石英玻璃坩埚制造技术

本发明专利技术提供可防止在单晶硅中发生位错的同时制造低氧的单晶的石英玻璃坩埚。石英玻璃坩埚(1)具备：由含有气泡的合成石英熔融玻璃构成、且构成石英玻璃坩埚(1)的内面的密封层(11)；由不含气泡的合成石英熔融玻璃构成、且形成于密封层(11)的外侧的合成透明层(12)；由不含气泡的天然石英熔融玻璃构成、且形成于合成透明层(12)的外侧的天然透明层(13)；以及由含有气泡的天然石英熔融玻璃构成、且形成于天然透明层(13)的外侧的天然气泡层(14)，其中，密封层(11)的气泡含量高于合成透明层(12)。

Quartz glass crucible

【技术实现步骤摘要】
石英玻璃坩埚
本专利技术涉及石英玻璃坩埚，特别是涉及在基于提拉法(Czochralski法)(CZ法)的单晶硅的提拉中使用的石英玻璃坩埚。
技术介绍
在基于CZ法的单晶硅的制造中，使用石英玻璃坩埚(二氧化硅玻璃坩埚)。在CZ法中，在石英玻璃坩埚内加热多晶硅原料以生成硅熔液，将籽晶(晶种)浸渍在硅熔液中，边使坩埚旋转边缓慢提拉籽晶，由此使较籽晶大的单晶生长。根据CZ法，可以培育大口径的单晶，可以提高单晶硅的量产性。关于石英玻璃坩埚，例如专利文献1中记载着下述的石英玻璃坩埚：合成石英玻璃内面层的最大层厚为角部的最大壁厚的20～80%，由此使直筒部和底部的内面层形成得较角部的内面层薄，角部的合成石英玻璃内面层最厚。专利文献2中记载着下述的石英玻璃坩埚：为了抑制硅熔液内的热对流、使熔液表面不发生振动，在由天然石英玻璃构成且含有多个气泡的半透明外层与由合成石英玻璃构成且实质上无气泡的透明内层之间设置由合成石英玻璃构成且含有多个气泡的半透明中间层而形成三层结构。专利文献3中记载着下述的石英玻璃坩埚：角部的不透明层的厚度为不透明层和透明层的总计厚度的25%以上且80%以下，笔直部和底部的不透明层的厚度为不透明层和透明层的总计厚度的10%以上且小于25%，并且，角部的不透明层的厚度较笔直部和底部厚。专利文献4中记载着下述的单晶硅提拉用石英坩埚：坩埚壁体的内面侧由透明层构成，壁体的外面侧由不透明层构成，坩埚弯曲部的透明层的厚度较其他部分的透明层厚0.5mm以上，相反，弯曲部的不透明层的厚度较其他部分的不透明层薄0.5mm以上。专利文献5中记载着下述的石英玻璃坩埚：从坩埚内面侧起依次形成有合成无气泡层、天然无气泡层、天然气泡层、未熔融粒子层。另外，还记载着：在石英坩埚的制造方法中，在坩埚熔融工艺的第1阶段通过升华除去形成于坩埚内面的被膜层。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第5252157号公报；专利文献2：日本特开2001-348294号公报；专利文献3：日本特开2016-193809号公报；专利文献4：日本特开平8-301693号公报；专利文献5：日本特开2010-143818号公报。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题近年来，随着单晶硅的大口径化和晶体提拉工序的长时间化，石英玻璃坩埚需要耐受长时间的使用。另外，因提拉炉内部件的绝热性能提高，故坩埚的热负荷变高。然而，现有的石英玻璃坩埚在单晶硅提拉时的1400℃以上的热环境下无法维持其形状，产生压曲或向内塌陷等坩埚的变形，由此导致硅熔液的液面水平的变动或坩埚的破损、与炉内部件的接触等问题。另外，方石英在坩埚内面的与硅熔液接触的部位析出，其外周形成茶色的析出物(棕色环)。在该棕色环发生剥离并被摄入培育中的单晶硅中的情况下，会成为有位错化的要因。特别是，由于坩埚的变形会促进棕色环的剥离，且容易发生位错，因此要求尽可能防止坩埚的变形。另外，在单晶提拉工序中，由于与硅熔液接触的坩埚的内面逐渐熔损，因此在通过CZ法培育的单晶硅中包含由坩埚供给的大量的氧。另一方面，为了提高半导体器件的品质，最近要求使单晶硅中的氧浓度(特别是提拉轴方向的氧浓度)变得均匀，期待可以满足这种要求的石英玻璃坩埚。另外，熔液面有时会由于坩埚与硅熔液的反应而振动，若发生熔液面(湯面)振动，则无法使籽晶着液，即使可以着液，晶体直径也不稳定，单晶中发生位错的概率增加。因此，本专利技术的目的在于：提供不易变形、且能够降低位错发生率的石英玻璃坩埚。用于解决课题的手段为了解决上述课题，本专利技术所涉及的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的特征在于，具备：由含有气泡的合成石英熔融玻璃构成、且构成上述石英玻璃坩埚的内面的密封层；由不含气泡的合成石英熔融玻璃构成、且形成于上述密封层的外侧的合成透明层；由不含气泡的天然石英熔融玻璃构成、且形成于上述合成透明层的外侧的天然透明层；以及由含有多个气泡的天然石英熔融玻璃构成、且形成于上述天然透明层的外侧的天然气泡层，上述密封层的气泡含量高于上述合成透明层的气泡含量。