JP2000272990A - 熱分解黒鉛からなる単結晶成長用のルツボ - Google Patents
熱分解黒鉛からなる単結晶成長用のルツボInfo
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Abstract
かつ単結晶育成のルツボ内面が平滑である、単一の熱分
解炭素材料からなるルツボの提供。 【構成】 ルツボの内の表面粗度Rmaxが10μm以
下であり、熱分解炭素法によりルツボ形状に炭素を沈積
してして得られたことを特徴とする単結晶成長用ルツ
ボ。
Description
化合物半導体などの単結晶体を製造するのに使用され
る、特に化合物半導体の単結晶体を垂直ブリッジマン法
(VB法)又は垂直温度勾配法(VGF法)により単結
晶体を製造するのに使用される黒鉛ルツボに関するもの
である。
体を成長させるのに用いられるルツボとしては、熱分解
窒化ほう素(PBN)を使用したルツボや窒化ほう素の
焼結体などを用いたルツボなどが知られていたが、ルツ
ボ構成成分のボロンが単結晶中に混入してくるという問
題があった。そこで、前記問題を解消するために、前記
材質のルツボの使用に代えて、カーボン製のルツボの使
用が考えられるが、入手可能なカーボン製のルツボで
は、ルツボのカーボンから粉末が発生し、これが単結晶
体製造において汚染の原因となることが知られている。
また、前記問題を解決するものとして、前記PBN材料
等からなるルツボの内面をガラス状カーボンや熱分解カ
ーボンで被覆することの提案がされている(特開平2−
289484号公報参照)。そして、こうすることによ
り、ルツボの内面が滑らかになり、得られる単結晶の結
晶特性が優れ、また前記粉末の脱落の問題もなく、か
つ、製作コストが安くなったことに言及してる。
案のルツボは、PBN製のルツボの内面にガラス状カー
ボンや熱分解カーボンを被覆する必要があり、垂直ブリ
ッジマン法(VB法)又は垂直温度勾配法(VGF法)
で使用されるルツボの形状が、種子結晶収納部を有する
ため、前記ガラス状カーボンや熱分解カーボンが均一に
被覆することが難しいという問題がある。また、PBN
等と炭素という異質の材質の層が積層された構造である
ために、それぞれの層を構成する材料が加熱や冷却の際
に異なった挙動をするためクラックを起こし安いという
問題点があり、また前記ルツボの構造に基づく均一被覆
の難しさから、被覆の不均一の原因より、更に前記クラ
ックの発生が増幅されるという問題があった。従って、
単一材料からなり、育成される結晶を汚染することがな
い化学的安定性を有し、かつ育成単結晶と接触するルツ
ボ内面が平滑で、結晶成長の核となる箇所を形成しない
ルツボが望まれる。よって、本発明の課題は、前記特性
を具備したルツボを提供することである。
の内面の表面粗度Rmaxが10μ以下であり、熱分解
法によりルツボ形状に炭素を沈積して得られる単結晶成
長用ルツボであり、また、前記単結晶成長用ルツボの熱
分解炭素の全灰分量を5ppm以下とし、更に、ルツボ
の内側表面近傍の面に平行な方向の25℃〜400℃の
熱膨張係数とルツボ表面外表面近傍の面に平行方向の熱
膨張係数との比が1±0.01である単結晶成長用ルツ
ボである。また更に好ましくはルツボの厚さ方向の25
℃〜400℃の熱膨張係数とルツボ表面に平行方向の熱
膨張係数との比(異方比)が1.6以下であるようにし
た単結晶成長用ルツボである。本発明の単結晶成長用ル
ツボは、作成するルツボの内面形状に対応する外形を有
し、該外形の表面粗度Rmaxができる限り小さく、換
言すればできる限り平滑な、好ましくは表面粗度Rma
xが10μm以下であり、沈積される熱分解炭素の熱膨
張率よりも大きな熱膨張率を有する炭素材料よりなるル
ツボ型の前記表面に、熱分解法によって所望の厚さの炭
素を沈積させた後、冷却して、ルツボ型と沈積により形
成された炭素ルツボの熱膨張率差によって、前記ルツボ
型表面から、熱分解炭素の沈積によって形成されたルツ
ボを分離することよって、製造できる。なお、本願明細
書において、表面粗度Rmaxとは、JIS B060
1の表面粗さの定義による。
りルツボ形状に炭素を沈積する手段としては、従来から
知られている化学気相蒸着法を利用することができる。
このような方法の一般的なものとしては、例えば120
0℃〜2200℃のような高温に加熱された基材、通常
黒鉛からなる基材に、例えばメタン、プロパン、ベンゼ
ン、アセチレンなどの炭化水素、又はジクロロメタンの
ようなハロゲン化炭化水素などの炭素源化合物を供給
し、接触させることにより、前記加熱された基材の表面
