[发明专利]石英玻璃坩埚及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅单晶提拉中所使用的石英玻璃坩埚，且是涉及内表面附近的OH基浓度高、越远离坩埚内表面则OH基浓度越低的石英玻璃坩埚及其制造方法。

背景技术

半导体元件的基板或太阳电池等中所使用的硅单晶主要通过CZ(Czochralski，丘克拉斯基)法进行制造。该方法是将高纯度的多晶硅熔液装填于石英玻璃坩埚中并在惰性气体环境下提拉硅单晶的方法。

最近，随着硅单晶的大口径化而使用有大型坩埚，装填大量的多晶硅，因此提拉时的坩埚温度高于先前的温度。因此，坩埚内表面的熔损量增加，且坩埚的黏度亦降低。该溶损量的增加及黏性的降低成为妨碍坩埚长时间使用的主要原因。

为了防止因所述的坩埚内表面的熔损及黏度降低所导致的坩埚的变形，而提出一种在硅单晶的提拉时使内表面失透的玻璃坩埚(专利文献1：日本专利特开平9-110579号等)。然而，为了使坩埚内表面失透而在内表面涂布钡(Ba)、或者添加碱金属或碱土类金属并于多晶硅的熔解过程中使坩埚内表面结晶化的方法，有时存在因这些杂质而导致硅单晶受到污染的问题。

因此，提出有通过提高坩埚内表面层的OH基浓度而促进结晶化的方法(专利文献2：日本专利特开2005-145732号；专利文献3：WO-00/06811号)。专利文献2的坩埚中，将至少自内表面起算的10μm～200μm范围的OH基控制为250ppm～650ppm。此外，专利文献3的坩埚中，将内表面层的OH基调整为50ppm～250ppm。

[专利文献1]日本专利特开平9-110579号公报

[专利文献2]日本专利特开2005-145732号公报

[专利文献3]国际公开WO-00/06811号公报

发明内容

[发明所欲解决的问题]

众所周知，内表面的OH基浓度越高则越容易引起硅熔液接触在坩埚内表面所产生结晶化(JJAP Vol.351996p3547)。然而，OH基浓度越高则存在玻璃的黏度越降低而越容易变形的问题。尤其对于大型坩埚的情形，与小型坩埚相比装填有大量的多晶硅，因此熔融时间变长，坩埚的温度变高。而且，在直至多晶硅熔融而形成硅熔液为止的期间不存在熔解过程中的硅熔液的状态下，即便坩埚内表面层的OH基较多亦难以引起失透，由于OH基浓度高而仅仅是变形的可能性变大。

本发明用于解决先前的提高了OH基浓度的玻璃坩埚的上述问题，其提供一种石英玻璃坩埚，以在坩埚的内表面层中越接近坩埚内表面则OH基浓度越高、随着远离坩埚内表面而OH基浓度急剧减小的方式形成OH基浓度梯度，由此充分兼顾促进提拉时的内表面的结晶化与维持坩埚的强度。

[解决问题的技术手段]

本发明涉及通过以下构成而解决上述课题的玻璃坩埚及其制造方法。

[1]一种石英玻璃坩埚，其特征在于：在坩埚的至少直体部的一部分中，自坩埚的内表面起算的0.3mm～3mm区域中的OH基浓度以及OH基浓度梯度越接近坩埚内表面则越大，越远离坩埚内表面则越小。

[2]如上述[1]中记载的石英玻璃坩埚，其中在自坩埚的内表面起算的0.3mm～0.5mm区域中OH基浓度为115ppm以上且OH基浓度梯度为100ppm/mm以上，在自坩埚的内表面起算的1.0mm～3.0mm区域中OH基浓度梯度为25ppm/mm以下。

[3]如上述[1]中记载的石英玻璃坩埚，其中在自坩埚的内表面起算的0.3mm～0.5mm区域中OH基浓度梯度为100ppm/mm以上，在自坩埚的内表面起算的0.5mm～1.0mm区域中OH基浓度梯度为50ppm/mm以上，在自坩埚的内表面起算的1.0mm～2.0mm区域中OH基浓度梯度为25ppm/mm以下，在自坩埚的内表面起算的2.0mm～3.0mm区域中OH基浓度梯度为20ppm/mm以下。

[4]如上述[1]至[3]的任一项中记载的石英玻璃坩埚，其中在自坩埚的内表面起算至0.5mm为止的区域的一部分或全部的OH基浓度为115ppm以上，在自内表面起算1.0mm～2.0mm区域的OH基浓度为105ppm以下，在自内表面起算2.0mm～3.0mm区域的OH基浓度为80ppm以下，在自内表面起算3.0mm以上且自内表面起算至少0.8t(t为坩埚的壁厚)以下的区域中，OH基的浓度为60ppm以下。