JPS61247683A - Pulling device for single crystal sapphire - Google Patents

Pulling device for single crystal sapphire

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JPS61247683A
JPS61247683A JP8702885A JP8702885A JPS61247683A JP S61247683 A JPS61247683 A JP S61247683A JP 8702885 A JP8702885 A JP 8702885A JP 8702885 A JP8702885 A JP 8702885A JP S61247683 A JPS61247683 A JP S61247683A
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JP
Japan
Prior art keywords
heater
sapphire
carbon
crucible
single crystal
Prior art date
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Pending
Application number
JP8702885A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Takeuchi
正明 竹内
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To inhibit generation of carbon from a heater and to obtain single crystal sapphire of high quality in the titled device provided with a carbon heater by covering an inside wall surface of the carbon heater with tungsten carbide film. CONSTITUTION:A crucible 1 is placed in a chamber 12 and a cylindrical carbon heater 3 is arranged to the external periphery of the crucible 1 and insulated with a heat insulating body 4. The surface of the inside wall of the heater 3 is covered with tungsten carbide film 13 simultaneously. The starting material for sapphire in the crucible 1 is melted by heating with the heater in inert gas, and the molten sapphire 5 is pulled by a pulling shaft 7 holding a seed crystal 6 at the foot end. Thus, a single crystal sapphire is obtd. Since generation of gaseous carbon and carbon particles from the heater 3 are inhibited by this method, occurrence of inclusion in the pulled single crystal sapphire is retarded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 不発明は単結晶ザファイア引上装置4の改良に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The invention relates to improvements in the single crystal zapphire pulling device 4.

〔発明概要〕[Summary of the invention]

不発明は単結晶サファイアの製造装置の一つであるチョ
クラルスキー法用単結晶引上装置(以゛「CZ炉〕で、
ヒーターとしてカーボン製ヒータを用いてルツボを間接
的に加熱する方式を用いたCZ炉において、カーボン部
材のうち少なくトモカーボン製ヒーターの内壁表面を炭
化タングステン映で被験することにより、単結晶引上げ
時のカーボン製ヒータからのカーボンの蒸発が押えられ
−t ノ結果カーボンの溶融サファイア原料への混入、
ドープ剤のカーボンによる還元反応の発生、還元された
ドープ剤とルツボとの反応等を押えることにより、前記
単結晶サファイア中の欠陥であるインクルージヨンの発
生を減少させたものである。
The non-invention is a single-crystal pulling device for the Czochralski method (hereinafter referred to as "CZ furnace"), which is one of the devices for producing single-crystal sapphire.
In a CZ furnace that indirectly heats the crucible using a carbon heater as a heater, by testing the inner wall surface of the Tomocarbon heater with tungsten carbide, it was possible to improve the temperature during single crystal pulling. The evaporation of carbon from the carbon heater is suppressed, resulting in the contamination of carbon into the molten sapphire raw material.
By suppressing the reduction reaction caused by carbon in the dopant and the reaction between the reduced dopant and the crucible, the occurrence of inclusions, which are defects in the single crystal sapphire, is reduced.

〔従来技術〕[Prior art]

単結晶サファイアは主にチョクラルスキー法−2・「 cC2法〕によって製造されている。この方法は第2図
に示すCZ炉を用いて行われるものである。
Single-crystal sapphire is mainly produced by the Czochralski method-2 (cC2 method). This method is carried out using a CZ furnace shown in FIG.

以下、単結晶サファイア引上装置を図を参照して説明す
る。
Hereinafter, a single crystal sapphire pulling apparatus will be explained with reference to the drawings.

第2図12は上部と下部が開口したチャンバーである。FIG. 2 12 shows a chamber with an open top and bottom.

このチャンバー+2内にはMo製ルツボ1が設置され、
該ルツボ1の外周には、筒状のカーボン製ヒータ3及び
カーボン製採湯体4,8が順次設面されている。また必
要に応じ、前記ルツボ上部に湯度分布コントロール用の
反射板2が設置されている。更に、前記チャンバー12
の上部開孔からは下端に種結晶6を保持した引上軸7が
回転可能に吊下されている。
Inside this chamber +2, a Mo crucible 1 is installed,
On the outer periphery of the crucible 1, a cylindrical carbon heater 3 and carbon hot water sampling bodies 4 and 8 are sequentially provided. Further, if necessary, a reflecting plate 2 for controlling the hot water temperature distribution is installed above the crucible. Furthermore, the chamber 12
A pulling shaft 7 holding a seed crystal 6 at its lower end is rotatably suspended from the upper opening.

