JPH11171682A - 単結晶引上装置のカーボンサセプタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、石英ルツボから発生するＳiＯガ
スを交換部材と選択的に反応させることにより、カーボ
ンサセプタの減肉を効果的に防止して長寿命化を図る。 【解決手段】 半導体融液を貯留する石英ルツボを収容
して支持する周方向に分割されたカーボンサセプタの内
周に、その分割線に沿って炭素材料からなる交換部材を
着脱可能に嵌め込む。この交換部材は、カーボンサセプ
タの分割線と重なるように分割され、ＳiＯガスと交換
部材との珪化反応により発生したＣＯガスが、カーボン
サセプタの分割部から外へと放出されるようになってい
る。これにより、交換部材の分割部周辺ではＣＯガス濃
度が上昇せず、ＳiＯガスと交換部材との珪化反応が選
択的に行われることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ルツボを用いて貯
留された半導体融液より半導体単結晶を引き上げる単結
晶引上装置に係わり、特に、半導体融液を貯留するため
の石英ルツボを収容して支持するカーボンサセプタに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコン（Ｓｉ）やガリウムひ素
（ＧａＡｓ）等の半導体単結晶を製造する方法の一つと
して、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と称する）が
知られている。このＣＺ法は、大口径、高純度の単結晶
が無転位あるいは格子欠陥の極めて少ない状態で容易に
得ることができる等の特徴を有することから、様々な半
導体単結晶の製造に用いられている方法である。

【０００３】図５は、前記ＣＺ法を用いたシリコンの単
結晶引上装置の一例を示している。この単結晶引上装置
１は、中空の気密容器であるチャンバー２内に石英ルツ
ボ３、ヒーター４がそれぞれ配置されるとともに、前記
チャンバ２の外部にマグネット５が配置されている。

【０００４】石英ルツボ３は、熱変形による軟化変形を
防止するため、シャフト６によってその軸線回りに回転
可能に支持されるカーボンサセプタ７内に収容されてい
る。また、このカーボンサセプタ７は、冷却時等におけ
る割れを防止するため、周方向に分割されて石英ルツボ
３の外周に組み付けられている。

【０００５】そして、この単結晶引上装置１では、半導
体融液８に上方から回転可能に吊り下ろされた種結晶９
を浸漬してこれを引き上げることにより半導体単結晶１
２を成長させるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体単結
晶の引き上げ操作中、石英ルツボ３から発生したＳiＯ
ガスとカーボンサセプタ７との間では、 ＳiＯ＋２Ｃ→ＳｉＣ＋ＣＯ↑ の珪化反応が進み、カーボンサセプタ７からＣ（炭素）
がＣＯガスとなって離脱して減肉が生じている。

【０００７】この減肉が生じやすい部位については、次
のように説明することができる。すなわち、ヒーター４
による加熱により石英ルツボ３が変形する温度に達する
と、半導体融液８の重みで石英ルツボ３がカーボンサセ
プタ７に密着し、前記ＣＯガスの通り道がカーボンサセ
プタ７の分割部に集中するようになる。

【０００８】この分割部の周辺では、ＣＯガスが該分割
部を通過してカーボンサセプタ７の外に移動できるた
め、ＣＯガス濃度が上昇せず、絶えず前記珪化反応が進
行する。一方、当該分割部以外の部位では、発生したＣ
Ｏガスが移動し難く滞留しやすいため、前記珪化反応が
進み難くなっている。

【０００９】従って、カーボンサセプタ７の分割部で
は、ＣＯガス濃度が上昇せず、前記珪化反応が右辺側に
進む傾向があるため、減肉が他の部位に比べて進みやす
いと考えられる。

【００１０】また、分割部以外の湾曲部７Ａでも分割部
ほどではないが減肉が進んでおり、この湾曲部７Ａが、
単結晶成長軸方向の温度分布において高温領域にあるこ
とから、前記珪化反応を促進させる条件としては温度も
関係していると考えられる。

【００１１】そして、近年、単結晶の長尺化、大口径化
の要求に伴い、石英ルツボ３が大口径化しているため、
原料溶解時あるいは結晶成長時のヒーター４の温度が上
昇し、これにより前記珪化反応が促進されてカーボンサ
セプタ７の寿命が短くなっているという問題が生じてい
る。

【００１２】すなわち、前記珪化反応が進行すると、図
６（ａ）〜（ｃ）に示すように、前記湾曲部７Ａの減肉
が速められ、カーボンサセプタ７を新品のものに交換す
る交換頻度が増加してコストの上昇を来たす。このた
め、従来からカーボンサセプタ７の寿命を延ばすべく、
様々な改良が試みられている。

