JPS5932427B2 - シリコン単結晶引上げ用高密度窒化珪素質容器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシリコン単結晶引上げ用容器に関する。

半導体装置のウェハ等として用いられるシリコン単結晶
の製造方法としては、一般にＣＺ法が知られている。

この中で、ＣＺ法はシリコンを容器（ルツボ等）内で溶
融し、種結晶を用いてこれを回転させつつ円柱状のシリ
コン単結晶を引上げる方法である。

かかるＣＺ法に用いられるシリコン溶融用容器は、従来
、石英ガラスで形成されている。

しかしながら、容器を石英ガラスで形成するさ、シリコ
ンの溶融温度程度でもシリコンと石英ガラスと反応して
、酸素成分が溶融シリコン中に取り込まれ、晶出シリコ
ン中に約２Ｘ１０”ａｔ ＯｍＳ／（ニアＡの酸素が溶
解する。

このようにシリコン中に酸素が固溶すると、これが種々
の結晶欠陥の核となり、シリコン単結晶の結晶性等を悪
化させるため、これを加工して半導体装置を製造した場
合、その電気特性を著しく劣化させる。

−力、窒化珪素はシリコンと反応しにくいことから、こ
れを使用してシリコンを溶解する方法が考えられる。

そこで反応焼結法による多孔質窒化珪素或いはホットプ
レス法による高密度窒化珪素より容器を構成した。

しかしながら、反応焼結法ではポリビニルアルコール等
の粘結剤を用い、又ホットプレス法ではＭｇＯ，Ａ７Ｎ
、Ｙ２Ｏ３などの焼結促進助剤を用いるため、これらが
窒化珪素焼結体中に不純物として混入する。

したがって、このような窒化珪素からなる容器内でシリ
コンを溶解し、シリコン単結晶の引上げを行なうと、窒
化珪素焼結体中の不純物がシリコン単結晶に固溶してそ
の結晶性等を著しく劣化させるこ古がわかった。

そこで、本発明者らは上記知見を踏まえて更に検討した
結果、ＣＶＤ法により生成される窒化珪素は高純度であ
ることに着目し、ＣＶＤ法の条件を選んで、生々してα
相からなり、粒径の大きい単結晶をもつ窒化珪素で容器
を構成した。

この容器を使用してシリコンを溶解しシリコン単結晶の
引上げを行なった結果、高純度で酸化濃度が２×１０１
６ａｔｏｍｓ／ｉと非常に低く、かつ結晶性が良好なシ
リコン単結晶が得られた。

すなわち、本発明は溶融シリコンを種結晶によりシリコ
ン単結晶を引上げる際に用いる容器の少なく古も溶融シ
リコンと接触する窒化珪素材において、ガス相より析出
されたα相が８０％以上で結晶粒の長さが少なくとも５
ｐｍ以上の単結晶を容積で少なくとも１０％以上含むこ
とを特徴さするものである。

本発明に係る容器の構成材料である高密度窒化珪素質容
器ｌこおいて、そのα相（結晶相）含有率を８０％以上
に限定した理由は、α相を８０％未満にすると非晶質窒
化珪素の量が増大し、溶融シリコンと反応し易くなって
所期目的の結晶性等を有するシリコン単結晶の引上げが
困難となるからである。

また窒化珪素中の単結晶の径およびその容積を夫々５μ
ｍ以上、１０％以上に限定した理由は、これらの数値未
満にすると、単位面積当りの粒界が多くなり、溶融シリ
コンとの粒界における反応性が大きくなる。

例えば非晶質のもの程ではないがα相のものでも結晶粒
の稜が侵蝕を受けて丸味を帯びるような現象が観察され
る。

このようにして所期目的の結晶性、純度等を有するシリ
コン単結晶の引上げが困難となるからである。

本発明に係る高密度窒化珪素質容器は、少なくとも溶融
シリコンに接触する面を窒化珪素とし、これ吉これを支
えるＣＶＤ基材とからなる。

その基材吉しては、例えば炭素、珪素、炭化珪素、窒化
珪素等を用いることができる。

なお基材を炭素あるいは珪素とした場合、基材を適当な
α理により除去してもよい。

特に、窒化珪素基材を用いた場合、これに設けられる窒
化珪素膜との熱膨張係数がほぼ一致するため、熱衝撃に
対して窒化珪素膜の亀裂等のない高寿命の容器を得るこ
とができる。

なお、本発明に係る容器の構成材料である窒化珪素は、
原料ガスの精製が容易で超高純度化が可能なＣＶＤ法を
採用して製造する。

一般にＣＶＤ法では、その条件を細かくコントロールす
ると、得られる材料の性質が変化するが、窒化珪素の場
合も蒸着温度、原料ガスの混合割合を変えるこ古により
、得られた窒化珪素の性質が変わる。

