JP2937113B2

JP2937113B2 - 種結晶保持具

Info

Publication number: JP2937113B2
Application number: JP5885996A
Authority: JP
Inventors: 輝郎和泉
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1999-08-23
Anticipated expiration: 2016-03-15
Also published as: JPH09249488A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は種結晶保持具に関
し、より詳細には半導体材料として使用される単結晶を
育成する際に用いられる、種結晶保持具に関する。

【０００２】

【従来の技術】単結晶を育成するには種々の方法がある
が、その一つにチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と記
す）に代表される引き上げ法がある。図３は、従来のＣ
Ｚ法に用いられる単結晶引き上げ装置の要部を、模式的
に示した断面図であり、図中３１は、坩堝を示してい
る。

【０００３】この坩堝３１は、有底円筒形状の石英製坩
堝３１ａと、この石英製坩堝３１ａの外側に嵌合され
た、同じく有底円筒形状の黒鉛製坩堝３１ｂとから構成
されており、坩堝３１は、図中の矢印方向に所定の速度
で回転する、支持軸３９に支持されている。この坩堝３
１の外側には、抵抗加熱式のヒータ３２、及びヒータ３
２の外側には、坩堝３１への熱移動を促進する保温筒４
２が同心円状に配置されており、坩堝３１内には、この
ヒータ３２により溶融させられた、単結晶用原料の溶融
液３３が充填されている。

【０００４】坩堝３１の中心軸上には、引き上げ棒ある
いはワイヤー等からなる引き上げ軸３４が吊設されてお
り、この引き上げ軸３４の先には、種結晶保持具１０を
介して種結晶３５が、取り付けられている。

【０００５】図４（ａ）は、種結晶３５が挿入された状
態の、種結晶保持具１０と引き上げ軸３４との連結構造
を示した、模式的部分断面図であり、（ｂ）はその底面
図である。

【０００６】種結晶３５の下部３５ａは、軸部３５ｂよ
りも細く、下部３５ａと軸部３５ｂとの間には、テーパ
部３５ｃが形成されている。

【０００７】引き上げ軸３４の下端部３４Ａは、本体部
３４Ｂよりも細い円柱形状となっており、下端部３４Ａ
の側面には、ネジ溝３４ａが形成されている。

【０００８】種結晶保持具１０は、全体的には筒形状を
しており、その下部には、テーパ面１０ａが形成されて
いる。種結晶保持具１０の下部の中空部１１ａには、種
結晶３５が挿入され、上部の中空部１１ｂには、引き上
げ軸３４の下端部３４Ａが取り付けられるようになって
いる。中空部１１ａ途中には、テーパ面１１ａ_-1が形成
されており、中空部１１ａの壁面形状は、種結晶３５の
外形に合わされており、テーパ面１１ａ_-1のテーパ角θ
₁ と種結晶テーパ部３５ｃのテーパ角θ₂ とは、同一角
度に設定されている。また、中空部１１ｂの上部側壁面
には、ネジ溝１０ｂが形成されている。

【０００９】このように構成された種結晶保持具１０に
種結晶３５を保持させ、種結晶３５を保持させた種結晶
保持具１０を引き上げ軸３４に連結するには、まず種結
晶３５を種結晶保持具１０の上方から中空部１１ａ内に
挿入する。この時、種結晶テーパ部３５ｃが、中空部１
１ａに形成されたテーパ面１１ａ_-1と接合することによ
り、種結晶３５は、中空部１１ａから下方へ脱すること
なく、種結晶保持具１０中に保持される。次に、引き上
げ軸３４の下端部３４Ａに、種結晶保持具１０の中空部
１１ｂを位置合わせし、引き上げ軸３４に形成されたネ
ジ溝３４ａに、種結晶保持具１０に形成されたネジ溝１
０ｂを螺合させることにより、引き上げ軸３４に種結晶
保持具１０を連結する。

