JP2017222537A - Crucible, and single crystal growing unit and growing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a single crystal growing apparatus and a single crystal growing method capable of using a crucible made of graphite, extremely simple in assembly and arrangement, efficient in thermal efficiency, capable of growing of a single crystal of a large diameter of 8 inches or more and having little strain; and a long-life crucible for use in a single crystal growing apparatus and a single crystal growing method.SOLUTION: In a single crystal growing apparatus for growing a single crystal 200 by pulling up a seed crystal 210, after the seed crystal 210 was made to contact a material molten liquid 300 in a crucible, said crucible includes: a material holding crucible 18, in which the inner face of a body composed of W and Mo is covered with a layer made of Ir and Pt; and a heating crucible 19 arranged at intervals or without intervals on the outer side of said material holding crucible 18.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、るつぼ並びに単結晶の育成装置及び育成方法に係る。   The present invention relates to a crucible and a single crystal growth apparatus and method.

単結晶としてサファイア単結晶を例にとり背景技術を説明する。
単結晶の育成方法としてチョクラルスキー法が知られている。チョクラルスキー法とは、ルツボ中の原料溶融液面に種結晶を接触させ、次いで、その種結晶をルツボの加熱域から徐々に引上げて冷却することにより、該種結晶の下方に単結晶を成長させる方法である。 The background art will be described taking a sapphire single crystal as an example.
The Czochralski method is known as a method for growing a single crystal. In the Czochralski method, a seed crystal is brought into contact with the surface of the raw material melt in the crucible, and then the seed crystal is gradually pulled up from the heating region of the crucible and cooled to form a single crystal below the seed crystal. It is a way to grow.

この単結晶を成長させる方法に用いる引上げ装置の一般的な例を図５に示す。この装置は、結晶成長炉を構成するチャンバ１１を備えており、このチャンバ１１の上壁には、開口部を介して、図示しない駆動機構によって上下動および回転可能な単結晶引上げ棒１２が吊設されている。この単結晶引上げ棒１２の先端には、保持部材１３を介して種結晶２１０が取り付けられており、種結晶２１０がルツボ４１９の中心軸上に位置するように配置されている。また、この単結晶引上げ棒１２の上端には、結晶重量を測定するロードセル（図示せず）を備えている。   FIG. 5 shows a general example of a pulling apparatus used in this method for growing a single crystal. This apparatus includes a chamber 11 that constitutes a crystal growth furnace. A single crystal pulling rod 12 that can be moved up and down by a drive mechanism (not shown) is suspended from an upper portion of the chamber 11 through an opening. It is installed. A seed crystal 210 is attached to the tip of the single crystal pulling rod 12 via a holding member 13, and the seed crystal 210 is disposed on the central axis of the crucible 419. Further, a load cell (not shown) for measuring the crystal weight is provided at the upper end of the single crystal pulling rod 12.

ルツボ４１９は、一般には、上部から見た開口部が円形状であり、円柱状の胴部を持ち、底面の形状が平面状又は碗状又は逆円錐状のものが用いられる。また、ルツボの材質としては、原料溶融液である酸化アルミニウムの融点に耐え、また酸化アルミニウムとの反応性が低いものが適しており、イリジウム、モリブデン、タングステン、レニウムまたはこれらの混合物が一般的に用いられる。   The crucible 419 generally has a circular opening as viewed from above, a cylindrical body, and a bottom surface having a planar shape, a bowl shape, or an inverted conical shape. Also, as the material of the crucible, a material that can withstand the melting point of aluminum oxide as a raw material melt and has low reactivity with aluminum oxide is suitable, and iridium, molybdenum, tungsten, rhenium or a mixture thereof is generally used. Used.

ルツボ４１９は、耐火物で形成された円筒状の支持台により支持されている。   The crucible 419 is supported by a cylindrical support base made of a refractory material.

上述した単結晶引上げ装置を用いた単結晶サフアイアの引上げは、ルツボ４１９にサフアイア原料（必要に応じドープ剤としてＣｒ２Ｏ３，Ｆｅ２Ｏ３，ＮＯを添加したもの）を入れ、加熱コイル２０に高周波電流を流すことによりルツボ４１９を加熱してサフアイア原料を溶融させ、耐火物１５（保温体）１５で保温し、引上げ棒１２ないしルツボ４１９を回転させながら、アルミナ融液２０に引上げ棒１２の下端の種結晶２１０を浸し、引上げ棒１２を引上げることにより行う。 In the pulling of the single crystal sapphire using the single crystal pulling apparatus described above, the sapphire raw material (added with Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , NO as a dopant if necessary) is put in the crucible 419, and the heating coil 20 The crucible 419 is heated by flowing a high-frequency current to melt the sapphire raw material, kept warm by the refractory 15 (heat retaining body) 15, and while the pulling rod 12 or the crucible 419 is rotated, the pulling rod 12 is pulled into the alumina melt 20. Is performed by immersing the seed crystal 210 at the lower end of the substrate and pulling up the pulling rod 12.

特開２００８−７３５３号公報JP 2008-7353 A 特開２０１１−１０５５７５号公報JP 2011-105575 A

しかし、上述した高周波加熱法を用いた単結晶育成装置においては次なる問題点がある。
（１）高周波加熱法においては、ルツボ４１９は、原料融液を保持する容器としての役割と、ルツボ自体が発熱して原料を溶解するヒータとしての役割とを兼ねている。
このため、ルツボには、発熱した部分と発熱していない部分とが混在することになり、ルツボ内の融液の温度勾配が急峻になってしまい、成長させた単結晶に歪みが生じてしまうという問題。 However, the single crystal growth apparatus using the above-described high frequency heating method has the following problems.
(1) In the high-frequency heating method, the crucible 419 serves both as a container for holding the raw material melt and as a heater for melting the raw material when the crucible itself generates heat.
For this reason, in the crucible, a portion where heat is generated and a portion where heat is not generated are mixed, the temperature gradient of the melt in the crucible becomes steep, and the grown single crystal is distorted. The problem.

（２）ＭｏやＷからなるルツボは高周波による加熱効率が悪く、それらよりも加熱効率が良いＩｒからなるルツボを使用せざるを得ず、コスト高になってしまうという問題。 (2) The crucible made of Mo or W has a high heating efficiency due to high frequency, and a crucible made of Ir having a heating efficiency better than those has to be used, resulting in a high cost.

特許文献１では、ルツボを、内側に配置されたモリブデン製又はタングステン製ルツボ７６と、それとは近接するが互いに接触しない間隔で外側に配置されたイリジウム製ルツボ７３とからなる二重構造にする、という技術を提示し、ルツボ内の融液の温度勾配が急峻になることを防止し、上記（１）の問題を解決している。
ただ、特許文献１ではＩｒルツボを使用しており、上述した（２）の問題は残っている。 In Patent Document 1, the crucible has a double structure including a molybdenum or tungsten crucible 76 disposed on the inner side and an iridium crucible 73 disposed on the outer side at a distance close to but not in contact with each other. The technique (1) is solved by preventing the temperature gradient of the melt in the crucible from becoming steep.
However, in Patent Document 1, an Ir crucible is used, and the problem (2) described above remains.

特許文献２では、熱容器（加熱室）の内側に、ルツボを配置し、そのルツボの外側にルツボの壁部を取り巻くように発熱体を設けている。そして、発熱体の内側でかつルツボの外側に、ルツボの壁部を取り巻くように、発熱体１７の構成材料がルツボ内のアルミナ融液３００に混入するのを防止する遮蔽体を備えている単結晶育成装置が開示されている。   In Patent Document 2, a crucible is arranged inside a heat vessel (heating chamber), and a heating element is provided outside the crucible so as to surround a wall portion of the crucible. A shielding body is provided inside the heating element and outside the crucible so as to prevent the constituent material of the heating element 17 from being mixed into the alumina melt 300 in the crucible so as to surround the crucible wall. A crystal growth apparatus is disclosed.

特許文献１、特許文献２に記載の技術は、ともに、発熱体と融液収納体とを別体とし、発熱体と収納体とを離隔し、発熱体の熱を輻射により収納体に伝達しようとするものである。   In the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2, both the heating element and the melt container are separated, the heating element and the container are separated from each other, and the heat of the heating element is transmitted to the container by radiation. It is what.

しかし、特許文献１、特許文献２により提示された技術においても次なる問題点がある。
（１）特許文献１記載技術では、Ｉｒルツボを用いており、コスト高となる。
（２）特許文献２記載技術を用いて単結晶を育成すると、図６に示すように、その尾部は、インゴットの直径以上の長さに細長く延びてしまう。このように、テールだけがのびてしまうとルツボに充填した原料の量に対して必要とされる直径の有効直胴長の長さが短くなり、生産性が低減してしまう。 However, the techniques presented by Patent Document 1 and Patent Document 2 also have the following problems.
(1) In the technique described in Patent Document 1, an Ir crucible is used, which increases costs.
(2) When a single crystal is grown using the technique described in Patent Document 2, the tail portion thereof is elongated to a length equal to or greater than the diameter of the ingot, as shown in FIG. Thus, if only the tail extends, the length of the effective straight body length of the diameter required with respect to the amount of the raw material filled in the crucible becomes short, and the productivity is reduced.

（３）特許文献２記載技術では、安価なグラファイトを使用している。そして、加熱により発生するカーボンガスあるいはカーボン粒子が融液中に混入することを防止するために、加熱体であるグラファイトと収納体であるルツボとの間に遮蔽板を設ける配置する必要がある。配置にあたっては、ルツボとは接触することなく離隔していること、ルツボに均一に熱を輻射により伝えるために全周にわたりルツボとの距離を均一に保つこと、遮蔽板の上端を発熱体の上端より高く保つこと、という要件を満たす必要がある。 (3) In the technique described in Patent Document 2, inexpensive graphite is used. In order to prevent carbon gas or carbon particles generated by heating from being mixed into the melt, it is necessary to provide a shielding plate between the graphite as the heating body and the crucible as the storage body. When disposing, keep away from the crucible without contact, keep the distance from the crucible uniform all around the circumference in order to transmit heat uniformly to the crucible, the upper end of the shielding plate at the upper end of the heating element The requirement to keep higher must be met.

かかる要件を満たしつつ実際に遮蔽板を配置、組立するためには幾多の工夫が必要であり、実際、特許文献２では概念的に配置しているだけである。
（４）特許文献２の技術で実際に単結晶の育成を行うと、熱効率が極めて悪く消費電力が多大なものとなってしまう。 In order to actually arrange and assemble the shielding plate while satisfying such requirements, many ideas are required. In fact, Patent Document 2 merely conceptually arranges them.
(4) When a single crystal is actually grown by the technique of Patent Document 2, the thermal efficiency is extremely poor and the power consumption becomes large.

また、従来の単結晶は硬度が高く、加工が困難であった。
かかる問題を解決するための技術として本出願人は、別途次なる技術を提供している（特願２００３−１８３０２８号）。
チャンバ内に設けられた断熱材で形成される加熱室と、加熱室の内部に設けられたルツボと、加熱室の外周に配置された加熱コイルとを備え、前記ルツボを加熱して得られた原料融液に種結晶を接触させた後に、種結晶を引き上げて単結晶を育成させる単結晶育成装置において、
前記ルツボは、タングステンの表面にタングステンの炭化物を有する有底の原料保持用ルツボと、原料保持用ルツボの外側に配置されたグラファイトからなる有底の加熱用ルツボとからなる単結晶育成装置。
チャンバ内に設けられた断熱材で形成される加熱室と、加熱室の内部に設けられたルツボと、加熱室の外周に配置された加熱コイルとを備え、前記ルツボを加熱して得られた原料融液に種結晶を接触させた後に、種結晶を引き上げて単結晶を育成させる単結晶育成装置において、
前記ルツボは、有底の原料保持用ルツボと、原料保持用ルツボの外側に配置されたグラファイトからなる有底の加熱用ルツボとからなり、前記原料保持用ルツボの外周と前記加熱用ルツボの内周とにより形成される空間にタングステンカーバイドの粉末が装入されている単結晶育成装置。
この技術により、グラファイトからなるルツボの使用が可能であり、組立・配置が極めて簡単であり、熱効率が良く、歪の少ない８インチ以上の大口径の結晶をも育成することが可能となり、また、従来の結晶よりも硬度が低く加工が容易である結晶を育成可能となった。
しかし、この技術においては、ルツボに変形が生じることがあり、そのためルツボの寿命が短くなることがある。
本発明は、グラファイトからなるルツボの使用が可能であり、組立・配置が極めて簡単であり、熱効率が良く、歪の少ない８インチ以上の大口径の単結晶をも育成することができる単結晶の育成装置及び育成方法を提供することを目的とする。
本発明は、従来の単結晶よりも硬度が低く加工が容易である単結晶を育成可能な単結晶育成装置及び育成方法を提供することを目的とする。
本発明は、より高純度の単結晶の育成が可能な単結晶育成装置及び育成方法を提供することを目的とする。
本発明は、より高寿命な単結晶育成装置及び育成方法に用いられるルツボを提供することを目的とする。 Further, conventional single crystals have high hardness and are difficult to process.
As a technique for solving such a problem, the present applicant separately provides the following technique (Japanese Patent Application No. 2003-183028).
A heating chamber formed of a heat insulating material provided in the chamber, a crucible provided inside the heating chamber, and a heating coil arranged on the outer periphery of the heating chamber, and obtained by heating the crucible In a single crystal growing apparatus for raising a seed crystal by bringing the seed crystal into contact with the raw material melt,
The crucible is a single crystal growing apparatus comprising a bottomed raw material holding crucible having tungsten carbide on the surface of tungsten and a bottomed heating crucible made of graphite disposed outside the raw material holding crucible.
A heating chamber formed of a heat insulating material provided in the chamber, a crucible provided inside the heating chamber, and a heating coil arranged on the outer periphery of the heating chamber, and obtained by heating the crucible In a single crystal growing apparatus for raising a seed crystal by bringing the seed crystal into contact with the raw material melt,
The crucible includes a bottomed raw material holding crucible and a bottomed heating crucible made of graphite disposed outside the raw material holding crucible, and the outer periphery of the raw material holding crucible and the heating crucible A single crystal growth apparatus in which tungsten carbide powder is charged in a space formed by the circumference.
With this technology, it is possible to use a crucible made of graphite, it is very easy to assemble and arrange, it is possible to grow a crystal with a large diameter of 8 inches or more with good thermal efficiency and little distortion, It has become possible to grow crystals that are lower in hardness and easier to process than conventional crystals.
However, in this technique, the crucible may be deformed, which may shorten the life of the crucible.
The present invention allows the use of a crucible made of graphite, is extremely simple to assemble and arrange, has good thermal efficiency, and can grow a single crystal having a large diameter of 8 inches or more with little distortion. An object is to provide a training apparatus and a training method.
An object of the present invention is to provide a single crystal growing apparatus and a growing method capable of growing a single crystal that has a hardness lower than that of a conventional single crystal and is easy to process.
An object of the present invention is to provide a single crystal growth apparatus and a growth method capable of growing a single crystal of higher purity.
An object of this invention is to provide the crucible used for the single crystal growth apparatus and the growth method of a longer life.

請求項１に係る発明は、ルツボ内の原料融液に種結晶を接触させた後に、前記種結晶を引き上げて単結晶を育成させる単結晶育成装置において、
前記ルツボは、タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、イリジウム若しくはイリジウム合金又は白金若しくは白金合金からなる層で覆われている原料保持用ルツボと、前記原料保持のためのルツボの外側に間隔を置いて又は置かないで配置された加熱用ルツボとからなる単結晶育成装置である。
請求項２に係る発明は、前記加熱用ルツボに高周波電力を供給することにより加熱を行う請求項１記載の単結晶育成装置である。
請求項３に係る発明は、前記加熱用ルツボはグラファイトからなる請求項１又は２記載の単結晶育成装置である。
請求項４に係る発明は、前記原料保持用ルツボと前記加熱用ルツボとの間隔にタングステン又はタングステンからなる粉末が充填されている請求項１ないし３のいずれか１項記載の単結晶育成装置である。
請求項５に係る発明は、前記原料用ルツボの底部と前記加熱用ルツボとの間にタングステン又はタングステンカーバイドからなるスペーサーを設けてある請求項１ないし４のいずれか１項記載の単結晶育成装置である。
請求項６に係る発明は、前記単結晶は酸化物単結晶である請求項１ないし５のいずれか１項記載の単結晶育成装置である。
請求項７に係る発明は、タングステン若しくはタングステン合金からなる本体の内面が、イリジウム若しくはイリジウム合金の層で覆われており、前記酸化物はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｃＡｌＭｇＯ４、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＡＧ又はＹＡＧである請求項６記載の単結晶育成装置である。
請求項８に係る発明は、タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、白金若しくは白金合金からなす内層で覆われており、前記酸化物はＬｉＮｂＯ３又はランガサイトである請求項６記載の単結晶育成装置である。
請求項９に係る発明は、前記加熱用ルツボの外周にカーボンフェルトが配置されている請求項１ないし８のいずれか１項記載の単結晶育成装置である。
請求項１０に係る発明は、前記層の厚さは、前記保持用ルツボの厚さの１／１０以下である請求項１ないし９のいずれか１項記載の単結晶育成装置である。
請求項１１に係る発明は、前記層の厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである請求項１ないし１０のいずれか１項記載の単結晶育成装置である。
請求項１２に係る発明は、前記層は、溶射、スパッタリング、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、箔の圧着、めっきのいずれかにより形成したものである請求項１ないし１１のいずれか１項記載の単結晶育成装置である。
請求項１３に係る発明は、タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、イリジウム若しくはイリジウム合金からなる層で覆われており、その内部の原料融液に種結晶を接触させた後に前記種結晶を引き上げて単結晶を育成させる単結晶育成に用いられるルツボである。
請求項１４に係る発明は、モリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、白金若しくは白金合金からなる層で覆われており、その内部の原料融液に種結晶を接触させた後に前記種結晶を引き上げて単結晶を育成させる単結晶育成に用いられるルツボである。
請求項１５に係る発明は、請求項１ないし１２いずれか１項記載の単結晶育成装置を用いた単結晶の育成方法である。 The invention according to claim 1 is a single crystal growth apparatus in which a seed crystal is brought into contact with a raw material melt in a crucible and then the seed crystal is pulled up to grow a single crystal.
The crucible includes a raw material holding crucible in which an inner surface of a main body made of tungsten, tungsten alloy, molybdenum, or molybdenum alloy is covered with a layer made of iridium, iridium alloy, platinum, or platinum alloy, and the crucible for holding the raw material. Is a single crystal growth apparatus comprising a heating crucible arranged with or without an interval outside.
The invention according to claim 2 is the single crystal growth apparatus according to claim 1, wherein heating is performed by supplying high-frequency power to the crucible for heating.
The invention according to claim 3 is the single crystal growth apparatus according to claim 1 or 2, wherein the heating crucible is made of graphite.
The invention according to claim 4 is the single crystal growth apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a gap between the raw material holding crucible and the heating crucible is filled with tungsten or a powder made of tungsten. is there.
The invention according to claim 5 is the single crystal growth apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a spacer made of tungsten or tungsten carbide is provided between a bottom portion of the raw material crucible and the heating crucible. It is.
The invention according to claim 6 is the single crystal growth apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the single crystal is an oxide single crystal.
In the invention according to claim 7, the inner surface of the main body made of tungsten or tungsten alloy is covered with a layer of iridium or iridium alloy, and the oxide is sapphire (Al 2 O 3 ), ScAlMgO 4 , LiTaO 3 , LiAG. Or it is YAG, The single crystal growth apparatus of Claim 6.
In the invention according to claim 8, the inner surface of the main body made of tungsten or tungsten alloy or molybdenum or molybdenum alloy is covered with an inner layer made of platinum or platinum alloy, and the oxide is LiNbO 3 or langasite. 6. The single crystal growing apparatus according to 6.
The invention according to claim 9 is the single crystal growth apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein a carbon felt is disposed on an outer periphery of the heating crucible.
The invention according to claim 10 is the single crystal growth apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the thickness of the layer is 1/10 or less of the thickness of the holding crucible.
The invention according to claim 11 is the single crystal growing apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the layer has a thickness of 0.1 mm to 0.5 mm.
The invention according to claim 12 is the single crystal according to any one of claims 1 to 11, wherein the layer is formed by any one of thermal spraying, sputtering, CVD, MOCVD, foil pressure bonding, and plating. It is a training device.
In the invention according to claim 13, the inner surface of the main body made of tungsten, tungsten alloy, molybdenum or molybdenum alloy is covered with a layer made of iridium or iridium alloy, and the seed crystal is brought into contact with the raw material melt therein. It is a crucible used for single crystal growth in which the seed crystal is later pulled to grow a single crystal.
In the invention according to claim 14, the inner surface of the main body made of molybdenum or a molybdenum alloy is covered with a layer made of platinum or a platinum alloy, and the seed crystal is brought into contact with the raw material melt inside thereof. It is a crucible used for growing a single crystal that is pulled up to grow a single crystal.
A fifteenth aspect of the present invention is a method for growing a single crystal using the single crystal growing apparatus according to any one of the first to twelfth aspects.

本発明によれば、次の諸々の効果を奏する。
グラファイトからなるルツボの使用が可能であり、安価に単結晶を育成することができる。
単結晶の育成装置の組立・配置が極めて簡単である。
熱効率が良く、育成単結晶に歪の発生を少なくすることができる。
従来よりも硬度が低く、加工が容易な単結晶を得ることができる。
よりルツボ寿命を長くすることができる。 The present invention has the following various effects.
A crucible made of graphite can be used, and a single crystal can be grown at a low cost.
Assembly and placement of single crystal growth equipment is extremely simple.
Thermal efficiency is good, and the generation of strain in the grown single crystal can be reduced.
A single crystal that is lower in hardness and easier to process than before can be obtained.
The crucible life can be further extended.

本発明を実施するための形態１に係る単結晶育成装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the single crystal growth apparatus which concerns on the form 1 for implementing this invention. 本発明を実施するための形態２に係る単結晶育成装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the single crystal growth apparatus which concerns on the form 2 for implementing this invention. 本発明を実施するための形態１に係る単結晶育成装置を用いて育成した単結晶のインゴットを概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the ingot of the single crystal grown using the single crystal growth apparatus which concerns on the form 1 for implementing this invention. 本発明を実施するための形態３に係る単結晶育成装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the single crystal growth apparatus which concerns on the form 3 for implementing this invention. 従来の単結晶育成装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the conventional single crystal growth apparatus. 他の従来技術に係る単結晶育成装置を用いて育成した単結晶のインゴットを概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the ingot of the single crystal grown using the single crystal growth apparatus which concerns on another prior art.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

［育成装置についての第１の形態］
図１は、本発明を実施するための第１の形態に係る単結晶引き上げ装置を説明するための図である。
ルツボ内の原料融液３００に種結晶２１０を接触させた後に、種結晶２１０を引き上げて単結晶２００を育成させる単結晶育成装置において、
前記ルツボは、タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、イリジウム若しくはイリジウム合金又は白金若しくは白金合金からなる層で覆われている原料保持用ルツボ１８と、原料保持用ルツボ１８の外側に間隔を置いて又は置かないで配置された加熱用ルツボ１９とからなる単結晶育成装置である。 [First form of training apparatus]
FIG. 1 is a diagram for explaining a single crystal pulling apparatus according to a first embodiment for carrying out the present invention.
In the single crystal growing apparatus for bringing the seed crystal 210 into contact with the raw material melt 300 in the crucible and then raising the seed crystal 210 to grow the single crystal 200,
The crucible includes a raw material holding crucible 18 in which an inner surface of a main body made of tungsten, a tungsten alloy, molybdenum, or a molybdenum alloy is covered with a layer made of iridium, an iridium alloy, platinum, or a platinum alloy; This is a single crystal growing apparatus comprising a heating crucible 19 arranged with or without an interval on the outside.

