JPS61242984A - シリコン単結晶引上げ用ルツボ - Google Patents
シリコン単結晶引上げ用ルツボInfo
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- JPS61242984A JPS61242984A JP8421885A JP8421885A JPS61242984A JP S61242984 A JPS61242984 A JP S61242984A JP 8421885 A JP8421885 A JP 8421885A JP 8421885 A JP8421885 A JP 8421885A JP S61242984 A JPS61242984 A JP S61242984A
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
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。
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）
本発明は溶融シリコンの引上げにより単結晶を製造する
場合に使用されるルツボに関するものである。
場合に使用されるルツボに関するものである。
（従来の技術と問題点）
シリコンウェハを大量生産するための単結晶引上げ方法
は大別してＦＺ（）ａ−ティングゾーン）法とＣＺ（チ
ョクラルスキ）法とがある。ＣＺ法は、石英ガラスルツ
ボ中で溶融したシリコンから単結晶を凝固させながら引
上げるもので、この時１石英ガラス（Ｓ ｉ ０２ ）
が溶融シリコンに溶は込み、その結果単結晶中に酸素が
含まれることとなる、（ｒｅｆ 、 Ｗ、 Ｚｕｌｅｈ
ｎｅｒ ａｎｄ Ｄ、 Ｈｕｂｅｒ ；ｒｃｒｙｓｔａ
ｌｓＪ Ｖｏｌ、８”Ｃｚｏｃｋｒａｌｓｋｉ −Ｇｒ
ｏｗｎ ５ｉｌｉｃ。
は大別してＦＺ（）ａ−ティングゾーン）法とＣＺ（チ
ョクラルスキ）法とがある。ＣＺ法は、石英ガラスルツ
ボ中で溶融したシリコンから単結晶を凝固させながら引
上げるもので、この時１石英ガラス（Ｓ ｉ ０２ ）
が溶融シリコンに溶は込み、その結果単結晶中に酸素が
含まれることとなる、（ｒｅｆ 、 Ｗ、 Ｚｕｌｅｈ
ｎｅｒ ａｎｄ Ｄ、 Ｈｕｂｅｒ ；ｒｃｒｙｓｔａ
ｌｓＪ Ｖｏｌ、８”Ｃｚｏｃｋｒａｌｓｋｉ −Ｇｒ
ｏｗｎ ５ｉｌｉｃ。
ｎ″ｐ、Ｉ Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ （１９
８２） ） ＊この酸素は、不純物としてきらうべきも
のではなく、ウェハの耐熱性を高めるなど大切な役割を
持っている。従って、Ｃ２法による単結晶製造の際には
、ルツボ回転数、結晶回転数、雰囲気など、いわゆる結
晶引上げ条件を制御して所要濃度ノ酸素がシリコンウェ
ハに導入されるようにすることが広く行われている（
Ｉｄ、 Ｚｕｌｅｈｎｅｒ ｅｔ ａｌ、前出の文献）
。
８２） ） ＊この酸素は、不純物としてきらうべきも
のではなく、ウェハの耐熱性を高めるなど大切な役割を
持っている。従って、Ｃ２法による単結晶製造の際には
、ルツボ回転数、結晶回転数、雰囲気など、いわゆる結
晶引上げ条件を制御して所要濃度ノ酸素がシリコンウェ
ハに導入されるようにすることが広く行われている（
Ｉｄ、 Ｚｕｌｅｈｎｅｒ ｅｔ ａｌ、前出の文献）
。
他方、石英ガラスルツボに要求される特性として、その
使用温度が１５００℃程度に達することから、耐熱性が
第一に挙げられる。半導体工業用石英ガラスにおいては
、耐熱性はガラス中のＯＨ基濃度に１対１で対応すると
近似出来るためＯＨ基含有量の低いルツボを造ることが
ルツボメーカーの課題であった。
使用温度が１５００℃程度に達することから、耐熱性が
第一に挙げられる。半導体工業用石英ガラスにおいては
、耐熱性はガラス中のＯＨ基濃度に１対１で対応すると
近似出来るためＯＨ基含有量の低いルツボを造ることが
ルツボメーカーの課題であった。
このようなＯＨ基含有量の低いルツボは、粘度が高く、
形状安定性も良く、不純物の拡散も遅いので、ルツボ内
の溶融シリコンが清浄に保たれる点で優れているが、そ
の反面最適の操業条件を設定しても、それを維持するた
めに高精度の制御を必要とし、しかもくり返し使用（い
わゆるマルチプリング）が非常に困難であるという不利
があった。
形状安定性も良く、不純物の拡散も遅いので、ルツボ内
の溶融シリコンが清浄に保たれる点で優れているが、そ
の反面最適の操業条件を設定しても、それを維持するた
めに高精度の制御を必要とし、しかもくり返し使用（い
わゆるマルチプリング）が非常に困難であるという不利
があった。
これに対し、ＯＨ基含有量の高いルツボを使用すると、
ヒータやグラファイトサセプタからの不純物の拡散浸透
等があるため、良質の単結晶が得られない欠点があり、
そのためこのような高ＯＨ基含有量のルツボを用いるこ
とは、低ＯＨ基含有量のルツボが入手出来なかった過去
の技術となっている。
ヒータやグラファイトサセプタからの不純物の拡散浸透
等があるため、良質の単結晶が得られない欠点があり、
そのためこのような高ＯＨ基含有量のルツボを用いるこ
とは、低ＯＨ基含有量のルツボが入手出来なかった過去
の技術となっている。
（発明の目的と構成）
本発明者は、シリコン単結晶引上げ用ルツボに関する従
来の問題点を解決するため種々検討した結果ルツボの内
表面層のＯＨ基濃度を高くし、より外側を低くして、Ｏ
Ｈ基濃度に分布をもつルツボを使用すると、溶融シリコ
ンとルツボ（Ｓ ｉＯ２）の反応が適度で制御しやすく
、かつ形状安定性が得られることを知見し、本発明を完
成した。
来の問題点を解決するため種々検討した結果ルツボの内
表面層のＯＨ基濃度を高くし、より外側を低くして、Ｏ
Ｈ基濃度に分布をもつルツボを使用すると、溶融シリコ
ンとルツボ（Ｓ ｉＯ２）の反応が適度で制御しやすく
、かつ形状安定性が得られることを知見し、本発明を完
成した。
すなわち、本発明は内表面に接して０．２層層以上の厚
さのＯＨ基含有量が６０ｐｐ■上の高ＯＨ濃度領域と、
内表面に接しない厚さ０．５鵬層以上の部分にＯＨ基含
有量が厚さ０．３ｉ＋ｍの内表層における平均濃度より
２０ｐｐ■以上少ない低ＯＨ濃度領域とを持つ構成とし
た単結晶引上げ用ルツボに係るものである０本発明のル
ツボは、前記のように、ルツボの内側にＯＨ基の高濃度
領域を設けることによって、ルツボ内の溶融シリコンと
ルツボ内の溶融シリコンとルツボ壁（ＳｉＯ□）との反
応を適度に制御しやすくするとともに、使用温度である
１４６０℃前後で優れた形状安定性を保持できるように
したものである。
さのＯＨ基含有量が６０ｐｐ■上の高ＯＨ濃度領域と、
内表面に接しない厚さ０．５鵬層以上の部分にＯＨ基含
有量が厚さ０．３ｉ＋ｍの内表層における平均濃度より
２０ｐｐ■以上少ない低ＯＨ濃度領域とを持つ構成とし
た単結晶引上げ用ルツボに係るものである０本発明のル
ツボは、前記のように、ルツボの内側にＯＨ基の高濃度
領域を設けることによって、ルツボ内の溶融シリコンと
ルツボ内の溶融シリコンとルツボ壁（ＳｉＯ□）との反
応を適度に制御しやすくするとともに、使用温度である
１４６０℃前後で優れた形状安定性を保持できるように
したものである。
このため本発明では、ルツボの内表面より０．２１−以
上の範囲をＯＨ基含有量が６０ｐｐｍ以上、好ましくは
６０〜１７０ＰＰ■である高濃度領域とし、領域の最適
