JPS5950629B2 - 単結晶シリコン引上げ用窒化珪素製治具の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は円柱状もしくは板状の単結晶シリコンを引上げ
る際に用いられる窒化珪素製油臭の製造方法に関する。

半導体ウェハを切出すための円柱状単結晶シリコンの製
造方法としてはチョクラルスキー法（ＣＺ法）が知られ
ている。

この方法はシリコン原料をルツボ内で溶融し、この溶融
シリコンの種結晶を浸し、この種結晶を引上げることに
より円柱状単結晶シリコンを製造するものである。

上述したＣＺ法においては、従来、ルツボとして石英ガ
ラス製のものが用いられている。

しかしながら、石英ガラス製のルツボを用いた場合、石
英ガラスと溶融シリコンとが反応し、反応生成物が酸素
不純物としてシリコン結晶中に取り込まれる。

シリコン結晶中の酸素不純物は結晶欠陥の原□因となる
ため、製造される集積回路の特性を悪化させるという欠
点がある。

また、板状単結晶シリコンの製造方法としてはＥＦＧ法
（ｅｄｇｅ ｄｅｆｉｎｅｄ ｆｉｌｍ ｆｅｅｄ ｇ
ｒｏｗｔｈ法）が知られている。

この方法はシリコン原料をルツボ内で溶融し、この溶融
シリコンに中空枠状のダイの一端側を浸し、ダイの中空
部を毛管現象により上昇してきた溶融シリコンに板状種
結晶を浸してこの種結晶を引上げることにより、板状単
結晶シリコンを製造するものである。

□ 上述したＥＦＧ法においては、従来、ルツボとして
石英ガラス製のものが、ダイとしてカーボン製のものが
夫々用いられている。

しかしながら、石英ガラス製のルツボはＣＺ法の場合と
同様な欠点を有するうえに、カーボン製のダイを用いた
場合にはカーボンが溶融シリコンと反応して炭化珪素を
生じ易く、こうして炭化珪素がダイの中空部周辺に形成
されるとシリコン結晶の引上げが困難となるだけで゛な
く、シリコン結晶が多結晶化するという欠点か゛ある。

そこで、本発明者らはルツボ、ダイ等の治具として溶融
シリコンとほとんど反応しない窒化珪素製のものを用い
ることを考え、先に特願昭５６−７０４７７において、
所望形状の基材の内表面もしくは外表面の少なくとも一
方の面にＣＶＤ法により結晶質窒化珪素膜を被着させた
後、前記基材を除去することにより窒化珪素製治具を製
造する方法を開示した。

上述した方法により製造された窒化珪素製油具をシリコ
ン結晶の引上げに用いれば、多くの場合酸素濃度が低く
良質の単結晶シリコンを製造することができる。

しかし１．製造条件によっては上述した方法により製造
された窒化珪素製油具を用いた場合でも、シリコン結晶
が多結晶化することがある。

このことは、基材の内表面に結晶質窒化珪素膜を厚く被
着させた後、基材を除去した窒化珪素製ルツボを用いた
場合に特に顕著である。

本発明者らはシリコン結晶の多結晶化の原因について種
々検討した結果、以下に述べることに起因することを究
明した。

基材１表面に窒化珪素膜２を被着させた場合、窒化珪素
は第１図に示す如く成長していく。

すなわち、窒化珪素は最初異質な基材１表面に被着する
ため、結晶粒の成長が抑制され、その結晶粒は小さいも
のである。

このため、初期段階においては、窒化珪素は基材１の表
面形状に対応して成長する。

この後成長が進むにつれて結晶粒は大きくなり、窒化珪
素膜２の表面は凹凸が激しくなってくる。

１、このことは第２図に示す如く、基材１の内表面にＣ
ＶＤ法により結晶質窒化珪素膜２を被着させた後、前記
基材１を除去することにより製造された窒化珪素製のル
ツボ３は、その内面の凹凸が激しくなることを示してい
る。

特に、前記基材１の表面粗さが粗く、しかも被着させる
窒化珪素膜２の膜厚が厚くなるほど顕著となる。

このように凹凸の激しい内面を有する窒化珪素製のルツ
ボ３をシリコン結晶の引上げに用いると、溶融シリコン
と接触するルツボ３の表面積が大きくなる。

このため、ルツボ３の窒化珪素が溶融シリコンに溶解し
易くなる。

溶融シリコンに溶解した窒化珪素はシリコン結晶を引上
げる際にβ相窒化珪素とじて溶融シリコン表面に析出し
、シリコン結晶インゴットに取り込まれる。

インゴットに取り込まれた窒化珪素はシリコン結晶に転
位を発生させる原因となるためシリコン結晶が多結晶化
すると考えられる。

以上のことは窒化珪素膜２の膜厚を薄くすれば、窒化珪
素膜２の表面の表面粗さが粗くならないため避けること
ができるが、この場合には機械的強度の点で若干問題が
ある。

一方、第３図に示す如く、基材１の外表面にＣＶＤ法に
より結晶質窒化珪素膜２を被着させた後、前記基材１を
除去することにより製造された窒化珪素製ルツボ４は、
前記基材１の表面が平滑であれば、その肉厚に関係なく
、その内面は平滑となる。

このようにして製造された窒化珪素製ルツボ４をシリコ
ン結晶の引上げに用いた場合は、溶融シリコンと接する
ルツボ４の表面積がそれほど大きくないため、溶融シリ
コンに溶解する窒化珪素の量も少なく、シリコン結晶の
引上げの際に溶融シリコン表面に析出する。

