Graphite crucible for silicon single crystal pull-up apparatus
专利汇可以提供Graphite crucible for silicon single crystal pull-up apparatus专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE:To prolong the service life of a graphite crucible to be used in Czochralski process by forming a silicon carbide layer having a prescribed thickness on the outer side wall of the crucible, thereby covering the whole surface of the crucible with a silicon carbide layer and suppressing the thermal strain to suppress the warpage and cracking of the crucible. CONSTITUTION:This graphite crucible is used in pulling up a silicon single crystal by Czochralski process. A silicon carbide layer having a thickness of 50-200mum is formed on the outer side wall surface of the graphite crucible before use. The inner surface of the crucible is gradually converted to silicon carbide by SiO2 gas, etc., according to the use of the crucible and finally the whole surface of the crucible is covered with silicon carbide. The thermal expansion of the inner surface of the crucible becomes nearly equal to that of the outer surface to suppress the warpage and cracking and prolong the service life of the crucible.，下面是Graphite crucible for silicon single crystal pull-up apparatus专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン（Ｓｉ）単結晶引上げ装置用黒鉛ルツボに関する。
【０００２】
【従来の技術】高純度シリコン単結晶を製造する方法としては、従来から主にチョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒ
ａｌｓｋｉ）法と呼ばれる回転引上げ法が用いられている。 この方法に用いられる装置は、石英ルツボとその外周に黒鉛ルツボを備えており、石英ルツボ内のシリコン融液は、黒鉛ヒーターにより周囲から加熱することによって作成される。
【０００３】ところが、シリコン単結晶の引上げ中に黒鉛ルツボは約１４５０℃に加熱されるため、黒鉛ルツボの内面が石英ルツボと反応して一酸化炭素（ＣＯ）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）等のガスが生成し、黒鉛ルツボの消耗が進行する一方、生成したＳｉＯガスが黒鉛ルツボと反応し、黒鉛ルツボの表層部分が炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）に転化される。 これら黒鉛ルツボの消耗および炭化ケイ素化は、黒鉛ルツボの繰返しの使用により更に内部に向かって進行し、特にＣＯ、ＳｉＯの発生源、すなわち、石英ルツボとの接触面である黒鉛ルツボの内面で最も激しく反応が進行する。 また黒鉛ルツボの外面には、
シリコン単結晶引上げ時に発生するＳｉ蒸気やＳｉＯガス等の炉内雰囲気ガスの反応で生成したＳｉが液滴状になって付着し、更にこのＳｉは一部が黒鉛ルツボと反応して表面を炭化ケイ素化する。 そして前述のような黒鉛ルツボの消耗により黒鉛ルツボの強度が低下し、また黒鉛ルツボ表面のうち特に内面の炭化ケイ素化により、熱膨張係数の違いに起因する熱歪みが生じて黒鉛ルツボに反りが発生する。 その結果、黒鉛ルツボの耐久寿命が短くなる。