【００１０】種結晶３５の溶融液３３（約１４００℃程
度）への着液時には、種結晶保持具１０の先端部もかな
りの高温に晒されるため、種結晶保持具１０の形成材料
としては、耐熱性に優れたものを用いる必要がある。ま
た、鉄等の金属では、重金属汚染発生の虞があるため、
金属製とすることは困難である。このため、種結晶保持
具１０は、高い耐熱性を有するカーボン材や、カーボン
メッシュ（Ｃ／Ｃ）材等により形成されるのが一般的で
ある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した種結晶保持具
１０は、従来一般的とされてきた、直径約６インチ、重
量が８０ｋｇ程度の単結晶３６の引き上げを行うには、
十分な強度を有していた。しかしながら、近年の半導体
デバイスの高集積化、低コスト化及び生産性の効率化の
要求に対応して、ウエハの大口径化が要求されてきてお
り、最近では、例えば直径約１２インチ、重量が３００
ｋｇ程度の単結晶３６の製造が、望まれている。この場
合、従来の種結晶保具１０のように、その形成材料がカ
ーボン材やＣ／Ｃ材等であると、種結晶保持具１０が引
き上げられる単結晶３６の重さに耐えられずに破断し、
単結晶３６が落下してしまうといった課題があった。こ
の場合、種結晶保持具１０は引き上げ方向と略平行に、
裂けるように破断してしまうことが多い。また、種結晶
保持具１０を金属により構成した場合には、重金属汚染
が発生したり、熱疲労により、種結晶保持具１０の強度
が早期に劣化し易いといった課題があった。

【００１２】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、大重量の単結晶を引き上げる場合であっても、単
結晶の重さに耐えられずに破断するということがなく、
安全に、しかも重金属汚染を発生させることなく、単結
晶を引き上げることができる、種結晶保持具を提供する
ことを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するために、本発明に係る種結晶保持具は、種結晶
を直接的に保持する中心側筒体が金属で構成され、前記
筒体の外側に、該筒体の外周を覆うカーボン製筒体が配
置されていることを、特徴としている。

【００１４】上記種結晶保持具によれば、種結晶を直接
的に保持する中心側筒体が金属で構成されているため、
種結晶のテーパ部と接合する種結晶保持具中空部のテー
パ面に、大きな応力が作用したとしても、該応力は、耐
荷重の大きな金属製の前記中心側筒体により、受け止め
られることとなる。よって、破断の発生を防止すること
ができる。また、前記筒体の外側に、該筒体の外周を覆
うカーボン製筒体が配置されているため、前記中心側筒
体が、高温のチャンバ内雰囲気に直接的に晒されること
がない。よって、前記中心側筒体の金属成分が、高温に
より雰囲気中へ蒸散することがなく、重金属汚染の発生
を防止することができる。また、前記中心側筒体は、前
記カーボン製筒体により周囲から断熱されるため、前記
中心側筒体の熱疲労による早期の劣化が防止され、種結
晶保持具の初期の強度を、長期間維持することができ
る。これにより、大重量の単結晶を引き上げる場合であ
っても、単結晶の重さに耐えられずに種結晶保持具が破
断するということがなく、安全に、しかも重金属汚染を
発生させることなく、単結晶を引き上げることができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る種結晶保持具
の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、従来
例と同一の機能を有する構成部品には、同一の符号を付
してある。

【００１６】図１（ａ）は、種結晶３５が挿入された状
態の、種結晶保持具１と引き上げ軸３４との連結構造を
示した、模式的部分断面図であり、（ｂ）はその底面図
である。

