JPH09235178A - 単結晶育成用抵抗発熱体 - Google Patents

単結晶育成用抵抗発熱体

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JPH09235178A
JPH09235178A JP7142896A JP7142896A JPH09235178A JP H09235178 A JPH09235178 A JP H09235178A JP 7142896 A JP7142896 A JP 7142896A JP 7142896 A JP7142896 A JP 7142896A JP H09235178 A JPH09235178 A JP H09235178A
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bridge
single crystal
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resistance heating
carbon heater
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Tadashi Kanda
忠 神田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単結晶の育成に使用されるカーボンヒータ1
0の変形を抑える。中心軸方向の加熱温度分布を制御す
る。 【解決手段】 カーボンヒータ10に形成されたスリッ
ト11a,11bの開放端部にブリッジ13を設ける。
ブリッジ13はカーボンヒータ10に一体形成された抵
抗発熱体(カーボン)である。ブリッジ13によりスリ
ット両側のセグメント12,12がスリット内から支持
される。電流の一部がブリッジ13に流れことにより、
ブリッジ自身も発熱する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CZ法による単結
晶の育成に使用される円筒形状の抵抗発熱体に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの素材として使用される
棒状のシリコン単結晶は、CZ法による結晶育成によっ
て製造されることが多い。CZ法によるシリコン単結晶
の育成では、周知の通り、坩堝内にチャージされた固体
原料を、坩堝の外周側に配置した円筒形状の抵抗発熱体
により加熱して溶解し、その加熱を続けながら坩堝内の
原料融液から単結晶を引上げる。
【0003】原料溶解およびその後の原料融液の温度管
理に使用される抵抗発熱体は、通常は図1に示すような
カーボンヒータである。このカーボンヒータ10は、縦
向きの円筒体の中心を挟んで対向する二ケ所で、電極2
0,20により支持される2電極支持型である。2つの
支持位置を結ぶ線の両側に位置する2つの半円筒部に
は、上端から下方に向かうスリット11aと下端から上
方に向かうスリット11bとが周方向に交互に設けられ
ている。これにより、カーボンヒータ10の両側の半円
筒部には、隣接する2つのスリット11a,11bに挟
まれたセグメント12を、蛇行状に連結した通電路がそ
れぞれ形成される。周方向四ケ所で支持される4電極支
持型のカーボンヒータも用いられる。
【0004】シリコン単結晶に関しては、大径ウェーハ
の要求に伴って急速に大径化が進んでおり、現在は6〜
8インチが主流であるが、将来的には12インチ以上の
超大径単結晶が求められている。単結晶の直径が大きく
なると、これを育成する装置およびその構成部材が相似
的に大型化し、カーボンヒータは8インチ育成の場合で
さえ直径が25インチを超えている。このような大型の
カーボンヒータも肉厚は25mm程度と薄く、これにス
リットが形成されるため、機械的強度は非常に低い。そ
のためカーボンヒータは、図2に示すように、自重によ
る変形を生じ、2電極支持の場合は楕円化し、4電極支
持の場合は四角化する。このような変形は坩堝周方向の
加熱温度分布を不均一にしたり周囲の部品との接触を招
く原因になり、12インチ以上の超大径単結晶の育成で
はこれらが大きな問題になる。
【0005】そして、このようなカーボンヒータの変形
を抑える対策として、特開平4−160788号公報に
はスリットに電気的絶縁材を充填することが示されてい
る。
【0006】単結晶の育成に使用されるカーボンヒータ
に関しては又、中心軸方向の加熱温度分布を積極的に制
御したいという要望がある。これはカーボンヒータの上
方への放熱が顕著なため、その軸方向温度分布は高温部
が下方に偏ったものとなり、これが単結晶の酸素濃度の
上昇などの原因になるからである。つまり、酸素濃度の
上昇を防ぐためには、ヒータの下部より上部を高温にし
た方が都合がよいのである。
【0007】そして特開平5−43385号公報には、
そのような温度分布制御型カーボンヒータの従来例とし
て、セグメント上部の厚さや幅を小さくしたものが示さ
れ、発明例としてセグメント上部に貫通孔を設けたもの
が示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】スリットに電気的絶縁
材を充填したカーボンヒータは、確かに高強度で大型の
場合も変形を生じ難いが、中心軸方向の加熱温度分布を
制御するということに関しては対応が全く不可能であ
る。一方、セグメント上部の厚さや幅を小さくするもの
は、中心軸方向の加熱温度分布を制御することはできて
も、強度は従来一般のカーボンヒータよりも更に低くな
る。セグメント上部に貫通孔を設けたセグメントは、セ
グメント上部の厚さや幅を小さくするものより高強度と
されているが、従来一般のカーボンヒータよりも高強度
となることは有り得ない。
【0009】本発明の目的は、従来一般のものより高強
度であって、しかも中心軸方向の加熱温度分布を制御す
ることができる単結晶育成用抵抗発熱体を提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の単結晶育成用抵
抗発熱体は、CZ法による単結晶の育成に使用される円
筒形状の抵抗発熱体であって、一端から他端側に向かう
スリットと他端から一端側に向かうスリットとが周方向
に交互に形成されており、且つ一端側および/または他
端側におけるスリットの開放端部を挟んで対向する両側
のセグメント端部間に、抵抗発熱体部材からなるブリッ
ジが架設されている点に構成上の特徴がある。
【0011】両側のセグメント端部間にブリッジを架設
することにより、セグメント間のスリットの拡縮変形が
阻止され、ヒータの変形が抑えられる。また、両側のセ
グメントによって形成されるU字状通電路にブリッジが
並列に挿入され、ブリッジに電流が分流してブリッジ自
ら発熱するので、その発熱量の調整によりヒータの軸方
向加熱温度分布が制御される。
【0012】両側のセグメントによって形成されるU字
状通電路への十分な通電を確保するため、ブリッジの電
気抵抗値はU字状通電路の電気抵抗値より大であり、そ
の2倍以上が望ましい。
【0013】ブリッジは、当該抵抗発熱体を素材から切
り出すときにその切り出しにより一体形成することがで
きる。また当該抵抗発熱体とは別の抵抗発熱部材を両側
のセグメント端部間に介在させることにより形成するこ
とができる。一体型のブリッジは形成が容易である。別
の抵抗発熱部材を用いた場合は、その材質の比抵抗値の
選択により、高抵抗を維持しつつ断面積を大きくできる
ので、特に高い機械的強度が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図示
例に基づいて説明する。図3は本発明を実施した抵抗発
熱体の1例についてその主要部を示す平面図および立面
図、図4は同発熱体の等価回路を従来の抵抗発熱体の場
合と比較して示す模式図、図5は同発熱体の軸方向温度
分布を従来の抵抗発熱体の場合と比較して示すグラフで
ある。
【0015】本発熱体は、シリコン単結晶の育成に使用
される2電極支持型のカーボンヒータである。このカー
ボンヒータ10は、図1に示す従来のカーボンヒータと
同様に、両側の半円筒部において上端から下方に向かう
スリット11aと下端から上方に向かうスリット11b
を周方向に交互に形成し、隣接する2つのスリット11
a,11bに挟まれたセグメント12を蛇行状に連結し
た基本構造になっている。
【0016】下端から上方に向かうスリット11bの上
端部(開放端部)にはブリッジ13が設けられている。
該ブリッジ13により、スリット11bの上端部(開放
端部)を挟んで対向する両側のセグメント12,12の
端部同士が機械的に連結されると共に電気的に接続され
る。
【0017】ブリッジ13は、ここでは当該カーボンヒ
ータ10をカーボン素材から切り出すときに、その切り
出しにより形成されたカーボンの一体形成部である。従
って、その電気抵抗値は周方向に直角な断面積に依存
し、その断面積を小さくするほど高抵抗となる。そし
て、ここでのブリッジ13は、その抵抗値を大きくする
と共に、内側に配置される坩堝の加熱効率を上げるため
に、スリット11bの上端内周部に設けられている。
【0018】2電極支持型のカーボンヒータの場合、従
来のものは図4(A)に示されるように、複数のセグメ
ント(抵抗R1)を蛇行状に直列接続して形成した半円
筒状の通電路(抵抗R1+R1+…)を2個並列に接続
した等価回路となる。これに対し、本カーボンヒータで
は、図4(B)に示されるように、ブリッジ(抵抗R
2)の両側に位置する2つのセグメントによって形成さ
れるU字状通電路(抵抗R1+R1)にブリッジ(抵抗
R2)を並列に接続し、これを直列に接続して半円筒状
の通電路が形成される。
【0019】ここで、ブリッジの電気抵抗値(R2)を
U字状通電路の抵抗値(R1+R1)より十分に大きく
しておくと、電流の一部がブリッジに流れ、残りがU字
状通電路に流れる。これにより、ブリッジの両側に位置
する2つのセグメントが発熱すると共に、ブリッジも発
熱する。
【0020】従って、本カーボンヒータでは軸方向の加