上述した単結晶サファイア引上装(dを用いた単結晶サ
ファイアの引上げは、ルツボ1にサファイア原料(必要
に応じドープ剤としてOr、O,、Fe、O,。
To pull the single crystal sapphire using the above-mentioned single crystal sapphire pulling device (d), the sapphire raw material (Or, O, Fe, O, etc. as a dopant if necessary) is added to the crucible 1.

NOを添加したもの)を入れ、ヒータ51によりサファ
イア原料を溶融させ、保温体4,8及び反射板2で保?
Mし、回転軸7(必要に応じ、ルツボ1も〕を回転させ
ながら、溶融サファイア5に引上軸7下端の種結晶6(
I7浸し、引上軸7ft引上げることにより行う。
The sapphire raw material is melted by the heater 51 and maintained by the heat insulators 4 and 8 and the reflector 2.
M, and while rotating the rotating shaft 7 (also the crucible 1 if necessary), add the seed crystal 6 (at the lower end of the pulling shaft 7) to the molten sapphire 5.
This is done by immersing it in I7 and pulling it up by 7ft using the pulling shaft.

〔発明が解決しようとする間頭点及び目的〕従来グ〕引
上装置d1.に用いられているヒータ5及び保温体4,
8はカーボンで形成されているため、以下の如き欠点が
あった。
[Important points and objects to be solved by the invention] Prior art] Pulling device d1. The heater 5 and heat insulating body 4 used in
Since No. 8 is made of carbon, it has the following drawbacks.

単結晶サファイア引上装+1lft、内では、カーボン
製ヒータば2100℃から2400℃程度に力n熱され
ているため、谷カーボン部材(脣にカーボン製ヒータ)
が蒸気圧を持ち、カーボンガス及ヒカーボンガスが固化
したカーボン粒子が発生する。この発生したカーボンガ
ス及びカーボン粒子は溶融したサファイア原料5(必要
にル6じてドープ剤が加えられたもの)中に溶解又は分
散する。サファイア原料5中に分散したカーボン粒は単
結晶引上げ時に単結晶中にとり込まれ、結晶欠陥となる
Inside the single crystal sapphire pulling case + 1ft, the carbon heater is heated to about 2100℃ to 2400℃, so the valley carbon member (carbon heater on the side)
has a vapor pressure, and carbon particles are generated by solidifying carbon gas and hycarbon gas. The generated carbon gas and carbon particles are dissolved or dispersed in the molten sapphire raw material 5 (to which a dopant is added if necessary). The carbon grains dispersed in the sapphire raw material 5 are incorporated into the single crystal during pulling of the single crystal and become crystal defects.

この結晶欠陥のため、単結晶の歩留りが低下していた。These crystal defects have lowered the yield of single crystals.

また、サファイア原料5中に、ドープ剤として酸化ニッ
ケル、又は酸化クロム等が力lえられている場合には、
これらドープ剤と、前記サファイア原料5中に溶解又は
分散したカーボンと反応して前記ドープ剤は磁元され、
金属にニッケル又はクロム等〕が生成する。ここで生成
した金属はM。
In addition, if nickel oxide, chromium oxide, etc. are added as a dopant in the sapphire raw material 5,
These dopants react with carbon dissolved or dispersed in the sapphire raw material 5, and the dopants become magnetic,
nickel or chromium] is formed in the metal. The metal produced here is M.

