专利名称：碳制坩埚的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及用于对硅等的金属单晶提拉装置中使用的石英坩埚进行保持的碳制坩埚。
背景技术：
(第一在先技术)切克劳斯基法(以下称为“CZ法”)所使用的坩埚形成为用于使硅熔融的石英坩埚和收容该石英坩埚的石墨坩埚的双重结构。近年来，为了以高收获率获得硅单晶，而制造大型尺寸的单晶。相伴于此，需要石墨坩埚也大型化。然而，随着石墨坩埚的容量变多，因石英坩埚与石墨坩埚的热膨胀率的不同而引起的热变形也变大，应力集中在直筒部、尤其是其上缘部以及从底部与直筒部相连的曲面部(以下，称为圆角部)，而容易导致石墨坩埚的破裂。为了解决该问题，提出有由直筒部与托盘部分割构成的石墨坩埚(参照以下的专利文献I 4)，以及直筒部使用碳纤维强化碳复合材料(C/C材料)且托盘部使用石墨材料的复合坩埚(参照以下的专利文献5)。(第二在先技术)另外，目前，在硅单晶提拉装置中，使用了具备收容硅熔液的石英坩埚和用于保持石英坩埚的石墨坩埚的坩埚装置。在这样的坩埚装置中，由于石墨坩埚与石英坩埚的热膨胀系数不同，因此在冷却过程中石墨坩埚可能会产生破裂等缺陷。因此，近年来，取代石墨坩埚，而提出了通过由碳纤维强化碳复合材料(C/C材料)构成且织成网状的网状体来构成的坩埚保持构件(与碳制坩埚相当)(参照以下的专利文献6、7)。然而，在使用上述的由网状体构成的坩埚保持构件时，若网状体的网眼小，则石英坩埚会软化而陷入到网眼的空隙部分，从而难以取下。作为解决上述问题的对策，在专利文献7中公开了一种在网状体与石英坩埚之间夹设膨胀石墨片等片材的结构(参照专利文献7的段落0021)。在先技术文献专利文献专利文献I日本注册实用新型3012299号公报专利文献2日本特开平07-25694号公报专利文献3日本特开平09-263482号公报专利文献4日本特开2000-247781号公报专利文献5日本特开昭63-7174号公报专利文献6日本特开平02-116696号公报专利文献7日本特开2009-203093号公报
发明内容
发明要解决的课题
(与第一在先技术相关的发明所要解决的课题)其中，在通过硅单晶提拉装置使硅单晶生长期间，SiO从硅熔液中挥发。该SiO气体与向腔室内导入的Ar气体一起在真空泵的作用下从腔室排出，另一方面，该SiO气体也进入到石墨樹祸与石英樹祸的间隙中，SiO与石墨樹祸的C发生反应，使得石墨樹祸内表面的SiC化加剧。并且，该石墨坩埚的SiC化层与SiO2(石英坩埚)发生反应，在SiC消耗的同时产生SiO和CO气体。由此，石墨坩埚的壁厚削减(消耗)加剧。尤其在石墨坩埚分割构成的情况下，在直筒部与托盘部的交界部分引起气体的流入.流出，壁厚削减显著地加剧。将上述反应总结如下。(I)石英坩埚与Si的反应Si02+Si — 2Si0(2)石英坩埚与石墨坩埚的反应Si02+C — Si0+C0Si02+C — SiC+02(3)生成的SiO气体与坩埚的反应2Si0+2C — 2SiC+02(4)与生成的O2气体、CO气体的反应(氧化)02+C — CO202+2C — 2C0、2C0+C — 2C (煤)+CO2并且，若使用因上述的反应而壁厚削减显著加剧的石墨坩埚，则石英坩埚会向壁厚削减部分局部地陷落。当操作时间长时，存在如下可能性:在陷落部形成裂缝，硅熔液从该裂缝向外漏出而积存在炉内。因为，当壁厚削减量超过某一定量时，需要将石墨坩埚更换为新品。这样，在坩埚分割构成的情况下，存在SiO气体从直筒部与托盘部的交界部分泄漏而使SiC化提早加剧的问题。然而，在上述的专利文献I 5中，并未公开对来自直筒部与托盘部的交界部分的SiC化加剧有效的对策，目前，期望能够防止SiO气体从直筒部与托盘部的交界部分的泄漏的碳制坩埚。(与第二在先技术相关的发明所要解决的课题)在使用由网状体构成的坩埚保持构件的情况下，除了存在上述的石英坩埚软化而陷入到网眼的空隙部分的问题之外，还存在可能对作为产品的金属结晶的品质的稳定性造成恶劣影响这样的问题。例如，当石英坩埚发生软化时，由于石英坩埚从网状体内表面的伸出而在石英i甘祸内表面上产生凹凸部，若在这样的状态下i甘祸向一方向旋转，则熔液会流入到凹部内，由此使熔液的流动产生紊乱，从而导致金属单晶的结晶生长受到阻碍，存在与品质降低有关的问题。