【００１３】例えば、特許２５７８１２６号には、図７
に示すように、前記ヒーター４からの熱を多く受けて前
記珪化反応が促進されるカーボンサセプタ７の下部内面
にカーボンリング１１を嵌め込み、肉厚の減少したカー
ボンリング１１のみを交換することにより、カーボンサ
セプタ７の長寿命化を図るといった技術が開示されてい
る。

【００１４】また、図８に示すように、カーボンサセプ
タ７の分割線８ａ（図７参照）に沿ってカーボン片１２
を嵌め込むことにより、分割部１３での減肉を抑制する
とともに、肉厚の減少したカーボン片１２を交換可能と
することにより、カーボンサセプタ７の長寿命化を図る
といった技術も考えられる。

【００１５】しかしながら、これらいずれの場合におい
ても、前記珪化反応により発生したＣＯガスの通り道
が、カーボンサセプタ７とカーボンリング１１との当接
部１４（図７参照）およびカーボンサセプタ７とカーボ
ン片１２との当接部１５（図８参照）に集中することに
なるから減肉を効果的に抑制できず、カーボンサセプタ
７の長寿命化には限界があった。

【００１６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、石英ルツボから発生するＳiＯガスを交換部材と選
択的に反応させることにより、カーボンサセプタの減肉
を効果的に防止することのできる単結晶引上装置のカー
ボンサセプタの提供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、かか
る目的を達成するため、本発明の単結晶引上装置のカー
ボンサセプタは、チャンバ内に、半導体融液を貯留する
ための石英ルツボと、該石英ルツボを収容して支持する
ための周方向に分割されたカーボンサセプタとが設けら
れる単結晶引上装置において、前記カーボンサセプタの
内周に、その分割線に沿って炭素材料からなる交換部材
が着脱可能に嵌め込まれ、前記交換部材は、前記カーボ
ンサセプタの分割線と重なるように分割されていること
を特徴とするものである。

【００１８】このような構成では、交換部材がカーボン
サセプタの分割線と重なるように分割されているため、
該交換部材と石英ルツボからのＳiＯガスとの珪化反応
により発生したＣＯガスは、カーボンサセプタの分割部
から外へと放出される。

【００１９】よって、交換部材の分割部周辺ではＣＯガ
ス濃度が上昇せず、ＳiＯガスとの珪化反応が促進され
る。これにより、ＳiＯガスは交換部材の分割部を通過
する間に消費され、カーボンサセプタの分割部を流通し
ないことになる。

【００２０】従って、カーボンサセプタの分割部では、
ＣＯガス濃度が上昇せず、しかもヒーターに面して交換
部材よりも高温状態にあるためにＳiＯガスとの珪化反
応が促進されやすくなっているにもかかわらず、該珪化
反応が抑制される。

【００２１】請求項２に記載の単結晶引上装置のカーボ
ンサセプタは、請求項１記載の単結晶引上装置のカーボ
ンサセプタにおいて、前記交換部材の内周に、その分割
線に沿って切欠が形成されていることを特徴とするもの
である。

【００２２】このような構成としたことにより、ＳiＯ
ガスによる交換部材との珪化反応は、該交換部材に形成
された切欠において促進されることになる。これによ
り、ＳiＯガスと交換部材との珪化反応をより選択的に
行わせることができ、ＳiＯガスとカーボンサセプタと
の珪化反応を効果的に抑制することができる。

【００２３】請求項３に記載の単結晶引上装置のカーボ
ンサセプタは、請求項１または請求項２のいずれかに記
載の単結晶引上装置のカーボンサセプタにおいて、前記
カーボンサセプタの内周に、前記交換部材と前記カーボ
ンサセプタとの当接線を覆う炭素材料からなる遮蔽フィ
ルムが設けられていることを特徴とするものである。

【００２４】このような構成としたことにより、カーボ
ンサセプタと交換部材との当接部におけるＳiＯガスに
よる珪化反応を防止することができるので、該当接部周
辺におけるＳiＯガスとカーボンサセプタとの珪化反応
を効果的に抑制することができる。

【００２５】また、遮蔽フィルムによりＳiＯガスがカ
ーボンサセプタと交換部材との当接部に直接接触するこ
とがなくなるため、交換部材における分割部での珪化反
応がより選択的に行われることになり、ＳiＯガスとカ
ーボンサセプタとの珪化反応をより一層効果的に抑制す
ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態について説明する。図１は、本発明の第一の実
施形態に係るカーボンサセプタの平面図、図２は、図１
のＡ−Ａ線断面図であり、これらの図中、符号２１はカ
ーボンサセプタ、２２は交換部材である。