【０００４】そこで、このようなルツボの反りを低減するために従来においては、黒鉛ルツボと石英ルツボとの反応を抑えるために、黒鉛ルツボの内面を炭化ケイ素化したり（特開昭５８−１７２２９５号公報）、また炉内雰囲気による炭化ケイ素化も抑制するために黒鉛ルツボの全表面を炭化ケイ素化する（特開昭６３−１６６７８
９号公報）ことが行われていた。 炭化ケイ素の層の厚みについては、特開昭５８−１７２２９５号によれば、炭化ケイ素の厚みを厚くする程黒鉛ルツボの寿命が長くなることが判明したと記載し、その実施例には、１ｍｍと２ｍｍの炭化ケイ素の被覆、または転化した黒鉛ルツボを使用している。
【０００５】ところが、内面に炭化ケイ素の層を有する黒鉛ルツボを使用すると、前記した炭化ケイ素と黒鉛との熱膨張係数の違いに起因する熱歪みと、炭化ケイ素の層は直接石英ルツボと接触するために、該炭化ケイ素の層は黒鉛ルツボと石英ルツボの熱膨張係数（石英ルツボの熱膨張係数約０．５×１０ −６ ／℃、黒鉛ルツボの熱膨張係数４〜５×１０ −６ ／℃）の差による摩擦力を受けてしまう。 炭化ケイ素は機械衝撃性や靭性が低いため、この熱歪みと摩擦力によって、黒鉛ルツボのわずかな反りでも亀裂が発生してしまい、耐久寿命が短かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題点を解決することにより、耐久寿命の長いシリコン単結晶引上げ用黒鉛ルツボを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、シリコン単結晶引上げ装置用黒鉛ルツボの外側壁面の表層部に５０〜２００μｍの炭化ケイ素の層を設けることを主旨とするものであり、その背景についてまず説明する。
【０００８】本発明者らは、石英ルツボと接触し、加えてＳｉＯガスやＳｉ蒸気等の炉内雰囲気の影響も受ける黒鉛ルツボの内面の方が外面よりも消耗が大きく、早く炭化ケイ素化されること、更に、炭化ケイ素の層はＳｉ
ＯガスやＳｉ蒸気の反応を抑えることができることの両方に着目して、鋭意研究した結果、黒鉛ルツボの外側壁面表層部（以下、外面という）に予め炭化ケイ素の層を設けておけば、耐久寿命を長くすることができることを見出した。
【０００９】このように、予め黒鉛ルツボの外面のみに炭化ケイ素の層を設けておけば、ルツボを使用するにつれて、外面にはＳｉＯガスやＳｉ蒸気との反応がほとんど起こらず、内面のみが炭化ケイ素化されることになる。 つまり、黒鉛ルツボの全表面に炭化ケイ素化された層が存在することになって、黒鉛ルツボの内面と外面との熱膨張係数がほぼ等しくなり、熱歪みを緩和することができ、黒鉛ルツボの反りや亀裂を抑制することができる。
【００１０】本発明の黒鉛ルツボは、一例を挙げると、
図１に示すごとき構成を有する。 図１は炭化ケイ素の層を外面に被覆した例を示しており、該炭化ケイ素層の厚みを誇張拡大して描いているが、実際の厚みは５０〜２
００μｍである。 黒鉛ルツボの形状は、図１の形状に限定されるものではなく、シリコン単結晶引上げ装置に使用されている黒鉛ルツボであれば良い。 炭化ケイ素の層４を設ける黒鉛ルツボの場所は、図１に示すごとく、ルツボの使用によって炭化ケイ素化される内面１に対応している外面２であり、黒鉛ルツボの上端面３や、二つ以上に分割された黒鉛ルツボの場合の合せ面（図示せず）
は、炭化ケイ素の層を設けなくとも良い。 また、特に効果のある場所は、肉厚が１３〜２５ｍｍである黒鉛ルツボの外面であることが分かった。 この範囲の場所は、黒鉛ルツボの部位の内でも強度が低く、僅かの熱歪みでも亀裂が生じてしまうためである。 これらの炭化ケイ素の厚みは、５０〜２００μｍの範囲内であるならば、ルツボの部分間で比べた場合に均一になっていてもよく、あるいは厚みに分布を持たせても良い。
【００１１】本発明で使用する黒鉛ルツボの基体としては、特に限定されるものではなく、例えば炭素、黒鉛、
炭素繊維強化炭素複合材料等が挙げられる。 その中でも、熱伝導性、熱膨張係数等がＸ，Ｙ，Ｚ軸方向でほぼ等しい等方性黒鉛ブロックをルツボ形状に加工した基体として用いることが望ましい。 黒鉛ルツボとしては、一体物だけでなく、縦分割、水平分割の何れも適用でき、
また二分割以上に分割された形状であっても差し支えない。
【００１２】また、不純物の濃度ができるだけ少ない黒鉛ルツボが望ましく、ＪＩＳ Ｒ−７２２３（高純度黒鉛素材の化学分析方法）に定められる方法で測定した灰分濃度が５ｐｐｍ以下に高純度化されたルツボ基体を使用することが、シリコン単結晶の品質上好ましく、また、緻密で高純度な炭化ケイ素の層を形成させることができる。
【００１３】本発明において、炭化ケイ素の層とは、炭化ケイ素のみから成る層や炭化ケイ素を主成分とする層を意味し、主成分である場合のその他の含有成分としてはケイ素や炭素の単体や化合物が挙げられ、例えば、表層部分を炭化ケイ素に転化した層、または／及び表面に炭化ケイ素を被覆した層などがある。 黒鉛ルツボの外面に炭化ケイ素の層を形成する手段としては公知のもので良く、黒鉛ルツボの内面等の炭化ケイ素の層を設ける必要のない表面を高純度黒鉛材などで遮蔽（マスキング）
