JPH065665B2 - 半導体熱処理用石英部材 - Google Patents
半導体熱処理用石英部材Info
- Publication number
- JPH065665B2 JPH065665B2 JP59142456A JP14245684A JPH065665B2 JP H065665 B2 JPH065665 B2 JP H065665B2 JP 59142456 A JP59142456 A JP 59142456A JP 14245684 A JP14245684 A JP 14245684A JP H065665 B2 JPH065665 B2 JP H065665B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ppm
- heat treatment
- quartz glass
- alkali metal
- semiconductor
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はＳｉ等の半導体物質の熱処理に使用される石
英ガラス製炉芯管やその付属品、治具等の半導体熱処理
石英部材に関するものである。
英ガラス製炉芯管やその付属品、治具等の半導体熱処理
石英部材に関するものである。
従来の技術 従来から半導体製造プロセス（特に熱処理プロセス）に
おいて、その耐熱性と高純度の観点から石英ガラス製の
装置や治具部品が使用されてきた。
おいて、その耐熱性と高純度の観点から石英ガラス製の
装置や治具部品が使用されてきた。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来の石英ガラスを半導体熱処理用の炉
芯管として使用して熱処理を施した場合、半導体素子の
酸化膜中にイオン半径の小さなアルカリ金属イオンが存
在し、これらのイオンが酸化膜中を比較的自由に移動す
るため、高濃度になると、反転層の生成や静電容量の変
化量を起こし、素子として機能しなくなる問題があっ
た。
芯管として使用して熱処理を施した場合、半導体素子の
酸化膜中にイオン半径の小さなアルカリ金属イオンが存
在し、これらのイオンが酸化膜中を比較的自由に移動す
るため、高濃度になると、反転層の生成や静電容量の変
化量を起こし、素子として機能しなくなる問題があっ
た。
この問題は、高密度化した半導体素子の場合、特に重要
になる。半導体のアルカリ金属や銅による汚染が実際の
半導体製造のどの工程で生ずるかを調べたところ、熱処
理工程で使用される拡散炉が最も大きな因子であること
がわかった。すなわち、従来の石英ガラス製炉芯管を使
用する拡散炉において、石英ガラス中では、シリコン酸
化膜中と同様にアルカリ金属や銅が移動しやすく、特に
高温では、石英ラス炉芯管の表面から飛び出して、熱処
理中の半導体表面を汚染することがわかったのである。
になる。半導体のアルカリ金属や銅による汚染が実際の
半導体製造のどの工程で生ずるかを調べたところ、熱処
理工程で使用される拡散炉が最も大きな因子であること
がわかった。すなわち、従来の石英ガラス製炉芯管を使
用する拡散炉において、石英ガラス中では、シリコン酸
化膜中と同様にアルカリ金属や銅が移動しやすく、特に
高温では、石英ラス炉芯管の表面から飛び出して、熱処
理中の半導体表面を汚染することがわかったのである。
また、これらのアルカリ金属や銅は石英ガラス製炉芯管
の表面ばかりでなく、操業時、高温度になった炉壁や均
熱管から飛び出して石英ガラス製炉芯管を通って半導体
素子を汚染する欠点があった。
の表面ばかりでなく、操業時、高温度になった炉壁や均
熱管から飛び出して石英ガラス製炉芯管を通って半導体
素子を汚染する欠点があった。
この発明は、前述のような欠点を解消して、半導体熱処
理用部材として石英ガラス中のＡｌとアルカリ金属との
比を規定することにより、熱処理炉中のアルカリをトラ
ップし、高性能の半導体素子を高い歩留りで得ることが
できる半導体熱処理用部材を提供することを目的とする
ものである。
理用部材として石英ガラス中のＡｌとアルカリ金属との
比を規定することにより、熱処理炉中のアルカリをトラ
ップし、高性能の半導体素子を高い歩留りで得ることが
できる半導体熱処理用部材を提供することを目的とする
ものである。
課題を解決するための手段 この発明は、半導体素子の熱処理工程中で使用される石
英部材において、Ａｌをppm以上含有し、Ｎa 、Ｋおよ
びＬｉのアルカリ金属の総量が２ppm以下であり、か