【００２７】カーボンサセプタ２１は、図１に示すよう
に、周方向に三分割された側面部２１ａ，２１ｂ，２１
ｃから構成され、これらが組み立てられて石英ルツボ
（図示略）を収容するようになっている。

【００２８】カーボンサセプタ２１の内周には、組み立
てられた側面部２１ａ，２１ｂ，２１ｃが互いに当接し
て形成される分割線に沿って交換部材２２を収納するた
めの溝２３が設けられている。

【００２９】交換部材２２は炭素材料からなり、側面部
２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおける直線部２１Ａおよび湾
曲部２１Ｂに対応する溝２３に嵌め込み可能なように板
状部２２ａと湾曲部２２ｂとから構成されている。

【００３０】また、交換部材２２は、前記側面部２１
ａ，２１ｂ，２１ｃ同士が当接して形成される分割線と
重なるように、自身の長さ方向に分割されており、交換
部材２２の分割線２４と側面部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ
の分割線とが同一平面内に配されるようになっている。

【００３１】このような構成としたことにより、石英ル
ツボから発生したＳiＯガスは、カーボンサセプタ２１
の分割線と重なるように分割線２４を境界として分割さ
れた交換部材２２と珪化反応を起こし、該珪化反応によ
り発生したＣＯガスは、図１および図２における矢印Ｇ
で示すように、カーボンサセプタ２１の外へと放出され
る。

【００３２】このため、交換部材２２の分割部周辺で
は、ＣＯガス濃度が上昇せず、ＳiＯガスと当該交換部
材２２との珪化反応が促進される。これにより、ＳiＯ
ガスは交換部材２２の分割部を通過する間に消費され、
カーボンサセプタ２１の分割部を流通しないことにな
る。

【００３３】従って、カーボンサセプタ２１の分割部で
は、ＣＯガス濃度が上昇せず、しかもヒーターに面して
交換部材２２よりも高温状態にあるために珪化反応が促
進されやすくなっているにもかかわらず、ＳiＯガスと
の珪化反応が抑制され、カーボンサセプタ２１自身の肉
厚の減少を有効に防止することができる。

【００３４】よって、本実施形態では、ＳiＯガスとの
珪化反応により肉厚が減少した交換部材２２のみを交換
することで、カーボンサセプタ２１の寿命を延ばして交
換頻度を少なくすることができるので、カーボンサセプ
タ２１に係る総合的なコストを低く抑えることができ
る。

【００３５】次に、図３を参照しながら本発明の第二の
実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係る
カーボンサセプタの要部を示す斜視図であり、同図中、
符号３１はカーボンサセプタ、３２は交換部材である。

【００３６】本実施形態に係るカーボンサセプタ３１
は、側面部３１ａ，３１ｂが組み立てられて形成される
分割線に重なるように分割された交換部材３２が該分割
線に沿って嵌め込まれている点で前記第一の実施形態に
係るカーボンサセプタ２１と共通するが、交換部材３２
の内周に、その分割線に沿って断面くさび状の切欠３３
が設けられている点が異なっている。

【００３７】このような構成とした場合、ＳiＯガスに
よる交換部材３２との珪化反応は、該交換部材３２に形
成された切欠３３において促進され、該交換部材３２の
分割部３４での珪化反応がより選択的に行われることに
なる。

【００３８】よって、本実施形態においても、ＳiＯガ
スとの珪化反応により肉厚の減少した交換部材３２のみ
を交換することで、カーボンサセプタ３１の寿命を延ば
して交換頻度を少なくすることができるので、カーボン
サセプタ３１に係る総合的なコストを低く抑えることが
できる。

【００３９】次に、図４を参照しながら本発明の第三の
実施形態について説明する。図４は、本実施形態に係る
カーボンサセプタの要部を示す斜視図であり、同図中、
符号４１は、カーボンサセプタ、４２は交換部材であ
る。

【００４０】本実施形態に係るカーボンサセプタ４１
は、側面部４１ａ，４１ｂが組み立てられて形成される
分割線に重なるように分割された交換部材４２が該分割
線に沿って嵌め込まれている点で前記第一の実施形態に
係るカーボンサセプタ２１と共通するが、カーボンサセ
プタ４１の内周に、交換部材４２とカーボンサセプタ４
１との当接線４３を覆う炭素材料からなる遮蔽フィルム
４４が設けられている点が異なっている。

