(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン単結晶中にＳｉＯガスの気泡が取り込まれることによるピンホールの発生を防止することが可能な石英ガラスルツボを提供する。【解決手段】石英ガラスルツボ１０は、多数の気泡を含む不透明石英ガラス層からなる外層１１と、実質的に気泡を含まない透明石英ガラス層からなる内層１２とを備えている。ルツボの内表面のうち底部の中心から一定範囲内には高濡れ性領域１２ｂが設けられており、高濡れ性領域１２ｂは、内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれる金属不純物の各元素の濃度がいずれも５ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下であり、ＯＨ基の濃度が３０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下であり、表面の算術平均粗さが０．１μｍ以上１０μｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直胴部及び底部を有するシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボであって、
多数の気泡を含む不透明石英ガラス層からなる外層と、
実質的に気泡を含まない透明石英ガラス層からなる外層とを備え、
前記ルツボの内表面のうち前記底部の中心から一定範囲内には高濡れ性領域が設けられており、
前記高濡れ性領域は、前記内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれる金属不純物の各元素の濃度がいずれも５ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下であることを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
【請求項２】
前記高濡れ性領域は、前記内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれるＯＨ基の濃度が３０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
【請求項３】
前記高濡れ性領域は、前記内表面の算術平均粗さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
【請求項４】
前記高濡れ性領域は、
前記内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれる前記金属不純物の各元素の濃度がいずれも１０ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、
前記内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれる前記ＯＨ基の濃度が２００ｐｐｍ以上４００ｐｐｍ以下であり、
表面の算術平均粗さが１μｍ以上２μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
【請求項５】
前記ルツボの内表面のうち前記高濡れ性領域を除いた領域は、
前記内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれる金属不純物の各元素の濃度がいずれも５ｐｐｍ未満であり、
前記内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれるＯＨ基の濃度が３０ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
【請求項６】
前記高濡れ性領域は、前記シリコン単結晶の投影面を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
【請求項７】
前記高濡れ性領域は、前記ルツボ底部の中心からルツボ口径の５０％以内の領域を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ。
【請求項８】
底部の中心から一定範囲内且つ内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれる金属不純物の各元素の濃度がいずれも５ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下であり、且つ、ＯＨ基の濃度が３０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下である石英ガラスルツボを成形する工程と、