本形態をより詳細に説明する。
チャンバ１１内に設けられた断熱材で形成される加熱室１５と、加熱室１５の内部に設けられたルツボと、加熱室１５の外周に配置された加熱コイル２０とを備え、前記ルツボを加熱して得られた原料融液３００に種結晶２１０を接触させた後に、種結晶２１０を引き上げて単結晶２００を育成させる単結晶育成装置において、 This embodiment will be described in more detail.
A heating chamber 15 formed of a heat insulating material provided in the chamber 11, a crucible provided in the heating chamber 15, and a heating coil 20 disposed on the outer periphery of the heating chamber 15, and heating the crucible In the single crystal growing apparatus for bringing the seed crystal 210 into contact with the raw material melt 300 obtained in this way and then raising the seed crystal 210 to grow the single crystal 200,

ルツボ内の原料融液３００に種結晶２１０を接触させた後に、種結晶２１０を引き上げて単結晶２００を育成させる単結晶育成装置において、
前記ルツボは、タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、イリジウム若しくはイリジウム合金又は白金若しくは白金合金からなる層で覆われている原料保持用ルツボ１８と、原料保持用ルツボ１８の外側に間隔を置いて又は置かないで配置された加熱用ルツボ１９とからなる単結晶育成装置である。 In the single crystal growing apparatus for bringing the seed crystal 210 into contact with the raw material melt 300 in the crucible and then raising the seed crystal 210 to grow the single crystal 200,
The crucible includes a raw material holding crucible 18 in which an inner surface of a main body made of tungsten, a tungsten alloy, molybdenum, or a molybdenum alloy is covered with a layer made of iridium, an iridium alloy, platinum, or a platinum alloy; This is a single crystal growing apparatus comprising a heating crucible 19 arranged with or without an interval on the outside.

以下本形態をより詳細に説明する。
（原料保持用ルツボ）
原料保持用ルツボ１８の母体（本体）は高融点材料からなる。タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）あるいはＷ合金、Ｍｏ合金からなる。底部を有し、底部周縁から立ち上がる側壁を有している。その母体の本体の内面が、イリジウム若しくはイリジウム合金又は白金若しくは白金合金からなる層で覆われている。 Hereinafter, this embodiment will be described in more detail.
(Crucible for holding raw materials)
The base (main body) of the raw material holding crucible 18 is made of a high melting point material. It consists of tungsten (W), molybdenum (Mo), W alloy, or Mo alloy. It has a bottom and a sidewall that rises from the periphery of the bottom. The inner surface of the base body is covered with a layer made of iridium or iridium alloy or platinum or platinum alloy.

イリジウム若しくはイリジウム合金又は白金若しくは白金合金からなる層の形成は、たとえば、溶射、ＣＶＤ、スパッタリング、箔の圧着などの方法により行えばよい。
イリジウム若しくはイリジウム合金又は白金若しくは白金合金からなる層の厚さは、本体の厚さの１／１０以下が好ましい。通常、本体の厚さは１〜５ｍｍであるので層厚保は０．１〜０．５ｍｍが好ましい。材料コストの面からは層厚は小さい方ほど好ましい。 The formation of iridium or an iridium alloy or a layer made of platinum or a platinum alloy may be performed by a method such as thermal spraying, CVD, sputtering, or foil pressure bonding.
The thickness of the layer made of iridium or iridium alloy or platinum or platinum alloy is preferably 1/10 or less of the thickness of the main body. Usually, since the thickness of the main body is 1 to 5 mm, the layer thickness is preferably 0.1 to 0.5 mm. From the viewpoint of material cost, the smaller the layer thickness, the better.

（加熱用ルツボ）
加熱用ルツボ１９はグラファイトから構成される。グラファイトはＩｒに比べてはるか
に安価である。また、高周波（ＲＦ）に対する発熱効率が極めて良好である。
加熱用ルツボ１９は、底部を有し（有底）、底部の周縁から上方に立ち上げる側壁を有している。 (Crucible for heating)
The heating crucible 19 is made of graphite. Graphite is much cheaper than Ir. Moreover, the heat generation efficiency with respect to the high frequency (RF) is very good.
The crucible 19 for heating has a bottom (bottomed), and has a side wall that rises upward from the periphery of the bottom.

グラファイトが発熱した場合に発生するカーボンガスあるいはカーボン粒子が融液に混入しないように、加熱用ルツボ１９の上端（側壁の最上部）の高さは、原料保持用ルツボ１８の上端よりも高くなく設定される。図１に示す例では、両者の上端は面一状態となっている。
加熱用ルツボ１９の内部は、原料保持用ルツボ１８の外面全体と加熱用ルツボ１９の内面全体が接触するように、外径、内径を適宜設定しておくことが好ましい。底部においても、加熱用ルツボ１９の底部内面が、原料保持用ルツボ１８の底部外面と接触させ加熱用ルツボ１９内に原料保持用ルツボ１８をスライドさせてはめ込み可能な形状としておくことが好ましい。
加熱用ルツボ１９の内面及び原料保持用ルツボ１８の外面は鏡面仕上げしておけば、原料保持用ルツボ１８を容易に加熱用ルツボ１９内にスライドさせて収納させることができる。
なお、図１では、原料保持用ルツボ１８と加熱用ルツボ１９とを接触させて配置した例を示したが、原料保持用ルツボ１８の側壁と加熱用ルツボ１９の側壁とを離隔して配置してもよい。
なお、図１に示す形態では、加熱用ルツボ１９の上端が原料保持用ルツボ１８の上端より高くないようにしてある。 The height of the upper end (uppermost portion of the side wall) of the heating crucible 19 is not higher than the upper end of the raw material holding crucible 18 so that carbon gas or carbon particles generated when the graphite is heated does not enter the melt. Is set. In the example shown in FIG. 1, the upper ends of both are in a flush state.
The inside of the heating crucible 19 preferably has an outer diameter and an inner diameter appropriately set so that the entire outer surface of the raw material holding crucible 18 and the entire inner surface of the heating crucible 19 are in contact with each other. Also at the bottom, it is preferable that the bottom inner surface of the heating crucible 19 is brought into contact with the outer surface of the bottom of the raw material holding crucible 18 so that the raw material holding crucible 18 can be slid into the heating crucible 19.
If the inner surface of the heating crucible 19 and the outer surface of the raw material holding crucible 18 are mirror-finished, the raw material holding crucible 18 can be easily slid and stored in the heating crucible 19.
Although FIG. 1 shows an example in which the raw material holding crucible 18 and the heating crucible 19 are placed in contact with each other, the side wall of the raw material holding crucible 18 and the side wall of the heating crucible 19 are arranged separately. May be.
In the embodiment shown in FIG. 1, the upper end of the heating crucible 19 is not higher than the upper end of the raw material holding crucible 18.

（カーボンフェルト材）
図１に示す例では、加熱室１５はジルコニア耐火物により構成されている。
ジルコニア（ＺｒＯ２）は高温（１８００℃以上）になると、酸化・還元反応を起こして、下記式（１）のように酸素が放出されルツボ材のモリブデンを酸化させる。Ｍｏを酸化させた際には、黒青色の煙を発生させ、この煙がサファイア原料表面、又はサファイア融液に混入し着色及び純度低下を引き起こす。これはルツボ材としてタングステンを使用した場合も同様である。また、ジルコニア以外の耐火物であっても温度の違いはあるにせよ式（１）の反応が生ずる。
２ＺｒＯ２ ⇔ ２ＺｒＯ＋Ｏ２ ・・・（１）
そこで、本形態では、加熱用ルツボ１９の外壁の周囲にカーボンフェルト材１６を設けてある。加熱用ルツボ１９から耐火物１５への輻射をカーボンフェルト１６が防止する。その結果、耐火物１５の温度が酸化・還元反応を起こす温度まで上昇することが防止される。そのため、ルツボとしてＭｏやＷ製ルツボを使用することがより一層容易になる。 (Carbon felt material)
In the example shown in FIG. 1, the heating chamber 15 is composed of a zirconia refractory.
When zirconia (ZrO 2 ) reaches a high temperature (1800 ° C. or higher), it undergoes an oxidation / reduction reaction, and oxygen is released as shown in the following formula (1) to oxidize molybdenum of the crucible material. When Mo is oxidized, black-blue smoke is generated, and this smoke is mixed into the surface of the sapphire raw material or the sapphire melt to cause coloring and a decrease in purity. The same applies to the case where tungsten is used as the crucible material. Moreover, even if it is refractories other than a zirconia, reaction of Formula (1) will arise, although there is a difference in temperature.
2ZrO 2 ⇔ 2ZrO + O 2 (1)
Therefore, in this embodiment, the carbon felt material 16 is provided around the outer wall of the heating crucible 19. The carbon felt 16 prevents radiation from the heating crucible 19 to the refractory 15. As a result, the temperature of the refractory 15 is prevented from rising to a temperature at which an oxidation / reduction reaction occurs. Therefore, it becomes easier to use a crucible made of Mo or W as a crucible.

（単結晶材料）
本発明における単結晶はいかなる材料でもよく、半導体材料、化合物半導体材料、酸化
物その他の材料の単結晶を育成することができる。

特に、酸化物材料に適用した場合に効果的であり、その中でも、サファイア、ＳｃＡｌ
ＭｇＯ４に適用した場合より効果的である。 (Single crystal material)
The single crystal in the present invention may be any material, and single crystals of semiconductor materials, compound semiconductor materials, oxides and other materials can be grown.

In particular, it is effective when applied to oxide materials. Among them, sapphire, ScAl
It is more effective when applied to MgO 4 .

また、育成する単結晶の寸法には限定されるものではなく、いかなる寸法の単結晶の育成も可能である。ただ、従来は、単結晶の外径が６インチ以上になると、ルツボ内の融液の温度分布が大きくなり、育成単結晶の品質の劣化を招いていた。   Further, the size of the single crystal to be grown is not limited, and a single crystal having any size can be grown. However, conventionally, when the outer diameter of the single crystal is 6 inches or more, the temperature distribution of the melt in the crucible becomes large, and the quality of the grown single crystal is deteriorated.

本発明による方法を採用すると温度勾配が緩くなり、かつ対流が安定するため、結晶の品質に影響する固液界面の形状が下凸形状から平らな形状に誘導される。大口径になればそれにつれてさらに平になる。平らになるほど結晶品質が安定する。 When the method according to the present invention is employed, the temperature gradient becomes gentle and the convection is stabilized, so that the shape of the solid-liquid interface that affects the quality of the crystal is induced from the downward convex shape to the flat shape. The larger the diameter, the flatter it becomes. The flatter the crystal quality becomes.