【００４１】このような構成とした場合、カーボンサセ
プタ４１と交換部材４２との当接部４５におけるＳiＯ
ガスによる珪化反応を防止することができるので、当該
当接部４５の周辺におけるＳiＯガスとカーボンサセプ
タ４１との珪化反応を効果的に抑制することができる。

【００４２】また、遮蔽フィルム４４によりＳiＯガス
が当接部４５に直接接触することがなくなるため、交換
部材４２との珪化反応がより選択的に行われることにな
り、ＳiＯガスとカーボンサセプタ４１との珪化反応を
より一層効果的に抑制することができる。

【００４３】よって、本実施形態によっても、ＳiＯガ
スとの珪化反応により肉厚の減少した交換部材４２のみ
を交換することで、カーボンサセプタ４１の寿命を延ば
して交換頻度を少なくすることができるので、カーボン
サセプタ４１に係る総合的なコストを低く抑えることが
できる。

【００４４】なお、図４には、遮蔽フィルム４４が前記
当接線４３の上部を覆っていない状態を示しているが、
当該遮蔽フィルム４４を、当接線４３全てを覆うように
設けても構わない。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、次のような効果を奏することができる。 （ａ）請求項１記載の単結晶引上装置のカーボンサセプ
タによれば、交換部材がカーボンサセプタの分割線と重
なるように分割されているため、ＳiＯガスとカーボン
サセプタとの珪化反応を抑制し、ＳiＯガスによる珪化
反応を交換部材と選択的に行わせることができる。

【００４６】従って、ＳiＯガスとの珪化反応により肉
厚の減少した交換部材のみを交換するだけで、カーボン
サセプタの交換頻度を少なくでき、総合的なコストを低
く抑えることができる。

【００４７】（ｂ）請求項２記載の単結晶引上装置のカ
ーボンサセプタによれば、ＳiＯガスによる交換部材と
の珪化反応が切欠において選択的に行われることにな
る。これにより、カーボンサセプタの寿命のさらなる延
長を図ることができ、総合的なコストをより低く抑える
ことができる。

【００４８】（ｃ）請求項３記載の単結晶引上装置のカ
ーボンサセプタによれば、カーボンサセプタと交換部材
との当接部におけるＳiＯガスによる珪化反応を防止す
ることができるので、該当接部におけるＳiＯガスとカ
ーボンサセプタとの珪化反応を効果的に防止することが
できる。

【００４９】また、遮蔽フィルムによりカーボンサセプ
タと交換部材との当接部がＳiＯガスに直接接触するこ
とがなくなるため、交換部材における分割部での珪化反
応がより選択的に行われることになり、ＳiＯガスとカ
ーボンサセプタとの珪化反応をより一層効果的に抑制す
ることができる。よって、カーボンサセプタの寿命を飛
躍的に延長することができ、総合的なコストをより一層
低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施形態に係るカーボンサセ
プタの平面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】 本発明の第二の実施形態に係るカーボンサセ
プタの要部を示す斜視図である。

【図４】 本発明の第三の実施形態に係るカーボンサセ
プタの要部を示す斜視図である。

【図５】 従来の単結晶引上装置の一例の要部を示す断
面図である。

【図６】 （ａ）はカーボンサセプタが局部的に減肉し
た状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面
図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図７】 従来のカーボンサセプタの第一の改良例を示
す斜視図である。

【図８】 従来のカーボンサセプタの第二の改良例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

２１、３１、４１ カーボンサセプタ ２４ 分割線 ２２、３２、４２ 交換部材 ３３ 切欠 ４３ 当接線 ４４ 遮蔽フィルム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 勝人 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者 熱海 貴 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ内に、半導体融液を貯留するた
   めの石英ルツボと、該石英ルツボを収容して支持するた
   めの周方向に分割されたカーボンサセプタとが設けられ
   る単結晶引上装置において、 前記カーボンサセプタの内周に、その分割線に沿って炭
   素材料からなる交換部材が着脱可能に嵌め込まれ、 前記交換部材は、前記カーボンサセプタの分割線と重な
   るように分割されていることを特徴とする単結晶引上装
   置のカーボンサセプタ。
2. 【請求項２】 前記交換部材の内周に、その分割線に沿
   って切欠が形成されていることを特徴とする請求項１記
   載の単結晶引上装置のカーボンサセプタ。
3. 【請求項３】 前記カーボンサセプタの内周に、前記交
   換部材と前記カーボンサセプタとの当接線を覆う炭素材
   料からなる遮蔽フィルムが設けられていることを特徴と
   する請求項１または請求項２のいずれかに記載の単結晶
   引上装置のカーボンサセプタ。