在进行了电弧熔融的坩埚的最表面容易发生棕色环，在晶体提拉中棕色环的生长与熔化同时发生，若棕色环剥离，则单晶中发生位错的概率增加。然而，本专利技术所涉及的石英玻璃坩埚，密封层形成于坩埚内面，因在密封层中具有气泡，故密封层的熔损容易进行，因此可以在抑制熔液的熔液面振动的同时抑制棕色环的生长，由此可以降低位错发生率。在本专利技术中，上述密封层的厚度优选为0.1mm以上且2.0mm以下。如果密封层的厚度在上述范围内，则在晶体提拉工序的初期可以抑制熔液的熔液面振动和棕色环的生长。另外，由于在单晶的直筒部培育工序开始之前密封层熔化并消失，所以可以防止由密封层引起的单晶的有位错化。在本专利技术中，上述密封层的气泡含量优选为0.1vol%以上且5.0vol%以下，进一步优选为0.1vol%以上且3.0vol%以下。在这种情况下，进一步优选上述密封层的气泡数密度为15个/cm3以上且300个/cm3以下、上述密封层的平均气泡直径为0.2μm以上且100μm以下。如果密封层的气泡含量、气泡数密度和平均气泡直径在上述范围内，则可以防止因坩埚内面发生结晶化(方石英析出)并剥离而导致的单晶的有位错化，同时可以抑制熔液面振动。上述密封层的气泡含量优选低于上述天然气泡层的气泡含量。由此，可以抑制针孔的发生。另外，可以防止密封层的红外线透过率大幅降低而导致坩埚内面的温度过度下降。需要说明的是，针孔是指因硅熔液中的气体等摄入到单晶硅中而产生的晶体中的微小空洞，其会成为引起器件不良(故障)的原因。本专利技术所涉及的石英玻璃坩埚进一步具备：由含有多个气泡的天然石英熔融玻璃构成、且形成于上述天然气泡层的外侧的晶体固化层，上述晶体固化层中所含的碱金属、碱土金属或土类金属的元素浓度优选高于上述天然气泡层。这种情况下，晶体固化层中所含的碱金属、碱土金属或土类金属的元素浓度优选高于天然气泡层10ppm以上，特别优选高于20ppm以上。根据该构成，可以促进坩埚外面的结晶化而提高坩埚的强度，且可以抑制坩埚的变形所伴随的单晶的有位错化。另外，通过坩埚外面的结晶化可以减小红外线透过率而抑制坩埚内面的高温化，且可以抑制由于坩埚的熔损导致的氧的供给。本专利技术所涉及的石英玻璃坩埚具有：圆筒状的侧壁部、弯曲的底部、和位于上述侧壁部与上述底部之间且具有较上述底部大的曲率的角部，优选上述角部的壁厚较上述侧壁部和上述底部的壁厚要厚、而上述角部的上述合成透明层的厚度较上述侧壁部和上述底部的上述合成透明层的厚度要厚。特别是，角部的最大壁厚优选为侧壁部的平均壁厚的1.1倍以上，进一步优选为1.5倍以上。通过使角部1c的壁厚较其他部位充分地厚，可以提高坩埚整体的强度，抑制坩埚的压曲、沉入(沈み込み)等变形。另外，由于坩埚内面的角部温度最高、且与硅熔液的接触时间也长，所以熔损量较其他部位变多。然而，通过增厚角部的壁厚、进一步使角部的合成透明层的厚度充分地增厚，可以防本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.石英玻璃坩埚，其特征在于：/n该石英玻璃坩埚是单晶硅提拉用石英玻璃坩埚，其具备：/n由含有气泡的合成石英熔融玻璃构成、且构成上述石英玻璃坩埚的内面的密封层；/n由不含气泡的合成石英熔融玻璃构成、且形成于上述密封层的外侧的合成透明层；/n由不含气泡的天然石英熔融玻璃构成、且形成于上述合成透明层的外侧的天然透明层；以及/n由含有多个气泡的天然石英熔融玻璃构成、且形成于上述天然透明层的外侧的天然气泡层，/n上述密封层的气泡含量高于上述合成透明层的气泡含量。/n

【技术特征摘要】
20181219 JP 2018-2376411.石英玻璃坩埚，其特征在于：
该石英玻璃坩埚是单晶硅提拉用石英玻璃坩埚，其具备：
由含有气泡的合成石英熔融玻璃构成、且构成上述石英玻璃坩埚的内面的密封层；
由不含气泡的合成石英熔融玻璃构成、且形成于上述密封层的外侧的合成透明层；
由不含气泡的天然石英熔融玻璃构成、且形成于上述合成透明层的外侧的天然透明层；以及
由含有多个气泡的天然石英熔融玻璃构成、且形成于上述天然透明层的外侧的天然气泡层，
上述密封层的气泡含量高于上述合成透明层的气泡含量。


2.权利要求1所述的石英玻璃坩埚，其中，上述密封层的厚度为0.1mm以上且2.0mm以下。


3.权利要求1或2所述的石英玻璃坩埚，其中，上述密封层的气泡含量为0.1vol%以上且5.0vol%以下。


4.权利要求3所述的石英玻璃坩埚，其中，上述密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：中尾年幸，北原江梨子，岸弘史，
申请(专利权)人：胜高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP