JPH062637B2 - 単結晶引上装置 - Google Patents
単結晶引上装置Info
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- JPH062637B2 JPH062637B2 JP62174398A JP17439887A JPH062637B2 JP H062637 B2 JPH062637 B2 JP H062637B2 JP 62174398 A JP62174398 A JP 62174398A JP 17439887 A JP17439887 A JP 17439887A JP H062637 B2 JPH062637 B2 JP H062637B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は単結晶引上装置に関し、特に半導体用単結晶引
上装置に関する。
上装置に関する。
単結晶引上装置就中半導体用単結晶引上装置としてその
代表的なものにシリコン単結晶引上装置があり、その他
ガリウム系例えばGa-As系、Ga-P系の単結晶引上装置が
ある。いまこれ等を代表してシリコン単結晶引上装置に
ついて説明する。
代表的なものにシリコン単結晶引上装置があり、その他
ガリウム系例えばGa-As系、Ga-P系の単結晶引上装置が
ある。いまこれ等を代表してシリコン単結晶引上装置に
ついて説明する。
即ち石英ガラス(Ga-As系単結晶の場合には通常窒化ホウ
素)製ルツボにシリコン多結晶を充填する。この際使用
される石英ルツボは通常肉薄のものが使用されるためそ
の強度では石英が軟化したり、時に割れることもあるた
め、これの補強のために黒鉛ルツボに内挿する。そして
このシリコンを充填したルツボを回転させまたはそのま
まで高周波誘導加熱または抵抗式発熱体(ヒーター)に
より加熱し約1500℃前後に加熱してシリコンを溶融
する。ルツボ上部の引上機に支承されたシリコン単結晶
の種をシリコン溶融体中に浸漬し、これを引上げつつ徐
冷して他結晶体を単結晶体とするものである。
素)製ルツボにシリコン多結晶を充填する。この際使用
される石英ルツボは通常肉薄のものが使用されるためそ
の強度では石英が軟化したり、時に割れることもあるた
め、これの補強のために黒鉛ルツボに内挿する。そして
このシリコンを充填したルツボを回転させまたはそのま
まで高周波誘導加熱または抵抗式発熱体(ヒーター)に
より加熱し約1500℃前後に加熱してシリコンを溶融
する。ルツボ上部の引上機に支承されたシリコン単結晶
の種をシリコン溶融体中に浸漬し、これを引上げつつ徐
冷して他結晶体を単結晶体とするものである。
この単結晶は主に半導体に使用されるために極めて高純
度であることが要求され、溶融体が直接接触する石英ガ
ラスは、その純度が非常に高いものが要求されるが、こ
れと共に用いられる装置内部の各部材についても高純度
のものが要求される。そしてこの引上装置に於いては、
上記した通り極めて高温であって耐熱性、低蒸気圧性が
要求され、現在そのほとんどは炭素材通常は黒鉛が使用
されている。
度であることが要求され、溶融体が直接接触する石英ガ
ラスは、その純度が非常に高いものが要求されるが、こ
れと共に用いられる装置内部の各部材についても高純度
のものが要求される。そしてこの引上装置に於いては、
上記した通り極めて高温であって耐熱性、低蒸気圧性が
要求され、現在そのほとんどは炭素材通常は黒鉛が使用
されている。
しかし乍ら非常に高温のため炭素材中の不純物が滲出、
蒸散して、石英ルツボ内のシリコン溶融液を汚染し惹い
ては引上げ単結晶の品位を低下せしめ、結果として歩留
りを大きく低下せしめる。
蒸散して、石英ルツボ内のシリコン溶融液を汚染し惹い
ては引上げ単結晶の品位を低下せしめ、結果として歩留
りを大きく低下せしめる。
しかも最近の技術の進歩により、高集積回路用基板とし
て益々超高純度の単結晶が要求されるようになり、これ
に伴い引上装置に使用する各黒鉛部材の高純度化が益々
要求されるようになって来た。
て益々超高純度の単結晶が要求されるようになり、これ
に伴い引上装置に使用する各黒鉛部材の高純度化が益々
要求されるようになって来た。
本発明が解決しようとする問題点は、従来の単結晶引上
装置に要求される上記要望に応える装置を開発すること
であり、更に詳しくは極めて高純度であって、しかも単
結晶引上装置用部材として要求される各種特性、例えば
耐熱性、耐熱衝撃性、機械的特性、低蒸気圧性、化学的
安定性、低アウトガス性等を満足する黒鉛材料を開発
し、これを該装置の部材として使用することである。
装置に要求される上記要望に応える装置を開発すること
であり、更に詳しくは極めて高純度であって、しかも単
結晶引上装置用部材として要求される各種特性、例えば
耐熱性、耐熱衝撃性、機械的特性、低蒸気圧性、化学的
安定性、低アウトガス性等を満足する黒鉛材料を開発
し、これを該装置の部材として使用することである。
この問題点は全灰分が5ppm以下特に好ましくは1ppm以
下という極めて高純度の黒鉛材料を単結晶引上装置用の
部材として使用することによって解決される。
下という極めて高純度の黒鉛材料を単結晶引上装置用の
部材として使用することによって解決される。
本発明者は従来から黒鉛材料就中高純度黒鉛材料につい
て研究を続けて来たが、この研究に於いて、従来の黒鉛
材料に比しその純度が極めて高く、しかも従来法の操作
上のトラブルを解決した黒鉛材料並びにその製法を開発
しすでに出願した(特願昭61−224131号)。更