然而，在上述专利文献7中完全未公开与这样的金属结晶的品质的稳定性有关的解决对策。因此，目前，期望能够防止因熔液的流动的紊乱而引起的金属结晶的品质降低的碳制i甘祸。 本发明鉴于上述的实际情况而提出，其目的在于提供一种能够防止SiO气体从直筒部与托盘部的交界部分的泄漏，从而防止SiC化的早期加剧的碳制坩埚。另外，本发明鉴于上述的实际情况而提出，其另一目的在于提供一种除了能够实现网状体的寿命的提高、从石英坩埚取下的容易性以及向网状体的陷入防止等之外，还能够防止因熔液的流动的紊乱而引起的金属结晶的品质的降低的碳制坩埚。为了达成上述目的，本发明涉及直筒部和托盘部分割构成的碳制坩埚，所述碳制坩埚的特征在于，以覆盖碳制坩埚的内表面的、至少直筒部与托盘部的交界部分的方式配置石墨质片材。根据上述结构，通过用石墨质片材覆盖直筒部与托盘部的交界部分，由此能够防止SiO气体从交界部分泄漏，从而防止碳制坩埚的SiC化的早期加剧。 在本发明中，优选所述石墨质片材为膨胀石墨片。根据上述结构，由于膨胀石墨片的缓冲性高，因此在夹设有石墨质片材的情况下，石墨质片材在石英坩埚与交界部分之间被压缩而无间隙地配置，从而能够进一步抑制SiO气体的泄漏。在本发明中，优选所述石墨质片材的灰分为IOOppm以下。根据上述结构，能够减少从石墨质片材产生的金属系的杂质，尤其在半导体用途的金属单晶中能够有助于品质的稳定化。在本发明中，优选所述直筒部由碳纤维强化碳复合材料(C/C材料)构成，所述石墨质片材以除了覆盖所述交界部以外还覆盖直筒部的内表面整体的方式配置。根据上述结构，通过将因多孔而容易产生“腐蚀”的C/C制直筒部和交界部分同时覆盖，由此能够显著地提高碳制坩埚的耐久性。
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在本发明中，优选所述直筒部由分割成多个的石墨制分割片构成，所述石墨质片材以除了覆盖所述交界部之外还覆盖直筒部的内表面整体的方式配置。根据上述结构，在通过石墨来形成与托盘部不同体的直筒部的情况下，直筒部容易因温度变化而产生破裂，因此必须将直筒部分割化。然而，若将直筒部分割化，则可能会在分割部分产生SiO气体的泄漏。因此，通过像上述结构那样用石墨质片材覆盖分割部分和交界部分，由此能够防止因SiO气体的泄漏而产生的不良情况。在本发明中，优选所述托盘部由底部、从底部与所述直筒部相连的曲面状部分(圆角部分)构成，所述石墨质片材以除了覆盖所述交界部之外还一体地覆盖直筒部的内表面整体至所述曲面状部分的方式配置。根据上述的结构，通过一体地覆盖直筒部、交界部分及消耗最大的托盘部的圆角部，由此能够可靠地防止SiO气体的泄漏，从而抑制局部的SiC化。 在本发明中，优选所述石墨质片材以一体地覆盖碳制坩埚的内表面的方式配置。根据上述结构，通过用一体的片材覆盖内表面，由此不易产生间隙，能够防止SiO气体的漏出或碳制坩埚与石英坩埚的接触等。在本发明中，优选所述石墨质片材为将覆盖托盘部内表面的平面圆形状的片材和覆盖直筒部内表面的筒状的片材组合，并使两片材在交界部分处重合的结构。根据上述结构，即使在托盘部和直筒部不同体，尤其是直筒部的上下尺寸变大的情况下(太阳能电池中的熔液的大容量化)，也能够容易地进行片材的加工。另外，由于两片材重合，因此还能够防止石英坩埚与托盘部接触的不良情况。
在本发明中，优选所述托盘部由分割成多个的石墨制分割片构成，所述石墨质片材具备覆盖所述分割片彼此的对接部分附近的托盘片材部、覆盖所述交界部分的交界片材部。根据上述结构，能够以较少的片材的量防止SiO气体的泄漏，并在抑制局部的SiC化方面获得充分的效果。在本发明中，优选所述石墨质片材为多片重叠的结构。根据上述结构，容易应对在托盘部与直筒部之间产生的台阶，并且提高缓冲性而抑制高低差附近的间隙的产生，从而能够防止SiO气体从该间隙的泄漏。在本发明中，优选所述石墨质片材的厚度为0.2 1.0mm,视密度为0.7 1.3g/
