[发明专利]氧化硅玻璃坩埚的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提拉单晶硅的氧化硅玻璃坩埚的制造方法。

背景技术

单晶硅的制造一般采用的是使用氧化硅玻璃坩埚的切克劳斯基法(CZ法)。具体而言，通过向氧化硅玻璃坩埚内部注入熔化多晶硅原料的硅熔液，边旋转坩埚边浸渍单晶硅晶种并慢慢提拉，使其以单晶硅晶种为核进行生长，以此来制造。

此时使用的氧化硅玻璃坩埚是由含有大量气泡的外层和透明的内层构成的双层结构，通常通过边旋转模具边以电弧熔化来熔化氧化硅粉层的成形法而制造(例如，参照专利文献1)。众所周知，在氧化硅玻璃坩埚中，由单晶提拉时与硅熔液接触的内表面的特性决定所提拉的单晶硅的特性，且还会影响最终的硅晶片收获率。

因此，有时采用内层由合成氧化硅玻璃、外层由天然氧化硅玻璃的构成的对策，以此防止单晶硅特性的偏差。

然而，使用氧化硅玻璃坩埚熔化硅以提拉单晶时，有时会由于熔融硅液面发生振动，而难以通过浸渍晶种进行配种(seeding)。因此，常常会发生不能提拉单晶硅，或者所谓阻碍单晶化的熔液面振动的问题。该熔液面振动(液面振动)现象伴随硅晶体的大口径化，变得更容易发生。因此，越发需要改善氧化硅玻璃坩埚内表面的特性。针对其需要，在专利文献2中建议采用暴露在SiO₂蒸汽(vapor)之后的减量为0.013g以下的坩埚，但是也不能说该方法充分改善了坩埚内表面。

并且，随着对应于φ300mm以上且φ450mm左右的晶片要求单晶硅的大口径化，单晶的提拉时间变得更长，并且坩埚内表面需要长时间与1400℃以上的硅熔液接触，因此氧化硅玻璃坩埚突显出如下问题。

即，由于提拉时间变长，坩埚内表面与硅熔液接触的时间也会变长，因此有时会发生坩埚内表面与硅熔液反应，坩埚内表面的表面位置或者从表面浅的层结晶化，从而出现环形褐色白硅石的情况(以下，将环形白硅石称为“褐色环”。)。该褐色环内不存在白硅石层或者即便存在也为薄层，但随着操作时间的经过，褐色环会扩大其面积，相互融合并继续生长，最终侵蚀其中心部位，最终成为不规则的玻璃熔出面。

该玻璃熔出面出现，更易引起单晶硅位错，有时会阻碍单晶提拉的成品率(收获率)。特别是在生长制造φ300mm以上大口径的晶片的单晶硅需要进行超过100小时的CZ法的操作，更易出现上述玻璃熔出面。

可以认为上述褐色环以玻璃表面细微的损伤或者作为原料粉未完全溶解的晶质残留部分、玻璃结构的缺陷等为核心而发生，为减少其数量可想到保持玻璃表面状态良好，或者为减少晶质残留成分可考虑使氧化硅玻璃坩埚制造工序中的熔化高温化、长时间化。并且，如专利文献3、4所述，作为形成内表面的原料粉可考虑采用非晶质的合成粉。

由非晶质的合成粉构成的合成氧化硅玻璃中的杂质含量极少，且具有降低发生褐色环的优点。然而，与内层由天然氧化硅玻璃构成的坩埚相比，内层由合成氧化硅玻璃构成的坩埚在熔化多晶硅时，还存在熔液面易振动的缺点。该振动尤其常见于从配种(seeding)到肩部形成时，单晶主体部前半部分初期的提拉工序中。因此，由于配种(seeding)工作需要时间，或者，因结晶紊乱而需重新溶化，引起所谓“返回熔化”(Melt-back)的现象，因而会降低生产率。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本公开专利特开2001-89171号公报

专利文献2：日本公开专利特开2002-154894号公报

专利文献3：日本专利第2811290号公报

专利文献4：日本专利第2933404号公报

发明内容

发明所要解决的问题

通常认为对于上述硅熔化时熔液面的振动或褐色环的发生，只要在氧化硅玻璃坩埚的制造中控制熔化部分的温度形成内层即可。

然而，在氧化硅玻璃坩埚的制造中熔化部分的温度有时也会超过2000℃。尚未确立在操作中准确测量如此高的温度的技术。并且，尚未发现在电弧火焰附近测量加热熔化的熔化物表面的温度，此种严酷条件下的温度测量技术。进而，由于氧化硅玻璃不像普通材料能够清晰观测出玻璃化转变，而难以进行温度管理。

因此，由于在氧化硅玻璃坩埚的制造中很难掌握熔化温度，因而难以控制其温度。

本发明鉴于上述情况而完成，其以提供一种氧化硅玻璃坩埚的制造方法为目的，利用该种方法可控制氧化硅玻璃坩埚制造时的熔化状态，防止单晶硅制造时的坩埚内表面发生褐色环，从而能够制造抑制熔液面振动的氧化硅玻璃坩埚。

为解决问题的手段