JP2937114B2

JP2937114B2 - 種結晶保持具

Info

Publication number: JP2937114B2
Application number: JP5886096A
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: JPH09249490A

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のテーパ角と種
結晶テーパ部３５ｃのテーパ角とは、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３５のテーパ部３５ｃが中空
部１１ａ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（約１４００℃程度）
３３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
属性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３００ｋ
ｇ程度の単結晶３６の製造が望まれている。この場合、
従来の種結晶保持具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１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、少なく
とも種結晶の外周に位置することとなる部分に、金属製
筒体が埋設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、少なくとも種
結晶の外周に位置することとなる部分に金属製筒体が埋
設されているため、種結晶にテーパ部が形成され、該テ
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、種結晶の外周
に位置する前記金属製筒体により、受け止められること
となる。よって、前記テーパ面における支持力が強化さ
れ、破断の発生を防止することができる。また、前記金
属製筒体は、カーボン材等に埋設されているため、該金
属製筒体が、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、前記金属製筒体の金属成分が、
高温により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、前記金属製筒体は、前記カ
ーボン材等により断熱されるため、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、実施の形態に係る種結晶保持具１と引き上げ軸３
４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、下部にテーパ面２Ａを
有する形状の本体２と、本体２内に埋設された金属製筒
体３とを含んで構成されている。本体２は、カーボン材
やＣ／Ｃ材等を用いて構成され、金属製筒体３は、タン
グステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の金属により構
成されている。

【００１９】本体２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
ており、テーパ面２ａ_-1のテーパ角θ₁ と種結晶３５の
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
２ｃが形成されている。

【００２０】また、本体２の下部には、中空部２ａを取
り囲むように筒形状の空隙２ｄが形成され、空隙２ｄに
金属製筒体３が配置・接合されている。

【００２１】本体２への金属製筒体３の接合は、型内に
カーボン材やＣ／Ｃ材と共に金属製筒体３を入れて焼結
させることにより行ってもよいし、空隙２ｄを有する本
体２を形成しておき、空隙２ｄ内に金属製筒体３を圧入
することにより行ってもよい。

【００２２】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。

【００２３】上記した種結晶保持具１によれば、種結晶
３５の外周に位置することとなる部分に金属製筒体３が
埋設されているため、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、該応力は金属
製筒体３により受け止められることとなる。よってテー
パ面２ａ_-1における支持力が強化され、破断の発生を防
止することができる。また、金属製筒体３は、本体２内
に埋設されているため、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。よって金属製筒体３の金属成
分が高温により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、金属製筒体３は、本体
２により断熱されるため、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が破断するといったことはなく、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。

【００２４】本実施の形態においては、図１に示したよ
うに金属製筒体３の底面３ａが露出している場合につい
て説明したが、なん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、底面３ａがカーボン材やＣ／
Ｃ材等からなる本体２により被覆されていてもよい。該
被覆の方法としては、底面３ａが本実施の形態の場合よ
りも上方、すなわち本体２内に位置するように金属製筒
体３を型内に配置しておき、カーボン材やＣ／Ｃ材等と
共に焼結させる方法や、図２に示すように、本実施の形
態の場合よりも上方まで空隙２ｄ´を有する本体２′を
用意しておき、金属製筒体３の底面３ａが本体２´の底
面よりも上方になるまで金属製筒体３を空隙２ｄ´内に
圧入し、その後凹部２ｅに、別個形成しておいたカーボ
ン材やＣ／Ｃ材等からなる蓋２ｆを、圧入する方法等を
採用すればよい。

【００２５】また、本実施の形態においては、金属製筒
体３が本体２の下部における中空部２ａの外周に埋設さ
れている場合について示したが、何らこれに限定される
ものでなく、別の実施の形態では、より長さの長い金属
製筒体３が本体２の下部のみならず、上部における中空
部２ｂの外周に至るまで埋設されていてもよい。

【００２６】

【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。

【００２７】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、
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。

【００２８】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。

【００２９】

【表１】

【００３０】＜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。

【００３１】本体２の材質：Ｃ／Ｃ材金属製筒体３の材質：タングステン本体２と金属製筒体３との接合：型内に金属製筒体３を
Ｃ／Ｃ材と共に所定位置に固定し、焼結させることによ
り行った。

【００３２】＜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。

【００３３】種結晶保持具１０の材質：Ｃ／Ｃ材種結晶保持具１０の形成：型内にＣ／Ｃ材を充填して焼
結させることにより行った。

【００３４】＜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。

【００３５】

【表２】

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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、１０種結晶保持具３金属製筒体３５種結晶

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも種結晶の外周に位置すること
となる部分に金属製筒体が埋設されていることを特徴と
する種結晶保持具。