JPH0259486A

JPH0259486A - 石英るつぼ

Info

Publication number: JPH0259486A
Application number: JP20723788A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Fukuda; 哲生福田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-08-23
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1990-02-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の概要〕多結晶シリコン融液から引き上げ法によりシリコン単結
晶を成長させるときに用いる高純度の石英るつぼに関し
、引き上げ法に使用される石英るつぼにおいて、るつぼか
ら融液に取り込まれる不純物を可能な限り低減し、実用
に耐えることができる高純度の石英るつぼを従供するこ
とを目的とし、溶融した多結晶シリコンの引き上げ法によるシリコン単
結晶成長用の石英るつぼにおいて、前記石英るつぼ側壁
の、少な（とも多結晶シリコン融液に溶解しない領域中
に、不純物を捕獲する多数の孔を形成してなることを特
徴とする石英るつぼを含み構成する。

〔産業上の利用分野］本発明は、多結晶シリコン融液から引き上げ法によりシ
リコン単結晶を成長させるときに用いる高純度の石英る
つぼに関する。

〔従来の技術〕

超ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　５ｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔ
ｉｏｎ）製造用の基板として用いられるシリコン結晶は
、約９０χが引き上げ法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法＝
ＣＺ法）と呼ばれる成長法によって製造されている。Ｃ
Ｚ法においては、石英るつぼにチャージした原料の多結
晶シリコンを直流ヒータにより加熱溶融して融液とし、
この融液に種結晶を浸漬して連続的に引き上げ冷却する
ことにより、シリコン単結晶を成長させる。

一方、超ＬＳＩ製造プロセスにおいては、微細化する超
ＬＳＩの歩留り向上のために、より不純物の少ないクリ
ーンなプロセスを追求しており、従って、基板となるシ
リコン結晶も不純物のより少ない高純度の結晶が必要と
なる。ここで超ＬＳＩにとって有害な不純物とは、ナト
リウム（Ｎａ）をはじめとするアルカリ金属や鉄（Ｆｅ
）をはじめとする遷移金属である。

Ｃ２法においては、原料の多結晶シリコンよりも石英る
つぼの方が不純物を多く含むので、高純度の結晶を成長
させるには、石英るつぼからの汚染をできる限り低減す
ることがまず第１に必要である。そのためには、従来は
、石英るつぼそのものを高純化する試みがなされてきた
。例えば、東芝セラミックス■では、第８図に示す如く
、天然石英を原料とする製品名Ｔ２３０ｓを脱アルカリ
処理したＴ２３０Ｗを開発している。同図において、数
字はそれぞれＴ２３０ＳとＴ２３０−についての、ＡＩ
、Ｆｅ、　Ｎａ、Ｋ　、　Ｃｕの不純物濃度（単位ｐｐ
ｍ）を示している。また、Ｔ２３０Ｗよりもさらに高純
度の合成石英ガラス製のるつぼも開発されている。第９
図には、本発明者が行ったＴ２３０Ｗと合成石英ガラス
製るつぼの純度比較を示す。同図において、数字はそれ
ぞれＴ２３０−と合成石英についての、Ｃｒ、　Ｆｅ、
　Ｎｉ５Ｎａ、Ｋ　、、Ｃｕの不純物を合成石英の濃度
を１としたときの相対濃度で示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の合成石英るつぼは、Ｔ２３０−の原料で
ある天然石英と比べてＯＨ−が多く含まれるために高温
時において変形しやすいという欠点を持つため、現在、
試験・研究用にのみ用いられており工業用として普及し
ていない。また、現在合成石英ガラスからＯＮ−を除く
技術も確立されていない。

本発明者の調査によれば、現在工業用に使、われでいる
石英るつぼの中で最も高純度のものは、Ｔ２３０讐であ
る。しかしながら、今後の高純度化の要求に対しては不
十分であることが次のようにしてわかる。第１０図は、
シリコン結晶バルクのアルカリ金属（Ｎａ　、　Ｋ）と
遷移金属（Ｃｒ　−、Ｃｕ、　Ｆｅ５Ｎｉ）の不純物濃
度（単位ｐｐｔａ）を示す（材料技術研究協会編、［超
ＬＳＩ技術と材料Ｊ　Ｉ）］、、９）。同図に示すよう
に本発明者らの分析によれば、シリコン結晶バルクの不
純物は、数１００ｐｐＬａであり、これを単位堆積光た
りに換算すると、数１００　Ｘｌ０−”　Ｘ５　ｘｌＯ”　（ａ／ｃｍ３
〕＃１Ｏ１１（ａ／ｃｍ’　）となる。一方、第１１図は、シリコンウェハ表面のアル
カリ金属（Ｎａ　、に）と遷移金属（Ｃｒ　ＳＣｕ、　
Ｆｅ、Ｎｉ）の不純物濃度（単位（ａ／ｃｍ”　）　）
を示す。同図に示すように、シリコンウェハ表面は、１
０１０〜１０”　Ｃａ１ｃｍ”　）の不純物で汚染され
ている。この濃度を単純にバルク濃度に換算すると、（
１０”）””　〜（１０”）”〜１０”〜１０”　（ａ
／ｃｍ３）となり、現在のバルク濃度〜１ＱＩ３より２
桁以上高い。しかし、今後プロセスの超クリーン化によ
り、ウェハ表面濃度は、１０”　〜１０１０（ａ／ｃｍ
ｚ）となることが予想され、これをバルク濃度に換算す
ると、（１０”）　””　〜（１０”　）コ”〜１０”
〜１０′５（ａ／ｃｍ’　）となり、現状とほぼ同じに
なってしまう。これは結晶バルクの不純物濃度が表面濃
度に影響を及ぼすことになり、安定したクリーンプロセ
スを維持することが困難となる。そこで、結晶バルクの
不純物濃度を少なくともあと１桁下げる必要があり、そ
のために石英るつぼを高純度化しなければならない。

