JP2012136397A - シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ - Google Patents
シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012136397A JP2012136397A JP2010290378A JP2010290378A JP2012136397A JP 2012136397 A JP2012136397 A JP 2012136397A JP 2010290378 A JP2010290378 A JP 2010290378A JP 2010290378 A JP2010290378 A JP 2010290378A JP 2012136397 A JP2012136397 A JP 2012136397A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silica glass
- crucible
- single crystal
- innermost layer
- silicon single
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 92
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 77
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 76
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 20
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 16
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 8
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000001175 rotational moulding Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002808 Si–O–Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- -1 silicon alkoxide Chemical class 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
- Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates
Landscapes
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
【解決手段】直胴部及び底部を有するシリカガラスルツボにおいて、塩素又はフッ素濃度が50〜10000ppm、厚さ0.05〜0.2mmの透明シリカガラスからなる最内層と、OH基濃度が30ppm未満、厚さ3〜5mmの前記最内層に接する領域を有する透明シリカガラスからなる内層と、不透明シリカガラスからなる外層とを備えた構成とする。
【選択図】なし
Description
上記方法において、シリコン融液を収容するためのルツボには、一般に、内層が透明シリカガラス、外層が多数の気泡を含む不透明シリカガラスからなるシリカガラスルツボが用いられている。
このブラウンモールドは、生成したクリストバライトの結晶核が加熱により徐々に成長して拡大したものであり、ルツボ内表面の荒れや剥離を引き起こす。その結果、シリコン融液中に剥離した結晶片等が混入してシリコン単結晶に転位が発生し、シリコン単結晶の歩留の低下を招くこととなる。
このようなエアポケットは、前記シリコン単結晶をスライスして作製されるシリコンウェーハのデバイス特性を低下させることとなる。特に、近年の半導体ウェーハの薄肉化や高集積化に伴って問題視されるようになり、ウェーハの歩留低下の原因の一つになっている。
このような最内層及び内層を備えたシリカガラスルツボによれば、ブラウンモールドの発生が抑制されるとともに、シリコン単結晶におけるエアポケットの発生も抑制することができる。
前記最内層は、ルツボ内のポリシリコンがすべて融解するまでの間、ルツボ内表面を被覆していればよく、このように最内層の溶解速度が大きいことにより、ブラウンモールドの発生を効果的に抑制することができ、内層によるエアポケットの抑制効果も好適に発揮し得る。
したがって、本発明に係るシリカガラスルツボは、シリコン単結晶引上げの歩留向上に寄与し得るものである。
本発明に係るシリカガラスルツボは、直胴部及び底部を有するCZ法によるシリコン単結晶引上げにおいて用いられるシリカガラスルツボであり、最内層及び内層が透明シリカガラス、外層が不透明シリカガラスである複層構造からなるものである。そして、前記最内層は、塩素又はフッ素濃度が50〜10000ppm、厚さ0.05〜0.2mmであり、前記内層は、OH基濃度が30ppm未満、厚さ3〜5mmの前記最内層に接する領域を有している。
その一方で、前記結晶核は、接触しているシリコン融液との反応によりエッチングされていくが、通常、そのエッチレートは、シリカガラスのエッチレートよりも小さい。このため、クリストバライトの結晶核のエッチングされなかったものが、ブラウンモールドとして生じ、その後、結晶片が剥離してシリコン融液中に混入し、シリコン単結晶中に取り込まれることとなる。
すなわち、本発明は、シリコン単結晶引上げ時にシリコン融液に露出しているルツボ内表面にクリストバライトの結晶核が形成される前に、クリストバライトの結晶核が形成してしまったルツボ最内表面を溶損させれば、ブラウンモールドの発生起点がなくなるという見解に基づいてなされたものである。
シリカガラス中に塩素又はフッ素を導入することにより、シリカガラスのネットワークにおけるSi−O−Si結合が切断されやすくなり、前記溶解速度を大きくすることができる。
塩素又はフッ素濃度が50ppm未満では、前記溶解速度の増大効果が不十分であり、ルツボ内表面におけるクリストバライトの結晶核形成を十分に阻害することが困難である。
一方、塩素又はフッ素濃度が10000ppmを超える場合は、シリコン単結晶引上げ過程において発生するハロゲン化物ガスの影響により炉内析出物が発生する。また、炉内の構成材料等、特に金属部品に、不具合を生じるおそれがある。