つ、Ａｌと上記アルカリ金属の関係が、｛Ｌｉ（ｐｐ
ｍ）／Ａ１＋Ｎａ（ｐｐｍ）／Ａ２＋Ｋ（ｐｐｍ））／
Ａ３｝／｛Ａｌ（ｐｐｍ）／Ａ４｝≦０．５であり、式
中、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４がそれぞれＬｉ、Ｎａ、
Ｋ、Ａｌの原子量であることを特徴とする半導体熱処理
用石英部材を要旨としている。
英部材において、Ａｌをppm以上含有し、Ｎa 、Ｋおよ
びＬｉのアルカリ金属の総量が２ppm以下であり、か
つ、Ａｌと上記アルカリ金属の関係が、｛Ｌｉ（ｐｐ
ｍ）／Ａ１＋Ｎａ（ｐｐｍ）／Ａ２＋Ｋ（ｐｐｍ））／
Ａ３｝／｛Ａｌ（ｐｐｍ）／Ａ４｝≦０．５であり、式
中、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４がそれぞれＬｉ、Ｎａ、
Ｋ、Ａｌの原子量であることを特徴とする半導体熱処理
用石英部材を要旨としている。
実施例 この発明は半導体熱処理用石英部材における石英ガラス
中のＡｌとアルカリ金属、その中でも特に高温において
石英ガラス内を移動しやすいＮa 、Ｋ、Ｌｉのアルカリ
金属元素の不純物量を規制することにより、均熱管や炉
壁から飛び出したアルカリ物質を石英ガラス中にトラッ
プさせ、石英ガラスを通過させずに、高性能の半導体素
子の製造歩留りを向上させるものである。
中のＡｌとアルカリ金属、その中でも特に高温において
石英ガラス内を移動しやすいＮa 、Ｋ、Ｌｉのアルカリ
金属元素の不純物量を規制することにより、均熱管や炉
壁から飛び出したアルカリ物質を石英ガラス中にトラッ
プさせ、石英ガラスを通過させずに、高性能の半導体素
子の製造歩留りを向上させるものである。
そのようにアルカリ物質が石英ガラス中にトラップされ
るのは、次のような理由によるものと思われる。
るのは、次のような理由によるものと思われる。
通常、石英ガラスは、第１図に示すような構造になって
おり、不規則な結合になっている。第１〜４図はいずれ
も簡略図であって、各々一部省略されているが、第１図
の状態において、高温で移動しやすいアルカリ金属イオ
ン（Ｒ）は、非架橋酸素（Ａ）と結合している。
おり、不規則な結合になっている。第１〜４図はいずれ
も簡略図であって、各々一部省略されているが、第１図
の状態において、高温で移動しやすいアルカリ金属イオ
ン（Ｒ）は、非架橋酸素（Ａ）と結合している。
従来の石英ガラスは、このアルカリ金属イオンが通常各
元素に各々１〜３ppm含まれており、これらのアルカリ
金属イオンが高温で使用中に移動して半導体素子に悪影
響を与えていた。
元素に各々１〜３ppm含まれており、これらのアルカリ
金属イオンが高温で使用中に移動して半導体素子に悪影
響を与えていた。
この石英ガラスにＡｌを含有させると、第２図に示すよ
うな状態になり、アルカリ金属（Ｒ）はＡｌ（Ａ）と結
合する。
うな状態になり、アルカリ金属（Ｒ）はＡｌ（Ａ）と結
合する。
第２図について補足説明すると、もともとＳｉＯ２中に
Ａｌが存在すると、Ａｌは一価の陽イオンを捕捉してｓ
ｉと同じ四価になろうとする傾向があるために、第５〜
７図の順序の挙動を示すものと推測される。
Ａｌが存在すると、Ａｌは一価の陽イオンを捕捉してｓ
ｉと同じ四価になろうとする傾向があるために、第５〜
７図の順序の挙動を示すものと推測される。
第２図のアルカリ金属を強制的に脱アルカリ処理する
と、第３図に示すようにアルカリ金属イオン（Ｒ）と結
合していたＡｌは、非常に活性な状態になる。
と、第３図に示すようにアルカリ金属イオン（Ｒ）と結
合していたＡｌは、非常に活性な状態になる。
このような石英ガラスを半導体熱処理用部材とした使用
した場合、高温で使用してもアルカリ金属イオンが移動
して半導体素子に悪影響をおよぼすことがないことはも
ちろん、均熱管および炉壁等から飛び出したアルカリ金
属イオンは、第４図に示すように、非常に活性な状態に
なったＡｌ（Ａ）＊にトラップされ、Ａｌと強力に結合
する。このため高温中で使用しても移動することがな
く、したがって半導体素子に悪影響をおぼすことがな
い。
した場合、高温で使用してもアルカリ金属イオンが移動
して半導体素子に悪影響をおよぼすことがないことはも
ちろん、均熱管および炉壁等から飛び出したアルカリ金
属イオンは、第４図に示すように、非常に活性な状態に
なったＡｌ（Ａ）＊にトラップされ、Ａｌと強力に結合
する。このため高温中で使用しても移動することがな
く、したがって半導体素子に悪影響をおぼすことがな