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cm ο 根据上述结构，作为中敷所需要的片材厚度及视密度来说，能够使石墨质片材具备高性能。在本发明中，优选所述直筒部通过由碳纤维强化碳复合材料构成且织成网状的网状体构成，所述石墨质片材以除了覆盖所述交界部之外还覆盖所述直筒部的内表面整体的方式配置(以下，称作具备网状体直筒部的本发明)。根据上述结构，通过石墨质片材使由网状体构成的直筒部(以下,称为网状体直筒部)与石英坩埚不直接接触，因此不易因与石英坩埚的反应而引起网状体直筒部的劣化，寿命得以提高，进而能够实现从石英坩埚脱落的容易性、防止向网状体直筒部的陷入
坐寸ο此外，通过覆盖网状体直筒部的内表面整体，由此网眼孔全部被闭塞，由此能够减轻因石英坩埚的软化引起的石英坩埚从网状体直筒部内表面的伸出所造成的石英坩埚内表面的凹凸的产生，向一方向旋转的石英坩埚内的熔液的流动得以稳定化。从而，通过提拉得到的金属单晶能够成为缺陷等少的品质稳定的物质。进而，由于石英坩埚在炉内露出的面积显著地变小，因此能够减轻从石英坩埚产生的SiO气体对炉内构件造成恶劣影响的可能性。另外，如上所述，石墨质片材覆盖托盘部与网状体直筒部的交界部，由此能够防止SiO气体从交界部之间的流出，从而抑制局部的SiC化的产生。另外，还能够抑制网状体直筒部从托盘部的偏移。在具备上述网状体直筒部的本发明中，优选所述石墨质片材为膨胀石墨片。通过适用于承受石英坩埚的面积小的网状体，由此能够减小石英坩埚在设置时破损的可能性。更详细说明的话，由于膨胀石墨片的缓冲性高，因此即使在网状体中保持石英坩埚的面积小的情况下，也能够通过膨胀石墨片的缓冲性来弹性地保持石英坩埚，由此能够防止石英坩埚在设置时发生破损的情况。在具备上述网状体直筒部的本发明中，优选所述石墨质片材的灰分为IOOppm以下。若为这样的结构，则能够减少从石墨质片材产生的金属系的杂质，尤其在半导体用途的金属单晶中能够有助于品质的稳定化。另外，高纯度化了的片材的硬度变高，由此还能够提高软化了的石英坩埚向外侧伸出的抑制力。尤其在使用网状体直筒部的情况下，由于从石墨质片材放出金属系的杂质的比率变大，因此上述结构尤其在避讳金属系的杂质的用途中有用。在具备上述网状体直筒部的本发明中，优选所述托盘部由底部、从底部与所述网状体直筒部相连的曲面状部分(圆角部)构成，所述石墨质片材以一体地覆盖网状体直筒部的内表面整体至所述托盘部的曲面状部分(圆角部)的方式配置。根据上述的结构，通过一体地覆盖网状体直筒部、交界部及托盘部中消耗最大的圆角部，由此能够抑制局部的SiC化。在具备上述网状体直筒部的本发明中，优选所述石墨质片材以一体地覆盖网状体直筒部及托盘部的内表面整体的方式配置。根据上述结构，通过用一体的片材覆盖内表面，由此不易因片材的偏移等而产生间隙，能够防止SiO气体的漏出或网状体直筒部与石英坩埚的接触等。在具备上述网状体直筒部的本发明中，优选所述石墨质片材为将覆盖托盘部内表面的平面圆形状的片材和覆盖网状体直筒部内表面的筒状的片材组合，并使两片材在交界部分处重合的结构。根据上述的结构，在托盘部和网状体直筒部不同体，尤其是网状体直筒部的上下尺寸变大的情况下，能够无间隙地覆盖必要部分且使片材的加工容易。另外，由于将两片材重合来消除间隙，因此还能够防止石英坩埚与托盘接触的不良情况。在具备上述网状体直筒部的本发明中，优选所述石墨质片材的厚度为0.2 1.0mm且视密度为0.7 1.3g/cm3。根据上述结构，作为中敷所需要的片材厚度及视密度来说，能够使石墨质片材具备高性能。发明效果根据本发明，通过用石墨质片材覆盖直筒部与托盘部的交界部分，由此能够防止SiO气体从交界部分的泄漏，从而防止碳制坩埚的SiC化的早期加剧。
图1是本实施方式1-1涉及的硅单晶提拉装置的主要部分剖视图。图2是图1的硅单晶提拉装置中使用的坩埚的放大剖视图。图3是表示石墨质片材的其它配置方式的图。图4是表示石墨质片材的其它配置方式的图。图5是表示图4的配置方式中使用的石墨质片材的形状的图。图6是表示石墨质片材的其它配置方式的图。图7是表示图6的配置方式中使用的石墨质片材的形状的图。图8是表示平面圆形状的片材Ila的形状的图。图9是实施方式1-3中使用的托盘部10的俯视图。图10是表示实施方式1-3中使用的石墨质片材的形状的图。图11是实施方式2涉及的硅单晶提拉装置的主要部分剖视图。图12是图11的硅单晶提拉装置中使用的坩埚的放大剖视图。图13是表示网状体的其它结构的图。