な厚さを０．８〜１．５■■とるのである。
上の範囲をＯＨ基含有量が６０ｐｐｍ以上、好ましくは
６０〜１７０ＰＰ■である高濃度領域とし、領域の最適
な厚さを０．８〜１．５■■とるのである。
このような条件は、第１図に示すＯＨ基分布曲線ＯがＡ
部を通らないこと、好ましくはＢ、Ｃ部をも通らないこ
とを意味する。これを具体的に第１図について説明する
と次のとおりである０分布曲線０１は、通常の低ＯＨ基
濃度ルツボに対するものであり、いわゆる半透明ルツボ
と呼ばれる電気溶融ルツボに対するものである。この場
合は、領域Ａを通り、内表面もＯＨ基濃度が低いので本
発明のルツボとは異なっている０分布曲線０ は、透明
天然石英ガラスルツボに対するものである。上述の最適
範囲内ではあるが、後に述べる本発明のもう１つの条件
である低ＯＨ領域を持たないので本発明の範囲外のもの
である。
部を通らないこと、好ましくはＢ、Ｃ部をも通らないこ
とを意味する。これを具体的に第１図について説明する
と次のとおりである０分布曲線０１は、通常の低ＯＨ基
濃度ルツボに対するものであり、いわゆる半透明ルツボ
と呼ばれる電気溶融ルツボに対するものである。この場
合は、領域Ａを通り、内表面もＯＨ基濃度が低いので本
発明のルツボとは異なっている０分布曲線０ は、透明
天然石英ガラスルツボに対するものである。上述の最適
範囲内ではあるが、後に述べる本発明のもう１つの条件
である低ＯＨ領域を持たないので本発明の範囲外のもの
である。
分布曲線０３は、本発明の例であり、最も好ましいツル
ボである０分布曲線Ｏは、０３の最適例に似ているが、
６０ＰＰ−以上の内表層の厚さが０．２■■以下である
ため、本発明の効果が充分でなく、満足出来るものでは
ない。
ボである０分布曲線Ｏは、０３の最適例に似ているが、
６０ＰＰ−以上の内表層の厚さが０．２■■以下である
ため、本発明の効果が充分でなく、満足出来るものでは
ない。
上記条件と同時に、本発明では、内表層０．３ｍｍの平
均ＯＨ基濃度より２０ｐｐ■以上ＯＨ基が少ない層が、
前記高濃度領域の外側にあることが必要であり、この領
域はルツボの外表面に接していてもよい。
均ＯＨ基濃度より２０ｐｐ■以上ＯＨ基が少ない層が、
前記高濃度領域の外側にあることが必要であり、この領
域はルツボの外表面に接していてもよい。
第２図に示すように、内表層０．３層層の平均ＯＨ基濃
度Ｃ１とこれより２０ｐｐ−少ない層のＯＨ基濃度Ｃ２
とがＯＨ分布曲線Ｏと交わる点ＡとＢまでの内表面から
の距離をそれぞれＸＡ、Ｘ８とする。
度Ｃ１とこれより２０ｐｐ−少ない層のＯＨ基濃度Ｃ２
とがＯＨ分布曲線Ｏと交わる点ＡとＢまでの内表面から
の距離をそれぞれＸＡ、Ｘ８とする。
本発明のルツボではｘＢ−ｘ１≧０．５ （ｍ■）であ
ごとが第２の条件である。この場合交点Ｂがなく、Ａよ
り外側ですべてＣ２より低ければＢ点は外表面上にある
として考えることができる。なおＣ２はＣより４０ｐｐ
謹以上小さい方が望ましい。
ごとが第２の条件である。この場合交点Ｂがなく、Ａよ
り外側ですべてＣ２より低ければＢ点は外表面上にある
として考えることができる。なおＣ２はＣより４０ｐｐ
謹以上小さい方が望ましい。
ＸＢ−ＸＡは１．５龍以上であることが望ましい。
上記２つの条件を具備する構成が、ルツボ全体の内表面
の１／４以上あるいはシリコン溶融時に、溶融シリコン
に接する内表面の１／３以上を占める（通常内表面の７
５％が溶融シリコンに接する）ことも、本発明にとって
必要な条件である。
の１／４以上あるいはシリコン溶融時に、溶融シリコン
に接する内表面の１／３以上を占める（通常内表面の７
５％が溶融シリコンに接する）ことも、本発明にとって
必要な条件である。
ＯＨ基の高濃度領域をルツボ内側に設ける方法としては
、 （ｉ） 回転モールド中で成型した石英ガラスルツボ
ｌの内側にＯＨ基の多い石英ガラス板２を溶接する（内
張り）、（第３図）、 （ｉｉ） 回転モールド３中に粉体を成型し、電気ア
ークでその粉体層を溶融してルツボｌを製造する際、内
側にＯＨ基の多い石英ガラス粉４を成型し二重粉体層と
する（二重粉体成型）（第４図）、（ｉｉｉ）回転モー
ルド中の粉体層を電気溶融するに際し、水分を含んで雰
囲気（通常の大気）で長時間溶融状態を保持する、 などの方法があるが、前記（ｉ） 、（ｉｉ）の方法は
製造プロセスが複雑であること、石英ガラス粉が石英粉
に比して高価であることから実用的でない。
、 （ｉ） 回転モールド中で成型した石英ガラスルツボ
ｌの内側にＯＨ基の多い石英ガラス板２を溶接する（内
張り）、（第３図）、 （ｉｉ） 回転モールド３中に粉体を成型し、電気ア
ークでその粉体層を溶融してルツボｌを製造する際、内
側にＯＨ基の多い石英ガラス粉４を成型し二重粉体層と
する（二重粉体成型）（第４図）、（ｉｉｉ）回転モー
ルド中の粉体層を電気溶融するに際し、水分を含んで雰
囲気（通常の大気）で長時間溶融状態を保持する、 などの方法があるが、前記（ｉ） 、（ｉｉ）の方法は
製造プロセスが複雑であること、石英ガラス粉が石英粉
に比して高価であることから実用的でない。
本発明者は回転モールド法による従来の溶融方法を変え
ることで内層のＯＨ基含有量を変える実験を行った結果
、 （ｉｉｉ）の方法により、通常の大気中で長時間溶
融すると予期せざることに内層のＯＨ基含有量が増加す
ることがわかった。従来の方法でそのまま溶融時間を延
長すると厚すぎるルツボになるが、冷却条件の変更によ
って所定の厚さに制御できる。
ることで内層のＯＨ基含有量を変える実験を行った結果
、 （ｉｉｉ）の方法により、通常の大気中で長時間溶
融すると予期せざることに内層のＯＨ基含有量が増加す
ることがわかった。従来の方法でそのまま溶融時間を延
長すると厚すぎるルツボになるが、冷却条件の変更によ
って所定の厚さに制御できる。
上記の方法で得られる本発明のルツボは、従来のルツボ
がＯＨ基含有量が３０ｐｐ■であるのに対し、最適な例
では生地が約６０ｐｐｍで、内表面は１１０ｐｐｍであ
り、両者を比較すると次の効果が挙げられる。
がＯＨ基含有量が３０ｐｐ■であるのに対し、最適な例
では生地が約６０ｐｐｍで、内表面は１１０ｐｐｍであ
り、両者を比較すると次の効果が挙げられる。
（発明の効果）
（１） 従来は３１０２（ガラス）が溶融シリコンに
溶は難く、そのため比較的速い対流が生じるような操業
条件が設定されていた０本発明のルツボを用いるとＳ
ｉ ０２ （ガラス）が溶けやすいため、溶湯の動き
がおだやかで、所定の酸素濃度が達せられると、共に操
業条件も安定しやすい。
溶は難く、そのため比較的速い対流が生じるような操業
条件が設定されていた０本発明のルツボを用いるとＳ
ｉ ０２ （ガラス）が溶けやすいため、溶湯の動き
がおだやかで、所定の酸素濃度が達せられると、共に操
業条件も安定しやすい。
（２） この結果、減圧ＣＺ法によるルツボのくり返
し使用（いわゆるマルチプリング）が従来は２〜３回が
限度であったのに対し、本発明では６〜８回になり、こ
のため稼動率を著しく高める結果となった。同時に品質
の均一性が向上した。
し使用（いわゆるマルチプリング）が従来は２〜３回が
限度であったのに対し、本発明では６〜８回になり、こ
のため稼動率を著しく高める結果となった。同時に品質
の均一性が向上した。
つざに、本発明によるルツボと、従来の方法によるルツ
ボを試作し、内表面に垂直方向のＯＨ基濃度分布を比較
