JP2021075421A - Carbon crucible - Google Patents

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Abstract

To reduce the amount of carbon incorporated into silicon monocrystals being pulled up.SOLUTION: When monocrystals S are produced by the Czochralski method, a carbon crucible 5 supports a quartz crucible 3A to store raw material melt M. The carbon crucible 5 has a straight body part 51, a bent part 52, and a bottom part 53. The bent part 52 has a through hole 12 that penetrates from the outer surface of the bent part 52 to the inner surface.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、チョクラルスキー法により単結晶を製造する際に原料融液を収容する石英ルツボを支持する炭素製ルツボに関する。 The present invention relates to a carbon crucible that supports a quartz crucible that houses a raw material melt when producing a single crystal by the Czochralski method.

シリコン単結晶などの単結晶の製造方法として、チョクラルスキー法(以下、CZ法という)と呼ばれる方法が知られている。CZ法において原料融液を収容するために使用されるルツボは、内側を石英ルツボとし、外側を黒鉛ルツボなどの炭素製ルツボとする二重構造である。石英ルツボは炭素製ルツボに収容された状態で引き上げ装置内に設置されて使用される(例えば、特許文献1参照。)。 As a method for producing a single crystal such as a silicon single crystal, a method called a Czochralski method (hereinafter referred to as a CZ method) is known. The crucible used for accommodating the raw material melt in the CZ method has a double structure in which the inside is a quartz crucible and the outside is a carbon crucible such as a graphite crucible. The quartz crucible is used by being installed in a pulling device while being housed in a carbon crucible (see, for example, Patent Document 1).

特開2018−43890号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-43890

ところで、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)などのパワーデバイス用ウェーハでは、単結晶中の炭素濃度の低減が求められている。炭素汚染の原因としては、単結晶の引き上げ時に炉内で発生した一酸化炭素ガスなど(以下、COガスと呼ぶ。)が原料融液に溶け込むことが挙げられる。 By the way, in wafers for power devices such as insulated gate bipolar transistors (IGBTs), reduction of carbon concentration in a single crystal is required. The cause of carbon contamination is that carbon monoxide gas or the like (hereinafter referred to as CO gas) generated in the furnace when the single crystal is pulled up dissolves in the raw material melt.

COガスの発生源として、以下の2つの発生源が考えられる。第1の発生源は、原料融液がシリコン融液の場合はシリコン融液から発生する一酸化ケイ素ガス(SiO)と、ルツボ周辺に配置されたカーボン製品に含まれる炭素(C)との反応である。第2の発生源は、石英ルツボの石英(SiO)と、炭素製ルツボに含まれる炭素(C)との反応である。
このうち、第2の発生源については、石英ルツボと炭素製ルツボとの間で発生したCOガスはルツボの上端近傍から排出され、排出されたCOガスの一部が石英ルツボ内に導入されて原料融液に取り込まれてしまい、単結晶中の炭素濃度を増加させているものと考えられる。
The following two sources can be considered as the sources of CO gas. The first source is the reaction between silicon monoxide gas (SiO) generated from the silicon melt and carbon (C) contained in the carbon product arranged around the crucible when the raw material melt is a silicon melt. Is. The second source is the reaction between the quartz (SiO 2 ) of the quartz crucible and the carbon (C) contained in the carbon crucible.
Regarding the second source, the CO gas generated between the quartz crucible and the carbon crucible is discharged from the vicinity of the upper end of the crucible, and a part of the discharged CO gas is introduced into the quartz crucible. It is considered that it is incorporated into the raw material melt and increases the carbon concentration in the single crystal.

本発明は、チョクラルスキー法により単結晶を製造する際に、引き上げ中の単結晶に取り込まれる炭素を低減することができる炭素製ルツボを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a carbon crucible capable of reducing carbon incorporated into a single crystal being pulled up when a single crystal is produced by the Czochralski method.

本発明の炭素製ルツボは、チョクラルスキー法により単結晶を製造する際に、原料融液を収容する石英ルツボを支持する炭素製ルツボであって、直胴部と、湾曲部と、底部と、からなり、前記湾曲部は、前記湾曲部の外面から内面に貫通する貫通孔を有することを特徴とする。 The carbon crucible of the present invention is a carbon crucible that supports a quartz crucible that houses a raw material melt when a single crystal is produced by the Czochralski method, and has a straight body portion, a curved portion, and a bottom portion. The curved portion is characterized by having a through hole penetrating from the outer surface to the inner surface of the curved portion.

上記炭素製ルツボにおいて、前記貫通孔は、屈曲部を有する。 In the carbon crucible, the through hole has a bent portion.

上記炭素製ルツボにおいて、前記湾曲部の内面に周方向に延びる環状溝を有し、前記貫通孔の前記内面側の端部は、前記環状溝内に位置する。 The carbon crucible has an annular groove extending in the circumferential direction on the inner surface of the curved portion, and the end portion of the through hole on the inner surface side is located in the annular groove.