图14是用于说明在石英坩埚内表面产生了凹凸部的情况下的熔液的紊流的图。
图15是表不石墨质片材的其它配置方式的图。图16是表示石墨质片材的其它配置方式的图。图17是表示图16的配置方式中使用的石墨质片材的形状的图。图18是表示石墨质片材的其它配置方式的图。图19是表示图18的配置方式中使用的石墨质片材的形状的图。图20是表示平面圆形状的片材Ilb的形状的图。
具体实施例方式以下，基于实施方式，对本发明进行详细叙述。需要说明的是，本发明并不限定于以下的实施方式。[实施方式I](实施方式1-1)(金属单晶提拉装置的结构)图1是本实施方式1-1涉及的硅单晶提拉装置的主要部分剖视图，图2是坩埚的放大剖视图。在图1中，I表示单晶提拉装置，2表示轴，4表示收容硅熔液3的石英坩埚，5表示保持石英坩埚4的碳制坩埚。在碳制坩埚5的外周配置有加热器6，通过该加热器6经由碳制坩埚5及石英坩埚4来加热硅熔液3，在提拉铸块7的同时制作硅单晶。碳制坩埚5具备大致圆筒状的直筒部9和托盘部10，成为直筒部9与托盘部10分割构成的结构。直筒部9载置在托盘部10`上，直筒部9和托盘部10的各对接面嵌合而固接化。并且，在石英坩埚4与碳制坩埚5之间，以覆盖碳制坩埚5的内表面的、至少直筒部9与托盘部10的交界部分A的方式配置有石墨质片材11。直筒部9为碳纤维强化碳复合材料(C/C材料)制,托盘部10为石墨制。该托盘部10由底部10a、底部IOa与直筒部9相连的曲面状部分(以下称为圆角部)IOb构成。优选石墨质片材11为膨胀石墨片。其原因在于，膨胀石墨片的缓冲性高，因此在夹设石墨质片材11的情况下，石墨质片材11在石英坩埚4与交界部分A之间被压缩而无间隙地配置，能够进一步抑制SiO气体的泄漏。作为石墨质片材11所使用的膨胀石墨片优选厚度为0.2 1.0mm且视密度为
0.7 1.3g/cm3 左右。另外，石墨质片材11优选灰分为IOOppm以下、尤其优选灰分为50ppm以下的高纯度的材质。其原因在于，能够减少从石墨质片材11产生的金属系的杂质，尤其在半导体用途的金属单晶中有助于品质的稳定化。需要说明的是，可以对直筒部9或托盘部10实施热解碳等的被覆或浸渗。(石墨质片材的配置方式)石墨质片材11的配置存在如下所述的各种方式。(I)将石墨质片材11配置为覆盖碳制坩埚5的内表面的、直筒部9与托盘部10的交界部分A的方式(参照图2)。这样将石墨质片材11以覆盖直筒部9与托盘部10的交界部分A的方式配置时，能够防止在直筒部9与托盘部10分割构成的坩埚中尤其成为问题的SiO气体从交界部分A的泄漏，从而防止碳制坩埚的SiC化的早期加剧。
(2)将石墨质片材11配置为除了覆盖交界部分A之外还覆盖直筒部9的内表面整体的方式(参照图3)。若以上述配置方式配置石墨质片材11，则将因多孔而容易产生“腐蚀”的C/C制直筒部9和交界部分A同时覆盖，由此能够显著地提高碳制坩埚5的耐久性。(3)将石墨质片材11配置为覆盖直筒部9的内表面整体、进而一体地覆盖至托盘部10的圆角部IOb的方式(参照图4)。若以上述配置方式配置石墨质片材11，则将直筒部9、交界部分A及消耗最大的托盘部10的圆角部IOb —体地覆盖，由此能够可靠地防止SiO气体的泄漏，从而抑制局部的SiC 化。这种情况下的石墨质片材11例如图5所示，使用上方沿着直筒部9且下端附近沿着托盘部10的圆角部IOb这样的形状。(4)将石墨质片材11配置为一体地覆盖碳制坩埚5的内表面的方式(参照图6)。若以上述配置方式配置石墨质片材11，则由一体的片材覆盖内表面，从而不易产生间隙，能够防止SiO气体的漏出、或者碳制坩埚5与石英坩埚4的接触等。作为该方式中的石墨质片材11，使用例如图7所示的形状的片材。S卩，当在片材11的下端刻入切痕30而使片材11沿着坩埚5的底面形状时，底部构成球状面。此时的切痕30的大小可以根据坩埚的托盘部10的形状、尤其是底部IOa的曲率来适当确定。(5)将石墨质片材11配置为将覆盖托盘部10内表面的平面圆形状的片材Ila和覆盖直筒部9内表面的筒状的片材组合，将两片材在交界部分处重合的方式。