した。第５図はその結果を示すもので、Ｊルツボはいず
れも口径３５０−諺である。
ボを試作し、内表面に垂直方向のＯＨ基濃度分布を比較
した。第５図はその結果を示すもので、Ｊルツボはいず
れも口径３５０−諺である。
■は回転モールド中に石英粉を成型し、内側よりアーク
で加熱する従来方法で作られたルツボでありａ■および
■は本発明にょるルツボである。すなわちこれらはそれ
ぞれ前記（ｉｉ）二重粉体成型、（ｉｆｉ）長時間溶融
および（ｉ）内張りの方法によるのもである。
で加熱する従来方法で作られたルツボでありａ■および
■は本発明にょるルツボである。すなわちこれらはそれ
ぞれ前記（ｉｉ）二重粉体成型、（ｉｆｉ）長時間溶融
および（ｉ）内張りの方法によるのもである。
■の従来法のルツボでは、ＯＨ基はルツボの生地と内層
にわたって３０〜４０ｐｐｍとほぼ均一分布であるが、
■〜■は内表面で１９０ｐｐｍにまで達するような著し
く高濃度な領域を持つ分布である、■では６０〜７０ｐ
ｐｍの領域が生地となったが、この場合、０．３龍の内
表面層の平均値が１１０ｐｐｍであった。■の内張り法
は工数がかかり、量産性に乏しいが内表面の何％がＯＨ
基分布構造である必要があるかを知るには良いサンプル
であるので、内張り率３０％のサンプル■の他に内張り
率１５％のサンプル５を試作した。さらに、内層を合成
石英ガラスとした二重粉体成型サンプル８よび、ガラス
細工で製作した全透明石英ガラスルツボのサンプル７を
追加して、これらルツボを実際に使用し、マルチプリン
グ数と使いやすさを比較した。下表はその結果を示すも
のである。
にわたって３０〜４０ｐｐｍとほぼ均一分布であるが、
■〜■は内表面で１９０ｐｐｍにまで達するような著し
く高濃度な領域を持つ分布である、■では６０〜７０ｐ
ｐｍの領域が生地となったが、この場合、０．３龍の内
表面層の平均値が１１０ｐｐｍであった。■の内張り法
は工数がかかり、量産性に乏しいが内表面の何％がＯＨ
基分布構造である必要があるかを知るには良いサンプル
であるので、内張り率３０％のサンプル■の他に内張り
率１５％のサンプル５を試作した。さらに、内層を合成
石英ガラスとした二重粉体成型サンプル８よび、ガラス
細工で製作した全透明石英ガラスルツボのサンプル７を
追加して、これらルツボを実際に使用し、マルチプリン
グ数と使いやすさを比較した。下表はその結果を示すも
のである。
以上の結果より、Ｎｏ、３の長時間溶融タイプのＯＨ基
基布布最も望ましいことが明らかである。またＮｏ、
４とＮｏ、 ５とよりＯＨ基濃度の高い内層領域は２５
％以上ないと効果が出ないことも推定される。 Ｎｏ、
７の例で内表面のＯＨ基が１７０ｐｐｍと適当である
にもかかわらず、結果が悪いのは、ＯＨ基低含量領域の
生地がないために、短時間のうちに、溶融シリコンが汚
染してしまい、その後使用に耐えられなくなるものと推
定される。
基布布最も望ましいことが明らかである。またＮｏ、
４とＮｏ、 ５とよりＯＨ基濃度の高い内層領域は２５
％以上ないと効果が出ないことも推定される。 Ｎｏ、
７の例で内表面のＯＨ基が１７０ｐｐｍと適当である
にもかかわらず、結果が悪いのは、ＯＨ基低含量領域の
生地がないために、短時間のうちに、溶融シリコンが汚
染してしまい、その後使用に耐えられなくなるものと推
定される。
第１図、ｔｓｚ図はルツボの内表面からの深さ方向にお
けるＯＨ基基量量分布を示す線図、第３図、第４図はル
ツボの製作説明図、第５図は各種タイプのルツボの内表
面からの深さ方向におけるＯＨ基含有量分布を示す曲線
図である。 １・−・ルツボ、 ２・・・ガラス板。 特許出願人 信越石英株式会社 、ｔｌ） 第１因 Ｊ１１１ ＯＨ基（ρｐｍ） 手続補正書（自船 昭和６０年６月 ７日 昭和６０年特許願第８４２１８号 ２、発明の名称 シリコン単結晶引上げ用ルツボ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 信越石英株式会社 ４６代理人 ５、補正の対象 明細書 ６、補正の内容 １）明細書第４頁第１１行のｒ６０ｐｐＨ上」をｒ６０
ｐｐｇ１以上」正する。 納置第４頁第１８行の「よって、ルツボ内の溶融シリコ
ンとルツボ内の溶」を「よって、ルツボ内の溶ノと補正
する。 ３）明細書第５頁第７行の「１．５■とるので」を「１
゜５１１ｍとするので」と補正する。 ４）明細書第７頁第７行の「Ｃ２はＣより」をｒ（。 はＣ８より」と補正する。 ５）明細書第８頁第９行の「水分を含んで雰囲気」を「
水分を含んだ雰囲気」と補正する。 ６）明細書第９頁第１３行の「せられると、共に」をら
れると共に」と補正する。 側番第１１頁第３行の「６よび」を「６および」正する
。 以上 手続補正書（白組 昭和６１年２月ｌＯ日 １゜事件の表示 昭和６０年特許願第８４２１８号 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 信越石英株式会社 名称 信越半導体株式会社 ４、代理人 住所〒１０３東京都中央区日本橋本町４丁目９番地６１
．２．１２ ６、補正の内容 １）明細書第１１頁第１行〜第１３頁末行のｒに内張り
率１５％の・・・・・・白木亮−」ン別紙のとおりに補
正する。 ２）図面第６図を別紙のとおり追加する。 （別紙） に内張り率１５％のサンプル■を試作した。さらに、内
層を合成石英ガラスとした二重粉体成型サンプル■およ
び、ガラス細工で製作した全透明石英ガラスルツボのサ
ンプル■を追加して、これらルツボを実際に使用し、マ
ルチプリング数と使いやすさを比較した。 実験方法について以下説明する。 本実験のために、試作された各種石英ルツボ１直径２５
ｃｓ Ｘ高さ２０３を第６図のごとくセットし、この
中に高純度多結晶シリコン塊約２０ｋｇを充填溶融し、
アルゴンガスを入口５より流量３０４１７ｗ１ｎで導入
し、かつ引上室６内の圧力を１０１ｂに保ちながら直径
１１０■φのシリコン単結晶７を引上げた。この他の第
６図の各部分は、引上げられるシリコン単結晶７の上端
に種結晶８を介して、上方に回転しつつ上昇する引上軸
９、石英ルツボとこれに内接する炭素材からなるルツボ
保護体１０であり、保護体を囲繞したヒータ１１により
石英ルツボ１内に充填された高純度多結晶シリコン塊を
加熱溶融し、溶融後はシリコン単結晶７の引上行程の進
捗にあわせて、加熱エネルギーが適当になるよう交流ま
たは直流電源と制御装置（いずれも図示されていない）
が付属する。１２は高純度シリコンの溶融体であり、１
３は流入したガスの引上室６からの出口である。 シリコン溶融体１２から単結−シリコン７が引上げられ
るときに、使用ルツボに応じて、種結晶８の回転数およ
び石英ルツボ１の回転数を適宜制御する必要があるが、
従来品の石英ルツボを用いる場合は、回転方向が互いに
逆で１種結晶が１５ｒｐ■、石英ルツボが２ｒｐ履が用
いられる。しかし、長時間溶融品あるいは、内張り品を
用いた場合。 あるいは二重成型品を用いた場合には、特に種結晶の回
転数を１０乃至５ ｒｐｍまで低減でき、この結果シリ
コン溶融体の攪拌がおだやかになり、ルツボ内壁の変質
あるいは、その結果おこるルツボ壁から剥離する石英小
片のシリコン単結晶成長界面への接触による、単結晶部
れを著しく防止できる。 シリコン単結晶引上においては、その中に意図的に導電
型、ならびに抵抗率の制御のために添加されるリンまた
はボロンの濃度をある範囲に制御するために、石英ルツ
ボ１の中のシリコン溶融体を一回引上行程で、全量単結
