JPH0688866B2 - 窒化ホウ素被覆ルツボおよびその製造方法 - Google Patents
窒化ホウ素被覆ルツボおよびその製造方法Info
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- JPH0688866B2 JPH0688866B2 JP29654985A JP29654985A JPH0688866B2 JP H0688866 B2 JPH0688866 B2 JP H0688866B2 JP 29654985 A JP29654985 A JP 29654985A JP 29654985 A JP29654985 A JP 29654985A JP H0688866 B2 JPH0688866 B2 JP H0688866B2
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/243—Crucibles for source material
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は窒化ホウ素でコーティングされたルツボに関
し、特に高純度半導体単結晶または蒸着用などに用いる
ルツボの改良に関する。
し、特に高純度半導体単結晶または蒸着用などに用いる
ルツボの改良に関する。
近年、半導体業界においては、良品質の半導体製品を製
造するに当たり、半導体材料である珪素、ゲルマニウ
ム、ヒ化ガリウム（GaAs）等の単結晶に対し、不純物等
の混入しない高純度のものが開発されつつある。
造するに当たり、半導体材料である珪素、ゲルマニウ
ム、ヒ化ガリウム（GaAs）等の単結晶に対し、不純物等
の混入しない高純度のものが開発されつつある。
通常、単結晶の製造は引き上げ法によって行われるが、
その時半導体素材を溶融状態となすため、各種セラミッ
ク、貴金属材料等からなるルツボが用いられている。
その時半導体素材を溶融状態となすため、各種セラミッ
ク、貴金属材料等からなるルツボが用いられている。
このようなルツボは、それ自体種々の焼結剤が配合され
ており、しかも若干の反応があることから、高純度半導
体単結晶の製造に際し、ルツボ材料が不純物として単結
晶に混入する等の問題が生じている。また、昨今の大型
半導体ウエハー製造工業においては、大容量のルツボを
要するため、ルツボ材料使用量は増大し、また、大容量
の内容物を安全に収容するためにはルツボ材料の強度も
高めなければならない。
ており、しかも若干の反応があることから、高純度半導
体単結晶の製造に際し、ルツボ材料が不純物として単結
晶に混入する等の問題が生じている。また、昨今の大型
半導体ウエハー製造工業においては、大容量のルツボを
要するため、ルツボ材料使用量は増大し、また、大容量
の内容物を安全に収容するためにはルツボ材料の強度も
高めなければならない。
また、蒸着用ルツボあるいはボートにおいてもルツボか
らの不純物の混入は避けられないものであった。
らの不純物の混入は避けられないものであった。
そこで、従来から使用されている石英製、黒鉛製、炭化
珪素製、貴金属製ルツボに変わり、最近に至っては窒化
ホウ素（BN）、特に熱分解窒化ホウ素（PBN）を気相反
応によって、黒鉛等の基体上に被覆したもの、あるいは
ルツボ全体を窒化ホウ素焼結体から構成したものが、提
案されている。この熱分解窒化ホウ素は、電気絶縁性、
熱伝導性、耐熱衝撃性に優れ、さらに高温下での化学的
安定性、耐酸化性、潤滑性にも優れており、しかも高純
度であることからルツボに対し、最適なものである。
珪素製、貴金属製ルツボに変わり、最近に至っては窒化
ホウ素（BN）、特に熱分解窒化ホウ素（PBN）を気相反
応によって、黒鉛等の基体上に被覆したもの、あるいは
ルツボ全体を窒化ホウ素焼結体から構成したものが、提
案されている。この熱分解窒化ホウ素は、電気絶縁性、
熱伝導性、耐熱衝撃性に優れ、さらに高温下での化学的
安定性、耐酸化性、潤滑性にも優れており、しかも高純
度であることからルツボに対し、最適なものである。
しかしながら、上記のルツボを単結晶製造あるいは蒸着
用として使用しようとすると、PBN膜へ不純物として不
可避的に浸出する幾分かのカーボンが問題となること
と、また黒鉛とPBN膜の間には接合がないため密着性は
非常に弱く、しかもPBN膜は膜層に平行の方向の熱膨張
係数が〜2×10-6／℃と負の膨張であることから黒鉛基
体とPBN膜とは熱膨張率が大きく異なるため加熱一冷却
サイクルを受けると、たちまち剥離が生じるといった問
題が生じている。
用として使用しようとすると、PBN膜へ不純物として不
可避的に浸出する幾分かのカーボンが問題となること
と、また黒鉛とPBN膜の間には接合がないため密着性は
非常に弱く、しかもPBN膜は膜層に平行の方向の熱膨張
係数が〜2×10-6／℃と負の膨張であることから黒鉛基
体とPBN膜とは熱膨張率が大きく異なるため加熱一冷却
サイクルを受けると、たちまち剥離が生じるといった問
題が生じている。
一方、ルツボ全体を窒化ホウ素質焼結体で構成する場
合、構造物として一定以上の厚みを必要とし、気相成長
等の手段によって製造する場合、長時間を要し、コスト
も高くなるといった問題があった。