若以上述配置方式配置石墨质片材11，则在托盘部10和直筒部9不同体、尤其是直筒部9的上下尺寸变大的情况下(太阳能电池中的熔液的大容量化)，也能够容易地进行片材的加工。另外，由于两片材重合，因此也能够防止石英坩埚4与托盘部10接触的不良情况。作为该方式中的平面圆形状的片材11a，例如为图8所示的形状的片材，作为筒状的片材，例如为图5那样形状的片材。就图8所示的形状的片材来说，通过在圆形的外缘设置的狭缝31，由此圆形的周边形成为沿着圆角部IOb的形状，通过与图5那样的片材组合，由此两片材在圆角部IOb的稍下方重合，能够无间隙地配置。(6)石墨质片材11重叠多片来使用的方式。通过使用上述方式，由此容易应对在托盘部10与直筒部9之间产生的高低差，并且能够提高缓冲性而抑制高低差附近的间隙的产生，从而防止SiO气体从该间隙的泄漏。更详细说明的话，在直筒部9与托盘部10分割构成的坩埚中，有时在托盘部10与直筒部9之间产生高低差，SiO气体可能从该间隙泄漏。在这样的情况下，若石墨质片材11多片重叠来使用，则缓冲性得以提高，能够抑制在托盘部10与直筒部9之间产生的高低差附近的间隙的产生，从而防止SiO气体从该间隙的泄漏。(膨胀石墨片的制造方法)膨胀石墨片通过以下的方法来制作。一片的膨胀石墨片为由膨胀化石墨制造而成的片材状的材料，对其代表例进行说明的话，则如下所述。首先，利用氧化剂对天然或合成磷片状石墨、或者初生石墨等 进行处理，在石墨粒子上形成层间化合物，接着，将上述物质加热至高温，优选急剧地暴露于高温而使上述物质急剧膨胀。通过该处理，在石墨粒子的层间化合物的气体压力的作用下，石墨粒子在层平面直角方向上被放大，体积急剧膨胀为通常的100 250倍左右。作为此时使用的氧化剂，使用能够形成层间化合物的物质，可以例示出例如硫酸和硝酸的混合酸、在硫酸中混合有硝酸钠或过锰酸钾等氧化剂而成的物质。接着,将杂质以灰分为IOOppm以下、尤其优选灰分为50ppm以下的方式除去后,将该膨胀化石墨通过适当的方法、例如压缩或辊成形而加工成片材状，从而制作出膨胀石墨片。接着，将用上述方法制造出的膨胀石墨片根据上述配置方式以规定尺寸及形状裁断分割化，从而制作出本发明涉及的膨胀石墨片11。(实施方式1-2)在本实施方式1-2中，形成为直筒部9由分割成多个的石墨制分割片构成且石墨质片材11以覆盖直筒部9的内表面整体的方式配置这样的结构。在由石墨形成与托盘部10不同体的直筒部9的情况下，直筒部9容易因温度变化而发生破裂，因此必须将直筒部9分割化。然而，若将直筒部9分割化，则可能会在分割部分产生SiO气体的泄漏。因此，通过像本实施方式1-2那样将分割部分(石墨制分割片的对接部分)和交界部分A用石墨质片材11覆盖，由此能够防止因SiO气体的泄漏而产生的不良情况。(实施方式1-3)在本实施方式1-3中，如图9所示，将托盘部10由二分割的石墨制分割片40、40构成，并且石墨质片材11如图10所示构成为一体地形成有覆盖石墨制分割片40的分割部分Al (石墨制分割片彼此的对接部分)附近的托盘片材部21和覆盖所述交界部分A的交界片材部22这样的结构。需要说明的是，为使交界片材部22沿着圆角部，在交界片材部22的外周内侧设置有狭缝41。从搬运等的便利性出发，石墨制托盘部10通过将例如以二分割或三分割的方式分割而得到的各部分彼此对接来构成。然而，若为这样的分割结构，则SiO气体从石墨制分割片40的分割部分Al通过，因此上述的分割部分Al可能会选择性地SiC化。因此，为了仅将可能会局部地发生SiC化的部分(石墨制分割片40的分割部分Al及交界部分A)用石墨质片材11来覆盖，本实施方式1-3中的石墨质片材11使用具备覆盖分割部分Al附近的托盘片材部21和覆盖交界部分A的交界片材部22的石墨质片材11。通过这样的石墨质片材11，由此能够以较少的片材的量防止SiO气体的泄漏，并在抑制局部的SiC化方面获得充分的效果。在本实施方式中， 例示了二分割的例子，但也可以为以三分割、四分割等方式进行分割的结构。另外，虽然一体地设有托盘片材部21和交界片材部22，但也可以不同体地设置。需要说明的是，若为一体，则能够防止位置偏移，若为不同体，则能够简化片材的加工。(其它事项)(I)在上述实施方式I中，例示了用于对硅单晶提拉装置中使用的石英坩埚进行保持的碳制坩埚，但本发明也可以适用于对镓等的金属单晶提拉装置中使用的石英坩埚进行保持的碳制坩埚。(2)碳制坩埚中，直筒部9也可以包含碳纤维强化碳复合材料(C/C材料)，且由织成网状的网状体来构成(例如，日本特开平02-116696号公报或日本特开2009-203093号公报所公开的网状体)。
