JP3123696B2

JP3123696B2 - 石英ガラス坩堝の製造方法

Info

Publication number: JP3123696B2
Application number: JP05343266A
Authority: JP
Inventors: 一阿部; 正人相馬
Original assignee: 東芝セラミックス株式会社
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 2001-01-15
Anticipated expiration: 2016-01-15
Also published as: JPH07172977A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シリコン単結晶の引
上げに用いる石英ガラス坩堝の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶は、主にチョクラルスキ
ー法（略してＣＺ法ともいう）によって製造されてい
る。ＣＺ法は、石英ガラス坩堝内の溶融シリコンに種結
晶を浸し、これを徐々に引上げることによってシリコン
単結晶インゴットを製造する方法である。近年、シリコ
ンウエハの大径化にともない、大径で高純度のシリコン
単結晶を引き上げることがますます重要になってきてい
る。

【０００３】さて、大径で高品質のシリコン単結晶をＣ
Ｚ法によって引き上げるためには、高純度の石英坩堝が
必要不可法である。高純度の石英坩堝を得るため、従来
から様々な方法が提案されている。例えば、第一の方法
として、特開昭６０−１３７８９２号公報には、天然水
晶粉の浮遊選鉱法によって原料の精製（又は酸処理等）
を行う方法が示されており、第二の方法として同公報に
は、坩堝形成後に高電圧を印加して電解処理を施す方法
が示されており、第三の方法として特開平３−４０９８
９号公報には、多結晶Ｓｉ溶液と接する坩堝の内層部を
合成石英ガラスによって形成する方法が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記第
一の方法では、高純度化が充分でなかった。すなわち、
第１の方法では、水晶粉の表面部のみの純化であり、内
部に介存する不純物を除去することは実質上不可能であ
った。

【０００５】また、前記第二の手法は、設備が大がかり
になってコスト高であったり、Ｆｅ、Ｎａ、Ｋは０．１
ｐｐｍ以下に純化可能であったが、Ｌｉの含有量を同程
度に低く抑えることは難しかった。さらに前記第三の手
法は、天然水晶を原料として用いる場合に較べて高温融
液に対する耐触性が充分でなかった。これは、合成石英
ガラスの粘性が天然水晶の粘性に比べて小さいためであ
る。

【０００６】石英ガラス坩堝の純度が不充分な場合に
は、石英坩堝が変形したり失透する恐れが大きい。シリ
コン単結晶引き上げ時に石英坩堝が失透・変形を起す
と、高品質のシリコン単結晶を引き上げることができな
くなる。

【０００７】こういった失透・変形は、主に石英ガラス
中の不純物に起因することは一般に知られており、従来
は前記方法等によって石英ガラス中の総不純物量を下げ
る努力が成されてきたのである。

【０００８】本発明者の研究によれば、不純物の中でも
特にＮａ、Ｋ、Ｌｉ等のアルカリ金属の影響が大きいこ
とが見出されている。しかしながら、前述したように従
来の製法では、特にＬｉの含有量を低く抑えることが難
かしかったのである。

【０００９】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は、従来の方法に較べて、高純度であって特にＬｉの
含有量を低減させることができる石英坩堝の製造方法を
提供することを要旨としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、シリコン単
結晶の引上げに用いる石英ガラス坩堝の製造方法におい
て、原料の天然水晶を加熱溶融させた後に冷却固化し、
これを粉砕して粒体とし、この粒体を高温下のハロゲン
ガス含有雰囲気中で純化処理し、純化処理した粒体を用
いて回転アーク溶融法によって石英ガラス坩堝を成形す
ることを特徴とする石英ガラス坩堝の製造方法を要旨と
している。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を説明する。

【００１２】本発明の石英ガラス坩堝の製造方法におい
ては、天然水晶を原料として用いる。まず、天然水晶を
加熱溶融した後、冷却して固化させる。次に、これを粉
砕して、所定の粒度分布を有する粒体（粉体）を得る。
粉砕した粒体の粒径は５０〜５００μｍとすることが好
ましい。５０μｍ未満のものが含まれると、粒体の凝集
が生じ、作業性が悪化する。また５００μｍを超える
と、次工程での純化処理に多大な時間と多量のハロゲン
ガスを費やすこととなり、効率が悪い。また５００μｍ
を超えると、回転アーク溶融で形成した石英ガラス坩堝
において適当な気泡径制御が困難となる。さらに好まし
い粒体粒径の範囲は１００〜３００μｍである。本発明
の方法では、このようにして得た非晶質石英の粒体を原
料として用いるのである。以上の工程では、粒体が不純
物を取り込まないように、雰囲気等に充分注意をはらう
必要がある。

