JPS6123315A - 半導体熱処理用石英部材 - 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　上の１ この発明は３ｉ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、冶具等の半導体熱処理
用石英部材に関するものである。

従」１失韮」Ｌ 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
装置や冶具部品が使用されてきた。

、　が　”大しＪ：うとする　　２、 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
化等を起こし、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
半導体製造のどのニ稈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、石英ガ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。

Ｌ吐二ｌ乱 この発明は、前述のような欠点を解演して、半導体熱処
理用部材として石英ガラス中の△９とアルカリ金属との
比を規定することによリ、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石英部材を提供することを目的と
するものである。

１１へ１１ 本発明の要旨とするところ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５　ＤｐＩＩＩ
以上含有し、Ｎａ　、におよびＬｉのアルカリ金属の総
量が２　ｐｐｍ以下であり、であることを特徴とする半
導体熱処理用石英部材にある。

、を　゛するための＝ 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、に、Ｉ−ｉ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」二させるものである。

そのようにアルカリ物質が石英ガラス中に１−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。

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。

高温で移動しやすいアルカリ金属イオン（Ｒ）はこの非
架橋酸素（△）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１〜３　Ｅｌｌ’１ｌｌｌ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＝　　　　５　　　− ていた。

この石英ガラスにＡ（を含有させると、第２図のような
状態になり、アルカリ金属（Ｒ）はＡＩ！　　（△）と
結合する。

これらのアルカリ金属を強制的に脱アルカリ処即すると
、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。

このような石英ガラスを半導体熱処理用部材として使用
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、Ａｌｌ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よぼずこと
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、−０−Ｒの結合の場
合、結合力が弱く、Ｒが移動し、他の一〇−と結合し、
組織が変わり、ａ　−Ｃｒ１ｓｔｂａｌｉｔｅになるが
、Ａｌ　−Ｒは結合力が強いために、３ｉ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１“るためには、石英ガラス
について次のようにすなお、ａＷはアトムウェイトの略
であり、になると、アルカリをトラップする活性状態の
△９が少くなり、炉壁や均熱管からのアルカリを１〜ラ
ツ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　、に、
Ｉ　ｉのアルカリ金属が２　ｐｐｍ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
の総酸を２１１１）１１以下（好ましくは１．５ｐｐｍ
以下）にすることが必要である。

支ｉ九１上と 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ＡｌＣｈの加水分解により生成した
Ａ　（１２０３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℃１ス上の加熱下で
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
１００１１肉厚３ＩＩＩＩＩ１１長さ１８２０＋ｎｍの
炉芯管ならびにそれに使用するウェハーボートを（りた
。

このウェハーボートの化学分析値およびＲＺＡ９を表１
に示す。

ル事ｌ（ 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痩石芙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。

５ｉＣ−８ｉ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−〇　　− 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、各炉心管と、得られた
半導体素子のフラットバンドの電圧差１△ＶＦＢＩを調
べた。これらの結果を表−２に示す。

光１と伏型− 表−１と表−２から明らかなように、Δ９を５ｐｐＩ！
１以上含有し、Ｎａ　１Ｋ、［ｉのアル丑ブヨ１≦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１Δ
ＶＦＢＩが０．１以下であり、極めて高品質のものであ
った。

なお、前述の実施例では脱アルカリ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。

また、Ａｌを添加せずにＡｌ含有吊の多い原料を用いて
もよい。

【図面の簡単な説明】

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Ｊ：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
構造を示づ説明図、第４図はそこから飛びだしたアルカ
リ金属イオンがＡｌｌ　　（Ａ）＊にトラップされる状
態を示す説明図である。 Ａ・・・非架橋酸素 Ｒ・・・アルカリ金属イオン 表−１ 表−２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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｛Ｌ
   ｉ（ｐｐｍ）／Ａ＿１＋Ｎａ（ｐｐｍ）／Ａ＿２＋Ｋ（
   ｐｐｍ）／Ａ＿３｝／｛Ａｌ（ｐｐｍ）／Ａ＿４｝Ｓこ
   こでＡ＿１、Ａ＿２、Ａ＿３、Ａ＿４はそれぞれ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。