CN101965418B - 单晶硅拉晶用石英坩埚及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单晶硅拉晶用石英坩埚，具有石英玻璃形成的外侧层与内侧层之两层结构，其特征在于：该内侧层由坩埚侧断面上看，至少由其硅熔液面的单晶硅拉晶开始位置至拉晶终止位置之间，形成有峰部与谷部的波状内面形状，而且，当由坩埚的开口上端至单晶硅拉晶开始位置的距离设为100时，只有由上述开口上端起至40～100之范围的相应位置的坩埚部分为结晶质。

Description

单晶硅拉晶用石英坩埚及其制造方法

【技术领域】

本发明为有关半导体用单晶硅锭的拉晶使用的高纯度石英玻璃坩埚，特别是关于一种具有高强度能够防止发生变形或偏斜的高纯度石英玻璃坩埚(以下简称石英坩埚)，在拉晶中可减低混入大粒径单晶硅锭(以下简称单晶锭)中之硅熔液中的SiO气体，因而能大量降低上述单晶锭的由上述SiO气体引起的针孔缺陷。

【背景技术】

在现有技术中，一般已知有如图4(a)、图4(b)的概略纵断面图所示，以平均粒径200～300μm，纯度99.99％以上的高纯度石英玻璃粉末为原料粉，用该粉末充填石墨模型内面与中心部外面所形成的间隙，例如30mm的间隙，并一面以60～80rpm的速度旋转上述的石墨模型一面填充粉末[参考图4(a)]，充填后，取出上述之中心部，再以50～100rpm的速度旋转上述石墨模型，将使用石墨电极的三相交流电弧放电装置插入上方开口，并沿石墨模型内面上下往复移动，将石墨模型的内温度加热至约2000℃，另一方面在上述石墨模型内，在其内面设开口经通气路进行真空吸引，同时使上述原料粉末熔融，再经过固化而形成例如厚度10mm的石英坩埚的制造方法[参考图4(b)]。

又已知上述结果所得之石英坩埚具有两层堆积结构，即包含气泡含有率(单位体积的石英玻璃中含有之气泡全体积用以百分比表示的数值)1～10％，纯度99.99％以上的高纯度非结晶石英玻璃的外侧层，以及气泡含有率0.6％以下，纯度99.99％以上的高纯度非结晶石英玻璃的内侧层。且上述内侧层与外侧层的厚度比可调整成1∶1～5之比例[参考图6]。

进而，单晶锭如图5之概略纵断面图所示，使用拉晶装置在装置在石墨支持体的石英坩埚内装入高纯度多晶硅块，利用装设在上述石墨支持体外周的加热器，熔融上述多晶硅块，成为硅熔液，将上述硅熔液的温度加热保持在1500～1600℃范围内的指定温度，并一面旋转该石英坩埚且在减压下的Ar气体环境中，将硅晶种同样地一面旋转且与上述硅熔液面接触，再将它上拉来制造的方法。

并且，上述的单晶锭的制造中，同样如图5所示，硅熔液在石英坩埚内部从单晶锭底部向坩埚底部下降，并由坩煱底部沿内侧面向上流动，通过向单晶锭底部的对流移动，使上述硅熔液(Si)与坩埚内侧面(SiO₂)在此期间反应产生SiO气体，但该产生的SiO气体由上述硅熔液的流动载着移动至硅熔液表面，在此放出到减压的Ar气体环境中被除去，因而可在制造时一面调整拉晶条件以使拉晶的单晶锭内不混入SiO气体而产生针孔之缺陷。

进而，为了防止在单晶锭的拉晶过程中石英坩埚变形及倾斜，而延长石英坩埚的寿命之目的，在石英坩埚的内侧层与外侧层之间，或在坩埚开口上端部沿外周面涂布例如碱土类金属的氧化物、氢氧化物及由碳酸盐形成的结晶催化剂，在熔融成形中通过上述结晶催化剂的作用，将非结晶组织变化为结晶组织，以提升石英坩埚的强度。

