具有多层结构的石英玻璃坩埚制造技术

本发明专利技术提供一种石英玻璃坩埚，其即使在制造（提拉）大型化的硅单晶时，也可抑制熔融硅的局部温度偏差，制造（提拉）均匀的硅单晶。硅单晶提拉用石英玻璃坩埚，其从坩埚内表面侧至外表面侧至少具有透明层、半透明层和不透明层，其中，透明层气泡含有率小于０．３％，半透明层气泡含有率为０．３％～０．６％的范围，不透明层气泡含有率大于０．６％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有多层结构的石英玻璃坩埚，其用于作为半导体材料的硅单晶的提拉。
技术介绍
在硅单晶的提拉中使用的石英玻璃坩埚，其与硅熔融体相接触的内表面的品质对提拉成品率、提拉的结晶的品质具有很大影响。已知尤其是与硅熔融液相接处的坩埚壁体(周壁和底壁)的内表面附近内存气泡时，使单晶化成品率(单晶化率)降低。因此，要求石英玻璃坩埚内表面尽量为气泡和杂质少的透明的高纯度的玻璃层，故多用杂质少的合成石英形成。 现今，关于石英玻璃坩埚的制造方法，所说的旋转塑模法为主流方法，该方法是利用离心力使原料石英粉堆积于旋转着的具有坩埚形状的塑模的内表面，通过电弧放电热使堆积于旋转着的塑模中的石英粉熔融，玻璃化，成形为坩埚形状。在这种情况下，作为在坩埚内表面形成气泡少、高纯度的透明石英层的方法，已知有如下2种方法。第一种方法是在石英粉的电弧熔融中从塑模侧进行石英层的减压提拉的方法，石英粉熔融、玻璃化时将石英层减压，通过将内部的气泡吸引至外部而除去，可以形成基本上不含有气泡的透明玻璃层(特开平01-157426号、特开平01-160836号等)。第二种方法为使石英粉在电弧中通过，熔融，使该熔融的石英粉层积于已成形的石英玻璃坩埚内表面，形成透明玻璃层的方法(特开平01-148718号等)。任意方法中，只要使用高纯度合成石英粉作为内表面层的原料石英粉即可制造内表面具有高纯度合成石英层的石英玻璃坩埚。 用上述旋转塑模法制造的石英玻璃坩埚，在坩埚内表面形成气泡少的高纯度的透明石英层，在外面侧具有气泡含有率较透明石英层高的不透明层。 通过用石英玻璃坩埚提拉制造的硅单晶的尺寸以约10年为周期进行着大型化。器件制造者希望通过使硅单晶的尺寸大型化，而使从硅单晶切割下来的晶片尺寸也大型化，从而提高器件的制造效率。从这种状况来看，预计在不久的将来能制造出直径为现状直径1.5倍左右的硅单晶，现状直径为300mm。 随着硅单晶尺寸的大型化，也必然要求石英玻璃坩埚的大型化，为了高品质地制造大型化的硅单晶，仅将石英玻璃坩埚大型化是不能满足要求的。例如，为了使大型化的硅单晶为均质单晶，要求石英玻璃坩埚内面的表面状态均匀化或石英玻璃坩埚加热的均质化等。 以往的内表面具有透明石英层，外侧具有不透明层的石英玻璃坩埚，透明石英层和不透明层的厚度有所变化，而厚度的变化妨碍了均质的石英玻璃坩埚的加热，其结果导致发生熔融硅局部温度偏差。制造(提拉)现状直径300mm的硅单晶时，该偏差影响硅单晶的品质。于是，为了保持硅单晶的品质，公开了各种石英玻璃坩埚。这些石英玻璃坩埚为硅单晶提拉用的石英玻璃坩埚，其壁体内表面侧部分由实质上不含有气泡的透明玻璃层形成，壁体外表面侧部分由含有大量气泡的不透明玻璃层形成，在结构等方面各有特点。(特开平06-191986号公报、特开平06-329493号公报、特开平08-169798号公报、特开平09-157082号公报) 专利文献1特开平01-157426号公报 专利文献2特开平01-160836号公报 专利文献3特开平01-148718号公报 专利文献4特开平06-191986号公报 专利文献5特开平06-329493号公报 专利文献6特开平08-169798号公报 专利文献7特开平09-157082号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题 但是，如上所述制造(提拉)大型化的硅单晶时，对硅单晶的品质产生更大的不良影响，专利文献4～7所述的石英玻璃坩埚也存在很难保持硅单晶品质的问题。 于是，以解决上述问题为课题，本专利技术的目的在于提供石英玻璃坩埚，其即使在制造(提拉)大型化的硅单晶时，也可抑制熔融硅的局部温度偏差，故可制造(提拉)均质的硅单晶。 