【００１３】次に、この非晶質石英粒体をハロゲンガス
で純化処理する。すなわち、好ましくは７００℃以上の
高温下において、ＨＣｌ、Ｃｌ₂等のハロゲンガス含有
雰囲気下で非晶質石英粒体の純化処理を行うのである。
ハロゲンガス含有雰囲気とは、ＨＣｌ、Ｃｌ₂等のハロ
ゲンガスを大体５％以上含む雰囲気を意味し、ハロゲン
ガス以外のガス成分としては酸素、空気等を適宜含んで
いてもよい。ハロゲンガスの含有率は５〜７５体積％が
好ましい。５体積％未満では、純化の効果が充分に得ら
れず、また、７５体積％を超えると、逆にハロゲンが非
晶質石英粒体中に吸着し純化後に脱ハロゲン処理を行わ
なければならなくなる。より純化の効果を奏しより効率
的な作業を行うためには、ハロゲンガスの含有率が２５
〜５０体積％とすることが好ましい。

【００１４】しかる後に、純化処理した非晶質石英粒体
を用いて、回転アーク溶融法により坩堝を成形する。回
転アーク溶融法には、様々な方式があるが、例えば本出
願人が提出した特開平１−１６０８３６号公報や同じく
平１−１５７４２８号公報にその一例が開示されてい
る。

【００１５】回転アーク溶融法を簡単に説明する。坩堝
形状を有する型を中心軸まわりに回転させ、その中に原
料粒体を投入して、型の内側に粒体が層をつくるように
する。そして、アークを備えた加熱源で粒体を加熱し、
そのかなりの部分を溶融して部分層を半融焼結させると
ともに、残部粒体を粒子状態のまま固定するのである。
この工程は、所定の雰囲気下あるいは減圧下で行うと有
利であり、中空の通気性をもった型を用いて、成形する
石英坩堝の外側から排気を行うことも可能である。中空
の型を用いて石英坩堝の外側から排気を行う方式によれ
ば、一般に気泡の少ない石英坩堝を作ることができる。
そして、冷却後に石英ガラス坩堝を型から取り出すので
ある。

【００１６】実施例１前述した方法に従って、実施例１の石英ガラス坩堝を作
成した。その際、非晶質石英ガラス粒体は粒径が１００
μｍ〜３００μｍとなるように粉砕した。また、純化処
理は、１１００℃の温度下でハロゲンガスの濃度を２５
％程度含む雰囲気下で行った。さらに、回転アーク溶融
法は常圧下で行った。

【００１７】比較例１次に、比較例１として、天然水晶を上記実施例１と同等
の粒径に粉砕後ハロゲンガスで純化処理し、その他の工
程は実施例１と全く同様にして石英ガラス坩堝を作成し
た。

【００１８】実施例１と比較例１の石英ガラス坩堝に含
まれるＦｅ及びアルカリ金属のＮａ、Ｋ、Ｌｉの含有量
を調べたところ、実施例１においては、Ｆｅ、Ｎａ、
Ｋ、Ｌｉのいずれもが０．１ｐｐｍ未満であった。一
方、比較例１においては、Ｆｅが０．２ｐｐｍ、Ｎａが
０．１ｐｐｍ未満、Ｋが０．１ｐｐｍ未満、Ｌｉが０．
５ｐｐｍ含まれていた。

【００１９】実施例１と比較例１における不純物含有量
を比較すると、特にＬｉの含有量に大きな差があり、実
施例１のＬｉ含有量は、比較例１の１／５以下であるこ
とがわかる。

【００２０】次に、実施例１と比較例１の石英ガラス坩
堝を用いて、同条件の下でシリコン単結晶を引き上げ
た。そして、シリコンウエハをマイクロチップとする加
工（デバイスプロセス）を行った。その結果、シリコン
単結晶を実施例１の坩堝を用いて引き上げた場合には、
比較例１及び従来の場合に較べて大幅に歩留りを向上す
ることができた。

【００２１】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。例えば、石英坩堝の内層部分、すなわちシリコン融
液と接する部分のみを本発明方法によって形成し、外層
部分は従来の方法で形成することも可能である。

【００２２】この場合上記内層部分は石英ガラス坩堝の
内周表面から肉厚の３０％以上の厚さで形成することが
好ましい。３０％以上とすることによりＣＺ法における
当該石英ガラス坩堝の使用頻度が向上させることができ
る。

【００２３】

【発明の効果】本発明方法によれば、従来の方法に較べ
て極めて高純度であり、特にＬｉ含有量の少ない石英ガ
ラス坩堝を製造することができる。また、高温下で純化
処理することにより、ＯＨの含有量も従来法より約３０
％減らすことができる。また、非晶質石英粉を使用する
事により、坩堝内面側の無泡化も大幅に促進することが
できる。

【００２４】そして、本発明方法によって製造した石英
ガラス坩堝を用いてシリコン単結晶を引上げた場合に
は、石英ガラス坩堝がシリコン溶液に溶け込むこともな
く、かつアルカリ金属不純物の溶け込みも少ないので、
高品質のシリコン単結晶を製造することが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−105574（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−236723（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−12692（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−100038（ＪＰ，Ａ) 特公平５−44438（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭64−6158（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 C03B 20/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン単結晶の引上げに用いる石英ガ
ラス坩堝の製造方法において、原料の天然水晶を加熱溶
融させた後に冷却固化し、これを粉砕して粒体とし、こ
の粒体を高温下のハロゲンガス含有雰囲気中で純化処理
し、純化処理した粒体を用いることを特徴とする石英ガ
ラス坩堝の製造方法。