JPH07106958B2 - シリコン単結晶引上げ用石英ルツボ - Google Patents

シリコン単結晶引上げ用石英ルツボ

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JPH07106958B2
JPH07106958B2 JP63331925A JP33192588A JPH07106958B2 JP H07106958 B2 JPH07106958 B2 JP H07106958B2 JP 63331925 A JP63331925 A JP 63331925A JP 33192588 A JP33192588 A JP 33192588A JP H07106958 B2 JPH07106958 B2 JP H07106958B2
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quartz
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/09Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体等に使用するシリコン単結晶を溶融シ
リコンから引き上げる際に使用される石英ルツボに関す
る。
〔従来技術と問題点〕
単結晶シリコンの引き上げにおいては、溶融シリンを装
入する石英ルツボの品質が単結晶シリコンに大きな影響
を与える。石英ルツボ中の気泡や異物はシリコンの引上
げ時に剥離を生じて溶融シリコンに混入し、単結晶化を
妨げる原因となる。従って、気泡や異物を含まない高品
質の石英ルツボが必要とされる。
従来、上記石英ルツボは、回転モールディング法や溶融
成形法によって製造されている。
回転モールディング方法は、垂直軸の周りを回転するル
ツボ形状のモールドに中子を装入し、該中子とモールド
内表面との間に石英粉を充填した後、該中子を黒鉛電極
等の加熱源と入れ換え、モールド内表面に張付いている
石英粉を加熱溶融してルツボを製造する方法がある。ま
た溶融成形法では、石英を予め溶融した後にモールドに
押しつけて石英ルツボを製造する。回転モールディング
法は製造コストが安価であり大量生産に適するので、現
在は主に回転モールディング法により石英ルツボが製造
されている。ところが、回転モールディング法によって
製造された石英ルツボは、シリコン引上げ時の単結晶化
率が低い問題があった。因に、従来の回転モールディン
グ法で製造した石英ルツボを使用した場合のシリコン単
結晶の転位発生率と単結晶化率は夫々1.3回/m、55%で
あり、溶融成形法で製造した石英ルツボの値、0.6回/
m、79%よりやや低い。
回転モールディング法で作られた石英ルツボを用いて製
造されたシリコン単結晶に転位が発生し易い理由につい
ては、例えば以下のような種々の原因が考えられる。石
英ルツボの気泡を内包した不透明石英ガラスの部分が溶
融シリコンによって侵食され凹凸が生じている部分にSi
O2+Si→2SiOの反応によって生じた一酸化ケイ素(Si
O)が付着し、このSiOが溶融シリコン中に混入して単結
晶シリコン中に入り転位の原因となる(特開昭59−2136
97)。或は、SiOが蒸気となりルツボの上縁部内面に凝
結析出し、これが成長して溶解シリコン面に落下し、結
晶成長端に付着して単結晶化を阻害する(実開昭62−16
2267)。
〔問題解決に係る知見〕
本発明者等は、転位の発生が少ないシリコン単結晶を製
造できる回転モールディング法石英ルツボについて研究
を続け、以下の知見を得た。(1)回転モールディング
法で作られたルツボは完全なガラス質でなく、主にクリ
ストバライトからなる結晶質が部分的に含まれる。
(2)該結晶質の含有率が高いルツボほど、それを使用
して製造された単結晶シリコン中に転位の発生する率が
高い。
本発明は、上記知見に基づき、石英ルツボについてその
結晶化率(結晶化度)の許容限界を特定したものであ
る。
〔発明の構成〕
本発明によれば以下のシリコン単結晶引上げ用石英ルツ
ボが提供される。
(1)回転モールデング法で作られたシリコン単結晶引