底部中心から一定範囲内の内表面にサンドブラスト処理を施すことにより表面の算術平均粗さを０．１μｍ以上１０μｍ以下に調整する工程とを備えることを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボ及びその製造方法に関し、特に、石英ガラスルツボの層構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の製造には石英ルツボが使用される。チョクラルスキー法（ＣＺ法）では、ポリシリコンを石英ルツボに入れて加熱溶融し、このシリコン融液に種結晶を浸漬し、ルツボを回転させながら種結晶を徐々に引き上げて単結晶を成長させる。半導体デバイス用の高純度なシリコン単結晶を製造するためには、石英ルツボに含まれる不純物の溶出によってシリコン単結晶が汚染されないことが求められ、また石英ルツボには十分な耐熱強度も必要である。
【０００３】
石英ガラスルツボの原料には天然石英と合成石英があり、一般に天然石英は合成石英よりも純度は低いが耐熱強度に優れており、合成石英は天然石英よりも耐熱強度は劣るが純度が高い。そこで、ルツボの外層を天然石英で形成して高温下でのルツボの強度を高める一方、シリコン融液に接触するルツボの内層を合成石英で形成して不純物の混入を防止するようにした二層構造の石英ガラスルツボが一般に使用されている（特許文献１参照）。また、内層を実質的に無気泡にしたルツボ（特許文献２参照）や、ルツボ溶融中にいわゆる電解精製を行うことによってルツボ内周側の溶融石英ガラスに含まれる不純物金属を外周側に移動させて内周側の純度を高める方法も知られている（特許文献３参照）。
【０００４】
ところで、近年のシリコンインゴッドの大型化により、ルツボ内に装填されるシリコンの重量が大きくなっているため、シリコン融液中に含まれる気泡がシリコン融液中から抜けにくくなっており、育成中のシリコン単結晶にこの気泡が取り込まれ、結晶内に空洞欠陥（ボイド又はエアポケットとも呼ばれる）が形成される問題が目立つようになってきた。空洞欠陥の原因としては、石英ガラスルツボの内表面に付着したアルゴン（Ａｒ）ガスや、石英ガラスルツボとシリコン融液との反応によって生じる一酸化ケイ素（ＳｉＯ）ガスと考えられている。気泡に起因する空洞欠陥は概ね球状であり、その大きさ（直径）は３００〜５００μｍが大部分を占めるが、１５０μｍ以下の小さな空洞欠陥や１ｍｍ以上の非常に大きな空洞欠陥が形成されることもある。このように、気泡に起因する空洞欠陥は、ＣＯＰ（Crystal Originated Particle）のようなGrown-in欠陥とは明らかに異なる特徴を有している。現在、このような空洞欠陥の有無を非破壊検査することはできず、インゴッドからウェハーを切り出して初めて検出可能であり、空洞欠陥はウェハーの表面又は内部に貫通又は非貫通の穴（ピンホール）として表れる。
【０００５】
近年、ウェハー中のピンホールが最新の高集積な半導体デバイスに対して与える影響は極めて大きい。ピンホールの影響は、その大きさ、個数、発生位置、半導体デバイスの種類によっても異なるが、ピンホールはＣＯＰと比較して非常に大きいサイズであるため、ピンホールが存在する空間にはデバイスを全く形成できない。特に、ウェハー中のピンホールの個数が多い場合には歩留まりが著しく低下するため、ウェハー自体を廃棄せざるを得ない。したがって、ウェハー中にピンホールが含まれる確率を限りなくゼロに近づける必要がある。
【０００６】
この問題を解決するため、例えば特許文献４及び５では、ポリシリコンの融解時の炉内圧を調整する方法が提案されている。また特許文献６では、ルツボに振動を与えてルツボ内表面に付着した気泡を減少させてからシリコン単結晶の育成を開始する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２６１２９３号公報
【特許文献２】特開平２−５５２８５号公報
【特許文献３】特開２００４−３０７２２２号公報
【特許文献４】特開平５−９０９７号公報
【特許文献５】特開２０００−１６９２８７号公報
【特許文献６】特開２００７−２１０８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、気泡に起因する空洞欠陥のない高品質なシリコン単結晶を製造するためには、上記のようなルツボ内での気泡の発生を防止するための環境や気泡を除去するための工程だけでは十分でなく、ルツボそのものが気泡を発生しにくい性質を有することが求められている。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するものであり、シリコン単結晶中に気泡が取り込まれることによる空洞欠陥の発生を防止することが可能なシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、気泡に起因する空洞欠陥のない高品質なシリコン単結晶を製造することが可能な石英ガラスルツボの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ルツボ内での気泡の発生を抑制するためには、ルツボ内表面に対するシリコン融液の濡れ性を高めてルツボ内表面に付着したＡｒガスの気泡を離脱させることが有効であることを見出した。
【００１２】
本発明はこのような技術的見知に基づいてなされたものであって、本発明によるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボは、直胴部及び底部を有するシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボであって、多数の気泡を含む不透明石英ガラス層からなる外層と、実質的に気泡を含まない透明石英ガラス層からなる外層とを備え、前記ルツボの内表面のうち前記底部の中心から一定範囲内には高濡れ性領域が設けられており、前記高濡れ性領域は、内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれる金属不純物の各元素の濃度がいずれも５ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下であることを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、ルツボ底部の内表面に高濡れ性領域を設けているので、ルツボ内表面に対するシリコン融液の濡れ性が高めることができ、シリコン融液の濡れ性が高ければＡｒガスがルツボ内表面に付着しにくい状態になることから、Ａｒガスを原因とする気泡の発生を防止することができ、シリコン単結晶中の空洞欠陥の発生を防止することができる。なお、金属不純物には、Ａｌ，Ｃａ，Ｆｅ，Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ及びＴｉから選ばれた一種又は二種以上の金属が含まれる。
【００１４】
本発明において、高濡れ性領域は、内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれる金属不純物の各元素の濃度がいずれも１０ｐｐｍ以上２０ｐｐｍ以下であり、内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれるＯＨ基の濃度が２００ｐｐｍ以上４００ｐｐｍ以下であり、内表面の算術平均粗さが１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。これらの条件を満たす場合には、ルツボ内表面に対するシリコン融液の濡れ性をさらに高めることができ、シリコン単結晶中の空洞欠陥の発生を確実に防止することができる。
【００１５】
本発明において、ルツボの内表面のうち高濡れ性領域を除いた領域は、内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれる金属不純物の各元素の濃度がいずれも５ｐｐｍ未満であり、内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれるＯＨ基の濃度が３０ｐｐｍ未満であることが好ましい。高濡れ性領域以外の領域においても金属不純物の各元素の濃度が高い場合には、シリコン融液中に溶出する不純物の増加により、単結晶化率が急激に低下するからである。また、ＯＨ基の濃度が高い場合には、ルツボ全体の粘度が低くなりすぎてしまい、ルツボの強度不足となるからである。
【００１６】
本発明において、高濡れ性領域は、前記シリコン単結晶の投影面を含むことが好ましい。シリコン単結晶の投影面に対応する領域内でＡｒガスの気泡が発生すると、極めて高い確率でシリコン単結晶に取り込まれてしまうが、シリコン単結晶の投影面を含む領域内においてシリコン融液の濡れ性が高ければ、気泡の発生を確実に防止することができるからである。特に、前記高濡れ性領域は、前記ルツボ底部の中心からルツボ口径の５０％以内の領域を含むことが好ましい。濡れ性の高い領域がルツボ口径に対して上記条件を満たしていれば、単結晶化率を低下させることなく、気泡の発生を確実に防止することができる。
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明によるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの製造方法は、底部の中心から一定範囲内且つ内表面から深さ１ｍｍまでの領域に含まれる金属不純物の各元素の濃度がいずれも５ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下であり、且つ、ＯＨ基の濃度が３０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下である石英ガラスルツボを成形する工程と、底部中心から一定範囲内の内表面にサンドブラスト処理を施すことにより表面の算術平均粗さを０．１μｍ以上１０μｍ以下に調整する工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、ルツボ底部の内表面においてシリコン融液の濡れ性が高い石英ガラスルツボを容易に製造することができる。したがって、気泡に起因する空洞欠陥のない高品質なシリコン単結晶を製造することが可能な石英ガラスルツボを提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明によれば、シリコン単結晶中にＡｒガスを原因とする気泡が取り込まれることによる空洞欠陥の発生を防止することができ、高品質なシリコン単結晶を製造することが可能な石英ガラスルツボを提供することができる。
【００２０】
また、本発明によれば、気泡に起因する空洞欠陥のない高品質なシリコン単結晶を製造することが可能な石英ガラスルツボの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの構造を示す略断面図である。
【図２】石英ガラスルツボとシリコン単結晶との位置関係を示す略断面図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態によるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の好ましい実施の形態によるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボの構造を示す略断面図である。
【００２４】
図１に示すように、石英ガラスルツボ１０は二層構造であって、外層を構成する不透明石英ガラス層１１と、内層を構成する透明石英ガラス層１２を有している。
【００２５】
不透明石英ガラス層１１は、多数の微小な気泡を含む非晶質シリカガラス層であり、ルツボの直胴部１０Ａから底部１０Ｂにわたる全体に設けられている。不透明石英ガラス層１１は、透明石英ガラス層１２に比べて耐熱強度が高いことから、ルツボ全体の耐熱強度を高めることができる。不透明石英ガラス層１１の原料としては天然石英を用いることが好ましい。不透明石英ガラス層１１の気泡含有率は０．７〜２％であることが好ましく、気泡の平均直径は１００μｍ程度であることが好ましい。ここで、気泡含有率は、単位面積（Ｗ１）に対する気泡占有面積（Ｗ２）の比（Ｗ２／Ｗ１）として定義される。
【００２６】
透明石英ガラス層１２は、実質的に気泡を含まない非晶質シリカガラス層であり、ルツボの直胴部１０Ａから底部１０Ｂにわたる全体に設けられている。透明石英ガラス層１２によれば、剥離する石英片の増加を防止することができ、シリコン単結晶化率を高めることができる。透明石英ガラス層１２の原料としては合成石英を用いることが好ましい。ルツボの内層に合成石英を用いた場合には、シリコン融液中への不純物の溶出を防止することができる。ここで、「実質的に気泡を含まない」とは、気泡含有率が０．１％以下であり、気泡の平均直径が１００μｍ以下であることをいう。
【００２７】
ルツボの肉厚は８〜３０ｍｍ程度であることが好ましく、そのうち透明石英ガラス層１２の厚さは、１．０ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。透明石英ガラス層１２が１．０ｍｍよりも薄い場合には、結晶引き上げ中に透明石英ガラス層１２が溶融しきって不透明石英ガラス層１１が露出するおそれがあり、１．５ｍｍよりも厚い場合には、ルツボ内表面の凹みや傷を防止する効果が得られないからである。なお、透明石英ガラス層１２の厚さは均一であってもよく、底部１０Ｂの中心から外側に向かうにつれて徐々に厚くなるように形成されてもよい。また、湾曲部１０Ｃにおいて透明石英ガラス層１２が最も厚くなるように形成されていてもよい。
【００２８】
ルツボの直胴部１０Ａは、ルツボの中心軸（Ｚ軸）と平行な円筒状の部分であって、ルツボの開口から略真下に延びている。但し、直胴部１０ＡはＺ軸に対して完全に平行である必要はなく、開口に向かって徐々に広がるように傾斜していてもよい。また、直胴部１０Ａは直線的であってもよく、緩やかに湾曲していてもよい。
【００２９】
ルツボの底部１０Ｂは、ルツボのＺ軸との交点を含む略円盤状の部分であり、底部１０Ｂと直胴部１０Ａとの間には湾曲部１０Ｃが形成されている。ルツボ底部１０Ｂの形状はいわゆる丸底であってもよく、平底であってもよい。また、湾曲部１０Ｃの曲率や角度も任意に設定することができる。ルツボ底部１０Ｂが丸底の場合には、底部１０Ｂも適度な曲率を有するため、底部１０Ｂと湾曲部１０Ｃとの曲率差は平底に比べて非常に小さい。ルツボ底部１０Ｂが平底の場合には、底部１０Ｂが平坦或いは極めて緩やかな湾曲面をなし、湾曲部１０Ｃの曲率は非常に大きい。なお、底部１０Ｂは、Ｚ軸と直交するＸＹ平面に対するルツボ壁面の接線傾斜角が３０度以下となる領域として定義される。