解决问题的方法 本专利技术涉及石英玻璃坩埚，其为硅单晶提拉用石英玻璃坩埚，其从坩埚内表面侧至外表面侧至少具有透明层、半透明层和不透明层，其中，透明层气泡含有率小于0.3％，半透明层气泡含有率为0.3％～0.6％的范围，不透明层气泡含有率大于0.6％。 专利技术的效果 按照本专利技术，即使在制造(提拉)大型化的硅单晶时，也可抑制熔融硅的局部温度偏差，因此可以提供能制造(提拉)出均质的硅单晶的石英玻璃坩埚。按照本专利技术，还可以提供具有该优点的本专利技术的石英玻璃坩埚的制造方法。 附图说明 图1示出以往的石英玻璃坩埚的截面示意图以及本专利技术的石英玻璃坩埚的截面概略图。图2示出实施例中制造的石英玻璃坩埚的截面照片(右图)。中图示出截面的概略图。图3示出石英坩埚大小为18英寸时(实施例3～5以及比较例1)，厚度比例(半透明层∶不透明层)与单晶收率间的关系。图4示出石英坩埚大小为18英寸、24英寸以及32英寸时(实施例4和比较例1、实施例7和比较例2、实施例10和比较例3)，半透明层的有无与单晶收率间的关系。 具体实施例方式 本专利技术的石英玻璃坩埚为硅单晶提拉用石英玻璃坩埚，从坩埚内表面侧至外表面侧至少具有透明层、半透明层和不透明层，其中，透明层气泡含有率小于0.3％，半透明层气泡含有率为0.3％～0.6％的范围，不透明层气泡含有率大于0.6％。 如图1所示，以往的石英玻璃坩埚仅由透明层和不透明层构成(上图)，但本专利技术的石英玻璃坩埚至少由透明层、半透明层和不透明层构成(下图)。 本专利技术的石英玻璃坩埚由于具有上述透明层、半透明层和不透明层，故提高了石英玻璃坩埚的加热特性，对于从石英玻璃坩埚外侧进行加热时，可抑制坩埚内部熔融硅的局部温度偏差。其结果，例如即使制造直径为现状直径(300nm)的1.5倍的硅单晶时，也可制得均质的硅单晶。 透明层气泡含有率小于0.3％，优选气泡含有率为0.1％以下，更优选为0.05％以下。若坩埚壁体内表面附近内存气泡，则在提拉中内部气泡发生热膨胀，使坩埚内表面部分发生剥落，气泡或剥落的石英小片混入硅单晶中，使之多结晶化，单晶化成品率(单晶化率)降低。因此，本专利技术优选透明层气泡含有率尽量低。 半透明层气泡含有率为0.3％～0.6％范围，优选气泡含有率为0.35％～0.55％范围，更优选为0.4％～0.5％范围。 不透明层气泡含有率大于0.6％，优选气泡含有率为1.0％以上，更优选为3.0％以下。 关于透明层，例如，坩埚底部的厚度为例如0.5～10mm的范围。优选透明层坩埚底部的厚度为2～5mm的范围。 半透明层和不透明层的总厚度为，例如5～50mm的范围。半透明层和不透明层的总厚度优选为10～50mm的范围。但半透明层和不透明层的总厚度可根据石英玻璃坩埚的大小，考虑坩埚所必需的强度等进行适当决定。 半透明层和不透明层的厚度比例(半透明层∶不透明层)，例如为5∶95～95∶5的范围。半透明层和不透明层的厚度比例(半透明层∶不透明层)优选为15∶85～50∶50的范围，更优选20∶80～40∶60的范围。 如上所述，由于坩埚内侧部分的气泡在提拉硅单晶时会产生不良影响，因此，优选尽量少的气泡。相比之下，外周部分的气泡对提拉无影响，为了得到加热时的保温效果，索性使用不易传播红外线的不透明层。此外，由于不透明层对热扩散、传递均比透明层好，故具有可获得均匀温度分布的优点，因此，坩埚的外周侧部分由含许多气泡的不透明玻璃层形成。 但增大坩埚的直径时，为了维持坩埚的强度，则坩埚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石英玻璃坩埚，其为硅单晶提拉用石英玻璃坩埚，从坩埚内表面侧至外表面侧至少具有透明层、半透明层和不透明层，其中，透明层气泡含有率小于０．３％，半透明层气泡含有率为０．３％～０．６％的范围，不透明层气泡含有率大于０．６％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小玉真喜子，森川正树，
申请(专利权)人：日本超精石英株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]