従って、本発明では、６インチを以上であってもそれ未満の単結晶と同等の品質を保持することが可能であるため、６インチ以上の単結晶に適用すると効果がより顕著に現れる。なお、８インチ以上においても同様である。 Therefore, in the present invention, even if the length is 6 inches or more, it is possible to maintain the same quality as a single crystal of less than 6 inches. Therefore, the effect is more remarkable when applied to a single crystal of 6 inches or more. The same applies to 8 inches or more.

融点が２１００℃以下の例えば、 サファイア（Ａｌ２Ｏ３）（融点：２０７２℃）、ＳｃＡｌＭｇＯ４、ＬｉＴａＯ３（融点：１６５０℃）又はＹＡＧ（融点：１９７０℃）などの単結晶の育成の場合には、タングステン若しくはタングステン合金からなる本体の内面が、イリジウム若しくはイリジウム合金の層で覆われている原料保持用ルツボを用いることができる。融点が高いこれら単結晶の場合であっても、原料保持用ルツボの変形はすくなくルツボの寿命は長い。 In the case of growing a single crystal such as sapphire (Al 2 O 3 ) (melting point: 2072 ° C.), ScAlMgO 4 , LiTaO 3 (melting point: 1650 ° C.) or YAG (melting point: 1970 ° C.) having a melting point of 2100 ° C. or less A crucible for holding a raw material in which the inner surface of a main body made of tungsten or a tungsten alloy is covered with a layer of iridium or an iridium alloy can be used. Even in the case of these single crystals having a high melting point, the crucible for holding the raw material is not easily deformed and the life of the crucible is long.

一方、融点が１６００℃以下のたとえば、ＬｉＮｂＯ３（融点：１２５０℃）又はランガサイト（融点：１４７５℃）などの単結晶の育成の場合には、タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、白金若しくは白金合金からなす内層で覆われている原料用ルツボを用いることが好ましい。 On the other hand, in the case of growing a single crystal such as LiNbO 3 (melting point: 1250 ° C.) or langasite (melting point: 1475 ° C.) having a melting point of 1600 ° C. or less, a body made of tungsten or a tungsten alloy or molybdenum or a molybdenum alloy It is preferable to use a raw material crucible whose inner surface is covered with an inner layer made of platinum or a platinum alloy.

（他の構成物）
図１には図示していないが、単結晶引上げ装置には、真空ポンプ、高周波誘導加熱用発振機、発振機の制御及び、単結晶引き上げ成長炉のコンピュータ制御、温度制御、駆動系制御、成長結晶直径制御等を行う制御装置その他の装置が設けられている。 (Other components)
Although not shown in FIG. 1, the single crystal pulling apparatus includes a vacuum pump, an oscillator for high frequency induction heating, control of the oscillator, computer control of the single crystal pulling growth furnace, temperature control, drive system control, growth A control device and other devices for controlling the crystal diameter and the like are provided.

［育成装置についての第２の形態］
図２に他の形態を示す。
この形態においては、加熱用ルツボと原料保持用ルツボとが間隔を置いて配置されている。 [Second form of training apparatus]
FIG. 2 shows another form.
In this embodiment, the heating crucible and the raw material holding crucible are arranged at an interval.

タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、白金若しくは白金合金からなす内層で覆われている原料用ルツボ１８が、加熱用ルツボ内に間隔をおいて設けられている。 Raw material crucibles 18 in which the inner surface of the main body made of tungsten or tungsten alloy or molybdenum or molybdenum alloy is covered with an inner layer made of platinum or platinum alloy are provided in the heating crucible at intervals.

本例における加熱用ルツボは２重構造をなしている。すなわち、外側はグラファイトからなるルツボ１９ｂであり、内側はＷＣで表面を被覆したいＷからなるルツボ１９ａである。内側のルツボ１９ａとしては、タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、白金若しくは白金合金からなす内層で覆われているルツボを用いてもよい。内側のルツボ１９ａと外側のルツボ１９ｂとは離間せずに密着させてある。 The heating crucible in this example has a double structure. That is, the outer side is a crucible 19b made of graphite, and the inner side is a crucible 19a made of W whose surface is to be covered with WC. As the inner crucible 19a, a crucible in which the inner surface of a main body made of tungsten or a tungsten alloy or molybdenum or a molybdenum alloy is covered with an inner layer made of platinum or a platinum alloy may be used. The inner crucible 19a and the outer crucible 19b are in close contact with each other without being separated.

原料保持用ルツボ１８は、加熱用ルツボ１８の内部に、側壁同士を離隔させ、底部にタングステンあるいはタングステンカーバイドからなるスペーサー２１を介して配置されている。 The raw material holding crucible 18 is disposed inside the heating crucible 18 with the side walls spaced apart and at the bottom via a spacer 21 made of tungsten or tungsten carbide.

本形態では、ルツボは三重構造をなしている。加熱用ルツボの内側ルツボ１９ａの内面は、タングステン（あるいはイリジウムもしくは白金）であり、その面からの輻射により原料保持用ルツボ１８が加熱される。原料保持用ルツボ１８７内における融液３００中の温度勾配はより一層低減され、より一層歪の少ない単結晶が得られる。 In this embodiment, the crucible has a triple structure. The inner surface of the inner crucible 19a of the heating crucible is tungsten (or iridium or platinum), and the raw material holding crucible 18 is heated by radiation from the surface. The temperature gradient in the melt 300 in the raw material holding crucible 187 is further reduced, and a single crystal with less distortion is obtained.

従来のルツボにおいては、育成結晶が小さい時（８インチ未満の時）はルツボの側壁が均一に加熱され、融液の自然対流は保持される。ところが育成結晶が大きくなると（８インチ以上になると）コイルに発生する高周波磁束の密度がルツボの中心になるにつれて弱まり、ルツボ外壁の一部が特に加熱されるホットエリアが形成され、温度勾配がきつくなる。   In the conventional crucible, when the grown crystal is small (less than 8 inches), the side wall of the crucible is uniformly heated and the natural convection of the melt is maintained. However, when the grown crystal becomes large (over 8 inches), the density of the high-frequency magnetic flux generated in the coil becomes weaker as it becomes the center of the crucible, forming a hot area where a part of the outer wall of the crucible is particularly heated, and the temperature gradient becomes tight. Become.

この現象を弱めるために直接的にルツボによって融液を加熱するよりもクッション的に直接加熱されないルツボを内側に配置することで比較的、側面側からの加熱を弱め、融液の温度分布のばらつきをマイルドにして温度勾配が急峻にならないようになる。
融液の温度勾配が緩くなると自然対流が安定して結晶の欠陥やひずみを抑制する効果が生
ずる。
また、３重構造にすると各々のルツボの高寿命化がより一層達成される。 In order to weaken this phenomenon, the crucible that is not heated directly in a cushion rather than directly heated by the crucible is placed inside to relatively weaken the heating from the side, and the dispersion of the temperature distribution of the melt As a result, the temperature gradient does not become steep.
When the temperature gradient of the melt is relaxed, natural convection is stabilized and the effect of suppressing crystal defects and strains is produced.
In addition, when a triple structure is used, the life of each crucible can be further increased.

なお、図２に示す例では、原料保持用ルツボ１８の底部内壁にはタングステンのスペーサー２１が配置されている。原料保持用ルツボはこのスペーサー２１上に載置される。すなわち、側壁においては離隔して輻射により熱を供与するが、底壁においては離隔せず熱伝導により熱を供与する。これにより、温度勾配をより少なくすることができる。 In the example shown in FIG. 2, a tungsten spacer 21 is disposed on the bottom inner wall of the raw material holding crucible 18. The raw material holding crucible is placed on the spacer 21. In other words, heat is provided by radiation at the side walls while being separated, but heat is provided by heat conduction at the bottom wall without separation. Thereby, a temperature gradient can be decreased more.

［育成装置についての第３の形態］
図４に形態３に係る育成装置を示す。
チャンバ１１内に設けられた断熱材１５で形成される加熱室と、加熱室の内部に配置されたルツボと、加熱室の外周に配置された加熱コイル２０とを備え、前記ルツボを加熱し
て得られた原料融液３００に種結晶２１０を接触させた後に、種結晶２１０を引き上げて
単結晶２００を育成させる単結晶育成装置において、
前記ルツボは、有底の原料保持用ルツボ１８と、原料保持用ルツボ１８の外側に配置されたグラファイトからなる有底の加熱用ルツボ１９とからなり、前記原料保持用ルツボ１８の外周と前記加熱用ルツボ１９の内周とにより形成される空間にタングステンカーバイドの粉末３５０が装入されている。
原料保持用ルツボ１８は、タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、イリジウム若しくはイリジウム合金又は白金若しくは白金合金からなる層で覆われている。 [Third embodiment of the training apparatus]
FIG. 4 shows a growing apparatus according to the third embodiment.
A heating chamber formed of a heat insulating material 15 provided in the chamber 11, a crucible disposed inside the heating chamber, and a heating coil 20 disposed on the outer periphery of the heating chamber, and heating the crucible In the single crystal growth apparatus for bringing the seed crystal 210 into contact with the obtained raw material melt 300 and then growing the single crystal 200 by pulling up the seed crystal 210.
The crucible includes a bottomed raw material holding crucible 18 and a bottomed heating crucible 19 made of graphite disposed outside the raw material holding crucible 18, and the outer periphery of the raw material holding crucible 18 and the heating Tungsten carbide powder 350 is charged into a space formed by the inner periphery of the crucible 19 for use.
In the raw material holding crucible 18, the inner surface of the main body made of tungsten, tungsten alloy, molybdenum, or molybdenum alloy is covered with a layer made of iridium, iridium alloy, platinum, or platinum alloy.

本形態に係る育成装置は例えば次の手順で作成する。
（１）加熱用ルツボであるグラファイトルツボ１９を、加熱室内の台座上に設置した後にタングステンカーバイドの粉末３５０をグラファイトルツボ１９の内側の底面に好ましくは１〜５ｍｍの厚さで敷き詰める。
（２）原料保持用ルツボ１８を、タングステンカーバイドの粉末３５０上に設置する。その際、原料保持用ルツボ１８と加熱用ルツボ１９の中心が一致させる。
（３）原料保持用ルツボ１８の外形はグラファイトルツボ（加熱用ルツボ）１９の内径より、例えば、１０ｍｍぐらい小さいものにする。そのようにするとグラファイトルツボ１９と原料保持用ルツボ１８の隙間は５ｍｍになる。 The training apparatus according to the present embodiment is created by the following procedure, for example.
(1) After the graphite crucible 19 as a heating crucible is placed on a pedestal in the heating chamber, a tungsten carbide powder 350 is spread on the bottom surface inside the graphite crucible 19 with a thickness of preferably 1 to 5 mm.
(2) The raw material holding crucible 18 is placed on the tungsten carbide powder 350. At that time, the centers of the raw material holding crucible 18 and the heating crucible 19 are aligned.
(3) The outer shape of the raw material holding crucible 18 is made smaller than the inner diameter of the graphite crucible (heating crucible) 19 by about 10 mm, for example. As a result, the gap between the graphite crucible 19 and the raw material holding crucible 18 becomes 5 mm.

（４）その隙間にタングステンカーバイドの粉末を注入する。
本形態によれば、次の諸々の効果が達成される。
タングステンカーバイドをコーティングするよりもはるかに安価で簡易的に結晶育成が行える。タングステンカーバイドのコーティングは熱膨張率の差異により、使用回数が多くなった時、クラックや劣化が心配されるが、粉末の場合には熱膨張の差異を吸収することができる。
また、充填密度を制御することにより、加熱用ルツボ１９から原料保持用ルツボ１９への熱の伝達量や伝達速度を制御することができるため、温度勾配が生じない最適な伝達量、伝達速度の設定が容易に可能となる。
なお、原料保持用ルツボ１８と加熱用ルツボ１９との間は全てＷＣ粉末を充填してもよいが、原料用ルツボの底部にブロック状のＷ又はＷＣのスペーサーを設けてもよい。このスペーサーの寸法を変化させることにより加熱用ルツボ１８から原料保持用ルツボ１９への熱伝達を制御することができ、原料融液の温度分布のばらつきをより少なくすることが可能となる。 (4) Tungsten carbide powder is injected into the gap.
According to this embodiment, the following various effects are achieved.
Crystal growth is much cheaper and easier than coating with tungsten carbide. The tungsten carbide coating is worried about cracks and deterioration when the number of uses increases due to the difference in thermal expansion coefficient, but in the case of powder, the difference in thermal expansion can be absorbed.
Further, by controlling the packing density, it is possible to control the amount and speed of heat transfer from the heating crucible 19 to the raw material holding crucible 19. Setting is easily possible.
The space between the raw material holding crucible 18 and the heating crucible 19 may be entirely filled with WC powder, but a block-like W or WC spacer may be provided at the bottom of the raw material crucible. By changing the size of the spacer, heat transfer from the heating crucible 18 to the raw material holding crucible 19 can be controlled, and variation in the temperature distribution of the raw material melt can be further reduced.

［育成方法の形態］
＜準備工程＞
準備工程では種結晶を用意して、引上げ棒１２の保持部材１３に取り付ける。続いて加熱用ルツボ１９を配置する。加熱用ルツボ１９の底にタングステン板２１を置き、その上に原料保持用ルツボ１８を設けることで二重構造のルツボとする。
さらに原料粉末を原料保持用ルツボ１８内充填し、チャンバ１１内にルツボを取り囲むように断熱容器としてカーボンフェルト材１６とジルコニア耐火物１５を組み立てる。さらにまた加熱コイル２０と断熱容器１５の間に石英管１４を配置する。この準備作業が終了した後にガス供給部２２からガス供給を行わないで、排気部２３を用いてチャンバ内を減圧する。 [Growth method]
<Preparation process>
In the preparation step, a seed crystal is prepared and attached to the holding member 13 of the pulling rod 12. Subsequently, a heating crucible 19 is arranged. A tungsten plate 21 is placed on the bottom of the heating crucible 19 and a raw material holding crucible 18 is provided thereon to form a double structure crucible.
Further, the raw material powder is filled in the raw material holding crucible 18, and the carbon felt material 16 and the zirconia refractory 15 are assembled as a heat insulating container so as to surround the crucible in the chamber 11. Furthermore, a quartz tube 14 is disposed between the heating coil 20 and the heat insulating container 15. After the preparatory work is completed, the gas supply unit 22 is not supplied with a gas, and the inside of the chamber is decompressed using the exhaust unit 23.

その後、ガス供給部２２からアルゴンガスを供給し、チャンバ１１の内部を不活性ガス雰囲気で常圧にする。ガスを供給するに際しては、ガスの流れが下方から上方に向かうように供給することが好ましい。これにより、不純物等が融液３００中に混入することを低減させることができる。
＜溶融工程＞
溶融工程では、ガス供給部２２からアルゴンガスをチャンバ１１に供給する。コイル電源が加熱コイル２０に高周波電を供給し、加熱コイル２０で磁束が発生し、発熱体であるグラファイトルツボ１９には渦電流が発生する。 Thereafter, argon gas is supplied from the gas supply unit 22 to bring the inside of the chamber 11 to normal pressure in an inert gas atmosphere. When supplying the gas, it is preferable to supply the gas so that the gas flows upward from below. Thereby, it can reduce that an impurity etc. mix in the melt 300. FIG.
<Melting process>
In the melting step, argon gas is supplied from the gas supply unit 22 to the chamber 11. The coil power supply supplies high-frequency electricity to the heating coil 20, magnetic flux is generated in the heating coil 20, and eddy current is generated in the graphite crucible 19 which is a heating element.

グラファイトルツボ１９の融点は３０００℃であるので、グラファイトルツボ１９を２５００℃以上に加熱することも可能であり、２５００℃以上に加熱した方が作業効率は上昇する。しかし、グラファイトルツボ１９の加熱は２５００℃以下とすることが好ましく、２３００℃以下とすることがより好ましい。このように、グラファイトルツボ１９の加熱温度を制限することによりルツボの寿命がはるかに長くなる。 Since the melting point of the graphite crucible 19 is 3000 ° C., it is possible to heat the graphite crucible 19 to 2500 ° C. or higher, and the working efficiency increases when heated to 2500 ° C. or higher. However, the heating of the graphite crucible 19 is preferably 2500 ° C. or less, and more preferably 2300 ° C. or less. Thus, limiting the heating temperature of the graphite crucible 19 makes the life of the crucible much longer.

図２に示す三重ルツボの構造の場合は、発熱体であるグラファイトルツボ１９ｂからの熱伝導によって、タングステンの内側ツボ１９ａが加熱され、さらにタングステンルツボ１９ａからの熱輻射または熱伝導によって、原料保持用璧部が加熱され、これに伴って原料保持用ルツボ１８に収容される酸化アルミニウムがその融点（２０５４℃）を超えて加熱されると、原料保持用ルツボ１８７内においてアルミナ原料すなわち酸化アルミニウムが溶融し、アルミナ融液３００となる。 In the case of the triple crucible structure shown in FIG. 2, the inner crucible 19a of tungsten is heated by heat conduction from the graphite crucible 19b, which is a heating element, and further, the material is held by heat radiation or heat conduction from the tungsten crucible 19a. When the wall portion is heated and the aluminum oxide contained in the raw material holding crucible 18 is heated to exceed its melting point (2054 ° C.), the alumina raw material, that is, aluminum oxide is melted in the raw material holding crucible 187. Thus, the alumina melt 300 is obtained.

＜種付け工程＞
種付け工程では、ガス供給部２２が、アルゴンガスをチャンバ２３内に供給する。
引上げ駆動部は、保持部材１３に取り付けられた種結晶２００の下端が、原料保持用ルツボ１８内のアルミナ融液３００と接触する位置まで引上げ棒１２を下降させて停止させる。その状態で、コイル電源は、重量検出部からの重量信号をもとに加熱コイル２０に供給する高周波電流の電流値を調節する。 <Seeding process>
In the seeding step, the gas supply unit 22 supplies argon gas into the chamber 23.
The pulling drive unit lowers the pulling rod 12 to a position where the lower end of the seed crystal 200 attached to the holding member 13 comes into contact with the alumina melt 300 in the raw material holding crucible 18 to stop. In this state, the coil power supply adjusts the current value of the high-frequency current supplied to the heating coil 20 based on the weight signal from the weight detector.

＜肩部形成工程＞
肩部形成工程では、コイル電源が加熱コイル２０に供給する高周波電流を調節したのち、アルミナ融液３００の温度が安定するまでしばらくの間保持し、その後、引上げ棒１２を第一の回転速度で回転させながら第一の引上げ速度にて引き上げる。すると、種結晶２１０は、その下端部がアルミナ融液３００に浸った状態で回転されつつ引き上げられることになり、種結晶２１０の下端には、鉛円直下方に向かって拡開する肩部２２０が形成されていく。肩部２２０の直径が所望とする基板の直径よりも数ｍｍ（１〜５ｍｍ）ほど大きくなった時点で肩部形成工程を完了する。 <Shoulder formation process>
In the shoulder forming step, after the high frequency current supplied from the coil power supply to the heating coil 20 is adjusted, the temperature is kept for a while until the temperature of the alumina melt 300 is stabilized, and then the pulling rod 12 is moved at the first rotational speed. Pull up at the first pulling speed while rotating. Then, the seed crystal 210 is pulled up while being rotated in a state where its lower end is immersed in the alumina melt 300, and a shoulder 220 that expands directly below the lead circle is formed at the lower end of the seed crystal 210. Will be formed. The shoulder forming step is completed when the diameter of the shoulder 220 becomes several mm (1 to 5 mm) larger than the desired diameter of the substrate.

＜直胴部形成工程＞
直胴部形成工程では、ガス供給部２２がアルゴンガスをチャンバ１１内に供給する。コイル電源は、引き続き加熱コイル２０に高周波電流の供給を行い、原料保持用ルツボ１８を介してアルミナ融液３００を加熱する。引き上げ駆動部は、引き上げ棒１２を第２の引き上げ速度にて引き上げる。ここで第２の引き上げ速度は、肩部形成工程における原料保持用引き上げ速度と異なる速度である。さらに、回転駆動部は、引き上げ棒１２を第２の回転速度で回転させる。 <Straight body part formation process>
In the straight body forming step, the gas supply unit 22 supplies argon gas into the chamber 11. The coil power supply continues to supply high-frequency current to the heating coil 20 to heat the alumina melt 300 via the raw material holding crucible 18. The pulling drive unit pulls the pulling rod 12 at the second pulling speed. Here, the second pulling speed is different from the pulling speed for holding the raw material in the shoulder forming step. Further, the rotation drive unit rotates the pulling rod 12 at the second rotation speed.

ここで、第２の回転速度は、肩部形成工程における第１の回転速度と異なる速度である。
種結晶２１０と一体化した肩部２２０は、その下端部がアルミナ融液３００に浸った状態で回転されつつ引き上げられることになるため、肩部２２０の下端部には、円柱状の直胴部２３０が形成されていく。直胴部２３０の直径は、所望とする基板の直径より数ｍｍほど大きなっていればよい。 Here, the second rotation speed is a speed different from the first rotation speed in the shoulder portion forming step.
Since the shoulder 220 integrated with the seed crystal 210 is pulled up while being rotated with its lower end immersed in the alumina melt 300, a cylindrical straight body portion is provided at the lower end of the shoulder 220. 230 is formed. The diameter of the straight body 230 may be several mm larger than the desired diameter of the substrate.

＜尾部形成工程＞
尾部形成工程では、ガス供給部２２がアルゴンガスをチャンバ１１内に供給する。
また、コイル電源は、引き続き加熱コイル２０に高周波電流の供給を行い、原料保持用ルツボ１８を介したアルミナ融液３００を加熱する。さらに、引き上げ駆動部は、引き上げ棒１２を第３の引き上げ速度にて引き上げる。ここで第３の引き上げ速度は、肩部形成工程における第１の引き上げ速度あるいは直胴部形成工程における第２の引き上げ速度と異なる速度である。 <Tail formation process>
In the tail formation step, the gas supply unit 22 supplies argon gas into the chamber 11.
The coil power supply continues to supply high-frequency current to the heating coil 20 to heat the alumina melt 300 through the raw material holding crucible 18. Further, the pulling drive unit pulls the pulling rod 12 at the third pulling speed. Here, the third pulling speed is a speed different from the first pulling speed in the shoulder forming process or the second pulling speed in the straight body forming process.