上げ用石英ルツボであって、シリコン融液と接触する内
側表面から少なくとも0.5mmの厚さの領域が結晶化率5
%以下のガラス層であることを特徴とする石英ルツボ。
(2)アルカリ金属含有量が各々0.1ppm以下である原料
石英粉を用い、回転モールデング法によって製造したル
ツボの内側表面をさらに酸エッチング処理して、内側表
面から少なくとも0.5mmの厚さの領域を結晶化率5%以
下のガラス層とした上記(1)の石英ルツボ。
シリコン単結晶の転位発生率は石英ルツボのシリコン融
液と接する内側表面の結晶化率が大きい程高い。この理
由は石英ルツボを用いてシリコン単結晶を引上げると
き、ルツボの内側表面の石英ガラス層が僅かづつ侵食さ
れるのに伴ない、該層に含まれるクリストバライト等の
結晶質が未溶解のまま剥離してシリコン融液中にはい
り、それがシリコン単結晶の成長末端に付着して転位発
生の原因となるためであると考えられる。従って本発明
の石英ルツボにおいてはシリコン融液に接触する内側表
面のガラス層の結晶化率が5%以下に制限される。ここ
で結晶化率とは一般に定義される結晶化度と同義であ
り、X線回折法で得られるプロファイル解析で定量され
る。即ち、周知のように、X線回折図の強度分布を結晶
および非晶質領域による回折に分離し、その面積比から
定量される。結晶化率は小さい程好ましいが、回転モー
ルディング法による製造においては、ルツボ全体を完全
なガラス質とすることは難かしい。然し乍ら、シリコン
融液と接するルツボ内表面の結晶化率が5%以下であれ
ば実施例で示すように、転位発生率を低く抑えることが
でき、高い単結晶化収率を達成できる。
回転モールディング法石英ルツボを用いて単結晶シリコ
ンを製造する場合、単結晶シリコンの1回の引上げによ
ってシリコン融液に接触する石英ルツボの内側表面は0.
1〜0.5mm程度溶損する。従って本発明の石英ルツボにお
いては、内表面から少なくとも0.5mmの範囲が結晶化率
5%以下である。尚、石英ルツボを2〜3回使用する場
合には、シリコン融液に接触する内側表面から約2mmの
厚さに亘って結晶化率を5%以下とすればよい。
本発明の回転モールディング法による石英ルツボは前述
の製造手順に従い、高純度の石英粉をモールド内に充填
した後、例えばアーク加熱等で内側から溶融し、ガラス
化することにより製造される。
この場合、ルツボ内側の結晶化率を5%以下に抑えるた
め以下のような手段によりルツボ内面を完全溶融しガラ
ス化を行ないさらに再結晶化を防止するのが好ましい。
具体的には、先づ、原料石英粉を高純度とする、特に低
い温度で再結晶化を生じ易いNa、K等の元素を0.1ppm以
下に除去することが望ましい。除去する方法は浮遊選鉱
法、加熱溶融して電解する方法等公知の手段が適用され
る。次に加熱溶融時例えばアーク加熱に用いる黒鉛電極
を可及的に純度の高いものを用いることが望ましい。例
えば石英ルツボ作製中に黒鉛電極中の不純物が落下して
ルツボの内側表面が汚染されるとその周辺の結晶化率が
高くなることが認められる。このためアーク加熱による
場合、用いる黒鉛電極は灰分5ppm以下のものを使用する
ことが望ましい。同じ目的で石英ルツボ作製室内の環境
浄化により雰囲気中のホコリ等のルツボに付着すること
を防ぐことが望ましい。
原料石英粉を完全溶融してガラス質とするために加熱時
間は10分以上が望ましい。
石英ルツボの内側表面の結晶化率を5%以下にするため
石英ルツボの仕上げ工程において、フッ酸により内側表
面を洗滌して、該表面を10μm程度エッチングし、更に
光学的に検出される介入物が存在するときは、その介入
物をダイヤモンドカッター等で研削した後、研削跡を再
溶融することも望ましい方法である。
〔発明の効果〕
本発明の石英ルツボを使用して製造した単結晶シリコン
は転位の発生率が低く、単結晶化の歩留りが著しく向上
することが認められる。
〔実施例〕
実施例1 アルカリ金属Na,K,Liの含有量が0.1ppm以下である高純
度石英粉を用い、回転モールデング法に従い、灰分5ppm
を含む黒鉛電極のアークによって15分間加熱し、内側表
面より4mm厚が透明ガラス層であり、外周側が半透明層
