JPH0784357B2 - 窒化ホウ素被覆ルツボ - Google Patents
窒化ホウ素被覆ルツボInfo
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- JPH0784357B2 JPH0784357B2 JP60296550A JP29655085A JPH0784357B2 JP H0784357 B2 JPH0784357 B2 JP H0784357B2 JP 60296550 A JP60296550 A JP 60296550A JP 29655085 A JP29655085 A JP 29655085A JP H0784357 B2 JPH0784357 B2 JP H0784357B2
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- Japan
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- crucible
- film
- boron nitride
- graphite
- pbn
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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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- Physical Vapour Deposition (AREA)
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被覆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。
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するため、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するため、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質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質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膜の間にはほとんど接着性がなく、
そして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膜の間にはほとんど接着性がなく、
そして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。
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基体の表面
に熱膨張係数が黒鉛と近似の２〜30×10-6/℃の範囲の
ランダム配向した窒化ホウ素膜を介して、ｃ軸配向した
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。
に熱膨張係数が黒鉛と近似の２〜30×10-6/℃の範囲の
ランダム配向した窒化ホウ素膜を介して、ｃ軸配向した
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。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、ルツボの母材として低コスト、加工性に優
れる黒鉛を選択する。
れる黒鉛を選択する。
黒鉛はそれ自体等方性を示し、熱膨張係数は〜５×10-6
/℃であるのに対し、PBNはａ軸方向で〜２×10-6/℃、
ｃ軸方向で〜30×10-6/℃と異方性を示す。通常気相成
長によってPBNを生成させると、およそｃ軸配向にあ
る。従って、黒鉛とPBN膜の膜面に対し平行な方向への
熱膨張係数ではおよそ２倍以上の差が生じている。
/℃であるのに対し、PBNはａ軸方向で〜２×10-6/℃、
ｃ軸方向で〜30×10-6/℃と異方性を示す。通常気相成
長によってPBNを生成させると、およそｃ軸配向にあ
る。従って、黒鉛とPBN膜の膜面に対し平行な方向への
熱膨張係数ではおよそ２倍以上の差が生じている。
本発明者等の研究によれば、特にPBNのような異方性を
有する場合、膜自体の熱膨張係数を決定する要因に膜の
配向のランダム性が挙げられることがわかった。
有する場合、膜自体の熱膨張係数を決定する要因に膜の
配向のランダム性が挙げられることがわかった。
即ち、PBN膜自体は多結晶により構成されているものの
各結晶の配向性が不統一である場合、ａ軸配向、ｃ軸配
向の割合によって熱膨張係数が決定されるものである。
言い換えればそのランダム性を制御することによってBN
膜の熱膨張係数をおよそ２〜30×10-6/℃の範囲で制御
可能であることをつきとめた。
各結晶の配向性が不統一である場合、ａ軸配向、ｃ軸配
向の割合によって熱膨張係数が決定されるものである。
言い換えればそのランダム性を制御することによってBN
膜の熱膨張係数をおよそ２〜30×10-6/℃の範囲で制御
可能であることをつきとめた。
よって本発明では、基体である黒鉛とPBN膜との間にそ
れらの熱膨張係数の中間的値を示す中間層として、黒鉛
と近似の熱膨張係数を示すランダム配向した窒化ホウ素
膜を設けることが重要である。
れらの熱膨張係数の中間的値を示す中間層として、黒鉛
と近似の熱膨張係数を示すランダム配向した窒化ホウ素
膜を設けることが重要である。
この中間層およびPBN膜の形成は後に述べるように反応
槽内で連続的に行えることから、連続層として存在する
ため、密着性は極めて優れる。それゆえ、ルツボ自体の