して層を形成させないようにし、外面表層部分を炭化ケイ素に転化する方法（コンバージョン法）、外面に炭化ケイ素を化学蒸着法で被覆する方法（ＣＶＤ−ＳｉＣ
法）で炭化ケイ素の層を形成することができるが、これ以外の公知の方法でも良い。 また、炭化ケイ素に転化した層をより緻密にするため、該転化層にケイ素を含浸させても効果がある。
【００１４】炭化ケイ素の層の厚みは、前述した特開昭５８−１７２２９５号とは異なり、５０〜２００μｍである。 炭化ケイ素の層の厚みが５０μｍ未満のような薄い炭化ケイ素の層は、ルツボの反りの発生を十分に抑えることができず、また２００μｍを超えるような厚い炭化ケイ素の層は、黒鉛ルツボのわずかな反りでも該炭化ケイ素層に亀裂が生じてしまうことが、今回初めて分かったためである。
【００１５】
【作用】前記したように、予め黒鉛ルツボの外面に炭化ケイ素の層を有することによって、外面はＳｉＯガスやＳｉ蒸気との反応がほとんど起こらず、内面のみが炭化ケイ素化されることになる。 つまり、ルツボを使用するにしたがって、黒鉛ルツボの全表面に炭化ケイ素の層が存在することになり、黒鉛ルツボの内面と外面との熱膨張係数がほぼ等しくなるため、熱歪みを抑えることができ、黒鉛ルツボの反りや亀裂を抑制する。
【００１６】
【実施例】本発明をシリコン単結晶の引上げにおいて、
縦に三分割した１６インチの黒鉛ルツボを使用した実施例で説明するが、これに限定されるものではない。
【００１７】実施例１〜３ 灰分が５ｐｐｍの等方性高純度黒鉛ルツボ三組の外面にＣＶＤ法により、それぞれ５０、１２０、２００μｍの膜厚の炭化ケイ素を蒸着したもの。
【００１８】比較例１〜２ 灰分が５ｐｐｍの等方性高純度黒鉛ルツボ二組の外面にＣＶＤ法により、それぞれ３０、２５０μｍの膜厚の炭化ケイ素を蒸着したもの。
【００１９】比較例３〜５ 灰分が５ｐｐｍの等方性高純度黒鉛ルツボ三組の全表面にＣＶＤ法により、それぞれ５０、１２０、２００μｍ
の膜厚の炭化ケイ素を蒸着したもの。
【００２０】比較例６〜８ 灰分が５ｐｐｍの等方性高純度黒鉛ルツボ三組の内面にＣＶＤ法により、それぞれ５０、１２０、２００μｍの膜厚の炭化ケイ素を蒸着したもの。
【００２１】比較例９ 灰分が５ｐｐｍの等方性高純度黒鉛ルツボ一組を全く炭化ケイ素化せず、そのまま使用したもの。
【００２２】以上の黒鉛ルツボを使用して、シリコン単結晶の引上げを繰返し行い、黒鉛ルツボの状態を調べた。 結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１より、内面に炭化ケイ素の層が存在している比較例３〜８の使用寿命回数は全て一回であった。 外面のみに炭化ケイ素の層を設けている黒鉛ルツボは、該炭化ケイ素層の厚みが５０〜２００μｍの範囲を超えると、著しく使用寿命回数が減少することが分かった。 また、コンバージョン法で炭化ケイ素の層を形成させた黒鉛ルツボでもほぼ同様の結果であった。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、外面のみに厚み５０〜２
００μｍの炭化ケイ素の層を設けた黒鉛ルツボは、全表面や内面に炭化ケイ素の層を有した黒鉛ルツボや、全く炭化ケイ素化をしなかった黒鉛ルツボに比較して、反りや亀裂の発生もなく格段に耐久寿命を長くすることができる。 以上のことから、本発明はシリコン単結晶引上げ装置用黒鉛製ルツボの寿命を大幅に向上させることができ、工業上極めて有用である。
【図１】黒鉛ルツボの縦断面図である。
１ 内面 ２ 外面 ３ 上端面 ４ 炭化ケイ素の層
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 单晶硅的制造方法、外延硅晶片、以及单晶硅基板 | 2020-05-12 | 181 |
| 一种冶炼烟气制硫磺的工艺 | 2020-05-12 | 918 |
| 硫磺尾气排放处理工艺及装置 | 2020-05-17 | 527 |
| 一种功能化离子液体吸收烟气中二氧化硫并用克劳斯反应低温再生的工艺方法 | 2020-05-15 | 989 |
| 一种超重力克劳斯尾气脱硫系统装置及应用 | 2020-05-16 | 476 |
| 一种酸性气处理的方法和装置 | 2020-05-08 | 626 |
| TiO2基催化剂前体材料、其制备及其用途 | 2020-05-17 | 996 |
| 克劳斯尾气处理方法及处理系统 | 2020-05-08 | 350 |
| 低浓度酸性气的硫磺回收工艺 | 2020-05-16 | 708 |
| 基于硫磺回收装置的克劳斯配风控制系统 | 2020-05-11 | 556 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