熱温度分布が、高温部が従来より上方に移動したものと
なる。スリットの幅を一定とすれば、ヒータ周方向に直
角なブリッジの断面積を変更することにより、軸方向の
加熱温度分布が制御される。また、両側のセグメントが
ブリッジにより機械的に連結されスリット内から支持さ
れる。従って、ヒータの変形(楕円化)も抑制される。
【0021】
【実施例】内径が27インチ、高さが450mm、厚さ
が25mm、セグメント数が24、スリット幅が18m
m、セグメントの断面積が1900mm2 である2電極
支持型のカーボンヒータにおいて、上端から下方に向か
うスリットの上端内周部にブリッジを一体形成した。ブ
リッジのヒータ周方向に直角な断面積は9mm2 であ
り、その電気抵抗値は両側のセグメントによって形成さ
れるU字状通電路の電気抵抗値の7倍である。
【0022】図5に示されるように、軸方向の加熱温度
分布は、ブリッジを設けない従来ヒータの場合と比べ
て、高温部が上方へ移動するものとなった(実施例
1)。ブリッジの断面積を15mm2 とした場合は、高
温部が上方へ更に移動した(実施例2)。この場合のブ
リッジの電気抵抗値は両側のセグメントによって形成さ
れるU字状通電路の電気抵抗値の4倍である。
【0023】それぞれの場合についてヒータの変形量を
調査した。変形量は図2(A)に示されるaとbの差
(a−b)で表わした。表1に示すように、ブリッジを
設けることにより変形(楕円化)が抑制される。その効
果はブリッジの断面積の大きい場合の方が大である。
【0024】
【表1】
【0025】上記例はブリッジをヒータの上端部に設け
たものであるが、下端部に設けることもできる。その場
合は、ヒータの軸方向の加熱温度分布は、高温部が下方
へ移動するものとなる。この場合もヒータの機械的強度
は実質的に同じである。また上端部および下端部にブリ
ッジを設けることもできる。ヒータ材質については、カ
ーボン以外のものを用いることができる。
【0026】カーボンヒータの場合にブリッジをカーボ
ンより比抵抗が大きい材料で形成することにより、高抵
抗値を維持しつつその断面積が増大するので、ヒータの
変形が一層効果的に抑制される。4電極支持型の抵抗発
熱体に本発明が適用可能なことは言うまでもない。
【0027】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の単結晶育
成用抵抗発熱体は、スリットの開放端部に抵抗発熱部材
からなるブリッジを設けることにより、機械的強度を高
めるので、単結晶の大径化に伴って育成装置が大型化さ
れた場合も、発熱体の変形による加熱温度分布の不均一
や周囲の部品との接触を効果的に防ぎ、その単結晶の大
径化に寄与する。また、中心軸方向の加熱温度分布を制
御することができるので、単結晶の品質向上等にも寄与
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のカーボンヒータの構造を示す斜視図であ
る。
【図2】カーボンヒータの変形を示す平面図である。
【図3】本発明を実施した抵抗発熱体の1例についてそ
の主要部を示す平面図および立面図である。
【図4】同発熱体の等価回路を従来の抵抗発熱体の場合
と比較して示す模式図である。
【図5】同発熱体の軸方向温度分布を従来の抵抗発熱体
の場合と比較して示すグラフである。
【符号の説明】
10 カーボンヒータ(抵抗発熱体) 11a,11b スリット 12 セグメント 13 ブリッジ 20 電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CZ法による単結晶の育成に使用される
    円筒形状の抵抗発熱体であって、一端から他端側に向か
    うスリットと他端から一端側に向かうスリットとが周方
    向に交互に形成されており、且つ一端側および/または
    他端側におけるスリットの開放端部を挟んで対向する両
    側のセグメント端部間に、抵抗発熱部材からなるブリッ
    ジが架設されていることを特徴とする単結晶育成用抵抗
    発熱体。
  2. 【請求項2】 両側のセグメント端部間に架設されたブ
    リッジの電気抵抗値が、その両側のセグメントによって
    形成されるU字状通電路の電気抵抗値の2倍以上である
    ことを特徴とする請求項1に記載の単結晶育成抵抗発熱
    体。
  3. 【請求項3】 前記ブリッジが、当該抵抗発熱体を素材
    から切り出すときに、その切り出しにより形成された一
    体形成部であることを特徴とする請求項1または2に記
    載の単結晶育成用抵抗発熱体。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2016088800A (ja) * 2014-11-04 2016-05-23 住友電気工業株式会社 炭化珪素単結晶の製造装置および炭化珪素単結晶の製造方法

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