[发明专利]坩埚保持部件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年5月21日提交的日本专利申请2008-133336号 的优先权，在此将其全部主题引用并入。

技术领域

本发明涉及一种用于保持坩埚的坩埚保持部件及其制造方法，所述 坩埚用于容纳诸如金属、玻璃或硅等的高温熔融物，具体而言，本发明 涉及一种用于保持硅单晶拉制操作中所使用的石英坩埚的坩埚保持部件 及其制造方法。

背景技术

迄今为止，碳材料已被广泛地用在硅单晶拉制装置中，其原因在于， 碳材料具有高耐热性和高热冲击性，并且碳材料几乎不会污染硅。特别 是，各向同性石墨材料因具有高密度而难以与所述装置中产生的诸如SiO 等反应性气体反应，并且各向同性石墨材料与作为容纳硅熔融物的石英 坩埚的材料的SiO₂的反应速率非常低。因此，各向同性石墨材料已经被 用作保持石英坩埚外围的石墨坩埚。

近年来，为提高产量和生产性，硅晶片直径的增加获得了不断发展， 300-mm的晶片已经成为主流。直径进一步增加的超过400mm的晶片的 开发也已取得进展。随着硅晶片直径的增加，硅单晶拉制装置的尺寸也 变大，这使得拉制装置中所使用的石墨坩埚变得极其沉重，导致诸如将 石墨坩埚安置在所述装置中等操作难以进行。

此外，各向同性石墨材料的制造工艺要求在流体静压下的加压工艺， 并且需要使用尺寸为石墨产品直径的约1.5倍的冷等静压机(Cold Isostatic Press，缩写CIP)装置。常规CIP装置的直径对于作为大型石墨 坩埚的各向同性石墨材料而言是不足的，因而必需采用更大的装置。

作为制造大型石墨坩埚而不使用CIP装置的技术，已经有以下技术 被提出，其中一种技术包括：通过长丝缠绕法将碳纤维成型为坩埚形式， 使用作为基质的树脂或沥青对其浸渍，并对其进行烧制，以制造由碳/碳 纤维复合材料(下文称作C/C复合材料)制成的坩埚(例如，参见 JP-A-10-152391或JP-A-11-60373)；另一种技术包括：将碳纤维布附着在 成型模上，进行模制和固化以获得碳纤维增强塑料，然后，对其浸渍和 烧制，以制造由C/C复合材料制成的坩埚(例如，参见JP-A-10-245275)； 还有其它类似技术。

同时，在硅单晶拉制装置中，在使硅熔融的同时制造单晶锭，因而 必需将装置内部加热至等于或高于硅熔点(1,420℃)的温度。当硅熔融 时，石墨坩埚及插入其中的石英坩埚被软化而彼此附着在一起。

石英玻璃的热膨胀系数为0.6×10^-6/℃，而C/C复合材料的热膨胀系 数通常与其相当。因此，在完成单晶锭拉制并基本除去硅熔融物后将装 置冷却时，二者都被冷却，而彼此不会被强烈地约束。

然而，当因遇到诸如在拉制开始后立即停电等问题而导致硅熔融物 凝固时，硅具有随着凝固而膨胀(体积膨胀率约为9.6％)的性质。因此， 这会起到扩大石英坩埚和石墨坩埚的作用。

在拉制小直径单晶锭用装置的情况中，即使出现这种问题，冷却也 只需进行很短的一段时间，此外，漏出的未凝固的熔融物的量也很少。 然而，在拉制大直径单晶锭用装置的情况中，当出现这种问题时，需要 花费时间进行冷却，一旦熔融物开始漏出，会有大量熔融物流出到装置 底部，这将导致严重的损坏。

如上述公报JP-A-10-152391或JP-A-11-60373所述的通过利用长丝 缠绕法制备的由C/C复合材料制成的坩埚，由于存在沿与其圆周方向平 行的方向缠绕的大量碳纤维而具有极高的强度，因而这种坩埚适用于大 尺寸石墨坩埚。然而，当出现上述问题时，硅熔融物会在其凝固的同时 膨胀。因此，这会起到使沿圆周方向对齐的碳纤维断裂的作用，导致由 C/C复合材料制成的坩埚可能会因碳纤维断裂而出现裂纹。

此外，在如上述公报JP-A-10-245275所述的通过附着碳纤维布而制 备的坩埚中，也存在沿圆周方向对齐的大量碳纤维。因此，与上述情况 相似，由C/C复合材料制成的坩埚也可能会因施加在圆周方向上的张力 而出现裂纹。