メルトライン形成期に速やかに最内層を溶解させるためには、塩素又はフッ素濃度は、500〜2000ppmであることがより好ましい。
前記厚さが0.05mm未満の場合、薄すぎて、ルツボ内に収容したポリシリコンが完全に融解する前に最内層が溶解し、最内層によるクリストバライトの結晶核形成の阻害効果が得られないこととなる。
一方、前記厚さが0.2mmを超える場合、ポリシリコンがすべて融解した後も、最内層が残存するため、その融解が継続することにより、シリコン単結晶の酸素濃度に影響を及ぼすおそれがある。また、最内層は粘性が低いため、ルツボ内表面にポリシリコンが当たって形成されたキャビティ(圧痕)内にArが入り込み、シリコン融液との接触初期に溶けきれずに残った最内層に残存し、このキャビティを起点としてルツボ内表面から気泡が生じ、シリコン単結晶におけるエアポケットの発生を招くおそれがある。
このため、前記最内層の厚さは、エアポケットの発生を抑制する観点から、シリコン融液との接触初期において溶けきれる程度であることが好ましく、0.2mm以下とする。
前記最内層の厚さは、0.05〜0.1mmであることがより好ましい。
このように、最内層の溶解速度が大きいことにより、シリコン単結晶引上げ時にシリコン融液に露出しているルツボ内表面へのクリストバライトの結晶核形成を阻害することによるブラウンモールドの発生の抑制効果とともに、エアポケット発生の抑制効果も奏することが可能となる。
前記最内層はシリコン融液との接触初期に溶損するため、内層のうち、最内層に接している領域、すなわち、最内層直下の領域は、シリコン単結晶引上げ中、シリコン融液と接触する。
上述したように、最内層は、シリコン融液への溶解速度が大きいため、シリコン融解温度付近での粘性が低く、ポリシリコンがすべて溶解する前に、ポリシリコンの荷重によって、ルツボ内表面、特にルツボ底部に、キャビティが形成されやすい。
このため、最内層の直下に高粘性の内層を設けることにより、ポリシリコンがすべて融解する前においても、粘性変形が抑制され、エアポケットの発生原因となる大きなキャビティの発生を抑止することができる。
前記OH基濃度が30ppmを超える場合、ポリシリコンによって形成されるルツボ内表面からのキャビティの容積が大きくなり、エアポケットを引き起こす気泡の発生を十分に抑制することが困難となる。
前記OH基濃度は、1ppm以下であることがより好ましい。
なお、前記最内層は、OH基濃度が高いほどシリコン融液との接触により溶解しやくなるため、内層のOH基濃度よりも高くしておくことが好ましい。
前記厚さが3mm未満である場合、ポリシリコンによって形成されるルツボ内表面からのキャビティの容積が大きくなり、エアポケットを引き起こす気泡の発生を十分に抑制することが困難となる。
一方、前記厚さが5mmを超えても、厚さに見合ったエアポケット抑制効果の向上は図られないため、前記領域の厚さは5mm以下で十分である。
一般に、外層の不透明シリカガラスは、純度は低いものの、耐熱性に優れた、水晶等の天然シリカ原料により形成され、また、最内層及び内層の透明シリカガラスは、シリコンアルコキシドの加水分解等により得られる高純度の合成シリカ原料により形成される。
また、塩素又はフッ素濃度が50〜10000ppmであるシリカガラス原料はVAD法や火炎溶融法において、塩素又はフッ素をドープすることにより得ることができる。
まず、回転するルツボ成形用型内に、外層を構成するための天然シリカ原料粉、その内側に内層を構成するための合成シリカ原料粉末、次に、OH基濃度が30ppm未満の合成シリカ原料粉、さらにその内側に、最内層を構成するための塩素又はフッ素濃度が50〜10000ppmである合成シリカ原料粉を、それぞれ所定厚さで装填し、成形する。
そして、この中にアーク電極を挿入し、減圧アーク溶融にてガラス化することにより、本発明に係るシリカガラスルツボが得られる。
なお、前記最内層は、外層形成後、火炎溶融法により直接堆積させて形成することもできる。
[実施例1]
回転モールド法により、外径610mm、高さ380mmであり、塩素濃度500ppm、厚さ0.1mmの透明シリカガラスからなる最内層と、前記最内層に接する領域がOH基濃度20ppm、厚さ3mmである透明シリカガラスからなる内層と、前記内層に接する不透明シリカガラスからなる外層とを備え、全体の厚さが15mmのシリカガラスルツボを作製した。
実施例1において、最内層を形成せず、それ以外については実施例1と同様にして、シリカガラスルツボを作製した。
実施例1において、最内層を形成せず、かつ、内表面から3mmの領域のOH基濃度を70ppmとし、それ以外については実施例1と同様にして、シリカガラスルツボを作製した。
実施例1において、最内層の塩素濃度及び厚さ、前記最内層に接する領域のOH基濃度及び厚さを表1に示す数値となるように設定し、それ以外については実施例1と同様にして、シリカガラスルツボを作製した。
実施例1において、最内層に添加した塩素をフッ素に代え、それ以外については実施例1と同様にして、シリカガラスルツボを作製した。
実施例5において、最内層のフッ素濃度及び厚さ、前記最内層に接する領域のOH基濃度及び厚さを表2に示す数値となるように設定し、それ以外については実施例5と同様にして、シリカガラスルツボを作製した。
そして、シリコン単結晶引上げ後のルツボ内表面を観察し、最内層の残存の有無を確認し、実体顕微鏡によりブラウンモールドの発生個数を測定した。
また、シリコン単結晶引上げにおける無転位化率(DF率)を求めた。無転位化率は、引上げた本数に対して転位が発生しなかったシリコン単結晶の本数の割合である。
また、引上げたシリコン単結晶をスライスしたウェーハについて、エアポケット発生率を測定した。エアポケット発生率は、引上げたシリコン単結晶の直胴部から得られたウェーハに生じたエアポケットの総数を前記ウェーハ枚数で割った値とした。なお、エアポケットの個数は、ウェーハポリッシュ後のウェーハ表面のエアポケット数をパーティクル測定器により測定した。
これらの評価及び測定結果を表1,2にまとめて示す。表1には最内層に塩素添加した場合、表2には最内層にフッ素添加した場合の各実施例及び比較例を示した。
なお、比較例7,12においては、炉内に析出物が見られた。これは、最内層の塩素又はフッ素濃度が高すぎて、ハロゲン化物ガスが発生したことが影響したものと考えられる。
Claims (2)
- 直胴部及び底部を有するシリカガラスルツボであって、
塩素又はフッ素濃度が50〜10000ppm、厚さ0.05〜0.2mmの透明シリカガラスからなる最内層と、
OH基濃度が30ppm未満、厚さ3〜5mmの前記最内層に接する領域を有する透明シリカガラスからなる内層と、
不透明シリカガラスからなる外層と
を備えていることを特徴とするシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ。 - 前記最内層は、前記ルツボ最内層表面にシリコン融液が接触した状態において、2時間以内で溶解可能であることを特徴とする請求項1記載のシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010290378A JP5473002B2 (ja) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010290378A JP5473002B2 (ja) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012136397A true JP2012136397A (ja) | 2012-07-19 |
JP5473002B2 JP5473002B2 (ja) | 2014-04-16 |
Family
ID=46674158
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010290378A Active JP5473002B2 (ja) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5473002B2 (ja) |
-
2010
- 2010-12-27 JP JP2010290378A patent/JP5473002B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5473002B2 (ja) | 2014-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4948504B2 (ja) | シリコン単結晶引上げ方法 | |
JP4233059B2 (ja) | シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ及びその製造方法 | |
EP1655270B1 (en) | Quartz glass crucible for pulling up silicon single crystal | |
JP4678667B2 (ja) | シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ及びその製造方法 | |
JP4803784B2 (ja) | シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法 | |
JP5557333B2 (ja) | シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ | |
JP4726138B2 (ja) | 石英ガラスルツボ | |
JP2010280567A (ja) | シリカガラスルツボの製造方法 | |
JP4931106B2 (ja) | シリカガラスルツボ | |
CN108977879B (zh) | 一种单晶用高纯石英坩埚及其制备方法 | |
JP5543326B2 (ja) | シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ | |
JP5473002B2 (ja) | シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ | |
US8524319B2 (en) | Methods for producing crucibles with a reduced amount of bubbles | |
TWI659933B (zh) | 單晶矽提拉用石英玻璃坩堝及其製造方法 | |
JP5557334B2 (ja) | シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ | |
JP2005306708A (ja) | 石英ルツボ | |
WO2021131321A1 (ja) | 石英ガラスルツボ及びその製造方法 | |
JP5611904B2 (ja) | シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ及びその製造方法 | |
WO2023204146A1 (ja) | 単結晶シリコンインゴット引き上げ用石英ガラスるつぼ | |
US20130125719A1 (en) | Processes for producing silicon ingots | |
US20130129973A1 (en) | Crucibles with a reduced amount of bubbles and ingots and wafers produced by use of such crucibles | |
US8857214B2 (en) | Methods for producing crucibles with a reduced amount of bubbles | |
JP6208080B2 (ja) | 石英ガラスルツボ | |
JP5488519B2 (ja) | 石英ガラスルツボ及びその製造方法、並びにシリコン単結晶の製造方法 | |
JP2020105062A (ja) | 石英ガラスるつぼの製造方法および光学ガラス溶融用石英ガラスるつぼ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130802 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140129 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140131 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140130 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5473002 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |