JPS623091A - 単結晶引上装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明はチョクラルスキー法によって単結晶を作成する
単結晶引上装置に係り、特に融液の対流を抑えるために
磁界を作用させるときの磁束密度の均等化に関り−る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

結晶作成法の一種にチョクラルスキー法がある。

これは融液に浸した棒または種子結晶をゆっくり引き上
げながら先端に付着してくる液を固化させる方法である
。

かかる単結晶の引上げに際して最近、融液に磁界を作用
させて対流を抑えることにより、融液温度の安定化、る
つは壁の溶融に伴う不純物の混入抑制、および、単結晶
の品質の向上が図られることが実証され、一部で実用化
されている。

第４図はこの種の従来の単結晶引上装置の構成を示す断
面図で、磁界を作るための１対のコイルＩａ、１ｂがそ
れぞれコイル収納ケース２に収納され、これらのコイル
１ａ、ｌｂ間に、円筒状の側壁を有するチャンバ３が設
けられている。また、チャンバ３の中心部には原料融液
５を容れるるつぼ４が保持され、さらに、るつぼ４の周
囲にヒータ７が設置されている。

ここで、チャンバ３は原料融液５が触れる雰囲気を大気
から隔絶するもので、内部にアルゴン等の不活性気体が
流されている。そして、ヒータ７によって溶解された原
料融液５に単結晶の種を浸し、これを低速で引上げて単
結晶６を作成する。

ところで、単結晶作成中の融液５は第５図に拡大して示
したように矢印Ｂに沿って熱対流を生じ、るつぼ内壁成
分が融液５によって搬送され、生成された単結晶中に欠
陥を生じる。

また、融液５は加熱されることにより沸騰状態となり、
激しい温度変化すなわち熱振動を起こす。

この熱振動は、成長中の単結晶の固液界面に微視的な再
溶解を起こさせ、成長した単結晶中に転位ループ、積層
欠陥等を発生させる。

かかる熱対流、熱振動に起因する欠陥を防止するために
融液５に磁界を作用させるが、このとき、コイルｌａ、
ｌｂによって水平方向の磁界１０を加えると、磁界に直
交して運動Ｊる導体と同じように、熱対流、熱振動によ
って移ＦＩＪ　１７る融液はレンツの法則によってその
運動が抑制される。

この場合、ヒータ７はるつぼ４と同心に配置され、熱対
流を起こす力はるつぼ壁の近くが最も大きいと勿えられ
る。したがって、るつぼ壁の近くが最も強くなるように
磁界を加えることが望まれる。

しかしながら実際には、第６図の横断面図で示すように
、コイル軸と直交する方向のるつぼ壁、すなわち、Ｄ点
の近傍では磁束の拡がりによって磁束密度が最小になる
。

第７図はこのことを説明するための、るつぼの中心から
の径方向距離と磁束密度との関係を示す縮図である。

すなわち、るつぼの直径３８０〔纜〕、コイル１ａ、１
ｂの相互間隔１１ｌ１００（ａ、このコイルＩａ、１ｂ
（７）外径８００（ｍ）として、第６図のＸｘ′断面に
おける磁束密度の変化を曲線１１に、ＹＹ’　断面にお
ける磁束密度の変化を曲線１２にそれぞれ示している。

ここで、るつぼの中心Ｃ点を基準としたとぎ、コイル軸
方向のるつぼ壁Ａ点の近傍では磁束密度が３８（％〕も
多くなっているのに対して、コイル軸と直交する方向の
るつぼ壁り点の近傍では１７〔％〕も小さくなっている
ことが判る。

るつぼ壁り点での磁束密度低下を抑えるにはコイルＩａ
、ｌｂの直径を大きくすればよいが、この方法では大き
なコイルの存在によって単結晶引上げの操作性が著しく
阻害されるほか、構成が複雑高価になると共にコイル径
を縮少する型閉に逆行するもので・あった。

〔発明の目的〕

この発明は上記従来のものの欠点を除去するためになさ
れたもので、コイル径を小さく抑えたままコイル軸と直
交する方向のるつぼ壁部の磁束密度低下を格段に低く抑
え得る単結晶引上装置の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために本発明は、大気と隔絶された
チャンバの内部にるつぼを保持し、前記チャンバの外側
から水平方向の磁界を作用させることによって前記るつ
ぼ内のＦａ液の対流を抑えて単結晶を作成する単結晶引
上装置において、前記チャンバの磁束透過壁部またはこ
の磁束透過壁部に対向する位置に磁性体でなる板体を配
設し、この板体によって前記融液に作用する磁界の磁束
密度を均等化したことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成を示す横断面図であり
、図中第４図、第６図と同一の符号を（＝ｊしたものは
それぞれ同一の要素を示している。そして、チャンバは
通常、非磁性体で形成されるが、ここに示したブヤシバ
３ａは大部分が非磁性体３１で形成され、コイル１ａ、
１ｂに対向する壁部が部分的に磁性体３２で形成された
点が従来装置と異なっている。