ルツボ1と反応し、MOルツボを侵す。前記金属と反応
したMo粒は蒸発しないため、前記溶融原料5中に分散
する。該Mo粒は単結晶引上げ時に引上げ結晶中にとり
込筐れ、結晶欠陥となる。この結晶欠陥のため歩留りが
低下した。さらに、前述のようにMOルツボが侵される
ため、ルツボが1〜2回の使用にしか耐えられず、製造
コストアップの大きな要因となっていた。
Reacts with crucible 1 and attacks MO crucible. Since the Mo particles that have reacted with the metal do not evaporate, they are dispersed in the molten raw material 5. The Mo grains are incorporated into the pulled crystal during pulling of the single crystal and become crystal defects. The yield decreased due to these crystal defects. Furthermore, as mentioned above, since the MO crucible is damaged, the crucible can only be used once or twice, which is a major factor in increasing manufacturing costs.

本発明は上記欠点を解消するためになされたものである
The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks.

〔問題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

チャンバー内にルツボ及び該ルツボと接触せずに該ルツ
ボを包囲する筒状のカーボン製ヒータが配設され、該カ
ーボンヒータを包囲する保温体をそなえ、前記ルツボ内
のサファイア原料を不活性ガス中で前記筒状のカーボン
製ヒータで力n熱することによりf4融し、該ヒータ外
周に配設された保温体で採湯しつつ、溶融サファイアを
下端に種結晶を保持した引上軸を用いて引上げることに
より単結晶サファイアを造る装装置において、前記カー
ボン部材のうち、少なくとも前記ヒータの内壁表面を炭
化タングステン嘆で被膜したことを特徴とする単結晶サ
ファイア引上装fte 〔実施例〕 以下、不発明の芙飛例を図面を参照して説明する。
A crucible and a cylindrical carbon heater that surrounds the crucible without contacting the crucible are disposed in the chamber, and a heat insulator that surrounds the carbon heater is provided, and the sapphire raw material in the crucible is immersed in an inert gas. The molten sapphire is heated by the cylindrical carbon heater with a force of n to melt it, and the molten sapphire is drawn up using a pulling shaft holding a seed crystal at the lower end while drawing the hot water with a heat insulating body arranged around the outer periphery of the heater. A single-crystal sapphire pulling device for producing single-crystal sapphire by pulling the single-crystal sapphire, characterized in that, among the carbon members, at least the inner wall surface of the heater is coated with tungsten carbide. An example of an uninvented fubi will be explained with reference to the drawings.

実踊例−1 既述した第2図の単結晶サファイア引上装置と同様の構
造を有するが、第1図に示されるようにカーホy gヒ
ータ5の内壁にタングステンカーバイド膜15がコーテ
ィングされている点が異なる単結晶サファイア引上装置
献により、従来と同様な方法によって、サファイア単結
晶の引上げを行った。
Practical example-1 It has the same structure as the single-crystal sapphire pulling device shown in FIG. 2 described above, but as shown in FIG. A sapphire single crystal was pulled by a method similar to the conventional method using a single crystal sapphire pulling apparatus with a different point.

原料としては、M2O,のみを用いた。Only M2O was used as a raw material.

雰囲気ガスとしてArガスを5I/ll11tI#、シ
た。
Ar gas was used as an atmospheric gas at a rate of 5I/11tI#.

引上げられたサファイア単結晶中にはカーボンの混入は
見られず、高品質のサファイア屯結晶が得られた。従来
の装置を用いた場合には、歩留りが60%であったが、
本発明の装置を用いた場合には、歩留りが80%以上あ
った。
No carbon was found in the pulled sapphire single crystal, and a high quality sapphire crystal was obtained. When using conventional equipment, the yield was 60%, but
When the apparatus of the present invention was used, the yield was 80% or more.

実癩例−2 既述した第1図の単結晶サファイア引−ヒ装置tと同様
の構造を有するが、第1図の保湿体4のV3壁と、反射
板8にタングステンカーバイド膜ヲコーティングした点
が異なる単結晶サファイア引上装置により、従来と同様
な方法によって、ルビー単結晶の引上げを行った。
Leprosy Example-2 It has the same structure as the single crystal sapphire pulling device t shown in Fig. 1 described above, but the V3 wall of the moisturizing body 4 and the reflection plate 8 shown in Fig. 1 are coated with a tungsten carbide film. A ruby single crystal was pulled using a single-crystal sapphire pulling device with a different point, using a method similar to the conventional method.

