[發(fā)明專利]氧化硅玻璃坩堝的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110445484.7
• 申請(qǐng)日: 2011-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN102531350A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 須藤俊明;鈴木江梨子
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 日本超精石英株式會(huì)社
• 主分類號(hào): C03B20/00
• 分類號(hào): C03B20/00;C30B15/10
• 代理公司: 深圳市維邦知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 44269
• 代理人: 王昌花

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于提拉單晶硅的氧化硅玻璃坩堝的制造方法。

背景技術(shù)

在單晶硅的制造中，通常采用的是使用氧化硅玻璃坩堝的切克勞斯基法(CZ法)。具體而言，向氧化硅玻璃坩堝內(nèi)部放入熔化多晶硅原料而得的硅熔液，然后將單晶硅的品種浸漬于其中，旋轉(zhuǎn)模具的同時(shí)慢慢提拉，以單晶硅的品種為核心使其生長(zhǎng)而制造單晶硅。

此時(shí)使用的氧化硅玻璃坩堝，這種坩堝具有由含有大量氣泡的外層和透明內(nèi)層構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)，通常以邊旋轉(zhuǎn)模具邊按照用電弧熔化方式對(duì)氧化硅粉層進(jìn)行熔化的成形法被制得(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。

眾所周知，在提拉單晶時(shí)，在氧化硅玻璃坩堝中與硅熔液接觸的內(nèi)表面的特性，不僅可左右單晶硅的特性，而且可最終影響硅晶片的成品率。

因此，會(huì)采用內(nèi)層由合成氧化硅玻璃構(gòu)成，外層由天然氧化硅玻璃的構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，而作為抑制單晶硅特性的偏差的對(duì)策。

然而，使用氧化硅玻璃坩堝熔化硅并提拉單晶時(shí)，有時(shí)硅熔液的液面會(huì)發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致以浸漬品種來(lái)進(jìn)行的配種(seeding)變得困難。因此，常常會(huì)出現(xiàn)不能提拉單晶硅，或者所謂單晶化受阻的熔液面振動(dòng)的問(wèn)題。該熔液面振動(dòng)(液面振動(dòng))現(xiàn)象隨著硅晶體的大口徑化變得更容易發(fā)生。因此，越來(lái)越需要改善氧化硅玻璃坩堝的內(nèi)表面的特性。

針對(duì)該需要，在專利文獻(xiàn)2中提出了使用在暴露于SiO₂蒸汽之后的減量為0.013g以下的坩堝的方法，不過(guò)該方法也未能充分改善坩堝內(nèi)表面的特性。

并且，隨著φ300mm以上，φ450mm左右的晶片出現(xiàn)，相應(yīng)地要求單晶硅的大口徑化，從而導(dǎo)致單晶提拉工作的長(zhǎng)時(shí)間化，坩堝內(nèi)表面會(huì)長(zhǎng)時(shí)間接觸于1400℃以上的硅熔液，因而在氧化硅玻璃坩堝中凸顯出如下的問(wèn)題。

即，由于提拉的長(zhǎng)時(shí)間化，坩堝內(nèi)表面與硅熔液的接觸時(shí)間也會(huì)變得很長(zhǎng)，坩堝內(nèi)表面與硅熔液反應(yīng)，在坩堝內(nèi)表面的表面位置或者靠近表面的淺層中發(fā)生結(jié)晶化而出現(xiàn)環(huán)狀的褐色白硅石(以下，將環(huán)狀的白硅石稱為“褐色環(huán)”)。該褐色環(huán)內(nèi)或者不存在白硅石層，或者即使存在也為薄層，但隨著操作時(shí)間的延長(zhǎng)，褐色環(huán)的面積會(huì)擴(kuò)大，互相融合并繼續(xù)生長(zhǎng)，最終侵蝕坩堝中心部位，形成不規(guī)則的玻璃熔出面。

如果從該玻璃熔出面脫落微量玻璃片，則會(huì)容易引起單晶硅的錯(cuò)位，阻礙提拉單晶時(shí)的成品率(收獲率)。尤其，在對(duì)用于制造φ300mm以上的大口徑晶片的單晶硅進(jìn)行生長(zhǎng)時(shí)，需要進(jìn)行超過(guò)100小時(shí)的CZ法的操作，即容易出現(xiàn)上述玻璃熔出面。

可以認(rèn)為上述褐色環(huán)以玻璃表面微小的破損或者原料氧化硅粉末的未完全溶解的品質(zhì)殘留部分、玻璃結(jié)構(gòu)的缺陷等為核心而發(fā)生，為減少其數(shù)量，可想到保持玻璃表面良好的狀態(tài)，或者通過(guò)進(jìn)行氧化硅玻璃坩堝制造工序中的熔化的高溫化、長(zhǎng)時(shí)間化來(lái)減少品質(zhì)殘留成分的做法。并且，如專利文獻(xiàn)3、4所述，作為形成內(nèi)表面的原料氧化硅粉末可考慮采用非品質(zhì)的合成粉。

由非品質(zhì)的合成粉制得的合成氧化硅玻璃中的雜質(zhì)含量極少，其具有降低發(fā)生褐色環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。然而，與內(nèi)層由天然氧化硅玻璃組成的坩堝相比，內(nèi)層由合成氧化硅玻璃組成的坩堝在熔化多晶硅時(shí)，還存在熔液表面振動(dòng)的缺點(diǎn)。此種振動(dòng)尤其常見于從配種(seeding)到肩部形成時(shí)，單晶主體部前半部分的初期提拉工序中。因此，有時(shí)會(huì)因配種(seeding)工作需要時(shí)間，或者發(fā)生結(jié)晶紊亂、重新溶化、所謂“返回熔化”(Melt-back)的現(xiàn)象，從而會(huì)降低生產(chǎn)率。

[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2001-89171號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本公開專利特開2002-154894號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本授權(quán)專利第2811290號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4：日本授權(quán)專利第2933404號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問(wèn)題

針對(duì)上述硅熔化時(shí)的熔液面振動(dòng)或褐色環(huán)的發(fā)生，本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為在氧化硅玻璃坩堝的制造中，通過(guò)控制熔化部分的溫度，并形成內(nèi)層即可。

然而，在氧化硅玻璃坩堝的制造中，熔化部分的溫度有時(shí)會(huì)超過(guò)2000℃。操作中正確測(cè)量此種高溫的技術(shù)尚未被確立。并且，尚未發(fā)現(xiàn)在所謂“測(cè)量在電弧火焰的旁邊加熱熔化的被熔化物的表面溫度”的此種嚴(yán)酷的條件下進(jìn)行測(cè)量的溫度測(cè)量技術(shù)。況且，由于氧化硅玻璃不同于普通的材料，其無(wú)法清楚地觀測(cè)到玻璃化轉(zhuǎn)變，因此其溫度管理很難。

因此，在氧化硅玻璃坩堝的制造中，不容易掌握熔化溫度，因而很難控制。