[发明专利]用于生产硅石坩埚的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产用于在硅单晶体(silicon single crystal)的 提拉(pulling)中使用的玻璃状硅石(vitreous silica)(硅石玻璃(silica  glass))的坩埚的备，尤其涉及一种用于生产适合于在电弧加热期间在坩埚 的外壁部分上形成半熔化态的烧结层(sintered layer)的硅石坩埚的设备。

背景技术

在硅单晶体的提拉中，使用硅石坩埚，其中放置着硅熔体(silicon melt)。 在硅石坩埚中，内壁部分(内表面层)与硅熔体接触且由实质上不含有气泡(air  bubble)的硅石玻璃层构成，而外壁部分(外表面层)由含有许多气泡的烧结 层构成，所述气泡用于散发外部辐射的热量以均匀地传递到模具内部。

常规上已知一种旋转模具方法，其作为生产硅石坩埚的方法。此生产方法 是以下方法：通过从模具的间隔侧(spacing side)进行加热使沉积到旋转模 具的内面上的硅石粉末成玻璃状，以生产坩埚。在此情况下，通过在热熔化期 间在减小的压力下从模具的所述侧吸取硅石粉末的沉积层中的空气，以实行用 于移除沉积层中的气泡的真空处理(vacuuming)，而形成由实质上不含有气泡 的硅石玻璃层制成的内壁部分(例如，见JP-A-S56-149333和 JP-A-H01-148782)。

最近，随着坩埚的大小变大，坩埚在提拉期间的温度趋向于较高。随着坩 埚温度升高，玻璃的粘性减小，且会担心使用中使坩埚变形。作为对策，已知 一种方式：将玻璃结晶加速器(glass crystallization accelerator)应用到 坩埚表面上或使其包含在坩埚表面中以使形成坩埚的玻璃在高温下结晶，借此 增强坩埚的强度。

举例来说，JP-A-H08-2932揭示将结晶加速器(碱金属、碱土金属或类似 物)应用到硅石坩埚的内壁部分的表面上，或使结晶加速器包含在内壁部分中， 以便将结晶加速器用作核心(nucleus)使坩埚的内壁部分迅速结晶。而且， Jp-A-H11-199370揭示玻璃状硅石层，其是通过在由硅石玻璃(侧部外壁部分) 制成的内壁部分的较低侧上形成含有结晶加速器的层而获得，以便防止结晶加 速器与硅熔体接触。此外，JP-A-2003-95678揭示将结晶加速器附着在坩埚的 外壁部分以及内壁部分上以增强坩埚的内壁部分的尺寸稳定性。

然而，当将结晶加速器应用在坩埚的内壁部分的表面上时，会担心结晶加 速器由于与硅熔体接触而并入到硅熔体中而增加了硅单晶体中的杂质浓度。另 一方面，当将结晶加速器应用在坩埚的外壁部分的表面上时，由于结晶加速器 在提拉期间处于与和坩埚一起安装的碳容器接触的状态，所以碳在较高温度下 与结晶加速器反应以产生气体，所述气体可能使硅单晶体的质量恶化。此外， 当使结晶加速器包含到坩埚的玻璃中时，需要在生产坩埚的过程中采取措施将 结晶加速器并入到硅石或石英粉(quartz powder)中，其使坩埚的生产变复杂。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种用于生产硅石坩埚的设备， 其中可通过达到碳模具的优化(optimization)，而使在硅石坩埚的生产(电 弧加热)期间处于半熔化状态(semi-molten state)并在较高温度下结晶以增 加强度的烧结层有效地形成在硅石坩埚的外表面(外壁部分)上。此外，本文 所使用的术语“烧结层”是当硅石坩埚由由硅石玻璃层制成的内表面(内壁部 分)以及由处于烧结硅石或石英粉的状态的烧结层制成的外表面(外壁部分) 两层构成时的烧结层，且意味着晶体层保持在烧结层中所存在的微粒形式的内 部且微粒形式的表面部分为非晶的状态。顺便提一句，如通过X射线衍射方法 (X-ray diffraction method)在坩埚的生产过程中留下的硅石玻璃层、烧结 层以及硅石或石英粉层上测量到的X射线强度为以下次序：硅石或石英粉层＞ 烧结层＞硅石玻璃层。

为了实现以上目的，本发明的概要和构成如下：

(1)一种用于生产硅石坩埚的设备，其包括用于通过旋转模具方法 (rotating mold method)生产硅石坩埚的碳模具，所述设备的特征在于，碳 模具整体上具有不小于70W/(m·K)且不大于125W/(m·K)的导热性。