原料としては、A+!20.にCr2O3を5重噴係混
入させた焼結体を用いた。
As a raw material, A+! 20. A sintered body in which Cr2O3 was mixed in five injections was used.

雰囲気ガスとしてAg/Ee混合ガスを21/m流した
Ag/Ee mixed gas was flowed at 21/m as an atmospheric gas.

引上げられたルビー単結晶中にはカーボン、モリブデン
粒の混入は見られなかった。また、MOシルツボ中残留
した原料中にもMO粒の混入はなかった。従来の装置を
用いた場合には、歩留りが50憾であったが、不発明の
装置を用いた場合には、歩留りが80憾以上であった。
No carbon or molybdenum particles were found in the pulled ruby single crystal. Further, there were no MO particles mixed in the raw materials remaining in the MO sil crucible. When the conventional device was used, the yield was 50%, but when the inventive device was used, the yield was 80% or more.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように不発明によれば、単結晶サファイア引
上装置中のカーボン部材からのカーボンガス及びカーボ
ン粒子の発生が押えられるため、引上げ単結晶サファイ
ア中のインクルージヨン(カーボン粒子又は、モリブデ
ン粒子〕の発生が押えられ、高品質のサファイア単結晶
が得られるばかりか、歩留りも50憾程度向上する。
As described above, according to the invention, since the generation of carbon gas and carbon particles from the carbon member in the single crystal sapphire pulling device is suppressed, inclusions (carbon particles or molybdenum particles) in the pulled single crystal sapphire are suppressed. ] is suppressed, and not only a high quality sapphire single crystal can be obtained, but also the yield is improved by about 50%.

以上のように、本発明は単結晶サファイアを製造するに
あたり、実用上極めて有用な発明である。
As described above, the present invention is extremely useful in practice in producing single crystal sapphire.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は不発明の単結晶サファイア引上装置の一実剣例
を示すCZ炉の構成図。 第2図は従来の単結晶サファイア引上装置であるC2炉
の構成図。 図中の符号の説明は下記のとおりである。 1・・・ルツボ 2・・・反射板 3・・・カーボン製ヒータ 4・・・保温体 5・・・溶融原料 6・・・種結晶 7・・・引上げ軸 8・・・反射板 9・・・ワークコイル 10・・・ガス流入口 11・・・ガス流出口 12・・・チャンバー 15・・・タングステンカーバイド寝 以   上
FIG. 1 is a block diagram of a CZ furnace showing an example of the uninvented single crystal sapphire pulling device. FIG. 2 is a block diagram of a C2 furnace, which is a conventional single crystal sapphire pulling apparatus. Explanations of the symbols in the figure are as follows. 1... Crucible 2... Reflector 3... Carbon heater 4... Heat insulator 5... Molten raw material 6... Seed crystal 7... Pulling shaft 8... Reflector 9. ...Work coil 10...Gas inlet 11...Gas outlet 12...Chamber 15...Tungsten carbide or more

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] チャンバー内にルツボ及び該ルツボと接触せずに該ルツ
ボを包囲する筒状のカーボン製ヒータが配設され、該カ
ーボンヒータを包囲する保温体をそなえ、前記ルツボ内
のサファイア原料を不活性ガス中で前記筒状のカーボン
製ヒータで加熱することにより溶融し、該ヒータ外周に
配設された保温体で保温しつつ、溶融サファイアを下端
に種結晶を保持した引上軸を用いて引上げることにより
単結晶サファイアを造る装置において、前記カーボン部
材のうち、少なくとも前記ヒータの内壁表面を炭化タン
グステン膜で被膜したことを特徴とする単結晶サファイ
ア引上装置。
A crucible and a cylindrical carbon heater that surrounds the crucible without contacting the crucible are disposed in the chamber, and a heat insulator that surrounds the carbon heater is provided, and the sapphire raw material in the crucible is immersed in an inert gas. The molten sapphire is melted by heating with the cylindrical carbon heater, and the molten sapphire is pulled up using a pulling shaft holding a seed crystal at the lower end while being kept warm by a heat insulating body disposed around the outer periphery of the heater. An apparatus for producing single crystal sapphire according to the present invention, wherein at least an inner wall surface of the heater of the carbon member is coated with a tungsten carbide film.
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