[發明專利]硅單晶提拉用石英玻璃坩堝

有效

• 申請號: 201010143526.7
• 申請日: 2010-03-25
• 公開（公告）號: CN101857969A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 小玉真喜子;岸弘史;神田稔
• 申請（專利權）人: 日本超精石英株式會社
• 主分類號: C30B15/10
• 分類號: C30B15/10
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 沈錦華

技術領域

本發明涉及一種硅單晶提拉用石英玻璃坩堝，特別是涉及一種石英玻璃坩堝的不透明石英玻璃層的結構。

背景技術

制造硅單晶時使用石英玻璃坩堝。在直拉法(CZ法，Czochralski?method)中，將多晶硅(polysilicon)裝入到石英玻璃坩堝中進行加熱熔融，然后將籽晶浸漬到此硅熔融液中，一邊使坩堝旋轉一邊緩緩提拉籽晶而使單晶成長。為了制造半導體元件用的高純度的硅單晶，要求硅單晶不會因石英玻璃坩堝所含的雜質熔出而受到污染，另外，也需要使坩堝具有充分的熱容量以容易控制坩堝內的硅熔融液的溫度。因此，目前優選使用包括外層及內層的雙層結構的石英玻璃坩堝，所述外層含有多個微小氣泡且為不透明，所述內層不含氣泡且為透明(參看專利文獻1)。另外，也使用如下雙層結構的石英玻璃坩堝：利用天然石英來形成坩堝的外層從而提高坩堝在高溫下的強度，另一方面，利用合成石英來形成與硅熔融液接觸的坩堝的內層從而防止雜質混入(參看專利文獻2)。另外，為了提高單晶化率，也提出了如下的石英玻璃坩堝：使側壁部的透明玻璃層的氣泡含有率為0.5％以下，使底部的透明玻璃層的氣泡含有率為更低的0.01％以下(參看專利文獻3)。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平1-197381號公報

[專利文獻2]日本專利特開平1-261293號公報

[專利文獻3]日本專利特開平6-191986號公報

發明內容

以往的石英玻璃坩堝構成為使不透明石英玻璃層所含的氣泡的直徑大致均勻，且將氣泡含有率也盡可能地控制為固定值。但是，在這樣的構成下，存在因為在硅單晶的提拉初期坩堝的紅外線透射率(傳熱性)較低，所以坩堝內的硅原料的熔融較為耗費時間的問題。另外，存在因為在提拉步驟的后半期紅外線透射率相對較高，所以熱容易逸散，保溫性變得不充分，難以控制已減少的硅熔融液的溫度。如果硅熔融液的溫度不穩定，則有硅單晶的制造良率下降的問題。

本發明解決了所述課題，本發明的目的在于提供一種硅單晶提拉用石英玻璃坩堝，可以在短時間內熔融硅原料，并且可以借由不透明石英玻璃層隨時間經過的狀態變化而提高硅單晶的制造良率。

為了解決所述課題，本發明的硅單晶提拉用石英玻璃坩堝的特征在于：包括側壁部、彎曲部及底部，且包括設置在坩堝內表面側的實質上不含氣泡的透明石英玻璃層、及設置在坩堝外表面側的內含多個氣泡的不透明石英玻璃層，所述透明石英玻璃層的氣泡含有率為0.1％以下，所述不透明石英玻璃層的氣泡含有率大于所述透明石英玻璃層的氣泡含有率，所述不透明石英玻璃層所含的氣泡的直徑分布為：具有小于40μm的直徑的氣泡為10％以上且小于30％，具有40μm以上且小于90μm的直徑的氣泡為40％以上且小于80％，具有90μm以上的直徑的氣泡為10％以上且小于30％。

根據本發明，不透明石英玻璃層所含的相對較小的氣泡從提拉步驟的初期階段起即有助于坩堝的傳熱性，另外，不透明石英玻璃層所含的相對較大的氣泡借由經過長時間的提拉步驟而膨脹，在提拉步驟的后期階段中大大有助于坩堝的保溫性。也就是說，在坩堝內有多個硅熔融液的硅單晶提拉步驟的初期階段，借由含有多個相對較小的氣泡，可以構成為紅外線透射率較高、熱輸入非常容易的坩堝，而在硅熔融液不斷減少的提拉步驟的后半期，可以提供保溫性提高的石英玻璃坩堝。

在本發明中，所述不透明石英玻璃層所含的氣泡的直徑分布優選的是，小于40μm的氣泡的直徑分布與90μm以上的氣泡的直徑分布的差小于10％，特別優選的是小于5％。若兩者的差小于10％，則相對較小的氣泡與較大氣泡的存在比率的平衡較好，可以提供提拉初期的熱輸入性及提拉后半期的保溫性兩方面均良好的坩堝。進而，若兩者的差小于5％，則可以提供所述兩個作用更穩定的坩堝。

在本發明中，坩堝上部的所述不透明石英玻璃層優選的是，與坩堝下部的所述不透明石英玻璃層相比具有含有更多直徑較大的氣泡的直徑分布，并且具有更高的氣泡含有率。另外，在本發明中，側壁部的所述不透明石英玻璃層可以與底部的所述不透明石英玻璃層相比具有含有更多直徑較大的氣泡的直徑分布，并且具有更高的氣泡含有率。進而，所述不透明石英玻璃層可以隨著從底部朝向側壁部而具有含有更多直徑較大的氣泡的直徑分布，并且具有更高的氣泡含有率。無論是哪一種構成，坩堝上方的不透明石英玻璃層均含有多個相對較大的氣泡，因此可以實現坩堝上部的輕量化，從而可以防止坩堝翻倒或屈曲等變形。

[發明的效果]