合、構造物として一定以上の厚みを必要とし、気相成長
等の手段によって製造する場合、長時間を要し、コスト
も高くなるといった問題があった。
従って本発明は叙上の問題を解決すべく完成されたもの
であって、その目的は不純物の混入を防止しつつ基体と
窒化ホウ素膜との密着性を向上させることによって、ル
ツボとしての強度を向上させて、加えて低コストの窒化
ホウ素被覆ルツボを提供することにある。
であって、その目的は不純物の混入を防止しつつ基体と
窒化ホウ素膜との密着性を向上させることによって、ル
ツボとしての強度を向上させて、加えて低コストの窒化
ホウ素被覆ルツボを提供することにある。
本発明によれば、黒鉛から成るルツボ状成形体基体の表
面に炭化ホウ素および、またはホウ素を含む中間層を介
して熱分解窒化ホウ素を被覆したことによって上記目的
を達成することができる。
面に炭化ホウ素および、またはホウ素を含む中間層を介
して熱分解窒化ホウ素を被覆したことによって上記目的
を達成することができる。
また黒鉛から成るルツボ状成形体基体を反応槽内に配置
して800乃至2000℃に加熱した後該反応槽内にホウ素含
有ガスと水素との混合ガスを導入して該基体表面に炭化
ホウ素および、またはホウ素を含む中間層を形成し、そ
の後さらに窒素含有ガスを導入して該中間上に熱分解窒
化ホウ素膜を形成することによって上記の窒化ホウ素被
覆ルツボが得られる。
して800乃至2000℃に加熱した後該反応槽内にホウ素含
有ガスと水素との混合ガスを導入して該基体表面に炭化
ホウ素および、またはホウ素を含む中間層を形成し、そ
の後さらに窒素含有ガスを導入して該中間上に熱分解窒
化ホウ素膜を形成することによって上記の窒化ホウ素被
覆ルツボが得られる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明によれば、低コストで加工性に優れた黒鉛基体と
PBN膜との間に炭化ホウ素および、またはホウ素から成
る中間層を設けることが重要である。炭化ホウ素および
ホウ素はそれ自体黒鉛の熱膨張係数と近似しており、PB
N膜との間の熱膨張差による歪の発生を緩和する働きを
持つ。特にこの中間層の形成を公知の気相成長法によれ
ば、後述するように中間層を基体との反応ガスとして形
成することができ、PBN膜の形成まですべて単一反応槽
内で連続的に行うことができ、形成される膜も境界のな
い連続層として形成される。ゆえに、各層間の密着性を
顕著に向上させることができる。
PBN膜との間に炭化ホウ素および、またはホウ素から成
る中間層を設けることが重要である。炭化ホウ素および
ホウ素はそれ自体黒鉛の熱膨張係数と近似しており、PB
N膜との間の熱膨張差による歪の発生を緩和する働きを
持つ。特にこの中間層の形成を公知の気相成長法によれ
ば、後述するように中間層を基体との反応ガスとして形
成することができ、PBN膜の形成まですべて単一反応槽
内で連続的に行うことができ、形成される膜も境界のな
い連続層として形成される。ゆえに、各層間の密着性を
顕著に向上させることができる。
本発明において設けられる中間層の厚みは0.1乃至50μ
ｍが望ましく、一方PBN膜は10乃至1000μｍの範囲で設
けられる。
ｍが望ましく、一方PBN膜は10乃至1000μｍの範囲で設
けられる。
特にその製造方法を説明すると黒鉛から成るルツボ状成
形体を反応槽内に配置して800乃至2000℃の温度に加熱
する。そして、該反応槽内にまずBCl3、B2H6等のホウ素
含有ガスと水素から成る混合ガスを導入する。この時、
黒鉛基体表面では、例えばBCl3を導入すると、下記式
（１） 2BCl3+3H2→2B＋3HCl ・・・（１） の反応が進行し、ホウ素が生成される。さらに、これが
基体成分であるカーボンと、下記式（２） 4B＋Ｃ→B4C ・・・（２） の反応が進行し，基体の界面には炭化ホウ素（B4C）膜
が形成され、さらに時間が経過すると反応（１）による
ホウ素が過剰となり、ホウ素膜が中間層として形成され
る。
形体を反応槽内に配置して800乃至2000℃の温度に加熱
する。そして、該反応槽内にまずBCl3、B2H6等のホウ素
含有ガスと水素から成る混合ガスを導入する。この時、
黒鉛基体表面では、例えばBCl3を導入すると、下記式
（１） 2BCl3+3H2→2B＋3HCl ・・・（１） の反応が進行し、ホウ素が生成される。さらに、これが
基体成分であるカーボンと、下記式（２） 4B＋Ｃ→B4C ・・・（２） の反応が進行し，基体の界面には炭化ホウ素（B4C）膜
が形成され、さらに時間が経過すると反応（１）による
ホウ素が過剰となり、ホウ素膜が中間層として形成され
る。
次に、反応槽内にNH3等の窒素含有ガスを導入すると中
間層上にPBN膜が形成される。この時中間層とPBN膜は、
同一反応槽内で、ほぼ連続的に生成されるため、中間層
およびPBN膜はほとんど境界のない連続層となる。
間層上にPBN膜が形成される。この時中間層とPBN膜は、
同一反応槽内で、ほぼ連続的に生成されるため、中間層
およびPBN膜はほとんど境界のない連続層となる。
即ち、本製造方法によれば、基体上に基体成分との反応
による生成物から成る中間層が設けられ、該中間層との
