単結晶引き上げ用高純度溶融石英るつぼ

現在、単結晶シリコンは多結晶シリコンを原料としてチョクラルスキー法により製造されている。単結晶シリコンの製造では、石英るつぼはシリコンの溶解と結晶成長に重要な材料であり、単結晶シリコンの製造コストと製品品質に直接的かつ重大な影響を与えます。

の石英るつぼチョクラルスキー単結晶炉の重要なコンポーネントです。単結晶の準備段階では、シリコン材料の直径、結晶方位、ドーピングの導電性タイプ、抵抗率の範囲と分布、酸素と炭素の濃度、少数キャリアの寿命、格子欠陥などの技術パラメータが決定されます。微小欠陥、酸素濃度、金属不純物、キャリア濃度の均一性などを一定の範囲内に制御する必要がある。チョクラルスキー単結晶プロセスでは、石英るつぼはシリコンの融点 (1420°C) を超える高温に耐える必要があります。石英るつぼはほとんどが半透明で、複数の層で構成されています。外層は気泡密度が高い領域であり、気泡複合層と呼ばれます。内側の層は、気泡除去層と呼ばれる 3 ～ 5 mm の透明な層です。気泡除去層の存在により、溶液と接触する領域のるつぼの密度が減少し、単結晶の成長が向上します。

品質の観点から見ると、石英るつぼの内層は溶融シリコンと直接接触するため、結晶引き上げプロセス中に溶融シリコンに継続的に溶解します。  るつぼの透明層内のマイクロバブルは継続的に成長して破裂し、石英粒子とマイクロバブルが溶融シリコン中に放出されます。これらの不純物は、微粒子や微小気泡の形でシリコン液の流れによってシリコン融液全体に運ばれ、シリコンの結晶化や単結晶の品質に直接影響を与えます。

コストの観点から見ると、石英るつぼ石英るつぼは単結晶シリコン産業チェーンにおいて消耗品としての特性が強く、連続チョクラルスキー法の使用により石英るつぼの寿命に対する要求も高くなります。石英るつぼの高純度および高温耐性により、単結晶引き上げと単結晶品質が保証されます。単結晶シリコンウェーハの純度要件に基づいて、石英るつぼは 1 回または数回の加熱および結晶引き上げサイクル後に廃棄され、定期的に交換する必要がある消耗品となります。

さらに、石英るつぼ結晶引上げ工程中に品質上の問題が発生すると、単結晶シリコンロッド全体が廃棄されることになります。石英るつぼは主に高純度の石英砂を中核原料として電気アーク法で製造されます。珪砂の純度は、石英るつぼの品質に影響を与える重要な要素です。石英るつぼは 2 層構造になっています。外側の層はバブル複合層と呼ばれる高密度領域であり、外側の層はバブル複合層と呼ばれます。内側の層は、気泡除去層と呼ばれる 3 ～ 5 mm の透明な層です。

内層、つまり気泡が減少した層の存在により、るつぼが溶液と接触する領域の気泡密度が減少します。珪砂の純度が低いほど、高温で溶解する際に黒点や気泡が発生しやすくなります。内層砂として使用した場合、長時間高温にさらされると石英るつぼの内壁に含まれる気泡が放出され、単結晶シリコンウェーハ製造の安定性や成功率に影響を与えます。そのため、内層砂にはより純度の高い珪砂が必要となり、価格が高くなります。さらに、るつぼに使用されるケイ砂には、さまざまな不純物レベルに対する特定の要件があります。たとえば、過剰なアルカリ金属不純物はるつぼ内で結晶化を引き起こし、不透明化や変形を引き起こす可能性があり、一方、過剰なヒドロキシル含有量はるつぼの膨れを引き起こす可能性があります。

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