に引き続く研究に於いて上記出願に係る新しい高純度黒
鉛材料が、単結晶引上装置の部材として極めて好適であ
って、この装置用部材として要求される諸特性を満足し
うるものであることを見出し、茲に本発明を完成するに
至ったものである。
て研究を続けて来たが、この研究に於いて、従来の黒鉛
材料に比しその純度が極めて高く、しかも従来法の操作
上のトラブルを解決した黒鉛材料並びにその製法を開発
しすでに出願した(特願昭61−224131号)。更
に引き続く研究に於いて上記出願に係る新しい高純度黒
鉛材料が、単結晶引上装置の部材として極めて好適であ
って、この装置用部材として要求される諸特性を満足し
うるものであることを見出し、茲に本発明を完成するに
至ったものである。
先ず本発明に於いて使用する高純度黒鉛材料について説
明する。
明する。
本発明の黒鉛材料は、その全灰分(不純分)が5ppm以
下特に好ましくは1ppm以下という極めて高純度のもの
であり、後記実施例からも明らかな通り、従来の黒鉛材
料或いは従来法による高純度化黒鉛材料に比しその純度
が極めて高い。尚、通常高純度化黒鉛材料として市販さ
れているものは全灰分が20〜50ppm程度のものであ
り、本発明の黒鉛材料は極めて高純度のものである。
下特に好ましくは1ppm以下という極めて高純度のもの
であり、後記実施例からも明らかな通り、従来の黒鉛材
料或いは従来法による高純度化黒鉛材料に比しその純度
が極めて高い。尚、通常高純度化黒鉛材料として市販さ
れているものは全灰分が20〜50ppm程度のものであ
り、本発明の黒鉛材料は極めて高純度のものである。
この高純度黒鉛材料は次の様にして製造することが出来
る。即ち基本的には上記特願昭61−224231号の
方法によって製造される。更に詳しく説明すると以下の
通りである。
る。即ち基本的には上記特願昭61−224231号の
方法によって製造される。更に詳しく説明すると以下の
通りである。
炭素材を順次、焼成し、黒鉛化し、且つ高純度化する高
純度黒鉛材料の製造方法に於いて、高純度化を真空乃至
減圧下で高周波加熱手段により行う方法であり、更に好
ましい態様をあげれば以下の通りである。即ち (イ)炭素材を順次、焼成し、黒鉛化し次いで高純度化
する高純度黒鉛材の製造法に於いて、黒鉛化と高純度と
を同一装置で真空乃至減圧下に高周波加熱手段により行
うことを特徴とする製造方法、 (ロ)黒鉛化と高純度化とを一部重複して並行的に行う
製造方法、 (ハ)上記高純度黒鉛材の製造方法に於いて、黒鉛化及
び高純度化の少なくとも1つを100Torr乃至1Torrの
圧力下で高純度黒鉛材の製造方法、 (ニ)真空乃至減圧条件下に於ける高純度化工程に於い
て、ハロゲン化反応及びハロゲン化生成物の離脱反応を
同時に行わしめる製造方法、 等である。これ等方法について更に詳しく説明すると以
下の通りである。
純度黒鉛材料の製造方法に於いて、高純度化を真空乃至
減圧下で高周波加熱手段により行う方法であり、更に好
ましい態様をあげれば以下の通りである。即ち (イ)炭素材を順次、焼成し、黒鉛化し次いで高純度化
する高純度黒鉛材の製造法に於いて、黒鉛化と高純度と
を同一装置で真空乃至減圧下に高周波加熱手段により行
うことを特徴とする製造方法、 (ロ)黒鉛化と高純度化とを一部重複して並行的に行う
製造方法、 (ハ)上記高純度黒鉛材の製造方法に於いて、黒鉛化及
び高純度化の少なくとも1つを100Torr乃至1Torrの
圧力下で高純度黒鉛材の製造方法、 (ニ)真空乃至減圧条件下に於ける高純度化工程に於い
て、ハロゲン化反応及びハロゲン化生成物の離脱反応を
同時に行わしめる製造方法、 等である。これ等方法について更に詳しく説明すると以
下の通りである。
尚、説明の便宜上本製法の装置を示す図面を用いて本製
法を説明することとする。尚、第1図は本製法にかゝる
真空式・高周波加熱方式の高純度炭素材の製造装置の側
断面図を模式的に示したものである。
法を説明することとする。尚、第1図は本製法にかゝる
真空式・高周波加熱方式の高純度炭素材の製造装置の側
断面図を模式的に示したものである。
本製法を構成する第一の要因は、原料素材の加熱に、床
面積が小さく、エネルギー効率の高い高周波加熱炉を採
用したことである。
面積が小さく、エネルギー効率の高い高周波加熱炉を採
用したことである。
第二の構成要因として誘導加熱炉の高周波コイル(105)
と被加熱炭素材(104)の中間に黒鉛ヒーター即ちサセプ
ター(106)を設けたことである。
と被加熱炭素材(104)の中間に黒鉛ヒーター即ちサセプ
ター(106)を設けたことである。
第三の構成要因として、上記の要因、即ち高周波コイル
(105)、サセプター(106)、被加熱炭素材(104)を減圧若
しくは真空に耐える密閉容器に収納することである。
(105)、サセプター(106)、被加熱炭素材(104)を減圧若
しくは真空に耐える密閉容器に収納することである。
尚、被加熱炭素材(104)、高周波コイル(105)、サセプタ
ー(106)を真空容器内に収納することは、本製法に於い
て下記に示すガス供給管(108)、ガス排出管(101)の設置
と共に最も重要な構成要因であり、これにより被加熱炭
素材(104)を効率よく、一貫して黒鉛化、高純度化を進
めることが可能になるものである。
ー(106)を真空容器内に収納することは、本製法に於い
て下記に示すガス供給管(108)、ガス排出管(101)の設置
と共に最も重要な構成要因であり、これにより被加熱炭