連続層であるPBN膜が設けられることから、基体の成分
であるカーボンは中間層によって封止され、PBN層への
混入を防止することができ、よってルツボからの不純物
の混入を防止できる。
による生成物から成る中間層が設けられ、該中間層との
連続層であるPBN膜が設けられることから、基体の成分
であるカーボンは中間層によって封止され、PBN層への
混入を防止することができ、よってルツボからの不純物
の混入を防止できる。
なお、中間層における炭化ホウ素の厚みを厚くする場合
には反応ガスとにさらに炭化水素などを導入すれば良
い。
には反応ガスとにさらに炭化水素などを導入すれば良
い。
実施例１ 黒鉛から成るルツボ状成形体を配置して1500℃に加熱し
圧力5Torr及びBCl310cc/min、H2150cc/minの流速で混合
ガスを導入して、１時間のホウ化反応を行いB4Cの10μ
ｍの中間層を形成した。さらに連続して，同一条件でNH
3ガスを10cc/minの流速で導入し３時間後60μｍのPBN膜
を形成した。
圧力5Torr及びBCl310cc/min、H2150cc/minの流速で混合
ガスを導入して、１時間のホウ化反応を行いB4Cの10μ
ｍの中間層を形成した。さらに連続して，同一条件でNH
3ガスを10cc/minの流速で導入し３時間後60μｍのPBN膜
を形成した。
得られたサンプルを引き上げ法による半導体GaAs単結晶
製造用ルツボとして使用した結果、10回の使用（加熱−
冷却サイクル付与１回）によっても、PBN膜には剥離や
クラックが生ぜず、しかもルツボから不純物がGaAs溶融
体へ混入することも全くなく、良品の高純度半導体GaAs
単結晶を製造することができた。
製造用ルツボとして使用した結果、10回の使用（加熱−
冷却サイクル付与１回）によっても、PBN膜には剥離や
クラックが生ぜず、しかもルツボから不純物がGaAs溶融
体へ混入することも全くなく、良品の高純度半導体GaAs
単結晶を製造することができた。
実施例２ 実施例１と同一条件で６分間、炭化ホウ素膜を１μｍ設
けた後、NH3を100cc/minで導入して窒素過剰状態で15分
間PBNを成長させ、NH3を10cc/minに落としてさらに、５
時間PBN膜を成長させ、最終的に120μｍのPBN膜を形成
した。
けた後、NH3を100cc/minで導入して窒素過剰状態で15分
間PBNを成長させ、NH3を10cc/minに落としてさらに、５
時間PBN膜を成長させ、最終的に120μｍのPBN膜を形成
した。
得られたサンプルを蒸着用ルツボとしてAlの蒸着を行っ
たところ、ルツボからの不純物の混入はなく高純度のAl
の蒸着膜が得られた。
たところ、ルツボからの不純物の混入はなく高純度のAl
の蒸着膜が得られた。
比較例 黒鉛のルツボ状成形体基体を1500℃に設定し、NH310cc/
min、BCl310cc/min（NH3/BCl3＝１）、H2150cc/minの流
速で反応ガスを導入し、圧力1Torrの条件で５時間反応
を行い、115μｍのPBN膜を形成した。
min、BCl310cc/min（NH3/BCl3＝１）、H2150cc/minの流
速で反応ガスを導入し、圧力1Torrの条件で５時間反応
を行い、115μｍのPBN膜を形成した。
得られたサンプルの破断面を観察したところ、PBN膜が
基体から剥離している部分があり、密着性が悪いもので
あった。
基体から剥離している部分があり、密着性が悪いもので
あった。
以上、述べたように、本発明の窒化ホウ素被覆ルツボは
黒鉛基体状の基体のカーボンとホウ素の反応によって炭
化ホウ素もしくはホウ素の膜を介して連続的に熱分解BN
膜（PBN膜）を設けることによって、PBN膜と基体間の熱
膨張差による剥離を防止し、PBN膜と基体の密着性を向
上させることができるとともに、基体成分が密封され基
体からの不純物の浸出を防止することができる。
黒鉛基体状の基体のカーボンとホウ素の反応によって炭
化ホウ素もしくはホウ素の膜を介して連続的に熱分解BN
膜（PBN膜）を設けることによって、PBN膜と基体間の熱
膨張差による剥離を防止し、PBN膜と基体の密着性を向
上させることができるとともに、基体成分が密封され基
体からの不純物の浸出を防止することができる。
よって、加熱、冷却サイクルによってPBN膜が剥離する
ことがない。さらに本発明のルツボは高強度であるた
め、ルツボの壁厚を薄くしても強度が充分で軽量、大型
のものとすることができ且つ安価な黒鉛を使用するのに
加えPBN層の厚みを大きくする必要もないため、製造コ
ストを低減できるという優れた有利性がある。
ことがない。さらに本発明のルツボは高強度であるた
め、ルツボの壁厚を薄くしても強度が充分で軽量、大型
のものとすることができ且つ安価な黒鉛を使用するのに
加えPBN層の厚みを大きくする必要もないため、製造コ
ストを低減できるという優れた有利性がある。
なお、本発明のルツボは、半導体単結晶製造用ルツボ、
金属蒸着用ルツボあるいはボートなどに応用できるもの
である。
金属蒸着用ルツボあるいはボートなどに応用できるもの
である。
Claims (2)
- 【請求項１】黒鉛から成るルツボ状成形基体の表面に炭
化ホウ素膜および、またはホウ素膜を介して熱分解窒化