従来技術は、るつぼの材料そのものを高純度化しようと
する方法であった。しかし、この方法では、結晶成長用
として実用に耐えるものを製造しようとすると、先に述
べたように７２３０−の純度が限界である。

そこで、本発明では、引き上げ法に使用される石英るつ
ぼにおいて、るつぼから融液に取り込まれる不純物を可
能な限り低減し、実用に耐えることができる高純度の石
英るつぼを提供することを目的とする。

〔課題を解決する手段〕

上記目的を達成する本発明の石英るつぼは、溶融した多
結晶シリコンの引き上げ法によるシリコン単結晶成長用
の石英るつぼにおいて、前記石英るつぼ側壁の、少なく
とも多結晶シリコン融液に溶解しない領域中に、不純物
を捕獲する多数の孔を形成してなるものである。

［作用］本発明において、引き上げ法に使用される石英るつぼは
、融液と反応して、約５〜ｌＯ〔μｍ／ｈｒ〕の速度で
溶解する。従って、結晶成長に要する時間（約２０　（
ｈｒ）　）では、１００〜２００　　Ｃｕｍ　）のるつ
ぼ部分に含まれていた不純物が融液中に融は出し、融液
を汚染する。また、本発明者の実験によれば、石英ガラ
ス中におけるＮａやＦｅなどの不純物の拡散定数は、１
４５０°Ｃ（成長中のるつぼの温度）において、〜１０
−’　（ｃｍ”／ｓｅｅ　）程度であるから２０（ｈｒ
）では、（２０Ｘ３６００Ｘ１０−’）””＃　３　（ｍｍ）が
拡散によって移動する。すなわち、未溶解のるつぼ部分
のうち、融液側から厚さ約３　　（ｍｍ）の部分に含ま
れる不純物は、拡散によって融液を汚染すると考えられ
る。本発明においては、石英るつぼ側壁の融液と反応し
て溶解する領域を除き、不純物が拡散して融液に到達で
きる最大幅を越える領域中に多数の孔を形成することで
、石英るつぼに含まれている不純物をできる限りるつぼ
内に閉じ込めることができ、かつ融液に溶解する領域中
に含まれていた不純物も孔にゲッターされるため、高純
度の領域となる。従って、石英るつぼから融液に取り込
まれる不純物を低減することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の一実施例により具体的に説明する
。

第１図は本発明実施例の石英るつぼ側壁の断面図、第２
図は本発明実施例の引き上げ法に使用する石英るつぼを
示す図である。

第２図において、石英るつぼ１１内には、多結晶シリコ
ン融液１２が収容されており、この多結晶シリコン融液
１２から、シリコン単結晶１３が引き上げられる。そし
て、この石英るつぼ１１は、第１図に示す如く、その側
壁の多結晶シリコン融液１２側から、厚さ１００〜２０
０μｍの融液と反応して溶解する領域（Ａ）を除いた、
不純物が拡散して融液に到達できる厚さ約３ｍｍ程度の
最大幅の領域（Ｂ）と、その外側の領域（Ｃ）とに、直
径数１０μ情の気泡などからなる孔１４が多数形成され
ている。

次に、上記構成の石英るつぼ１１の製造方法について説
明する。

第３図は本発明実施例の石英るつぼの製造方法を示す図
である。

同図に示す如く、カーボンなどからなる鋳型１５の内面
に溶融石英１６を吹きつける。このとき、吹きつけ開始
からしばらくの間は、アルゴン（ｈｒ）などのガス１７
を吹きつけながら急速に固化させる。

これにより、気泡の多い石英ガラスとなり、この部分が
第１図の孔１４を形成した領域（Ｂ＋Ｃ）となる。

次に、ガス１７吹きつけによる急冷をやめて徐冷しなが
ら石英ガラスを固化させ、気泡の少ない領域（Ａ）を形
成する。すなわち、ガラスの原料を溶融後、ガスを吹き
つけながら急冷すると気泡が入りやすく、徐冷すると気
泡が入りにくくなる現象を利用して製造することができ
る。