[实施方式2](金属单晶提拉装置的结构)图11是本实施方式2涉及的硅单晶提拉装置的主要部分剖视图，图12是坩埚的放大剖视图。在图11中，I表示单晶提拉装置，2表示轴，4表示收容硅熔液3的石英坩埚，5表示以从外侧包围石英坩埚4的外周面这样的状态保持并对石英坩埚4进行保持的碳制坩埚。在碳制坩埚5的外周配置有加热器6，通过该加热器6经由碳制坩埚5及石英坩埚4来加热硅熔液3，在提拉铸块7的同时制作硅单晶。碳制坩埚5具有大致圆筒状的直筒部9A、托盘部10、以至少覆盖直筒部9A的内表面整体的方式配置的石墨质片材11A。需要说明的是，对石墨质片材IlA的材质及配置方式等在后叙述。直筒部9A通过由碳纤维强化碳复合材料(C/C材料)构成且织成网状的网状体来构成。网状体如下形成，即:将多个碳纤维捆扎而成的绳状的股沿倾斜方向配置并且交替地编入后，通过CVI法(化学气相 浸渗法)使热解碳浸渗例如10 150%。优选网状体的网眼的开口率(网眼的整个面积相对于网状体的外表面积之比)为15 98%。这样限制的原因在于，在开口率小于15%的情况下，散热效果变得过小，而在开口率超过98%时，机械强度变得过弱而不适合。需要说明的是，网状体可以是日本特开平2009-203093号公报所记载那样的网状体。即，如图13所示，网状体可以通过由相对于网状体的轴线L沿+Θ度方向(0< Θ <90)倾斜取向的第一股21A、沿-Θ度方向倾斜取向的第二股21B、与轴线L大致平行地取向的纵股21C构成的三轴向编织结构来构成。托盘部10为石墨制。如图12所示，该托盘部10由底部10a、从底部IOa与直筒部9A相连的曲面状部分(以下称为圆角部)10b构成。需要说明的是，对于托盘部10的与直筒部9A相接的上端缘来说，可以以内周侧或外周侧中的任一方相对于另一方变低的方式设置台阶，并在该台阶嵌接直筒部9A，从而能够减少直筒部9A从托盘部10脱落或直筒部9A在横向上发生位置偏移的可能性。优选石墨质片材IlA为膨胀石墨片。膨胀石墨片的缓冲性高，因此即使在网状体中保持石英坩埚的面积小的情况下，也能够通过膨胀石墨片的缓冲性来弹性地保持石英坩埚，由此能够防止在设置石英坩埚时石英坩埚发生破损的情况。作为石墨质片材IlA所使用的膨胀石墨片优选厚度为0.2 1.0mm且视密度为0.7 1.3g/cm3左右。另外，石墨质片材IlA优选灰分为IOOppm以下、尤其优选灰分为50ppm以下的高纯度的物质。其原因在于，能够减少从石墨质片材产生的金属系的杂质，尤其在半导体用途的金属单晶中能够有助于品质的稳定化，另外，高纯度化了的片材的硬度变高，因此，能够提高对软化了的石英坩埚向外侧伸出的抑制力。需要说明的是，直筒部9A和托盘部10可以不同体地构成，通过嵌合等将直筒部9A与托盘部10—体化，另外，也可以将直筒部9A和托盘部10由网状体一体形成。(石墨质片材的配置方式)石墨质片材IlA的配置存在如下所述的各种方式。(I)将石墨质片材IlA配置为覆盖由网状体构成的直筒部(以下称为网状体直筒部)9A的内表面整体的方式(参照图12)。
若以上述配置方式配置石墨质片材11A，则网状体直筒部9A与石英坩埚4不直接接触，因此不易因与石英坩埚4的反应而引起网状体直筒部9A的劣化，仅通过更换石墨质片材IlA就能够反复使用。另外，能够实现网状体直筒部9A从石英坩埚4取下的容易性、防止石英坩埚4向网状体直筒部9A的陷入。并且，通过用石墨质片材IlA覆盖网状体直筒部9A的内表面整体而使得网眼孔全部被闭塞，其结果是，能够减轻因石英坩埚4的软化引起的石英坩埚4从网状体直筒部9A内表面的伸出所造成的石英坩埚4内表面的凹凸的产生。因此，向一方向旋转的石英坩埚内的熔液的流动稳定。从而，通过提拉获得的金属单晶能够成为缺陷等少的品质稳定的物质。