(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英粉がルツボ状に充填されたルツボ成形用型を用意し、所定時間アーク放電を行うシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法において、前記アーク放電を行うカーボン電極中の硫黄成分含有量を０．５ｐｐｍ以下にしたことを特徴とするシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法に係わり、特にシリコン単結晶引上げ時の単結晶化歩留りを向上せしめるシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの基板に用いられるシリコン単結晶は、一般にチョクラルスキー法（ＣＺ法）で製造されており、このＣＺ法は石英ガラスルツボ内に多結晶シリコン原料を装填し、装填されたシリコン原料を周囲から加熱して溶融し、上方から吊り下げた種結晶をシリコン融液に接触してから引上げられるものである。
【０００３】
この引上げの際に、上記石英ガラスルツボは、シリコン融液によってその表面から侵食されるが、石英ガラスルツボの内層に気泡が多数存在すると、上記侵食によって、シリコン融液との界面に上記気泡が露出した状態になり、単結晶化が不安定になって、結果単結晶化歩留りが低下するという問題があった。
【０００４】
そこで、近年石英ガラスルツボの内層を無気泡化する製造方法が種々検討されているが、完全に無気泡化されるまでには至っていないのが現状であり、また、例え従来の石英ガラスルツボに比べ、内層の気泡を格段に低減したとしても、シリコン単結晶の単結晶化歩留りが決して十分に満足される程度に向上されていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、例えば極少量でも内層に存在する気泡中の成分によって、単結晶化歩留りが影響されるのではないかと着目し、鋭意研究を行った。
【０００６】
その結果、従来の石英ガラスルツボの内層に存在する気泡中には、ＳＯ２ガス成分が多く含まれており、これが単結晶化歩留りに大きく影響を与えることを知見した。
【０００７】
そして、さらに研究を進め、石英ガラスルツボの内層に存在する気泡中には、上記ＳＯ２ガス以外にも、Ｈ２Ｓガスなどの硫化化合物ガスが存在し、これら硫化化合物ガスの含有量を一定量以下にすることによって、単結晶化歩留りを向上せしめることを知見した。
【０００８】
さらにまた、石英ガラスルツボに硫黄化合物ガスを含有される原因が、アーク溶融法による石英ガラスルツボの製造工程で使用されるアーク放電用のカーボン電極に起因することを知見した。
【０００９】
本発明者等のこれらの知見をもとに発明をなしたもので、シリコン単結晶引上げ時の単結晶化歩留りを向上せしめる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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、石英粉がルツボ状に充填されたルツボ成形用型を用意し、所定時間アーク放電を行うシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法において、前記アーク放電を行うカーボン電極中の硫黄成分含有量を０．５ｐｐｍ以下にしたことを特徴とするシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法であることを要旨としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる石英ガラスルツボの製造方法を添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明に係わる石英ガラスルツボの製造方法で用いられ、石英ガラスルツボ１を製造する石英ガラスルツボ用の製造装置２で、この製造装置２で製造される石英ガラスルツボ１は図２および図３に示すように肉厚約１０ｍｍを有し、多数の気泡を含む不透明石英ガラス層と、この内表面に形成された３〜５μｍの透明石英ガラス層とを有している。
【００１３】
上記透明石英ガラス層の内表面から少なくとも厚さ１ｍｍの領域に１×１０−７〜３×１０−３ｍｍ３／ｍｍ３の気泡Ｂを含有し、この気泡Ｂは石英ガラスルツボ１の製造時に石英ガラスルツボ１に発生するもので、この気泡ＢにはＮ２、Ｏ２ガスの他に、ＳＯ２ガスが含まれている。気泡Ｂに含まれる硫黄化合物ガスの含有量が気泡Ｂに含まれる全ガス量に対して５０容積％以下である。
【００１４】