晶化することは少なく、ある程度たとえば全シリコン量
の半分すなわち１０ｋｇが引上げられた後、再び最高１
０ｋｇ追加されて、第２回引上行程が行われる。引上行
程は、理論的には無限に行われることが好ましいが、回
数を増すにつれて、シリコン溶融体中に残留する不純物
が蓄積するので、高々１０回が限度とみられている。 これらの実験結果は次表に示すとおりである。 以上の結果より、サンプル■の長時間溶融タイプのＯＨ
基基布布最も望ましいことが明らかである。またサンプ
ル■と■とよりＯＨ基濃度の高い内層領域は２５％以上
ないと効果がでないことも推定される。サンプル■の例
で内表面のＯＨ基が１７ＯＰＰ■と適当であるにもかか
わらず、結果が悪いのは、ＯＨ基低含有量領域の生地が
ないために。 短時間のうちに、溶融シリコンが汚染してしまい、その
後使用に耐えられなくなるものと推定される。 ４、図面の簡単な説明 第１図、第２図はルツボの内表面からの深さ方向におけ
るＯＨ基含有量の分布を示す線図、第３図、第４図はル
ツボの製作説明図、第５図は各種タイプのルツボの内表
面からの深さ方向におけるＯＨ基含有量分布を示す曲Ｉ
ｉＩ図、第６図はＣＺ法による単結晶引上装置の断面図
である。 １・・・ルツボ、 ２・・・ガラス板、３・・・回転モ
ールド、 ４・・・ＯＨ基含有量の高いガラス粉体、５・・・入口
、 ６・・・引上室、 ７・・・単結晶、８・・・種結
晶、 ９・・・引上軸、 １０・・・ルツボ保護体、 １１川ヒータ、１２・・・
溶融体、 １３・・・出口。 手続補正書（自制 昭和６０年特許願第８４２１８号 ２、発明の名称 シリコン単結晶引上げ用ルツボ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 信越石英株式会社 ｊ蒋゛ 信越半導体株式会社 ４、代理人 ６、補正の内容 １）明細書全文を別紙訂正明細書のとおりに補正する。 ２）第１薗を別紙の第１図と差し替える・以上 訂正明細書 １、発明の名称 シリコン単結晶引上げ用ルツボ ２、特許請求の範囲 １、内表面に接して０．２ｓ＋ｍ以上の厚さの、ＯＨ基
含有量が６０ｐｐｍ以上やＬ旦」ねり！」人工の高ＯＨ
濃度領域と、内表面に接しない厚さ０．５層層以上の部
分にＯＨ基含有量が厚さ０−３ｍ■の内表層における平
均濃度より２０ｐｐｍ以上少ない低ＯＨ濃度領域とを持
つ構成とした単結晶引上げ用ルツボ。 ２、前記構成がルツボ全体の内表面の４分の１以上、も
しくは原料溶融時に溶融液に接する内表面の３分の１以
上を占めることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の単結晶引上げ用ルツボ。 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は溶融シリコンの引上げにより単結晶を製造する
場合に使用されるルツボに関するものである。 （従来の技術と問題点） シリコンウェハを大量生産するための単結晶引上げ方法
は大別してＦＺ（ブローティングゾーン）法とＣＺ（チ
ョクラルスキ）法とがある。 ＣＺ法は、石英ガラスルツボ中で溶融したシリコンから
単結晶を凝固させながら引上げるもので、この時１石英
ガラス（Ｓ ｉＯ２）が溶融シリコンに溶は込み、その
結果単結晶中に酸素が含まれることとなる、（ｒｅｆ
％Ｗ、 Ｚｕｌｅｈｎｅｒ ａｎｄ Ｄ、 Ｈｕｂｅｒ
；ｒｃｒｌｓｔａｌｓＪ Ｖｏｌ、８’″Ｃｚｏｃｋｒ
ａ１ｇｋｉ −Ｇｒｏｗｎ ５ｉｌｉｃｏｎ”ｐ＋Ｉ
Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ （１１８２）） ＊
この酸素は、不純物としてきらうべきものではなく、ウ
ェハの耐熱性を高めるなど大切な役割を持゛っている。 従って、ＣＺ法による単結晶製造の際には、ルツボ回転
数、結晶回転数、雰囲気など、いわゆる結晶引上げ条件
を制御して所要濃度の酸素がシリコンウェハに導入され
るようにすることが広く行われている（ Ｌ Ｚｕｌｅ
ｈｎｅｒ ｅｔ ａｌ、前出の文ｍ）。 他方１石英ガラスルツボに要求される特性として、その
使用温度が１５００℃程度に達することから、耐熱性が
第一に挙げられる。半導体工業用石英ガラスにおいては
、耐熱性はガラス中のＯＨ基濃度にｌ対ｌで対応すると
近似出来るためＯＨ基含有量の低いルツボを造ることが
ルツボメーカーの課題であった。 このようなＯＨ基含有量の低いルツボは、粘度が高く、
形状安定性も良く、不純物の拡散も遅いので、ルツボ内
の溶融シリコンが清浄に保たれる点で優れているが、そ
の反面最適の操業条件を設定しても、それを維持するた
めに高精度の制御を必要とし、しかもくり返し使用（い
わゆるマルチプリング）が非常に困難であるという不利
があった。 これに対し、ＯＨ基含有量の高いルツボを使用すると、
ヒータやグラファイトサセプタからの不純物の拡散浸透
等があるため、良質の単結晶が得られない欠点があり、
そのためこのような高ＯＨ基含有量のルツボを用いるこ
とは、低ＯＨ基含有量のルツボが入手出来なかった過去
の技術となっている。 （発明の目的と構成） 本発明者らは、シリコン単結晶引上げ用ルツボに関する
従来の問題点を解決するため種々検討した結果ルツボの
内表面層のＯＨ基濃度を高くシ。 より外側を低くして、ＯＨ基濃度に分布をもつルツボを
使用すると、溶融シリコンとルツボ（Ｓ ｉＯ２）の反
応が適度で制御しやすく、かつ形状安定性が得られるこ
とを知見し、本発明を完成した。 すなわち１本発明は内表面に接して０．２園■以上の厚
さのＯＨ基含有量が６０ｐｐ■以上１９５ ｐｐｍ以下
の高ＯＨ濃度領域と、内表面に接しない厚さ０．５腸層
以上の部分にＯＨ基含有量が厚さ０．３■窮の内装層に
おける平均濃度より２０ｐｐｍ以上少ない低ＯＨ濃度領
域とを持つ構成とした単結晶引上げ用ルツボに係るもの
である０本発明のルツボは、前記のように、ルツボの内
側にＯＲ基の高濃度領域を設けることによって、ルツボ
内の溶融シリコンとルツボ壁（Ｓ ｓ Ｏ２）との反応
を適度に制御しやすくするとともに、使用温度である１
４６０℃前後で優れた形状安定性を保持できるようにし
たものである。 このため本発明では、ルツボの内表面より０．２ｍ１１
以上の範囲をＯＨ基含有量が６０ｐｐｍ以上１９５ｐｐ
■以下、好ましくは６０〜１７０ｐｐ騰である高濃度領
域とし、領域の最適な厚さを０．８〜！、５膳ｌとする
のである。 このような条件は、第１図に示すＯＨ基分布曲線０がＡ
部を通らないこと、好ましくはＢ、Ｃ部をも通らないこ
とを意味する。これを具体的に第１図について説明する
と次のとおりである０分布曲線０１は、通常の低ＯＨ基
濃度ルツボに対するものであり、いわゆる半透明ルツボ
と呼ばれる電気溶融ルツボに対するものである。この場
合は、領域Ａを通り、内表面もＯＨ基濃度が低いので本
発明のルツボとは異なっている０分布曲線０ は、透明
天然石英ガラスルツボに対するものである。 上述の最適範囲内ではあるが、後に述べる本発明のもう
１つの条件である低ＯＨ領域を持たないので本発明の範
囲外のものである。 ムーＩ＆ｔＩ＋ｂ曽／Ｎｊ↓ 士島田小伽−１１昌も好
すしいツルボである０分布曲線Ｏは、０３の最適例に似
ているが、６０ＰＰ■以上の内装層の厚さが０．２１脂
以下であるため１本発明の効果が充分でなく、満足出来
るものではない。 上記条件と同時に、本発明では、内装層０．：ｂ＋ｍの
