JPH029783A - 石英ガラスるつぼ - Google Patents

石英ガラスるつぼ

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JPH029783A
JPH029783A JP15960788A JP15960788A JPH029783A JP H029783 A JPH029783 A JP H029783A JP 15960788 A JP15960788 A JP 15960788A JP 15960788 A JP15960788 A JP 15960788A JP H029783 A JPH029783 A JP H029783A
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crucible
cristobalite
single crystal
sol
quartz glass
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JP15960788A
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Takaaki Shimizu
孝明 清水
Hideji Tanaka
秀二 田中
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/09Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould
    • C03B19/095Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould by centrifuging, e.g. arc discharge in rotating mould

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコン単結晶引上げ用の石英ガラスるつぼ
に関し、特に、シリコンウェハーの製造に好適な単結晶
引上げ用石英ガラスるつぼに関するものである。
〔従来の技術〕
従来、石英ガラスるつぼの製造は、通常、内側にるつぼ
状凹型を備えた回転する水冷シリンダーを用い、その中
にいれたガラス粉末をmr %溶融法、特に、アーク溶
融により遠心成形する方法が広く採用されている。
シリコン単結晶の引上げは2通常、約1soo℃付近の
高温で行われるので、そのような高い温度条件下では1
石英ガラスるつぼの大きな変形が生じ、単結晶の歩留ま
りが低下するという不都合があった。そのため、高温に
おける粘性の高い天然石英ガラス(水晶)が上記不都合
を軽減する材料として使用されてきた。しかし、天然の
水晶には、通常。
例えば、アルミニウム(20ppm) *鉄(1ppm
) +ナトリウム(2ppH) yカリウム(2pps
+) r銅(0,05pp+*)等の金属化合物や、は
う素(0,03ppI11) 、 りん(0,03pp
in)等の各種の不純物類が含ま九、これらの不純物類
はシリコン融液に溶出するので、シリコン単結晶に微小
欠陥を発生させるばかりでなく、それらの溶出によって
、はう素やりんのドープを定量的に行うことができない
。このため、シリコン単結晶引上げ用るつぼとして必ず
しも満足し得るものではなかった。
一方、合成石英ガラスはOH基を300〜1200pp
m含有しているため、純度は高いが高温での粘性が低い
ので、シリコン単結晶の引上げ時に、るつぼとしての形
を保ち難く、またシリコン融液との反応性に富み、溶出
してシリコンインゴット中の酸素濃度を増加させ、また
、るつぼに穴があくという致命的な欠陥があった。
かかる実状に立脚して、天然石英ガラスのるつぼの内面
に合成石英ガラスの層をライニングさせたるつぼが提案
された(特公昭5g−50955号公報)。
しかし、その合成石英ガラス層は、四塩化けい素を加水
分解した粉を溶融したもので、OH含量が多く、高温で
の粘性が低いこと、また外側石英ガラスからの不純物拡
散があり、依然としてシリコン単結晶の引上げ用るつぼ
として満足し得るものではない。
更に、合成石英ガラスのOHa度を低下させたものを試
みた。ゾル−ゲル法によってできた乾燥ゲルをハロゲン
で処理することでOH値をppm以下にし、溶融したる
つぼを試作して使用したところ、変形、02溶出は天然
石英より悪かった。これより本発明者らは、高粘性の石
英ガラスを得るためには、結晶に近い構造をガラス中に
残存させること(いわゆるクリストバライトを経由する
)が、OtI値を低減させることと同時に満たすべき条
件であることを発見した。この高粘性化は、るつぼが大
口径化の傾向にある実情から非常に重要な特性である。
