JPH0545066A - Lifting quartz crucible for silicon single crystal and fabrication thereof - Google Patents
Lifting quartz crucible for silicon single crystal and fabrication thereofInfo
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- JPH0545066A JPH0545066A JP20089191A JP20089191A JPH0545066A JP H0545066 A JPH0545066 A JP H0545066A JP 20089191 A JP20089191 A JP 20089191A JP 20089191 A JP20089191 A JP 20089191A JP H0545066 A JPH0545066 A JP H0545066A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は溶融シリコンからシリコ
ン単結晶を引き上げて製造する際に、長期間使用しても
劣化せず、長持間にわたって単結晶を引き上げることが
できる石英るつぼおよびその製造方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quartz crucible capable of pulling a single crystal from molten silicon without deterioration even after long-term use, and a method for producing the same. It is about.
【０００２】[0002]
【従来の技術】シリコン単結晶は、石英るつぼ内に溶融
したシリコンに種結晶をつけ、それを上方に引き上げる
ことにより製造されるのが一般的である（チョクラルス
キー法）。生産性、歩留りを向上させる目的で、１つの
るつぼから複数本のシリコン単結晶を引上げる技術が必
要とされてきている。ところでこのようなシリコン単結
晶の製造に用いられる石英るつぼの寿命（引上げられる
シリコン単結晶が多結晶化するまでの時間）は、石英る
つぼが高純度なほど長いことが明らかになってきてい
る。しかし、純度の高いるつぼは精製に複雑な工程を要
することから、コストが非常に高いという問題点があっ
た。2. Description of the Related Art A silicon single crystal is generally manufactured by attaching a seed crystal to molten silicon in a quartz crucible and pulling it upward (Czochralski method). A technique for pulling a plurality of silicon single crystals from one crucible has been required for the purpose of improving productivity and yield. By the way, it has been revealed that the higher the purity of a quartz crucible, the longer the life (time until the pulled silicon single crystal is polycrystallized) of the quartz crucible used for manufacturing such a silicon single crystal. However, since a high-purity crucible requires a complicated process for purification, there is a problem that the cost is very high.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明は大幅なコスト
アップすることなく、かつ、引上げられるシリコン単結
晶における結晶欠陥の発生を抑えた長寿命るつぼおよび
その製造方法を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a long-life crucible and a method of manufacturing the crucible, in which the crystal defects in the pulled silicon single crystal are suppressed without increasing the cost significantly. ..
【０００４】[0004]
【課題を解決しようとするための手段】本発明者は、シ
リコン単結晶引上げに使用される石英るつぼの材質に関
する研究から、石英るつぼの純度が高い程その寿命が長
いことを見いだしているが、不純物のなかで特にアルミ
ニウム（アルミニウムは石英るつぼ中ではアルミナとな
っていると推定されるので、本明細書においてこれ以降
はアルミナとする。）の影響が大きい。すなわち、アル
ミナの量が少ない程るつぼの寿命は長くなる。詳細にメ
カニズムを検討すると、石英るつぼ中のアルミナが結晶
質石英であるクリストバライトの核生成サイトとして働
いていることがわかった。すなわち、アルミナ含有量の
低い石英ガラスは核生成サイトが少ないために、クリス
トバライト生成量が少なく、従ってるつぼ寿命が長い。
一方、アルミナ含有量の高い天然石英は核生成サイトが
多いために、クリストバライト生成量が多く、従ってる
つぼ寿命が短い。ガラス質のるつぼに線膨脹係数が異な
る結晶質のクリストバライトが生成するため、わずかな
温度変動によってクリストバライトがシリコン融液中に
脱離する。この融液中に脱離したクリストバライト片が
結晶界面に到達することにより、単結晶が多結晶化し、
製品の収率が低下する。The inventors of the present invention have found from the research on the material of the quartz crucible used for pulling a silicon single crystal that the higher the purity of the quartz crucible, the longer the life thereof. Among the impurities, aluminum (aluminum is presumed to be alumina in a quartz crucible, and henceforth in this specification, it will be referred to as alumina) has a great influence. That is, the smaller the amount of alumina, the longer the life of the crucible. A detailed study of the mechanism revealed that alumina in the quartz crucible acts as a nucleation site for crystalline quartz, cristobalite. That is, since silica glass having a low alumina content has few nucleation sites, it produces a small amount of cristobalite and thus has a long crucible life.