平均ＯＨ基濃度より２０ｐｐ−以上ＯＨ基が少ない層が
、前記高濃度領域の外側にあることが必要であり、この
領域はルツボの外表面に接していてもよい。 第２図に示すように、内装層０．３麿■の平均ＯＨ基濃
度Ｃ１とこれより２０ｐｐ腸少ない層のＯＨ基濃度Ｃ２
とがＯＢ分布ｄｂｔｌＱと交わる点ＡとＢまでの内表面
からの距離をそれぞれＸＡ、Ｘ、とする。 本発明のルツボではＸＢ−ＸＡ≧０．５（■Ｓ）であご
とが第２の条件である。この場合交点Ｂがなく、Ａより
外側ですべてＣ２より低ければＢ点は外表面上にあると
して考えることができる。なおＣ２はＣ１より４０ｐｐ
園以上小さい方が望ましい。 ｘＢ−ｘＡは１．５層層以上であることが望ましい。 上記２つの条件を具備する構成が、ルツボ全体の内表面
の１／４以上あるいはシリコン溶融時に、溶融シリコン
に接する内表面の１／３以上を占める（通常内表面の７
５％が溶融シリコンに接する）ことも、本発明にとって
必要な条件である。 ＯＨ基の高濃度領域をルツボ内側に設ける方法としては
、 （ｉ） 回転モールド中で成型した石英ガラスルツボ
ｌの内側に０１（基の多い石英ガラス板２を溶接する（
内張り）、（第３図）、 （ｉｉ） 回転モールド３中に粉体を成型し、電気ア
ークでその粉体層を溶融してルツボｌを製造する際、内
側にＯＨ基の多い石英ガラス粉４を成型し二重粉体層と
する（二重粉体成型）（第４図）、（ｉｉｉ）回転モー
ルド中の粉体層を電気溶融するに際し、水分を含んだ雰
囲気（通常の大気）で長時間溶融状態を保持する。 などの方法があるが、前記（ｉ） 、（ｉｉ）の方法は
製造プロセスが複雑であること、石英ガラス粉が石英粉
に比して高価であることから実用的でない。 本発明者らは回転モールド法による従来の溶融方法を変
えることで内層のＯＨ基含有量を変える実験を行った結
果、 （ｉｉｉ）の方法により、通常の大気中で長時間
溶融すると予期せざることに内層のＯＨ基含有量が増加
することがわかった。従来の方法でそのまま溶融時間を
延長すると厚すぎるルツボになるが、冷却条件の変更に
よって所定の厚さに制御できる。 上記の方法で得られる本発明のルツボは、従来のルツボ
がＯＨ基含有量が３０ｐｐ腸であるのに対し、最適な例
では生地が約６０ｐｐｍ、内表面は１１０ｐｐｍであり
、両者を比較すると次の効果が挙げられる。 （発明の効果） （１） 従来はＳ ｉ０２ （ガラス）が溶融シリ
コンに溶は難く、そのため比較的速い対流が生じるよう
な操業条件が設定されていた０本発明のルツボを用いる
とＳ ｉ０２ （ガラス）が溶けやすいため。 溶湯の動きがおだやかで、所定の酸素濃度が達せられる
と共に操業条件も安定しやすい。 （２） この結果、減圧ＣＺ法によるルツボのくり返
し使用（いわゆるマルチプリング）が従来は２〜３回が
限度であったのに対し、本発明では６〜８回になり、こ
のため稼動率を著しく高める結果となった。同時に品質
の均一性が向上した。 つぎに、本発明によるルツボと、従来の方法によるルツ
ボを試作し、内表面に垂直方向のＯＨ基濃度分布を比較
した。第５図はその結果を示すもので、ルツボはいずれ
も口径２５ｃ璽高さ２０ｃ■である。 ■は回転モールド中に石英粉を成型し、内側よりアーク
で加熱する従来方法で作られたルツボでありＱ、■ お
よび■は本発明によるルツボである。すなわちこれらは
それぞれ前記（ｉｉ）二重粉体成型、（ｉｉｉ）長時間
溶融および（ｉ）内張りの方法によるのもである。 ■の従来法のルツボでは、ＯＨ基はルツボの生地と内層
にわたって３０〜４０ｐｐ■とほぼ均一分布であるが１
．■〜（３ｘｔ内表面で１９０ｐａ■にまで達するよう
な著しく高濃度な領域を持つ分布である。■では６０〜
７ｏｐｐ■の領域が生地となったが、この場合、０．３
ｍ■の内表面層の平均値が１１０ｐｐｍであった。■の
内張り法は工数がかかり、量産性に乏しいが内表面の何
％がＯＨ基分布構造である必要があるかを知るには良い
サンプルであるので、内張り率３０％のサンプル■の他
に内張り率１５％のサンプル■を試作した。さらに、内
層を合成石英ガラスとした二重粉体成型サンプル■およ
び、ガラス細工で製作した全透明石英ガラスルツボのサ
ンプル■を追加して、これらルツボを実際に使用し、マ
ルチプリング数と使いやすさを比較した。 実験方法について以下説明する。 本実験のために、試作された各種石英ルツボ直径２５ｃ
ｍＸ高さ２０ｃ＋ｗを第６図のごとくセットし、この中
に高純度多結晶シリコン塊約２０Ｋｇを充填溶融し、ア
ルゴンガスを入口５より流量３０Ｊｌ／ｗｉｎで導入し
、かつ引上室６内の圧力を１０ｍｂに保ちながら直径１
１０ｍｍφのシリコン単結晶７を引上げた。この他の第
６図の各部分は、引上げられるシリコン単結晶７の上端
に種結晶８を介して、上方に回転しつつ上昇する引上軸
９、石英ルツボとこれに内接する炭素材からなるルツボ
保護体１０であり、保護体を囲繞したヒータ１１により
石英ルツボ１内に充填された高純度多結晶シリコン塊を
加熱溶融し、溶融後はシリコン単結晶７の引上行程の進
捗にあわせて、加熱エネルギーが適当になるよう交流ま
たは直流電源と制御装置（いずれも図示されていない）
が付属する。１２は高純度シリコンの溶融体であり、１
３は流入したガスの引上室６からの出口である。 シリコン溶融体１２から単結晶シリコン７が引上げられ
るときに、使用ルツボに応じて、種結晶８の回転数およ
び石英ルツボ１の回転数を適宜制御、する必要がるが、
従来品の石英ルツボを用いる場合は１回転方向が互いに
逆で、種結晶が１５ｒｐ■、石英ルツボが２ｒｐ■が用
いられる。しかし、長時間溶融品あるいは、内張り品を
用いた場合、あるいは二重成型品を用いた場合には、特
に種結晶の回転数を１０乃至５ ｒｐｍまで低減でき、
この結果シリコン溶融体の攪拌がおだやかになり、ルツ
ボ内壁の変質あるいは、その結果おこるルツボ壁から剥
離する石英小片のシリコン単結晶成長界面への接触によ
る、単結晶乱れを著しく防止できる。 シリコン単結晶引上においては、その中に意図的に導電
型、ならびに抵抗率の制御のために添加されるリンまた
はポロンの濃度をある範囲に制御するために、石英ルツ
ボ１の中のシリコン溶融体を一回引上行程で、全量単結
晶化することは少なく、ある程度たとえば全シリコン量
の半分すなわち１０Ｋｇが引上げられた後、再び最高１
０Ｋｇ追加されて、第２回引上行程が行われる。引上行
程は、理論的には無限に行われることが好ましいが１回
数を増すにつれて、シリコン溶融体中に残留する不純物
が蓄積するので、高々１０回が限度とみられている。 これらの実験結果は次表に示すとおりである。 以上の結果より、サンプル■の長時間溶融タイプのＯＨ
基基布布最も望ましいことが明らかである。またサンプ
ル■とサンプル■ とよりＯＨ基濃度の高い内層領域は
２５％以上ないと効果がでないことも推定される。サン
プル■の例で内表面のＯＨ基が１７０ｐｐｍと適当であ
るにもかかわらず、結果が悪いのは、ＯＨ基低含有量領
域の生地がないために、短時間のうちに、溶融シリコン
が汚染してしまい、その後使用に耐えられなくなるもの
と推定される。 、図面の簡単な説明 第１図、第２図はルツボの内表面からの深さ方向におけ
るＯＨ基含有量の分布を示す線図、第３図、第４図はル
ツボの製作説明図、第５図は各種タイプのルツボの内表
面からの深さ方向におけるＯＨ基含有量分布を示す曲線
図、第６図はＣＺ法による単結晶引上装置の断面図であ
