JP5497247B1 - 単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
シリカガラス表面の再結晶化に関するOH基濃度とBa濃度の影響を予備的に検討するため、以下のような実験を行った。
× 再結晶化せず、無色透明のまま
△ 若干再結晶化した、白色半透明化
○ 少しムラが存在するが全面再結晶化した、白色不透明化
◎ 全面均一に再結晶化した、完全な白色不透明化
*1 表面の結晶質シリカ粒が剥がれやすい状態
図3に示した工程(1)〜(6)に従い、単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器を製造した。まず、第1の原料粉11として、粒径50〜500μm、純度99.999wt.%の天然石英粉を作製した。また、第2の原料粉12は、第1の原料粉11と同様の天然石英粉を原料母材粉として硝酸バリウム水溶液に浸漬させ、乾燥によりBaを200massppm含有させたものを作製した。
第2の原料粉12に含有させたBa濃度を1000massppmに変更した他は、実施例1と同様にシリカ容器を製造した。
第2の原料粉12に含有させたBa濃度を55massppmに変更し、かつ、第2の透明層62のOH基濃度が250massppmになるように調整した他は、実施例1と同様にシリカ容器を製造した。
第2の原料粉12に含有させたBa濃度を55massppmに変更し、かつ、第2の透明層62のOH基濃度が1200massppmになるように調整した他は、実施例1と同様にシリカ容器を製造した。
第2の原料粉12に含有させたBa濃度を110massppmに変更し、かつ、第2の透明層62のOH基濃度が200massppmになるように調整した他は、実施例1と同様にシリカ容器を製造した。
第2の原料粉12に含有させたBa濃度を110massppmに変更し、かつ、第2の透明層62のOH基濃度が330massppmになるように調整した他は、実施例1と同様にシリカ容器を製造した。
実施例1から以下のように条件を変更してシリカ容器を製造した。第2の原料粉12に含有させたBa濃度を110massppmに変更した。仮成形体41の形成時の厚さを厚くするとともに仮成形体41の溶融時間を長く設定し、第1の透明層61を厚く(4.7mm)形成した。減圧しつつ仮成形体41内部で行う放電加熱溶融の雰囲気を、乾燥したH210vol%、N290vol%の混合ガスとした。第2の透明層62のOH基濃度が310massppmとなるように調整した。第1の透明層61及び第2の透明層62の合計の厚さが6mmになるように調整して、透明層52全体の厚さが比較的厚くなるようにした。
実施例1から以下のように条件を変更してシリカ容器を製造した。まず、仮成形体41内部で行う放電加熱溶融を常圧で行った。これにより、実施例1と比べて、第1の透明層61の厚さが薄く(1.1mm)なり、シリカ基体42の不透明層51及び第1の透明層61のそれぞれのOH基濃度が高くなった。また、第2の透明層62のOH基濃度が420massppmとなるように調整した。第1の透明層61及び第2の透明層62の合計の厚さが2.2mmになるように調整して、透明層52全体の厚さが比較的薄くなるようにした。
実施例1で用いた第1の原料粉と同様の原料粉から、従来法の減圧アーク溶融法(空気雰囲気)により、シリカ基体を作製し、これをシリカ容器(外側は白色不透明シリカ焼結体であり、内側は無色透明シリカガラス体である。)とした。実施例1における第2の原料粉に相当する原料粉は用いなかった。
従来法の常圧アーク溶融法及び粉体原料散布アーク溶融法でシリカ容器を製造した。すなわち、まず、実施例1の第1の原料粉と同様の原料粉から仮成形体を形成し、常圧アーク溶融法により、外側が白色不透明シリカガラス層、内側が白色半透明シリカガラス層からなるシリカ基体を作製した。このシリカ基体の内側に合成クリストバライト粉(粒径50〜300μm、純度99.9999wt.%)を散布しつつ溶融させ、透明シリカガラス層を形成した。
実施例1と基本的に同様にシリカ容器の製造を行ったが、以下の点を変更した。仮成形体の加熱溶融時の雰囲気を空気とした。また、第2の原料粉にBaを500massppmの濃度で含有させたが、第2の透明層形成工程の雰囲気を水蒸気を除去した空気とした。
第2の原料粉にBaを添加しないこと以外は、実施例2と同様にしてシリカ容器を製造した。
各実施例及び比較例において用いた原料粉及び製造したシリカ容器の物性、特性評価を以下のようにして行った。
光学顕微鏡又は電子顕微鏡で各原料粉の二次元的形状観察及び面積測定を行った。次いで、粒子の形状を真円と仮定し、面積測定値から直径を計算して求めた。この手法を統計的に繰り返し行い、粒径の範囲(この範囲の中に99wt.%以上の原料粉が含まれる)の値として、表2〜7に示した。
シリカ容器をカッターで切断し、シリカ容器の側壁全高さの中央部分における断面をスケールで測定することにより、各層の厚さを求めた。
不透明層部分、透明層部分からガラスサンプルを切断、調整し、赤外線吸収分光光度法でOH基濃度測定を行った。ただし、透明層内表面部に関しては、シリカ容器内表面から0.5mm深さ及び1mm深さの2点を測定し、算術平均値として示した。また、透明層深部に関しては1.5mm深さ及び2.0mm深さの2点を測定し、算術平均値として示した。
Dodd,D.M. and Fraser,D.B.(1966) Optical determination of OH in fused silica. Journal of Applied Physics, vol.37, P.3911.