【００１７】種結晶３５、引き上げ軸３４の構成に関し
ては、従来例の場合と同様であり、ここではその説明を
省略する。

【００１８】種結晶保持具１は、中心側筒体２と中心側
筒体２の外周２ｄを覆う、カーボン製筒体３とを含んで
構成されている。中心側筒体２は、タングステン（Ｗ）
やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属を用いて構成され
ている。中心側筒体２の下部の中空部２ａには、種結晶
３５が挿入され、上部の中空部２ｂには、引き上げ軸３
４の下端部３４Ａが取り付けられるようになっている。
中空部２ａ途中には、テーパ面２ａ_-1が形成されてお
り、中空部２ａの壁面形状は、種結晶３５の外形に合わ
されていて、テーパ面２ａ_-1のテーパ角θ₁ と種結晶テ
ーパ部３５ｃのテーパ角θ₂ とは、同一角度に設定され
ている。また、中空部２ｂの上部側壁面には、ネジ溝２
ｃが形成されている。

【００１９】カーボン製筒体３は、下部にテーパ面３ａ
を有しており、カーボン材やＣ／Ｃ材等を用いて構成さ
れている。カーボン製筒体３の内周面３ｂの形状は、中
心側筒体２の外形に合わされている。中心側筒体２のカ
ーボン製筒体３への接合は、型内にカーボン材やＣ／Ｃ
材と共に形成しておいた中心側筒体２を入れて、焼結さ
せることにより行ってもよいし、内周面３ｂを有するカ
ーボン製筒体３を形成しておき、カーボン製筒体３内に
形成しておいた中心側筒体２を、圧入することにより行
っても良い。また、上部外周側壁面にネジ溝（図示せ
ず）が形成された中心側筒体２と、上部内周側壁面にネ
ジ溝（図示せず）が形成されたカーボン製筒体３とを別
個に作製しておき、中心側筒体２をカーボン製筒体３内
に螺着させてもよい。

【００２０】このように構成された、種結晶保持具１の
引き上げ軸３４への連結は、従来の場合と同様の方法に
より行う。

【００２１】上記した種結晶保持具１によれば、種結晶
３５を直接的に保持する中心側筒体２が金属で構成され
ているため、種結晶テーパ部３５ｃと接合する種結晶保
持具中空部のテーパ面２ａ_-1に、引き上げ方向と逆向き
に大きな応力が作用したとしても、該応力は耐荷重の大
きな金属製の中心側筒体２により、受け止められること
となる。よって、破断の発生を防止することができる。
また、中心側筒体２の外側に、中心側筒体２の外周２ｄ
を覆うカーボン製筒体３が配置されているため、中心側
筒体２が、高温のチャンバ内雰囲気に直接的に晒される
ことがない。よって、中心側筒体２の金属成分が、高温
により雰囲気中へ蒸散することがなく、重金属汚染の発
生を防止することができる。また、中心側筒体２は、カ
ーボン製筒体３により周囲から断熱されるため、中心側
筒体２の熱疲労による早期の劣化が防止され、種結晶保
持具１の初期の強度を、長期間維持することができる。
これにより、大重量の単結晶３６を引き上げる場合であ
っても、単結晶３６の重さに耐えられずに種結晶保持具
１が破断するということがなく、安全に、しかも重金属
汚染を発生させることなく、単結晶３６を引き上げるこ
とができる。

【００２２】本実施の形態においては、図１に示したよ
うに、中心側筒体２の外形がテーパ面を有さない円筒形
状である場合について説明したが、何らこれに限定され
るものでなく、別の実施の形態においては、図２に示す
ようにテーパ面２ａ_-1と平行なテーパ面２ｅを有する中
心側筒体２′としてもよい。この場合、カーボン製筒体
３′の厚さを図１に示した種結晶保持具１の場合よりも
薄くして、カーボン製筒体３′を膜状のものとしてもよ
い。カーボン製筒体３′の厚さを薄くして、中心側筒体
２′、すなわち金属部分の割合を大きくすることによ
り、種結晶保持具１′の強度をより向上させることがで
きる。

【００２３】

【実施例及び比較例】以下、実施例及び比較例に係る種
結晶保持具に対して引っ張り試験を行い、平均耐荷重を
求めた結果、前記種結晶保持具を用いて単結晶の引き上
げを行って単結晶の落下回数を調べた結果、及び重金属
汚染発生の有無を調べた結果について説明する。

【００２４】実施例、比較例のいずれにおいても平均耐
荷重（ｋｇｆ）は、１０回の引っ張り試験を行った結果
の平均値を求めたものであり、単結晶の落下回数は、直
径１０ｍｍの種結晶を用い、直径約１２インチ、長さ約
１０００ｍｍ、総重量３００ｋｇ程度の単結晶を３０回
引き上げ、種結晶保持具が破断することにより、単結晶
が落下した回数で示した。また、重金属汚染発生の有無
は、引き上げ後の坩堝に残った融液を採取し、化学分析
により含有金属濃度を測定した。前記手法により汚染状
況を調査した理由は、金属の偏析係数が低い事より、前
記引き上げに伴って、同成分が濃縮され、より明確に評
価が行えるからである。

【００２５】実施例、比較例の各々の単結晶の引き上げ
に共通する成長条件を、下記の表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】＜実施例＞実施例では、図１に示した種結
晶保持具１を、以下の条件により作製した。

【００２８】中心側筒体２の材質：タングステンカーボン製筒体３の材質：Ｃ／Ｃ材中心側筒体２とカーボン製筒体３との接合：型内に中心
側筒体２を中心にＣ／Ｃ材と共に固定し、焼結させるこ
とにより行った。

【００２９】＜比較例＞比較例では、図４に示した種結
晶保持具１０を以下の条件により作製した。

【００３０】種結晶保持具１０の材質：Ｃ／Ｃ材種結晶保持具１０の形成方法：型内にＣ／Ｃ材を充填し
て焼結させることにより行った。

【００３１】＜実施例及び比較例の試験結果＞実施例及
び比較例に係る種結晶保持具を用いて、上記試験を行っ
た結果を、下記の表２に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】表２から明らかなように、比較例に係る種
結晶保持具１０の場合、平均３５０ｋｇｆの荷重に耐え
ることができた。これに対して、実施例に係る種結晶保
持具１の場合、平均１５００ｋｇｆの荷重に耐えること
ができ、その強度は比較例の場合の４倍強に及んだ。

【００３４】また、比較例に係る種結晶保持具１０を用
いて単結晶３６を引き上げた場合、３０回のうち４回
は、単結晶３６の引き上げ中に種結晶保持具１０が破断
して、単結晶３６が落下した。これに対して、実施例に
係る種結晶保持具１を用いて単結晶３６を引き上げた場
合、３０回の単結晶３６の引き上げにおいて、一度も種
結晶保持具１が破断して単結晶３６が落下する事故は、
起きなかった。

【００３５】また、実施例、比較例のいずれの場合も、
重金属汚染の発生は確認されなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、種結晶が挿入された状態の、実施の
形態に係る種結晶保持具と引き上げ軸との連結構造を示
した、模式的部分断面図であり、（ｂ）はその底面図で
ある。

【図２】（ａ）は、種結晶が挿入された状態の、別の実
施の形態に係る種結晶保持具と引き上げ軸との連結構造
を示した、模式的部分断面図であり、（ｂ）は、その底
面図である。

【図３】ＣＺ法で使用される単結晶引き上げ装置の、要
部を示した模式的断面図である。

【図４】（ａ）は、種結晶が挿入された状態の、従来の
種結晶保持具と引き上げ軸との連結構造を示した、模式
的部分断面図であり、（ｂ）は、その底面図である。

【符号の説明】

１、１′、１０種結晶保持具２、２´ 中心側筒体２ｄ外周３、３´ カーボン製筒体３５種結晶

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】種結晶を直接的に保持する中心側筒体が
金属で構成され、前記筒体の外側に該筒体の外周を覆う
カーボン製筒体が配置されていることを特徴とする種結
晶保持具。