の石英ルツボを製造し、さらに該ルツボの内側表面をフ
ッ酸で処理して該表面から10μm厚をエッチングし、更
に肉眼で観察される異物を研削除去し、研削面を再溶融
してガラス化することによりルツボの内側表面より0.5m
m厚の部分の結晶化率を5%とした。この石英ルツボを
シリコン単結晶の引上げに用い、得られたシリコン単結
晶の転位発生率と原料シリコンに対する単結晶シリコン
の収率を求めた。これを第1表に示した。
実施例2 灰分4ppmの黒鉛電極を使用した以外は実施例1と同様に
して、内側表面より4mm厚が透明ガラス層、外周側が半
透明層であって、ルツボ内側表面より0.5mm厚の部分の
結晶化率が3%の石英ルツボを得た。この石英ルツボを
シリコン単結晶の引上げに用い、得られたシリコ単結晶
の転位発生率と原料シリコンに対する単結晶シリコンの
収率を求めた。これを第1表に示した。
実施例3 実施例2と同様にして製造した石英ルツボの内側表面全
体をダイヤモンド砥石によって研磨し、該内表面から20
0μmの厚さを研削した後に該研磨面を再溶融して内表
面から0.5mm厚の部分の結晶化率を1%以下とした石英
ルツボを得た。この石英ルツボを用い、実施例1と同様
に単結晶シリコンを引き上げた。この結果を第1表に示
した。
比較例 アルカリ金属含有量が、Na1.0ppm、K0.8ppm、Li0.7ppm
の石英粉を原料とし、回転モールデング法に従い、灰分
15ppmを含む黒鉛電極のアークによって7分間加熱し、
内側表面より4mm厚が透明ガラス層であり、外周側が半
透明層であって、ルツボ内側表面より0.5mm厚の部分の
結晶化率が10%の従来用いられている石英ルツボを製造
した。この従来の石英ルツボを用い、実施例1と同様に
単結晶シリコンを引き上げた。この結果を実施例の結果
と共に第1表に示した。
第1表から明らかなように、ルツボ内側表面より0.5mm
厚の部分の結晶化率が10%である従来の石英ルツボを使
用した場合には、引き上げた単結晶シリコンの転位発生
率が高くしかも収率が低いが、上記結晶化率が5%以下
である本発明の石英ルツボを使用して得た単結晶シリコ
ンは、その転位発生率が低く、かつ単結晶の収率が大幅
に向上している。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転モールデング法で作られたシリコン単
    結晶引上げ用石英ルツボであって、シリコン融液と接触
    する内側表面から少なくとも0.5mmの厚さの領域が結晶
    化率5%以下のガラス層であることを特徴とする石英ル
    ツボ。
  2. 【請求項2】アルカリ金属含有量各々が0.1ppm以下であ
    る原料石英粉を用い、回転モールデング法によって製造
    したルツボの内側表面をさらに酸エッチング処理して、
    内側表面から少なくとも0.5mmの厚さの領域を結晶化率
    5%以下のガラス層とした特許請求の範囲第1項の石英
    ルツボ。
JP63331925A 1988-12-28 1988-12-28 シリコン単結晶引上げ用石英ルツボ Expired - Lifetime JPH07106958B2 (ja)

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JPH02175686A JPH02175686A (ja) 1990-07-06
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JP5344423B2 (ja) * 2008-09-26 2013-11-20 株式会社Sumco 炭素電極の製造方法および石英ガラスルツボの製造方法
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JPH01148783A (ja) * 1987-12-03 1989-06-12 Shin Etsu Handotai Co Ltd 単結晶引き上げ用石英ルツボ

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