JPH055796B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はシリコンや砒化ガリウムなどの単結晶
を、磁場を印加することによつて製造する単結晶
製造装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

現在よく用いられている単結晶の製造方法の一
つとしてチヨクラルスキー法（CZ法）と呼ばれ
る方法がある。これは高温に加熱されたルツボ内
の原料融液を結晶化し、生成する単結晶とルツボ
を互いに逆方向にまたは同方向に回転させつつ前
記単結晶を徐々に引き上げ成長させるようにした
方法である。この方法は、結晶育成に当り結晶の
材料となる原料融液の入つたルツボを使用する点
が特徴であり、大きな直径の結晶が得られる等の
多くの利点がある。

しかし、このCZ法による単結晶においては、
ルツボの外から熱を加えるので、僅かの入熱変動
や外乱により、ルツボ内の融液の自然対流による
上昇流は乱されて温度変動を生ずるという問題が
ある。

この温度変動を抑制し、単結晶を生成する原料
融液の安定化を図り併せて、ルツボによる汚染を
防止して単結晶の品質の向上を図るため、ルツボ
に垂直な方向または水平方向に磁場を印加して融
液の実効粘性を高めることが提案されている（特
公昭58−50951号公報）。その結果、温度変動は抑
制されたが、垂直方向の磁場、すなわち縦磁場を
印加した場合、ルツボの内周壁面の温度と単結晶
の界面温度との間に大きな温度差が生じるため、
単結晶生成のためにはルツボ自体の温度を高温度
にすることを余儀なくされ、これに起因して上記
ルツボが融解するおそれがある。

これに対処するために等軸対象的かつ放射状の
カスプ磁場を印加して融液面に対して水平方向の
磁力線を作ることが提案されている（特開昭58−
217493号公報）。

ところがこの方法は、マグネツトが上下に２個
必要なため、高さ方向に充分なスペースが必要と
なる。しかも、ルツボ融液面の低下に伴い磁場中
心を移動させるべくマグネツトを移動しなければ
ならない。さらに融液面に対して垂直方向上部の
マグネツトによつて発生する磁力線は炉の下方ま
たは上方まで洩れて磁束を発生され、これが炉の
下部または上部に設けたセンサー類やコントロー
ル機能を有する機器に悪影響を与えるおそれがあ
る。またマグネツトが２段になるため、製造コス
トが増大するという問題もある。

さらにまた、従来の横磁場印加の場合には、ル
ツボの周方向の磁界が不均一になるという欠点が
ある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので
あり、ルツボの外側部に磁気シールドを設けるこ
とにより原料融液の結晶界面とルツボの内壁面と
の温度勾配を緩やかにして、大口径かつ純度の高
い単結晶の製造に好適な単結晶製造装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明者は、ルツボの外側部に設けられた磁界
発生用コイルによつて生成される磁界内に磁気シ
ールドを配設することによつて、磁力線の向きを
原料融液面と略水平方向に屈曲させ、これにより
ルツボ内の原料融液の温度分布を結晶成長にとつ
て最適の状態にすることができることを見出し
た。

本発明は、上記知見に基いてなされたものであ
り、より詳しくは、高温に加熱されるルツボ内の
原料融液を結晶化し、該結晶を成長させつつ徐々
にルツボから引き上げるようにした単結晶製造装
置において、前記ルツボの外側部に、該ルツボ内
に磁界を発生させる磁界発生用コイルと、該磁界
発生用コイルから発生する磁力線の方向が少なく
ともルツボ内の原料融液表面近傍において該液面
に対して略水平方向に向くように該磁力線を屈曲
させる磁気シールドとが配設されてなることを特
徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面に示す一実施例に基づいて
詳細に説明する。

第１図において、符号１は、加熱ヒータ２によ
つて加熱されるルツボであつて、これらは炉３内
に内包されている。またルツボ１内には、例え
ば、シリコン融液からなる原料融液４が容れられ
ている。単結晶体（単に単結晶ともいう）５を引
き上げる回転軸６ならびにルツボ１を回転させる
回転軸７を軸中心として磁気シールド８が設けら
れ、磁気シールドの形状は、円筒状、柵状あるい
は網状のいずれであつてもよく、磁力線の方向を
屈曲させるのに有効な形状、材質が選ばれる。ま
た、磁気シールドの位置は、磁界発生用コイル９
によつて発生する磁力線９ａの方向が原料融液４
の液表面近傍で液面と略平行となるように配設さ
れる。磁力線の方向が最適の態様になるように、
ルツボ１もしくは磁気シールド８および（また
は）コイル９は上下左右に移動できるように形成
されていることが好ましい。

