CN107429422B - 单晶提拉用晶种保持器及使用该装置的硅单晶的制造方法 - Google Patents

单晶提拉用晶种保持器及使用该装置的硅单晶的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够防止晶种内的应力集中的单晶提拉用晶种保持器以及使用该晶种保持器的安全且可靠性高的硅单晶的制造方法。晶种保持器（1）由碳纤维强化碳复合材料构成，且为具有与大致棒状的晶种（9）的外形相符的形状的空心部（10h）的大致圆筒状部件，至少与晶种（9）的外周面接触的部分的碳纤维（10f）的方向具有周向成分，从空心部（10h）的中心轴（Z）观察时具有各向同性。

Description

单晶提拉用晶种保持器及使用该装置的硅单晶的制造方法
技术领域
本发明涉及一种单晶提拉用晶种保持器，更详细而言涉及一种通过切克劳斯基法（以下称为CZ法）制造硅单晶时所使用的单晶提拉用晶种保持器。并且，本发明涉及一种使用这种晶种保持器的硅单晶的制造方法。
背景技术
作为硅晶片的材料的硅单晶较多通过CZ法来制造。CZ法是如下方法：将晶种浸渍于石英坩埚内所容纳的硅熔液内，使晶种及石英坩埚旋转的同时缓慢地提拉晶种，由此育成在晶种的下端具有与该晶种相同的结晶方位的硅单晶。
近年来，随着提拉的硅单晶的大型化，保持晶种的石墨制的晶种保持器（晶种卡盘）的强度成为问题。当晶种保持器的强度不足时，有可能保持器本身无法承受硅单晶的大重量而产生断裂，导致硅单晶掉落。
为了提高晶种保持器的强度，例如在专利文献1中提出了碳纤维布强化石墨制的晶种保持器。该晶种保持器具有如下结构：制造至少在下部外周部沿周向卷装碳纤维，在其他部分沿垂直方向排列有碳纤维。并且，在专利文献2、3中，提出了如下方法：通过在晶种的锥部与晶种保持器的表面之间夹杂缓冲材料，不会使晶种断裂而进行保持。进而，在专利文献4中，公开了如下技术：通过在由碳纤维强化复合材料所形成的晶种保持器的表面形成热分解碳的被膜来抑制SiC反应并提高耐久性。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-315883号公报
专利文献2：日本特开平11-116378号公报
专利文献3：日本特开平11-292689号公报
专利文献4：日本特开平9-295889号公报。
发明内容
发明要解决的问题
然而，关于专利文献1中记载的以往的晶种保持器，由于水平截面上的碳纤维的方向在一个方向上是笔直的，因此如图9所示，在晶种保持器8的内周面S1与碳纤维8f的方向平行的A部及C部容易产生内周面S1的变形，施加于晶种的外周面的压缩应力虽小，但在晶种保持器8的内周面S1与碳纤维8f的方向大致正交的B部及D部中不易产生内周面S1的变形，施加于晶种的外周面的压缩应力较大。如此一来，晶种的外周面从晶种保持器的内周面所承受的应力在与纤维方向（X方向）平行的部分和与纤维方向（X方向）正交的部分不同时，应力集中于晶种的特定部分而有可能导致晶种断裂。并且，专利文献2、3中记载的方法必须另行准备缓冲材料，安装工作不仅是必须的而且效果也不充分。
由应力集中引起的晶种断裂的问题是在直径450mm的硅单晶的提拉中显现的新问题。在结晶重量并不是很大的直径300mm的硅单晶的提拉中，在与晶种保持器接触的部分几乎不会引起晶种断裂。但是，在450mm单晶的提拉中，结晶重量有时也超过1000kg，由于单晶的大重量化而上述问题变得越来越明显，期望早期解決。
因此，本发明的目的在于提供一种能够防止晶种的特定部位中的应力集中且提高垂直方向的强度的单晶提拉用晶种保持器。并且，本发明的另一目的在于提供一种使用这种晶种保持器的安全且可靠性高的硅单晶的制造方法。
用于解决技术问题的方案
为了解决上述问题，基于本发明的第1方面的晶种保持器由碳纤维强化碳复合材料构成，且为具有与大致棒状的晶种的外形相符的形状的空心部的大致圆筒状的单晶提拉用晶种保持器，所述晶种保持器的特征在于，至少与晶种的外周面接触的部分的碳纤维的方向从所述空心部的中心轴观察时具有各向同性。
