单晶硅提拉用石英玻璃坩埚及其制备方法技术

在单晶硅的提拉工序中不仅使坩埚的整个外面确实地结晶化，而且防止结晶层的起泡剥离，由此提高坩埚的强度。石英玻璃坩埚(1)含有：由不含气泡的二氧化硅玻璃构成的透明层(11)、设置在透明层(11)的外侧且由含有大量气泡的二氧化硅玻璃构成的气泡层(12)、和设置在气泡层(12)的外侧且原料二氧化硅粉以半熔融状态烧结而得的外面半熔融层(13)。气泡层(12)含有由未添加铝的二氧化硅玻璃构成的内侧气泡层(12a)和设置在内侧气泡层(12a)的外侧且由添加铝的二氧化硅玻璃构成的添加Al的外侧气泡层(12b)，与添加Al的外侧气泡层(12b)接触的外面半熔融层(13)的至少一部分为添加铝的添加Al的半熔融层(13a)。添加Al的半熔融层(13a)中含有的铝的平均浓度为30ppm以上且95ppm以下。

【技术实现步骤摘要】
单晶硅提拉用石英玻璃坩埚及其制备方法
本专利技术涉及基于提拉法(Czochralski法)(CZ法)的单晶硅的提拉中使用的石英玻璃坩埚及其制备方法。
技术介绍
在基于CZ法的单晶硅的提拉中，使用石英玻璃坩埚。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地提拉籽晶，由此在籽晶的下端生长出大的单晶。根据CZ法，可培育大口径的单晶，可使单晶硅的生产率提高。关于石英玻璃坩埚，例如在专利文献1中记载了三层结构的石英玻璃坩埚，其中，坩埚的外层由添加Al的石英层构成，中间层由天然或合成石英层构成，内层由透明石英层构成。另外，在专利文献2中记载了坩埚结构，其中，至少角部的内层由透明合成层构成，中间层由透明或不透明的天然层或天然合成混合层构成，外层由不透明天然层构成，且内层的厚度从坩埚的下部朝向上部变薄。另外，在专利文献3中记载了石英玻璃坩埚，其中，在外面层的表面具有半熔融石英层，该半熔融石英层的中心线平均粗糙度(Ra)为50~200μm，半熔融石英层的优选的层厚为0.5~2.0mm。此外，在专利文献4中记载了下述的方法：制备具有未熔融或半熔融的二氧化硅粉不均匀存在(偏在)的最外层的石英玻璃坩埚，通过在以0.1~5MPa的喷射压力对其外表面喷射固体二氧化硅粉后，以24~40MPa的喷射压力喷射高压水，接着实施氢氟酸水溶液处理，由此不进行磨削而将从坩埚的最外层脱离的二氧化硅粉控制为最佳。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2000-247778号公报；专利文献2：国际公开2004/106247小册子；专利文献3：日本特开2009-84114号公报；专利文献4：日本特开2010-202515号公报。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题根据在坩埚外层设置Al添加层的以往的石英玻璃坩埚，可使坩埚的外面结晶化而使坩埚的强度提高。但是，若铝浓度高，则有结晶层起泡剥离而坩埚的强度降低的问题，另外，若铝浓度低，则结晶化耗费时间，有得不到充分的强度的问题。因此，本专利技术的目的在于：提供可使坩埚的外面早期地结晶化而提高坩埚的强度、且可抑制结晶层的起泡剥离的石英玻璃坩埚及其制备方法。用于解决课题的手段为了解决上述问题，本专利技术的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的特征在于，具备：由不含气泡的二氧化硅玻璃构成的透明层、设置在所述透明层的外侧且由含有大量气泡的二氧化硅玻璃构成的气泡层、和设置在所述气泡层的外侧且原料二氧化硅粉以半熔融状态烧结而得的外面半熔融层；所述气泡层含有：由未添加铝的二氧化硅玻璃构成的内侧气泡层、和设置在所述内侧气泡层的外侧且由添加铝的二氧化硅玻璃构成的添加Al的外侧气泡层；与所述添加Al的外侧气泡层接触的所述外面半熔融层的至少一部分为添加铝的添加Al的半熔融层，所述添加Al的半熔融层中含有的铝的平均浓度为30ppm以上且95ppm以下。根据本专利技术，可在单晶硅的提拉工序中使坩埚的整个外面确实地结晶化而提高坩埚的强度。特别是由于通过存在添加铝的外面半熔融层而加速坩埚外面的初期的结晶化，所以可在坩埚软化而与碳基座(カーボンサセプタ)融合之前确保坩埚的强度而使其独立。由此，可在坩埚与碳基座之间形成微小的间隙，可将随着坩埚的结晶化而发生的石英玻璃中的气体从该间隙排出，且可防止因坩埚外面的结晶层的起泡剥离导致的坩埚强度的降低或粒子的发生。