素材(104)を効率よく、一貫して黒鉛化、高純度化を進
めることが可能になるものである。
第四の構成要因として該真空容器内に、ガス供給管(10
8)、ガス排出管(101)を設けることである。
8)、ガス排出管(101)を設けることである。
ガス排出管(101)は容器内部を減圧又は真空にする際、
及び黒鉛化工程、高純度化工程に際し発生するガスの排
気に必要不可欠である。特に、高純度工程に於いて黒鉛
材から蒸散された金属ハロゲン化物、金属水素化化合物
等を反応系外に引き出す目的にも使用される。
及び黒鉛化工程、高純度化工程に際し発生するガスの排
気に必要不可欠である。特に、高純度工程に於いて黒鉛
材から蒸散された金属ハロゲン化物、金属水素化化合物
等を反応系外に引き出す目的にも使用される。
ガス供給管(108)は、高純度化工程に於いて使用される
ハロゲン含有ガス、又は/及びH2ガスを供給する目的
に使用される。
ハロゲン含有ガス、又は/及びH2ガスを供給する目的
に使用される。
これ等ガスの供給用と排出用の管は、真空容器の適宜の
場所に、必要に応じ複数個所に設けることが出来るが、
容器内のガスの流通と炭素材との接触効率を考えて、上
下、又は左右と対称側に設けることが望ましい。
場所に、必要に応じ複数個所に設けることが出来るが、
容器内のガスの流通と炭素材との接触効率を考えて、上
下、又は左右と対称側に設けることが望ましい。
第1図には縦型高周波炉を用い、ガス排出管(101)及び
供給管(108)を夫々上、下に設けた例を記したが、高周
波炉を横型にした場合には、これ等各管を夫々左、右に
設けることも出来る。
供給管(108)を夫々上、下に設けた例を記したが、高周
波炉を横型にした場合には、これ等各管を夫々左、右に
設けることも出来る。
以上の主要構成要因の他に、必要に応じて次の要因を付
加することが出来る。
加することが出来る。
即ち第五の要因として高周波コイルとサセプターの間に
断熱材(102)、(103)を用いることが出来る。断熱材とし
ては、セラミックファイバー、カーボンファイバー、カ
ーボンブラック等公知の材料を使用する。
断熱材(102)、(103)を用いることが出来る。断熱材とし
ては、セラミックファイバー、カーボンファイバー、カ
ーボンブラック等公知の材料を使用する。
第六の要因として、必要により真空容器の外部に水冷ジ
ャケット(109)を設けることが出来る。
ャケット(109)を設けることが出来る。
高周波コイルには250〜3000Hzの高周波電圧が印
加され、真空容器の壁を貫いて内装されたコイルに電力
が供給される。
加され、真空容器の壁を貫いて内装されたコイルに電力
が供給される。
次に上述の装置を用いた本製法の高純度黒鉛の製造方法
について記す。
について記す。
本製法は基本的には高純度化工程を真空乃至減圧下に高
周波加熱手段を用いて行う用法であり、その望ましい一
態様は上記第1図に示す本装置を用いて上記方法を行う
ものである。また本法に於いては、更に黒鉛化と高純度
化工程とを一つの炉で、これ等工程を順次、又は少なく
とも一部並行して行う方法も包含される。更に詳しく説
明すると以下の通りである。
周波加熱手段を用いて行う用法であり、その望ましい一
態様は上記第1図に示す本装置を用いて上記方法を行う
ものである。また本法に於いては、更に黒鉛化と高純度
化工程とを一つの炉で、これ等工程を順次、又は少なく
とも一部並行して行う方法も包含される。更に詳しく説
明すると以下の通りである。
まずガス供給管(108)からN2ガスを送気して、容器内部
の空気をN2ガスで置換したのち、ガス排出管(101)から
減圧、又は真空に引き、雰囲気を非酸化性とする。
の空気をN2ガスで置換したのち、ガス排出管(101)から
減圧、又は真空に引き、雰囲気を非酸化性とする。
次に誘導コイル(105)に徐々に電圧を印加してサセプタ
ー(106)を加熱し、その輻射熱により被加熱炭素材(104)
を800〜1000℃に通常1〜10時間好ましくは3
〜5時間保ったのち、徐々に昇温を続け、2450〜2
500℃に調節しながら5〜24時間好ましくは7〜1
5時間保持する。
ー(106)を加熱し、その輻射熱により被加熱炭素材(104)
を800〜1000℃に通常1〜10時間好ましくは3
〜5時間保ったのち、徐々に昇温を続け、2450〜2
500℃に調節しながら5〜24時間好ましくは7〜1
5時間保持する。
容器内は加熱を始めた時点から1〜100Torrp好まし
くは10〜40Torr程度に保たれているので、この段階
で僅かに揮散してくる脱ガスの排出には好都合である。
くは10〜40Torr程度に保たれているので、この段階
で僅かに揮散してくる脱ガスの排出には好都合である。
黒鉛化がある程度進んだ段階で、減圧状態のままガス供
給管(108)からハロゲンガス例えばジクロルジフルオル
メタンを(流量は容器内に充填する被加熱炭素材の量に
より増減されるが、例えば1〜7NTP/kg程度で3〜8
時間程度供給する。
給管(108)からハロゲンガス例えばジクロルジフルオル
メタンを(流量は容器内に充填する被加熱炭素材の量に
より増減されるが、例えば1〜7NTP/kg程度で3〜8
時間程度供給する。
高純度化に用いるハロゲンガスは、炭素材中に含まれる
不純物、特に金属不純物をハロゲン塩として蒸気圧を高
め、これの蒸発、揮散によって母材である炭素材の純度
を高めるために必要であるが、このハロゲンとしては従
来から使用されて来たものがいずれも使用出来、例えば
塩素や塩素化合物ばかりでなく弗素や弗素化合物も使用