る。 １・拳・ルツボ、 ２・・ｅガラス板。 ３・・・回転モールド、 ４・・・ＯＨ基含有量の高いガラス粉体。 ５・・・入口、 ６・拳・引上室、７・・−単結晶
、 ８・・・種結晶。 ９・φ・引上軸、 １０・・・ルツボ保護体。 １１・・・ヒータ、 １２・・・溶融体、 １３・拳−出口。
けるＯＨ基基量量分布を示す線図、第３図、第４図はル
ツボの製作説明図、第５図は各種タイプのルツボの内表
面からの深さ方向におけるＯＨ基含有量分布を示す曲線
図である。 １・−・ルツボ、 ２・・・ガラス板。 特許出願人 信越石英株式会社 、ｔｌ） 第１因 Ｊ１１１ ＯＨ基（ρｐｍ） 手続補正書（自船 昭和６０年６月 ７日 昭和６０年特許願第８４２１８号 ２、発明の名称 シリコン単結晶引上げ用ルツボ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 信越石英株式会社 ４６代理人 ５、補正の対象 明細書 ６、補正の内容 １）明細書第４頁第１１行のｒ６０ｐｐＨ上」をｒ６０
ｐｐｇ１以上」正する。 納置第４頁第１８行の「よって、ルツボ内の溶融シリコ
ンとルツボ内の溶」を「よって、ルツボ内の溶ノと補正
する。 ３）明細書第５頁第７行の「１．５■とるので」を「１
゜５１１ｍとするので」と補正する。 ４）明細書第７頁第７行の「Ｃ２はＣより」をｒ（。 はＣ８より」と補正する。 ５）明細書第８頁第９行の「水分を含んで雰囲気」を「
水分を含んだ雰囲気」と補正する。 ６）明細書第９頁第１３行の「せられると、共に」をら
れると共に」と補正する。 側番第１１頁第３行の「６よび」を「６および」正する
。 以上 手続補正書（白組 昭和６１年２月ｌＯ日 １゜事件の表示 昭和６０年特許願第８４２１８号 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 信越石英株式会社 名称 信越半導体株式会社 ４、代理人 住所〒１０３東京都中央区日本橋本町４丁目９番地６１
．２．１２ ６、補正の内容 １）明細書第１１頁第１行〜第１３頁末行のｒに内張り
率１５％の・・・・・・白木亮−」ン別紙のとおりに補
正する。 ２）図面第６図を別紙のとおり追加する。 （別紙） に内張り率１５％のサンプル■を試作した。さらに、内
層を合成石英ガラスとした二重粉体成型サンプル■およ
び、ガラス細工で製作した全透明石英ガラスルツボのサ
ンプル■を追加して、これらルツボを実際に使用し、マ
ルチプリング数と使いやすさを比較した。 実験方法について以下説明する。 本実験のために、試作された各種石英ルツボ１直径２５
ｃｓ Ｘ高さ２０３を第６図のごとくセットし、この
中に高純度多結晶シリコン塊約２０ｋｇを充填溶融し、
アルゴンガスを入口５より流量３０４１７ｗ１ｎで導入
し、かつ引上室６内の圧力を１０１ｂに保ちながら直径
１１０■φのシリコン単結晶７を引上げた。この他の第
６図の各部分は、引上げられるシリコン単結晶７の上端
に種結晶８を介して、上方に回転しつつ上昇する引上軸
９、石英ルツボとこれに内接する炭素材からなるルツボ
保護体１０であり、保護体を囲繞したヒータ１１により
石英ルツボ１内に充填された高純度多結晶シリコン塊を
加熱溶融し、溶融後はシリコン単結晶７の引上行程の進
捗にあわせて、加熱エネルギーが適当になるよう交流ま
たは直流電源と制御装置（いずれも図示されていない）
が付属する。１２は高純度シリコンの溶融体であり、１
３は流入したガスの引上室６からの出口である。 シリコン溶融体１２から単結−シリコン７が引上げられ
るときに、使用ルツボに応じて、種結晶８の回転数およ
び石英ルツボ１の回転数を適宜制御する必要があるが、
従来品の石英ルツボを用いる場合は、回転方向が互いに
逆で１種結晶が１５ｒｐ■、石英ルツボが２ｒｐ履が用
いられる。しかし、長時間溶融品あるいは、内張り品を
用いた場合。 あるいは二重成型品を用いた場合には、特に種結晶の回
転数を１０乃至５ ｒｐｍまで低減でき、この結果シリ
コン溶融体の攪拌がおだやかになり、ルツボ内壁の変質
あるいは、その結果おこるルツボ壁から剥離する石英小
片のシリコン単結晶成長界面への接触による、単結晶部
れを著しく防止できる。 シリコン単結晶引上においては、その中に意図的に導電
型、ならびに抵抗率の制御のために添加されるリンまた
はボロンの濃度をある範囲に制御するために、石英ルツ
ボ１の中のシリコン溶融体を一回引上行程で、全量単結
晶化することは少なく、ある程度たとえば全シリコン量
の半分すなわち１０ｋｇが引上げられた後、再び最高１
０ｋｇ追加されて、第２回引上行程が行われる。引上行
程は、理論的には無限に行われることが好ましいが、回
数を増すにつれて、シリコン溶融体中に残留する不純物
が蓄積するので、高々１０回が限度とみられている。 これらの実験結果は次表に示すとおりである。 以上の結果より、サンプル■の長時間溶融タイプのＯＨ
基基布布最も望ましいことが明らかである。またサンプ
ル■と■とよりＯＨ基濃度の高い内層領域は２５％以上
ないと効果がでないことも推定される。サンプル■の例
で内表面のＯＨ基が１７ＯＰＰ■と適当であるにもかか
わらず、結果が悪いのは、ＯＨ基低含有量領域の生地が
ないために。 短時間のうちに、溶融シリコンが汚染してしまい、その
後使用に耐えられなくなるものと推定される。 ４、図面の簡単な説明 第１図、第２図はルツボの内表面からの深さ方向におけ
るＯＨ基含有量の分布を示す線図、第３図、第４図はル
ツボの製作説明図、第５図は各種タイプのルツボの内表
面からの深さ方向におけるＯＨ基含有量分布を示す曲Ｉ
ｉＩ図、第６図はＣＺ法による単結晶引上装置の断面図
である。 １・・・ルツボ、 ２・・・ガラス板、３・・・回転モ
ールド、 ４・・・ＯＨ基含有量の高いガラス粉体、５・・・入口
、 ６・・・引上室、 ７・・・単結晶、８・・・種結
晶、 ９・・・引上軸、 １０・・・ルツボ保護体、 １１川ヒータ、１２・・・
溶融体、 １３・・・出口。 手続補正書（自制 昭和６０年特許願第８４２１８号 ２、発明の名称 シリコン単結晶引上げ用ルツボ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 信越石英株式会社 ｊ蒋゛ 信越半導体株式会社 ４、代理人 ６、補正の内容 １）明細書全文を別紙訂正明細書のとおりに補正する。 ２）第１薗を別紙の第１図と差し替える・以上 訂正明細書 １、発明の名称 シリコン単結晶引上げ用ルツボ ２、特許請求の範囲 １、内表面に接して０．２ｓ＋ｍ以上の厚さの、ＯＨ基
含有量が６０ｐｐｍ以上やＬ旦」ねり！」人工の高ＯＨ
濃度領域と、内表面に接しない厚さ０．５層層以上の部
分にＯＨ基含有量が厚さ０−３ｍ■の内表層における平
均濃度より２０ｐｐｍ以上少ない低ＯＨ濃度領域とを持
つ構成とした単結晶引上げ用ルツボ。 ２、前記構成がルツボ全体の内表面の４分の１以上、も
しくは原料溶融時に溶融液に接する内表面の３分の１以
上を占めることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の単結晶引上げ用ルツボ。 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は溶融シリコンの引上げにより単結晶を製造する
場合に使用されるルツボに関するものである。 （従来の技術と問題点） シリコンウェハを大量生産するための単結晶引上げ方法
は大別してＦＺ（ブローティングゾーン）法とＣＺ（チ
ョクラルスキ）法とがある。 ＣＺ法は、石英ガラスルツボ中で溶融したシリコンから
単結晶を凝固させながら引上げるもので、この時１石英
ガラス（Ｓ ｉＯ２）が溶融シリコンに溶は込み、その
結果単結晶中に酸素が含まれることとなる、（ｒｅｆ
％Ｗ、 Ｚｕｌｅｈｎｅｒ ａｎｄ Ｄ、 Ｈｕｂｅｒ
；ｒｃｒｌｓｔａｌｓＪ Ｖｏｌ、８’″Ｃｚｏｃｋｒ
ａ１ｇｋｉ −Ｇｒｏｗｎ ５ｉｌｉｃｏｎ”ｐ＋Ｉ
Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ （１１８２）） ＊
この酸素は、不純物としてきらうべきものではなく、ウ
ェハの耐熱性を高めるなど大切な役割を持゛っている。 従って、ＣＺ法による単結晶製造の際には、ルツボ回転
数、結晶回転数、雰囲気など、いわゆる結晶引上げ条件
を制御して所要濃度の酸素がシリコンウェハに導入され
るようにすることが広く行われている（ Ｌ Ｚｕｌｅ
ｈｎｅｒ ｅｔ ａｌ、前出の文ｍ）。 他方１石英ガラスルツボに要求される特性として、その
使用温度が１５００℃程度に達することから、耐熱性が
第一に挙げられる。半導体工業用石英ガラスにおいては
、耐熱性はガラス中のＯＨ基濃度にｌ対ｌで対応すると
近似出来るためＯＨ基含有量の低いルツボを造ることが
ルツボメーカーの課題であった。 このようなＯＨ基含有量の低いルツボは、粘度が高く、
形状安定性も良く、不純物の拡散も遅いので、ルツボ内
の溶融シリコンが清浄に保たれる点で優れているが、そ
の反面最適の操業条件を設定しても、それを維持するた
めに高精度の制御を必要とし、しかもくり返し使用（い
わゆるマルチプリング）が非常に困難であるという不利
があった。 これに対し、ＯＨ基含有量の高いルツボを使用すると、
ヒータやグラファイトサセプタからの不純物の拡散浸透
等があるため、良質の単結晶が得られない欠点があり、
そのためこのような高ＯＨ基含有量のルツボを用いるこ
とは、低ＯＨ基含有量のルツボが入手出来なかった過去
の技術となっている。 （発明の目的と構成） 本発明者らは、シリコン単結晶引上げ用ルツボに関する
従来の問題点を解決するため種々検討した結果ルツボの
内表面層のＯＨ基濃度を高くシ。 より外側を低くして、ＯＨ基濃度に分布をもつルツボを
使用すると、溶融シリコンとルツボ（Ｓ ｉＯ２）の反
応が適度で制御しやすく、かつ形状安定性が得られるこ
とを知見し、本発明を完成した。 すなわち１本発明は内表面に接して０．２園■以上の厚
さのＯＨ基含有量が６０ｐｐ■以上１９５ ｐｐｍ以下
の高ＯＨ濃度領域と、内表面に接しない厚さ０．５腸層
以上の部分にＯＨ基含有量が厚さ０．３■窮の内装層に
おける平均濃度より２０ｐｐｍ以上少ない低ＯＨ濃度領
域とを持つ構成とした単結晶引上げ用ルツボに係るもの
である０本発明のルツボは、前記のように、ルツボの内
側にＯＲ基の高濃度領域を設けることによって、ルツボ
内の溶融シリコンとルツボ壁（Ｓ ｓ Ｏ２）との反応
を適度に制御しやすくするとともに、使用温度である１
４６０℃前後で優れた形状安定性を保持できるようにし
たものである。 このため本発明では、ルツボの内表面より０．２ｍ１１
以上の範囲をＯＨ基含有量が６０ｐｐｍ以上１９５ｐｐ
■以下、好ましくは６０〜１７０ｐｐ騰である高濃度領
域とし、領域の最適な厚さを０．８〜！、５膳ｌとする
のである。 このような条件は、第１図に示すＯＨ基分布曲線０がＡ
部を通らないこと、好ましくはＢ、Ｃ部をも通らないこ
とを意味する。これを具体的に第１図について説明する
と次のとおりである０分布曲線０１は、通常の低ＯＨ基
濃度ルツボに対するものであり、いわゆる半透明ルツボ
と呼ばれる電気溶融ルツボに対するものである。この場
合は、領域Ａを通り、内表面もＯＨ基濃度が低いので本
発明のルツボとは異なっている０分布曲線０ は、透明
天然石英ガラスルツボに対するものである。 上述の最適範囲内ではあるが、後に述べる本発明のもう
１つの条件である低ＯＨ領域を持たないので本発明の範
囲外のものである。 ムーＩ＆ｔＩ＋ｂ曽／Ｎｊ↓ 士島田小伽−１１昌も好
すしいツルボである０分布曲線Ｏは、０３の最適例に似
ているが、６０ＰＰ■以上の内装層の厚さが０．２１脂
以下であるため１本発明の効果が充分でなく、満足出来
るものではない。 上記条件と同時に、本発明では、内装層０．：ｂ＋ｍの
平均ＯＨ基濃度より２０ｐｐ−以上ＯＨ基が少ない層が
、前記高濃度領域の外側にあることが必要であり、この
領域はルツボの外表面に接していてもよい。 第２図に示すように、内装層０．３麿■の平均ＯＨ基濃
度Ｃ１とこれより２０ｐｐ腸少ない層のＯＨ基濃度Ｃ２
とがＯＢ分布ｄｂｔｌＱと交わる点ＡとＢまでの内表面
からの距離をそれぞれＸＡ、Ｘ、とする。 本発明のルツボではＸＢ−ＸＡ≧０．５（■Ｓ）であご
とが第２の条件である。この場合交点Ｂがなく、Ａより
外側ですべてＣ２より低ければＢ点は外表面上にあると
して考えることができる。なおＣ２はＣ１より４０ｐｐ
園以上小さい方が望ましい。 ｘＢ−ｘＡは１．５層層以上であることが望ましい。 上記２つの条件を具備する構成が、ルツボ全体の内表面
の１／４以上あるいはシリコン溶融時に、溶融シリコン
に接する内表面の１／３以上を占める（通常内表面の７
５％が溶融シリコンに接する）ことも、本発明にとって
必要な条件である。 ＯＨ基の高濃度領域をルツボ内側に設ける方法としては
、 （ｉ） 回転モールド中で成型した石英ガラスルツボ
ｌの内側に０１（基の多い石英ガラス板２を溶接する（
内張り）、（第３図）、 （ｉｉ） 回転モールド３中に粉体を成型し、電気ア
ークでその粉体層を溶融してルツボｌを製造する際、内
側にＯＨ基の多い石英ガラス粉４を成型し二重粉体層と
する（二重粉体成型）（第４図）、（ｉｉｉ）回転モー
ルド中の粉体層を電気溶融するに際し、水分を含んだ雰
囲気（通常の大気）で長時間溶融状態を保持する。 などの方法があるが、前記（ｉ） 、（ｉｉ）の方法は
製造プロセスが複雑であること、石英ガラス粉が石英粉
に比して高価であることから実用的でない。 本発明者らは回転モールド法による従来の溶融方法を変
えることで内層のＯＨ基含有量を変える実験を行った結
果、 （ｉｉｉ）の方法により、通常の大気中で長時間
溶融すると予期せざることに内層のＯＨ基含有量が増加
することがわかった。従来の方法でそのまま溶融時間を
延長すると厚すぎるルツボになるが、冷却条件の変更に
よって所定の厚さに制御できる。 上記の方法で得られる本発明のルツボは、従来のルツボ
がＯＨ基含有量が３０ｐｐ腸であるのに対し、最適な例
では生地が約６０ｐｐｍ、内表面は１１０ｐｐｍであり
、両者を比較すると次の効果が挙げられる。 （発明の効果） （１） 従来はＳ ｉ０２ （ガラス）が溶融シリ
コンに溶は難く、そのため比較的速い対流が生じるよう
な操業条件が設定されていた０本発明のルツボを用いる
とＳ ｉ０２ （ガラス）が溶けやすいため。 溶湯の動きがおだやかで、所定の酸素濃度が達せられる
と共に操業条件も安定しやすい。 （２） この結果、減圧ＣＺ法によるルツボのくり返
し使用（いわゆるマルチプリング）が従来は２〜３回が
限度であったのに対し、本発明では６〜８回になり、こ
のため稼動率を著しく高める結果となった。同時に品質
の均一性が向上した。 つぎに、本発明によるルツボと、従来の方法によるルツ
ボを試作し、内表面に垂直方向のＯＨ基濃度分布を比較
した。第５図はその結果を示すもので、ルツボはいずれ
