專利名稱：：碳質(zhì)坩堝的保護方法以及單晶拉制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及碳質(zhì)坩堝的保護方法以及單晶拉制(引^上W)裝置，更具體而言，涉及具有石英坩堝和內(nèi)插該石英坩堝的碳質(zhì)柑堝的坩堝裝置，特別涉及保護單晶拉制用熔化坩堝裝置的碳質(zhì)坩堝的方法以及使用了該保護方法的單晶拉制裝置。
背景技術(shù)：
：以往具有石墨坩堝和石英坩堝的柑堝裝置作為代表性地作為單晶拉制熔化坩堝裝置而被使用。在該半導體制造工序中，作為代表性的單晶拉制裝置，已知有根據(jù)切克勞斯基單晶生長法(以下，稱為"cz法")而制成的單晶拉制裝置(以下，稱為"cz裝置")。在根據(jù)該cz法而制成的單晶拉制裝置中，由于石墨坩堝和石英坩堝直接接觸，因此與石英坩堝接觸的石墨坩堝的接觸面在石英坩堝和石墨坩堝的反應、或由Si產(chǎn)生的SiO氣體等反應的作用下，發(fā)生碳化硅(以下稱為SiC)化，由于與石墨的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此，為了解決所述問題，提出了一種技術(shù)，其通過將由膨脹石墨材料形成的保護膜(以下，簡稱為膨脹石墨)夾設在現(xiàn)有的石英坩堝和石墨坩堝之間，并覆蓋石墨坩堝的內(nèi)表面，由此防止石墨坩堝的破損并使壽命保持較長(例如，參照專利文獻l)。專利文獻l:專利第2528285號公報。然而，由于作為上述現(xiàn)有的保護膜而使用的膨脹石墨膜只有一片，因此在坩堝的內(nèi)表面鋪設時，存在以下的問題。(1)將一片膨脹石墨膜覆蓋在石墨坩堝的內(nèi)表面時，由于石墨坩堝的內(nèi)表面是曲面形狀，因此難以使用一片膨脹石墨膜來無間隙地覆蓋石墨坩堝的內(nèi)表面。(2)膨脹石墨膜通過壓縮絮狀的膨脹石墨而獲得，具有強度較弱的性質(zhì)。因此，若使一片膨脹石墨膜沿著坩堝的內(nèi)表面，則會產(chǎn)生破損、折3彎。另一方面，若使這樣的一片膨脹石墨膜無破損地覆蓋石墨坩堝的內(nèi)表面，則需要較長的作業(yè)時間。(3)進而，隨著近年來的坩堝的大型化，一片石墨膜的尺寸也變得較大，因此膨脹石墨膜的破損、作業(yè)性不好且作業(yè)時間長等上述問題變得更加顯著。還有，在專利文獻1中公開了在一片膨脹石墨膜的下表面設置裂縫的技術(shù)(參照專利文獻1的第6圖、第7圖)，但實際與一片保護膜沒有差別，也會產(chǎn)生與上述(1)(3)相同的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明鑒于所述情況而產(chǎn)生，目的在于提供一種作業(yè)時間顯著地降低、且能夠不使膜破損而無間隙地覆蓋在坩堝的內(nèi)表面、并且適用于坩堝的大型化的碳質(zhì)坩堝的保護方法以及使用了該方法的單晶拉制裝置。用于實現(xiàn)所述目的的本發(fā)明是一種碳質(zhì)坩堝的保護方法，其將由膨脹石墨材料構(gòu)成的保護膜夾設在石英坩堝和載置該石英坩堝的碳質(zhì)坩堝之間，所述碳質(zhì)坩堝的保護方法的要旨在于，所述保護膜在所述坩堝間的鋪設中，將組合為一體的形狀的兩個以上構(gòu)成的保護膜片鋪設在碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面。這里，用語"碳質(zhì)坩堝"是指包括由石墨材料構(gòu)成的石墨坩堝和由碳纖維強化碳復合材料(所謂的c/c材料)構(gòu)成的坩堝(以下，稱為c/c坩堝)的兩者在內(nèi)的坩堝，當然也可以對這些石墨坩堝或c/c坩堝實施熱分解碳等的覆蓋或浸滲。如上所述，保護膜在所述坩堝間的鋪設中將組合為一體的形狀的兩個以上構(gòu)成的保護膜片鋪設在碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面，由此與將一片保護膜本身鋪設在碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面的情況相比，作業(yè)性明顯地提高且能夠大幅地降低作業(yè)時間。