根据本发明，能够防止与晶种保持器接触的晶种的外周面中应力集中在特定部分。
在本发明中，优选的是与所述晶种的外周面接触的部分的所述碳纤维的方向具有周向成分。根据该结构，在水平截面上晶种保持器的空心部的内周面的整个圆周与碳纤维的方向平行，因此能够将碳纤维的纤维结构设为各向同性。
在本发明中，优选的是与所述晶种的外周面接触的部分的所述碳纤维的方向还具有与所述中心轴平行的成分。根据该结构，从将碳纤维倾斜地卷绕成交叉状的情况等、碳纤维包含与轴向平行的纤维成分的情况考虑，能够提高晶种保持器的轴向的拉伸强度。
在本发明中，优选的是所述晶种具有直径逐渐减小的锥部，所述空心部具有与所述锥部面接触的内周面，构成所述内周面的部分的所述碳纤维的方向从所述空心部的中心轴观察时具有各向同性。如此一来，空心部的内周面中与晶种的锥部面接触的部分中所包含的碳纤维的方向从空心部的中心轴观察时具有各向同性的情况下，能够防止应力集中在与晶种保持器接触的晶种的外周面中特定的部分。
在本发明中，优选的是晶种保持器整体的所述碳纤维的方向从所述空心部的中心轴观察时具有各向同性。根据该结构，由于结构简单，因此能够容易制造。
在本发明，优选的是除了与所述晶种的外周面接触的部分以外的部分的碳纤维的方向从所述空心部的中心轴观察时具有各向异性。根据该结构，能够增强轴向的拉伸强度，且能够提高晶种保持器的机械强度。
基于本发明的第2方面的晶种保持器由碳纤维强化碳复合材料构成，且为具有与大致棒状的晶种的外形相符的形状的空心部的大致圆筒状的单晶提拉用晶种保持器，所述晶种保持器的特征在于，具有：芯部，其碳纤维的方向从所述空心部的中心轴观察时具有各向同性；及包层部，其碳纤维的方向从所述空心部的中心轴观察时具有各向异性，所述芯部设置于至少与所述晶种的外周面接触的部分。
根据本发明，能够防止应力集中在与晶种保持器接触的晶种的外周面中特定的部分。
在本发明中，优选的是所述芯部的碳纤维的方向具有周向成分。根据该结构，在水平截面上晶种保持器的空心部的内周面的整个圆周与碳纤维的方向平行，因此能够将碳纤维的纤维结构设为各向同性。
在本发明中，优选的是所述芯部的碳纤维的方向具有与所述中心轴平行的成分。根据该结构，从碳纤维包含与轴向平行的纤维成分的情况考虑，能够增强晶种保持器的轴向的拉伸强度。
优选的是基于本发明的晶种保持器具有：圆筒上部，具有第1口径；圆筒中间部，位于所述圆筒上部的下方，从所述第1口径到第2口径直径逐渐减小；及圆筒下部，位于所述圆筒中间部的下方，且具有所述第2口径，所述芯部至少设置于所述圆筒中间部的内周侧区域，所述包层部设置于所述芯部的形成区域以外的区域。如此一来，当芯部至少设置于所述圆筒中间部的内周侧区域时，能够防止应力集中在与晶种保持器接触的晶种的外周面中特定的部分。
在本发明中，优选的是所述芯部设置于所述圆筒中间部及所述圆筒下部，所述包层部设置于所述圆筒上部。根据该结构，在分开形成芯部和包层部之后，能够进行碳化处理来使其成为一体、或者还能够使用销或螺栓等机械性地连结芯部与包层部，因此容易制造且能够降低制造成本且提高加工精确度。
在本发明中，优选的是所述芯部设置于所述圆筒上部、所述圆筒中间部及所述圆筒下部的所述内周侧区域，所述包层部设置于所述圆筒上部、所述圆筒中间部及所述圆筒下部的外周侧区域。根据该结构，能够将碳纤维布卷绕在圆筒状的芯部的成型体来形成包层部，容易加工。因此，能够降低制造成本且提高加工精确度。
在本发明中，优选的是所述芯部设置成相对于所述包层部装卸自如。根据该结构，能够分开制造芯部和包层部，制造非常容易。并且，能够分别单独更换芯部和包层部，因此能够降低组件成本。
基于本发明的第3方面的晶种保持器由碳纤维强化碳复合材料构成，且为具有与大致棒状的晶种的外形相符的形状的空心部的大致圆筒状的单晶提拉用晶种保持器，所述晶种保持器的特征在于，具有：芯部，其碳纤维的方向从所述空心部的中心轴观察时具有各向同性；及包层部，其碳纤维的方向从所述空心部的中心轴观察时具有各向同性，所述芯部的碳纤维的方向具有周向成分，所述包层部的碳纤维的方向具有周向成分及与所述中心轴平行的成分这两者，所述芯部设置于至少与所述晶种的外周面接触的部分，所述包层部设置于所述芯部的形成区域以外的区域。