另外，由于石英坩埚4在炉内露出的面积显著地变小，因此能够减轻从石英坩埚4产生的SiO气体对炉内构件造成恶劣影响的可能性。这里，参照图14对上述的熔液的紊乱进行说明。在没有石墨质片材IlA的情况下，因石英坩埚4的软化引起的石英坩埚4从网状体直筒部9A内表面的伸出而导致在石英坩祸4内表面产生凹凸部。在这样的状态下，若i甘祸向一方向旋转，贝1J在石英i甘祸4内表面附近如箭头25所示那样石英坩埚熔液流入到凹部26内，由此使石英坩埚熔液的流动产生紊舌L。并且，这种紊乱三维地且局部地产生，由此金属单晶的结晶生长受到阻碍，导致品质的降低。然而,通过将本实施方式涉及的石墨质片材IlA以覆盖直筒部9A的内表面整体的方式配置，由此能够减轻石英坩埚4的凹凸的产生，因此熔液的流动变得稳定，金属单晶能够成为缺陷等少的品质稳定的物质。(2)将石墨质片材IlA配置为覆盖网状体直筒部9A的内表面整体且一体地覆盖网状体直筒部9A与托盘部10的交界部分A的方式(参照图15)。若以上述配置方式配置石墨质片材11A，则能够防止SiO气体从托盘部10与网状体直筒部9A的交界部A之间的流出，能够抑制局部的SiC化的产生。并且，能够抑制网状体直筒部9A从托盘部10的脱落。(3)将石墨质片材IlA配置为覆盖网状体直筒部9A的内表面整体、进而一体地覆盖至托盘部10的圆角部IOb的方式(参照图`16)。若以上述配置方式配置石墨质片材11A，则通过一体地覆盖网状体直筒部9A、交界部A及托盘部10中消耗最大的圆角部10b，由此能够抑制局部的SiC化。石墨质片材IlA例如图17所示那样使用上方沿着网状体直筒部9A且下端附近沿着托盘部10的圆角部IOb这样的形状。(4)将石墨质片材IlA配置为一体地覆盖网状体直筒部9A及托盘部10的内表面的方式(参照图18)。若以上述配置方式配置石墨质片材11A，则由一体的片材覆盖内表面，由此不易因片材的偏移等而产生间隙，能够防止SiO气体的漏出或网状体直筒部9A与石英坩埚4的接触等。作为该方式中的石墨质片材11A，例如为图19所示的形状的片材。S卩，当在片材的下端刻入切痕30而使片材沿着坩埚的底面形状时，底部构成球状面。此时的切痕30的大小可以根据坩埚的形状、尤其是底部的曲率来适当确定。(5)将石墨质片材IlA如下配置的方式，即，将覆盖托盘部10内表面的平面圆形状的片材和覆盖直筒部9A内表面的筒状的片材组合，使两片材在交界部分A处重合。
在托盘部10和网状体直筒部9A不同体，尤其是网状体直筒部9A的上下尺寸变大的情况下，能够无间隙地覆盖必要部分且使片材的加工容易。另外，通过将两片材重合来消除间隙，由此还能够防止石英坩埚4与托盘部10接触的不良情况。作为该方式中的平面圆形状的片材11b，例如为图20所示的形状的片材，作为筒状的片材，例如为图17那样形状的片材。就图20所示的形状的片材来说，通过在圆形的外缘设置的狭缝31，而使圆形的周边成为沿着圆角部这样的形状，通过与图17那样的片材组合，由此两片材在圆角部的稍下方重合，能够无间隙地配置。(膨胀石墨片的制造方法)本实施方式所使用的膨胀石墨片IIA通过与上述实施方式I所使用的膨胀石墨片11的利记博彩app同样的方法来制作。即，膨胀石墨片通过以下的方法来制作。一片的膨胀石墨片为由膨胀化石墨制造而成的片材状的材料，对其代表例进行说明的话，则如下所述。首先，利用氧化剂对天然石墨、天然或合成磷片状石墨、或者初生石墨等进行处理，在石墨粒子上形成层间化合物，接着，将上述物质加热至高温，优选急剧地暴露于高温而使上述物质急剧膨胀。通过该处理，在石墨粒子的层间化合物的气体压力的作用下，石墨粒子在层平面直角方向上被放大，体积急剧膨胀为通常的100 250倍左右。作为此时使用的氧化剂，使用能够形成层间化合物的物质，可以例示出例如硫酸、硝酸或它们的混合酸、在硫酸中混合有硝酸钠或过锰酸钾等氧化剂而成的物质。接着,将杂质以灰分为IOOppm以下、尤其优选灰分为50ppm以下的方式除去后,将该膨胀化石墨通过适当的方式、例如压缩或辊成形而加工成片材状，从而制作出膨胀石墨片。接着，将用上述方法制造出的膨胀石墨片根据上述配置方式以规定尺寸及形状裁断分割化，从而制作出本发明涉及的膨胀石墨片11A。(其它事项)在上述实施方式2中，例示了用于对硅单晶提拉装置中使用的石英坩埚进行保持的碳制坩埚，但本发明也可以适于用于对镓等金属单晶提拉装置中使用的石英坩埚进行保持的碳制坩埚。工业实用性本发明能够适于用于对硅等金属单晶提拉装置中使用的石英坩埚进行保持的碳制坩埚。符号说明1:单晶提拉装置4:石英坩埚5:碳制坩埚9、9A:直筒部10:托盘部 10IOa:托盘部10的底部IOb:托盘部10 的曲面状部分(圆角部)IlUlA:石墨质片材
21:托盘片材部22:交界片材部40:石墨制分割片
A:交界部分Al:分割部分
权利要求
1.一种碳制坩埚，其由直筒部与托盘部分割构成，所述碳制坩埚的特征在于， 以覆盖碳制坩埚的内表面的、至少直筒部与托盘部的交界部分的方式配置石墨质片材。
2.根据权利要求1所述的碳制坩埚，其中， 所述石墨质片材为膨胀石墨片。
3.根据权利要求1所述的碳制坩埚，其中， 所述石墨质片材的灰分为IOOppm以下。
4.根据权利要求1所述的碳制坩埚，其中， 所述直筒部由碳纤维强化碳复合材料构成，所述石墨质片材以除了覆盖所述交界部之外还覆盖直筒部的内表面整体的方式配置。
5.根据权利要求1所述的碳制坩埚，其中， 所述直筒部由分割成多个的石墨制分割片构成，所述石墨质片材以除了覆盖所述交界部之外还覆盖直筒部的内表面整体的方式配置。
6.根据权利要求1所述的碳制坩埚，其中， 所述托盘部由底部、从底部与所述直筒部相连的曲面状部分构成，所述石墨质片材以除了覆盖所述交界部外还一体地覆盖直筒部的内表面整体至所述曲面状部分的方式配置。
7.根据权利要求1所述的碳制坩埚，其中， 所述石墨质片材以一体地覆盖碳制坩埚的内表面的方式配置。
8.根据权利要求7所述的碳制坩埚，其中， 所述石墨质片材为将覆盖托盘部内表面的平面圆形状的片材和覆盖直筒部内表面的筒状的片材组合，并使两片材在交界部分处重合的结构。
9.根据权利要求7所述的碳制坩埚，其中， 所述托盘部由分割成多个的石墨制分割片构成， 所述石墨质片材具备覆盖所述分割片彼此的对接部附近的托盘片材部、覆盖所述交界部分的交界片材部。
10.根据权利要求1所述的碳制坩埚，其中， 所述石墨质片材为多片重叠的结构。
11.根据权利要求1所述的碳制坩埚，其中， 所述石墨质片材的厚度为0.2 1.0mm,视密度为0.7 1.3g/cm3。
12.根据权利要求1所述的碳制坩埚，其中， 所述直筒部通过由碳纤维强化碳复合材料构成且织成网状的网状体构成，所述石墨质片材以除了覆盖所述交界部之外还覆盖所述直筒部的内表面整体的方式配置。
13.根据权利要求12所述的碳制坩埚，其中， 所述石墨质片材为膨胀石墨片。
14.根据权利要求12所述的碳制坩埚，其中， 所述石墨质片材的灰分为IOOppm以下。
15.根据权利要求12所述的碳制坩埚，其中， 所述托盘部由底部、从底部与所述直筒部相连的曲面状部分构成， 所述石墨质片材以一体地覆盖直筒部的内表面整体至所述托盘部的曲面状部分的方式配置。
16.根据权利要求12所述的碳制坩埚，其中， 所述石墨质片材以一体地覆盖直筒部及托盘部的内表面整体的方式配置。
17.根据权利要求12所述的碳制坩埚，其中， 所述石墨质片材为将覆盖托盘部内表面的平面圆形状的片材和覆盖直筒部内表面的筒状的片材组合，并使两片材在交界部分处重合的结构。
18.根据权利要求12所述的碳制坩埚，其中， 所述石墨质片材的厚度为0.2 1.0mm,视密度为0.7 1.3g/cm3。
全文摘要
本发明提供一种能够防止SiO气体从直筒部与托盘部的交界部分的泄漏且防止SiC化的早期加剧的碳制坩埚。碳制坩埚(5)用于对硅等金属单晶提拉装置中使用的石英坩埚(4)进行保持，并由直筒部(9)与托盘部(10)分割构成。在石英坩埚(4)与碳制坩埚(5)之间以覆盖碳制坩埚(5)的内表面的、至少直筒部(9)与托盘部(10)的交界部分(A)的方式配置有石墨质片材(11)。石墨质片材(11)为膨胀石墨片。
文档编号C30B29/06GK103080389SQ20118004272
公开日2013年5月1日 申请日期2011年8月26日 优先权日2010年9月6日
发明者冈田修, 广濑芳明, 幸哲也, 须川浩充 申请人:东洋炭素株式会社