特別地，在大型坩堝的情況下，若使用一片保護膜，則尺寸變得相當大，操作變得困難，并且為了無破損地沿碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面鋪設，在鋪設作業(yè)上需要長時間。與此相對，若使用分割為多個的保護膜片，則操作容易，且能夠縮短作業(yè)時間。此外，若裁斷分割為易于沿曲面形狀的坩堝內(nèi)表面鋪設的尺寸以及形狀，則形狀追隨性良好，從而能夠無間隙地覆蓋坩堝內(nèi)表面。進而，通過分割為多個，能夠在膜的運輸時劃分為適當?shù)臄?shù)量來進行運輸，與運輸一片膜的情況相比運輸變得容易。在本發(fā)明中，優(yōu)選保護膜片具備在鋪設于碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面的狀態(tài)下固定相鄰的保護膜片彼此的固定機構(gòu)。膨脹石墨膜自身潤滑性高，因此即使在碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面鋪設保護膜片，也會產(chǎn)生滑動而導致位置偏移。因此，若保護膜片具備對相鄰的保護膜片彼此進行固定的固定機構(gòu)，則可以不易產(chǎn)生位置偏移，從而能夠可靠地覆蓋坩堝內(nèi)表面中容易SiC化的部位。在本發(fā)明中，在所述碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面，相鄰的保護膜片彼此大致無間隙且不重疊地鋪設。一如上所述，通過使相鄰的保護膜片彼此大致無間隙地鋪設，由此能夠完全地覆蓋碳質(zhì)坩堝內(nèi)表面中容易SiC化的部位，從而能夠提高對碳質(zhì)坩堝內(nèi)表面的SiC化的抑制。另外，通過使相鄰的保護膜片彼此重疊較少地鋪設，能夠使碳質(zhì)坩堝整體的溫度分布均勻，并能夠防止碳質(zhì)坩堝的裂紋。這是因為，若使相鄰的保護膜片彼此重疊鋪設，則在該部分產(chǎn)生溫度不均，導致碳質(zhì)坩堝整體不能處于均勻的溫度分布，由此在碳質(zhì)坩堝熱膨脹時產(chǎn)生裂紋。在本發(fā)明中，碳質(zhì)坩堝由石墨材料構(gòu)成且分別將分割為多個的坩堝部分對接而成，所述保護膜片以至少覆蓋所述對接部的方式鋪設在碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面。在碳質(zhì)坩堝為石墨坩堝時，分別將分割為多個的坩堝部分對接而形成坩堝。因此可知，由于SiO氣體從這些對接部分(所謂的分割面)通過，從而這些對接部分選擇性地發(fā)生SiC化。因此，通過分割為多個長條狀，并將該分割的保護膜片沿對接部分鋪設，能夠防止石墨坩堝的破損且使壽命保持為較長。在本發(fā)明中，在碳制坩堝為由碳纖維強化碳復合材料構(gòu)成的坩堝(以下，稱為c/c坩堝)時，優(yōu)選保護膜片以覆蓋碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面中至少容易發(fā)生SiC化的部分、即從坩堝的底部朝向直體部的曲面部分，或者碳質(zhì)坩堝全部的全部的方式鋪設。在為C/C坩堝時，由于SiO氣體從坩堝內(nèi)表面的全部通過，因此將保護膜片鋪設為覆蓋碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面的全部，從而能夠防止c/c坩堝的破損且使壽命保持為較長。進而，本發(fā)明的要旨在于使用了所述碳質(zhì)坩堝的保護方法的單晶拉制裝置。通過將該方法適用于硅單晶體等的拉制裝置，而能夠進行均勻的加熱，從而能夠制造結(jié)晶缺陷少的硅單晶體。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，保護膜在所述坩堝間的鋪設中將組合為一體的形狀的兩個以上構(gòu)成的保護膜片鋪設在碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面，由此與將一片保護膜本身鋪設在碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面的情況相比，作業(yè)性明顯地提高且能夠大幅地降低作業(yè)時間。特別地，在大型坩堝的情況下，若使用一片保護膜，則尺寸變得相當大，操作變得困難，并且為了無破損地沿碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面鋪設，在鋪設作業(yè)上需要長時間。