出来、また更には塩素系或いは弗素系ガスを同時に併用
してもよい。また同一分子内に弗素と塩素とを含む化合
物、例えばモノクロロトリフルオルメタン、トリクロロ
モノフルオルメタン、ジクロルジフルオルエタン、トリ
クロロモノフルオルエタン等を使用することも出来る。
不純物、特に金属不純物をハロゲン塩として蒸気圧を高
め、これの蒸発、揮散によって母材である炭素材の純度
を高めるために必要であるが、このハロゲンとしては従
来から使用されて来たものがいずれも使用出来、例えば
塩素や塩素化合物ばかりでなく弗素や弗素化合物も使用
出来、また更には塩素系或いは弗素系ガスを同時に併用
してもよい。また同一分子内に弗素と塩素とを含む化合
物、例えばモノクロロトリフルオルメタン、トリクロロ
モノフルオルメタン、ジクロルジフルオルエタン、トリ
クロロモノフルオルエタン等を使用することも出来る。
また不純物の種類、例えは硫黄分等については、H2が
高い精製効果を示すので、特に低硫黄グレード品につい
ては、ジクロルジフルオルメタンの供給を停止したの
ち、引き続いてH2ガスを供給することも出来る。
高い精製効果を示すので、特に低硫黄グレード品につい
ては、ジクロルジフルオルメタンの供給を停止したの
ち、引き続いてH2ガスを供給することも出来る。
高純度化操作が完了した時点で、炉内の温度を更に上
げ、3000℃にて10〜30時間程度保って工程を完
了する。
げ、3000℃にて10〜30時間程度保って工程を完
了する。
炉を冷却する工程の途中、約2000℃に於いて容器内
圧力を10-2乃至10-4Torrに強減圧し、冷却すること
により、アウトガスの少ない高純度炭素材を得ることが
出来る。
圧力を10-2乃至10-4Torrに強減圧し、冷却すること
により、アウトガスの少ない高純度炭素材を得ることが
出来る。
通電を停止、容器内にN2ガスを充填、置換し乍ら常
圧、常温に戻す。
圧、常温に戻す。
上記方法は黒鉛化と高純度を一つの炉で行う方法を示し
ているが、本法に於いては高純度化だけを上記の方法で
行ってもよいことは勿論である。
ているが、本法に於いては高純度化だけを上記の方法で
行ってもよいことは勿論である。
本法により高純度化又はこれと黒鉛化を実施する際の容
器内の圧力は、100Torr乃至1Torrの範囲内に保つこ
とが望ましい。容器内の圧力は、ハロゲン化物、塩素化
又は/及び弗素化された不純物、又は置換時の残存N2
ガス等の種々の化合物の蒸気圧(分圧)の総和(全圧)
として圧力計に示されるが、これが100Torrより高い
場合は減圧効果が低くなり、従って高純度化に要する時
間は長くなり、品質的にも従来の常圧法と変りなく、ま
た1Torrに達しない場合ではハロゲン供給絶対量が少な
くなり、炭素材深部の高純度化が不充分になったり、ま
た生成ガスの排除に多大のポンプ動力を要し、得策では
ない。尚、100〜1Torr、特に好ましくは50〜5To
rrが最も良好な製品が得られる。
器内の圧力は、100Torr乃至1Torrの範囲内に保つこ
とが望ましい。容器内の圧力は、ハロゲン化物、塩素化
又は/及び弗素化された不純物、又は置換時の残存N2
ガス等の種々の化合物の蒸気圧(分圧)の総和(全圧)
として圧力計に示されるが、これが100Torrより高い
場合は減圧効果が低くなり、従って高純度化に要する時
間は長くなり、品質的にも従来の常圧法と変りなく、ま
た1Torrに達しない場合ではハロゲン供給絶対量が少な
くなり、炭素材深部の高純度化が不充分になったり、ま
た生成ガスの排除に多大のポンプ動力を要し、得策では
ない。尚、100〜1Torr、特に好ましくは50〜5To
rrが最も良好な製品が得られる。
本発明実施の一つの応用的態様として、高純度操作中、
反応容器内の圧力をパルス的に増減せしめる場合には、
炭素材の深層部へのハロゲンガスの拡散、置換及び深層
部からのハロゲン化生成物の離脱、置換が完全になり、
より効果的である。
反応容器内の圧力をパルス的に増減せしめる場合には、
炭素材の深層部へのハロゲンガスの拡散、置換及び深層
部からのハロゲン化生成物の離脱、置換が完全になり、
より効果的である。
本発明の黒鉛材料としては、上記高純度の他に、更に等
方性であることが好ましい。この際の等方性とは、すべ
ての物的に於いて、各方向に於いてほぼ等しい性質を示
すことをいい、例えば電気的にも、熱体にもほぼ等しい
挙動を示すことを意味する。この等方性は本発明黒鉛材
を引上装置に使用する場合、その部材の種類、部位に応
じて電気抵抗、熱膨張率、機械的強度等要求される項目
に差異があるが、等方性炭素材は何れもこれ等を充足
し、特に本発明にかかる装置の構成材料としては異方比
が1.10以下特に1.03〜1.07以下の高度に等方化さ
れた材料が好ましい。この際の異方比とは、各材料の物
理的、機械的、電気的、化学的等の諸性質がx、y、z
各軸、各方向に対して最大値を最小値との比率が1.10
以下、好ましくは1.07〜1.03以下にあることを言
う。
方性であることが好ましい。この際の等方性とは、すべ
ての物的に於いて、各方向に於いてほぼ等しい性質を示
すことをいい、例えば電気的にも、熱体にもほぼ等しい
挙動を示すことを意味する。この等方性は本発明黒鉛材
を引上装置に使用する場合、その部材の種類、部位に応
じて電気抵抗、熱膨張率、機械的強度等要求される項目
に差異があるが、等方性炭素材は何れもこれ等を充足
し、特に本発明にかかる装置の構成材料としては異方比