で熱分解炭素を生成沈積させる方法がある。この際、炭
化水素などの熱分解される成分の濃度はキャリヤガスを
使用して、所望の特性の炭素が生成沈積するように調整
する必要がある。このような濃度調整に用いるキャリヤ
ガスとしては、水素が使用される。熱分解される成分の
濃度は、熱分解の温度(加熱された基材の表面の温
度)、反応容器内の圧力、原料ガスの流速などの条件に
よっても調節する必要があり、好ましい特性の炭素が沈
積される条件を選択する必要がある。
解炭素の沈積層の均一性、ルツボ内面の平滑性を左右す
る重要なものであり、減圧下、例えば50Torr以
下、好ましくは30Torr以下で行うことが望まし
い。従って、本発明のルツボの製造には、前記化学気相
蒸着法を工夫して、真空容器を用いて行われる。例え
ば、一般に沈積する熱分解炭素の特性は熱分解炭素を生
成沈積させる表面の温度の影響を受けるから、該表面温
度を熱分解炭素を生成沈積させる工程中あまり変動しな
いような加熱手段、例えば輻射加熱、誘導加熱、赤外放
射加熱などのような加熱手段を用い、また前記熱分解表
面の温度を、例えば放射温度計、光高温計などにより監
視しながら制御することが重要である。また、加熱手段
としては、ルツボ型に対応した形状の黒鉛ヒーターを、
前記ルツボ型に対応するように配置して使用することに
よって、熱分解炭素が生成沈積される表面の温度を均一
にすることができる。また、炭素源化合物とキャリヤー
ガスとの混合物の供給手段及び排気手段を工夫すること
により、ルツボ型表面での熱分解炭素の生成沈積制御で
きる。こうした手段により、熱分解炭素の生成沈積初期
の特性と終期の特性との差を小さくすることができ、生
成沈積層の厚さ方向の特性の違いによる、ルツボの加熱
−冷却サイクルにおける、層剥離やクラックの発生の原
因を除去することができる。
と沈積面に平行方向の熱膨張係数の違いも、熱分解炭素
層、例えば黒鉛層の沈着後の冷却時に大きなひずみを生
じ、層状のき裂や、剥離を起こしやすい原因となるの
で、できるだけ近づける、換言すれば異方比ができるだ
け小さくなるように、熱分解炭素を生成沈積する条件を
設定することが重要である。特に沈着層の厚さを大きく
する場合には、異方性が大きくなる傾向があるので、特
に注意を要する。ルツボ型には、形成されるルツボがで
きる限りルツボ型からの不純物の拡散などによる不純物
の影響を受けることがないように、純度を高めるためた
ものを使用する必要がある。従って高純度、例えば全灰
分が10ppm以下の黒鉛材料からなるルツボ型を使用
することが好ましい。高純度化の手段としては、従来か
ら用いられている、ハロゲンガス雰囲気下での精製処理
などを用いることができる。また、ルツボ型からのガス
の発生も、生成沈積される炭素の平滑性及び緻密性に悪
影響を与えるから、少なくする必要がある。ルツボ型を
形成する炭素材料、例えば黒鉛材料の熱膨張率は、25
℃〜400℃において、3〜6×10-6/℃程度のもの
が使用される。その値は熱分解炭素の熱膨張率が1.7
×10-6/℃程度であるから、両者の熱膨張率差によっ
て、冷却することで、形成されたルツボをルツボ型から
取り外すことができる。
10μm以下、好ましくは5μm以下とすることが望ま
しい。熱分解化合物としては前記したものが使用され
る。ハロゲン化炭化水素を使用すると、熱分解温度が比
較的低い条件において、ルツボの製造を実施することが
できる。前記ルツボの製造に使用される熱分解化合物及
びキャリヤーガスなどの材料や反応器を構成する材料な
ども、反応容器内に不純物が持ち込み、ルツボの純度を
下げないように、精製又は浄化しておくことが必要であ
る。
する、垂直ブリッジマン法ルツボの内側形状に対応する
外形を有し、内側には垂直ブリッジマン法ルツボの内側
形状に対応する形状に成形された高純度の黒鉛製のルツ
ボ型を真空炉内に配置する。該ルツボの外側の表面粗度
は5μmであり、全灰分は10ppmである。該ルツボ
の外表面に対抗するように、前記ルツボ表面に対応する
形状の黒鉛製の抵抗加熱ヒータ(又は誘導加熱手段)を
配置する。炉内を真空ポンプにより30Torrまで減
圧した。前記ヒータ(又は誘導加熱手段)に通電し、熱
分解炭素が生成沈積する表面の温度を放射温度計で監視
して、該表面の温度を前記沈積作業中常に2200℃に
あるように制御した。熱分解する化合物としてプロパン
を使用し、沈積厚さ1.5mm以上になるまで前記反応
を継続した。沈積反応を終了した後、これを常温に戻し
た。この状態でルツボ型とルツボ型該表面に形成された
ルツボとは、熱膨張率の違いにより分離しており、形成
されたルツボをルツボ型から容易に取り外すことができ