さらにまた、回転駆動部は、引き上げ棒１２を第３の回転速度で回転させる。ここで、第３の回転速度は、肩部形成工程における第１の回転速度あるいは直胴部形成工程における第２の回転速度とは異なる速度である。なお、尾部形成工程の序盤において、尾部２４０下端は、アルミナ融液３００と接触した状態を維持する。
そして、所定の時間が経過した尾部形成工程の終盤において、引き上げ駆動部は、引き上げ棒１２の引き上げ速度を増速させて引き上げ棒１２をさらに上方に引き上げさせることにより、尾部２４０の下端をアルミナ融液３００から引き離す。これにより、図２に示すサファイアインゴット２００が得られる。 Furthermore, the rotation drive unit rotates the pulling rod 12 at the third rotation speed. Here, the third rotation speed is a speed different from the first rotation speed in the shoulder portion forming step or the second rotation speed in the straight body portion forming step. Note that the lower end of the tail portion 240 is kept in contact with the alumina melt 300 in the early stage of the tail portion forming step.
Then, at the end of the tail forming process after a predetermined time has elapsed, the pulling drive unit increases the pulling speed of the pulling rod 12 to raise the pulling rod 12 further upward, so that the lower end of the tail 240 is fused with alumina. Pull away from liquid 300. Thereby, the sapphire ingot 200 shown in FIG. 2 is obtained.

＜冷却工程＞
冷却工程では、ガス供給部２２がアルゴンガスをチャンバ１１内に供給する。また、コイル電源は、加熱コイル２０へ高周波電流の供給を停止し、ルツボ１７を介したアルミナ融液３００の加熱を中止する。さらに、引き上げ駆動部は引き上げ棒１２の引き上げを停止させ、回転駆動部は引き上げ棒１２の回転を停止させる。このとき、ルツボ１７内には、サファイアインゴット２００を形成しなかった酸化アルミニウムがアルミナ融液３００として少量残存している。このため、加熱の停止に伴って、原料保持ルツボ１８中のアルミナ融液３００は徐々に冷却され、酸化アルミニウムの融点を下回った後にルツボ１８中で固化し、酸化アルミニウムの固体となる。そして、チャンバ１１内が十分に冷却された状態で、チャンバ１１内からサファイアインゴット２００が取り出される。 <Cooling process>
In the cooling process, the gas supply unit 22 supplies argon gas into the chamber 11. Further, the coil power supply stops the supply of the high frequency current to the heating coil 20 and stops the heating of the alumina melt 300 via the crucible 17. Further, the pulling drive unit stops the pulling of the pulling rod 12, and the rotation driving unit stops the rotation of the pulling rod 12. At this time, a small amount of aluminum oxide that did not form the sapphire ingot 200 remains as the alumina melt 300 in the crucible 17. For this reason, with the stop of heating, the alumina melt 300 in the raw material holding crucible 18 is gradually cooled, and after solidifying below the melting point of aluminum oxide, solidifies in the crucible 18 to become an aluminum oxide solid. Then, the sapphire ingot 200 is taken out from the chamber 11 in a state where the inside of the chamber 11 is sufficiently cooled.

以上説明したように、本実施の形態では、加熱コイル２０により原料保持用ルツボ１８の壁部を直接加熱することなく、原料保持用ルツボ１８を間接的に加熱している。このため、加熱コイル２０により原料保持用ルツボ１８の壁部を直接加熱した場合に比べ、ルツボ１７内の融液の温度勾配を緩和することができる。よって、急激な温度勾配によって成長させた単結晶に発生する歪みを抑制することができる。 As described above, in the present embodiment, the raw material holding crucible 18 is indirectly heated without directly heating the wall portion of the raw material holding crucible 18 by the heating coil 20. For this reason, compared with the case where the wall part of the raw material holding crucible 18 is directly heated by the heating coil 20, the temperature gradient of the melt in the crucible 17 can be relaxed. Therefore, distortion generated in the single crystal grown by the rapid temperature gradient can be suppressed.

（実施例１）
本例では、図４に示す構造の高周波誘導加熱型チョクラルスキー炉を用いてＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を育成した。
原料ルツボ（原料保持用ルツボ）１８として、内面にイリジウムを０．５ｍｍの厚さにコーティングを行ったタングステン製のΦ１００ｍｍのルツボを用いた。加熱用ルツボ１９にはグラファイトルツボを用いた。
原料保持用ルツボ１８に、出発原料として４Ｎ（９９．９９％）のＹ、Ａｌ２Ｏ３を規定ｍｏｌ配合した原料２．０ｋｇ投入した。原料を投入したルツボを前記育成炉に投入し、炉内を真空にした後にアルゴンガスを導入し、１．０Ｌ／ｍｉｎの流量でフローを行った。炉内が大気圧となった時点でルツボの加熱を開始し、ＹＡＧの融点に達するまで１２時間かけて徐々に加熱した。
その後、（１１１）方位に切り出したＹＡＧ単結晶を種結晶として用い、種結晶を融液近くまで降下させた。この種結晶を毎分６．０回転の速度で回転させながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させて温度を徐々に降下させながら、引上速度０．５ｍｍ／ｈの速度で種結晶を上昇させて結晶成長を行った。
その結果、直径５０ｍｍ、直胴部の長さ１００ｍｍの単結晶が得られた。この単結晶を観察したところ、微小な気泡は観測されなかった。さらに、ウェハ状に切断・研磨し、偏光により内部を観察した所、サブグレインの発生は認められなかった。
本例では、チャンバ内径１０００φの高周波加熱コイルを備えた高周波誘導加熱型チョ
クラルスキー炉を用いた。内径φ２９５ｍｍのタングステン製ルツボの外壁に０．５ｍｍ
の厚みを持ったタングステンカーバイドをコーティングしたルツボの外側にグラファイト
ルツボを密接して配置した一体型二重ルツボに出発原料として４Ｎ（９９．９９％）の酸
化アルミニウム原料を５２ｋｇ投入した。原料を投入したルツボを前記育成炉の加熱室に
投入した。前記一体型二重ルツボの外周にはカーボンフェルト材およびジルコニアによっ
て断熱構造を設け、加熱室内部の最外周に高周波加熱コイルが配置され、その内側に石英
管を配置した。炉内を真空にした後に装置下方からアルゴンガスを導入し、１．０Ｌ／ｍ
ｉｎの流量でフローさせ装置上方に排気口を設け、加熱室内の雰囲気ガスを循環させるた
めに、前記石英管は雰囲気ガスを密封するように配置した。 Example 1
In this example, YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) was grown using a high-frequency induction heating type Czochralski furnace having the structure shown in FIG.
As a raw material crucible (raw material holding crucible) 18, a Φ100 mm crucible made of tungsten having an inner surface coated with iridium to a thickness of 0.5 mm was used. A graphite crucible was used as the heating crucible 19.
The raw material holding crucible 18 was charged with 2.0 kg of raw material containing 4 mol (99.99%) of Y and Al 2 O 3 as a starting material. The crucible charged with the raw material was put into the growth furnace, the inside of the furnace was evacuated, argon gas was introduced, and flow was performed at a flow rate of 1.0 L / min. When the inside of the furnace became atmospheric pressure, the crucible was heated and gradually heated over 12 hours until reaching the melting point of YAG.
Thereafter, the YAG single crystal cut in the (111) orientation was used as a seed crystal, and the seed crystal was lowered to near the melt. The seed crystal is gradually lowered while rotating at a speed of 6.0 revolutions per minute, and the pulling speed is 0.5 mm / h while the tip is brought into contact with the melt and the temperature is gradually lowered. The crystal was grown by raising the seed crystal.
As a result, a single crystal having a diameter of 50 mm and a length of the straight body portion of 100 mm was obtained. When this single crystal was observed, minute bubbles were not observed. Further, when the wafer was cut and polished into a wafer and the inside was observed with polarized light, no generation of subgrains was observed.
In this example, a high-frequency induction heating type Czochralski furnace equipped with a high-frequency heating coil having a chamber inner diameter of 1000φ was used. 0.5mm on the outer wall of tungsten crucible with inner diameter φ295mm
52 kg of 4N (99.99%) aluminum oxide raw material was charged as a starting material into an integrated double crucible in which a graphite crucible was closely arranged on the outside of a crucible coated with tungsten carbide having a thickness of 5 mm. The crucible charged with the raw material was charged into the heating chamber of the growth furnace. A heat insulating structure was provided on the outer periphery of the integrated double crucible with carbon felt material and zirconia, a high-frequency heating coil was disposed on the outermost periphery of the heating chamber, and a quartz tube was disposed on the inner side. After evacuating the inside of the furnace, argon gas was introduced from the bottom of the apparatus, and 1.0 L / m
The quartz tube was disposed so as to seal the atmosphere gas in order to flow at a flow rate of in, to provide an exhaust port above the apparatus, and to circulate the atmosphere gas in the heating chamber.

炉内が大気圧になった時点でルツボの加熱を開始し、酸化アルミニウムの融点に達するまで１２時間かけて徐々に加熱した。溶融後、酸化アルミニウム単結晶を種結晶として用い、種結晶を融液近くまで降下させた。この種結晶を毎分２回転の速度で回転させながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させて温度を徐々に降下させながら、引上速度２ｍｍ／ｈの速度で種結晶を上昇させて結晶成長を行った。   When the inside of the furnace became atmospheric pressure, the crucible was started to be heated gradually over 12 hours until reaching the melting point of aluminum oxide. After melting, an aluminum oxide single crystal was used as a seed crystal, and the seed crystal was lowered to near the melt. The seed crystal is gradually lowered while rotating at a speed of 2 revolutions per minute, and the seed crystal is lowered at a pulling speed of 2 mm / h while gradually lowering the temperature by bringing the tip of the seed crystal into contact with the melt. The crystal was grown by raising.

その結果、直径２０５ｍｍ、直胴部の長さ１５０ｍｍの単結晶が得られた。この単結晶
を観察したところ、微小な気泡は観察されなかった。さらに、ウエハ状に切断・研磨し、
偏光により内部を観察した所、サブグレインの発生は認められなかった。
上記実験を複数回行ったところ、
As a result, a single crystal having a diameter of 205 mm and a length of the straight body portion of 150 mm was obtained. When this single crystal was observed, minute bubbles were not observed. Furthermore, it is cut and polished into a wafer,
When the inside was observed with polarized light, no subgrains were observed.
When the above experiment was performed multiple times,

