JPH0782077A - シリコン単結晶引上げ装置用黒鉛ルツボ - Google Patents

シリコン単結晶引上げ装置用黒鉛ルツボ

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JPH0782077A
JPH0782077A JP25624893A JP25624893A JPH0782077A JP H0782077 A JPH0782077 A JP H0782077A JP 25624893 A JP25624893 A JP 25624893A JP 25624893 A JP25624893 A JP 25624893A JP H0782077 A JPH0782077 A JP H0782077A
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JP
Japan
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crucible
silicon carbide
graphite crucible
graphite
layer
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JP25624893A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Hirano
博之 平野
Masaaki Maruoka
正明 丸岡
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Toyo Tanso Co Ltd
Original Assignee
Toyo Tanso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、チョクラルスキー法によりシリコ
ン単結晶を引き上げる時に使用する黒鉛ルツボにおい
て、耐久寿命の長い黒鉛ルツボの提供を目的とする。 【構成】 本発明の黒鉛ルツボは、外側壁面表層部に5
0乃至200μmの炭化ケイ素の層を有することを特徴
とする。 【効果】 本発明により、全表面や内面に炭化ケイ素の
層を設けた黒鉛ルツボや、全く炭化ケイ素化をしなかっ
た黒鉛ルツボに比較して、反りや亀裂の発生もなく格段
に耐久寿命を長くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン(Si)単結
晶引上げ装置用黒鉛ルツボに関する。
【0002】
【従来の技術】高純度シリコン単結晶を製造する方法と
しては、従来から主にチョクラルスキー(Czochr
alski)法と呼ばれる回転引上げ法が用いられてい
る。この方法に用いられる装置は、石英ルツボとその外
周に黒鉛ルツボを備えており、石英ルツボ内のシリコン
融液は、黒鉛ヒーターにより周囲から加熱することによ
って作成される。
【0003】ところが、シリコン単結晶の引上げ中に黒
鉛ルツボは約1450℃に加熱されるため、黒鉛ルツボ
の内面が石英ルツボと反応して一酸化炭素(CO)、一
酸化ケイ素(SiO)等のガスが生成し、黒鉛ルツボの
消耗が進行する一方、生成したSiOガスが黒鉛ルツボ
と反応し、黒鉛ルツボの表層部分が炭化ケイ素(Si
C)に転化される。これら黒鉛ルツボの消耗および炭化
ケイ素化は、黒鉛ルツボの繰返しの使用により更に内部
に向かって進行し、特にCO、SiOの発生源、すなわ
ち、石英ルツボとの接触面である黒鉛ルツボの内面で最
も激しく反応が進行する。また黒鉛ルツボの外面には、
シリコン単結晶引上げ時に発生するSi蒸気やSiOガ
ス等の炉内雰囲気ガスの反応で生成したSiが液滴状に
なって付着し、更にこのSiは一部が黒鉛ルツボと反応
して表面を炭化ケイ素化する。そして前述のような黒鉛
ルツボの消耗により黒鉛ルツボの強度が低下し、また黒
鉛ルツボ表面のうち特に内面の炭化ケイ素化により、熱
膨張係数の違いに起因する熱歪みが生じて黒鉛ルツボに
反りが発生する。その結果、黒鉛ルツボの耐久寿命が短
くなる。
【0004】そこで、このようなルツボの反りを低減す
るために従来においては、黒鉛ルツボと石英ルツボとの
反応を抑えるために、黒鉛ルツボの内面を炭化ケイ素化
したり(特開昭58−172295号公報)、また炉内
雰囲気による炭化ケイ素化も抑制するために黒鉛ルツボ
の全表面を炭化ケイ素化する(特開昭63−16678
9号公報)ことが行われていた。炭化ケイ素の層の厚み
については、特開昭58−172295号によれば、炭
化ケイ素の厚みを厚くする程黒鉛ルツボの寿命が長くな
ることが判明したと記載し、その実施例には、1mmと
2mmの炭化ケイ素の被覆、または転化した黒鉛ルツボ
を使用している。
【0005】ところが、内面に炭化ケイ素の層を有する