On the other hand, natural quartz, which has a high alumina content, has many nucleation sites, so that it produces a large amount of cristobalite and thus has a short crucible life. Since crystalline cristobalite having different linear expansion coefficients is generated in the glassy crucible, the cristobalite is desorbed in the silicon melt by a slight temperature fluctuation. When the cristobalite pieces desorbed in this melt reach the crystal interface, the single crystal becomes polycrystal,
Product yield is reduced.
【０００５】本発明は、前述した石英るつぼの寿命の決
定メカニズムに鑑みてなされたものである。すなわち、
石英るつぼの原料中に含まれるアルミナの量を一定レベ
ル以下のものとするのに加えて、原料中に含まれるアル
ミナのクリストバライト核生成能力を弱めることによ
り、クリストバライトの生成を少なくし、ひいては石英
るつぼの寿命を長くすることにある。The present invention has been made in view of the above-described mechanism for determining the life of the quartz crucible. That is,
In addition to keeping the amount of alumina contained in the raw material of the quartz crucible below a certain level, by weakening the cristobalite nucleation ability of the alumina contained in the raw material, the production of cristobalite is reduced, and by extension the quartz crucible. To prolong the life of.
【０００６】上記目的を達成する本発明の石英るつぼ
は、その組成が重量比で、アルミナは１０ｐｐｍ以下、
ＣａＯはアルミナの含有量の１倍以上５倍以下、残部が
石英および不可避的に含まれる不純物からなることを特
徴とするものである。The quartz crucible of the present invention which achieves the above object has a composition of weight ratio of alumina of 10 ppm or less,
CaO is characterized in that it is 1 to 5 times the content of alumina and the balance consists of quartz and impurities inevitably contained.
【０００７】また上記諸目的を達成する本発明の石英る
つぼの製造方法は、石英るつぼの製造に際して、原料の
石英粉中に含まれるアルミナ濃度を分析し、該アルミナ
含有量の１倍以上５倍以下のＣａＯを前記原料に添加す
ることを特徴とするものである。Further, the method for producing a quartz crucible of the present invention which achieves the above-mentioned objects, in the production of a quartz crucible, analyzes the concentration of alumina contained in the quartz powder as a raw material, and the alumina content is 1 to 5 times the alumina content. The following CaO is added to the raw material.
【０００８】アルミナのクリストバライトに対する核生
成作用を弱めるには次に述べるように、アルミナの融点
を下げることが有用である。すなわち、適量のＣａＯを
添加することにより、石英ガラス中に分散したアルミナ
と反応して複合酸化物であるカルシウムアルミネートを
生成し、局所的にその融点を下げ、アルミナの核生成物
質としての作用を無力化する。本発明において、アルミ
ナ含有量の１倍以上５倍以下のＣａＯを添加する理由
は、次の通りである。全てのアルミナの核生成能力を無
力化するためにはＣａＯは少なくともアルミナの含有量
と等量を添加しなければならない。一方、アルミナは分
散して存在しているため、確実にアルミナのクリストバ
ライトの核生成能力を無害化するために最高値として５
倍を添加する。５倍を越えて添加した場合には、石英ガ
ラスがシリコンに溶融する時にＣａがシリコン融液中に
入り、それが単結晶シリコンに取り込まれ、悪影響を与
えることがありえるからである。ＣａＯの添加量として
より好ましくは、アルミナ含有量の１倍以上３倍以下で
ある。In order to weaken the nucleation effect of alumina on cristobalite, it is useful to lower the melting point of alumina as described below. That is, by adding an appropriate amount of CaO, it reacts with alumina dispersed in quartz glass to form calcium aluminate, which is a complex oxide, and locally lowers its melting point, thereby acting as a nucleating substance of alumina. Incapacitate. In the present invention, the reason for adding CaO in an amount of 1 to 5 times the alumina content is as follows. In order to neutralize the nucleation ability of all alumina, CaO should be added at least in the same amount as the content of alumina. On the other hand, since the alumina is present in a dispersed state, the maximum value is 5 in order to make the nucleation ability of cristobalite of alumina to be harmless.
Add double. If added in excess of 5 times, Ca may enter the silicon melt when the quartz glass melts into silicon and be incorporated into the single crystal silicon, which may have an adverse effect. More preferably, the amount of CaO added is 1 to 3 times the alumina content.
