[發(fā)明專利]氧化硅玻璃坩堝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110396970.4
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102485972A
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 須藤俊明;岸弘史;北原賢
• 申請（專利權(quán)）人: 日本超精石英株式會(huì)社
• 主分類號: C30B15/10
• 分類號: C30B15/10
• 代理公司: 上海波拓知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31264
• 代理人: 楊波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化硅玻璃坩堝。

背景技術(shù)

單晶硅一般可通過在硅熔液中浸漬晶種端部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并提升而得，而該硅熔液可通過在氧化硅玻璃坩堝中熔化高純度的多晶硅而得。

由于硅的熔點(diǎn)為1410℃，該硅熔液的溫度維持在該溫度以上。在該溫度下氧化硅玻璃坩堝和硅熔液反應(yīng)，而使坩堝的壁厚逐漸變薄。坩堝的壁厚變薄會(huì)導(dǎo)致坩堝的強(qiáng)度下降，因而會(huì)有所謂“發(fā)生坩堝壓曲或沉入”的問題出現(xiàn)。

為解決此問題，研究出了通過在坩堝外層設(shè)置促進(jìn)結(jié)晶化的層使坩堝外層結(jié)晶化，從而提高坩堝強(qiáng)度的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。通過設(shè)置這樣的層，在長時(shí)間加熱坩堝時(shí)會(huì)使坩堝外層結(jié)晶化。由于氧化硅結(jié)晶單位厚度的強(qiáng)度高于玻璃，結(jié)晶化能夠提高單位厚度的坩堝壁的強(qiáng)度，能夠抑制發(fā)生坩堝的壓曲和沉入。

[背景技術(shù)文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

專利文獻(xiàn)1：日本公開專利特開2000-247778號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題

以往的氧化硅玻璃坩堝一般用于提拉一根硅錠，而且提拉結(jié)束后由于無法再利用而被廢棄(這樣的提拉被稱為“單次提拉”)。然而，近幾年為了降低硅錠成本，提拉一根硅錠之后，通過在坩堝被冷卻之前再次填充并熔化多晶硅，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行第2根及其之后更多根硅錠的提拉。此種用一個(gè)氧化硅玻璃坩堝提拉多根硅錠的工藝被稱作“多次提拉”。

由專利文獻(xiàn)1的技術(shù)可知，外層形成了譬如厚度為4mm的Al添加石英層，如果只是進(jìn)行單次提拉的話，此程度的厚度能有效地抑制坩堝的壓曲和沉入的發(fā)生。然而在多次提拉的情況下，由于坩堝暴露于高溫環(huán)境下的時(shí)間更長，坩堝的壁厚變薄和軟化更加明顯，此時(shí)專利文獻(xiàn)1中的技術(shù)無法有效抑制坩堝壓曲和沉入的發(fā)生，因而需要進(jìn)一步提高坩堝的強(qiáng)度。

由專利文獻(xiàn)1技術(shù)可知，如果使外層的Al添加石英層更厚，外層形成的結(jié)晶層也會(huì)相應(yīng)變厚，從而使坩堝的強(qiáng)度提高。然而如果結(jié)晶層變厚，坩堝就容易出現(xiàn)裂縫，如果坩堝出現(xiàn)裂縫，內(nèi)部的高溫硅熔液就會(huì)從坩堝流出損壞周圍所有夾具。因此，很難通過使外層的結(jié)晶層變厚來提高坩堝的強(qiáng)度。

本發(fā)明鑒于上述情況提供了一種氧化硅玻璃坩堝，該坩堝能夠抑制氧化硅玻璃坩堝壓曲和沉入并且不容易出現(xiàn)裂縫。

解決課題的手段

本發(fā)明提供一種用于提拉單晶硅的氧化硅玻璃坩堝，該坩堝的壁由內(nèi)側(cè)至外側(cè)具備：由天然氧化硅玻璃或合成氧化硅玻璃組成的未摻雜的內(nèi)面層，以及分散有含礦化元素的島狀區(qū)域的礦化元素偏在氧化硅玻璃層(以下，稱為“礦化元素偏在層”)；上述島狀區(qū)域的玻璃和其周邊區(qū)域的玻璃，或者是摻雜礦化元素的天然氧化硅玻璃和未摻雜的合成氧化硅玻璃的組合，或者是摻雜礦化元素的合成氧化硅玻璃和未摻雜的天然氧化硅玻璃的組合；上述內(nèi)面層由與上述島狀區(qū)域的玻璃不同種類的玻璃制成。

本發(fā)明的坩堝在未摻雜的內(nèi)面層外側(cè)具備礦化元素偏在層，在該礦化元素偏在層內(nèi)分散有含礦化元素的島狀區(qū)域。

在為提拉硅錠而對坩堝進(jìn)行加熱時(shí)，礦化元素有促進(jìn)坩堝的玻璃層結(jié)晶化的作用。礦化元素均勻地分散于玻璃層內(nèi)部時(shí)，玻璃層整體發(fā)生結(jié)晶化。由于結(jié)晶相比玻璃較難變形，因此如果玻璃層整體結(jié)晶化，坩堝容易出現(xiàn)裂縫。

由于在本發(fā)明中的礦化元素偏在層內(nèi)分散有含礦化元素的島狀區(qū)域，因此，在此層中存在著礦化元素濃度高的部位和實(shí)質(zhì)上不含礦化元素的部位。由于實(shí)質(zhì)上不含礦化元素的部位玻璃結(jié)晶化的速度非常緩慢，因此從礦化元素的濃度高的部位開始的結(jié)晶化很難蔓延至不實(shí)質(zhì)含礦化元素的部位。其結(jié)果，玻璃層內(nèi)的結(jié)晶呈島狀。在此種構(gòu)成中，由于相鄰島狀結(jié)晶之間存在玻璃，能夠抑制在施加應(yīng)力時(shí)玻璃的部分變形使坩堝形成裂縫。

島狀區(qū)域的玻璃和其周邊區(qū)域的玻璃是摻雜礦化元素的天然氧化硅玻璃和未摻雜礦化元素的合成氧化硅玻璃的組合。島狀區(qū)域的玻璃和其周邊區(qū)域的玻璃均為天然氧化硅玻璃，或者均為合成氧化硅玻璃時(shí)，由島狀區(qū)域開始的結(jié)晶化擴(kuò)散至周邊區(qū)域，最終使礦化元素偏在層整體結(jié)晶化；不過如果島狀區(qū)域的玻璃與其周邊區(qū)域的玻璃種類不同(一方為合成氧化硅玻璃，另一方為天然氧化硅玻璃)，由島狀區(qū)域開始的結(jié)晶化幾乎不會(huì)蔓延至其周邊區(qū)域。

并且，未摻雜的內(nèi)面層實(shí)質(zhì)上并不含礦化元素，而且，由種類不同于上述島狀區(qū)域的玻璃構(gòu)成。因此，由礦化元素偏在層開始的結(jié)晶化不會(huì)蔓延至內(nèi)面層污染硅熔液。

如上，根據(jù)本發(fā)明，提供一種能夠抑制氧化硅玻璃坩堝壓曲和沉入并且不容易出現(xiàn)裂縫的氧化硅玻璃坩堝。