が1.10以下特に1.03〜1.07以下の高度に等方化さ
れた材料が好ましい。この際の異方比とは、各材料の物
理的、機械的、電気的、化学的等の諸性質がx、y、z
各軸、各方向に対して最大値を最小値との比率が1.10
以下、好ましくは1.07〜1.03以下にあることを言
う。
以下に本発明の引上装置について第2図を用いて説明す
る。ただし第2図は本発明装置の一部を示す図面であ
り、説明の便宜上これを模擬的に(イ)〜(ニ)の4図
に別けて表したものである。第2図(イ)は主にルツボ
を中心とした部分を、同図(ロ)は主に側部を中心とし
た部分を、同図(ハ)はルツボの下部を中心とした部分
を、また同図(ニ)は上部並びに下部を中心とした部分
を示す模擬的な断面説明図を示す。同図中(1)は黒鉛
ルツボ、(2)は黒鉛ヒーター、(3)は保温筒、
(4)は断熱材、(5)は緩衝材、(6)はスペーサ
ー、(7)はルツボ受皿、(8)はルツボ受更の支持
体、(9)はルツボ受皿の維持体カバー、(10)は電極
(ヒーター)とクランプとを固定するための固締具、
(11)は蒸気洩れ防止リング、(12)は電極(ヒータ
ー)、(13)は電極用クランプ、(14)は液漏れ用受
皿、(15)は上部蓋を示す。また(16)は石英または窒
化ホウ素製ルツボ、(17)はシリコンを示す。
る。ただし第2図は本発明装置の一部を示す図面であ
り、説明の便宜上これを模擬的に(イ)〜(ニ)の4図
に別けて表したものである。第2図(イ)は主にルツボ
を中心とした部分を、同図(ロ)は主に側部を中心とし
た部分を、同図(ハ)はルツボの下部を中心とした部分
を、また同図(ニ)は上部並びに下部を中心とした部分
を示す模擬的な断面説明図を示す。同図中(1)は黒鉛
ルツボ、(2)は黒鉛ヒーター、(3)は保温筒、
(4)は断熱材、(5)は緩衝材、(6)はスペーサ
ー、(7)はルツボ受皿、(8)はルツボ受更の支持
体、(9)はルツボ受皿の維持体カバー、(10)は電極
(ヒーター)とクランプとを固定するための固締具、
(11)は蒸気洩れ防止リング、(12)は電極(ヒータ
ー)、(13)は電極用クランプ、(14)は液漏れ用受
皿、(15)は上部蓋を示す。また(16)は石英または窒
化ホウ素製ルツボ、(17)はシリコンを示す。
本発明の装置は上記(1)〜(15)の各部材の少なくと
も1種が上記高純度黒鉛材料から成るものであり、好ま
しくは(1)〜(3)の 各部材が共に上記高純度黒鉛
材料から成るものである。
も1種が上記高純度黒鉛材料から成るものであり、好ま
しくは(1)〜(3)の 各部材が共に上記高純度黒鉛
材料から成るものである。
黒鉛ルツボ(1)はその内部の石英または窒化ホウ素製
ルツボを保護補強するために使用されるものであり、そ
の形状、大きさ等は従来のものと特に変わらない。ヒー
ター(2)はこの第2図では抵抗式の場合を示してい
る。また保温筒(3)はヒーター(2)からの輻射熱を
反射するためと、断熱材(4)の保護のために使用され
るもので、厚みは通常3〜12好ましくは5〜8mm程度
である。通常この保温筒(3)は黒鉛ルツボ(2)との
間に若干空間を設け、また断熱材(4)とは空間を設け
または設けずに設置される。これ等(1)〜(3)の部
材は高純度であると共に等方姓であることが特に好まし
い。等方性であることにより、耐破損性が向上し、加工
が容易となり、熱膨張が等方的となり、特にヒーター
(2)では電気特性が均一となる。断熱材(4)は断熱
のために使用され、ヒーター(2)と外壁との間に設け
られ断熱、保温効果を発揮する。
ルツボを保護補強するために使用されるものであり、そ
の形状、大きさ等は従来のものと特に変わらない。ヒー
ター(2)はこの第2図では抵抗式の場合を示してい
る。また保温筒(3)はヒーター(2)からの輻射熱を
反射するためと、断熱材(4)の保護のために使用され
るもので、厚みは通常3〜12好ましくは5〜8mm程度
である。通常この保温筒(3)は黒鉛ルツボ(2)との
間に若干空間を設け、また断熱材(4)とは空間を設け
または設けずに設置される。これ等(1)〜(3)の部
材は高純度であると共に等方姓であることが特に好まし
い。等方性であることにより、耐破損性が向上し、加工
が容易となり、熱膨張が等方的となり、特にヒーター
(2)では電気特性が均一となる。断熱材(4)は断熱
のために使用され、ヒーター(2)と外壁との間に設け
られ断熱、保温効果を発揮する。
断熱材(4)は断熱のために使用され、ヒーター(2)
と外壁との間に設けられ、断熱、保温効果を発揮する。
と外壁との間に設けられ、断熱、保温効果を発揮する。
本発明装置に於いて緩衝材(5)は石英ルツボ(16)と
黒鉛ルツボ(1)との間にあって、これ等の間で緩衝作
用を発揮し、両ルツボの保護のために使用される。また
ルツボの位置(高さ)を調整する作用をも有する。この
緩衝材(5)としては波形シートや平面シートが使用さ
れる。これ等断熱材並びに緩衝材は必ずしも等方性でな
くても良く、黒鉛フェルト、発泡黒鉛圧密体、中空バル
ーン黒鉛球、またはその圧密体、及び黒鉛材を黒鉛質外
被材で被覆したものでも良い。スペーサー(6)は黒鉛
ルツボ(1)とルツボ受皿(7)との間にあってこれ等
の断熱作用、位置調節及び緩衝材として使用される。使
用される材料としては黒鉛黒鉛圧密体、中空黒鉛球を樹
脂またはピッチで固めて炭化したもの等、及びそれ等と
平板状等方性炭素材との積層構造体が用いられるが、何
れの材料も全灰分が5ppm以下であることが必要であ
る。ルツボ受皿はルツボを所定の位置にセットするため