根据本发明，能够防止应力集中在与晶种保持器接触的晶种的外周面中特定的部分。
另外，基于本发明的硅单晶的制造方法的特征在于，使用基于上述本发明的晶种保持器通过CZ法来提拉直径450mm以上的硅单晶。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够防止晶种内的应力集中且提高垂直方向的强度的晶种保持器。并且，根据本发明，能够提供一种安全且可靠性高的硅单晶的制造方法。
附图说明
图1是表示基于本发明的第1实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图1（a）是垂直剖视图，图1（b）是沿图1（a）的A-A'线的水平剖视图。
图2是表示基于本发明的第2实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图2（a）是垂直剖视图，图2（b）是沿图2（a）的A-A'线的水平剖视图。
图3是表示基于本发明的第3实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图3（a）是垂直剖视图，图3（b）是沿图3（a）的A-A'线的水平剖视图。
图4是表示基于本发明的第4实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图4（a）是垂直剖视图，图4（b）是沿图4（a）的A-A'线的水平剖视图。
图5是表示基于本发明的第5实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图5（a）是垂直剖视图，图5（b）是沿图5（a）的A-A'线的水平剖视图。
图6是表示基于本发明的第6实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图6（a）是垂直剖视图，图6（b）是沿图6（a）的A-A'线的水平剖视图。
图7是表示基于本发明的第7实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图7（a）是垂直剖视图，图7（b）是沿图7（a）的A-A'线的水平剖视图。
图8是表示硅单晶提拉装置的结构的一例的剖视图。
图9是表示以往的单晶提拉用晶种保持器的结构的大致水平剖视图。
具体实施方式
以下，参考附图的同时对本发明的优选实施方式进行详细说明。
图1是表示基于本发明的第1实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图1（a）是垂直剖视图，图1（b）是沿图1（a）的A-A'线的水平剖视图。
如图1（a）及图1（b）所示，该晶种保持器1为由碳纤维强化碳复合材料（也称为C/C复合材料）构成的大致圆筒状的部件，晶种9通过插入到空心部10h内而保持。保持在晶种保持器1的晶种9的下端部9d比晶种保持器1的下端更向下方突出，通过将该下端部9d浸渍于硅熔液的同时进行提拉，由此培养硅单晶。另外，晶种保持器1的上下方向根据通常的使用状态来确定。
晶种9为细长的棒状（大致圆柱状），且具备具有相对较大直径R1的上部9a、直径逐渐减小的锥部9b及具有相对较小的直径R2（R2＜R1）的下部9c。上部9a及下部9c的直径为恒定。晶种9的下部9c具有能够从晶种保持器1的下端突出的足够的长度。并且，能够通过尽量使用较粗的晶种9来安全地提拉例如450mm晶片用的大口径且大重量的硅单晶。提拉大重量的硅单晶时，晶种9从晶种保持器1所承受的应力集中的影响也较大，因此本发明的效果也显著。
晶种保持器1具有：具有比晶种9的上部9a的直径R1大的口径的圆筒上部10a；口径逐渐减小的圆筒中间部10b；及具有比晶种9的上部9a的直径R1小且比下部9c的直径R2大的口径的圆筒下部10c。晶种保持器1的空心部10h具有与晶种9的外形相符的形状，沿垂直方向延伸并贯穿晶种保持器1。圆筒上部10a的上端部的内周面形成有螺纹槽10d，并且能够螺纹接合硅单晶提拉装置的提拉轴的末端部。