磁界が第１図に示すような態様の場合、ルツボ
１および（または）単結晶５を回転軸７および
（または）６をお互いに両方向または逆方向に回
転することにより、ルツボ１内の原料融液４内に
は、第２図に示す矢示方向に循環流が生成する。
つまり、上記ルツボ１の底面１ａの近傍あるいは
単結晶５の界面５ａの近傍ではルツボ１ないし単
結晶５の回転による遠心力により半径方向外側の
流れを生じ、また、ルツボ１の側壁面１ｂの近傍
では加熱ヒータ２により鉛直上向きの自然対流が
生じる。このような流れに対して、磁界発生用コ
イル９の磁力線９ａが上記流れに対して略直角方
向の場合、融液の流れに制動がかかり、流速が小
さくなる。

これを数式で表すと下記の通りになる。

Ｆ＝−σvB² Ｆ：電磁力 σ：電気伝導率 ｖ：融液の流速 Ｂ：磁束密度 このように、本発明によると、融液界面での流
れはさほど電磁力の影響を受けず、上記加熱ヒー
タ２により加熱された融液界面は、従来の縦磁場
による単結晶の引上げ手段に比べて円滑に流れ、
大きな温度勾配を作らない方向に作用する。ま
た、上記ルツボ１の側壁面１ｂは高温にさらされ
ているため、ルツボ壁面かにのコンタミネーシヨ
ンが横磁場を印加しない限り問題となるが、本発
明によると、上記側壁面１ｂ近傍の原料融液４は
減速され、これによりコンタミネーシヨンを低減
することができる。

第３図に示される図は、本発明の装置によつて
生ずる原料融液４内の典型的な等温度分布曲線を
示したものであり、この等温度分布曲線１０ａ
は、上記ルツボ１の原料融液４の界面での温度勾
配が小さく、加熱ヒータ２からむやみに加熱する
必要が無いことを示している。

また、本発明によれば、単結晶５の海面下の温
度が上記原料融液４中のいずれの位置でも略同じ
になるため、結晶化が一層促進されるという効果
がある。

ところで、第１図に示す本発明の実施例は、磁
束密度を略均一にするような磁束分布になるよう
に形成されているが、第４図に示す別の実施例
は、加熱ヒータ２と磁気シールド８の配置を上下
逆に構成した場合の例である。この例の場合、ル
ツボ１の回転中心部では縦磁場効果が、またルツ
ボ１の周辺部では横磁場効果が得られるという特
長がある。

本発明の磁気シールド８は交番磁界内では渦電
流損により、一種の熱源となり得るため、加熱ヒ
ータ２の代わり、またはその補助ヒータとして適
用できる。なお、図中には示されていないが、上
記磁気シールドを炉内に置く方がいい場合もあ
る。さらに、底部のある磁気シールドも他の一実
施例であり、この場合、磁束を略直角に横切る面
で発熱作用が大となり、熱源として有用である。

磁界発生用コイル９は常電導の他、超電導ある
いは永久磁石によつても代用することができる。
さらに磁力線９ａの改良のため積層鉄心を上記コ
イル９の近傍に設けることもできる。

〔発明の効果〕

本発明の単結晶製造装置は、磁界発生用コイル
から発生する磁力線の方向を、原料融液表面近傍
において該液面に対して略水平方向に屈曲させる
磁気シールドを有しているので、ルツボ内の原料
融液の温分布を結晶成長にとつて最適の状態にす
ることができ、ルツボからのコンタミネーシヨン
を防止して均質にして高純度でしかも大口径の単
結晶を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る単結晶製造装置の断面
図、第２図は、本発明のルツボ内の原料融液の流
れ分布と磁力線分布を示す図、第３図は、本発明
の原料融液の等温線分布を示す図、第４図は、本
発明の他の実施例に係る単結晶製造装置の断面図
である。 １……ルツボ、１ａ……ルツボ底部、１ｂ……
ルツボ側壁部、２……加熱ヒータ、３……炉、４
……原料融液、５……単結晶体、６……単結晶引
き上げ回転軸、７……ルツボ回転軸、８……磁気
シールド、９……磁場発生用コイル、９ａ……磁
力線、１０ａ……等温線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高温に加熱されるルツボ内の原料融液を結晶
   化し、該結晶を成長させつつ徐々にルツボから引
   き上げるようにした単結晶製造装置において、前
   記ルツボの外側部に、該ルツボ内に磁界を発生さ
   せる磁界発生用コイルと、該磁界発生用コイルか
   ら発生する磁力線の方向が少なくともルツボ内の
   原料融液表面近傍において該液面に対して略水平
   方向に向くように該磁力線を屈曲させる磁気シー
   ルドとが配設されてなることを特徴とする、単結
   晶製造装置。