〔発明が解決しようとする課題〕
このようなシリコン単結晶の引上げ用るつぼの実状に鑑
み、本発明者らは、上記譜欠点を解消する方法として、
ゲル状シリカを加熱脱水した時に結晶の変態が起こり、
α−グリス]−パライトに変化すること、その変態時に
OH基の除去を伴うことを発見し、これを石英ガラスる
つぼの原料として用いることを考案した。
すなわち、本発明の技術的課題ないし目的は、特に、シ
リコン単結晶の引上げにおける高温領域で適切な高粘性
を有し、しかもOH基が少ないために実質的にシリコン
と反応しない高純度の石英ガラスるつぼを提供すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、上記目的を達成するために、研究を重ね
た結果、金属アルコキシドを通常知られたゾル−ゲル法
によってゲル状シリカにし、これを更に加熱溶融して形
成された α−クリストバライトを含むガラス粉を少な
くとも内面層に有するるつぼが、上記技術的課題を効果
的に解消し得る実用的に極めて望ましいるつぼを提供す
ることを見出した。
すなわち1本発明は、ゾル−ゲル法による合成シリカよ
り作成した α−クリストバライトを含むガラス粉を溶
融形成させて成るシリコン単結晶引上げ用石英ガラスる
つぼを提供する。
また1本発明は、金属アルコキシドよりゾル−ゲル法に
よりゲル状シリカを得、これを加熱してあらかじめα−
クリストバライトを少なくとも一部形成させ、その粉末
をアーク溶融法により回転式成形型の内表面部で溶融さ
せるか、ゾル状シリカを回転式成形型表面にキャスティ
ングし、これを加熱して溶融形成させるシリコン単結晶
弓1上げ用石英ガラスるつぼの効果的製造方法を提供す
る。
本発明のるつぼは、上記のように、α−クリストバライ
トを含むガラス粉の溶融成形層で構成させて成るもので
ある。
本発明のるつぼに用いられるα−クリストバライトを含
むガラス粉は1例えば、yogyo kyokai s
hi、、87−8.1979 (yamaneら)に開
示された方法によって製造される合成シリカゾルが好都
合に利用でき、これを加熱、溶融して容易に作ることが
できる。
本発明のるつぼは、例えば1次のようにして製造される
まず、金かアルコキシドを出発原料として従来公知のゾ
ル−ゲル法によりゲル状シリカを合成し。
これを800〜1600℃程度の温度に加熱、結晶化さ
せてクリストバライトを形成する。この温度は、結晶化
の速度及びコストから1100−1400℃でおこなう
ことが好ましい。これを粉砕して適度の粉粒度に調整す
る6次いで、その粉末をるつぼ形成用回転式水冷シリン
ダーの型内に導入し、該シリンダーを回転させながらア
ーク溶融させる方法により容易に製造することができる
。この回転溶融成形においては1通常、最外層部まで溶
融させないで、型から取り出されたるつぼの外側の粉を
取り除き、上部をカットして所望形状のるつぼとして提
供される、また、シリカゾル液を、るつぼ形成用回転式
水冷シリンダーの型の内表面にキャスティングし、その
シリンダーを回転させながらゾル液をゲル化させ、乾燥
した後ゆっくり昇温させて、例えば、800〜1600
℃の温度でα−クリストバライトを形成させ、のちにガ
ラス化以上の温度、例えば、 2000℃で溶融するこ
とによっても効果的に製造することができる。
α−クリストバライトを含むガラス粉を溶融してなる合
成石英ガラスるつぼが、高温時に高粘性を有する理由は
明らかではないが、該ゾルからのアモルファス状のゲル
状シリカを加熱、脱水させるとき、クリストバライトに
変化して結晶の変態が生じ、その際のOH基含有濃度の
減少が高温時の粘性と密接に関連すること、及びその濃
度減少に応じて粘性が高くなる傾向を、有することが判
った。また、そのOH基濃度は、約1100ppを超え
ると高温時の粘性が低く、シリコンjli結晶の引上げ
用るつぼとして適当ではないことも判った。従って1本
発明におけるα−クリストバライトを含むガラス粉は、
実質的に約1100pp以下のOH基濃度の結晶化物で
あることが好ましい。この場合、α−クリストバライト
量は、80重斌%となる。
〔作用〕
本発明の石英ガラスるつぼは、高純度α−クリストバラ
イトを含むガラス粉を溶融形成したもので、シリコン融
液への溶出が実質的になく、また。
るつぼ自体の高温時の粘性が高いので大口径のシリコン
インゴットを引き上げる時のるつぼの変形が少なく自動
制御が容易で、単結晶の小止りが向上する。更に、るつ
ぼ内面層の特異性に関連し5て、引きしげられるシリコ
ン単結晶に対する悪影響は実質的になく、微小欠陥の発
生も極めて少ない。
〔実施例〕
次に、具体例により1本発明を更に詳細に説明する。
実施例 1 前記yogyo kyokai shi、、87−8.
