JPH03252387A - 合成石英ガラスルツボの製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は合成石英ガラスルツボ、特にはシリコン単結晶
引上げに使用したときの溶損量が少ないことからシリコ
ン単結晶引上げ用に有用とされる合成石英ガラスルツボ
およびその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 半導体素子についてはその高集積化が進んでいることか
ら素子の歩留りが低下してきており、このためにシリコ
ンウェーへの純度を向上して微小欠陥の発生を防止する
ことが必要となり、ここに多大の研究投資が行なわれて
いるが、シリコンウェーへの純度向上、換言すればその
汚染防止にはここに使用する周辺材料の高純度化が必要
であり、これについてはシリコン単結晶引上げ用ルツボ
もその対象とされている。

しかして、このルツボの高純度化については例えばＢ含
有量、囲碁含有量、遷Ｂ金属、アルカリ金属量をそれぞ
れ所定量以下としてルツボの純度を高くし、溶損量を減
少させる方法（特公昭５８−４９５１９号公報参照）、
またアルカリ金属を０．２ｐｐｍ以下として微小欠陥を
低くする技術（特開昭６０１３７Ｅ１９２号公報参照）
が提案されており、この合成石英ガラスルツボについて
は天然石英ガラスルツボの内面に合成石英ガラス層を形
成するもの（特公開５８−５０９５５号公報、特開昭６
１−４４７９３号公報参照）も提案される。

（発明が解決しようとする課題） しかし、これら従来公知の合成石英ガラスでは依然とし
てシリコン単結晶引上げ時にシリコン融液に対する溶損
速度が天然石英ガラスに比べて２〜３倍も速く、したが
ってその溶損量も１．５〜３μｇ／ｃｍ２・ｓｅｃとな
るために、これがルツボとしての致命的欠陥となフてい
る。

また、このシリコン単結晶の引上げに際してデバイスプ
ロセスの１，２００℃以下では過飽和状態となっていて
酸素の析出（結晶欠陥の発生を含む）が起こるために、
シリコン単結晶の引上げをＭＣ２法で行なって酸素を抑
制する方法も提案されているが、この場合でもシリコン
融液とルツボの酸化還元反応による溶損が発生するため
にその効果は少ないという不利がある。

（課題を解決するための手段　） 本発明はこのような不利を解決することのできる合成石
英ガラスルツボおよびその製造方法に関するものであり
、これはシリコン単結晶引上げ時における溶損速度がｌ
μｇ／ｃｍ’・ｓｅｃであることを特徴とする合成石英
ガラスルツボ、およびアルコキシシランから強アルカリ
性触媒を用いてゾル−ゲル法によってコロイダルシリカ
を作り、これを焼結ガラス化して合成石英ガラス粉とし
、ついでこれをアーク炎で焼結し成型してルツボとする
ことを特徴とする合成石英ガラスルツボの製造方法に関
するものである。

すなわち、本発明者らはシリコン単結晶の引上げに使用
する合成石英ガラスルツボの改質について種々検討した
結果、シリコン単結晶引上げ時に使用する合成石英ガラ
スルツボについてはこの溶損速度が１μｇ／ｃｍ２・ｓ
ｅｃ以上であるとシリコン単結晶の微少欠陥が増加する
が、この溶損速度を１μｇ／ｃｍ２・ｓｅｃ以下、好ま
しくは天然石英ガラスの溶損速度である０、６μｇ／ｃ
ｍ２・ｓｅｃ以下とすればシリコン単結晶における微少
欠陥の増加が抑制されることを見出すと共に、石英ガラ
スルツボのシリコン融液に対する溶損メカニズムについ
て追求したところ、これは酸素がシリコン中に溶は込む
ためであり、したがってこれについては石英ガラスを構
成しているシリカ（Ｓｉｎ２）が反応性に冨む構造のも
のであるか否かが問題であるが、ゾル−ゲル法で得られ
るコロイダルシリカはその構造が非常にタイトであり、
したがってこれを用いて製造した合成石英ガラスルツボ
は溶損量が１μｇ／ｃＩ１１２・ｓｅｃ以下になるとい
うことを見出して本発明を完成させた。以下にこれをさ
らに詳述する。

（作用） 本発明はシリコン単結晶の引上げ時に使用する合成石英
ガラスルツボおよびその製造方法に関するものである。

シリコン単結晶の引上げは石英ガラスルツボ中にシリコ
ンを溶融し、これにシリコン種結晶を浸漬し、引上げる
という方法で行なわれているが、この引°上げがシリコ
ンの溶融下という高温で行なわれるために石英ガラスル
ツボを構成シリカ（ＳｉＯｚ）が微量ながらシリコン融
液中に溶損し、これがシリコン単結晶に微少欠陥を与え
るということが知られている。

そこで、このシリコン引上げ時における微少欠陥の発生
について種々検討したところ、シリカの溶損速度が１μ
ｇ／ｃｍ”・ｓｅｃ以上であるとシリコン結晶中に微少
欠陥が発生するが、これが１μｇ／ｃｍ２・ｓｅｃ以下
、好ましくは天然石英ガラスの溶損速度である０、６μ
ｇ／Ｃ１１２・ｓｅｃ以下であればシリコン結晶中に微
少欠陥の発生することがないということが見出されたの
で、シリコン単結晶の引上げ時に使用する合成石英ガラ
スルツボについてはその溶損速度が１μｇ／ｃｍ２・ｓ
ｅｃ以下のものとすればよいということが確認された。

また、シリコン単結晶の引上げ時におけるシリカの溶損
メカニズムについて追求したところ、これはシリカ中の
酸素がシリコン中に溶は込むためであり、したがってこ
のシリカが反応性に冨む構造であるときには溶損量の増
加すること、すなわち高温によるエネルギーで一５ｉ−
０の結合が切れ易い場合は溶損が多いが、これが切れ難
い場合には溶損の少なくなることが判った。