在本专利技术中，所述添加Al的半熔融层的厚度优选为5μm以上且500μm以下。在添加Al的半熔融层的厚度比5μm小的情况下，由于作为晶核的效果弱，所以初期的结晶化慢，坩埚无法独立。因此，导致结晶层起泡、剥离。另一方面，在添加Al的半熔融层的厚度比500μm大的情况下，在单晶硅的提拉工序中发生由过厚的添加Al的半熔融层与玻璃层的热膨胀率差引起的外面剥离，坩埚变形，从而有无法继续结晶提拉工序之虞。但是，如果添加Al的半熔融层的厚度为5μm以上且500μm以下，则可使坩埚的外面早期地结晶化，且可防止结晶化的坩埚的外面的起泡剥离。本专利技术的石英玻璃坩埚优选具有圆筒状的侧壁部、弯曲的底部、和位于所述侧壁部与所述底部之间且具有比所述底部大的曲率的角部，且将所述添加Al的外侧气泡层和所述添加Al的半熔融层至少设置在所述侧壁部。如上所述，在将添加Al的外侧气泡层和添加Al的半熔融层至少设置在坩埚的侧壁部的情况下，可提高坩埚的侧壁部的强度而使其独立，且可抑制坩埚的向内塌陷等侧壁部的变形。优选所述侧壁部中的所述气泡层为所述内侧气泡层和所述添加Al的外侧气泡层的双层结构，且所述底部中的所述气泡层为所述内侧气泡层的单层结构。在这种情况下，所述添加Al的外侧气泡层的下端部具有锥形形状，所述下端部的厚度的减少率优选为0.5mm/mm以下、更优选为0.2mm/mm。如果添加Al的外侧气泡层的下端部的厚度的减少率平缓，则可防止应力集中在Al添加层与Al非添加层的边界部而发生裂缝。优选所述侧壁部中的所述添加Al的外侧气泡层的气泡含量比所述内侧气泡层的气泡含量高。由此，可同时提高坩埚的强度和绝热性，且可抑制坩埚的内面的高温化。在本专利技术中，优选所述添加Al的半熔融层的表层部的铝的浓度为100ppm以上，且比所述表层部深的所述添加Al的半熔融层的深层部的铝浓度低于所述表层部的铝浓度。在添加Al的半熔融层的表层部的铝的浓度比深层部高的情况下，可提高由添加Al的半熔融层产生的结晶化促进效果。由于添加Al的半熔融层通过将添加Al的原料二氧化硅粉以半熔融状态冷却而形成，所以越接近维持原形的表面，Al浓度越升高。另一方面，将在添加Al的半熔融层的表面附着的多余的原料二氧化硅粉用高压水清洗而除去，添加Al的半熔融层的表面的铝浓度会因此时的清洗程度而变化。需说明的是，添加Al的半熔融层中的铝浓度分布在微观上是不均匀的，特别优选在添加Al的半熔融层中的1mm3的区域内Al浓度高的部分呈网眼状不均匀存在，且优选Al浓度高于60ppm的高浓度区域和低于25ppm的低浓度区域共存。在以往的石英玻璃坩埚中，由于未形成外面半熔融层，或即使形成外面半熔融层，其厚度也非常薄，所以不能实现坩埚的外面的初期结晶化。与之相对的是，在本专利技术中，例如在电弧熔融工序的后半段通过减弱流过电弧电极的电流等，使加热原料二氧化硅粉时的温度梯度平缓，减慢玻璃化的进行速度。然后，以该低电流状态继续电弧。电弧熔融时间比通常的时间长。由此，石英玻璃的壁厚形状等与通常的情况大致相同，但外面半熔融层形成得比通常厚。特别是，在本专利技术中通过形成铝浓度高的外面半熔融层，可在防止结晶层的起泡剥离的同时，促进坩埚的外面的结晶化。另外，本专利技术的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的制备方法的特征在于，具备：在旋转的模型的内面依次填充添加Al的二氧化硅粉和未添加Al的二氧化硅粉以形成二氧化硅粉的堆积层的工序，通过在从所述模型的内侧加热以熔融所述二氧化硅粉的堆积层的同时，从所述模型的所述内面侧调整所述堆积层的减压力，由此形成具备由不含气泡的二氧化硅玻璃构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单晶硅提拉用石英玻璃坩埚，其特征在于，所述坩埚具备：/n由不含气泡的二氧化硅玻璃构成的透明层，/n设置在所述透明层的外侧、且由含有大量气泡的二氧化硅玻璃构成的气泡层，和/n设置在所述气泡层的外侧、且原料二氧化硅粉以半熔融状态烧结而得的外面半熔融层；/n所述气泡层含有：由未添加铝的二氧化硅玻璃构成的内侧气泡层，和设置在所述内侧气泡层的外侧、且由添加铝的二氧化硅玻璃构成的添加Al的外侧气泡层；/n与所述添加Al的外侧气泡层接触的所述外面半熔融层的至少一部分为添加铝的添加Al的半熔融层；/n所述添加Al的半熔融层中含有的铝的平均浓度为30ppm以上且95ppm以下。/n

【技术特征摘要】
20190513 JP 2019-0906611.单晶硅提拉用石英玻璃坩埚，其特征在于，所述坩埚具备：
由不含气泡的二氧化硅玻璃构成的透明层，
设置在所述透明层的外侧、且由含有大量气泡的二氧化硅玻璃构成的气泡层，和
设置在所述气泡层的外侧、且原料二氧化硅粉以半熔融状态烧结而得的外面半熔融层；
所述气泡层含有：由未添加铝的二氧化硅玻璃构成的内侧气泡层，和设置在所述内侧气泡层的外侧、且由添加铝的二氧化硅玻璃构成的添加Al的外侧气泡层；
与所述添加Al的外侧气泡层接触的所述外面半熔融层的至少一部分为添加铝的添加Al的半熔融层；
所述添加Al的半熔融层中含有的铝的平均浓度为30ppm以上且95ppm以下。


2.根据权利要求1所述的石英玻璃坩埚，其中，所述添加Al的半熔融层的厚度为5μm以上且500μm以下。


3.根据权利要求1或2所述的石英玻璃坩埚，其中，所述坩埚具有：圆筒状的侧壁部，弯曲的底部，和位于所述侧壁部与所述底部之间、且具有比所述底部大的曲率的角部；且
将所述添加Al的外侧气泡层和所述添加Al的半熔融层至少设置在所述侧壁部。


4.根据权利要求3所述的石英玻璃坩埚，其中，所述侧壁部中的所述气泡层为所述内侧气泡层和所述添加Al的外侧气泡层的双层结构，
所述底部中的所述气泡层为所述内侧气泡层的单层结构。


5.根据权利要求4所述的石英玻璃坩埚，其中，所述添加Al的外侧气泡层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：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