【００３０】
ルツボ底部１０Ｂの内表面（透明石英ガラス層１２の内表面）には高濡れ性領域１２ｂが形成されている。この高濡れ性領域１２ｂは、ルツボ内表面へのＡｒガスの付着を防止する役割を果たすものである。ここで、「濡れ」とは、液体が固体表面から気体を押し退ける現象をといい、濡れ性とは、液体が固体面に付着する度合いを示すものである。固気界面張力をσs、固液界面張力をσiとすると、これらの差σs-σiが濡れの自由エネルギー減少であり、濡れの親和力である。濡れ性は接触角θの大きさにより判定され、θが小さい場合には液体は固体面を濡らしやすく、大きな場合には濡らしにくい。
【００３１】
シリコン単結晶の引き上げでは、所定重量のポリシリコン砕片が充填された石英ガラスルツボを炉内のカーボンサセプタに設置し、炉内を減圧下のＡｒガス雰囲気とした後、ヒータを加熱してポリシリコンを融解する。このとき大型のルツボではＡｒガスがルツボ内に捕獲されやすく、ルツボの内表面に付着する。シリコン単結晶の引き上げに際してはシリコン融液中のガスを十分に放出させる必要があり、そのため、ポリシリコン融解後、シリコン融液を一定時間放置してガスを放出させるが、Ａｒガスが完全に放出されないこともある。
【００３２】
ルツボ内表面に付着したＡｒガスは、それ自身が気泡となってシリコン融液中を浮上するか、ルツボとシリコン融液との反応によって生じるＳｉＯガスと一体化し、より大きな気泡となってシリコン融液を浮上する。そのため、単結晶引き上げ中にそのような気泡が発生した場合には、単結晶に取り込まれて空洞欠陥となる可能性が高い。しかし、シリコン融液の濡れ性が高ければ、ポリシリコンが溶融した時点でシリコン融液とルツボ内表面とが十分に密着し、Ａｒガスがルツボ内表面に付着する余地がなくなることから、Ａｒガスは内表面から離脱してルツボ内から抜け出し、シリコン単結晶の引き上げ開始時にはＡｒガスが存在しない状態となる。このように、シリコン融液の濡れ性が高ければＡｒガスがルツボ内表面に付着しにくい状態になることから、Ａｒガスを原因とする気泡の発生を防止することができ、シリコン単結晶中の空洞欠陥の発生を防止することができる。
【００３３】
高濡れ性領域１２ｂを形成するため、高濡れ性領域１２ｂの表面付近における金属不純物の各元素の濃度はいずれも５ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下であることが必要である。ルツボを構成する石英（特に天然石英）には、Ａｌ，Ｃａ，Ｆｅ，Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ及びＴｉが酸化物の形で含まれているが、これらの金属不純物の少なくとも一種の濃度が５ｐｐｍ未満ではＡｒガスの付着を抑制する効果が得られず、３０ｐｐｍを超えると局所的な結晶生成による失透点が急激に増加し、その結果として単結晶化率の低下を招くからである。高濡れ性領域１２ｂに含まれるこれらの金属不純物の濃度が高ければ高いほどシリコン融液の濡れ性は高まるため、金属不純物の各元素の濃度は上記範囲内においてできるだけ高いほうが好ましい。なお、「表面付近」とは、内表面から深さ１ｍｍまでの領域をいう。
【００３４】
また、高濡れ性領域１２ｂの表面付近におけるＯＨ基の濃度は３０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。ルツボ内表面付近に含まれるＯＨ基の濃度が３０ｐｐｍ未満ではＡｒガスの付着を抑制する効果が十分でなく、５００ｐｐｍを超えると局所的な結晶生成による失透点が急激に増加し、その結果として単結晶化率の低下を招くおそれがあるからである。ＯＨ基の濃度が高ければ高いほどシリコン融液の濡れ性は高まるため、ＯＨ基の濃度は上記範囲内においてできるだけ高いほうが好ましい。
【００３５】
さらに、高濡れ性領域１２ｂの表面の算術平均粗さＲａ（以下、単に「表面粗さ」という）は０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。表面粗さが０．１μｍ以上ではＡｒガスの付着を抑制する効果が得られず、１０μｍを超えるとＳｉＯガスの気泡を発生させる多数の起点が形成されることになり、空洞欠陥を増加させる要因となるからである。ルツボ内表面が粗ければ粗いほどシリコン融液の濡れ性は高まることから、表面粗さは上記範囲内においてできるだけ高いほうが好ましい。なお、空洞欠陥の大きさの平均が３００〜５００μｍであることを考慮すれば、表面粗さは１〜２μｍ程度であることが特に好ましい。