次に、上記製造装置２を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１に示すような製造装置２のルツボ成形用型３は、例えば複数の貫通孔を穿設した金型、もしくは高純化処理した多孔質カーボン型などのガス透過性部材で構成されている内側部材４と、その外周に通気部５を設けて、前記内側部材４を保持する保持体６とから構成されている。
【００１６】
また、保持体６の下部には、図示しない回転手段と連結されている回転軸７が固着されていて、ルツボ成形用型３とともに回転可能なようにして支持している。通気部５は、保持体６の下部に設けられた開口部８を介して、回転軸７の中央に設けられた排気口９と連結されている。この通気路７は、減圧機構１０と連結されている。
【００１７】
内側部材２に対向する上部にはアーク放電用のカーボン電極１１が設けられており、このカーボン電極１１には、カーボンとその他複数の元素が含まれている。その他複数の元素の一つとして、硫黄が含まれ、その含有量は０．５ｐｐｍ以下である。
【００１８】
本発明に係わる石英ガラスルツボの製造方法に用いられる製造装置は上述のような構造になっており、石英ガラスルツボの製造方法を説明する。
【００１９】
上記製造装置２を用いてルツボの製造を行うには、図示しない回転駆動源を稼働して回転軸７を矢印の方向に回転することによってルツボ成形用型３を高速で回転する。ルツボ成形用型３内に供給管（図示せず）で、上部から高純度の石英粉を供給する。供給された石英粉は、遠心力によってルツボ成形用型３の内面に押圧されルツボ形状の石英充填層１２として形成される。
【００２０】
さらに、大気雰囲気で、減圧機構１０の作動による減圧とほぼ同時にカーボン電極１１に通電して石英充填層１２の内側から加熱する。
【００２１】
カーボン電極１１による石英充填層１２の加熱によって、石英充填層１２は内側から順次溶融されるが、内側層には直径が１０〜３０μｍ程度の極小でかつ極少数の気泡Ｂだけになり、外観上透明な状態が達成され、外表面には多数の気泡Ｂが存在する２重層の石英ガラスルツボ１が製造される。
【００２２】
この石英ガラスルツボ１の製造工程において、内側部材４に形成される石英充填層１２を加熱するアーク放電用のカーボン電極１１に含まれる硫黄は雰囲気中の酸素と化合してＳＯ２となる。
【００２３】
このＳＯ２が雰囲気中のＮ２、Ｏ２と同様に溶融中の石英ガラスルツボ１中に取り込まれ石英ガラスルツボ１中の気泡Ｂに含有される。
【００２４】
このとき、カーボン電極１１中の硫黄成分含有量が、０．５ｐｐｍ以下に管理されているので、気泡Ｂに含まれる硫黄化合物ガスの含有量が全ガス量に対して５０容積％以下である。
【００２５】
このように、従来管理されていなかったカーボン電極１１中の硫黄成分含有量を管理することにより、カーボン電極１１を用いて製造される石英ガラスルツボ１に含まれるＳＯ２ガスの含有量を制御することが可能になった。
【００２６】
この石英ガラスルツボ１に内在する気泡に含まれるＳＯ２ガスの含有量を制御することにより、単結晶引上げ工程において、石英ガラスルツボ１からシリコン融液中に溶け込みＯＳＦ発生の原因となるＳＯ２の制御が可能になり、石英ガラスルツボ１を用いてシリコン単結晶を引上げる際の単結晶化歩留りを向上せしめることが可能になった。
【００２７】
次に、本発明に係わる石英ガラスルツボの製造方法の他の実施形態を説明する。この実施形態における石英ガラスルツボの全体的構造は図１に示すものと異ならないので、図１を参照し、同一部分に同一符号を付して説明する。
【００２８】
水素雰囲気で石英ガラスルツボ１を製造装置２により製造する。
【００２９】
上述の実施形態と同様にカーボン電極１１を放電させ、石英充填層１２の加熱により石英ガラスルツボ１を製造するが、カーボン電極１１の溶融によりカーボン電極１１に含まれる硫黄成分は雰囲気ガスの水素と化合して、Ｈ２Ｓとなる。
【００３０】
このＨ２Ｓが溶融中の石英ガラスルツボ１に取込まれ、石英ガラスルツボ１に内在する気泡Ｂ中に含有される。本実施形態においても、上述同様カーボン電極１１中の硫黄成分が０．５ｐｐｍ以下に管理されているので、石英ガラスルツボ１に内在する気泡Ｂに含まれるＨ２Ｓガスは気泡Ｂに含まれる全ガス量に対して５０容積％以下に管理される。
【００３１】
上述のように、硫黄成分含有量が所定値以下に管理されたカーボン電極１１を用いて石英ガラスルツボ１を製造することにより、石英ガラスルツボ１に含まれるＨ２Ｓガスの含有量を制御することが可能になった。石英ガラスルツボ１に含有されるＨ２Ｓガスの含有量を制御することにより、単結晶引上げ工程において、石英ガラスルツボ１からシリコン融液中に溶け込みＯＳＦ発生の原因となるＨ２Ｓの制御が可能になり、石英ガラスルツボ１を用いてシリコン単結晶を引上げる際の単結晶化歩留りを向上せしめることが可能になった。