【０００９】また本発明の石英るつぼにおいて、その組
成中におけるアルミナの量が重量比で１０ｐｐｍ以下と
するのは、アルミナの量が１０ｐｐｍを越えるものであ
ると、このアルミナの核生成能力を無力化するために添
加されるＣａＯの量が過剰なものとなり、単結晶シリコ
ンに悪影響を与えることがありえるからである。なお、
アルミナの量が５ｐｐｍ程度までの石英ガラスは、特に
複雑な精製工程を必要とすることなく比較的容易に得ら
れるものである。Further, in the quartz crucible of the present invention, the amount of alumina in the composition is 10 ppm or less in weight ratio. When the amount of alumina exceeds 10 ppm, the nucleation ability of this alumina is disabled. This is because the amount of CaO added for this purpose becomes excessive and may adversely affect the single crystal silicon. In addition,
Quartz glass having an alumina content of up to about 5 ppm is relatively easy to obtain without requiring a particularly complicated refining process.
【００１０】本発明の石英るつぼの製造方法を詳述する
と、以下のようである。まず原料となる石英粉のアルミ
ナの濃度を原子吸光法などにより定量分析する。この濃
度の１倍以上５倍以下のＣａＯを石英粉に添加し、十分
均一になるように混合、攪拌する。これを原料粉として
通常の回転モールディング法により鋳型中に入れ、鋳型
を回転させながら中央に配置した黒鉛製などの電極から
アークを発生させて溶融させる。ここで、ＣａＯを添加
した石英ガラスの領域は図１に示すように石英るつぼ１
の全厚みとしてもよいし、図２に示すようにるつぼ１の
内面側の適度の厚みの部分１ａとしてもよい。また石英
るつぼはシリコン融液に溶解するが、使用時間に応じて
ＣａＯを添加した石英ガラスの領域を変更することも可
能である。The method of manufacturing the quartz crucible of the present invention will be described in detail below. First, the concentration of alumina in the raw material quartz powder is quantitatively analyzed by an atomic absorption method or the like. CaO of 1 to 5 times this concentration is added to the quartz powder, and they are mixed and stirred to be sufficiently uniform. This is used as a raw material powder and put into a mold by an ordinary rotary molding method, and an arc is generated from an electrode made of graphite or the like arranged in the center while rotating the mold to melt the powder. Here, as shown in FIG. 1, the area of the silica glass added with CaO is a quartz crucible 1.
Of the crucible 1 as shown in FIG. 2, or may be a portion 1a having an appropriate thickness on the inner surface side of the crucible 1. Further, although the quartz crucible dissolves in the silicon melt, it is possible to change the area of the quartz glass to which CaO is added depending on the time of use.
【００１１】[0011]
【実施例、比較例】石英粉の分析を行ないアルミナの含
有量を求め、これに基づいて種々の割合でＣａＯを添加
した原料粉を調製した。この原料粉を用いて、回転モー
ルディング法により直径１６インチの石英るつぼを作製
した。るつぼの作製条件はすべて同一とし、原料のみを
表に掲げるように変更した。作製されたるつぼに、４０
ｋｇのシリコン多結晶原料を装填し２０ｋｇの単結晶イ
ンゴットを引き上げ、その後シリコン多結晶原料を再装
填して単結晶インゴット引き上げるという操作を繰返し
て、複数本の単結晶インゴットを引き上げる実験を行な
った。るつぼの寿命は引き上げられる結晶が多結晶化す
るまでの時間で評価し、引き上げた結晶の品質は、最終
インゴットのボトム部から製造されたウェハの少数キャ
リアー再結合ライフタイムにより評価した。その結果を
表１にまとめる。Examples, Comparative Examples Quartz powder was analyzed to determine the content of alumina, and based on this, raw material powders containing CaO added at various ratios were prepared. Using this raw material powder, a quartz crucible having a diameter of 16 inches was produced by a rotary molding method. All crucible production conditions were the same, and only the raw materials were changed to be listed in the table. 40 in the prepared crucible
An operation of pulling a plurality of single crystal ingots was repeated by repeating an operation of loading 20 kg of a single crystal ingot by loading a silicon polycrystal raw material of 20 kg and then reloading the silicon polycrystal raw material and pulling up of a single crystal ingot. The crucible life was evaluated by the time until the crystal pulled was polycrystallized, and the quality of the pulled crystal was evaluated by the minority carrier recombination lifetime of the wafer manufactured from the bottom of the final ingot. The results are summarized in Table 1.