黒鉛ルツボを使用すると、前記した炭化ケイ素と黒鉛と
の熱膨張係数の違いに起因する熱歪みと、炭化ケイ素の
層は直接石英ルツボと接触するために、該炭化ケイ素の
層は黒鉛ルツボと石英ルツボの熱膨張係数(石英ルツボ
の熱膨張係数約0.5×10−6/℃、黒鉛ルツボの熱
膨張係数4〜5×10−6/℃)の差による摩擦力を受
けてしまう。炭化ケイ素は機械衝撃性や靭性が低いた
め、この熱歪みと摩擦力によって、黒鉛ルツボのわずか
な反りでも亀裂が発生してしまい、耐久寿命が短かっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決することにより、耐久寿命の長いシリコン単結
晶引上げ用黒鉛ルツボを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、シ
リコン単結晶引上げ装置用黒鉛ルツボの外側壁面の表層
部に50〜200μmの炭化ケイ素の層を設けることを
主旨とするものであり、その背景についてまず説明す
る。
【0008】本発明者らは、石英ルツボと接触し、加え
てSiOガスやSi蒸気等の炉内雰囲気の影響も受ける
黒鉛ルツボの内面の方が外面よりも消耗が大きく、早く
炭化ケイ素化されること、更に、炭化ケイ素の層はSi
OガスやSi蒸気の反応を抑えることができることの両
方に着目して、鋭意研究した結果、黒鉛ルツボの外側壁
面表層部(以下、外面という)に予め炭化ケイ素の層を
設けておけば、耐久寿命を長くすることができることを
見出した。
【0009】このように、予め黒鉛ルツボの外面のみに
炭化ケイ素の層を設けておけば、ルツボを使用するにつ
れて、外面にはSiOガスやSi蒸気との反応がほとん
ど起こらず、内面のみが炭化ケイ素化されることにな
る。つまり、黒鉛ルツボの全表面に炭化ケイ素化された
層が存在することになって、黒鉛ルツボの内面と外面と
の熱膨張係数がほぼ等しくなり、熱歪みを緩和すること
ができ、黒鉛ルツボの反りや亀裂を抑制することができ
る。
【0010】本発明の黒鉛ルツボは、一例を挙げると、
図1に示すごとき構成を有する。図1は炭化ケイ素の層
を外面に被覆した例を示しており、該炭化ケイ素層の厚
みを誇張拡大して描いているが、実際の厚みは50〜2
00μmである。黒鉛ルツボの形状は、図1の形状に限
定されるものではなく、シリコン単結晶引上げ装置に使
用されている黒鉛ルツボであれば良い。炭化ケイ素の層
4を設ける黒鉛ルツボの場所は、図1に示すごとく、ル
ツボの使用によって炭化ケイ素化される内面1に対応し
ている外面2であり、黒鉛ルツボの上端面3や、二つ以
上に分割された黒鉛ルツボの場合の合せ面(図示せず)
は、炭化ケイ素の層を設けなくとも良い。また、特に効
果のある場所は、肉厚が13〜25mmである黒鉛ルツ
ボの外面であることが分かった。この範囲の場所は、黒
鉛ルツボの部位の内でも強度が低く、僅かの熱歪みでも
亀裂が生じてしまうためである。これらの炭化ケイ素の
厚みは、50〜200μmの範囲内であるならば、ルツ
ボの部分間で比べた場合に均一になっていてもよく、あ
るいは厚みに分布を持たせても良い。
【0011】本発明で使用する黒鉛ルツボの基体として
は、特に限定されるものではなく、例えば炭素、黒鉛、
炭素繊維強化炭素複合材料等が挙げられる。その中で
も、熱伝導性、熱膨張係数等がX,Y,Z軸方向でほぼ
等しい等方性黒鉛ブロックをルツボ形状に加工した基体
として用いることが望ましい。黒鉛ルツボとしては、一
体物だけでなく、縦分割、水平分割の何れも適用でき、
また二分割以上に分割された形状であっても差し支えな
い。
【0012】また、不純物の濃度ができるだけ少ない黒
鉛ルツボが望ましく、JIS R−7223(高純度黒
鉛素材の化学分析方法)に定められる方法で測定した灰
分濃度が5ppm以下に高純度化されたルツボ基体を使
用することが、シリコン単結晶の品質上好ましく、ま
た、緻密で高純度な炭化ケイ素の層を形成させることが
できる。
【0013】本発明において、炭化ケイ素の層とは、炭
化ケイ素のみから成る層や炭化ケイ素を主成分とする層
を意味し、主成分である場合のその他の含有成分として
はケイ素や炭素の単体や化合物が挙げられ、例えば、表
層部分を炭化ケイ素に転化した層、または/及び表面に
炭化ケイ素を被覆した層などがある。黒鉛ルツボの外面
に炭化ケイ素の層を形成する手段としては公知のもので
良く、黒鉛ルツボの内面等の炭化ケイ素の層を設ける必
要のない表面を高純度黒鉛材などで遮蔽(マスキング)
して層を形成させないようにし、外面表層部分を炭化ケ
イ素に転化する方法(コンバージョン法)、外面に炭化
ケイ素を化学蒸着法で被覆する方法(CVD−SiC
法)で炭化ケイ素の層を形成することができるが、これ
