[發(fā)明專(zhuān)利]石英玻璃坩堝及其制造方法、以及單晶硅的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280017986.2
• 申請(qǐng)日: 2012-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103459336A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 木村明浩;星亮二;三田村伸晃;鐮田洋之
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 信越半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C03B20/00
• 分類(lèi)號(hào): C03B20/00;C30B15/10;C30B29/06
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 張永康;向勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用直拉法所實(shí)行的單晶硅提拉中所使用的石英玻璃坩堝及其制造方法、以及使用這種石英玻璃坩堝的單晶硅的制造方法。

背景技術(shù)

在單晶硅的制造中，廣泛采用一種稱為直拉法（CZ(Czochralski)法）的方法。在利用該直拉法的單晶硅制造中，一般來(lái)說(shuō)，是向石英玻璃坩堝（也稱為石英坩堝）的內(nèi)部填充多晶硅（多結(jié)晶硅(polysilicon)），利用加熱而熔融后作為硅熔液，并在此硅熔液中浸漬籽晶后提拉，培養(yǎng)單晶硅錠。

以往，認(rèn)為在單晶硅的培養(yǎng)中，高溫下石英玻璃坩堝中含有的氣泡會(huì)膨脹，坩堝內(nèi)表面剝離從而單晶硅產(chǎn)生位錯(cuò)（例如，請(qǐng)參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1）；或石英玻璃坩堝表面由非晶體變?yōu)榉骄?cristobalite)，由于該方晶石的剝離而導(dǎo)致單晶硅產(chǎn)生位錯(cuò)（例如，請(qǐng)參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2）。

關(guān)于利用直拉法所實(shí)行的單晶硅的制造中，石英玻璃坩堝表面的方晶石化（結(jié)晶化），根據(jù)專(zhuān)利文獻(xiàn)3或?qū)＠墨I(xiàn)4，記載有“在結(jié)晶化的初期階段，以晶核為基點(diǎn)而點(diǎn)狀地產(chǎn)生結(jié)晶化，伴隨著單晶提拉的進(jìn)行，結(jié)晶化擴(kuò)大為環(huán)狀”；“通過(guò)這種結(jié)晶化的進(jìn)展現(xiàn)象，生成結(jié)晶化斑點(diǎn)。由于該結(jié)晶化斑點(diǎn)的外周部呈現(xiàn)茶色，所以，又稱為茶褐色斑點(diǎn)”；以及，“結(jié)晶化斑點(diǎn)，隨著單晶提拉時(shí)間，即，硅熔液與石英坩堝的內(nèi)表面直接接觸的時(shí)間經(jīng)過(guò)而增加，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間，結(jié)晶化斑點(diǎn)收斂變遷為一定密度”。并且，又記載有“此結(jié)晶化斑點(diǎn)一旦生成后即利用硅熔液開(kāi)始熔解，結(jié)晶化斑點(diǎn)的尺寸會(huì)漸漸變小”。

認(rèn)為如果坩堝中的堿金屬等雜質(zhì)濃度較高，就會(huì)促進(jìn)此石英玻璃坩堝表面的方晶石化。并且，考慮到對(duì)元件特性的影響，也是雜質(zhì)濃度較低為好。因此，要求石英玻璃坩堝中沒(méi)有氣泡和雜質(zhì)濃度較低。

作為無(wú)氣泡、且雜質(zhì)濃度也極低的合成石英玻璃的制造方法，可以列舉直接法和火焰水解法。直接法是指，通過(guò)在氫氧焰中水解四氯化硅(SiCl₄)等硅化合物，來(lái)使其直接沉積/玻璃化而合成的方法。此外，火焰水解法是指，利用如下程序制造合成石英玻璃的方法。首先，在相較于直接法為低溫的約1100℃中，通過(guò)在氫氧焰中水解四氯化硅(SiCl₄)等硅化合物，來(lái)合成多孔質(zhì)的硅石塊（粉末）；在氯化合物等適當(dāng)氣體中對(duì)其進(jìn)行熱處理并去除水分；最后，在約1500℃以上的溫度中，一邊使其旋轉(zhuǎn)一邊降低粉末，自下端開(kāi)始依次加熱，進(jìn)行玻璃化（請(qǐng)參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)1）。

如果使用這些合成石英玻璃制作石英玻璃坩堝，可以防止單晶硅產(chǎn)生位錯(cuò)，但存在坩堝自身的耐熱性（又稱為耐熱變形性、耐變形性）較低（即，在高溫下易變形）的問(wèn)題。作為解決此耐熱性問(wèn)題的方法，可以列舉例如：方法(1)，粉碎由硅烷化合物所合成的合成石英玻璃，在真空下加熱熔融，成型為坩堝（專(zhuān)利文獻(xiàn)5）；及，方法(2)，使利用硅烷化合物的直接火焰法制造的、氫分子含量為1×10¹⁷molecules/cm³以上的合成石英玻璃構(gòu)件，經(jīng)過(guò)粉碎、粒度調(diào)整、及清洗的各步驟，成為合成石英玻璃粉后，在真空下以1500～1900℃電熔并成型（專(zhuān)利文獻(xiàn)6）。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)5的方法中，粉碎合成石英玻璃，規(guī)定此時(shí)的粒度為600μm以下，通過(guò)以10^-1Torr、1500～1900℃將其真空加熱熔融，來(lái)降低羥基/氯的含量，可以制作耐熱性良好的合成石英玻璃坩堝。由于是真空加熱熔融，因此在坩堝內(nèi)無(wú)1mm以上的氣泡。其相較于利用通常的電弧熔融法所制造的石英玻璃坩堝的氣泡等級(jí)（例如，1個(gè)坩堝有3個(gè)左右1～2mm的氣泡，無(wú)2mm以上的氣泡），更為良好。還有，電弧熔融法是指，將原料粉供給至旋轉(zhuǎn)中的模具內(nèi)，形成坩堝狀的原料粉體層，自其內(nèi)側(cè)電弧放電加熱并熔融來(lái)制造石英玻璃坩堝的方法（例如，請(qǐng)參照專(zhuān)利文獻(xiàn)7）。

并且，根據(jù)專(zhuān)利文獻(xiàn)6的方法，氫分子含量為1×10¹⁶molecules/cm³以上、應(yīng)變點(diǎn)為1130℃以上且OH基含量、氯含量均為1ppm以下的合成石英玻璃構(gòu)件，為高純度，且在高溫下的粘度可以是例如1400℃時(shí)10¹⁰泊以上，因此可以將其作為單晶硅提拉用坩堝材料。

并且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)8中，公開(kāi)了一種方法，所述方法是將在惰性氣體的環(huán)境下熔融石英原料粉，進(jìn)一步在2000℃以上、0.05torr以上的真空度中保持5小時(shí)以上并精制而獲得的石英玻璃片，貼合在石英玻璃坩堝的內(nèi)表面，進(jìn)行加熱熔融來(lái)一體化。并且，作為此加熱熔融方法，例示有使用電弧放電和氫氧焰燃燒器等的方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)