強度も向上する。
槽内で連続的に行えることから、連続層として存在する
ため、密着性は極めて優れる。それゆえ、ルツボ自体の
強度も向上する。
設ける中間層は、PBN膜と連続層として設けるため、そ
の膜厚任意に設定されるがおよそ0.1乃至50μｍの範囲
が望ましい。
の膜厚任意に設定されるがおよそ0.1乃至50μｍの範囲
が望ましい。
また、PBN膜は10乃至1000μｍの範囲で設けるのが膜強
度及びコストの点で望ましい。
度及びコストの点で望ましい。
本発明によれば、前述したような窒化ホウ素膜のランダ
ム配向は主として膜形成の際の反応ガス、即ちBCl3、B2
H6等のホウ素含有ガスとNH3等の窒素含有ガスおよび水
素ガスの混合比および基体温度によって決定される。本
発明では、この中間層の熱膨張係数を黒鉛と近似値、具
体的には、３乃至８×10-6/℃に設定する必要性から、
反応ガスの混合比NH3/BCl3を１乃至50、基体温度を800
乃至1200℃に設定すれば良い。
ム配向は主として膜形成の際の反応ガス、即ちBCl3、B2
H6等のホウ素含有ガスとNH3等の窒素含有ガスおよび水
素ガスの混合比および基体温度によって決定される。本
発明では、この中間層の熱膨張係数を黒鉛と近似値、具
体的には、３乃至８×10-6/℃に設定する必要性から、
反応ガスの混合比NH3/BCl3を１乃至50、基体温度を800
乃至1200℃に設定すれば良い。
よって、本発明のルツボの製造に当たっては黒鉛から成
るルツボ状成形体基体を反応槽内ち配置する。次に中間
層の形成に際し、前述した反応ガス混合比で反応ガスを
導入するとともに、前述の基体温度に設定し、ランダム
配向したBN膜を形成させる。その後連続して、同一反応
層内で基体温度を1000乃至2000℃に上げるとともにNH3/
BCl3比を0.5乃至10として、PBN膜を形成させる。なお、
この時、反応ガス比、基体温度の変更を徐々に行えば、
中間層からPBN膜への急激な熱膨張係数の変動による膜
剥離を更に防止することかできる。
るルツボ状成形体基体を反応槽内ち配置する。次に中間
層の形成に際し、前述した反応ガス混合比で反応ガスを
導入するとともに、前述の基体温度に設定し、ランダム
配向したBN膜を形成させる。その後連続して、同一反応
層内で基体温度を1000乃至2000℃に上げるとともにNH3/
BCl3比を0.5乃至10として、PBN膜を形成させる。なお、
この時、反応ガス比、基体温度の変更を徐々に行えば、
中間層からPBN膜への急激な熱膨張係数の変動による膜
剥離を更に防止することかできる。
以下、本発明を次の例で説明する。
実施例１ 黒鉛から成るルツボ形状体成基体を反応槽内に配置し
て、基体を800℃に加熱し、NH3、BCl3、H2をそれぞれ20
cc/min、10cc/min（NH3/BCl3＝２）、150cc/minの圧力1
Torrで１時間反応を行い熱膨張係数４×10-6/℃のBN膜
を５μｍ形成した。
て、基体を800℃に加熱し、NH3、BCl3、H2をそれぞれ20
cc/min、10cc/min（NH3/BCl3＝２）、150cc/minの圧力1
Torrで１時間反応を行い熱膨張係数４×10-6/℃のBN膜
を５μｍ形成した。
その後、基体温度を1500℃に上げる他はまったく同一条
件で５時間反応を行い150μｍのPBN膜を形成した。
件で５時間反応を行い150μｍ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。
また、膜の密着性をみるためサンプルを割り、その断面
を観察したところ、まったく剥離はなかった。
を観察したところ、まったく剥離はなかった。
実施例２ 中間層の形成にあたりNH3ガスを40cc/minの流速にする
（NH3/Bcl3＝４）以外は実施例１とまったく同様にして
4.5×10-6/℃のBN膜を４μｍ形成しさらに、実施例１の
同一の条件で110μｍのPBN膜を形成した。
（NH3/Bcl3＝４）以外は実施例１とまったく同様にして
4.5×10-6/℃のBN膜を４μｍ形成しさらに、実施例１の
同一の条件で110μｍ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
ラックが生せず、そしてルツボから不純物がGaAa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
ラックが生せず、そしてルツボから不純物がGaAa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。
また、実施例１と同様にして密着性を調べたところ、剥
離はまったくなかった。
離はまったくなかった。
実施例３ 中間層の形成にあたり、実施例２の条件（NH3/BCl3＝
４）で２μｍの5.0×10-6/℃のBN膜を形成した後、基板
温度を800℃から1500℃まで１時間かけて徐々に上げ、1
500℃に設定した段階でNH3を10cc/minに変更（NH3/BCl3
＝１）して、５時間反応させ、200μｍのPBN膜を作成し
た。
４）で２μｍの5.0×10-6/℃のBN膜を形成した後、基板
温度を800℃から1500℃まで１時間かけて徐々に上げ、1
500℃に設定した段階でNH3を10cc/minに変更（NH3/BCl3
＝１）して、５時間反応させ、200μｍのPBN膜を作成し
た。
得られたサンプルを実施例１と同様にして、蒸着ルツボ
として使用したところ、不純物の混入はなく、また密着
性も優れていた。
として使用したところ、不純物の混入はなく、また密着
性も優れていた。
比較例１ 基体温度を1500℃に設定しNH3 10cc/min、BCl3 10cc/mi
n（NH3/Bcl3＝１）、H2 150cc/minの圧力で1Torrで５時
間反応させ、110μｍのPBN膜を形成した。