圆筒中间部10b的内周面成为与晶种9的锥部9b的倾斜角度一致的锥面。通过将圆筒中间部10b的锥角设为与晶种9的锥部9b的锥角大致相同，能够使晶种9的外周面与晶种保持器1的空心部10h的内周面进行面接触，并能够扩大晶种9与晶种保持器1接触的范围。在晶种9的下端结晶的单晶的重量越大，锥部9b从晶种保持器1的内周面所承受的压力也变得越强，能够通过扩大面接触的范围来使施加于晶种9的应力广泛地分散，并能够避免特定部位中的应力集中。
圆筒中间部10b的内周的锥面更优选为稍微向内侧鼓起的曲面。如此通过使圆筒中间部10b的内周面缓慢地弯曲，能够可靠地与晶种9的锥部9b接触并进行支承。
晶种保持器1中使用碳纤维强化碳复合材料。碳纤维强化复合材料是对使树脂或沥青浸渍于碳纤维而得到的基质进行碳化（石墨化）处理而得的，具有石墨的特性的同时能够提高机械强度。
如图1（b）所示，晶种保持器1的碳纤维10f在与中心轴Z正交的水平截面上定向在周向上，从中心轴Z观察时具有各向同性。如图9所示，当水平截面上的碳纤维的方向在一个方向上笔直时，与晶种保持器的空心部10h的内周面接触的晶种9的外周面（锥面）中，与碳纤维的方向平行的面（A部及C部）相比，与纤维方向正交的面（B部及D部）中的应力集中增大，有可能导致晶种9断裂。但是，如本实施方式，晶种保持器1的空心部10h的内周面在其整个圆周上与碳纤维10f的方向平行时，能够防止晶种9的外周面中特定的部分中的过度的应力集中。
基于本实施方式的晶种保持器1能够利用长纤维卷绕法（FW法）或扁线绕组法（SW法）来成型。长纤维卷绕法中准备与空心部10h相同形状的模具（芯轴），将浸渍树脂或沥青而得到的多条碳纤维的排列卷绕于模具而获得成型体。并且，扁线绕组法中，将浸渍树脂或沥青而得到的碳纤维布卷绕于模具而获得成型体。接着，在高温下的惰性气体气氛中对成型体进行加热而使其碳化（石墨化）。反复多次成型体的树脂等中的浸渍和碳化工序。之后，修整经碳化的成型体的形状，通过实施抛光等精加工而完成晶种保持器1。
在长纤维卷绕法中，优选为以使相对于卷芯轴的碳纤维的卷绕角度尽可能地减小的方式卷绕。如此能够通过卷绕碳纤维来增加纵向的纤维成分，且增强轴向的拉伸强度。并且，在扁线绕组法中，优选为通过使用包含纵向的纤维成分的碳纤维布来增强轴向的拉伸强度。
如以上说明，基于本实施方式的晶种保持器1为具有由碳纤维强化碳复合材料成型的空心部的圆筒状的部件，在与中心轴正交的水平截面上碳纤维10f的方向为周向且具有各向同性，因此能够防止晶种保持器1相对于晶种9的应力集中。因此，能够防止晶种9的断裂。
图2是表示基于本发明的第2实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图2（a）是垂直剖视图，图2（b）是沿图2（a）的A-A'线的水平剖视图。
如图2（a）及图2（b）所示，该晶种保持器2的特征点在于，利用包含与中心轴Z平行的纤维成分的碳纤维布来构成。即，碳纤维布具有与轴向交叉的周向的纤维成分10f1及与轴向平行的纤维成分10f2这两者。其他结构与第1实施方式相同。
基于本实施方式的晶种保持器2在将浸渍树脂等而得的碳纤维布卷绕于模具而获得成型体的扁线绕组法中，能够通过以碳纤维布中所包含的的纤维成分的方向与轴向平行的方式卷绕而成型。根据本实施方式，从碳纤维布包含与轴向交叉的周向的纤维成分10f1的情况考虑，与第1实施方式相同地能够防止晶种保持器2相对于晶种9的应力集中。并且，根据本实施方式，从碳纤维布包含与轴向平行的纤维成分10f2的情况考虑，能够增强晶种保持器2的轴向的拉伸强度。
图3是表示基于本发明的第3实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图3（a）是垂直剖视图，图3（b）是沿图3（a）的A-A'线的水平剖视图。
