[发明专利]氧化硅玻璃坩埚的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提拉单晶硅的氧化硅玻璃坩埚的制造方法。

背景技术

在单晶硅的制造中，通常采用的是使用氧化硅玻璃坩埚的切克劳斯基法(CZ法)。具体而言，向氧化硅玻璃坩埚内部放入熔化多晶硅原料而得的硅熔液，然后将单晶硅的品种浸渍于其中，旋转模具的同时慢慢提拉，以单晶硅的品种为核心使其生长而制造单晶硅。

此时使用的氧化硅玻璃坩埚，这种坩埚具有由含有大量气泡的外层和透明内层构成的双层结构，通常以边旋转模具边按照用电弧熔化方式对氧化硅粉层进行熔化的成形法被制得(例如，参照专利文献1)。

众所周知，在提拉单晶时，在氧化硅玻璃坩埚中与硅熔液接触的内表面的特性，不仅可左右单晶硅的特性，而且可最终影响硅晶片的成品率。

因此，会采用内层由合成氧化硅玻璃构成，外层由天然氧化硅玻璃的构成的结构，而作为抑制单晶硅特性的偏差的对策。

然而，使用氧化硅玻璃坩埚熔化硅并提拉单晶时，有时硅熔液的液面会发生波动，导致以浸渍品种来进行的配种(seeding)变得困难。因此，常常会出现不能提拉单晶硅，或者所谓单晶化受阻的熔液面振动的问题。该熔液面振动(液面振动)现象随着硅晶体的大口径化变得更容易发生。因此，越来越需要改善氧化硅玻璃坩埚的内表面的特性。

针对该需要，在专利文献2中提出了使用在暴露于SiO₂蒸汽之后的减量为0.013g以下的坩埚的方法，不过该方法也未能充分改善坩埚内表面的特性。

并且，随着φ300mm以上，φ450mm左右的晶片出现，相应地要求单晶硅的大口径化，从而导致单晶提拉工作的长时间化，坩埚内表面会长时间接触于1400℃以上的硅熔液，因而在氧化硅玻璃坩埚中凸显出如下的问题。

即，由于提拉的长时间化，坩埚内表面与硅熔液的接触时间也会变得很长，坩埚内表面与硅熔液反应，在坩埚内表面的表面位置或者靠近表面的浅层中发生结晶化而出现环状的褐色白硅石(以下，将环状的白硅石称为“褐色环”)。该褐色环内或者不存在白硅石层，或者即使存在也为薄层，但随着操作时间的延长，褐色环的面积会扩大，互相融合并继续生长，最终侵蚀坩埚中心部位，形成不规则的玻璃熔出面。

如果从该玻璃熔出面脱落微量玻璃片，则会容易引起单晶硅的错位，阻碍提拉单晶时的成品率(收获率)。尤其，在对用于制造φ300mm以上的大口径晶片的单晶硅进行生长时，需要进行超过100小时的CZ法的操作，即容易出现上述玻璃熔出面。

可以认为上述褐色环以玻璃表面微小的破损或者原料氧化硅粉末的未完全溶解的品质残留部分、玻璃结构的缺陷等为核心而发生，为减少其数量，可想到保持玻璃表面良好的状态，或者通过进行氧化硅玻璃坩埚制造工序中的熔化的高温化、长时间化来减少品质残留成分的做法。并且，如专利文献3、4所述，作为形成内表面的原料氧化硅粉末可考虑采用非品质的合成粉。

由非品质的合成粉制得的合成氧化硅玻璃中的杂质含量极少，其具有降低发生褐色环的优点。然而，与内层由天然氧化硅玻璃组成的坩埚相比，内层由合成氧化硅玻璃组成的坩埚在熔化多晶硅时，还存在熔液表面振动的缺点。此种振动尤其常见于从配种(seeding)到肩部形成时，单晶主体部前半部分的初期提拉工序中。因此，有时会因配种(seeding)工作需要时间，或者发生结晶紊乱、重新溶化、所谓“返回熔化”(Melt-back)的现象，从而会降低生产率。

[背景技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本公开专利特开2001-89171号公报

专利文献2：日本公开专利特开2002-154894号公报

专利文献3：日本授权专利第2811290号公报

专利文献4：日本授权专利第2933404号公报

发明内容

本发明所要解决的问题

针对上述硅熔化时的熔液面振动或褐色环的发生，本发明的发明人认为在氧化硅玻璃坩埚的制造中，通过控制熔化部分的温度，并形成内层即可。

然而，在氧化硅玻璃坩埚的制造中，熔化部分的温度有时会超过2000℃。操作中正确测量此种高温的技术尚未被确立。并且，尚未发现在所谓“测量在电弧火焰的旁边加热熔化的被熔化物的表面温度”的此种严酷的条件下进行测量的温度测量技术。况且，由于氧化硅玻璃不同于普通的材料，其无法清楚地观测到玻璃化转变，因此其温度管理很难。

因此，在氧化硅玻璃坩埚的制造中，不容易掌握熔化温度，因而很难控制。