JPH0751473B2 - 単結晶製造用カーボンルツボ - Google Patents
単結晶製造用カーボンルツボInfo
- Publication number
- JPH0751473B2 JPH0751473B2 JP63328586A JP32858688A JPH0751473B2 JP H0751473 B2 JPH0751473 B2 JP H0751473B2 JP 63328586 A JP63328586 A JP 63328586A JP 32858688 A JP32858688 A JP 32858688A JP H0751473 B2 JPH0751473 B2 JP H0751473B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- crucible
- single crystal
- film
- carbon crucible
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、種結晶を使用してシリコン等の半導体単結晶
を引上げる際、原料融液を収容した石英ガラスルツボを
収容する単結晶製造用カーボンルツボに関する。
を引上げる際、原料融液を収容した石英ガラスルツボを
収容する単結晶製造用カーボンルツボに関する。
［従来の技術］ 半導体単結晶の製造方法としては、代表的な方法として
チョクラルスキー法（CZ法）が知られている。この方法
は、石英ガラスルツボ内で半導体材料を融解し、これに
種結晶を接触させて引上げ種結晶と同方位の単結晶を成
長させるものである。この場合、石英ガラスルツボは、
耐熱性、成形性がよく半導体材料に悪影響を及ぼすよう
な不純物の存在がほとんど認められないことから唯一の
経済性のよい材料であるといえる。
チョクラルスキー法（CZ法）が知られている。この方法
は、石英ガラスルツボ内で半導体材料を融解し、これに
種結晶を接触させて引上げ種結晶と同方位の単結晶を成
長させるものである。この場合、石英ガラスルツボは、
耐熱性、成形性がよく半導体材料に悪影響を及ぼすよう
な不純物の存在がほとんど認められないことから唯一の
経済性のよい材料であるといえる。
しかし、石英ガラスルツボは、例えばシリコン単結晶を
引上げる場合、その処理温度が1450℃にも達して軟化変
形するため、通常、カーボンルツボ内に収容して使用さ
れる。この時石英ガラスルツボは、変形してカーボンル
ツボに密着するが、高温のため接触した石英ガラスとカ
ーボンが反応し、カーボンルツボ内表面に反応により生
じた珪化層（SiC）が生成される。そして、単結晶の引
上げを繰り返すうちに珪化層がカーボンルツボ内部まで
に達し、カーボンルツボとその内部に形成された珪化層
との熱膨張差によってクラックが生じてカーボンルツボ
が割れるという問題がある。
引上げる場合、その処理温度が1450℃にも達して軟化変
形するため、通常、カーボンルツボ内に収容して使用さ
れる。この時石英ガラスルツボは、変形してカーボンル
ツボに密着するが、高温のため接触した石英ガラスとカ
ーボンが反応し、カーボンルツボ内表面に反応により生
じた珪化層（SiC）が生成される。そして、単結晶の引
上げを繰り返すうちに珪化層がカーボンルツボ内部まで
に達し、カーボンルツボとその内部に形成された珪化層
との熱膨張差によってクラックが生じてカーボンルツボ
が割れるという問題がある。
本発明者等は、かかるクラック発生機構について詳しく
調査したところ、引上げ時の反応及び生成した珪化層の
カーボンに対する体積膨張比は、第１表に示すようにな
った。
調査したところ、引上げ時の反応及び生成した珪化層の
カーボンに対する体積膨張比は、第１表に示すようにな
った。
第１表下段に示した反応では、体積膨張比が2.19と大き
く、Si単結晶引上げ時の昇温あるいは降温時の体積変化
により割れるものである。第１表よりカーボンルツボは
石英ガラスルツボと接触することによって、特にカーボ
ンルツボ内周部において反応し珪化層が形成され、珪化
層がカーボンルツボに異常応力を加え、クラック発生の
大きな原因の一つとなっていることがわかる。
く、Si単結晶引上げ時の昇温あるいは降温時の体積変化
により割れるものである。第１表よりカーボンルツボは
石英ガラスルツボと接触することによって、特にカーボ
ンルツボ内周部において反応し珪化層が形成され、珪化
層がカーボンルツボに異常応力を加え、クラック発生の
大きな原因の一つとなっていることがわかる。
他の原因としては、カーボンルツボ酸化消耗した場合、
その部分に石英ガラスルツボが軟化して食い込むことが
考えられる。
その部分に石英ガラスルツボが軟化して食い込むことが
考えられる。
従来、上記問題に対処するため、カーボン基材の高密度
化や開気孔率の低減を図った単結晶製造用カーボンルツ