（実施例２）
本例では、図４に示す構造の高周波誘導加熱型チョクラルスキー炉を用いてＬＴＧＡ（Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．３Ａｌ０．２Ｏ１４）を育成した。
原料ルツボ（原料保持用ルツボ）１８として、内面にイリジウムを０．３ｍｍコーティングを行ったタングステン製のΦ１００ｍｍのルツボを用いた。
加熱用ルツボ１９にはグラファイトルツボを用いた。
原料保持用ルツボ１８に、出発原料として４Ｎ（９９．９９％）のＬａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３を規定ｍｏｌ％に配合した原料２．０ｋｇ投入した。原料を投入したルツボを前記育成炉に投入し、炉内を真空にした後にアルゴンガスを導入し、２．０Ｌ／ｍｉｎの流量でフローを行った。
炉内が大気圧となった時点でルツボの加熱を開始し、ＬＴＧＡの融点に達するまで１２時間かけて徐々に加熱した。その後、（１００）方位に切り出したＬＴＧＡ単結晶を種結晶として用い、種結晶を融液近くまで降下させた。この種結晶を毎分４．０回転の速度で回転させながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させて温度を徐々に降下させながら、引上速度2.0mm/hの速度で種結晶を上昇させて結晶成長を行った。
その結果、直径50mm、直胴部の長さ100mmの単結晶が得られた。この単結晶を観察したところ、微小な気泡は観測されなかった。さらに、ウェハ状に切断・研磨し、偏光により内部を観察した所、サブグレインの発生は認められなかった。
本例では、チャンバ内径１０００ｍｍφの高周波加熱コイルを備えた高周波誘導加熱型チョクラルスキー炉を用いた。内径φ２９５ｍｍのタングステン製ルツボの外壁に０．５ｍｍの厚みを持ったタングステンカーバイドをコーティングしたルツボの外側にグラファイトルツボを密接して配置した一体型二重ルツボの内側に内径φ２３０ｍｍのモリブデンルツボを配置し、該モリブデンルツボはタングステンスペーサーを介してタングステンカーバイドを内壁にコーティングしたタングステンルツボ内に配置される。 (Example 2)
In this example, LTGA (La 3 Ta 0.5 Ga 5.3 Al 0.2 O 14 ) was grown using a high-frequency induction heating type Czochralski furnace having the structure shown in FIG.
As a raw material crucible (raw material holding crucible) 18, a Φ100 mm crucible made of tungsten having an inner surface coated with 0.3 mm of iridium was used.
A graphite crucible was used as the heating crucible 19.
The raw material holding crucible 18 was charged with 2.0 kg of raw material containing 4N (99.99%) of La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Ga 2 O 3 , and Al 2 O 3 in a specified mol% as a starting material. . The crucible charged with the raw material was put into the growth furnace, the inside of the furnace was evacuated, argon gas was introduced, and flow was performed at a flow rate of 2.0 L / min.
When the inside of the furnace became atmospheric pressure, the crucible was heated and gradually heated over 12 hours until reaching the melting point of LTGA. Thereafter, the LTGA single crystal cut in the (100) orientation was used as a seed crystal, and the seed crystal was lowered to near the melt. The seed crystal is gradually lowered while rotating at a speed of 4.0 revolutions per minute, and the tip of the seed crystal is brought into contact with the melt to gradually lower the temperature, while the pulling speed is 2.0 mm / h. Crystal growth was carried out by raising the seed crystal.
As a result, a single crystal having a diameter of 50 mm and a straight body portion length of 100 mm was obtained. When this single crystal was observed, minute bubbles were not observed. Further, when the wafer was cut and polished into a wafer and the inside was observed with polarized light, no generation of subgrains was observed.
In this example, a high-frequency induction heating type Czochralski furnace equipped with a high-frequency heating coil having a chamber inner diameter of 1000 mmφ was used. A molybdenum crucible with an inner diameter of 230 mm is placed inside an integrated double crucible in which a graphite crucible is placed in close contact with the outside of a crucible coated with tungsten carbide having a thickness of 0.5 mm on the outer wall of a tungsten crucible with an inner diameter of φ295 mm. The molybdenum crucible is disposed in a tungsten crucible having an inner wall coated with tungsten carbide via a tungsten spacer.

出発原料として４Ｎ（９９．９９％）の酸化アルミニウム原料２２ｋｇをモリブデンルツボに投入した。原料を投入したルツボを前記育成炉の加熱室に投入した。前記一体型二重ルツボの外周にはカーボンフェルト材およびジルコニアによって断熱構造を設け、加熱室内部の最外周に高周波加熱コイルが配置され、その内側に石英管を配置した。炉内を真空にした後に装置下方からアルゴンガスを導入し、１．０Ｌ／ｍｉｎの流量でフローさせ装置上方に排気口を設け、加熱室内の雰囲気ガスを循環させるために、前記石英管は雰囲気ガスを密封するように配置した。
炉内が大気圧になった時点でルツボの加熱を開始し、酸化アルミニウムの融点に達するまで１２時間かけて徐々に加熱した。溶融後、酸化アルミニウム単結晶を種結晶として用い、種結晶を融液近くまで降下させた。この種結晶を毎分１０回転の速度で回転させながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させて温度を徐々に降下させながら、引上速度２ｍｍ／ｈの速度で種結晶を上昇させて結晶成長を行った。 As a starting material, 22 kg of 4N (99.99%) aluminum oxide material was charged into a molybdenum crucible. The crucible charged with the raw material was charged into the heating chamber of the growth furnace. A heat insulating structure was provided on the outer periphery of the integrated double crucible with carbon felt material and zirconia, a high-frequency heating coil was disposed on the outermost periphery of the heating chamber, and a quartz tube was disposed on the inner side. In order to circulate the atmosphere gas in the heating chamber by introducing argon gas from the lower part of the furnace after evacuating the furnace, flowing at a flow rate of 1.0 L / min, providing an exhaust port above the apparatus, and circulating the atmospheric gas in the heating chamber, Arranged to seal the gas.
When the inside of the furnace became atmospheric pressure, the crucible was started to be heated gradually over 12 hours until reaching the melting point of aluminum oxide. After melting, an aluminum oxide single crystal was used as a seed crystal, and the seed crystal was lowered to near the melt. The seed crystal is gradually lowered while rotating at a speed of 10 revolutions per minute, and the seed crystal is pulled at a pulling speed of 2 mm / h while gradually lowering the temperature by bringing the tip of the seed crystal into contact with the melt. The crystal was grown by raising.

その結果、直径１５５ｍｍ、直胴部の長さ１５０ｍｍの単結晶が得られた。この単結晶
を観察したところ、微小な気泡は観察されなかった。さらに、ウエハ状に切断・研磨し、
偏光により内部を観察した所、サブグレインの発生は認められなかった。 As a result, a single crystal having a diameter of 155 mm and a length of the straight body portion of 150 mm was obtained. When this single crystal was observed, minute bubbles were not observed. Furthermore, it is cut and polished into a wafer,
When the inside was observed with polarized light, no subgrains were observed.

（実施例３）
本例では、図４に示す構造の高周波誘導加熱型チョクラルスキー炉を用いてＬＴ（ＬｉＴａＯ３）を育成した。
原料ルツボ（原料保持用ルツボ）１８として、内面にイリジウムを０．３ｍｍコーティングを行ったタングステン製のΦ１００ｍｍのルツボを用いた。
加熱用ルツボ１９にはグラファイトルツボを用いた。
原料保持用ルツボ１８出発原料として４Ｎ（９９．９９％）のＬｉ２Ｏ、Ｔａ２Ｏ５を規定ｍｏｌ％に配合した原料２．０ｋｇ投入した。原料を投入したルツボを前記育成炉に投入し、炉内を真空にした後にアルゴンガスを導入し、１．０Ｌ／ｍｉｎの流量でフローを行った。 (Example 3)
In this example, LT (LiTaO 3 ) was grown using a high-frequency induction heating type Czochralski furnace having the structure shown in FIG.
As a raw material crucible (raw material holding crucible) 18, a Φ100 mm crucible made of tungsten having an inner surface coated with 0.3 mm of iridium was used.
A graphite crucible was used as the heating crucible 19.
Raw material holding crucible 18 As a starting material, 2.0 kg of raw material in which 4N (99.99%) of Li 2 O and Ta 2 O 5 were blended in a specified mol% was charged. The crucible charged with the raw material was put into the growth furnace, the inside of the furnace was evacuated, argon gas was introduced, and flow was performed at a flow rate of 1.0 L / min.

炉内が大気圧となった時点でルツボの加熱を開始し、ＬＴの融点に達するまで１２時間かけて徐々に加熱した。その後、（１００）方位に切り出したＬＴ単結晶を種結晶として用い、種結晶を融液近くまで降下させた。この種結晶を毎分１０．０回転の速度で回転させながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させて温度を徐々に降下させながら、引上速度１．０ｍｍ／ｈの速度で種結晶を上昇させて結晶成長を行った。   When the inside of the furnace became atmospheric pressure, the crucible was started to be heated gradually over 12 hours until reaching the melting point of LT. Thereafter, the LT single crystal cut in the (100) orientation was used as a seed crystal, and the seed crystal was lowered to near the melt. The seed crystal is gradually lowered while rotating at a speed of 10.0 revolutions per minute, and the pulling speed is 1.0 mm / h while the tip is brought into contact with the melt and the temperature is gradually lowered. The crystal was grown by raising the seed crystal.

その結果、直径５０ｍｍ、直胴部の長さ１００ｍｍの単結晶が得られた。この単結晶を観察したところ、微小な気泡は観測されなかった。さらに、ウェハ状に切断・研磨し、偏光により内部を観察した所、サブグレインの発生は認められなかった。
本例では、原料保持用ルツボと加熱用ルツボとの間にタングステンカーバイドの粉末を挿入した装置を用いて単結晶を育成した例を示す。 As a result, a single crystal having a diameter of 50 mm and a length of the straight body portion of 100 mm was obtained. When this single crystal was observed, minute bubbles were not observed. Further, when the wafer was cut and polished into a wafer and the inside was observed with polarized light, no generation of subgrains was observed.
In this example, an example is shown in which a single crystal is grown using an apparatus in which a tungsten carbide powder is inserted between a raw material holding crucible and a heating crucible.

実施例１〜３で製造した単結晶はいずれも従来に比べて硬度が低かった。なお、本実施
例に係る単結晶が従来の単結晶よりも硬度が低い理由は次の通りであると推測される。 All the single crystals produced in Examples 1 to 3 had lower hardness than the conventional ones. The reason why the single crystal according to this example has lower hardness than the conventional single crystal is presumed as follows.

従来は、従来の育成装置においては、ルツボにイリジウムを使用しており、また、保温
室はジルコニアから形成されていた。そのため、従来の育成装置では、酸素が炉内に発生
し、発生した酸素が単結晶の硬度を高めていたものと推測される。それに対し本実施例で
は、アルゴンガスにより炉内をパージして炉内から酸素を排除しているため単結晶は従来
の育成装置で育成されたサファイア結晶と比較して結晶が軟らかく、加工が容易となった
ものと推測される。なお、アルゴンガスとしては酸素、水分の含有量が１００ｐｐｂ以下
（より好ましくは１００ｐｐｔ以下）のガスを用いることが好ましい。 Conventionally, in the conventional breeding apparatus, iridium is used for the crucible, and the thermal insulation chamber is formed from zirconia. Therefore, in the conventional growth apparatus, it is estimated that oxygen was generated in the furnace and the generated oxygen increased the hardness of the single crystal. In contrast, in this example, the inside of the furnace was purged with argon gas and oxygen was excluded from the inside of the furnace, so the single crystal was softer and easier to process than the sapphire crystal grown with the conventional growth equipment. It is presumed that Note that it is preferable to use a gas having an oxygen and moisture content of 100 ppb or less (more preferably 100 ppt or less) as the argon gas.

（実施例４）
本例では、図４に示す構造の高周波誘導加熱型チョクラルスキー炉を用いてＬｕＡＧ（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）を育成した。
原料ルツボ（原料保持用ルツボ）１８として、内面にイリジウムを０．３ｍｍコーティングを行ったタングステン製のΦ１００ｍｍのルツボを用いた。
加熱用ルツボ１９にはグラファイトルツボを用いた。 Example 4
In this example, LuAG (Lu 3 Al 5 O 12 ) was grown using a high-frequency induction heating type Czochralski furnace having the structure shown in FIG.
As a raw material crucible (raw material holding crucible) 18, a Φ100 mm crucible made of tungsten having an inner surface coated with 0.3 mm of iridium was used.
A graphite crucible was used as the heating crucible 19.

原料保持用ルツボ１８に、出発原料として４Ｎ（９９．９９％）のＬｕ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３を規定ｍｏｌ％に配合した原料２．０ｋｇ投入した。原料を投入したルツボを前記育成炉に投入し、炉内を真空にした後にアルゴンガスを導入し、１．０Ｌ／ｍｉｎの流量でフローを行った。 The raw material holding crucible 18 was charged with 2.0 kg of a raw material in which 4N (99.99%) of Lu 2 O 3 and Al 2 O 3 were blended in a specified mol% as a starting raw material. The crucible charged with the raw material was put into the growth furnace, the inside of the furnace was evacuated, argon gas was introduced, and flow was performed at a flow rate of 1.0 L / min.