如图3（a）及图3（b）所示，该晶种保持器3的特征点在于，只有与晶种9的锥部9b的外周面接触的部分具有各向同性的纤维结构，除此以外的部分具有各向异性的纤维结构。即，基于本实施方式的晶种保持器3由具有各向同性的纤维结构的芯部11和具有各向异性的纤维结构的包层部12的组合构成，芯部11主要设置于圆筒中间部10b的内周侧区域。芯部11的碳纤维11f在与中心轴Z正交的水平截面上定向在周向上，从中心轴Z观察时具有各向同性。另一方面，包层部12的碳纤维12f在水平截面上在笔直的一个方向上取向，从中心轴Z观察时具有各向异性。其他结构与第1实施方式相同。
芯部11设置于至少与晶种9接触的圆筒中间部10b的内周侧区域即可，并不妨碍芯部11到达至圆筒上部10a或圆筒下部10c。因此，例如图示，芯部11的一部分可以到达至圆筒上部10a或圆筒下部10c。并且，芯部11可以遍及从圆筒中间部10b的内周侧区域至外周侧区域为止的整个径向上。
在本实施方式中，芯部11与包层部12一体成型。包层部12由碳纤维布构成，平面的碳纤维布是多层的。碳纤维布的平面与中心轴Z平行，在水平截面内向特定的方向取向。碳纤维布优选为不仅具有与中心轴Z交叉的纤维成分，还具有与中心轴Z平行的纤维成分。由此，能够增强保持器整体的轴向的拉伸强度。
在本实施方式中，用于螺纹接合提拉轴的螺纹槽10d设置于包层部12侧。当在具有各向异性的纤维结构的包层部12形成螺纹槽10d时，能够进一步提高螺纹槽10d的强度。
芯部11能够利用长纤维卷绕法（FW法）或扁线绕组法（SW法）来成型。并且，包层部12例如能够利用手糊成型法来成型。在手糊成型法中，将树脂等浸渍于使用成型模来成型的碳纤维布，利用刷子和滚筒脱泡的同时将碳纤维布层叠至规定的厚度，由此获得成型体。接着，将该包层部12的成型体和芯部11的成型体进行组合来进行碳化处理，由此能够使两者成为一体。之后，修整碳化而成的成型体的形状，通过实施抛光等精加工来完成晶种保持器3。
就基于本实施方式的晶种保持器3而言，与晶种9接触的部分的纤维结构具有各向同性，因此能够防止晶种保持器3相对于晶种9的应力集中，并能够防止晶种9的断裂。并且，包层部12的纤维结构具有各向异性，且具有与中心轴Z平行的纤维成分，因此能够增强轴向的拉伸强度，并能够提高晶种保持器的机械强度。
图4是表示基于本发明的第4实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图4（a）是垂直剖视图，图4（b）是沿图4（a）的A-A'线的水平剖视图。
如图4（a）及图4（b）所示，该晶种保持器4的特征点在于，下半部分由芯部11构成，上半部分由包层部12构成。即，芯部11主要设置于圆筒中间部10b和圆筒下部10c，包层部12设置于圆筒上部10a。芯部11的一部分也延伸至圆筒上部10a，芯部11与包层部12的上下方向的边界面呈凹凸面，因此能够增强芯部11与包层部12的上下方向的连接强度。其他结构与第3实施方式相同。
就基于本实施方式的晶种保持器4而言，构成与晶种9的接触面的芯部11的纤维结构具有各向同性，因此能够防止晶种保持器4相对于晶种9的应力集中，并能够防止晶种9的断裂。并且，包层部12的纤维结构具有各向异性，且具有与中心轴Z平行的纤维成分，因此能够增强轴向的拉伸强度，并能够提高晶种保持器的机械强度。另外，根据本实施方式，还能够分开形成芯部11与包层部12之后，进行碳化处理而使其成为一体、或者利用销或螺栓等而机械连结芯部11和包层部12，因此容易制造，并能够降低制造成本且提高加工精确度。
图5是表示基于本发明的第5实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图5（a）是垂直剖视图，图5（b）是沿图5（a）的A-A'线的水平剖视图。
如图5（a）及图5（b）所示，该晶种保持器5的特征点在于，圆筒上部10a、圆筒中间部10b及圆筒下部10c的内周侧区域整体由芯部11构成，外周侧区域整体由包层部12构成。晶种保持器5的空心部10h的内周面的整个面由芯部11构成，因此用于螺纹接合提拉轴的螺纹槽10d设置于芯部11侧。其他结构与第3实施方式相同。
就基于本实施方式的晶种保持器5而言，构成与晶种9的接触面的芯部11的纤维结构具有各向同性，因此能够防止晶种保持器5相对于晶种9的应力集中，并能够防止晶种9的断裂。并且，包层部12的纤维结构具有各向异性，且具有与中心轴Z平行的纤维成分，因此能够增强轴向的拉伸强度，并能够提高晶种保持器的机械强度。另外，基于本实施方式的晶种保持器5与基于第3实施方式的晶种保持器3相比，其加工容易，能够降低制造成本且提高加工精确度。
图6是表示基于本发明的第6实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图6（a）是垂直剖视图，图6（b）是沿图6（a）的A-A'线的水平剖视图。
如图6（a）及图6（b）所示，该晶种保持器6的特征点在于，芯部11与包层部12由单独的部件构成，在圆筒状的包层部12的内侧具有容纳芯部11的插口结构。与晶种9的锥部9b的外周面接触的芯部11具有各向同性的纤维结构，芯部11的外侧的包层部12具有各向异性的纤维结构这一点与第3实施方式相同。
芯部11能够从包层部12装卸。在芯部11的外周面设置有锥面，该锥面与包层部12的锥形状的内周面进行面接触，由此芯部11固定于包层部12内。芯部11可以在预先设置有晶种9的状态下设置于包层部12、或者也可以在将芯部11设置于包层部12之后设置晶种9。
根据本实施方式，除了基于第3实施方式的发明效果之外，能够分开制造芯部11和包层部12，因此非常容易制造。并且，能够分别单独更换芯部11和包层部12，因此能够降低组件成本。
图7是表示基于本发明的第7实施方式的单晶提拉用晶种保持器的结构的图，图7（a）是垂直剖视图，图7（b）是沿图7（a）的A-A'线的水平剖视图。
如图7（a）及图7（b）所示，该晶种保持器7的特征点在于，圆筒上部10a、圆筒中间部10b及圆筒下部10c的内周侧区域整体由芯部11构成，外周侧区域由包层部12构成，芯部11具有通过长纤维卷绕法成型的各向同性的纤维结构，包层部12具有通过扁线绕组法（SW法）成型的各向同性的纤维结构。尤其，包层部12中使用碳纤维布，该碳纤维布具有与轴向交叉的周向的纤维成分12f1及与轴向平行的纤维成分12f2这两者。晶种保持器7的空心部10h的内周面的整个面由芯部11形成，因此用于螺纹接合提拉轴的螺纹槽10d设置于芯部11侧。
基于本实施方式的晶种保持器7能够将长纤维卷绕法（FW法）与扁线绕组法（SW法）进行组合而形成。即，首先，通过长纤维卷绕法形成芯部11的成型体，在芯部11的成型体的外侧卷绕浸渍树脂等而成的碳纤维布来形成包层部12。此时，需要以碳纤维布中所包含的纤维成分12f2的取向方向与轴向平行的方式卷绕碳纤维布。接着，在高温下的惰性气体气氛中对成型体进行加热并使其碳化（石墨化）。之后，通过修整碳化而成的成型体的形状，并实施抛光等精加工，由此完成晶种保持器7。
就基于本实施方式的晶种保持器7而言，不仅是构成与晶种9的接触面的芯部11的纤维结构，包层部12的纤维结构也具有各向同性，因此能够防止晶种保持器7相对于晶种9的应力集中，并能够防止晶种9的断裂。并且，构成包层部12的碳纤维布具有与中心轴Z平行的纤维成分12f2，因此能够增强轴向的拉伸强度，并能够提高晶种保持器的机械强度。另外，基于本实施方式的晶种保持器7与基于第5实施方式的晶种保持器5相比，其加工容易，能够降低制造成本且提高加工精确度。
接着，对使用上述晶种保持器的基于CZ法的硅单晶的制造方法进行说明。
图8是表示硅单晶提拉装置的结构的一例的剖视图。
如图8所示，硅单晶提拉装置20具备：腔室21；配置于腔室21的内侧的绝热材料22；设置于腔室21内的石英坩埚23；支承石英坩埚23的基座24；能够升降地支承基座24的旋转支承轴25；以围绕基座24的周围的方式配置的加热器26；配置于石英坩埚23的上方的大致倒圆锥台形状的热屏蔽体27；配置于石英坩埚23的上方且与旋转支承轴25同轴上的单晶提拉用线28（提拉轴）；及配置于腔室21的上方的线卷绕机构29。
线28从配置于腔室21的上方的线卷绕机构29笔直地沿下方到达至石英坩埚23的附近。线28的末端部安装有晶种保持器30，晶种保持器30保持晶种。作为晶种保持器30，能够使用基于上述第1～第7实施方式的晶种保持器1～7中的任一个。