ボが知られている。
化や開気孔率の低減を図った単結晶製造用カーボンルツ
ボが知られている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の単結晶製造用カーボンルツボ
においても、カーボン基材に開気孔が存在するため、こ
の開気孔から珪化され、カーボンがSiCになる時の体積
膨張による割れ、並びに珪化によるカーボンルツボのく
われを抑制できなかった。
においても、カーボン基材に開気孔が存在するため、こ
の開気孔から珪化され、カーボンがSiCになる時の体積
膨張による割れ、並びに珪化によるカーボンルツボのく
われを抑制できなかった。
又、密度の高いものは緻密なものであるため、内部応力
を吸収できずクラックが発生し易く、耐久性の向上が認
められなかったことや、高密度になれば、吸蔵したガス
の発生が多いということがわかっており、引上げた単結
晶の純度低下が考えられる（引用文献；広畑ら“各種等
方性異鉛材料の真空工学的特性評価”真空30巻５号（19
87）P.68）。
を吸収できずクラックが発生し易く、耐久性の向上が認
められなかったことや、高密度になれば、吸蔵したガス
の発生が多いということがわかっており、引上げた単結
晶の純度低下が考えられる（引用文献；広畑ら“各種等
方性異鉛材料の真空工学的特性評価”真空30巻５号（19
87）P.68）。
これらの傾向は、特にルツボが大型化すると共に著しく
なり、長時間の操業上ネックとなっている。
なり、長時間の操業上ネックとなっている。
そこで、本発明は、割れ及びくわれを抑制して耐久性を
向上し得、大型化しても長時間連続使用が可能な単結晶
製造用カーボンルツボの提供を目的とする。
向上し得、大型化しても長時間連続使用が可能な単結晶
製造用カーボンルツボの提供を目的とする。
［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するため、本発明は、原料融液を収容し
た石英ガラスルツボが収容される単結晶製造用カーボン
ルツボであって、開気孔率20〜50％のカーボン基材の開
気孔にガラス状カーボンを充填して開気孔率を５〜30％
とする一方、カーボン基材の表面にガラス状カーボンの
被膜を形成したものである。
た石英ガラスルツボが収容される単結晶製造用カーボン
ルツボであって、開気孔率20〜50％のカーボン基材の開
気孔にガラス状カーボンを充填して開気孔率を５〜30％
とする一方、カーボン基材の表面にガラス状カーボンの
被膜を形成したものである。
ガラス状カーボンの被膜の上にSi3N4の被膜を形成する
ことが効果的である。
ことが効果的である。
［作 用］ 上記手段においては、カーボン基材のSiによる珪化反応
が、カーボン基材の表面及び開気孔を覆う耐食性に優れ
るガラス状カーボンによって抑制される一方、珪化反応
によって生成されるSiCの体積膨張による応力が５〜30
％％の割合で存在する開気孔によって吸収、緩和され
る。
が、カーボン基材の表面及び開気孔を覆う耐食性に優れ
るガラス状カーボンによって抑制される一方、珪化反応
によって生成されるSiCの体積膨張による応力が５〜30
％％の割合で存在する開気孔によって吸収、緩和され
る。
ガラス状カーボンの充填前の開気孔率が20％未満である
とガラス状カーボンを開気孔の細孔内部までに均一に充
填できず、50％を超えるとカーボンルツボ自体の強度が
低下することが好ましくない。
とガラス状カーボンを開気孔の細孔内部までに均一に充
填できず、50％を超えるとカーボンルツボ自体の強度が
低下することが好ましくない。
ガラス状カーボンの充填後の開気孔率が５％未満である
と珪化層の体積膨張による応力を吸収できず、35％を超
えると珪化反応が多くなる。
と珪化層の体積膨張による応力を吸収できず、35％を超
えると珪化反応が多くなる。
ガラス状カーボンの被膜の膜厚は、２μｍ〜1mmの範囲
が好ましく、２μｍ未満であると被膜としての効果が生
せず、1mmを超えると被膜形成の熱処理の過程において
その収縮からクラックや剥離を生じる。
が好ましく、２μｍ未満であると被膜としての効果が生
せず、1mmを超えると被膜形成の熱処理の過程において
その収縮からクラックや剥離を生じる。
又、ガラス状カーボンの被膜の上にSi3N4の被膜を形成
することが好ましく、このようにすることにより、ガラ
ス状カーボンの被膜の酸化が防止される。
することが好ましく、このようにすることにより、ガラ
ス状カーボンの被膜の酸化が防止される。
Si3N4の被膜の膜厚は、0.1〜500μｍの範囲が好まし
く、0.1μｍ未満であると石英ガラスルツボとの接触面
でキズ等がつき、被膜としての効果がなくなり、500μ
ｍを超えると価格的に非常に高価なものとなる。
く、0.1μｍ未満であると石英ガラスルツボとの接触面