即ち、蒸着温度が８００〜１０００℃の範囲内では非晶
質の窒化珪素となり、Ｘ線回折で回折像が得られない。

これに対し蒸着温度が１０５０−１４．５０℃の範囲内
では緻密質の結晶性窒化珪素となり、１４５０℃を越え
るとガス相から基材に析出成長する結晶粒は基材面上に
垂直柱状に成長するものが多く、基材面に沿って成長し
て相互に連絡するこ古が少なくなる。

従って構成はルーズになり多孔質窒化珪素となることが
わかった。

このようなとさから条件の一つさして蒸着温度を１０５
０〜１４５０℃に設定したＣＶＤ法により蒸着させるこ
とによって既述した特性の窒化珪素を得るに至ったもの
である。

次に、本発明の詳細な説明する。

実施例 まず、高純度のシリコン粉末をポリビニルアルコールを
結合材おして成形した後、１４００℃で５時間窒素雰囲
気中で窒化処理し、多孔質のルツボ状窒化珪素焼結体（
基材）を作製した。

次いで、この基材を蒸着炉内に入れ、Ｓ ｒ Ｃ１４ガ
スを２６０ｃｃ／ｍ１ｌｌ 、 Ｈ２ガスを２０００
ｃｃ／ｍｊｎ 、 ＮＨ３ガスを８０ ｃｃ／ｍｉｎで
供給し、２０ Ｔｏｒｒ に保持した状態で、下記表
に示す温度条件のＣＶＤ法により基材に厚さ１００〜２
００１ｚｍの窒化珪素膜を蒸着して４種のシリコン単結
晶引上げ用ルツボを製造した。

しかして、得られた各ルツボの窒化珪素膜の性状をＸ線
回折した。

また、これらのルツボを弗硝酸で洗滌した後、シリコン
を溶解しその溶融シリコンの液面より種結晶を回転しつ
つ引上げを行ない、得られた円柱状のシリコンの結晶性
、酸素濃度等を調べた。

これらの結果を同表に併記した。上表より明らかな如く
、非晶質の窒化珪素膜を有するルツボ（ＡＩ）及びＸ線
回折では僅かにα相が認められたが５μｍ以上の大きな
粒径の単結晶を含まない窒化珪素膜を有するルツボ（五
２）においては溶融シリコンとその窒化珪素膜との反応
生成物（窒化物）と思われる異物が溶融シリコン表面に
浮遊して、これが引上げ中に取り込まれるため、シリコ
ンの単結晶体は引上げることができなかった。

また、煮４のルツボは柱状結晶を含む大きな結晶の集合
体であるが、気孔を約１０％含む多孔質の窒化珪素膜が
蒸着されているため、溶融シリコンがその窒化珪素膜を
通した基材に滲み出すと共に、基材との反応による異物
が生じ、シリコンの単結晶体は引上げることができなか
った。

これに対し、α相が８０％以上、５μｍ以上の粒径の単
結晶を１０％以上含む高密度の窒化珪素膜が蒸着された
本発明のルツボを用いた場合、溶融シリコンとの反応生
成物が少なく、シリコンの単結晶体を引上げることがで
きた。

しかも、シリコン単結晶中の酸素量は２ Ｘ ｉ ｏ１
６ａｔｏｍｓ／ｆｆｌで従来の石英ガラスルツボにより
得られたシリコン単結晶中のそれ（Ｉ Ｘ １０１８ａ
ｔｏｍｓ／ｉ程度）に比べて酸素濃度の減少を図ること
ができた。

以上詳述した如く、本発明によれば高純度で酸素濃度が
２ Ｘ １０１６ａｔｏｍｓメ蒲以下と非常に低く、か
つ結晶性が良好なシリコン単結晶の引上げを行なうこと
ができ、ひいては電気特性の優れた半導体装置の製造に
適したウェハなどに有益なシリコン単結晶を得ることが
できる等顕著な効果を有するシリコン単結晶引上げ用高
密度窒化珪素質容器を提供できるものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶融シリコンを種結晶によりシリコン単結晶を引上
   げる際に用いる容器の少なくとも溶融シリコンと接触す
   る窒化珪素材において、ガス相より析出されたα相が８
   ０％以上で、結晶粒の長さが少なくとも５μｍ以上の単
   結晶を容積で少なくとも１０％以上含むことを特徴とす
   るシリコン単結晶引上げ用高密度窒化珪素質容器。