上記炭素製ルツボにおいて、前記環状溝は、前記湾曲部の上方に形成された第1環状溝と、前記湾曲部の下方に形成された第2環状溝と、を有し、前記貫通孔は、前記内面側の端部が前記第1環状溝内に位置する第1貫通孔と、前記内面側の端部が前記第2環状溝内に位置する第2貫通孔と、を有し、前記炭素製ルツボは、前記湾曲部の内面に形成され、上下方向に延びて前記第1環状溝と前記第2環状溝とを接続する縦溝を有する。 In the carbon crucible, the annular groove has a first annular groove formed above the curved portion and a second annular groove formed below the curved portion, and the through hole is formed. The carbon having a first through hole whose inner surface side end is located in the first annular groove and a second through hole whose inner surface side end is located in the second annular groove. The crucible is formed on the inner surface of the curved portion and has a vertical groove extending in the vertical direction to connect the first annular groove and the second annular groove.

上記炭素製ルツボにおいて、前記貫通孔は、周方向に複数個設ける。 In the carbon crucible, a plurality of through holes are provided in the circumferential direction.

前記炭素製ルツボは、中心軸を含む分割面で複数の炭素製ルツボ片に分割され、前記貫通孔は、周方向に隣接する前記炭素製ルツボ片の分割面に形成する。 The carbon crucible is divided into a plurality of carbon crucible pieces at a dividing surface including the central axis, and the through hole is formed on the dividing surface of the carbon crucible pieces adjacent in the circumferential direction.

本発明によれば、石英ルツボと炭素製ルツボとの接触界面で発生するCOガスを、炭素製ルツボの湾曲部に形成した貫通孔より排出することにより、原料融液に取り込まれるCOガスが低減され、引き上げ中の単結晶に取り込まれる炭素を低減することができる。 According to the present invention, the CO gas generated at the contact interface between the quartz crucible and the carbon crucible is discharged from the through hole formed in the curved portion of the carbon crucible, so that the CO gas taken into the raw material melt is reduced. It is possible to reduce the carbon incorporated into the single crystal being pulled up.

本発明の実施形態に係る引き上げ装置の概略断面図である。It is the schematic sectional drawing of the pulling device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る炭素製ルツボの一部を切り欠いた側面図である。It is a side view which cut out a part of the carbon crucible which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態の貫通孔の拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a through hole according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の炭素製ルツボの平面図である。It is a top view of the carbon crucible of the embodiment of this invention. 本発明の実施形態の炭素製ルツボ片の側面図である。It is a side view of the carbon crucible piece of the embodiment of this invention. 本発明の実施形態の引き上げ装置の作用について説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the operation of the pulling device of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の貫通孔の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the through hole of embodiment of this invention. 通常の炭素製ルツボと本発明の実施形態の炭素製ルツボのCOガス排出効果を確認するために行った実験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the experiment performed for confirming the CO gas emission effect of the ordinary carbon crucible and the carbon crucible of the embodiment of the present invention.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
〔引き上げ装置〕
図1は、本発明の実施形態に係る引き上げ装置1の概略断面図である。
引き上げ装置1は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶Sを引き上げ、育成を行う装置である。図1に示されるように、引き上げ装置1は、外郭を構成するチャンバ2と、チャンバ2の中心部に配置されるルツボ3と、ヒーター4と、を備える。
Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
[Pulling device]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the pulling device 1 according to the embodiment of the present invention.
The pulling device 1 is a device for pulling and growing a silicon single crystal S by the Czochralski method. As shown in FIG. 1, the pulling device 1 includes a chamber 2 constituting an outer shell, a crucible 3 arranged in a central portion of the chamber 2, and a heater 4.

ルツボ3は、上方から見て円形をなす、シリコン融液M(原料融液)が収容される容器である。ルツボ3は、内側の石英ルツボ3Aと、外側の炭素製ルツボ5とから構成される二重構造である。ルツボ3は、回転および昇降が可能で上下方向に延びる支持軸6の上端部に固定されている。 The crucible 3 is a container in which a silicon melt M (raw material melt), which is circular when viewed from above, is housed. The crucible 3 has a double structure composed of an inner quartz crucible 3A and an outer carbon crucible 5. The crucible 3 is fixed to the upper end of a support shaft 6 that can rotate and move up and down and extends in the vertical direction.

石英ルツボ3Aは、有底円筒形状の石英ガラス製の容器である。
炭素製ルツボ5は、有底円筒形状の黒鉛(グラファイト)製の容器であり、加熱によって軟化した石英ルツボ3Aの形状が維持されるように、石英ルツボ3Aの外面を覆うように石英ルツボ3Aを支持する。
The quartz crucible 3A is a container made of quartz glass having a bottomed cylindrical shape.
The carbon crucible 5 is a container made of graphite (graphite) having a bottomed cylindrical shape, and the quartz crucible 3A is placed so as to cover the outer surface of the quartz crucible 3A so that the shape of the quartz crucible 3A softened by heating is maintained. To support.

