JPH01164791A - 単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はチョクラルスキー法による単結晶製造装置に関
するものである。

〔従来技術〕

第３図は一般的なチョクラルスキー法（ＣＺ法）による
単結晶製造装置の要部の模式的断面図であり、図中１は
坩堝、２はヒータ、３は保温壁を示している。坩堝１は
グラファイト製の容器１ａの内側に石英製の容器１ｂを
配した二重構造に構成され、その上底部中央にはこれを
回転、並びに昇降移動させる軸１ｃが連結されており、
また坩堝１の上方には下端に種結晶６を固定した引上軸
７が垂直に配設されている。

而して、このような単結晶製造装置にあっては坩堝１内
に投入した原料をヒータ２により加熱溶融せしめ、その
融液に種結晶６を浸した後、引上軸７にて回転させつつ
上昇させ、種結晶６の下端に単結晶８を成長せしめるよ
うになっている。

一般に単結晶の引上げを行う場合、その引上げ速度は、
引上げ方向における単結晶の温度勾配と密接な関係にあ
り、効率的な単結晶の引上げを行うには単結晶の引上げ
方向に所定以上の温度勾配を設定する必要がある。

ところで上記した如き装置では単結晶８の周囲には坩堝
１、ヒータ２及び反射率が０．７と極めて高い融液等の
熱源があって、これらから受ける輻射熱量が極めて多く
、必然的に単結晶８の引」二げ方向における温度勾配が
小さくなり、単結晶の引上げ効率が低いという欠点があ
った。

この対策として従来にあっては、第４図に示す如く坩堝
１の上方であって単結晶８の引上げ域の周囲に下方に向
かうに従い縮径されて逆円錐台形をなす輻射スクリーン
４を配設する構成が提案されている　（特公昭５７−４
０１１９号）。

この輻射スクリーン４によって坩堝１、ヒータ２及び融
液等からの輻射熱を遮断し、単結晶８の引上げ方向にお
ける温度勾配を大きくし、また同時にチャンバの上方か
ら坩堝１に向けて給送される＾ｒ等のキャリアガスを坩
堝１内中央に誘導し、坩堝１から生成されるＳｉＯガス
等を坩堝１の周縁部側に導き、坩堝１の下方からチャン
バの外部に排出するようにしである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した如き従来の装置にあってはＳｉＯ等の排ガスを
効果的に排出出来、また輻射スクリーン４によって坩堝
１、ヒータ２、融液等と単結晶８との間が熱遮蔽されて
、これらからの−次輻射熱は遮断される反面、輻射スク
リーン４自体が高温に加熱される結果、二次輻射熱が単
結晶８に向けて放射され、単結晶８自体に対する冷却効
果が不足し、また単結晶８の引上げ方向、或いは単結晶
８が大径化（直径２０（ｌｎ以上）したときは中心部と
周辺部との熱的不均一性が改善されず結晶欠陥を生じ易
く、結晶品質の低下が避けられないという問題があった
。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは引上げられる単結晶の中心部と周縁
部との熱的不均一性を緩和し、結晶欠陥の発生を抑制し
て高品質の単結晶の製造を可能とした単結晶製造装置を
提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明装置にあっては、坩堝内の加熱溶融状態とした単
結晶原料から単結晶を成長させつつ引上げる単結晶製造
装置において、単結晶の引上方向の端面に対向させる熱
吸収体を昇降可能に設ける。

〔作用〕

本発明はこれによって引上げられる単結晶の径方向にお
ける熱的不均一性が緩和される。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。

第１図は本発明に係る単結晶製造装置（以下本発明装置
という）の模式的縦断面図であり、図中１は坩堝、２は
ヒータ、３は保温壁、４は輻射スクリーン、６は種結晶
、７は引上軸、８は単結晶、９は熱吸収体を示している
。

坩堝１は保温壁３内の中央に配設され、坩堝１の外周で
あって保温壁３との間にはヒータ２が同心状に配設され
ている。そして前記保温壁３の上方から坩堝１内の融液
面の周縁部にわたってヒータ２、保温壁３、坩堝１と単
結晶８との間を遮蔽する態様で輻射スクリーン４が配設
されている。

坩堝ｌは黒鉛製の容器１ａの内側に石英製の容器１ｂを
配設した二重構造に構成されており、その下底部中央に
は坩堝ｌを回転、並びに昇降させる軸１ｃが連結されて
いる。