與此相對，若使用分割為多個的保護膜片，則操作容易，且能夠縮短作業(yè)時間。此外，若裁斷分割為易于沿曲面形狀的坩堝內(nèi)表面鋪設的尺寸以及形狀，則形狀追隨性良好，能夠無間隙地覆蓋坩堝的內(nèi)表面。進而，通過分割為多個，能夠在膜的運輸時劃分為適當?shù)臄?shù)量來進行運輸，與運輸一片膜的情況相比運輸變得容易。圖1是單晶拉制裝置的要部剖面圖。圖2是坩堝的放大剖面圖。圖3是表示保護膜片的鋪設方式的圖。圖4是表示保護膜片的另一鋪設方式的圖。符號說明l-石英坩堝，2-碳質(zhì)坩堝，3-加熱器，4-上環(huán)，5-內(nèi)遮護板，6-原料熔液，7-單晶體，IOA、10B-保護膜片，11-對接部分。具體實施例方式以下，根據(jù)實施方式對本發(fā)明進行詳細敘述。需要說明的是，本發(fā)明并不局限于以下的實施方式。本發(fā)明首先對圖l所示的單晶拉制裝置的坩堝簡要結(jié)構(gòu)進行說明，接下來對保護使用了本發(fā)明的保護膜的碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面的方法進行說明。(單晶拉制裝置的結(jié)構(gòu))圖1是單晶拉制裝置的要部剖面圖，圖2是坩堝的放大剖面圖。如圖1所示，CZ裝置由支承石英坩堝1的碳質(zhì)坩堝2、加熱器3、上環(huán)4、內(nèi)遮護板5等構(gòu)成。這樣，在CZ裝置中，通過配置在石英坩堝1的周圍的加熱器3將石英坩堝1內(nèi)的原料加熱至高溫而形成原料熔液6，將該原料熔液6進行拉制并同時得到單晶體7。如圖1所示，碳質(zhì)坩堝2與石英坩堝1直接接觸。因此，碳質(zhì)坩堝2的與石英坩堝1的接觸面在石英坩堝和碳質(zhì)坩堝的反應、或由Si產(chǎn)生的SiO氣體等反應的作用下，發(fā)生碳化硅(以下稱為SiC)化，由于與石墨的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此，為了解決所述問題，如圖2所示，將本發(fā)明的由膨脹石墨材料構(gòu)成的保護膜10夾設在石英坩堝1和碳質(zhì)坩堝2之間。本發(fā)明的保護膜10由分割為多個的保護膜片構(gòu)成。換言之，預先將由一片膨脹石墨材料構(gòu)成的保護膜分割為多個，該被分割的保護膜片無間隙地鋪設在碳質(zhì)坩堝2的內(nèi)表面。(保護膜片的鋪設方式)碳質(zhì)坩堝2已知有由石墨材料構(gòu)成的石墨坩堝以及由碳纖維強化碳復合材料(C/C材料)形成的坩堝(以下，稱為C/C材料坩堝)。在為石墨坩堝時，由于運輸?shù)鹊谋憷裕謩e將例如分割為2分割或3分割的坩堝部分對接而形成坩堝。因此可知，由于SiO氣體從這些對接部分(所謂的分割面)通過，因此這些對接部分選擇性地發(fā)生SiC化。因此，如圖3所示，預先將形成長條狀的一片保護膜分割為多個，分別將這些被分割的保護膜片10A沿對接的部分11鋪設。圖3例示了2分割，但也可以分割為3分割、4分割等。另外，并不局限于等分割，也可以分割為含有大小的尺寸。在為C/C材料坩堝時，優(yōu)選沿坩堝的內(nèi)表面的全部進行鋪設。因此，如圖4所示，將一片保護膜分割為上部構(gòu)成長條狀且下部構(gòu)成沿著球面狀的底部的曲面狀，分別將其被分割的保護膜片10B沿C/C材料坩堝的內(nèi)表面的全部進行鋪設。需要說明的是，分割的方式并不局限于此，例如也可以分割為球面狀的底部和內(nèi)周部，并且進一步將內(nèi)周部分割為多個。如上所述預先將一片由膨脹石墨材料構(gòu)成的保護膜裁斷分割為規(guī)定形狀以及尺寸，分別將這些被分割的保護膜片鋪設在碳質(zhì)柑堝的內(nèi)表面，由此易于沿著曲面形狀的坩堝內(nèi)表面，從而在為石墨坩堝時能夠無間隙地覆蓋容易發(fā)生SiC化的對接部分，另外，在為C/C材料坩堝時，能夠無間隙地覆蓋坩堝內(nèi)表面的全部。其結(jié)果，提高了對碳質(zhì)坩堝5的內(nèi)表面的SiC化的抑制。另外，通過使用這樣被分割的保護膜片，與使用一片保護膜的情況相比，操作容易且作業(yè)性提高。