【００３６】
一方、ルツボの内表面のうち高濡れ性領域１２ｂを除いた領域、つまりルツボ直胴部１０Ａや湾曲部１０Ｂの内表面における金属不純物の各元素の濃度は高濡れ性領域１２ｂの金属不純物濃度よりも低いことが好ましく、金属不純物の各元素の濃度がいずれも５ｐｐｍ未満であることが特に好ましい。高濡れ性領域１２ｂ以外の領域においても金属不純物の各元素の濃度が高い場合には、シリコン融液中に溶出する不純物の増加により、単結晶化率が急激に低下するからである。また、ＯＨ基の濃度は、高濡れ性領域１２ｂのＯＨ基濃度よりも低いことが好ましく、３０ｐｐｍ未満であることが特に好ましい。高濡れ性領域１２ｂ以外の領域においてもＯＨ基の濃度が高い場合には、ルツボ全体の粘度が低くなりすぎてしまい、ルツボの強度不足となるからである。表面粗さについては特に限定されず、高濡れ性領域１２ｂと同等の表面粗さを有していてもよく、高濡れ性領域１２ｂよりも平滑（例えば算術平均粗さが０．０５μｍ以下）であってもよい。
【００３７】
図２は、石英ガラスルツボとシリコン単結晶との位置関係を示す略断面図である。
【００３８】
ルツボ底部１０Ｂの内表面に形成された高濡れ性領域１２ｂをＺ軸方向から見た形状は、Ｚ軸との交点を中心とする円形であり、その直径Ｒ１は、引き上げられるシリコン単結晶２１の直径ＲＳ以上であることがより好ましい。換言すれば、高濡れ性領域１２ｂは、シリコン単結晶２１の投影面２１Ｓをカバーしていることが好ましい。尚、シリコン単結晶２１の直径ＲＳは、最終製品であるシリコンウェハーの直径よりも数ｍｍ〜数十ｍｍ大きい。
【００３９】
シリコン単結晶２１の直径ＲＳは、石英ガラスルツボ１０の形状及びサイズから一義的に定まるものではないが、石英ガラスルツボ１０の口径Ｒ０に大きく依存する。ルツボの口径Ｒ０がシリコン単結晶の直径ＲＳに対して小さすぎると単結晶の酸素濃度や酸素面内分布などといった結晶品質の制御が困難となり、逆に大きすぎると装置や部材を大きくする必要があるのでコスト高になるからである。このような点を考慮すれば、高濡れ性領域１２ｂの直径Ｒ１は、石英ガラスルツボ１０の口径Ｒ０に対して、０．５Ｒ０以上であることが好ましい。換言すれば、高濡れ性領域１２ｂは、ルツボ底部１０Ｂの中心からルツボ口径の５０％以内の領域を含むことが好ましい。高濡れ性領域１２ｂの直径Ｒ１が０．５Ｒ０よりも小さい場合には、シリコン単結晶２１の投影面２１Ｓをカバーすることができず、ルツボ底部１０Ｂに付着するＡｒガスの気泡がシリコン単結晶２１に取り込まれる可能性が高まるからである。
【００４０】
高濡れ性領域１２ｂの直径Ｒ１について具体的に説明すると、例えば直径３２インチ（口径Ｒ０≒８００ｍｍ）の石英ガラスルツボを使用して直径約３００ｍｍのシリコン単結晶を引き上げる場合、高濡れ性領域１２ｂの直径Ｒ１の下限は０．５Ｒ０＝４００ｍｍとなる。高濡れ性領域１２ｂの直径Ｒ１＝４００ｍｍ以上であれば、単結晶化率をほとんど低下させることなく、引き上げ途中のシリコン単結晶に取り込まれる可能性のある気泡の発生を効果的に抑制することができる。
【００４１】
上述したように、ＡｒガスやＳｉＯガスの気泡はほぼ垂直に浮上するが、引き上げ途中のシリコン単結晶２１の投影面２１Ｓよりも外側（高濡れ性領域１２ｂの外側）で発生した気泡が何らかの原因で水平方向に僅かにシフトしながら浮上し、その結果、シリコン単結晶２１に取り込まることも考えられる。しかし、そのような気泡の位置はシリコン単結晶２１の外周付近であり、シリコン単結晶２１の外周付近は不要な部分として後に研削されるため、たとえ気泡が取り込まれたとしても問題はない。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の石英ガラスルツボ１０によれば、ルツボ底部の内表面に高濡れ性領域１２ｂを形成したので、シリコン単結晶の引き上げ工程中においてルツボ底部１０Ｂに付着するＡｒガスの気泡を大幅に減少させることができる。したがって、ルツボ底部１０Ｂからの気泡の発生を抑制することができ、シリコン単結晶内の空洞欠陥の発生を防止することができる。
【００４３】
次に、図３のフローチャートを参照しながら、石英ガラスルツボ１０の製造方法について説明する。
【００４４】
石英ガラスルツボ１０は回転モールド法によって製造することができる。回転モールド法では、回転しているカーボンモールドの内表面に石英粉を所定の厚さにて充填する（ステップＳ１１）。特に、底部中心から一定範囲内の内表面付近には高濡れ性領域１２ｂの原料として好適な特性を有する石英粉を充填する（ステップＳ１２）。そのような石英粉としては、ＯＨ基の濃度が３０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下、金属不純物の各元素の濃度がいずれも５ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下である天然石英を用いることができる。
【００４５】
次いで、モールドの内側からアーク放電を行い、石英粉の内表面全体を１７２０℃以上に加熱・溶融する。また、この加熱と同時にモールド側から減圧し、モールドに設けた通気口を通じて石英内部の気体を外層側に吸引し、通気口を通じて外部に排出することにより、ルツボ内表面の気泡を部分的に除去し、実質的に気泡のない透明石英ガラス層１２からなる内層を形成する（ステップＳ１３）。このとき、透明石英ガラス層１２の内表面には高濡れ性領域１２ｂも形成される。その後、減圧を停止し又は弱め、さらに加熱を続けて気泡を残留させることにより、多数の微小な気泡を含む不透明石英ガラス層１１からなる外層を形成する（ステップＳ１４）。
【００４６】
その後、成形された石英ガラスルツボをカーボンモールドから取り出し、高濡れ性領域１２ｂとすべき底部中心から一定範囲内の内表面にサンドブラスト処理を施す。成形直後のルツボ内表面の粗さは０．０５μｍ以下であるが、石英粉等の研磨剤を吹き付けることによってルツボ底部の内表面を粗面化し、表面粗さを０．１μｍ以上１０μｍ以下に調整する（ステップＳ１５）。以上により、本実施形態による石英ガラスルツボ１０が完成する。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明に包含されるものであることは言うまでもない。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
図１に示した構造を有する石英ガラスルツボのサンプルＡ１を用意した。ルツボサンプルＡ１のサイズは、直径３２インチ（口径８００ｍｍ）、ルツボの高さ５００ｍｍ、ルツボ内表面から外表面までの厚さは直胴部１７ｍｍ、湾曲部２５ｍｍ、底部１４ｍｍとした。また、第１の合成石英ガラス層の直径は４００ｍｍ、厚さは１．０ｍｍとした。また、高濡れ性領域１２ｂのＯＨ基濃度３００ｐｐｍをとし、金属不純物の濃度を１０ｐｐｍとし、表面粗さを１μｍとした。
【００４９】
次に、石英ガラスルツボのサンプルＡ１にポリシリコン砕片４００ｋｇを充填した後、石英ガラスルツボを単結晶引き上げ装置に装填し、ルツボ内のポリシリコンを炉内で融解し、直径約３００ｍｍのシリコン単結晶インゴッドの引き上げを行った。
【００５０】
その後、得られたシリコン単結晶インゴッドから厚さ１ｍｍ程度のウェハーをワイヤソーにより切り出し、表面が鏡面研磨されたポリッシュドウェハーを作製した。そして、このポリッシュドウェハーのピンホール発生率を測定した。ピンホール発生率は、１本のシリコン単結晶から得られる多数のウェハー中に含まれるピンホールの総数をそのウェハーの枚数で割った値である。ピンホール発生率の測定にはパーティクル測定装置を使用し、ポリッシュドウェハーの表面のピンホールの数を測定した。また、得られたシリコン単結晶インゴッドの単結晶化率も求めた。単結晶化率は、原料の多結晶シリコンに対するシリコン単結晶の重量比として定義される。ただし、ルツボ内のすべてのシリコン融液が使用されるわけではなく、またシリコン単結晶のトップ部とテール部を除いた直胴部のみが単結晶化率の計算の対象となることから、単結晶化率は、十分なシリコン単結晶が引き上げられたとしても１００％以下であり、９０％以上であれば良好である。その結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2010168240.tif 000003
【００５２】
表１に示すように、高濡れ性領域のＯＨ基濃度が３００ｐｐｍ、金属不純物の濃度が１０ｐｐｍ以下、表面粗さが１μｍであるサンプルＡ１では、ピンホール発生率が０．０５％、単結晶化率は９０％となり、良好な結果が得られた。
【００５３】
（実施例２）
高濡れ性領域１２ｂの金属不純物の各元素における濃度が５ｐｐｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＡ２を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率は０．０５％、単結晶化率は９０％となり、サンプルＡ１と同様の良好な結果が得られた。
【００５４】
（実施例３）
高濡れ性領域１２ｂの金属不純物の各元素における濃度が３０ｐｐｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＡ３を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率が０％、単結晶化率は９０％となり、サンプルＡ１と同様の良好な結果が得られた。
【００５５】
（実施例４）