【００３２】
なお、雰囲気ガスとして、Ｎ２やＨｅガスを用いた場合にも、上述同様カーボン電極１１の硫黄成分含有量を所定値以下にすることにより、石英ガラスルツボ１に内在する気泡Ｂに含有される硫黄化合物ガスは気泡Ｂに含まれる全ガス量に対して５０容積％以下にすることができ、単結晶引上げ工程において、石英ガラスルツボ１からシリコン融液中に溶け込みＯＳＦ発生の原因となる硫黄化合物ガスの制御が可能になり、石英ガラスルツボ１を用いてシリコン単結晶を引上げる際の単結晶化歩留りを向上せしめることが可能になった。
【００３３】
【実施例】
（１）測定目的：レーザラマン分光測定装置を用いレーザラマン分光法により、石英ガラスルツボの内層の透明石英ガラス層に存在する気泡に含有されるガス成分を調べる。
（２）試料：硫黄成分を０．５ｐｐｍとしたカーボン電極を用い、水素雰囲気中でアーク溶融した石英ガラスルツボから試料を作製した（試料１）。
また、硫黄分が５ｐｐｍ含有される従来のカーボン電極を用い、水素雰囲気中でアーク溶融した石英ガラスルツボから試料を切り出し、試料を作製した（試料２）。
（３）測定方法：図４に示すようなレーザラマン分光測定装置を用いてレーザラマン分光法により、各試料を測定する。
（４）測定結果：試料１では、ガスとして図５に示すようにＳＯ２、Ｏ２、Ｎ２が検出された。ラマンバンドの帰属は表１におよび図５のスペクトル中に示した。
【００３４】
【表１】
0004077952.tif 000002
【００３５】
なお、図５、図６の他のブロードなラマンバンドは、石英（ＳｉＯ２）のものである。
【００３６】
試料２では、図６に示すように、ＳＯ２、Ｎ２が検出された。
【００３７】
なお、各試料から表２に示すようなラマンバンドの相対強度を得られ、このラマンバンドの強度比は分圧に比例するため、バンド強度比から組成比の目安が得られる。
【００３８】
【表２】
0004077952.tif 000003
【００３９】
上述のように、試料１、試料２からもＳＯ２の存在を確認した。
【００４０】
このＳＯ２の気泡中に占める割合を低減させれば、シリコン単結晶へのＳＯ２の溶け込み量の低減が可能となり、シリコン単結晶のＯＳＦのバラツキを抑制できることが確認できた。
【００４１】
また、アーク電極に含有する硫黄成分を低減することで、気泡中のＳＯ２含有量の全ガスに対する割合を低減できることを確認した。
【００４２】
上記試料１および２を切り出した石英ガラスルツボと各々同等の製造方法で得られた石英ガラスルツボ実施例１および比較例１を用いて、シリコン単結晶の引上げを行ったところ、比較例１の単結晶化歩留りは９２％であったのに対し、実施例１では９８％であり、格段の向上が認められた。
【００４３】
【発明の効果】
従来管理されていなかったカーボン電極中の硫黄成分含有量を管理することにより、カーボン電極を用いて製造される石英ガラスルツボに含まれる硫黄化合物ガスの含有量を制御可能とし、単結晶引上げ工程において、石英ガラスルツボからシリコン融液中に溶け込みＯＳＦ発生の原因となる硫黄化合物ガスの制御が可能になり、石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶を引上げる際の単結晶化歩留りを向上せしめることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる石英ガラスルツボの製造方法に用いられる石英ガラスルツボ用製造装置の概念図。
【図２】  本発明に係わる石英ガラスルツボの製造方法により製造される石英ガラスルツボ用製造断面図。
【図３】  図２のＸ部を拡大して示す断面図。
【図４】  石英ガラスルツボに内在する気泡に含まれる成分を分析するのに用いるラマン分光測定装置の概念図。
【図５】  従来の石英ガラスルツボの気泡のラマンスペクトル。
【図６】  従来の他の石英ガラスルツボの気泡のラマンスペクトル。
【符号の説明】
１  石英ガラスルツボ
２  石英ガラスルツボ用の製造装置
３  ルツボ成形用型
４  内側部材
５  通気部
６  保持体
７  回転軸
８  開口部
９  排気口
１０  減圧機構
１１  カーボン電極
１２  石英充填層
Ｂ  気泡
【図１】
0004077952.tif 000004
【図２】
0004077952.tif 000005
【図３】
0004077952.tif 000006
【図４】
0004077952.tif 000007
【図５】
0004077952.tif 000008
【図６】
0004077952.tif 000009