ヒーター4は、ルツボ3内のシリコン融液Mを加熱する加熱装置である。ヒーター4は、円筒形状をなし、ルツボ3の外側においてルツボ3の中心軸Aと同軸状に配置されている。ヒーター4は、抵抗加熱式の所謂カーボンヒーターである。ヒーター4の外側には、チャンバ2の内面に沿って断熱材7が設けられている。 The heater 4 is a heating device that heats the silicon melt M in the crucible 3. The heater 4 has a cylindrical shape and is arranged coaxially with the central axis A of the crucible 3 on the outside of the crucible 3. The heater 4 is a resistance heating type so-called carbon heater. A heat insulating material 7 is provided on the outside of the heater 4 along the inner surface of the chamber 2.

ルツボ3の上方には、支持軸6と同軸上に引き上げ軸8が配置されている。引き上げ軸8は、ワイヤなどによって形成されている。引き上げ軸8は、軸回りに所定の速度で回転する。引き上げ軸8の下端には種結晶SCが取り付けられている。引き上げ軸8は、種結晶SC(シリコン単結晶S)を回転させる。 Above the crucible 3, a pull-up shaft 8 is arranged coaxially with the support shaft 6. The pull-up shaft 8 is formed of a wire or the like. The pull-up shaft 8 rotates around the shaft at a predetermined speed. A seed crystal SC is attached to the lower end of the pulling shaft 8. The pulling shaft 8 rotates the seed crystal SC (silicon single crystal S).

チャンバ2内には、熱遮蔽体9が配置されている。熱遮蔽体9は、筒状をなし、ルツボ3内のシリコン融液Mの上方で育成中のシリコン単結晶Sを囲む。
熱遮蔽体9は、育成中のシリコン単結晶Sに対して、ルツボ3内のシリコン融液Mやヒーター4やルツボ3の側壁からの高温の輻射熱を遮断する。
A heat shield 9 is arranged in the chamber 2. The heat shield 9 has a tubular shape and surrounds the silicon single crystal S being grown above the silicon melt M in the crucible 3.
The heat shield 9 blocks high-temperature radiant heat from the silicon melt M in the crucible 3, the heater 4, and the side wall of the crucible 3 with respect to the growing silicon single crystal S.

チャンバ2の上部には、ガス導入口10が設けられている。ガス導入口10は、アルゴンガスなどの不活性ガスG1をチャンバ2内に導入する。チャンバ2の下部には、排気口11が設けられている。排気口11は、図示しない真空ポンプの駆動により、チャンバ2内の気体を吸引して排出する。ガス導入口10からチャンバ2内に導入された不活性ガスG1は、育成中のシリコン単結晶Sと熱遮蔽体9との間を下降する。次いで、不活性ガスG1は、熱遮蔽体9の下端とシリコン融液Mの液面との隙間を経た後、熱遮蔽体9の外側、さらにルツボ3の外側に向けて流れる。その後、不活性ガスG1は、ルツボ3の外側を下降し、排気口11から排出される。 A gas introduction port 10 is provided in the upper part of the chamber 2. The gas introduction port 10 introduces an inert gas G1 such as argon gas into the chamber 2. An exhaust port 11 is provided in the lower part of the chamber 2. The exhaust port 11 sucks and discharges the gas in the chamber 2 by driving a vacuum pump (not shown). The inert gas G1 introduced into the chamber 2 from the gas introduction port 10 descends between the growing silicon single crystal S and the heat shield 9. Next, the inert gas G1 passes through the gap between the lower end of the heat shield 9 and the liquid surface of the silicon melt M, and then flows toward the outside of the heat shield 9 and further toward the outside of the crucible 3. After that, the inert gas G1 descends outside the crucible 3 and is discharged from the exhaust port 11.

図2に示されるように、炭素製ルツボ5は、円筒形状の直胴部51と、円筒形状の湾曲部52と、円形状の底部53と、からなる。湾曲部52は、直胴部51と底部53とを滑らかに接続する。底部53は湾曲している。湾曲部52の曲率は、底部53の曲率よりも大きい。
直胴部51は、略一定の厚さで形成された円筒形状の部位である。直胴部51は、完全に円筒形状とする必要はなく、例えば、上方に向かって内径が漸次大きくなるようなテーパー形状をなしてよい。
As shown in FIG. 2, the carbon crucible 5 includes a cylindrical straight body portion 51, a cylindrical curved portion 52, and a circular bottom portion 53. The curved portion 52 smoothly connects the straight body portion 51 and the bottom portion 53. The bottom 53 is curved. The curvature of the curved portion 52 is larger than the curvature of the bottom portion 53.
The straight body portion 51 is a cylindrical portion formed with a substantially constant thickness. The straight body portion 51 does not have to have a completely cylindrical shape, and may have, for example, a tapered shape such that the inner diameter gradually increases upward.

湾曲部52は、直胴部51と底部53の間の部位である。湾曲部52の内面は、湾曲部52の上端部において直胴部51の内面と滑らかに接続され、湾曲部52の下端部において底部53の内面と滑らかに接続されている。 The curved portion 52 is a portion between the straight body portion 51 and the bottom portion 53. The inner surface of the curved portion 52 is smoothly connected to the inner surface of the straight body portion 51 at the upper end portion of the curved portion 52, and is smoothly connected to the inner surface of the bottom portion 53 at the lower end portion of the curved portion 52.

