[发明专利]单晶硅提拉用氧化硅玻璃坩埚及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于作为半导体材料的单晶硅的提拉的氧化硅玻璃坩埚。

背景技术

作为半导体材料的单晶硅，在氧化硅玻璃坩埚内利用外侧的碳制加热器将多晶硅加热到约1450～1600℃的温度，最近通过减压化且利用切克劳斯基法(CZ法)提拉而制造。闪速存储器、DRAM快速向低价格化发展，出于回应该要求的目的，单晶硅的直径当从前主流的300mmΦ转移到大型尺寸的400～450mmΦ。与此同时，为了能够制造直径大的单晶硅，氧化硅玻璃坩埚的口径也从约600mm转移到700mm以上的大口径尺寸。随着氧化硅玻璃坩埚的口径变大，从配置在氧化硅玻璃坩埚外侧的加热器到单晶硅中心为止的距离越来越远。例如，当口径从约600mm转移到700mm时，从加热器到单晶中心会远离50mm以上。进而，约1420℃的硅熔液的量也随着氧化硅玻璃坩埚的口径变大而增加。例如，直径约1000mm的坩埚，是重量约120kg的氧化硅玻璃制的容器，这里收纳的硅熔液的质量为900kg以上。即，提拉单晶硅时，坩埚中会收纳900kg以上的约1420℃的硅熔液。

如果从加热器到单晶硅中心的距离增加，则碳制加热器使多晶硅熔化到温度约1450～1600℃的量的增加，会导致加到氧化硅玻璃坩埚的温度的高温化和提拉时间的长时间化。例如，氧化硅玻璃的软化点为1200～1300℃左右，与之相对，单晶硅的提拉温度为约1420℃，以超出氧化硅玻璃的软化点的非常高的温度进行单晶提拉。氧化硅玻璃坩埚是用碳基座来保持的。如果没有碳基座，氧化硅玻璃坩埚会因自重而产生压曲，或引起如发生内倾的变形。此外，还有提拉时间达到2星期以上的情况。在这样的长时间的高温环境下，出现氧化硅玻璃坩埚变形等的问题。通常，氧化硅玻璃坩埚在结束1次的CZ单晶提拉后，要报废。

专利文献1中公开了一种高强度石英玻璃坩埚，其在坩埚的内表面及外表面形成结晶玻璃层，从而强化了坩埚的抗高热性，并且在长时间的单晶硅提拉过程中不会出现变形。

专利文献2中公开了一种石英玻璃坩埚，含有作为结晶促进剂的Al，以使浓度从坩埚的外表面到内表面减少，防止了单晶的Al污染并且抑制了高热时的坩埚变形。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10－203893号公报

专利文献2：日本特开2000－247778号公报

发明要解决的课题

然而，专利文献1的方法中，在CZ单晶提拉过程中难以均匀地形成结晶玻璃层，因此结晶玻璃层的结晶度及厚度变得不均匀，会在坩埚中发生强度不匀。其结果，在单晶硅提拉过程中坩埚的形状会引起压曲，或者引起内倾。特别是，在大型的氧化硅玻璃坩埚中，结晶玻璃层的形成花费时间，难以形成均匀的层。此外，结晶玻璃层的形成是在坩埚制造后进行的，因此存在制造时间和成本增加的问题。

专利文献2的坩埚中，只是提高了坩埚外表面侧的耐久性，坩埚内表面侧的耐久性不会提高，在长时间的单晶硅提拉中，有时在坩埚内表面侧出现压曲或内倾。此外，坩埚内表面侧的Al为低浓度，但难以实质地防止对单晶硅的污染。

因而，在现有技术所涉及的强化氧化硅玻璃坩埚中，难以抑制单晶硅提拉中的氧化硅玻璃坩埚的压曲、内倾，并且难以防止单晶硅的成品率下降。以往，内表面的残留压缩应力或拉伸应力的界面明确，从未考虑CZ单晶提拉中内部残留应力的结构再排列。

本发明鉴于这种情况而构思，目的在于提供一种氧化硅玻璃坩埚及其制造方法，即便在长时间的高温条件下使用，也能抑制压曲、内倾的变形。

发明内容