シリカ容器内表面から深さ1mmまでの部分及び深さ1.5mmから2.5mmまでの部分から各々薄片状サンプリングし、酸処理により溶液調整を行い、濃度分析を行った。濃度分析は、プラズマ発光分析法(ICP−AES)又はプラズマ質量分析法(ICP−MS)又は原子吸光光度法(AAS)で行った。
製造したシリカ容器の中に純度99.9999999wt.%の金属ポリシリコンを投入し、昇温を行いシリコン融液とし、次いで単結晶シリコンの引き上げを3回繰り返して行い(マルチ引き上げ)、単結晶シリコン育成の成功率として評価した。引き上げ条件は、引き上げ装置(CZ装置)内をアルゴン(Ar)ガス100%雰囲気、引き上げ速度0.6mm/分、単結晶シリコン寸法は直径300mm、長さ600mm、1バッチの操業時間は約80時間とした。単結晶シリコン育成3回繰り返しの成功比率の分類は以下の通りとした。
3回成功 ○(良好)
2回成功 △(やや不良)
1回成功 ×(不良)
前記の単結晶シリコン連続引き上げにおいて、各単結晶シリコンマルチ引き上げ後の1本目の単結晶シリコンの任意の部位から、直径300mm、厚さ200μmの両面研磨仕上げのシリコンウェーハ各200枚を作製した。次いで各々のシリコンウェーハの両面に存在するボイドとピンホールと異物の個数をパーティクル検出器により測定し、統計的に数値処理を行いシリコンウェーハ200枚あたりの欠陥の無い枚数を求めた。ボイド、ピンホール、異物のいずれも検出されないシリコンウェーハ枚数に応じて以下のような評価とした。
無欠陥シリコンウェーハ枚数 200枚〜199枚 ○(良好)
無欠陥シリコンウェーハ枚数 198枚〜197枚 △(やや不良)
無欠陥シリコンウェーハ枚数 196枚以下 ×(不良)
前記の単結晶シリコン連続引き上げの評価終了後、各シリカ容器の当初のシリコン融液面上部近くの部分(シリコン融液と接触していない部分)から、シリカ容器側壁の全厚さにわたって、寸法が200mm×50mm×側壁全厚さであるサンプルを切り出した。次いで、ルツボ形状の評価試験用シリカガラス製容器を別途用意し、用意した評価試験用シリカガラス製容器内に多結晶シリコンを充填し電気炉で溶融し、シリコン融液とした。該シリコン融液中に各サンプルの下部半分を沈めた。この状態で電気炉内で1500℃で80時間保持した後、各サンプルを引き上げた。次いで、各サンプルのうち、切り出す前にシリカ容器内表面側であった側の表面のエッチング量を、断面厚さをスケールで測定することにより求めた。
エッチングされた厚さが1.5mm未満 ○(良好)
エッチングされた厚さが1.5mm〜3mm未満 △(やや不良)
エッチングされた厚さが3mm以上 ×(不良)
Claims (6)
- 内側に透明シリカガラスから成る透明層を有し、外側に気泡を含有する不透明シリカガラスから成る不透明層を有する単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器であって、
前記透明層が、前記シリカ容器の内表面側に位置し、OH基を200〜2000massppmの濃度で含有する高OH基層と、該高OH基層よりもOH基濃度が低い低OH基層とから成り、
前記高OH基層がBaを50〜2000massppmの濃度で含有するものである
ことを特徴とする単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器。 - 前記高OH基層の厚さが0.5mm以上3mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器。
- 前記高OH基層が、Baを100〜1000massppmの濃度で含有し、OH基を300〜1500massppmの濃度で含有するものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器。
- 単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器の製造方法であって、
第1の原料粉として、粒径10〜1000μmのシリカ粉を作製する工程と、
第2の原料粉として、Baを50〜2000massppmの濃度で含有させた、粒径10〜1000μmのシリカ粉を作製する工程と、
前記第1の原料粉を型枠内に投入し、該型枠を回転させつつ該型枠の内壁に応じた所定の形状に仮成形して仮成形体を作製する工程と、
前記型枠内の仮成形体を回転させつつ、放電加熱溶融法により前記仮成形体を加熱溶融させ、内側を透明シリカガラスから成る第1の透明層とするとともに、外側を気泡を含有する不透明シリカガラスから成る不透明層としたシリカ基体とする工程と、
前記シリカ基体の内側を水蒸気含有ガス雰囲気とし、前記シリカ基体の内側に前記第2の原料粉を散布しつつ放電加熱溶融法により加熱溶融させることにより、前記第1の透明層上に、BaとOH基を前記第1の透明層よりも高濃度に含有する透明シリカガラスから成る第2の透明層を形成して、前記第1の透明層及び第2の透明層から成る透明層を内側に有し、外側に不透明層を有するシリカ容器を作製する工程と、
前記作製したシリカ容器を室温まで冷却する工程と、
を含み、
前記第2の透明層の少なくとも内表面側の領域において、OH基濃度を200〜2000massppmとすることを特徴とする単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器の製造方法。 - 前記冷却工程において、少なくとも200℃以下の温度に低下するまで前記シリカ容器の内側を水蒸気含有ガス雰囲気とすることを特徴とする請求項4に記載の単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器の製造方法。
- 前記仮成形体を加熱溶融させる工程を、前記仮成形体の外側から減圧することにより該仮成形体に含まれるガス成分を脱ガスしながら行うことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の単結晶シリコン引き上げ用シリカ容器の製造方法。
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