に使用され、等方性黒鉛材を使用することが好ましい。
またこの際炭素繊維で補強した黒鉛材(以下複合材とい
う)を使用しても良い。
黒鉛ルツボ(1)との間にあって、これ等の間で緩衝作
用を発揮し、両ルツボの保護のために使用される。また
ルツボの位置(高さ)を調整する作用をも有する。この
緩衝材(5)としては波形シートや平面シートが使用さ
れる。これ等断熱材並びに緩衝材は必ずしも等方性でな
くても良く、黒鉛フェルト、発泡黒鉛圧密体、中空バル
ーン黒鉛球、またはその圧密体、及び黒鉛材を黒鉛質外
被材で被覆したものでも良い。スペーサー(6)は黒鉛
ルツボ(1)とルツボ受皿(7)との間にあってこれ等
の断熱作用、位置調節及び緩衝材として使用される。使
用される材料としては黒鉛黒鉛圧密体、中空黒鉛球を樹
脂またはピッチで固めて炭化したもの等、及びそれ等と
平板状等方性炭素材との積層構造体が用いられるが、何
れの材料も全灰分が5ppm以下であることが必要であ
る。ルツボ受皿はルツボを所定の位置にセットするため
に使用され、等方性黒鉛材を使用することが好ましい。
またこの際炭素繊維で補強した黒鉛材(以下複合材とい
う)を使用しても良い。
ルツボ受皿の支持体(8)は、ルツボ受皿(7)の支持
のために使用され、ルツボ受皿と別々に、またはこれと
一体的になしても良い。この支持体(8)とても黒鉛材
料として複合材を使用しても良く、また等方性のものを
使用するのが好ましい。
のために使用され、ルツボ受皿と別々に、またはこれと
一体的になしても良い。この支持体(8)とても黒鉛材
料として複合材を使用しても良く、また等方性のものを
使用するのが好ましい。
カバー(9)は支持体(8)をシリコン蒸気から保護す
る目的で使用され、やはり等方性であることが好まし
く、また複合材を用いても良い。
る目的で使用され、やはり等方性であることが好まし
く、また複合材を用いても良い。
また固締具(10)としては、電極(ヒーター)とクラン
プ(13)とを固締するために使用されるため複合材を使
用することが好ましい。
プ(13)とを固締するために使用されるため複合材を使
用することが好ましい。
蒸気洩れ防止リング(11)は必ずしも必要ではないが、
ルツボ内の蒸気が上部に移動するのを防ぐ作用を有し、
黒鉛材としては等方性であることが好ましい。
ルツボ内の蒸気が上部に移動するのを防ぐ作用を有し、
黒鉛材としては等方性であることが好ましい。
本発明装置は、上記各部材の少なくとも1種が超高純度
黒鉛材からなっており、また好ましくは等方性のものま
たは複合材から成っているために、結果として高純度の
単結晶が収得出来るものである。
黒鉛材からなっており、また好ましくは等方性のものま
たは複合材から成っているために、結果として高純度の
単結晶が収得出来るものである。
いま、本発明の黒鉛材が超高純度であることを示すため
に、第1表に本発明にかゝる装置及び方法により製造せ
られたる超高純度黒鉛材中の不純物量と、従来法により
得られたる市販高純度品中の不純物量、並びに高純度処
理を全く行わない通常の黒鉛材の不純物量を対比して示
した。
に、第1表に本発明にかゝる装置及び方法により製造せ
られたる超高純度黒鉛材中の不純物量と、従来法により
得られたる市販高純度品中の不純物量、並びに高純度処
理を全く行わない通常の黒鉛材の不純物量を対比して示
した。
但し上記A、B及びCの各試料は夫々次のものである。
試料A:本発明法による製品。原料黒鉛材は試料Cを高
純度化容器を用いて内圧20〜25Torr、900℃で4
HR、2450〜2500℃で10HR、途中ゾクロルジフ
ルオルメタン3NTR/kgで高純度化、更に3000℃に
て20HRの条件で製造したもの。
純度化容器を用いて内圧20〜25Torr、900℃で4
HR、2450〜2500℃で10HR、途中ゾクロルジフ
ルオルメタン3NTR/kgで高純度化、更に3000℃に
て20HRの条件で製造したもの。
試料B:試料Cを公知方法による常圧高純度化処理を行
ったもの。
ったもの。
試料C:市販品(見掛け密度1.80の等方性黒鉛材、高
純度化する前のもの)、東洋炭素(株)製。
純度化する前のもの)、東洋炭素(株)製。
また分析方法は発光分光分析法及び原子吸光分析によっ
た。数字の単位はppm、(−)印は「検出されず」を表
す。
た。数字の単位はppm、(−)印は「検出されず」を表
す。
尚、本発明の何れの材料に於いても、全灰分が5ppm以
下であることが必要である。
下であることが必要である。
因に、前記試料A、B及びCの全灰分量は、日本工業規
格(JIS)R7223−1979に準拠して測定し
て、夫々1ppm、10ppm、410ppmであり、従って試
料Aは本発明範囲内、試料B及びCは本発明範囲外であ
る。
格(JIS)R7223−1979に準拠して測定し
て、夫々1ppm、10ppm、410ppmであり、従って試
料Aは本発明範囲内、試料B及びCは本発明範囲外であ
る。
前記第1表に於ける分析値に示す如く、本発明装置に適
用される黒鉛材としては、高純度化反応装置から取り出
された状態での全灰分量としては1ppm以下、実質的に
0ppm(検出されない程度)に近いものであるが、取り
出されたあと、包装、運送、引上げ装置内に装着する作
業工程等において、取扱い中、若干の汚染は避けられ
ず、このため少なくとも5ppmの高純度化炭素材を使用
するものである。
用される黒鉛材としては、高純度化反応装置から取り出
された状態での全灰分量としては1ppm以下、実質的に