た。
あった。また、ルツボの厚さ方向の熱膨張率は、1.7
×10-6/℃であった。また熱分解炭素の生成沈積初期
の炭素層の表面に平行な方向の熱膨張率は、1.1×1
0-6/℃で、該沈積終期の炭素層の表面に平行な方向の
熱膨張率は、1.1×10-6/℃であり、その比は1で
あった。なお、前記測定用には、それぞれの表面から厚
さ1mmの試料を採取して用いた。得られた、ルツボの
加熱−冷却サイクルにおける特性を調べるため、100
0℃に加熱、10℃/分の冷却サイクルを繰り返した。
結果は割れ、クラック等の発生は認められず、良好であ
った。
程で作成したルツボを従来から用いられていた垂直ブリ
ッジマン法による結晶育成装置に取り付けた。種子結晶
収納部にGaP種結晶を入れ、結晶育成ルツボ本体に原
料であるGaP多結晶を入れた。原料をルツボ内で溶融
し、温度分布のある炉内を移動させ、一端より融液を順
次固化させる従来からの手法により結晶成長させた。得
られた結晶は不純物の少ない、良好な品質であった。
なり、表面が平滑で不純物が少ないから、得られる結晶
の純度も高く、結晶の成長もよく、且つ熱サイクルに対
する耐性も優れている。
置の概略図である。
型 4 反応ガス 5 排気
Claims (3)
- 【請求項1】 ルツボの内面の表面粗度Rmaxが10
μ以下であり、熱分解炭素法によりルツボ形状に炭素を
沈積してして得られたことを特徴とする単結晶成長用ル
ツボ。 - 【請求項2】 沈積した熱分解炭素の全灰分量が5pp
m以下であることを特徴とする請求項1に記載の単結晶
成長用ルツボ。 - 【請求項3】 ルツボの内側表面近傍の面に平行な方向
の25℃〜400℃の熱膨張率係数とルツボ表面外表面
近傍の面に平行方向の熱膨張係数との比が1±0.01
であることを特徴とする請求項1又は2記載の単結晶成
長用ルツボ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08133799A JP4309509B2 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 熱分解黒鉛からなる単結晶成長用のルツボの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08133799A JP4309509B2 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 熱分解黒鉛からなる単結晶成長用のルツボの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000272990A true JP2000272990A (ja) | 2000-10-03 |
| JP4309509B2 JP4309509B2 (ja) | 2009-08-05 |
Family
ID=13743567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08133799A Expired - Lifetime JP4309509B2 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 熱分解黒鉛からなる単結晶成長用のルツボの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4309509B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005003413A1 (ja) * | 2003-07-03 | 2005-01-13 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | ルツボ及びルツボを用いた単結晶の育成方法 |
| JP2005022949A (ja) * | 2003-07-03 | 2005-01-27 | Hitachi Chem Co Ltd | ルツボ |
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| CN105695954A (zh) * | 2016-01-22 | 2016-06-22 | 山东国晶新材料有限公司 | 一种增强单晶炉热场材料力学性能的方法 |
-
1999
- 1999-03-25 JP JP08133799A patent/JP4309509B2/ja not_active Expired - Lifetime
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