でキズ等がつき、被膜としての効果がなくなり、500μ
ｍを超えると価格的に非常に高価なものとなる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を説明する。
気孔率20〜50％のカーボン基材に熱硬化性樹脂（例えば
フェノール樹脂あるいはフラン樹脂）を含浸（真空含
浸）あるいは塗布し、カーボン基材の開気孔に熱硬化性
樹脂充填し、かつカーボン基材の表面を熱硬化性樹脂で
覆い、その後、これを１時間当り２℃以下の昇温速度で
200℃まで加熱した後、非化雰囲気（例えば窒素ガス雰
囲気）中において１時間当り10℃の昇温速度で1000℃ま
で焼成した。次いで、塩素ガス雰囲気中において2000で
焼成し、塩素ガスと接触させながら純化処理を行って熱
硬化性樹脂をガラス状カーボンに転換し、開気孔にガラ
ス状カーボンを充填し、かつカーボン基材の表面にガラ
ス状カーボンの被膜を形成した開気孔率の異なる５種類
のカーボンルツボ（外径440mm、内径405mm、高さ300m
m）を得た。
フェノール樹脂あるいはフラン樹脂）を含浸（真空含
浸）あるいは塗布し、カーボン基材の開気孔に熱硬化性
樹脂充填し、かつカーボン基材の表面を熱硬化性樹脂で
覆い、その後、これを１時間当り２℃以下の昇温速度で
200℃まで加熱した後、非化雰囲気（例えば窒素ガス雰
囲気）中において１時間当り10℃の昇温速度で1000℃ま
で焼成した。次いで、塩素ガス雰囲気中において2000で
焼成し、塩素ガスと接触させながら純化処理を行って熱
硬化性樹脂をガラス状カーボンに転換し、開気孔にガラ
ス状カーボンを充填し、かつカーボン基材の表面にガラ
ス状カーボンの被膜を形成した開気孔率の異なる５種類
のカーボンルツボ（外径440mm、内径405mm、高さ300m
m）を得た。
これらにポリシリコン30kgを収容した石英ガラスルツボ
を収容し、CZ法により５インチのシリコン単結晶を引上
げたところ、各カーボンルツボのライフは、従来のカー
ボンルツボの場合も併記する第２表のようになった。
を収容し、CZ法により５インチのシリコン単結晶を引上
げたところ、各カーボンルツボのライフは、従来のカー
ボンルツボの場合も併記する第２表のようになった。
従って、実施例２〜３のカーボンルツボのライフは、従
来のものの約２倍程度となることがわかる。
来のものの約２倍程度となることがわかる。
又、カーボンルツボのライフは、ガラス状カーボンの充
填前後の開気孔率の増減に比例して変化するのでなく、
極大値をもつことから、充填前の開気孔率が20〜50％
で、充填後の開気孔率が５〜30％とすることが望ましい
ことがわかる。
填前後の開気孔率の増減に比例して変化するのでなく、
極大値をもつことから、充填前の開気孔率が20〜50％
で、充填後の開気孔率が５〜30％とすることが望ましい
ことがわかる。
なお、従来例１〜３のカーボンルツボは、珪化された部
分からクラックが発生しており、その部分の開気孔内は
SiCとなっていた。又、従来例４〜５のカーボンルツボ
は、酸化によるくわれが大きかった。
分からクラックが発生しており、その部分の開気孔内は
SiCとなっていた。又、従来例４〜５のカーボンルツボ
は、酸化によるくわれが大きかった。
又、上記各実施例のカーボンルツボのガラス状カーボン
の被膜の上に２〜500μｍの膜厚のSi3N4の被膜を形成し
たところ、ガラス状カーボンの被膜の酸化が防止され、
ライフが50％以上増加した。
の被膜の上に２〜500μｍの膜厚のSi3N4の被膜を形成し
たところ、ガラス状カーボンの被膜の酸化が防止され、
ライフが50％以上増加した。
［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、カーボン基材のSiによる
珪化反応が、カーボン基材の表面及び開気孔を覆う耐食
性に優れるガラス状カーボンによって抑制される一方、
珪化反応によって生成されるSiCの体積膨張による応力
が５〜30％の割合で存在する開気孔によって吸収、緩和
されるので、カーボンルツボの割れ及びくわれを抑制し
て耐久性を大幅に向上することができ、特にカーボンル
ツボが大型化しても長時間の連続使用を行うことができ
る。
珪化反応が、カーボン基材の表面及び開気孔を覆う耐食
性に優れるガラス状カーボンによって抑制される一方、
珪化反応によって生成されるSiCの体積膨張による応力
が５〜30％の割合で存在する開気孔によって吸収、緩和
されるので、カーボンルツボの割れ及びくわれを抑制し
て耐久性を大幅に向上することができ、特にカーボンル
ツボが大型化しても長時間の連続使用を行うことができ
る。
又、ガラス状カーボンの被膜の上にSi3N4の被膜を形成
することにより、ガラス状カーボンの被膜の酸化が防止
されるので、カーボンルツボのライフを一層延ばすこと
ができる。