0ppm(検出されない程度)に近いものであるが、取り
出されたあと、包装、運送、引上げ装置内に装着する作
業工程等において、取扱い中、若干の汚染は避けられ
ず、このため少なくとも5ppmの高純度化炭素材を使用
するものである。
尚、本発明においては、全灰分5ppm以下の高純度黒鉛
材料を用いることにより、前述した様に、引上単結晶の
品質に影響を与える黒鉛部材のアウトガス性等の性質が
改良されるという効果がある。この点をより明瞭になす
見地より、前記試料A、B及びCのアウトガス性を測定
した。
材料を用いることにより、前述した様に、引上単結晶の
品質に影響を与える黒鉛部材のアウトガス性等の性質が
改良されるという効果がある。この点をより明瞭になす
見地より、前記試料A、B及びCのアウトガス性を測定
した。
測定方法は、石英管内に試料(寸法10×10×10m
m)を入れ、真空ポンプで排気し、石英管のコックを閉
めて試料を20分間加熱した。コックを用いて発生した
ガスを質量分析計に導入して、圧力測定及び定性・定量
分析を行った。結果を第3図に示す。
m)を入れ、真空ポンプで排気し、石英管のコックを閉
めて試料を20分間加熱した。コックを用いて発生した
ガスを質量分析計に導入して、圧力測定及び定性・定量
分析を行った。結果を第3図に示す。
全灰分が1ppmの試料Aのアウトガス性は全灰分10ppm
(試料B)と410ppm(試料C)のものと特性が異な
っており、特に約900℃から1100℃の温度範囲に
おいて、試料Aはアウトガス量にほとんど変化はなく平
坦化を示しているが、試料B(全灰分10ppm)と試料
C(全灰分410ppm)は、アウトガス量の増加が見ら
れ、温度1100℃における試料Bと試料Cのアウトガ
ス量は、Aと比較すると、夫々約3.8倍と約13倍多
くなっている。
(試料B)と410ppm(試料C)のものと特性が異な
っており、特に約900℃から1100℃の温度範囲に
おいて、試料Aはアウトガス量にほとんど変化はなく平
坦化を示しているが、試料B(全灰分10ppm)と試料
C(全灰分410ppm)は、アウトガス量の増加が見ら
れ、温度1100℃における試料Bと試料Cのアウトガ
ス量は、Aと比較すると、夫々約3.8倍と約13倍多
くなっている。
又全灰分5ppmのものも同様にアウトガス性を調べたと
ころ、全灰分1ppmの試料Aの特性と余り変わらず、全
灰分1ppmで見られた約900℃〜1100℃間の平坦
化は全灰分5ppmのものでも見られた。
ころ、全灰分1ppmの試料Aの特性と余り変わらず、全
灰分1ppmで見られた約900℃〜1100℃間の平坦
化は全灰分5ppmのものでも見られた。
試料Aで見られた約900℃〜1100℃間のアウトガ
ス量の平坦化は、全灰分が5ppmを越えるとこの平坦化
を示さなくなり、アウトガス量は多くなり始めるため、
このガスが拡散されて溶融体中に取り込まれ、単結晶中
の純度に影響を与える。実際に全灰部が5ppm以下の黒
鉛材と5ppmを越えるもので比較すると、シリコン単結
晶引上を行ったところ、単結晶の品位確保や結晶欠陥発
生防においてその結果に顕著な差があることがわかっ
た。
ス量の平坦化は、全灰分が5ppmを越えるとこの平坦化
を示さなくなり、アウトガス量は多くなり始めるため、
このガスが拡散されて溶融体中に取り込まれ、単結晶中
の純度に影響を与える。実際に全灰部が5ppm以下の黒
鉛材と5ppmを越えるもので比較すると、シリコン単結
晶引上を行ったところ、単結晶の品位確保や結晶欠陥発
生防においてその結果に顕著な差があることがわかっ
た。
第1図は本発明に於いて使用する高純度黒鉛材の製造装
置の一例の断面図を模擬的に示したものであり、第2図
は本発明装置の一例を模擬的に表わしたものである。第
3図は、本発明範囲内のA試料(全灰分1ppm)、本発
明範囲外の試料B及びC(10ppm及び410ppm)のア
ウトガス性の測定結果を示した曲線図である。 (1)……黒鉛ルツボ (2)……黒鉛ヒーター (3)……保温筒 (4)……断熱材 (5)……緩衝材 (6)……スペーサー (7)……ルツボ受皿 (8)……ルツボ受皿の支持体 (9)……ルツボ受皿の支持体カバー (10)……電極(ヒーター)とクランプを固定するため
の固締具 (11)……蒸気洩れ防止リング (12)……電極ヒーター (13)……電極ヒーター用クランプ (14)……液漏れ用受皿 (15)……上部蓋 (16)……石英または窒化ホウ素製ルツボ (17)……シリコン (101)……ガス排出管 (102)……保温材 (103)……保温材 (104)……被加熱炭素材 (105)……高周波コイル (106)……サセプター (107)……受皿 (108)……ガス供給管 (109)……ジャケット (301)……全灰分1ppm)のアウトガス曲線 (302)……全灰分10ppm)のアウトガス曲線 (303)……全灰分410ppm)のアウトガス曲線
置の一例の断面図を模擬的に示したものであり、第2図
は本発明装置の一例を模擬的に表わしたものである。第
3図は、本発明範囲内のA試料(全灰分1ppm)、本発
明範囲外の試料B及びC(10ppm及び410ppm)のア
ウトガス性の測定結果を示した曲線図である。 (1)……黒鉛ルツボ (2)……黒鉛ヒーター (3)……保温筒 (4)……断熱材 (5)……緩衝材 (6)……スペーサー (7)……ルツボ受皿 (8)……ルツボ受皿の支持体 (9)……ルツボ受皿の支持体カバー (10)……電極(ヒーター)とクランプを固定するため