他方、本発明者らはゾル−ゲル法による石英ガラスの製
造について検討中であるが、このゾル−ゲル法で作られ
たコロイダルシリカの構造が非常にタイトなものである
ことから、このゾル−ゲル法で得られたコロイダルシリ
カを仮焼し、脱炭、脱溶媒を行なフたのち、さらに高温
で処理してガラス化した石英ガラス粒子をアーク炎を用
いて焼結、成型して合成石英ガラスルツボとすると、こ
のコロイダルシリカが規則的な三次元マトリックスを有
するもので強い共有結合をもつものであり、したがって
高温でもその結合が切れにくく、この物性がルツボに成
型された場合でも維持されていることから、このように
して作られた合成石英ガラスルツボをシリコン単結晶引
上げ時に使用するとその酸化還元反応が抑制され、溶損
速度が１μｇ／ｃｍ”・ｓｅｃ以下のものになるという
こと、したがってシリコン単結晶引上げ用ルツボとして
有用とされることが確認された。

（実施例） つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。

実施例１、比較例１〜２ メチルシリケート２６．５ｊ２／、時と２０重量％のア
ンモニア水１７．ｉ　７時とを５Ｉｌの反応フラスコ中
に同時に滴下し、４０〜５０℃で反応させ、５時間後に
反応を停止したところ、シリカ濃度２３％のシリカゾル
液が得られたので、これを脱水処理して含水率が２５重
量％のシリカを作った。

ついでこのシリカ８ｋｇを超純水８１に分散させ、これ
に２９重量％のアンモニア水３５Ｏｎを加えてそのｐＨ
を１１とし、このシリカに対しシリカ換算で１０重量％
となる量のメチルシリケートを添加してこれを固化させ
たのち、空気中において室温から１，０００℃まで１３
時間かけて昇温させ、その後ｔ、ｏｏｏ℃に１時間保持
し、その粉をポリプロピレン製の３０メツシユ篩とテフ
ロン製の１００メツシユ篩を用いて３０〜１００メツシ
ユのものに篩分けして、直径が１２インチの石英ガラス
ルツボ中に仕込んだ。

つぎにこのルツボをアルゴンガス雰囲気下に１時間で１
，５００　ｔまで昇温させて、この温度に２時間保持し
てシリカを透明ガラス化し、放冷後取り出してから石英
ガラスローラーで解砕し、テフロン製の５０メツシユ、
１００メツシユの篩で篩別したところ、収率９５％で合
成石英ガラス粉が得られたので、この合成石英ガラス粉
をアーク炎を用いる公知の方法でルツボに成型したとこ
ろ、このルツボは第１表に示したような物性を示したが
、比較のために調製した天然石英ガラスルツボおよび火
炎法で作フた合成石英板についての物性をしらべたとこ
ろ、これらは第１表に併記したとおりの結果を示した。

ついで、上記したような方法で作られた内径１８インチ
の本発明の合成石英ガラスルツボ、比較のための天然石
英ガラスルツボおよび火炎法で作られた合成石英ガラス
ルツボの中にシリコン多結晶を８０ｋｇ入れ、１，５２
０　ｔ：でこれを融解させ、ここに２０ｘ　７　ｘ　１
００　ｖｎの研磨した石英ガラス試料を浸漬し、１　ｒ
ｐｍの速度で５時間回転させたのち引上げ、　１（ＣＪ
Ｚガスで１，０００　ｔに処理し、このものの処理前の
重量と処理後の重量の差を接触面積と時間で割ってその
溶損重量を求めたところ、第２表に示したとおりの結果
が得られた。

また、上記における１８インチの３種のルツボに８０ｋ
ｇのシリコン多結晶を入れ、これを１，５２０℃で融解
させたのち、これにシリコン単結晶を浸漬し、６インチ
のシリコン車結晶インゴットを［１５０ｍｍ引上げ、こ
れらの酸素濃度と微少欠陥（Ｏ５Ｆ）をしらべたところ
、第３表に示したとおりの結果が得られた。

第 ２ 表 第 表 イダルシリカが規則的な三次元マトリックスを有する強
い共有結合をもつもので、この性状がルツボにも維持さ
れるので、この方法で作られたルツボは溶損速度が１μ
ｇ／ｃｍ２・ｓｅｃ以下と小さいものとなり、したがっ
てシリコン単結晶引上げ時に使用すれば得られるシリコ
ン単結晶に微少欠陥が増加するという不利を解決するこ
とができるという工業的な有利性が与えられる。

（発明の効果） 本発明はシリコン単結晶引上げ用の合成石英ガラスルツ
ボおよびその製造方法に関するものであり、これは前記
したように溶損速度が１μｇ７ｃｍ２・ｓｅｃ以下であ
る合成石英ガラスルツボおよびアフレコキシシランから
ゾル−ゲル法でよってコロイダルシリカを作り、これを
焼結して得た合成石英ガラス粉からアーク炎法で焼結、
成型して合成石英ガラスルツボを製造するというもので
あるが、この製造方法によればゾル−ゲル法で得られた
コロ〃 荒 井 鐘 司バ召弾獣

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン単結晶引上げ時における溶損速度が１μｇ
   ／ｃｍ＾２・ｓｅｃ以下であることを特徴とする合成石
   英ガラスルツボ。 ２、アルコキシシランから強アルカリ性触媒を用いるゾ
   ル−ゲル法によってコロイダルシリカを作り、これを焼
   結ガラス化して合成石英ガラス粉とし、ついでこれをア
   ーク炎で焼結し成型してルツボとすることを特徴とする
   合成石英ガラスルツボの製造方法。