も口径２５ｃ璽高さ２０ｃ■である。 ■は回転モールド中に石英粉を成型し、内側よりアーク
で加熱する従来方法で作られたルツボでありＱ、■ お
よび■は本発明によるルツボである。すなわちこれらは
それぞれ前記（ｉｉ）二重粉体成型、（ｉｉｉ）長時間
溶融および（ｉ）内張りの方法によるのもである。 ■の従来法のルツボでは、ＯＨ基はルツボの生地と内層
にわたって３０〜４０ｐｐ■とほぼ均一分布であるが１
．■〜（３ｘｔ内表面で１９０ｐａ■にまで達するよう
な著しく高濃度な領域を持つ分布である。■では６０〜
７ｏｐｐ■の領域が生地となったが、この場合、０．３
ｍ■の内表面層の平均値が１１０ｐｐｍであった。■の
内張り法は工数がかかり、量産性に乏しいが内表面の何
％がＯＨ基分布構造である必要があるかを知るには良い
サンプルであるので、内張り率３０％のサンプル■の他
に内張り率１５％のサンプル■を試作した。さらに、内
層を合成石英ガラスとした二重粉体成型サンプル■およ
び、ガラス細工で製作した全透明石英ガラスルツボのサ
ンプル■を追加して、これらルツボを実際に使用し、マ
ルチプリング数と使いやすさを比較した。 実験方法について以下説明する。 本実験のために、試作された各種石英ルツボ直径２５ｃ
ｍＸ高さ２０ｃ＋ｗを第６図のごとくセットし、この中
に高純度多結晶シリコン塊約２０Ｋｇを充填溶融し、ア
ルゴンガスを入口５より流量３０Ｊｌ／ｗｉｎで導入し
、かつ引上室６内の圧力を１０ｍｂに保ちながら直径１
１０ｍｍφのシリコン単結晶７を引上げた。この他の第
６図の各部分は、引上げられるシリコン単結晶７の上端
に種結晶８を介して、上方に回転しつつ上昇する引上軸
９、石英ルツボとこれに内接する炭素材からなるルツボ
保護体１０であり、保護体を囲繞したヒータ１１により
石英ルツボ１内に充填された高純度多結晶シリコン塊を
加熱溶融し、溶融後はシリコン単結晶７の引上行程の進
捗にあわせて、加熱エネルギーが適当になるよう交流ま
たは直流電源と制御装置（いずれも図示されていない）
が付属する。１２は高純度シリコンの溶融体であり、１
３は流入したガスの引上室６からの出口である。 シリコン溶融体１２から単結晶シリコン７が引上げられ
るときに、使用ルツボに応じて、種結晶８の回転数およ
び石英ルツボ１の回転数を適宜制御、する必要がるが、
従来品の石英ルツボを用いる場合は１回転方向が互いに
逆で、種結晶が１５ｒｐ■、石英ルツボが２ｒｐ■が用
いられる。しかし、長時間溶融品あるいは、内張り品を
用いた場合、あるいは二重成型品を用いた場合には、特
に種結晶の回転数を１０乃至５ ｒｐｍまで低減でき、
この結果シリコン溶融体の攪拌がおだやかになり、ルツ
ボ内壁の変質あるいは、その結果おこるルツボ壁から剥
離する石英小片のシリコン単結晶成長界面への接触によ
る、単結晶乱れを著しく防止できる。 シリコン単結晶引上においては、その中に意図的に導電
型、ならびに抵抗率の制御のために添加されるリンまた
はポロンの濃度をある範囲に制御するために、石英ルツ
ボ１の中のシリコン溶融体を一回引上行程で、全量単結
晶化することは少なく、ある程度たとえば全シリコン量
の半分すなわち１０Ｋｇが引上げられた後、再び最高１
０Ｋｇ追加されて、第２回引上行程が行われる。引上行
程は、理論的には無限に行われることが好ましいが１回
数を増すにつれて、シリコン溶融体中に残留する不純物
が蓄積するので、高々１０回が限度とみられている。 これらの実験結果は次表に示すとおりである。 以上の結果より、サンプル■の長時間溶融タイプのＯＨ
基基布布最も望ましいことが明らかである。またサンプ
ル■とサンプル■ とよりＯＨ基濃度の高い内層領域は
２５％以上ないと効果がでないことも推定される。サン
プル■の例で内表面のＯＨ基が１７０ｐｐｍと適当であ
るにもかかわらず、結果が悪いのは、ＯＨ基低含有量領
域の生地がないために、短時間のうちに、溶融シリコン
が汚染してしまい、その後使用に耐えられなくなるもの
と推定される。 、図面の簡単な説明 第１図、第２図はルツボの内表面からの深さ方向におけ
るＯＨ基含有量の分布を示す線図、第３図、第４図はル
ツボの製作説明図、第５図は各種タイプのルツボの内表
面からの深さ方向におけるＯＨ基含有量分布を示す曲線
図、第６図はＣＺ法による単結晶引上装置の断面図であ
る。 １・拳・ルツボ、 ２・・ｅガラス板。 ３・・・回転モールド、 ４・・・ＯＨ基含有量の高いガラス粉体。 ５・・・入口、 ６・拳・引上室、７・・−単結晶
、 ８・・・種結晶。 ９・φ・引上軸、 １０・・・ルツボ保護体。 １１・・・ヒータ、 １２・・・溶融体、 １３・拳−出口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、内表面に接して０．２ｍｍ以上の厚さの、ＯＨ基含
有量が６０ｐｐｍ以上の高ＯＨ濃度領域と、内表面に接
しない厚さ０．５ｍｍ以上の部分にＯＨ基含有量が厚さ
０．３ｍｍの内表層における平均濃度より２０ｐｐｍ以
上少ない低ＯＨ濃度領域とを持つ構成とした単結晶引上
げ用ルツボ。 ２、前記構成がルツボ全体の内表面の４分の１以上、も
しくは原料溶融時に溶融液に接する内表面の３分の１以
上を占めることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の単結晶引上げ用ルツボ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8421885A JPS61242984A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | シリコン単結晶引上げ用ルツボ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8421885A JPS61242984A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | シリコン単結晶引上げ用ルツボ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61242984A true JPS61242984A (ja) | 1986-10-29 |
| JPH0224797B2 JPH0224797B2 (ja) | 1990-05-30 |
Family
ID=13824339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8421885A Granted JPS61242984A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | シリコン単結晶引上げ用ルツボ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61242984A (ja) |
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- 1985-04-19 JP JP8421885A patent/JPS61242984A/ja active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0224797B2 (ja) | 1990-05-30 |
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