ここで、チャンバ３ａのうち、コイル１ａ、１ｂを軸方
向に投影した範囲と略等しい円形領域が磁性体３２で形
成されており、ここにコイル１ａ。

１ｂを接近させれば、磁束の大部分がこの磁性体を通過
する。したがって、従来装置と比較すると、コイル軸と
直交する方向の磁力線の拡がりも小さくその分だけ磁束
分布も均等化されることから、コイル壁り点の近傍の磁
束密度低下が抑えられる。

第２図はこの実施例のＹＹ’断面における中心点Ｃから
の距離と磁束密度との関係を従来装置と比較して示した
線図である。

すなわち、従来装置では曲１ｉ１１２で示したように、
中心点Ｃの磁束密度が４０００　ＣＱａｕｓｓ　）であ
るときコイル軸と直交する方向のるつぼ壁部り点の磁束
密度が３３３０　（ａａｕｓｓ　）となって略１７〔％
〕も減少したのに対して、この実施例では曲線１２ａに
示したようにコイル軸と直交する方向のるつは壁部り点
の磁束密度は３８４０（ｇａｕｓｓ）で略４〔％〕の減
少に留まっている。

ちなみに、るつぼの中心Ｃ点の磁束密度を４０００　（
ｇａｕｓｓ　）とするとき、非磁性体で形成したチャン
バ３の壁部のうち、コイル軸近傍Ｅ点（第６図）の磁束
密度は９０００　（ｇａｕｓｓ　）　、］コイルからコ
イルの半径分だけ外れた１点（第６図）の磁束密度は７
８００　Ｃｏａｕｓｓ　）となる。

かかる磁束を第１図に示した磁性体部分３２に通して、
磁気的に飽和しないようにするには、すなわち、均・−
な磁束密度を得るには１００（ｓ）程度の板厚が必要に
なる。しかし、その板厚を３０〜４０（履）に形成して
も磁束分布を改善する点で十分であった。

第３図は本発明の他の実施例の横断面図であり、第１図
と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素を示し
ている。そして、第１図ではチャンバの磁束通過壁部を
磁性体で形成したが、ここでは磁束透過壁部に対向する
位置に、磁性体′Ｃなる板体１４を配設している。

かかる構成によれば部品点数が僅かに増加するものの上
述したと同様な効果が得られる他、板厚や大ぎさを自由
に選ぶことができる点で有利である、 以上、本発明を効果的な実施例について述べたが、本発
明はこれに限定されることなく、例えば磁性体が融液に
触れないようにチャンバの外周部位を磁性体で形成して
も、あるいは、チャンバの壁部に磁性体を埋設してもよ
く、要はチャンバの磁束通過壁部またはこの磁束通過壁
部に対向する位置に磁性体でなる板体を配設することに
よって融液に作用する磁界の磁束密度を均等化すること
ができる。

〔発明の効果〕

上述したように、この発明によれば、融液に磁界を作用
させるためのコイル径を小さく抑えたまま、コイル軸と
直交する方向のるつぼ壁部・の磁束密度低下を格段に低
く抑えることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の横断面図、第２６図は同実
施例の作用を説明するために、るつぼの径方向距離と磁
束密度との関係を示す線図、第３図は他の実施例の横断
面図、第４図は従来の単結晶引上装置の縦断面図、第５
図は同装置の部分拡大断面図、第６図は同装置の横断面
図、第７図は同装置の作用を説明するために、るつぼの
径方向距離と磁束密度との関係を示す線図である。 １ａ、１ｂ・・・コイル、３ａ・・・チャンバ、４・・
・るつぼ、５・・・融液、６・・・単結晶、７・・・ヒ
ータ、１４・・・板体、３１・・・非磁性体、３２・・
・磁性体。 出願人代理人　　猪　　股　　　　清 、ｄｄ’２１Ｘ　［ｇａｕｓｓｌ 栓ｉ肖ＷＥ舵− ６２図 ６３　図 ら４　口 汽５　図 も６　閉 芝７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、大気と隔絶されたチャンバの内部にるつぼを保持し
   、前記チャンバの外側から水平方向の磁界を作用させる
   ことによって前記るつぼ内の融液の対流を抑えながら単
   結晶を作成する単結晶引上装置において、前記チャンバ
   の磁束透過壁部またはこの磁束透過壁部に対向する位置
   に磁性体でなる板体を配設し、この板体によつて前記融
   液に作用する磁界の磁束密度を均等化したことを特徴と
   する単結晶引上装置。 ２、前記板体は前記チャンバの対向側壁を部分的に磁性
   体で形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の単結晶引上装置。