[发明专利]硅单晶提拉用石英玻璃坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅单晶提拉用石英玻璃坩埚，特别是涉及一种石英玻璃坩埚的不透明石英玻璃层的结构。

背景技术

制造硅单晶时使用石英玻璃坩埚。在直拉法(CZ法，Czochralski method)中，将多晶硅(polysilicon)装入到石英玻璃坩埚中进行加热熔融，然后将籽晶浸渍到此硅熔融液中，一边使坩埚旋转一边缓缓提拉籽晶而使单晶成长。为了制造半导体元件用的高纯度的硅单晶，要求硅单晶不会因石英玻璃坩埚所含的杂质熔出而受到污染，另外，也需要使坩埚具有充分的热容量以容易控制坩埚内的硅熔融液的温度。因此，目前优选使用包括外层及内层的双层结构的石英玻璃坩埚，所述外层含有多个微小气泡且为不透明，所述内层不含气泡且为透明(参看专利文献1)。另外，也使用如下双层结构的石英玻璃坩埚：利用天然石英来形成坩埚的外层从而提高坩埚在高温下的强度，另一方面，利用合成石英来形成与硅熔融液接触的坩埚的内层从而防止杂质混入(参看专利文献2)。另外，为了提高单晶化率，也提出了如下的石英玻璃坩埚：使侧壁部的透明玻璃层的气泡含有率为0.5％以下，使底部的透明玻璃层的气泡含有率为更低的0.01％以下(参看专利文献3)。

[先前技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开平1-197381号公报

[专利文献2]日本专利特开平1-261293号公报

[专利文献3]日本专利特开平6-191986号公报

发明内容

以往的石英玻璃坩埚构成为使不透明石英玻璃层所含的气泡的直径大致均匀，且将气泡含有率也尽可能地控制为固定值。但是，在这样的构成下，存在因为在硅单晶的提拉初期坩埚的红外线透射率(传热性)较低，所以坩埚内的硅原料的熔融较为耗费时间的问题。另外，存在因为在提拉步骤的后半期红外线透射率相对较高，所以热容易逸散，保温性变得不充分，难以控制已减少的硅熔融液的温度。如果硅熔融液的温度不稳定，则有硅单晶的制造良率下降的问题。

本发明解决了所述课题，本发明的目的在于提供一种硅单晶提拉用石英玻璃坩埚，可以在短时间内熔融硅原料，并且可以借由不透明石英玻璃层随时间经过的状态变化而提高硅单晶的制造良率。

为了解决所述课题，本发明的硅单晶提拉用石英玻璃坩埚的特征在于：包括侧壁部、弯曲部及底部，且包括设置在坩埚内表面侧的实质上不含气泡的透明石英玻璃层、及设置在坩埚外表面侧的内含多个气泡的不透明石英玻璃层，所述透明石英玻璃层的气泡含有率为0.1％以下，所述不透明石英玻璃层的气泡含有率大于所述透明石英玻璃层的气泡含有率，所述不透明石英玻璃层所含的气泡的直径分布为：具有小于40μm的直径的气泡为10％以上且小于30％，具有40μm以上且小于90μm的直径的气泡为40％以上且小于80％，具有90μm以上的直径的气泡为10％以上且小于30％。

根据本发明，不透明石英玻璃层所含的相对较小的气泡从提拉步骤的初期阶段起即有助于坩埚的传热性，另外，不透明石英玻璃层所含的相对较大的气泡借由经过长时间的提拉步骤而膨胀，在提拉步骤的后期阶段中大大有助于坩埚的保温性。也就是说，在坩埚内有多个硅熔融液的硅单晶提拉步骤的初期阶段，借由含有多个相对较小的气泡，可以构成为红外线透射率较高、热输入非常容易的坩埚，而在硅熔融液不断减少的提拉步骤的后半期，可以提供保温性提高的石英玻璃坩埚。

在本发明中，所述不透明石英玻璃层所含的气泡的直径分布优选的是，小于40μm的气泡的直径分布与90μm以上的气泡的直径分布的差小于10％，特别优选的是小于5％。若两者的差小于10％，则相对较小的气泡与较大气泡的存在比率的平衡较好，可以提供提拉初期的热输入性及提拉后半期的保温性两方面均良好的坩埚。进而，若两者的差小于5％，则可以提供所述两个作用更稳定的坩埚。

在本发明中，坩埚上部的所述不透明石英玻璃层优选的是，与坩埚下部的所述不透明石英玻璃层相比具有含有更多直径较大的气泡的直径分布，并且具有更高的气泡含有率。另外，在本发明中，侧壁部的所述不透明石英玻璃层可以与底部的所述不透明石英玻璃层相比具有含有更多直径较大的气泡的直径分布，并且具有更高的气泡含有率。进而，所述不透明石英玻璃层可以随着从底部朝向侧壁部而具有含有更多直径较大的气泡的直径分布，并且具有更高的气泡含有率。无论是哪一种构成，坩埚上方的不透明石英玻璃层均含有多个相对较大的气泡，因此可以实现坩埚上部的轻量化，从而可以防止坩埚翻倒或屈曲等变形。

[发明的效果]