n（NH3/Bcl3＝１）、H2 150cc/minの圧力で1Torrで５時
間反応させ、110μｍ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使用したが、
何ら問題はなかった。しかしながら、密着性において、
断面部にPBN膜の剥離している部分が観察された。
何ら問題はなかった。しかしながら、密着性において、
断面部にPBN膜の剥離している部分が観察された。
比較例２ NH3の流速を40cc/min（NH3/BCl3＝４）にする以外には
比較例１とまったく同一の条件でPBN膜を90μｍ形成し
た。
比較例１とまったく同一の条件でPBN膜を90μｍ形成し
た。
得られたサンプルを実施例２と同様に半導体GaAs製造用
ルツボとして使用したところ、特に問題はなかったが、
１回の使用で膜の剥離が観察された。
ルツボとして使用したところ、特に問題はなかったが、
１回の使用で膜の剥離が観察された。
（発明の効果） 本発明の窒化ホウ素被覆ルツボは、黒鉛基体上に、ラン
ダム配向によって熱膨張係数を黒鉛と近似の範囲に制御
されたBN膜を介して、連続的にPBN膜を設けることによ
って、黒鉛、PBN膜間の熱膨張差による剥離を防止さ
せ、ルツボ自体の強度を向上させることができる。よっ
て黒鉛の肉厚が薄くても十分な強度が確保できることか
ら、軽量化、コスト化が可能であるという有利性があ
る。
ダム配向によって熱膨張係数を黒鉛と近似の範囲に制御
されたBN膜を介して、連続的にPBN膜を設けることによ
って、黒鉛、PBN膜間の熱膨張差による剥離を防止さ
せ、ルツボ自体の強度を向上させることができる。よっ
て黒鉛の肉厚が薄くても十分な強度が確保できることか
ら、軽量化、コスト化が可能であるという有利性があ
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、ボート等に応用できるものである。
属蒸着用ルツボ、ボート等に応用できるものである。
Claims (1)
- 【請求項１】黒鉛から成るルツボ状成形基体の表面に熱
膨張係数が黒鉛と近似の２〜30×10-6/℃の範囲のラン
ダム配向した窒化ホウ素膜を介して、ｃ軸配向した熱分
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60296550A JPH0784357B2 (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | 窒化ホウ素被覆ルツボ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60296550A JPH0784357B2 (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | 窒化ホウ素被覆ルツボ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62153190A JPS62153190A (ja) | 1987-07-08 |
| JPH0784357B2 true JPH0784357B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=17834985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60296550A Expired - Lifetime JPH0784357B2 (ja) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | 窒化ホウ素被覆ルツボ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0784357B2 (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 (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4607535B2 (ja) * | 2004-10-08 | 2011-01-05 | 信越化学工業株式会社 | Ｐｂｎ容器及びｐｂｎ容器の製造方法 |
| JP5854512B2 (ja) * | 2012-12-17 | 2016-02-09 | 信越化学工業株式会社 | 熱分解窒化ホウ素被覆炭素質基材の製造方法 |
| JP6468240B2 (ja) * | 2016-05-09 | 2019-02-13 | 信越化学工業株式会社 | 一酸化珪素の製造装置及び製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5919192A (ja) * | 1982-07-26 | 1984-01-31 | Ricoh Co Ltd | 多色感圧複写材 |
| JPS59217700A (ja) * | 1983-05-20 | 1984-12-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体製造用部材およびその製造法 |
| JPS59193870U (ja) * | 1983-06-08 | 1984-12-22 | 東北金属工業株式会社 | 単結晶製造るつぼ |
-
1985
- 1985-12-24 JP JP60296550A patent/JPH0784357B2/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 |
|---|---|
| JPS62153190A (ja) | 1987-07-08 |
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