光・電子材料用バルク単結晶作製プロセスの化学工学的検討および制御法の体系化

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07305060
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 今石 宣之 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (60034394)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 干川 圭吾 信州大学, 教育学部, 教授 (10231573) ; 熊川 征司 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (30022130) ; 塚田 隆夫 東北大学, 反応化学研究所, 助教授 (10171969) ; 平田 彰 早稲田大学, 理工学部, 教授 (00063610) ; 尾添 紘之 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (10033242)
• Keywords: 単結晶育成 / 数値解析 / 移動現象論 / 融液対流 / 対流制御 / 熱応力 / 融液物性 / マランゴニ対流

Research Abstract

本年度は、過去2年間行ってきた分担研究課題についてさらに詳細な検討を続け下記の結果を得た。最終報告書をまとめた。
半導体単結晶育成プロセス:
1.Cz炉内の気相の流れは、10Torr程度の低圧であるにもかかわらず、炉体内の大きな温度差の影響で強い自然対流れが発生し、徒来型のCz炉の融液表面には気流は到達せず、融液表面から放散するSiOの物質移動抵抗は大きいこと、ガス整流管を坩堝と結晶の問に挿入することで気相内物質移動係数は10倍以上になることを示した。
2.Cz炉内の融液中に生じる振動型対流の構造と振動特性、伝熱特性、不純物拡散挙動について数値解析し、さらに融液に横磁場あるいはカスプ磁場を印加した場合の挙動について詳細な数値解析的検討を行い、磁場印加による融液振動流の制御についての情報を得た。
化合物半導体融液内の混合に対する表面張力対流と自然対流の影響を実験的に明らかにした。
4.シリコン結晶内熱応力解析とHassan-Suminoモデルによる転位挙動の予測を行った。
5.シリコン融液経の酸素の溶解平衡に関する各種測定を行い、ボロン添加の影響を明らかにした。
酸化物単結晶育成プロセス:
1.RF加熱されたCz炉の2次元定常状態を仮定した総合熱流動解析手法を確立した。これにより、与えられた操作条件下での結晶半径、固液界面形状、融液内温度・速度・濃度の分布、結晶内温度分布が算出できる。
2.結晶内温度分布をもとに、結晶の異方性を考慮した3次元熱応力分布を算出できるコードを確立した。
3.結晶の割れを防止するための操作条件最適化を、シミュレーションに基づき予測し、実験的に検証した。
4.酸化物融液(MgTiO_3,La_<0.75>Ca_<0.25>MnO_3)の密度、表面張力の測定を行った。

Research Products

• [Publications] Takao Tsukada: "Effect of internal radiation heat transfer on the convection in Cz oxide melt" J.Crystal Growth. Vol.180. 157-166 (1997)
• [Publications] Takao Tsukada: "Numerical and experimental studies on crack formation in LiNbO_3 single crystal" J.Crystal Growth. Vol.180. 543-550 (1997)
• [Publications] Noriyuki Miyazaki: "Thermal shock cracking of lithium niobate single crystal" J.Materials Science:Materials in Electrnics. Vol.8. 133-138 (1997)
• [Publications] 宮崎則幸: "GSO単結晶の熱応力解析" 日本機械学会論文集(A編). Vol.63,No.612. 1744-1749 (1997)
• [Publications] 宮崎則幸: "半導体バルク単結晶CZ育成過程における転位密度評価" 日本機会学会論文集(A編). Vol.63,No.162. 636-642 (1997)
• [Publications] Keigo Hoshikawa: "Oxygen concentration control and magnetic field application technologies in Czichralski silicon crystal growth" Trends in Materials Science TiMs-97. 163-174 (1997)
• [Publications] Hiroyuki Ozoe: "Effect of crucible rotation on the melt convectionand the structure in a Czochralski method" Proc.10^<th> Transport Phenomena in Thermal Science and Process Engineering. Vol.3. 637-642 (1997)
• [Publications] Akira Hirata: "Investigation of steady Marangoni convection in low and high Prandtl number fluids" J.Chemical Engineering of japan. (発表予定). (1998)