上記構成の石英るつぼの動作を説明する。

第４図は本発明実施例の石英るつぼの動作説明図である
。同図において、石英るつぼ１１のへ部分はシリコン融
液と反応して溶解する領域（厚さ約２００　Ｃａｍ　）
　）　、残りの領域（Ｂ　＋　Ｃ）は本発明の本質的部
分である不純物のゲッター領域であり、Ｏ印は直径数１
０　Ｃμｍ〕の気泡などの孔１４、Ｘ印は不純物を示す
。結晶成長時には、石英るつぼ１１の温度が約１４５０
°Ｃになるため、不純物は熱拡散によって移動し、るつ
ぼ材中の歪場（本発明の場合は孔１４）にゲッターされ
る。先に述べたように、石英るつぼの溶解速度が５〜１
０〔μｍ／ｈｒ）であるのに対し１４５０　（”Ｃ）の
拡散速度は、（３６００Ｘｌ０−６）””〜６００　（
、ｃｚｍ／ｈｒ）となる。すなわち、拡散によって移動
する不純物を完全にゲッターできれば、石英るつぼ１１
からの汚染を約（５〜１０）　／６００ζ１／１００に
低減できることになる。

第５図は本発明実施例の石英ガラスの片側にＦｅイオン
を付着させた状態を示す図、第６図は第５図の石英ガラ
スの深さ方向のＦｅ濃度を示す図である。これらの図に
おいて、石英ガラス（厚さりの片側にＦｅイオンを含ん
だ水溶液を付着させ１０００〔°Ｃ〕で１０　（ｈｒ）
加熱後、深さ方向（χ方向）にＦｅの濃度を分析した結
果を示す。比較のために気泡を全く含まない同じ厚さの
石英ガラス（従来の２３０−など）に対して同じ熱処理
、測定を行った結果も示す。第６図において、本発明の
石英ガラスの濃度を示す２箇所のピークは気泡が存在す
る位置を示しており、気泡は明らかに不純物（Ｆｅイオ
ン）をゲッターする能力を持ち、かつχ・２の面（Ｆｅ
イオンを塗布していない側）におけるＦｅ１度を比較す
ると、本発明の石英ガラスの方が１桁以上低温度になっ
ている。これは、気泡によってＦｅイオンがゲッターさ
れたために、χ＝０からχ・！へ拡散できたＦｅイオン
の量が減少した結果である。

従って、本発明の石英るつぼを使用したＣＺ法では、従
来の石英るつぼを用いたＣＺ法と比べて石英るつぼから
の汚染を１桁低減できる。

第７図は本発明による石英ガラスの不純物ゲッター能力
を示す図である。同図において、横軸は気泡密度〔個／
ｃｍ”）　、Ｎ軸は第５図に示した石英ガラス両側のＦ
ｅイオン濃度比（χ・０におけるＦｅイオン濃度／１０
００°Ｃ１１０ｈｒ熱処理後のＺ＝　ＸにおけるＦｅイ
オン濃度）を表す。このＦｅイオン濃度比は、気泡濃度
が高くなるとともに大きくなり、石英ガラスによる不純
物のゲッター能力が高いことを意味している。気泡密度
が１０３（個／ｃｍ’３以上のとき、従来の石英るつぼ
（気泡数１０（個／ｃｍ３）以下）と比較して、約１０
倍の不純物ゲッター能力があることがわかった。

なお、本発明においては、石英るっぽ１１側壁の、少な
くとも多結晶シリコン融液１２に溶解しない領域中に、
不純物を捕獲する気泡などの多数の孔１４が形成されて
いればよく、その孔１４の大きさなども任意に形成でき
、実施例に限定されない。

また、孔１４を形成する領域は、結晶成長に要する時間
、拡散速度に応じて任意に設定できる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば、石英るつぼ側壁の、
少なくとも多結晶シリコン融液に溶解しない領域中に、
不純物を捕獲する多数の孔を形成したことで、石英るつ
ぼに含まれている不純物が石英るつぼ内に閉じ込められ
、石英るつぼから融液に取り込まれる不純物が低減する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の石英るつぼ側壁の断面図、第２図は本発明実施例の引き上げ法に使用する石英るつ
ぼを示す図第３図は本発明実施例の石英るつぼの製造方法を示す図
、第４図は本発明実施例の石英るつぼの動作説明図、第５図は本発明実施例の石英ガラスの片側にＦｅイオン
を付着させた状態を示す図、第６図は第５図の石英ガラスの深さ方向のＦｅ濃度を示
す図、第７図は本発明による石英ガラスの不純物ゲッター能力
を示す図、第８図はＴ２３０ＳとＴ２３０Ｗの不純物濃度を示す図
、第９図は７２３０Ｗと合成石英の純度比較を示す図、
第１０図はシリコン結晶バルクの不純物濃度を示す図、第１１図はシリコンウェハ表面の不純物濃度を示す図で
ある。図中、１１は石英るつぼ、１２は多結晶シリコン融液、１３はシリコン単結晶、１４は孔、１５は鋳型、１６は溶融石英、１７はガスを示す。

Claims

【特許請求の範囲】

溶融した多結晶シリコンの引き上げ法によるシリコン単
結晶成長用の石英るつぼ（１１）において、前記石英る
つぼ（１１）側壁の、少なくとも多結晶シリコン融液（
１２）に溶解しない領域中に、不純物を捕獲する多数の
孔（１４）を形成してなることを特徴とする石英るつぼ
。