い。
また、Ａｌ−Ｒ（アルカリ）の結合力が大きいため、失
透が起こりにくくなる。失透は、−Ｏ−Ｒの結合の場
合、結合力が弱く、Ｒが移動し、他の−Ｏ−と結合し、
組織が変わり、α−Ｃristbaliteになるが、Ａｌ−Ｒは
結合力が強いために、Ｓｉに対する攻撃力が弱く、組織
が変わりにくいためと思われる。
透が起こりにくくなる。失透は、−Ｏ−Ｒの結合の場
合、結合力が弱く、Ｒが移動し、他の−Ｏ−と結合し、
組織が変わり、α−Ｃristbaliteになるが、Ａｌ−Ｒは
結合力が強いために、Ｓｉに対する攻撃力が弱く、組織
が変わりにくいためと思われる。
上記のように均熱管や炉壁から飛び出したアルカリ金属
を石英ガラス中にトラップするためには、石英ガラスに
ついて次のようにすることが必要である。
を石英ガラス中にトラップするためには、石英ガラスに
ついて次のようにすることが必要である。
Ｎ＝｛Ｌｉ（ｐｐｍ）／Ａ１＋Ｎａ（ｐｐｍ）／Ａ２＋
Ｋ（ｐｐｍ））／Ａ３｝／｛Ａｌ（ｐｐｍ）／Ａ４｝≦
０．５ この式中Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４はそれぞれＬｉ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ａｌの原子量である。
Ｋ（ｐｐｍ））／Ａ３｝／｛Ａｌ（ｐｐｍ）／Ａ４｝≦
０．５ この式中Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４はそれぞれＬｉ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ａｌの原子量である。
awはアトムウエイトの略であり、ppm／awは単位重量当
りの原子数に相当する。
りの原子数に相当する。
Ａｌが５ppm以下またはＮ＞０．５になると、アルカリ
をトラップする活性状態のＡｌが少くなり、炉壁や均熱
管からのアルカリをトラップすることができなくなる。
をトラップする活性状態のＡｌが少くなり、炉壁や均熱
管からのアルカリをトラップすることができなくなる。
また、石英ガラス中に高温で移動しやすいＮa 、Ｋ、Ｌ
ｉのアルカリ金属が２ppm以上含まれると、高温で使用
中に移動して石英ガラス表面から飛散し、半導体素子に
悪影響を与える。そのため、上記アルカリ金属の総量を
２ppm以下（好ましくは１．５ppm以下）にすることが必
要である。
ｉのアルカリ金属が２ppm以上含まれると、高温で使用
中に移動して石英ガラス表面から飛散し、半導体素子に
悪影響を与える。そのため、上記アルカリ金属の総量を
２ppm以下（好ましくは１．５ppm以下）にすることが必
要である。
実施例（１） 天然水晶を微粉砕し、１５０〜２５０＃に選別し、脱鉄
した後、浮遊選鉱法により精鉱し、さらに６０℃以上で
濃度５％のフッ化水素酸液に１０時間浸漬して精製粉に
した。この精製粉とＡｌＣl3の加水分解により生成した
Ａl2Ｏ３を混合し、７時間溶融してインゴットをつく
り、そのインゴットを１２００℃以上の加熱下で１０〜
５０ＫＶの直流で５時間以上電解し、アルカリ金属およ
び銅を移動させ、純化された部分を成形して外径１００
mm、肉厚３mm、長さ１８２０mmの炉芯管ならびにそれに
使用するウェハーボートを得た。このウェハーボートの
化学分析値およびＲ／Ａｌを表１に示す。
した後、浮遊選鉱法により精鉱し、さらに６０℃以上で
濃度５％のフッ化水素酸液に１０時間浸漬して精製粉に
した。この精製粉とＡｌＣl3の加水分解により生成した
Ａl2Ｏ３を混合し、７時間溶融してインゴットをつく
り、そのインゴットを１２００℃以上の加熱下で１０〜
５０ＫＶの直流で５時間以上電解し、アルカリ金属およ
び銅を移動させ、純化された部分を成形して外径１００
mm、肉厚３mm、長さ１８２０mmの炉芯管ならびにそれに
使用するウェハーボートを得た。このウェハーボートの
化学分析値およびＲ／Ａｌを表１に示す。
比較例 天然水晶を微粉砕して５０〜２５０＃に選別して脱鉄し
た後、浮遊選別鉱法により精鉱し、フッ酸処理した原料
粉を溶融して従来の高純度石英ガラス炉芯管及びウェハ
ーボート（前述の実施例と同じ形状）に成形した。
た後、浮遊選別鉱法により精鉱し、フッ酸処理した原料
粉を溶融して従来の高純度石英ガラス炉芯管及びウェハ
ーボート（前述の実施例と同じ形状）に成形した。
これらの化学分析値を表−１に示す。
ＳｉＣ−Ｓｉ系の均熱管をライナー管として拡散炉に取
り付け、上述した実施例及び比較例で得た炉芯管をその
均熱管内に挿入し、かつ、半導体素子を載置したウェハ
ーボートを炉芯管内に内装し、１２５０℃に加熱して半
導体を製造する作業を４ケ月間続けた後、各炉芯管と、
得られた半導体素子のフラットバンドの電圧差｜△ＶＦ
Ｂ｜を調べた。これらの結果を表−２に示す。
り付け、上述した実施例及び比較例で得た炉芯管をその
均熱管内に挿入し、かつ、半導体素子を載置したウェハ
ーボートを炉芯管内に内装し、１２５０℃に加熱して半
導体を製造する作業を４ケ月間続けた後、各炉芯管と、
得られた半導体素子のフラットバンドの電圧差｜△ＶＦ
Ｂ｜を調べた。これらの結果を表−２に示す。
発明の効果 表−１と表−２から明らかなように、Ａｌを５ppm以上
含有し、Ｎa 、Ｋ、Ｌｉのアルカリ金属の総量が２ppm
以下で、かつ Ｎ≦０．５である石英ガラスは、１年間使用しても、石
英ガラス製炉芯管に失透や変形が発生せず、しかも得ら
れた半導体のライフタイムが長く、フラットバンドの電
圧差｜△ＶＦＢ｜が０．１以下であり、極めて高品質の
ものであった。
含有し、Ｎa 、Ｋ、Ｌｉのアルカリ金属の総量が２ppm
以下で、かつ Ｎ≦０．５である石英ガラスは、１年間使用しても、石
英ガラス製炉芯管に失透や変形が発生せず、しかも得ら
れた半導体のライフタイムが長く、フラットバンドの電
圧差｜△ＶＦＢ｜が０．１以下であり、極めて高品質の
ものであった。
表１において比較例２のＮ値は０．２５であり、０．５
よりも小であるが、この比較例２はＮa ＋Ｋ＋Ｌｉが２
ｐｐｍ以下という条件を満足しないので、たとえ、Ｎが
０．５以内であったとしても、アルカリ金属が過度に存
在するために、炉芯管の長さ方向に層状に失透が生じ、
熱覆歴では剥離が起こり、強いては変形につながる。
よりも小であるが、この比較例２はＮa ＋Ｋ＋Ｌｉが２
ｐｐｍ以下という条件を満足しないので、たとえ、Ｎが
０．５以内であったとしても、アルカリ金属が過度に存
在するために、炉芯管の長さ方向に層状に失透が生じ、
熱覆歴では剥離が起こり、強いては変形につながる。
また、Ｎa ＋Ｋ＋Ｌｉ≦２ｐｐｍの条件について考察す
る。Ｎa 、Ｋ、Ｌｉが各々単独で２ppm含まれていると
仮定すると、単位重量当たりの原子数は次のとおりであ
る。
る。Ｎa 、Ｋ、Ｌｉが各々単独で２ppm含まれていると
仮定すると、単位重量当たりの原子数は次のとおりであ
る。
Ｎａが２ｐｐｍのとき、（２／２３＝０．０９）×アボ
ガドロ数 Ｋが２ｐｐｍのとき、（２／３９．０．０５）×アボガ
ドロ数 Ｌｉが２ｐｐｍのとき、（２／４＝０．２９）×アボガ
ドロ数 のことから分子の最大値が０．０５であることがわか
る。従って、分子が０．０５以下になるようにするため
には、 Ｎa ≦０．０５×２３＝１．１５ppm Ｋ≦０．０５×３９＝１．９５ppm Ｌｉ≦０．０５×７＝０．３５ppm でなければならない。
ガドロ数 Ｋが２ｐｐｍのとき、（２／３９．０．０５）×アボガ
ドロ数 Ｌｉが２ｐｐｍのとき、（２／４＝０．２９）×アボガ
ドロ数 のことから分子の最大値が０．０５であることがわか
る。従って、分子が０．０５以下になるようにするため
には、 Ｎa ≦０．０５×２３＝１．１５ppm Ｋ≦０．０５×３９＝１．９５ppm Ｌｉ≦０．０５×７＝０．３５ppm でなければならない。
Ｎa ≦１．１５ppm、Ｋ≦１．９５ppm、Ｌｉ≦０．３５
ppmの条件を満たしていない比較例２はフリーなＡｌで
トラップできるアルカリ金属の上限を基材として越えた
ものとなるので、｜△ＶＦＢ｜が大きな値となってしま
う。
ppmの条件を満たしていない比較例２はフリーなＡｌで
トラップできるアルカリ金属の上限を基材として越えた
ものとなるので、｜△ＶＦＢ｜が大きな値となってしま
う。
また、比較例３においては、アルカリ量が低き、失透に
よる変形は生じない。しかし、Ｎ値が０．６７であるた
め、基材以外の外的要因によるアルカリ金属をフリーな
（つまり活性な）Ａｌでトラップすることができず、｜
△ＶＦＢ｜が高い値となってしまう。
よる変形は生じない。しかし、Ｎ値が０．６７であるた
め、基材以外の外的要因によるアルカリ金属をフリーな
（つまり活性な）Ａｌでトラップすることができず、｜
△ＶＦＢ｜が高い値となってしまう。
なお、前述の実施例では脱アルカリ処理としてインゴッ
ト電解による製造法を示したが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。
ト電解による製造法を示したが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。
また、Ａｌを添加せずにＡｌ含有量の多い原料を用いて
もよい。
もよい。
第１図は通常の石英ガラスの構造を示す説明図、第２図
はこのような石英ガラスにＡｌを含有させた状態を示す
説明図、第３図はそれから脱アルカリを施したものの構
造を示す説明図、第４図はそこから飛びだしたアルカリ
金属イオンがＡｌ（Ａ）＊にトラップされる状態を示す
説明図、第５〜７図は第２図の状態を補足説明するため
の図である。 Ａ…非架橋酸素 Ｒ…アルカリ金属イオン
はこのような石英ガラスにＡｌを含有させた状態を示す
説明図、第３図はそれから脱アルカリを施したものの構
造を示す説明図、第４図はそこから飛びだしたアルカリ
金属イオンがＡｌ（Ａ）＊にトラップされる状態を示す
説明図、第５〜７図は第２図の状態を補足説明するため
の図である。 Ａ…非架橋酸素 Ｒ…アルカリ金属イオン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上嶋 信幸 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地 東芝セラミツクス株式会社小国製造所内 (56)参考文献 特公 昭47−1883（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】半導体素子の熱処理工程中で使用される石
英部材において、Ａｌを５ppm以上含有し、Ｎa 、Ｋお
よびＬｉのアルカリ金属の総量が２ppm以下であり、か
つ、Ａｌと上記アルカリ金属の関係が、｛Ｌｉ（ｐｐ
ｍ）／Ａ１＋Ｎａ（ｐｐｍ）／Ａ２＋Ｋ（ｐｐｍ））／
Ａ３｝／｛Ａｌ（ｐｐｍ）／Ａ４｝≦０．５であり、式
中、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４がそれぞれＬｉ、Ｎａ、
Ｋ、Ａｌの原子量であることを特徴とする半導体熱処理
用石英部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59142456A JPH065665B2 (ja) | 1984-07-11 | 1984-07-11 | 半導体熱処理用石英部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59142456A JPH065665B2 (ja) | 1984-07-11 | 1984-07-11 | 半導体熱処理用石英部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6123315A JPS6123315A (ja) | 1986-01-31 |
| JPH065665B2 true JPH065665B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=15315735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59142456A Expired - Lifetime JPH065665B2 (ja) | 1984-07-11 | 1984-07-11 | 半導体熱処理用石英部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065665B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63236722A (ja) * | 1987-03-26 | 1988-10-03 | Shinetsu Sekiei Kk | 石英ガラス製品及びその製造方法 |
| JPH068181B2 (ja) * | 1987-03-26 | 1994-02-02 | 信越石英株式会社 | 半導体工業用石英ガラス製品 |
| JPH0194214A (ja) * | 1987-10-05 | 1989-04-12 | Hitachi Zosen Corp | 船舶航行支援装置 |
-
1984
- 1984-07-11 JP JP59142456A patent/JPH065665B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6123315A (ja) | 1986-01-31 |
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