することにより、ガラス状カーボンの被膜の酸化が防止
されるので、カーボンルツボのライフを一層延ばすこと
ができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲葉 毅 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地 東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (56)参考文献 特開 昭51−83004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−191292（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−252394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−33094（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】原料融液を収容した石英ガラスルツボが収
容される単結晶製造用カーボンルツボであって、開気孔
率50〜50％のカーボン基材の開気孔にガラス状カーボン
を充填して開気孔率を５〜30％とする一方、カーボン基
材の表面にガラス状カーボンの被膜を形成したことを特
徴とする単結晶製造用カーボンルツボ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63328586A JPH0751473B2 (ja) | 1988-12-26 | 1988-12-26 | 単結晶製造用カーボンルツボ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63328586A JPH0751473B2 (ja) | 1988-12-26 | 1988-12-26 | 単結晶製造用カーボンルツボ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02172887A JPH02172887A (ja) | 1990-07-04 |
| JPH0751473B2 true JPH0751473B2 (ja) | 1995-06-05 |
Family
ID=18211932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63328586A Expired - Lifetime JPH0751473B2 (ja) | 1988-12-26 | 1988-12-26 | 単結晶製造用カーボンルツボ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0751473B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7378128B2 (en) * | 2004-04-29 | 2008-05-27 | Vesuvius Crucible Company | Crucible for the crystallization of silicon |
| JP4661571B2 (ja) * | 2005-12-08 | 2011-03-30 | トヨタ自動車株式会社 | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
| JP5777897B2 (ja) * | 2011-02-02 | 2015-09-09 | 東洋炭素株式会社 | 単結晶引上げ装置用黒鉛ルツボ及びその製造方法 |
| US20130305984A1 (en) * | 2011-02-02 | 2013-11-21 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Graphite crucible for single crystal pulling apparatus and method of manufacturing same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0662355B2 (ja) * | 1986-04-23 | 1994-08-17 | イビデン株式会社 | 半導体融解装置用黒鉛部材の製造方法 |
-
1988
- 1988-12-26 JP JP63328586A patent/JPH0751473B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02172887A (ja) | 1990-07-04 |
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