1979に記載の方法でゲル状シリカを調製し、120
℃の温度で24時間乾燥後、温度1300℃で3時間加
熱処理して結晶化α−クリストバライト含有ガラス粉を
得た。
得られた結晶のO)I基濃度はl0PP!+(結晶の割
合は95重量%)であった。これを粉砕して50#〜8
0#に粒度を調整した。このクリストバライトの含有不
純物を分析した結果は、 A Q : 0.1pp−以
下、Fe:0、lppm以下、 Na : 0.1pp
i+以下、 K : 0.lppm以下。
B : 0.0IPPR1以下、 P : 0.01p
pm以下であった。
この粉体を回転式水冷シリンダーに詰め、回転条件下に
三相アークで溶融させた。溶融成形して得られたるつぼ
は、外径4580111 、肉厚8m+o及び高さ46
0mmであった。これを高さ380mmで切断してシリ
コン単結晶引き上げ用るつぼとして使用し、ノンドープ
で6インチの単結晶を引き上げた。単結晶から得られた
シリコンウェハーの特性値(021度、C温度及び電気
抵抗)を測定し、後記第1表に示した。
なお、るつぼ自体のOH基濃度及び高温粘性値は、上記
の切断された部分を使い、赤外線吸収スペクトル及びF
iber elongation法で測定したもので、
それらの結果を第1表に併記した。
実施例2.比較例 1〜2 実施例1で調製し、乾燥したゲル状シリカを用いて、高
温での結晶化の加熱処理における温度と時間を変えた三
種の結晶化α−クリストバライト含有ガラス粉を作り、
それぞれの粒度調製粉末を用いて、同様にるつぼを作成
した。
それぞれの加熱処理時間は、 1300℃×50分(実
施例2)、 1300℃×10分(比較例 1)及び1
000℃XtO分(比較例2)である。
各るつぼ自体の特性、及びそれを使用して引き上げられ
たシリコン単結晶から得られたシリコンウェハーの特性
は第1表の通りである。
なお、シリコンウェハーの特性の測定は、それぞれ次の
装置による。
Ox 6度(原子/aj):FT−IRO濃度(原子/
a+?) : F T−I R抵抗値(Ω・an):4
端針抵抗計 比較例3 天然水晶を粉砕、浮遊選鉱、酸洗浄を行った粉末を水冷
回転シリンダーに詰め、三相アークで溶融して同様にる
つぼを製造した。このるつぼに含まれる不純物の分析値
は、次の通りであった。
A1.! : 18ppm、 Fe: 2ppm、 N
a: 1.8ppHl、 K : 1.2pp+++、
 [3: 0.O5ppm、 P : 0.04ppl
++比較例4 四塩化けい素を火炎分解し、径200 w+φ及び長さ
400mのインゴットを成形した8その中心に、径30
晴φの穴をあけ、高周波溶融して径460+nmφ。
肉厚511111のパイプを成形した。そのパイプの一
端を酸水素バーナーで封じ、球状に成形してるつぼを作
った。このるつぼは、含有不純物の少ない実施例1と実
質的に同程度のものであった。
上記比較例1及び2のるつぼについても同様の測定を行
い、それらの結果を第1表にまとめて示すと共に、上記
各側のるつぼにおける単結晶引上げ評価を付記した。
第  1  表 −るコV狩独−シリコンウェハ士二 例No、 O!(5度粘性値 Oa度 C濃度 抵抗値
 結晶引上(pplIl)  C拳1)(atol]l
/a+?) (同左)(Ω・個)げ評価実施例112 比較例1310 12.5  8XI01′ 3.5  2X1017 0.6  6X 1017 0.2  7X1017 i、g   5X10” 0.2  7x 10” 良好− 食事1 良ψ1 打電′ 3XIO”  1032 2XIO”  953 3X10” 567不 4XlO” 592不 6X10”  295   良 3xlO” 320不 ただし、$1は、1400℃の温度におけるX 10”
poi、5ee−2は、歩出り80%以上で引き上げら
れた。
傘1は、引上げ開始3時間後に単結晶が得られなくなっ
た。
Cは、引上げ開始2.5時間後に単結晶が9j)られな
くなった。
〔発明の効果〕
本発明のるつぼは、従来技術と比較し、ゲル状シリカよ
り製造したα−クリストバライトを含む石英ガラス粉を
溶融しであるため、極端に○H濃度が低く、且つ合成石
英ガラスと同様の高純度の特性をもつものである。
この石英ガラスるつぼをシリコン単結晶引上げに使用し
た場合、B、Pの溶出が完全に抑えることができるため
、加えたB−+Pのドープ剤の理論量で抵抗が制御でき
る。また、A Q 、 Fe、 Na。
K等の金属の溶出も殆どないため、シリコン単結晶中の
結合に害を及ぼすことがなく、微小欠陥が極めて少ない
ものが得られる。更に、本発明の利点は、安価なゾル−
ゲル法により、比較的低温でα−クリストバライトを生
成させ、これを従来の溶融法で容易にるつぼに成形する
ことができるので、産業上優れた有意性をもつものであ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ゾル−ゲル法により作成したα−クリストバライト
    を含む石英ガラス粉を溶融して成ることを特徴とする石
    英ガラスるつぼ。 2、上記α−クリストバライトを含む石英ガラス粉を溶
    融したるつぼの水酸基濃度が100ppm以下であり、
    粘性値が1400℃において10^1^0ポイズ以上で
    あることを特徴とする請求項1記載の石英ガラスるつぼ
JP15960788A 1988-06-28 1988-06-28 石英ガラスるつぼ Pending JPH029783A (ja)

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