【００１２】[0012]
【表１】 [Table 1]
【００１３】石英るつぼの組成が重量比でアルミナは１
０ｐｐｍ以下、ＣａＯはアルミナ含有量の１倍以上５倍
以下とした本発明に係わる実施例１〜３のるつぼで、シ
リコン単結晶を引き上げたものは、るつぼの寿命が長
く、かつ製造されたシリコンウェハの品質（ウェハのラ
イフタイム）も良好であった。一方比較例１はＣａＯ／
アルミナが１未満であり、ＣａＯが不足しているために
るつぼの平均寿命が短い。但し、シリコンウェハのライ
フタイムに関しては良好な値を示す。比較例２はＣａＯ
／アルミナが５を越えるために、るつぼの平均寿命は長
いが、シリコンウェハのライフタイムが短い。比較例３
はアルミナの含有量が１０ｐｐｍ以上であるために、る
つぼの平均寿命が短く、かつシリコンウェハのライフタ
イムも短い。The composition of the quartz crucible is in a weight ratio of 1 for alumina.
0 ppm or less, CaO is 1 to 5 times the alumina content, and the crucibles of Examples 1 to 3 according to the present invention, in which the silicon single crystal is pulled up, the crucible has a long life, and the manufactured silicon. The quality of the wafer (wafer lifetime) was also good. On the other hand, Comparative Example 1 is CaO /
The average life of the crucible is short because the amount of alumina is less than 1 and CaO is insufficient. However, the lifetime of the silicon wafer shows a good value. Comparative Example 2 is CaO
Since / alumina exceeds 5, the average life of the crucible is long, but the lifetime of the silicon wafer is short. Comparative Example 3
Since the alumina content is 10 ppm or more, the average life of the crucible is short and the lifetime of the silicon wafer is short.
【００１４】[0014]
【発明の効果】以上、述べたように本発明によれば、大
幅なコストアップをすることなく、長寿命の石英るつぼ
を製造できる。しかも該るつぼを用いて製造したシリコ
ン単結晶より得られるウェハにおける結晶欠陥の発生が
抑制される。As described above, according to the present invention, a long-life quartz crucible can be manufactured without significantly increasing the cost. Moreover, generation of crystal defects in a wafer obtained from a silicon single crystal manufactured using the crucible is suppressed.
【図１】は本発明の石英るつぼの一実施例の形状を示す
断面図であり、FIG. 1 is a sectional view showing a shape of an embodiment of a quartz crucible of the present invention,
【図２】は本発明の石英るつぼの別の実施例の形状を示
す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing the shape of another embodiment of the quartz crucible of the present invention.
１…るつぼ、 １ａ…ＣａＯを添加した石英ガラスの領域、 １ｂ…ＣａＯを特に添加していない石英ガラスを用いた
領域。1 ... crucible, 1a ... a region of silica glass to which CaO is added, 1b ... a region of silica glass to which CaO is not added.
Claims (2)
は１０ｐｐｍ以下、ＣａＯはアルミナの含有量の１倍以
上５倍以下、残部が石英および不可避的に含まれる不純
物からなることを特徴とするシリコン単結晶の引上げ用
石英るつぼ。1. The composition of the quartz crucible is such that by weight ratio, alumina is 10 ppm or less, CaO is 1 to 5 times the alumina content, and the balance is quartz and inevitably contained impurities. A quartz crucible for pulling silicon single crystals.
粉中に含まれるアルミナ濃度を分析し、該アルミナ含有
量の１倍以上５倍以下のＣａＯを前記原料に添加するこ
とを特徴とするシリコン単結晶引上げ用石英るつぼの製
造方法。2. When manufacturing a quartz crucible, the concentration of alumina contained in the raw material quartz powder is analyzed, and CaO of 1 to 5 times the alumina content is added to the raw material. A method for producing a quartz crucible for pulling a single crystal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20089191A JPH0545066A (en) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | Lifting quartz crucible for silicon single crystal and fabrication thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20089191A JPH0545066A (en) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | Lifting quartz crucible for silicon single crystal and fabrication thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545066A true JPH0545066A (en) | 1993-02-23 |
Family
ID=16431974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20089191A Withdrawn JPH0545066A (en) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | Lifting quartz crucible for silicon single crystal and fabrication thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0545066A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010132534A (en) * | 2008-10-31 | 2010-06-17 | Japan Siper Quarts Corp | Silica glass crucible for pulling silicon single crystal, method for manufacturing the same, and method for producing silicon single crystal |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP20089191A patent/JPH0545066A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010132534A (en) * | 2008-10-31 | 2010-06-17 | Japan Siper Quarts Corp | Silica glass crucible for pulling silicon single crystal, method for manufacturing the same, and method for producing silicon single crystal |
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