炭素製ルツボ5は、炭素製ルツボ5の高さをHP、湾曲部52の上端部の高さをHCとすると、0.3HP<HC<0.5HPとなるように形成されている。また、炭素製ルツボ5は、炭素製ルツボ5の直径をDP、底部53の直径をDCとすると、0.5DP<DC<0.7DPとなるように形成されている。
直胴部51と湾曲部52と底部53とは、それぞれの内面が滑らかに接続され、有底筒形状をなすように形成されている。
The carbon crucible 5 is formed so that 0.3HP <HC <0.5HP, where HP is the height of the carbon crucible 5 and HC is the height of the upper end of the curved portion 52. Further, the carbon crucible 5 is formed so that 0.5 DP <DC <0.7 DP, where DP is the diameter of the carbon crucible 5 and DC is the diameter of the bottom 53.
The straight body portion 51, the curved portion 52, and the bottom portion 53 are formed so that their inner surfaces are smoothly connected to each other to form a bottomed tubular shape.

本実施形態の炭素製ルツボ5は、底部53中央に形成された円形の開口5Hを有する。開口5Hが支持軸6(図1参照)と組み合わされることによって、炭素製ルツボ5を容易に設置することができる。 The carbon crucible 5 of the present embodiment has a circular opening 5H formed in the center of the bottom 53. By combining the opening 5H with the support shaft 6 (see FIG. 1), the carbon crucible 5 can be easily installed.

炭素製ルツボ5の湾曲部52は、複数の貫通孔12(本実施形態の炭素製ルツボ5では、上下3つずつの6つの貫通孔12)を有する。これらの貫通孔12は、湾曲部52の外面から内面に貫通している。貫通孔12の断面形状は円形である。
貫通孔12は、湾曲部52の上方に形成された3つの第1貫通孔12Aと、湾曲部52の下方に形成された3つの第2貫通孔12Bと、を有している。
3つの第1貫通孔12Aは、周方向に等間隔に形成されている。同様に、3つの第2貫通孔12Bは、周方向に等間隔に形成されている。
貫通孔12の数は、これに限ることはなく、少なくとも1つの貫通孔12が形成されていればよい。また、貫通孔12の断面形状は円形に限ることはなく、矩形状としてもよい。
The curved portion 52 of the carbon crucible 5 has a plurality of through holes 12 (in the carbon crucible 5 of the present embodiment, six through holes 12 each of three at the top and bottom). These through holes 12 penetrate from the outer surface to the inner surface of the curved portion 52. The cross-sectional shape of the through hole 12 is circular.
The through hole 12 has three first through holes 12A formed above the curved portion 52 and three second through holes 12B formed below the curved portion 52.
The three first through holes 12A are formed at equal intervals in the circumferential direction. Similarly, the three second through holes 12B are formed at equal intervals in the circumferential direction.
The number of through holes 12 is not limited to this, and at least one through hole 12 may be formed. Further, the cross-sectional shape of the through hole 12 is not limited to a circular shape, and may be a rectangular shape.

炭素製ルツボ5は、湾曲部52の内面に周方向に延びる上下2段の環状溝13を有する。環状溝13は、炭素製ルツボ5の湾曲部52の内面に凹むように形成された切り欠き溝形状である。環状溝13は、湾曲部52の全周にわたって連続して形成されている。
環状溝13は、第1貫通孔12Aを通過するように周方向に延びる第1環状溝13Aと、第2貫通孔12Bを通過するように周方向に延びる第2環状溝13Bと、を有する。換言すれば、貫通孔12の内面側の端部は、環状溝13内に位置する。
なお、環状溝13は、全周にわたって連続して形成されている必要はなく、周方向の一部に形成されている構成としてもよい。
The carbon crucible 5 has two upper and lower annular grooves 13 extending in the circumferential direction on the inner surface of the curved portion 52. The annular groove 13 has a notched groove shape formed so as to be recessed in the inner surface of the curved portion 52 of the carbon crucible 5. The annular groove 13 is continuously formed over the entire circumference of the curved portion 52.
The annular groove 13 has a first annular groove 13A extending in the circumferential direction so as to pass through the first through hole 12A, and a second annular groove 13B extending in the circumferential direction so as to pass through the second through hole 12B. In other words, the end of the through hole 12 on the inner surface side is located in the annular groove 13.
The annular groove 13 does not have to be continuously formed over the entire circumference, and may be formed in a part in the circumferential direction.

炭素製ルツボ5は、上下方向に延びて第1環状溝13Aと第2環状溝13Bとを接続する縦溝14を有する。縦溝14は、湾曲部52の内面に形成されている。本実施形態の炭素製ルツボ5は、複数の縦溝14(本実施形態では12本)を有しており、複数の縦溝14は、周方向に等間隔に形成されている。 The carbon crucible 5 has a vertical groove 14 that extends in the vertical direction and connects the first annular groove 13A and the second annular groove 13B. The vertical groove 14 is formed on the inner surface of the curved portion 52. The carbon crucible 5 of the present embodiment has a plurality of vertical grooves 14 (12 in the present embodiment), and the plurality of vertical grooves 14 are formed at equal intervals in the circumferential direction.

図3に示されるように、各々の貫通孔12は、直線的に形成されておらず、屈曲部15を有している。本実施形態の貫通孔12は、外側の開口121から水平方向(中心軸Aと直交する方向)に延びる水平部123と、内側の開口122から延びる傾斜部124とから構成されている。傾斜部124は、中心軸Aと傾斜部124の中心軸ATとのなす角度θが20°〜30°であり、径方向外側に向かうにしたがって、低くなるように形成されている。
貫通孔12は、傾斜部124と水平部123とが湾曲部52の厚さ方向の中間近傍の屈曲部15で交わるように形成されている。
これにより、各々の貫通孔12は、貫通孔12を介して炭素製ルツボ5の外側から内側を視認できない形状となっている。すなわち、炭素製ルツボ5の外側から光を照射した場合、その光が炭素製ルツボ5の内側に直接的に到達しないように形成されている。
As shown in FIG. 3, each through hole 12 is not formed linearly and has a bent portion 15. The through hole 12 of the present embodiment is composed of a horizontal portion 123 extending in the horizontal direction (direction orthogonal to the central axis A) from the outer opening 121 and an inclined portion 124 extending from the inner opening 122. The inclined portion 124 is formed so that the angle θ formed by the central axis A and the central axis AT of the inclined portion 124 is 20 ° to 30 ° and becomes lower toward the outer side in the radial direction.
The through hole 12 is formed so that the inclined portion 124 and the horizontal portion 123 intersect at the bent portion 15 in the vicinity of the middle in the thickness direction of the curved portion 52.
As a result, each through hole 12 has a shape in which the inside of the carbon crucible 5 cannot be visually recognized from the outside through the through hole 12. That is, when light is irradiated from the outside of the carbon crucible 5, the light is formed so as not to directly reach the inside of the carbon crucible 5.

貫通孔12の内径と環状溝13の幅と縦溝14の幅とは、同等とすることが好ましい。溝の幅は例えば、1mm〜20mmに設定することが好ましく、特に2mm〜10mmに設定することが望ましい。また、溝の深さは、炭素製ルツボ5の板厚の20%〜40%に設定することが好ましい。
溝の幅が狭すぎる場合には、溝を介してガスが誘導されることによるガス排出効果が得られなくなる。溝の幅が広すぎる場合には、石英ルツボ3Aの軟化変形により、溝内に石英ルツボ3Aが入り込んでしまい、炭素製ルツボ5と石英ルツボ3Aとの熱膨張差に起因して各ルツボの冷却時に炭素製ルツボ5が割れる恐れがある。
It is preferable that the inner diameter of the through hole 12, the width of the annular groove 13, and the width of the vertical groove 14 are the same. The width of the groove is preferably set to, for example, 1 mm to 20 mm, and particularly preferably 2 mm to 10 mm. Further, the groove depth is preferably set to 20% to 40% of the plate thickness of the carbon crucible 5.
If the width of the groove is too narrow, the gas discharge effect due to the gas being guided through the groove cannot be obtained. If the width of the groove is too wide, the quartz crucible 3A will enter the groove due to the softening deformation of the quartz crucible 3A, and the cooling of each crucible due to the difference in thermal expansion between the carbon crucible 5 and the quartz crucible 3A. Sometimes the carbon crucible 5 may crack.

図4は、炭素製ルツボ5を上方から見た平面図である。ただし、図4では、貫通孔12、環状溝13、および縦溝14の図示は省略している。
図4に示されるように、本実施形態の炭素製ルツボ5は、複数の炭素製ルツボ片5Pに分割されている。各々の炭素製ルツボ片5Pは、炭素製ルツボ5を中心軸Aを含む分割面Pで分割した形状である。本実施形態の炭素製ルツボ5は、周方向に均等に3分割されている。
FIG. 4 is a plan view of the carbon crucible 5 as viewed from above. However, in FIG. 4, the through hole 12, the annular groove 13, and the vertical groove 14 are not shown.
As shown in FIG. 4, the carbon crucible 5 of the present embodiment is divided into a plurality of carbon crucible pieces 5P. Each carbon crucible piece 5P has a shape in which the carbon crucible 5 is divided by a dividing surface P including the central axis A. The carbon crucible 5 of the present embodiment is evenly divided into three in the circumferential direction.

図5は、炭素製ルツボ片5Pの側面図である。図5に示されるように、貫通孔12は、炭素製ルツボ片5Pの分割面Pに形成されている断面半円状の貫通孔用溝12Gによって形成されている。貫通孔12は、周方向に隣接する一方の炭素製ルツボ片5Pの分割面Pに形成された貫通孔用溝12Gと、他方の炭素製ルツボ片5Pの分割面Pに形成された貫通孔用溝12Gとによって、断面円形状の貫通孔12となるように形成されている。
なお、本実施形態の貫通孔12は、一対の貫通孔用溝12Gにより形成されているが、これに限ることはなく、周方向に隣接する一方の炭素製ルツボ片5Pの分割面Pに形成された貫通孔用溝12Gのみで貫通孔12を形成してもよい。また、貫通孔12の断面形状も円形に限らず、矩形、その他の形状でもよい。
FIG. 5 is a side view of the carbon crucible piece 5P. As shown in FIG. 5, the through hole 12 is formed by a through hole groove 12G having a semicircular cross section formed on the dividing surface P of the carbon crucible piece 5P. The through hole 12 is for a through hole groove 12G formed on the dividing surface P of one carbon crucible piece 5P adjacent in the circumferential direction and for a through hole formed on the dividing surface P of the other carbon crucible piece 5P. The groove 12G is formed so as to form a through hole 12 having a circular cross section.
The through hole 12 of the present embodiment is formed by a pair of through hole grooves 12G, but is not limited to this, and is formed on the dividing surface P of one carbon crucible piece 5P adjacent in the circumferential direction. The through hole 12 may be formed only by the through hole groove 12G. Further, the cross-sectional shape of the through hole 12 is not limited to a circular shape, but may be a rectangular shape or another shape.

次に、本実施形態の炭素製ルツボ5を有する引き上げ装置1の作用について説明する。
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶Sの製造の際、シリコン単結晶Sの引き上げ中は、ヒーター4の熱により石英ルツボ3Aを構成する二酸化ケイ素(SiO)と炭素製ルツボ5を構成する炭素(C)とが反応することによって、一酸化炭素ガス(COガス)が発生する。発明者らは、直胴部51、湾曲部52、底部53のうち、湾曲部52が最も温度が高くなる部位であり劣化が大きいことから、この部位におけるCOガスの発生が最も多いと推測し、湾曲部52に貫通孔12を形成した。
Next, the operation of the pulling device 1 having the carbon crucible 5 of the present embodiment will be described.
During the production of the silicon single crystal S by the Czochralski method, while the silicon single crystal S is being pulled up, the heat of the heater 4 causes silicon dioxide (SiO 2 ) constituting the quartz rutsubo 3A and carbon (SiO 2) constituting the carbon rutsubo 5 (). By reacting with C), carbon monoxide gas (CO gas) is generated. The inventors presume that among the straight body portion 51, the curved portion 52, and the bottom portion 53, the curved portion 52 is the portion where the temperature is highest and the deterioration is large, so that CO gas is generated most in this portion. , A through hole 12 was formed in the curved portion 52.

図6に示されるように、湾曲部52で発生したCOガスG2は、貫通孔12からルツボ3の外部へ排出される。ルツボ3の外部(直胴部51の径方向外側)においては、ガス導入口10から導入された不活性ガスG1が下方に向かって流れており、貫通孔12から排出されたCOガスG2は、シリコン融液Mに向かって流れることなく、不活性ガスG1とともに排気口11より排出される。
ただし、貫通孔を直線形状とすると、ヒーター4からの放射熱が石英ルツボ3Aに直接的に当たってしまうため、石英ルツボ3Aに局所的な温度上昇が生じてしまい、石英ルツボ3Aの軟化変形やシリコン融液にばらつきを生じてしまう恐れがある。このため、本実施形態の貫通孔12に屈曲部15を形成した。
As shown in FIG. 6, the CO gas G2 generated at the curved portion 52 is discharged to the outside of the crucible 3 from the through hole 12. On the outside of the rutsubo 3 (outward in the radial direction of the straight body portion 51), the inert gas G1 introduced from the gas introduction port 10 flows downward, and the CO gas G2 discharged from the through hole 12 is discharged. The gas is discharged from the exhaust port 11 together with the inert gas G1 without flowing toward the silicon melt M.
However, if the through hole has a linear shape, the radiant heat from the heater 4 directly hits the quartz crucible 3A, so that a local temperature rise occurs in the quartz crucible 3A, resulting in softening deformation of the quartz crucible 3A and silicon melting. There is a risk that the liquid will vary. Therefore, the bent portion 15 is formed in the through hole 12 of the present embodiment.

上記実施形態によれば、湾曲部52に貫通孔12が形成されていることによって、シリコン融液Mに取り込まれるCOガスが低減され、ひいては、引き上げ中のシリコン単結晶Sに取り込まれる炭素を低減することができる。換言すれば、本実施形態の引き上げ装置1を用いることによって、従来、石英ルツボ3Aと炭素製ルツボ5との間であって、ルツボ3の上縁から排出されていたCOガスの排出経路を変更することができる。 According to the above embodiment, since the through hole 12 is formed in the curved portion 52, the CO gas taken into the silicon melt M is reduced, and by extension, the carbon taken into the silicon single crystal S being pulled up is reduced. can do. In other words, by using the pulling device 1 of the present embodiment, the discharge path of CO gas, which was conventionally between the quartz crucible 3A and the carbon crucible 5, and was discharged from the upper edge of the crucible 3, is changed. can do.

また、貫通孔12が形成されていることで、ヒーター4からの放射熱が貫通孔12を介して石英ルツボ3Aと炭素製ルツボ5との接触面に作用し、COガスの排出量が増大するとともに、貫通孔12に対応する箇所の温度が上昇し、シリコン融液Mに意図しない発熱分布が生じることが考えられる。しかし、本実施形態の炭素製ルツボ5では、貫通孔12が屈曲部15を有しているため、ヒーター4からの放射熱が直接的に石英ルツボ3Aに当たらない。これにより、ヒーター4からの石英ルツボ3Aへの局所的な加熱が抑制され、石英ルツボ3Aの軟化変形、およびシリコン融液Mの温度のばらつきを抑制することができる。 Further, since the through hole 12 is formed, the radiant heat from the heater 4 acts on the contact surface between the quartz crucible 3A and the carbon crucible 5 through the through hole 12, and the amount of CO gas emitted increases. At the same time, it is considered that the temperature of the portion corresponding to the through hole 12 rises and an unintended heat generation distribution occurs in the silicon melt M. However, in the carbon crucible 5 of the present embodiment, since the through hole 12 has the bent portion 15, the radiant heat from the heater 4 does not directly hit the quartz crucible 3A. As a result, local heating from the heater 4 to the quartz crucible 3A can be suppressed, softening and deformation of the quartz crucible 3A, and temperature variation of the silicon melt M can be suppressed.

また、炭素製ルツボ5を3分割構造とし、貫通孔12を炭素製ルツボ片5Pの分割面Pに形成する構成としたことによって、屈曲部15を有する貫通孔12であっても容易に形成することができる。 Further, since the carbon crucible 5 has a three-divided structure and the through hole 12 is formed on the divided surface P of the carbon crucible piece 5P, even the through hole 12 having the bent portion 15 can be easily formed. be able to.

また、炭素製ルツボ5の内面に、貫通孔12を通過する環状溝13を形成するとともに、環状溝13同士を縦溝14で接続する構成としたことによって、COガスの排出効果を高めることができる。
さらに、貫通孔12を周方向に複数個設けたことによって、COガスの排出効果を高めることができる。
Further, by forming an annular groove 13 passing through the through hole 12 on the inner surface of the carbon crucible 5 and connecting the annular grooves 13 with each other by a vertical groove 14, the CO gas emission effect can be enhanced. it can.
Further, by providing a plurality of through holes 12 in the circumferential direction, the CO gas discharge effect can be enhanced.

なお、上記実施形態では、炭素製ルツボ5を3分割構造としたが、分割数はこれに限ることはない。また、ルツボ3を分割することなく一体成形としてもよい。この場合、貫通孔12は、図3に示す形状となるよう、炭素製ルツボ5の内周側および外周側からエンドミルなどの工具を用いて形成することができる。
また、炭素製ルツボ5は、炭素を含む材料によって形成されていれば、黒鉛ルツボに限ることはなく、例えば、カーボンコンポジットによって形成してもよい。
In the above embodiment, the carbon crucible 5 has a three-divided structure, but the number of divisions is not limited to this. Further, the crucible 3 may be integrally molded without being divided. In this case, the through hole 12 can be formed from the inner peripheral side and the outer peripheral side of the carbon crucible 5 by using a tool such as an end mill so as to have the shape shown in FIG.
Further, the carbon crucible 5 is not limited to the graphite crucible as long as it is formed of a material containing carbon, and may be formed of, for example, a carbon composite.

また、貫通孔12の形状は、屈曲した部位を有していれば、これに限ることはない。例えば、貫通孔12を図7に示されるように、蛇行した形状としてもよい。
また、貫通孔12および縦溝14は、周方向に等間隔としなくてもよい。
Further, the shape of the through hole 12 is not limited to this as long as it has a bent portion. For example, the through hole 12 may have a meandering shape as shown in FIG.
Further, the through holes 12 and the vertical grooves 14 do not have to be evenly spaced in the circumferential direction.

次に、本実施形態の炭素製ルツボ5によるCOガス排出効果を確認するために行った実験について説明する。実験は、炉内に石英ルツボ3Aと炭素製ルツボを設置した状態で空焼き(シリコン融液をルツボ3に収容することなくルツボ3加熱)を実施し、炉から排気されるガスのCO濃度を分析することにより行った。
ガス分析用の配管は、ルツボ3の上端近傍(炉内)および排気口11に配置した。ルツボ3の上端近傍には、3つのガス分析用の配管を設置した。
Next, an experiment conducted to confirm the CO gas emission effect of the carbon crucible 5 of the present embodiment will be described. In the experiment, a quartz crucible 3A and a carbon crucible were installed in the furnace and air-baked (heating the crucible 3 without accommodating the silicon melt in the crucible 3) was performed to determine the CO concentration of the gas exhausted from the furnace. It was done by analysis.
Piping for gas analysis was arranged near the upper end of the crucible 3 (inside the furnace) and at the exhaust port 11. Three pipes for gas analysis were installed near the upper end of the crucible 3.

図8は、横軸をガス分析用の配管の設置場所(炉内3ヶ所、および排気口)、縦軸をCOガスの濃度〔ppm〕とし、貫通孔12、環状溝13、および縦溝14が形成されていない通常の炭素製ルツボ(通常品)と、本実施形態の炭素製ルツボ5との比較を示すグラフである。
図8に示すように、特に炉内のルツボ3の上端近傍におけるCOガスの低減を図ることができ、平均して20%のCO濃度の低減を図ることができた。
In FIG. 8, the horizontal axis represents the installation location of the gas analysis piping (three locations in the furnace and the exhaust port), the vertical axis represents the CO gas concentration [ppm], and the through hole 12, the annular groove 13, and the vertical groove 14 are shown. It is a graph which shows the comparison between the ordinary carbon-made rubbing pot (normal product) in which is not formed, and the carbon-made rubbing pot 5 of this embodiment.
As shown in FIG. 8, it was possible to reduce the CO gas particularly in the vicinity of the upper end of the crucible 3 in the furnace, and it was possible to reduce the CO concentration by 20% on average.

なお、上記実施形態では、引き上げ装置1を用いてシリコン単結晶を製造したが、これに限ることはない。すなわち、本発明の炭素製ルツボは、チョクラルスキー法により単結晶を製造する際に用いる石英ルツボを支持するルツボとして幅広く使用することができる。 In the above embodiment, the silicon single crystal is produced by using the pulling device 1, but the present invention is not limited to this. That is, the carbon crucible of the present invention can be widely used as a crucible that supports a quartz crucible used when producing a single crystal by the Czochralski method.

1…引き上げ装置、2…チャンバ、ルツボ…3、3A…石英ルツボ、5…炭素製ルツボ、5P…炭素製ルツボ片、12…貫通孔、12A…第1貫通孔、12B…第2貫通孔、13…環状溝、14…縦溝、15…屈曲部、51…直胴部、52…湾曲部、53…底部、M…シリコン融液、P…分割面、S…シリコン単結晶。 1 ... Pulling device, 2 ... Chamber, crucible ... 3, 3A ... Quartz crucible, 5 ... Carbon crucible, 5P ... Carbon crucible piece, 12 ... Through hole, 12A ... First through hole, 12B ... Second through hole, 13 ... annular groove, 14 ... vertical groove, 15 ... bent part, 51 ... straight body part, 52 ... curved part, 53 ... bottom, M ... silicon melt, P ... divided surface, S ... silicon single crystal.

Claims (6)

チョクラルスキー法により単結晶を製造する際に、原料融液を収容する石英ルツボを支持する炭素製ルツボであって、直胴部と、湾曲部と、底部と、からなり、
前記湾曲部は、前記湾曲部の外面から内面に貫通する貫通孔を有することを特徴とする炭素製ルツボ。
A carbon crucible that supports a quartz crucible that houses a raw material melt when a single crystal is produced by the Czochralski method, and consists of a straight body, a curved part, and a bottom.
The curved portion is a carbon crucible characterized by having a through hole penetrating from the outer surface to the inner surface of the curved portion.
前記貫通孔は、屈曲部を有することを特徴とする請求項1に記載の炭素製ルツボ。 The carbon crucible according to claim 1, wherein the through hole has a bent portion. 前記湾曲部の内面に周方向に延びる環状溝を有し、
前記貫通孔の前記内面側の端部は、前記環状溝内に位置することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の炭素製ルツボ。
It has an annular groove extending in the circumferential direction on the inner surface of the curved portion.
The carbon crucible according to claim 1 or 2, wherein the end of the through hole on the inner surface side is located in the annular groove.
前記環状溝は、前記湾曲部の上方に形成された第1環状溝と、前記湾曲部の下方に形成された第2環状溝と、を有し、
前記貫通孔は、前記内面側の端部が前記第1環状溝内に位置する第1貫通孔と、前記内面側の端部が前記第2環状溝内に位置する第2貫通孔と、を有し、
前記炭素製ルツボは、前記湾曲部の内面に形成され、上下方向に延びて前記第1環状溝と前記第2環状溝とを接続する縦溝を有することを特徴とする請求項3の記載の炭素製ルツボ。
The annular groove has a first annular groove formed above the curved portion and a second annular groove formed below the curved portion.
The through hole includes a first through hole whose inner surface side end is located in the first annular groove and a second through hole whose inner surface side end is located in the second annular groove. Have
The third aspect of claim 3, wherein the carbon crucible is formed on the inner surface of the curved portion and has a vertical groove extending in the vertical direction to connect the first annular groove and the second annular groove. Carbon crucible.
前記貫通孔は、周方向に複数個設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の炭素製ルツボ。 The carbon crucible according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of through holes are provided in the circumferential direction. 前記炭素製ルツボは、中心軸を含む分割面で複数の炭素製ルツボ片に分割され、
前記貫通孔は、周方向に隣接する前記炭素製ルツボ片の分割面に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の炭素製ルツボ。
The carbon crucible is divided into a plurality of carbon crucible pieces at a dividing surface including the central axis.
The carbon crucible according to any one of claims 1 to 4, wherein the through hole is formed on a divided surface of the carbon crucible pieces adjacent to each other in the circumferential direction.
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