以外の公知の方法でも良い。また、炭化ケイ素に転化し
た層をより緻密にするため、該転化層にケイ素を含浸さ
せても効果がある。
【0014】炭化ケイ素の層の厚みは、前述した特開昭
58−172295号とは異なり、50〜200μmで
ある。炭化ケイ素の層の厚みが50μm未満のような薄
い炭化ケイ素の層は、ルツボの反りの発生を十分に抑え
ることができず、また200μmを超えるような厚い炭
化ケイ素の層は、黒鉛ルツボのわずかな反りでも該炭化
ケイ素層に亀裂が生じてしまうことが、今回初めて分か
ったためである。
【0015】
【作用】前記したように、予め黒鉛ルツボの外面に炭化
ケイ素の層を有することによって、外面はSiOガスや
Si蒸気との反応がほとんど起こらず、内面のみが炭化
ケイ素化されることになる。つまり、ルツボを使用する
にしたがって、黒鉛ルツボの全表面に炭化ケイ素の層が
存在することになり、黒鉛ルツボの内面と外面との熱膨
張係数がほぼ等しくなるため、熱歪みを抑えることがで
き、黒鉛ルツボの反りや亀裂を抑制する。
【0016】
【実施例】本発明をシリコン単結晶の引上げにおいて、
縦に三分割した16インチの黒鉛ルツボを使用した実施
例で説明するが、これに限定されるものではない。
【0017】実施例1〜3 灰分が5ppmの等方性高純度黒鉛ルツボ三組の外面に
CVD法により、それぞれ50、120、200μmの
膜厚の炭化ケイ素を蒸着したもの。
【0018】比較例1〜2 灰分が5ppmの等方性高純度黒鉛ルツボ二組の外面に
CVD法により、それぞれ30、250μmの膜厚の炭
化ケイ素を蒸着したもの。
【0019】比較例3〜5 灰分が5ppmの等方性高純度黒鉛ルツボ三組の全表面
にCVD法により、それぞれ50、120、200μm
の膜厚の炭化ケイ素を蒸着したもの。
【0020】比較例6〜8 灰分が5ppmの等方性高純度黒鉛ルツボ三組の内面に
CVD法により、それぞれ50、120、200μmの
膜厚の炭化ケイ素を蒸着したもの。
【0021】比較例9 灰分が5ppmの等方性高純度黒鉛ルツボ一組を全く炭
化ケイ素化せず、そのまま使用したもの。
【0022】以上の黒鉛ルツボを使用して、シリコン単
結晶の引上げを繰返し行い、黒鉛ルツボの状態を調べ
た。結果を表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】表1より、内面に炭化ケイ素の層が存在し
ている比較例3〜8の使用寿命回数は全て一回であっ
た。外面のみに炭化ケイ素の層を設けている黒鉛ルツボ
は、該炭化ケイ素層の厚みが50〜200μmの範囲を
超えると、著しく使用寿命回数が減少することが分かっ
た。また、コンバージョン法で炭化ケイ素の層を形成さ
せた黒鉛ルツボでもほぼ同様の結果であった。
【0025】
【発明の効果】以上のように、外面のみに厚み50〜2
00μmの炭化ケイ素の層を設けた黒鉛ルツボは、全表
面や内面に炭化ケイ素の層を有した黒鉛ルツボや、全く
炭化ケイ素化をしなかった黒鉛ルツボに比較して、反り
や亀裂の発生もなく格段に耐久寿命を長くすることがで
きる。以上のことから、本発明はシリコン単結晶引上げ
装置用黒鉛製ルツボの寿命を大幅に向上させることがで
き、工業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】黒鉛ルツボの縦断面図である。
【符号の説明】
1 内面 2 外面 3 上端面 4 炭化ケイ素の層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チョクラルスキー法によりシリコン単結
    晶を引き上げる時に使用する黒鉛ルツボにおいて、該黒
    鉛ルツボの外側壁面表層部に50乃至200μmの炭化
    ケイ素の層を有することを特徴とするシリコン単結晶引
    上げ装置用黒鉛ルツボ。
JP25624893A 1993-09-07 1993-09-07 シリコン単結晶引上げ装置用黒鉛ルツボ Pending JPH0782077A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008222547A (ja) * 2008-05-07 2008-09-25 Toyo Tanso Kk 単結晶引上げ装置用高温部材、その高温部材を配備してなる単結晶引上げ装置及びその高温部材の製造方法
JP2020026370A (ja) * 2018-08-10 2020-02-20 イビデン株式会社 反応装置
CN112225570A (zh) * 2019-07-14 2021-01-15 江苏摩铸特种陶瓷有限公司 一种三层碳化硅石墨坩埚及制备方法

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