因此，即使坩堝大型化，也能夠不使膜破損，并且不耗費作業(yè)時間地鋪設在坩堝內(nèi)表面。另外，膨脹石墨膜自身潤滑性高，因此，即使在碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面鋪設保護膜片，也會產(chǎn)生滑動而導致位置偏移。特別地，將保護膜片鋪設在碳質(zhì)坩堝內(nèi)表面后，在內(nèi)插石英坩堝時，由于碳質(zhì)坩堝和石英坩堝的間隔極小，因此石英坩堝與鋪設完成的保護膜片接觸而可能產(chǎn)生位置偏移。因此，為了使暫時鋪設在規(guī)定位置上的保護膜片不產(chǎn)生位置偏移，保護膜片也可以具備固定相鄰的保護膜片彼此的固定機構(gòu)。作為固定機構(gòu)，例示了如下結(jié)構(gòu)，例如在相鄰的保護膜片中的一方的保護膜片的端部設置凸部，在另一方的保護膜片的端部設置與所述凸部嵌合的凹部，將凸部插入凹部而進行鋪設。另外，作為其他方法，也可以是在一方的保護膜片的端部設置裂縫、將另一個保護膜片插入該裂縫的結(jié)構(gòu)。當然，也可以是其他的固定方法，只要是能夠固定相鄰的保護膜片彼此的方法，任何結(jié)構(gòu)均可。(保護膜片的制造方法)所述保護膜片通過以下方法制作。一片膨脹石墨膜是由膨脹化石墨制造而成的膜狀的材料，對其代表例進行如下所述的說明。首先，對天然或合成鱗片狀石墨或集結(jié)石墨等通過氧化劑進行處理，在石墨粒子中形成層間化合物，接下來將它們加熱至高溫優(yōu)選急劇地暴露于高溫而快速膨脹。通過該處理，在石墨粒子的層間化合物的氣體壓力的作用下，在層平面直角方向上石墨粒子被擴大且體積急劇膨脹為通常的100250倍左右。作為此時使用的氧化劑采用能夠形成層間化合物的物質(zhì)，例示了例如在硫酸和硝酸的混合酸、或在硫酸中混合有硝酸鈉或過錳酸鉀等氧化劑的物質(zhì)。接下來，將雜質(zhì)在灰分50ppm以下、優(yōu)選在30ppm以下去除后，對該膨脹化石墨通過適當?shù)姆绞健⒗鐗嚎s或輥軋成形而形成膜狀，從而制8成膨脹石墨膜。接下來，將通過所述方法制成的膨脹石墨膜根據(jù)所述鋪設方式裁斷分割為規(guī)定尺寸以及形狀，從而制成保護膜片。實施例以下，根據(jù)實施例對本發(fā)明迸行更加具體地說明。需要說明的是，本發(fā)明并不局限于以下的實施例。(實施例1)與所述實施方式相同的石墨坩堝(被2分割的石墨坩堝)，尺寸為22英寸，將通過與所述實施方式相同的方法制成的被2分割的保護膜片(以下，稱為本發(fā)明膜片A1)沿石墨坩堝的對接部鋪設，進行了50次CZ裝置的真機試驗。對此時的將保護膜片鋪設在石墨坩堝的時間(作業(yè)時間)、保護膜片破損而導致不能使用的比例(不合格率)以及石墨坩堝的耐久性進行了測定，其結(jié)果如表l所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>(實施例2)石墨坩堝的尺寸為40英寸，并且使用了與此對應的尺寸的被2分割的保護膜片(以下，稱為本發(fā)明膜片A2)，除此之外，在與實施例l相同的條件下進行真機試驗，對作業(yè)時間、不合格率以及耐久性進行了測定，其結(jié)果如表1所示。(比較例1)使用了沒有被2分割的一片長條狀的保護膜(以下，稱為比較膜Z1)，除此之外，在與實施例l相同的條件下進行真機試驗，對作業(yè)時間、不合格率以及耐久性進行了測定，其結(jié)果如表l所示。(比較例2)石墨坩堝的尺寸為40英寸，并且使用了與此對應的尺寸的一片長條狀的保護膜片(以下，稱為比較膜片Z2)，除此之外，在與實施例l相同的條件下進行真機試驗，對作業(yè)時間、不合格率以及耐久性進行了測定，其結(jié)果如表1所示。(實施例3)與所述實施方式相同的C/C坩堝，尺寸為22英寸，將與所述實施方式同樣地被分割的保護膜片(以下，稱為本發(fā)明的膜片Bl)以全部覆蓋C/C坩堝的內(nèi)表面的方式鋪設，進行了50次CZ裝置的真機試驗。對此時的將保護膜片鋪設在C/C柑堝的時間(作業(yè)時間)、保護膜片破損而導致不能使用的比例(不合格率)以及C/C坩堝的耐久性進行了測定，其結(jié)果如表2所示。