硅单晶提拉用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，其可以在短时间内熔融硅原料，且可以借由不透明石英玻璃层随时间经过的状态变化而使硅单晶的制造良率提高。本发明专利技术的石英玻璃坩埚包括：设置在外表面侧的含有多个气泡的不透明石英玻璃层１１、及设置在内表面侧的实质上不含气泡的透明石英玻璃层１２。不透明石英玻璃层１１所含的气泡的直径分布为：具有１０～３０μｍ的直径的气泡为１０％以上且小于３０％，具有４０～９０μｍ的直径的气泡为４０％以上且小于８０％，具有９０μｍ以上的直径的气泡为１０％以上且小于３０％。不透明石英玻璃层１１中的相对较小的气泡从提拉步骤的初期阶段起即有助于坩埚的传热性，相对较大的气泡借由经过长时间的提拉步骤而膨胀，在提拉步骤的后半期大大有助于坩埚的保温性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种硅单晶提拉用石英玻璃坩埚，特别是涉及一种石英玻璃坩埚的不 透明石英玻璃层的结构。
技术介绍
制造硅单晶时使用石英玻璃坩埚。在直拉法(CZ法，Czochralski method)中，将 多晶硅(polysilicon)装入到石英玻璃坩埚中进行加热熔融，然后将籽晶浸渍到此硅熔融 液中，一边使坩埚旋转一边缓缓提拉籽晶而使单晶成长。为了制造半导体元件用的高纯度 的硅单晶，要求硅单晶不会因石英玻璃坩埚所含的杂质熔出而受到污染，另外，也需要使坩 埚具有充分的热容量以容易控制坩埚内的硅熔融液的温度。因此，目前优选使用包括外层 及内层的双层结构的石英玻璃坩埚，所述外层含有多个微小气泡且为不透明，所述内层不 含气泡且为透明(参看专利文献1)。另外，也使用如下双层结构的石英玻璃坩埚利用天 然石英来形成坩埚的外层从而提高坩埚在高温下的强度，另一方面，利用合成石英来形成 与硅熔融液接触的坩埚的内层从而防止杂质混入(参看专利文献2)。另外，为了提高单晶 化率，也提出了如下的石英玻璃坩埚使侧壁部的透明玻璃层的气泡含有率为0.5%以下， 使底部的透明玻璃层的气泡含有率为更低的0. 01%以下(参看专利文献3)。日本专利特开平1-197381号公报日本专利特开平1-261293号公报日本专利特开平6-191986号公报
技术实现思路
以往的石英玻璃坩埚构成为使不透明石英玻璃层所含的气泡的直径大致均勻，且 将气泡含有率也尽可能地控制为固定值。但是，在这样的构成下，存在因为在硅单晶的提拉 初期坩埚的红外线透射率(传热性)较低，所以坩埚内的硅原料的熔融较为耗费时间的问 题。另外，存在因为在提拉步骤的后半期红外线透射率相对较高，所以热容易逸散，保温性 变得不充分，难以控制已减少的硅熔融液的温度。如果硅熔融液的温度不稳定，则有硅单晶 的制造良率下降的问题。本专利技术解决了所述课题，本专利技术的目的在于提供一种硅单晶提拉用石英玻璃坩 埚，可以在短时间内熔融硅原料，并且可以借由不透明石英玻璃层随时间经过的状态变化 而提高硅单晶的制造良率。为了解决所述课题，本专利技术的硅单晶提拉用石英玻璃坩埚的特征在于包括侧壁 部、弯曲部及底部，且包括设置在坩埚内表面侧的实质上不含气泡的透明石英玻璃层、及设 置在坩埚外表面侧的内含多个气泡的不透明石英玻璃层，所述透明石英玻璃层的气泡含 有率为0. 以下，所述不透明石英玻璃层的气泡含有率大于所述透明石英玻璃层的气泡含有率，所述不透明石英玻璃层所含的气泡的直径分布为具有小于40 y m的直径的气泡 为10%以上且小于30%，具有40 ii m以上且小于90 ii m的直径的气泡为40%以上且小于 80%，具有90 iim以上的直径的气泡为10%以上且小于30%。根据本专利技术，不透明石英玻璃层所含的相对较小的气泡从提拉步骤的初期阶段起 即有助于坩埚的传热性，另外，不透明石英玻璃层所含的相对较大的气泡借由经过长时间 的提拉步骤而膨胀，在提拉步骤的后期阶段中大大有助于坩埚的保温性。也就是说，在坩埚 内有多个硅熔融液的硅单晶提拉步骤的初期阶段，借由含有多个相对较小的气泡，可以构 成为红外线透射率较高、热输入非常容易的坩埚，而在硅熔融液不断减少的提拉步骤的后 半期，可以提供保温性提高的石英玻璃坩埚。在本专利技术中，所述不透明石英玻璃层所含的气泡的直径分布优选的是，小于40 ym 的气泡的直径分布与90 y m以上的气泡的直径分布的差小于10%，特别优选的是小于5%。 若两者的差小于10%，则相对较小的气泡与较大气泡的存在比率的平衡较好，可以提供提 拉初期的热输入性及提拉后半期的保温性两方面均良好的坩埚。进而，若两者的差小于 5 %，则可以提供所述两个作用更稳定的坩埚。在本专利技术中，坩埚上部的所述不透明石英玻璃层优选的是，与坩埚下部的所述不 透明石英玻璃层相比具有含有更多直径较大的气泡的直径分布，并且具有更高的气泡含有 率。另外，在本专利技术中，侧壁部的所述不透明石英玻璃层可以与底部的所述不透明石英玻璃 层相比具有含有更多直径较大的气泡的直径分布，并且具有更高的气泡含有率。进而，所述 不透明石英玻璃层可以随着从底部朝向侧壁部而具有含有更多直径较大的气泡的直径分 布，并且具有更高的气泡含有率。无论是哪一种构成，坩埚上方的不透明石英玻璃层均含有 多个相对较大的气泡，因此可以实现坩埚上部的轻量化，从而可以防止坩埚翻倒或屈曲等 变形。根据本专利技术，可以提供一种硅单晶提拉用石英玻璃坩埚，其可以在短时间内熔融 硅原料，并且可以借由不透明石英玻璃层随时间经过的状态变化而提高硅单晶的制造良率。附图说明图1是表示本专利技术第1实施方式的硅单晶提拉用石英玻璃坩埚的结构的概略截面 图。图2是表示本专利技术第2实施方式的硅单晶提拉用石英玻璃坩埚的结构的概略截面 图。图3是表示本专利技术第3实施方式的硅单晶提拉用石英玻璃坩埚的结构的概略截面 图。图4是表示不透明石英玻璃层11的气泡直径分布的曲线图，图4(a)表示使用坩 埚前坩埚上部的气泡直径分布，图4(b)表示使用坩埚前坩埚下部的气泡直径分布，图4(c) 表示使用坩埚后坩埚上部的气泡直径分布，图4(d)表示使用坩埚后坩埚下部的气泡直径 分布。410石英玻璃坩埚10A坩埚的侧壁部10B坩埚的底部10C坩埚的弯曲部11不透明石英玻璃层11a第1不透明石英玻璃层lib第2不透明石英玻璃层12透明石英玻璃层20石英玻璃坩埚30石英玻璃坩埚具体实施例方式以下，一边参看随附图式一边对本专利技术的优选实施方式进行详细说明。图1是表示本专利技术第1实施方式的硅单晶提拉用石英玻璃坩埚的结构的概略截面 图。如图1所示，本实施方式的石英玻璃坩埚10为双层结构，包括构成外层的不透明 石英玻璃层11、及构成内层的透明石英玻璃层12。不透明石英玻璃层11是内含多个微小气泡的非晶质二氧化硅玻璃层。本说明书 中所谓的“不透明”，是指石英玻璃中存在多个气泡而表观上为白浊的状态。不透明石英玻 璃层11发挥将来自于配置在坩埚外周的加热器(heater)的热均勻地传导给石英玻璃坩埚 中的硅熔融液的作用。不透明石英玻璃层11由于热容量大于透明石英玻璃层12，因此可以 容易地控制硅熔融液的温度。不透明石英玻璃层11的气泡含有率只要大于透明石英玻璃层12的气泡含有率， 并且可以发挥其功能则并无特别限定，优选的是大于0. 且为5.0%以下。其原因在于， 若不透明石英玻璃层11的气泡含有率为0. 以下，则不能发挥出不透明石英玻璃层11的 功能，特别是提拉前半期的保温性变得不充分。另外，若不透明石英玻璃层11的气泡含有 率超过5.0%，则由于气泡膨胀而导致坩埚变形的可能性较高，单晶化率可能下降，而且提 拉前半期的传热性变得不充分。不透明石英玻璃层11的气泡含有率特别优选的是1.0% 以上且4.0%以下。若为1.0%以上且4.0%以下，则可以进一步防止坩埚变形，而且可以 进一步提高提拉前半期的传热性。不透明石英玻璃层的气泡含有率可以借由比重测定来求 出。从坩埚上切割出单位体积(1cm3)的不透明石英玻璃片，将此不透明石英玻璃片的质量 设为A，且设不含气泡的石英玻璃的比重B = 2.21g/cm3时，气泡含有率P(%)为P= (1_A/ B) XlOOo不透明石英玻璃层11优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅单晶提拉用石英玻璃坩埚，其特征在于：　　包括侧壁部、弯曲部及底部，且包括设置在坩埚内表面侧的透明石英玻璃层、及设置在坩埚外表面侧的内含多个气泡的不透明石英玻璃层，　　所述透明石英玻璃层的气泡含有率为０．１％以下，所述不透明石英玻璃层的气泡含有率大于所述透明石英玻璃层的气泡含有率，　　所述不透明石英玻璃层所含的气泡的直径分布为：具有小于４０μｍ的直径的气泡为１０％以上且小于３０％，具有４０μｍ以上且小于９０μｍ的直径的气泡为４０％以上且小于８０％，具有９０μｍ以上的直径的气泡为１０％以上且小于３０％。

【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，岸弘史，神田稔，
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]