ホウ素を被覆したことを特徴とする窒化ホウ素被覆ルツ
ボ。 - 【請求項２】黒鉛から成るルツボ状成形体基体を反応槽
内に配置して800乃至2000℃に加熱した後、該反応槽内
にホウ素含有ガスと水素との混合ガスを導入して該基体
表面に炭化ホウ素および、またはホウ素を含む中間層を
形成し、その後さらに窒素含有ガスを導入して該中間層
上に熱分解窒化ホウ素膜を形成したことを特徴とする窒
化ホウ素被覆ルツボの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29654985A JPH0688866B2 (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | 窒化ホウ素被覆ルツボおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29654985A JPH0688866B2 (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | 窒化ホウ素被覆ルツボおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62153189A JPS62153189A (ja) | 1987-07-08 |
| JPH0688866B2 true JPH0688866B2 (ja) | 1994-11-09 |
Family
ID=17834971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29654985A Expired - Lifetime JPH0688866B2 (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | 窒化ホウ素被覆ルツボおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0688866B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101331699B1 (ko) * | 2012-07-16 | 2013-11-20 | 주식회사 엘지실트론 | 대구경 실리콘 단결정 성장용 도가니 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5075055A (en) * | 1990-06-06 | 1991-12-24 | Union Carbide Coatings Service Technology Corporation | Process for producing a boron nitride crucible |
| JP2837049B2 (ja) * | 1992-10-28 | 1998-12-14 | 信越化学工業株式会社 | 複層セラミックスるつぼの製造方法 |
| GB2313846B (en) * | 1994-09-28 | 1999-05-26 | Advanced Ceramics Corp | High density flash evaporator |
| US5495550A (en) * | 1994-09-28 | 1996-02-27 | Advanced Ceramics Corporation | Graphite flash evaporator having at least one intermediate layer and a pyrolytic boron nitride coating |
| CN103827048B (zh) | 2011-08-05 | 2017-05-10 | 科卢斯博知识产权有限公司 | 坩埚材料 |
| RU2482215C1 (ru) * | 2011-11-25 | 2013-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Способ нанесения керамического покрытия на детали из чугунов и сталей |
| JP2013234369A (ja) * | 2012-05-10 | 2013-11-21 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | グラファイト材に熱分解窒化ほう素をコーティングする方法及びその方法によって得られた被覆物 |
-
1985
- 1985-12-24 JP JP29654985A patent/JPH0688866B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101331699B1 (ko) * | 2012-07-16 | 2013-11-20 | 주식회사 엘지실트론 | 대구경 실리콘 단결정 성장용 도가니 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62153189A (ja) | 1987-07-08 |
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