炉内が大気圧となった時点でルツボの加熱を開始し、ＬｕＡＧの融点に達するまで２０時間かけて徐々に加熱した。その後、（１１１）方位に切り出したＬｕＡＧ単結晶を種結晶として用い、種結晶を融液近くまで降下させた。この種結晶を毎分１０．０回転の速度で回転させながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させて温度を徐々に降下させながら、引上速度１．０ｍｍ／ｈの速度で種結晶を上昇させて結晶成長を行った。
その結果、直径５０ｍｍ、直胴部の長さ１００ｍｍの単結晶が得られた。この単結晶を観察したところ、微小な気泡は観測されなかった。さらに、ウェハ状に切断・研磨し、偏光により内部を観察した所、サブグレインの発生は認められなかった。 When the inside of the furnace became atmospheric pressure, the crucible was heated and gradually heated over 20 hours until reaching the melting point of LuAG. Thereafter, the LuAG single crystal cut in the (111) orientation was used as a seed crystal, and the seed crystal was lowered to near the melt. The seed crystal is gradually lowered while rotating at a speed of 10.0 revolutions per minute, and the pulling speed is 1.0 mm / h while the tip is brought into contact with the melt and the temperature is gradually lowered. The crystal was grown by raising the seed crystal.
As a result, a single crystal having a diameter of 50 mm and a length of the straight body portion of 100 mm was obtained. When this single crystal was observed, minute bubbles were not observed. Further, when the wafer was cut and polished into a wafer and the inside was observed with polarized light, no generation of subgrains was observed.

（実施例５）
本例では、図４に示す構造の高周波誘導加熱型チョクラルスキー炉を用いてＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）を育成した。
原料ルツボ（原料保持用ルツボ）１８として、内面に白金を０．３ｍｍコーティングを行ったタングステン製のΦ１００ｍｍのルツボを用いた。
加熱用ルツボ１９にはグラファイトルツボを用いた。 (Example 5)
In this example, LN (LiNbO 3 ) was grown using a high-frequency induction heating type Czochralski furnace having the structure shown in FIG.
As a raw material crucible (raw material holding crucible) 18, a Φ100 mm crucible made of tungsten having an inner surface coated with 0.3 mm of platinum was used.
A graphite crucible was used as the heating crucible 19.

原料保持用ルツボ１８に、出発原料として４Ｎ（９９．９９％）のＬｉ２ＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５を規定ｍｏｌ％に配合した原料２．０ｋｇ投入した。原料を投入したルツボを前記育成炉に投入し、炉内を真空にした後にアルゴンガスを導入し、１．０Ｌ／ｍｉｎの流量でフローを行った。 The raw material holding crucible 18 was charged with 2.0 kg of raw material in which 4N (99.99%) of Li 2 CO 3 and Nb 2 O 5 were blended in the specified mol% as starting materials. The crucible charged with the raw material was put into the growth furnace, the inside of the furnace was evacuated, argon gas was introduced, and flow was performed at a flow rate of 1.0 L / min.

炉内が大気圧となった時点でルツボの加熱を開始し、ＬＮの融点に達するまで１２時間かけて徐々に加熱した。その後、（１００）方位に切り出したＬＮ単結晶を種結晶として用い、種結晶を融液近くまで降下させた。この種結晶を毎分１０．０回転の速度で回転させながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させて温度を徐々に降下させながら、引上速度１．０ｍｍ／ｈの速度で種結晶を上昇させて結晶成長を行った。
その結果、直径５０ｍｍ、直胴部の長さ１００ｍｍの単結晶が得られた。この単結晶を観察したところ、微小な気泡は観測されなかった。さらに、ウェハ状に切断・研磨し、偏光により内部を観察した所、サブグレインの発生は認められなかった。 When the inside of the furnace became atmospheric pressure, the crucible was heated and gradually heated over 12 hours until reaching the melting point of LN. Thereafter, the LN single crystal cut in the (100) orientation was used as a seed crystal, and the seed crystal was lowered to near the melt. The seed crystal is gradually lowered while rotating at a speed of 10.0 revolutions per minute, and the pulling speed is 1.0 mm / h while the tip is brought into contact with the melt and the temperature is gradually lowered. The crystal was grown by raising the seed crystal.
As a result, a single crystal having a diameter of 50 mm and a length of the straight body portion of 100 mm was obtained. When this single crystal was observed, minute bubbles were not observed. Further, when the wafer was cut and polished into a wafer and the inside was observed with polarized light, no generation of subgrains was observed.

（実施例６）
実施例１から５に示す条件の試験をそれぞれ図１、図２に示す構造の育成装置についても行なった。ほぼ実施例１から５と同様の結果が得られた。 (Example 6)
Tests under the conditions shown in Examples 1 to 5 were also conducted on the growth apparatuses having the structures shown in FIGS. 1 and 2, respectively. Almost the same results as in Examples 1 to 5 were obtained.

（参考例）
原料保持用ルツボとして、タングステンカーバイドをタングステン本体の表面に被覆したルツボを用いて実施例１〜５と同様の試験を行ったところ、実施例１〜５の場合に比べて単結晶の尾部の長さが若干長かった。また、ルツボ寿命は実施例１〜５の方が長かった。 (Reference example)
As a raw material holding crucible, a crucible in which tungsten carbide was coated on the surface of the tungsten main body was used to perform the same test as in Examples 1 to 5. As compared with Examples 1 to 5, the length of the tail portion of the single crystal was increased. Was slightly longer. The crucible life was longer in Examples 1 to 5.

１１ チャンバ
１２ 引上げ棒
１３ 保持部材
１４ 石英管
１５ 加熱室
１６ カーボンフェルト
１７ 原料保持用ルツボ
１８ 原料保持用ルツボ
１９ 加熱用ルツボ
２０ 加熱手段（加熱コイル）
２２ ガス供給部
２３ ガス排気部
２００ インゴット（単結晶）
２１０ 種結晶
２２０ 肩部
２３０ 直胴部
２４０ 尾部
３００ 原料融液
３５０ タングステンカーバイドの粉末 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Chamber 12 Pulling rod 13 Holding member 14 Quartz tube 15 Heating chamber 16 Carbon felt 17 Raw material holding crucible 18 Raw material holding crucible 19 Heating crucible 20 Heating means (heating coil)
22 Gas supply part 23 Gas exhaust part 200 Ingot (single crystal)
210 Seed crystal 220 Shoulder 230 Straight body 240 Tail 300 Raw material melt 350 Tungsten carbide powder

Claims (15)

ルツボ内の原料融液に種結晶を接触させた後に、前記種結晶を引き上げて単結晶を育成させる単結晶育成装置において、
前記ルツボは、タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、イリジウム若しくはイリジウム合金又は白金若しくは白金合金からなる層で覆われている原料保持用ルツボと、前記原料保持のためのルツボの外側に間隔を置いて又は置かないで配置された加熱用ルツボとからなる単結晶育成装置。 In the single crystal growth apparatus for raising the seed crystal by bringing the seed crystal into contact with the raw material melt in the crucible,
The crucible includes a raw material holding crucible in which an inner surface of a body made of tungsten, tungsten alloy, molybdenum, or molybdenum alloy is covered with a layer made of iridium, iridium alloy, platinum, or platinum alloy, and the crucible for holding the raw material. A single crystal growing apparatus comprising a heating crucible arranged with or without an interval outside. 前記加熱用ルツボに高周波電力を供給することにより加熱を行う請求項１記載の単結晶育成装置。 The single crystal growing apparatus according to claim 1, wherein heating is performed by supplying high-frequency power to the heating crucible. 前記加熱用ルツボはグラファイトからなる請求項１又は２記載の単結晶育成装置。 The single crystal growing apparatus according to claim 1, wherein the heating crucible is made of graphite. 前記原料保持用ルツボと前記加熱用ルツボとの間隔にタングステン又はタングステンからなる粉末が充填されている請求項１ないし３のいずれか１項記載の単結晶育成装置。 The single crystal growing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein tungsten or a powder made of tungsten is filled in an interval between the raw material holding crucible and the heating crucible. 前記原料用ルツボの底部と前記加熱用ルツボとの間にタングステン又はタングステンカーバイドからなるスペーサーを設けてある請求項１ないし４のいずれか１項記載の単結晶育成装置。 The single crystal growing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a spacer made of tungsten or tungsten carbide is provided between a bottom portion of the raw material crucible and the heating crucible. 前記単結晶は酸化物単結晶である請求項１ないし５のいずれか１項記載の単結晶育成装置。 The single crystal growing apparatus according to claim 1, wherein the single crystal is an oxide single crystal. タングステン若しくはタングステン合金からなる本体の内面が、イリジウム若しくはイリジウム合金の層で覆われており、前記酸化物はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｃＡｌＭｇＯ４、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＡＧ又はＹＡＧである請求項６記載の単結晶育成装置。 The inner surface of a main body made of tungsten or a tungsten alloy is covered with a layer of iridium or an iridium alloy, and the oxide is sapphire (Al 2 O 3 ), ScAlMgO 4 , LiTaO 3 , LiAG, or YAG. Single crystal growth equipment. タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、白金若しくは白金合金からなす内層で覆われており、前記酸化物はＬｉＮｂＯ３又はランガサイトである請求項６記載の単結晶育成装置。 The single crystal growth apparatus according to claim 6, wherein an inner surface of a main body made of tungsten or a tungsten alloy or molybdenum or a molybdenum alloy is covered with an inner layer made of platinum or a platinum alloy, and the oxide is LiNbO 3 or langasite. 前記加熱用ルツボの外周にカーボンフェルトが配置されている請求項１ないし８のいずれか１項記載の単結晶育成装置。 The single crystal growing apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein a carbon felt is disposed on an outer periphery of the heating crucible. 前記層の厚さは、前記保持用ルツボの厚さの１／１０以下である請求項１ないし９のいずれか１項記載の単結晶育成装置。 The single crystal growing apparatus according to claim 1, wherein the thickness of the layer is 1/10 or less of the thickness of the holding crucible. 前記層の厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである請求項１ないし１０のいずれか１項記載の単結晶育成装置。 The single crystal growing apparatus according to claim 1, wherein the layer has a thickness of 0.1 mm to 0.5 mm. 前記層は、溶射、スパッタリング、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、箔の圧着、めっきのいずれかにより形成したものである請求項１ないし１１のいずれか１項記載の単結晶育成装置。 The single crystal growing apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the layer is formed by any one of thermal spraying, sputtering, CVD, MOCVD, pressure bonding of foil, and plating. タングステン若しくはタングステン合金又はモリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、イリジウム若しくはイリジウム合金からなる層で覆われており、その内部の原料融液に種結晶を接触させた後に前記種結晶を引き上げて単結晶を育成させる単結晶育成に用いられるルツボ。 The inner surface of the main body made of tungsten or tungsten alloy or molybdenum or molybdenum alloy is covered with a layer made of iridium or an iridium alloy. A crucible used for single crystal growth to grow crystals. モリブデン若しくはモリブデン合金からなる本体の内面が、白金若しくは白金合金からなる層で覆われており、その内部の原料融液に種結晶を接触させた後に前記種結晶を引き上げて単結晶を育成させる単結晶育成に用いられるルツボ。 The inner surface of the main body made of molybdenum or a molybdenum alloy is covered with a layer made of platinum or a platinum alloy. After the seed crystal is brought into contact with the raw material melt therein, the seed crystal is pulled up to grow the single crystal. A crucible used for crystal growth. 請求項１ないし１２いずれか１項記載の単結晶育成装置を用いた単結晶の育成方法。 A method for growing a single crystal using the single crystal growing apparatus according to claim 1.
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