また坩堝１の上方には種結晶６及びこれに単結晶８を成
長させつつ引上げる引上軸７が配設されている。輻射ス
クリーン４は熱伝導率の低い材料、例えば黒鉛フェルト
、石英フェルト等を材料にして形成され、図示しない支
持筒部を保温壁３上に載置せしめることにより坩堝１内
の融液面上に吊り下げた状態で臨ませである。

そして本発明装置にあっては単結晶８の引上域に支持杆
９ａに支持された熱吸収体９を設けである。

熱吸収体９はＣｕ製の傘状をなす熱吸収板９ｂの上面に
冷媒通流管９ｃを螺旋形に配設固定して構成されており
、その両端部は冷媒循環系に接続せしめられている。

熱吸収板９ｂはその傘状をなす円錐体の頂部に種結晶６
及びこれに連なる細径の単結晶を通し得る孔９ｄを備え
、また下面、即ち単結晶８の上端面と対向する面は反射
率が小さくなるよう粗面加工を施しである。支持杆９ａ
の上端部は、図示しないアクチュエータに連繋されてお
り、該アクチュエータによって熱吸収板９ｂの下面が単
結晶８の上端面と所要の間隔を隔てた状態を維持して単
結晶８の引上げ速度に合わせて上昇せしめられるように
なっている。

而してこのような本発明装置にあっては単結晶８の引上
げ過程で単結晶８の引上げ方向の端部である上端面に熱
吸収体９が対向位置する結果、単結晶８の中心部と周縁
部との熱的不均一性が緩和され、単結晶８の半径方向の
温度勾配差が小さくなり、その上単結晶全体の冷却によ
って単結晶８の引上げ方向の温度勾配も大きくなり、そ
れだけ単結晶８の引上げ速度を大きく出来、単結晶８の
引上げ方向の熱履歴の差を小さくできることとなる。

次に本発明装置によって製造される単結晶と従来装置に
よって製造される単結晶との半径方向温度分布を調べた
試験について説明する。

実験は一旦製造した単結晶に加工を施してその周縁部（
外周面から中心部側に２０１１の位置）と、中心部とに
夫々熱電対を埋め込み、再び坩堝内の溶融原料に浸して
単結晶の引上げを行いつつ温度を測定することにより行
った。

第２図はその結果を示すグラフである。グラフは横軸に
温度測定点と融液表面との距離（龍）を、また縦軸に単
結晶温度（℃）をとって示しである。

グラフ中実線は本発明装置に依った場合（ａ：中心部、
ｂ＝周縁部）、破線は従来装置に依った場合（ａ′：中
心部、ｂ′二同周縁部の各結果を示している。

このグラフから明らかな如く単結晶の中心部と周縁部と
の温度差は本発明装置に依った場合は従来装置に依った
場合に比較して大幅に低減されていることが解る。

また、本発明装置と従来装置とによって得た単結晶につ
いて、その酸素誘起積層欠陥（Ｏ５Ｆ）を調べた結果、
従来装置に依った場合には５０００個／　ｃｔであった
のに対し、本発明装置に依った場合には５０個／　ｃＪ
レヘル以下となった。更に内部微小欠陥（ＢＭＤ）につ
いても従来装置に依った場合はｌＸｌ０’個／ｄである
のに対し、本発明装置に依った場合は約１オーダ低減し
得ることも確認された。

〔効果〕

以上の如く本発明装置に依った場合にあっては引上げら
れつつある単結晶の半径方向についての熱的不均一性が
大幅に改善され、特に大径単結晶の製造において結晶欠
陥を著しく低減出来て、結晶品質の格段の向上を図り得
るなど本発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の模式的縦断面図、第２図は本発明
装置と従来装置とによる単結晶の半径方向温度分布を示
すグラフ、第３，４図は従来装置の模式的縦断面図であ
る。 １・・・坩堝　２・・・ヒータ　３・・・保温壁　４・
・・輻射スクリーン　６・・・種結晶　７・・・引上軸
　８・・・、単結晶　９・・・熱吸収体　９ａ・・・支
持杆　９ｂ・・・熱吸収板９ｃ・・・冷媒通流管 特　許　出願人　大阪チタニウム製造株式会社　外１代
理人　弁理士　　　河　　野　　登　　夫簗１図 第　３　図 竿４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、坩堝内の加熱溶融状態とした単結晶原料から単結晶
   を成長させつつ引上げる単結晶製造装置において、単結
   晶の引上方向の端面に対向させるべき熱吸収体を昇降可
   能に設けたことを特徴とする単結晶製造装置。 ２、前記熱吸収体は単結晶の引上方向の端面と対向する
   熱吸収板及びこれに付設した冷媒通流管を備える特許請
   求の範囲第１項記載の単結晶製造装置。