、<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>(實施例4)C/C坩堝的尺寸為40英寸，并且使用了與此對應的尺寸的被分割的保護膜片(以下，稱為本發(fā)明的膜片B2)，除此之外，在與實施例3相同的條件下進行真機試驗，對作業(yè)時間、不合格率以及耐久性進行了測定，其結(jié)果如表2所示。(比較例3)使用了沒有被2分割的一片保護膜(以下，稱為比較膜Y1)，除此之外，在與實施例3相同的條件下進行真機試驗，對作業(yè)時間、不合格率以及耐久性進行了測定，其結(jié)果如表2所示。(比較例4)C/C坩堝的尺寸為40英寸，并且使用了與此對應的尺寸的一片保護膜片(以下，稱為比較膜片Y2)，除此之外，在與實施例3相同的條件下進行真機試驗，對作業(yè)時間、不合格率以及耐久性進行了測定，其結(jié)果如表2所示。(試驗結(jié)果的研究)從表l以及表2明確可知，若對耐久性進行綜合判斷，則可知本發(fā)明膜片A1、A2、Bl、B2優(yōu)于比較膜Z1、Z2、Yl、Y2。關(guān)于作業(yè)時間以及不合格率可知，本發(fā)明的膜片A1、A2、Bi、B2明顯地好于比較膜Z1、Z2、Yl、Y2。特別地，對22英寸的柑堝和40英寸的坩堝的不合格率進行比較，可以認定，在為比較膜Z1、Z2、Yl、Y2時，若坩堝尺寸變大則不合格率明顯地變大。與此相對，可以認定，在為本發(fā)明膜片A1、A2、Bl、B2時，即使坩堝尺寸變大，不合格率也維持在0%。因此可以認為使用本發(fā)明膜片的保護方法適用于坩堝的大型化。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明適用于保護根據(jù)CZ法而制成的單晶拉制用坩堝裝置的碳質(zhì)坩堝的方法。權(quán)利要求1.一種碳質(zhì)坩堝的保護方法，將由膨脹石墨材料構(gòu)成的保護膜夾設在石英坩堝和載置該石英坩堝的碳質(zhì)坩堝之間，其中，所述保護膜在所述坩堝間的鋪設中，將組合為一體的形狀的兩個以上構(gòu)成的保護膜片鋪設在碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的碳質(zhì)坩堝的保護方法，其中，所述保護膜片具備在鋪設于碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面的狀態(tài)下固定相鄰的保護膜片彼此的固定機構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳質(zhì)坩堝的保護方法，其中，在所述碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面，相鄰的保護膜片彼此大致無間隙且不重疊地鋪設。4.根據(jù)權(quán)利要求13中任一項所述的碳質(zhì)坩堝的保護方法，其中，所述碳質(zhì)坩堝由石墨材料構(gòu)成且分別將分割為多個的坩堝部分對接而成，所述保護膜片以至少覆蓋所述對接部的方式鋪設在碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面。5.根據(jù)權(quán)利要求14中任一項所述的碳質(zhì)坩堝的保護方法，其中，所述碳制坩堝由碳纖維強化碳復合材料構(gòu)成，所述保護膜片以覆蓋碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面的全部的方式鋪設。6.—種單晶拉制裝置，其使用了權(quán)利要求15中任一項所述的碳質(zhì)坩堝的保護方法。全文摘要本發(fā)明提供一種操作容易且作業(yè)時間顯著降低，并且能夠不使膜破損而無間隙地覆蓋坩堝的內(nèi)表面的碳質(zhì)坩堝的保護方法以及單晶拉制裝置。所述碳質(zhì)坩堝的保護方法將由膨脹石墨材料構(gòu)成的保護膜夾設在石英坩堝和載置該石英坩堝的碳質(zhì)坩堝之間，所述保護膜在所述坩堝間的鋪設中將組合為一體的形狀的兩個以上構(gòu)成的保護膜片鋪設在碳質(zhì)坩堝的內(nèi)表面。文檔編號C30B15/10GK101652504SQ20088001090公開日2010年2月17日申請日期2008年4月4日優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日發(fā)明者幸哲也,廣瀨芳明申請人:東洋炭素株式會社