の固締具 (11)……蒸気洩れ防止リング (12)……電極ヒーター (13)……電極ヒーター用クランプ (14)……液漏れ用受皿 (15)……上部蓋 (16)……石英または窒化ホウ素製ルツボ (17)……シリコン (101)……ガス排出管 (102)……保温材 (103)……保温材 (104)……被加熱炭素材 (105)……高周波コイル (106)……サセプター (107)……受皿 (108)……ガス供給管 (109)……ジャケット (301)……全灰分1ppm)のアウトガス曲線 (302)……全灰分10ppm)のアウトガス曲線 (303)……全灰分410ppm)のアウトガス曲線
Claims (15)
- 【請求項1】単結晶引上装置に於いて、黒鉛ルツボ、黒
鉛ヒーター及び黒鉛保温筒の少なくとも1種が、全灰分
5ppm以下の高純度黒鉛材料から成ることを特徴とする
単結晶引上装置。 - 【請求項2】黒鉛ヒーターと反応室外壁との間に使用さ
れる断熱材を構成する材料の少なくとも一部が全灰分5
ppm以下の高純度黒鉛材料から成ることを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の単結晶引上装置。 - 【請求項3】内部ルツボと黒鉛ルツボとの間に使用され
る緩衝材が全灰分5ppm以下の高純度黒鉛材料である特
許請求の範囲第1項に記載の単結晶引上装置。 - 【請求項4】黒鉛ルツボと黒鉛ルツボ受皿との間に使用
されるスペーサーが全灰分5ppm以下の高純度黒鉛材料
である特許請求の範囲第1項に記載の単結晶引上装置。 - 【請求項5】黒鉛ルツボの直下に位置する黒鉛ルツボ受
皿が全灰分5ppm以下の高純度黒鉛材料から成ることを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の単結晶引上装
置。 - 【請求項6】ルツボ受皿の支持体が全灰分5ppm以下の
高純度黒鉛材料である特許請求の範囲第1項に記載の単
結晶引上装置。 - 【請求項7】ルツボ受皿の支持体カバーが全灰分5ppm
以下の高純度黒鉛材料から成ることを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載の単結晶引上装置。 - 【請求項8】ルツボ受皿の下部に位置する液洩れ用受皿
が全灰分5ppm以下の高純度黒鉛材料である特許請求の
範囲第1項に記載の単結晶引上装置。 - 【請求項9】電極用クランプ(連結棒)が全灰分5ppm
以下の高純度黒鉛材料から成ることを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載の単結晶引上装置。 - 【請求項10】電極とクランプとを固締するための固締
具が全灰分5ppm以下の高純度黒鉛材料から成ることを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の単結晶引上装
置。 - 【請求項11】蒸気洩れ防止リングが全灰分5ppm以下
の高純度黒鉛材料から成ることを特徴とする特許請求の
範囲第1項に記載の単結晶引上装置。 - 【請求項12】上記単結晶が半導体用単結晶である特許
請求の範囲第1乃至11項のいずれかに記載の単結晶引
上装置。 - 【請求項13】上記高純度黒鉛材料が等方性である特許
請求の範囲第1乃至11項のいずれかに記載の単結晶引
上装置。 - 【請求項14】上記等方性の範囲が異方比1.1以下であ
る特許請求の範囲第1乃至11項のいずれかに記載の単
結晶引上装置。 - 【請求項15】上記異方比が1.03〜1.10の範囲であ
る特許請求の範囲第1乃至11項のいずれかに記載の単
結晶引上装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62174398A JPH062637B2 (ja) | 1987-07-13 | 1987-07-13 | 単結晶引上装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62174398A JPH062637B2 (ja) | 1987-07-13 | 1987-07-13 | 単結晶引上装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6418986A JPS6418986A (en) | 1989-01-23 |
| JPH062637B2 true JPH062637B2 (ja) | 1994-01-12 |
Family
ID=15977884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62174398A Expired - Lifetime JPH062637B2 (ja) | 1987-07-13 | 1987-07-13 | 単結晶引上装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH062637B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1987
- 1987-07-13 JP JP62174398A patent/JPH062637B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6418986A (en) | 1989-01-23 |
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