高濡れ性領域１２ｂのＯＨ基濃度が３０ｐｐｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＡ４を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率は０．０５％、単結晶化率は９０％となり、サンプルＡ１と同様の良好な結果が得られた。
【００５６】
（実施例５）
高濡れ性領域１２ｂのＯＨ基濃度が５００ｐｐｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＡ５を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率は０．０５％、単結晶化率は９０％となり、サンプルＡ１と同様の良好な結果が得られた。
【００５７】
（実施例６）
高濡れ性領域１２ｂの表面粗さが０．１μｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＡ６を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率が０％、単結晶化率は９０％となり、サンプルＡ１と同様の良好な結果が得られた。
【００５８】
（実施例７）
高濡れ性領域１２ｂの表面粗さが１０μｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＡ７を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率が０％、単結晶化率は９０％となり、サンプルＡ１と同様の良好な結果が得られた。
【００５９】
（比較例１）
高濡れ性領域１２ｂの金属不純物の各元素における濃度が１ｐｐｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＢ１を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率は０．５％、単結晶化率は９０％となり、サンプルＡ１〜Ａ７に比べて単結晶化率が低下した。
【００６０】
（比較例２）
高濡れ性領域１２ｂの金属不純物の各元素における濃度が５０ｐｐｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＢ２を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率は０．１％、単結晶化率は７０％となり、サンプルＡ１〜Ａ７に比べてピンホール発生率が増加すると共に、単結晶化率も低下した。
【００６１】
（比較例３）
高濡れ性領域１２ｂのＯＨ基濃度が１０ｐｐｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＢ３を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率は０．１％、単結晶化率は９０％となり、サンプルＡ１〜Ａ７に比べてピンホール発生率が増加した。
【００６２】
（比較例４）
高濡れ性領域１２ｂのＯＨ基濃度が７００ｐｐｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＢ４を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率が０．０５、単結晶化率は７０％となり、サンプルＡ１〜Ａ７に比べて単結晶化率が低下した。
【００６３】
（比較例５）
高濡れ性領域１２ｂの表面粗さが０．０５μｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＢ５を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率は０．１％、単結晶化率は９０％となり、サンプルＡ１〜Ａ７に比べてピンホール発生率が増加した。
【００６４】
（比較例６）
高濡れ性領域１２ｂの表面粗さが２０μｍである点以外はルツボサンプルＡ１と同一の特性を有するルツボサンプルＢ６を用意し、ルツボサンプルＡ１と同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、ピンホール発生率は０．２％、単結晶化率は８５％となり、サンプルＡ１〜Ａ７に比べてピンホール発生率が増加すると共に、単結晶化率も低下した。
【符号の説明】
【００６５】
１０    石英ガラスルツボ
１０Ａ    ルツボの直胴部
１０Ｂ    ルツボの底部
１０Ｃ    ルツボの湾曲部
１１    天然石英ガラス層
１２    合成石英ガラス層
１２ｂ    高濡れ性領域
２１    シリコン単結晶
２１Ｓ    シリコン単結晶の投影面
２２    シリコン融液
【図１】
2010168240.tif 000004
【図２】
2010168240.tif 000005
【図３】
2010168240.tif 000006