β相窒化珪素も少ないため、シリコン結晶は多結晶とな
らず単結晶になると考えられる。

また、上記のように製造されるシリコン結晶を常に単結
晶とするには、基材１の表面の平滑度合がＨｍａｘで３
５０μ以下であればよい。

以上のように肉厚に関係なく平滑な内表面を有するルツ
ボ４を製造することができるので、肉厚を厚くして十分
な機械的強度番付与することかで゛きる。

また、板状の基材の外表面にＣＶＤ法により結晶質窒化
珪素膜を被着させた後、前記基材を除去することにより
窒化珪素製のダイを製造する場合にも、前記基材が平滑
ならば、上述したと同様なことがいえる。

上記究明結果に基づき、本発明者らは所望形状の平滑な
基材の外表面にＣＶＤ法により結晶質窒化珪素膜を被着
させた後、前記基材を除去することにより常に良質な単
結晶シリコンを引上げ得る単結晶シリコン引上げ用窒化
珪素製治具を製造する方法を見出した。

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例 １ まず、表面粗さがＪＩＳ Ｂ ０６０１によるＨｍａ
Ｘで１５μであるルツボ形状のガラス状カーボン基材を
ＣＶＤ反応炉内に設置し、ＣＶＤ反応炉外周に配設され
たヒータによりＣＶＤ反応炉内の温度を約１３６０℃ま
で上昇させた。

次に、ＣＶＤ反応炉内に５ｉＣ１４ガス及びＮＨ３ガス
をＨ２ガスをキャリアガスとして供給した。

これらのガスはＣＶＤ反応炉内で反応し、前記ガラス状
カーボン基材の外表面に結晶質窒化珪素膜が被着した（
基材内表面はコーティングしているので窒化珪素は被着
しない）。

所定時間後、ガスの供給を停止した。つづいて６００℃
で前記ガラス状カーボン基材を酸化除去して、肉厚２０
００μの窒化珪素製ルツボを製造した。

得られた窒化珪素製ルツボの内表面のＪＩＳ Ｂ１２Ｏ
３による表面粗さ及びこのルツボを用いて引上げられた
シリコン結晶の結晶状態を下記表に示す。

実施例 ２，３ ルツボ形状の型押カーボンに旋盤工を施して基材とした
（実施例２）。

この基材の表面粗さはＨｍａｘで３５μであった。

また、この基材表面を２０＃のサンドペーパーで粗くし
たものを基材とした（実施例３）。

この基材の表面粗さはＨｍａｘで３５０μであった。

以下、実施例１と同様な条件でこれらの基材の外表面に
結晶浸窒化珪素膜を被着□させた後、これら基材を６０
０℃で酸化除去して肉厚２０００μの窒化珪素製ルツボ
を製造した。

得られた窒化珪素製ルツボの内表面の表面粗さ及び゛こ
れらのルツボを用いて引上げられたシリコン結晶の結晶
状態を下記表に示す。

実施例 ４ シリコンを鋳込み成型して肉厚３ｍｍのルツボ形状とし
、基材として用いた。

この基材の表面粗さはＨｍａｘで５６μであった。

以下、実施例１と同様な条件でシリコン基材の外表面に
結晶質窒化珪素膜を被着させた後、ＨＣ１雰囲気に曝し
て前記シリコン基材を除去して肉厚２０００μの窒化珪
素製ルツボを製造した。

得られた窒化珪素製ルツボの内表面の表面粗さ及びこの
ルツボを用いて引上げられたシリコン結晶の結晶状態を
下記表に示す。

なお、下記表中比較例１〜４は夫々上記実施例１〜４で
用いられた基材の内表面にＣＶＤ法により結晶質窒化珪
素膜を被着させた後、各基材を除去することにより製造
された窒化珪素製ルツボについての結果である。

上記表から明らかなように平滑な基材の外表面に結晶質
窒化珪素膜を被着させて製造した実施例１〜４の窒化珪
素製ルツボはいずれもその内表面の表面粗さ、すなわち
Ｈｍａｘの値が小さく、これらのルツボを用いて引上げ
られたシリコン結晶はいずれも単結晶であった。

これに対して、実施例１〜４と同一の基材の内表面に結
晶質窒化珪素膜を被着させて製造した比較例１〜４の窒
化珪素製ルツボはいずれもそのＨｍａｘの値が大きく、
これらのルツボを用いてシリコン結晶引上げる際には溶
融シリコン表面に析出するβ相窒化珪素が多く、引上げ
られたシリコン結晶はいずれも多結晶であった。

以上詳述した如く本発明によれば、常に良質な単結晶シ
リコンを引上げ得る単結晶シリコン引上げ用窒化珪素製
治具を製造する方法を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は窒化珪素の成長状態を示す説明図、第２図及び
第３図は窒化珪素製ルツボの製造方法を示す説明図であ
る。 １・・・基材、２・・・窒化珪素膜、３，４・・・窒化
珪素製ルツボ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶融シリコンから円柱状もしくは板状の単結晶シリ
   コンを引上げる際に用いられる治具の製造において、平
   滑度合がＨｍａｘで３５０μ以下である所望形状の基材
   の外表面のＣＶＤ法により結晶質窒化珪素膜を被着させ
   た後、前記基材を除去することを特徴とする単結晶シリ
   コン引上げ用窒化珪素製油其の製造方法。