在硅单晶的提拉工序中，首先，在基座24内设置石英坩埚23，向石英坩埚23内填充多晶硅原料，并在晶种保持器30中设置晶种。接着，用加热器26加热硅原料而生成硅熔液31，使晶种下降而落在硅熔液31。之后，分别旋转晶种及石英坩埚23的同时使晶种缓慢地上升，由此使大致圆柱状的硅单晶32生长。图1中示出培养中途的硅单晶32经由晶种保持器30吊设在线28上的状态。
通过控制其拉伸速度和加热器26的功率来控制硅单晶32的直径。硅单晶32的培养中，形成结晶直径细微地缩小的颈部之后，逐渐扩大结晶直径而形成肩部。并且，例如在达到450mm以上的规定直径的时点改变拉伸条件来形成直径为恒定的主体部。进而拉伸结束时细微地缩小直径而形成尾部，最终从液面切断。通过以上工序来完成硅单晶锭。
本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够加以各种变更，当然这些变更也包含在本发明的范围内。
例如，在上述实施方式中作为硅单晶提拉用的晶种保持器进行了说明，但基于本发明的晶种保持器不限定于硅单晶提拉用，能够用于各种单晶的提拉。并且，在上述实施方式中，将晶种保持器的空心部10h的锥面的角度设为与晶种9的锥面相同的角度，但是也能够设为大于晶种9的锥面的角度。另外，上述各实施方式能够根据需要任意组合。
附图标记说明
1～8-晶种保持器，8f-碳纤维，9-晶种，9a晶种的上部，9b-晶种的锥部，9c-晶种的下部，9d-晶种的下端部，10a-圆筒上部，10b-圆筒中间部，10c-圆筒下部，10d-螺纹槽，10f碳纤维，10f1-碳纤维的周向的纤维成分，10f2-与碳纤维的轴向平行的纤维成分，10h-空心部，11-芯部，11f-碳纤维，12-包层部，12f-碳纤维，12f1-碳纤维的周向的纤维成分，12f2-与碳纤维的轴向平行的纤维成分，20-硅单晶提拉装置，21-腔室，22-绝热材料，23-石英坩埚，24-基座，25-旋转支承轴，26-加热器，27-热屏蔽体，28-单晶提拉用线，29-线卷绕机构，30-晶种保持器，31-硅熔液，32-硅单晶。

Claims (8)

1.一种晶种保持器，其由碳纤维强化碳复合材料构成，且为具有与大致棒状的晶种的外形相符的形状的空心部的大致圆筒状的单晶提拉用晶种保持器，所述晶种保持器的特征在于，具有：
芯部，其碳纤维的方向从所述空心部的中心轴观察时具有各向同性；及
包层部，其碳纤维的方向从所述空心部的中心轴观察时具有各向异性，
所述芯部设置于至少与所述晶种的外周面接触的部分。
2.根据权利要求1所述的晶种保持器，其中，
所述芯部的碳纤维的方向具有周向成分。
3.根据权利要求2所述的晶种保持器，其中，
所述芯部的碳纤维的方向具有与所述中心轴平行的成分。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的晶种保持器，其具有：
圆筒上部，具有第1口径；
圆筒中间部，位于所述圆筒上部的下方，从所述第1口径到第2口径直径逐渐减小；及
圆筒下部，位于所述圆筒中间部的下方，且具有所述第2口径，
所述芯部至少设置于所述圆筒中间部的内周侧区域，
所述包层部设置于所述芯部的形成区域以外的区域。
5.根据权利要求4所述的晶种保持器，其中，
所述芯部设置于所述圆筒中间部及所述圆筒下部，
所述包层部设置于所述圆筒上部。
6.根据权利要求4所述的晶种保持器，其中，
所述芯部设置于所述圆筒上部、所述圆筒中间部及所述圆筒下部的所述内周侧区域，
所述包层部设置于所述圆筒上部、所述圆筒中间部及所述圆筒下部的外周侧区域。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的晶种保持器，其中，
所述芯部设置成相对于所述包层部装卸自如。
8.一种硅单晶的制造方法，其特征在于，
使用权利要求1至3中任一项所述的晶种保持器通过CZ法来提拉直径450mm以上的硅单晶。
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