专利文献1：日本专利特公平7-42193号公报

专利文献2：日本专利特开2000-169287号公报

专利文献3：日本专利特开平11-171687号公报

专利文献4：日本专利特开2006-124235号公报

专利文献5：日本专利特开2005-255488号公报

【发明内容】

一方面，近年来对单晶锭的大径化之要求更加强，伴随于此，而倾向于制造直径200～300mm的大直径单晶锭。

如果单晶锭趋向大径化，则其对应的石英坩埚也需大径化，拉提上述直径为200～300mm的大径单晶锭时，有必要使用外径为610～810mm的石英坩埚，但是，在此时，石英坩埚趋向大径化，拉晶时硅熔液与石英坩埚内面的接触面积扩大，随之SiO气体的产生也大量增加，要将此种大量产生的SiO气体在硅熔液面向减压Ar气体环境放出而充分地除去是很困难的，所以有由硅熔液流乘载移动到拉晶中的单晶锭的底部，混入其中而增加发生针孔缺陷的问题。

又随着石英坩埚的大径化，不可避免地需使用高强度的有结晶组织的石英坩埚，但上述的由结晶催化剂的作用将非结晶组织变化为结晶组织而且具备高强度的现有石英坩埚，随着单晶锭的大径化，也造成拉晶时间的长时间化，因坩埚内存在的结晶催化剂的作用，在拉晶中也进行结晶化，使结晶粒更细微化，结晶粒界更为增加。然而因硅熔液(Si)与坩埚内侧面(SiO₂)的反应与非晶质(玻璃质)组织相比，在结晶粒界较为活泼发生，所以SiO气体的产生也大量增加，要将此大量的产生SiO气体在硅熔液面向减压Ar气体环境放出，而充分除去是很困难的，所以有由硅熔液流乘载移动到拉晶中的单晶锭底部混入其中，促进发生针孔缺陷的问题。

为达成上述之目的，本发明的构成要点如下。

(1)一种单晶硅拉晶用石英坩埚，具有由石英玻璃形成的外侧层与内侧层之两层结构，其特征在于：该内侧层由坩埚侧断面上看，至少由其硅熔液面的单晶硅拉晶开始位置至终止位置之间，形成有峰部与谷部的波状内面状，且当由坩埚开口上端至单晶硅拉晶开始位置的距谁设为100时，只有由上述开口上端起至40～100之范围的相应位置的坩埚部分为结晶质。

(2)如上述(1)所述的单晶硅拉晶用石英坩埚，上述内侧层的内面形状，峰部的顶点位置与谷部的最深位置的：距离为0.1～3mm，峰部的顶点间距离为10～100mm。

(3)如上述(1)或(2)所述的单晶硅拉晶用石英坩埚，该内侧层由坩埚侧断面上看，当坩垌的底部高度位置设为0，坩埚开口上端部的高度位置为100时，则上述单晶硅拉晶开始位置在由坩埚的底部起50～95的高度位置范围，上述单晶硅拉晶终止位置在由坩埚的底部起0～10的高度位置范围。

(4)一种单晶硅拉晶用石英坩埚的制造方法，为制造上述(1)、(2)或(3)所述的石英坩埚的方法，其特征在于，上述结晶质坩埚部分在设置有含有结晶催化剂0.01～1质量％，且由坩埚开口上瑞向上方延伸的环状的切除部之状态，进行上述石英坩埚的熔融成型，以形成结晶组织。

并且，本发明的石英坩埚之熔融成型之际，掺合在环状切除部的结晶催化剂的比例定为0.01～1质量％的理由如下：如比例未满0.01质量％时，当由坩埚开口上端至单晶硅拉晶开始位置之距离设为100时，则不能确保只有上述开口上端起至40～100的范围相应位置的坩埚部分形成结晶质，因此石英坩埚本体不能确保有所望的高强度。其结果，使内径610～810mm的大直径石英坩埚，因强度不足而发生变形或倾斜。另一方面，若该比例大于1质量％时，在石英坩埚熔融成型时，结晶化之进行超过硅熔液面的锭拉晶开始线进行至坩埚内部，结晶组织与硅熔液接触之区域也形成结晶质，在此区域如前所述，因结晶粒界的SiO气体发生的活性化，单晶锭容易发生针孔的缺陷。

根据本发明的石英坩埚，例如用于拉晶直径200mm～300mm的大直径单晶锭时，使坩埚大直径化至外径610～810mm，也因在坩埚内面形成峰部与谷部的波状内面形状，通过该坩埚内面与硅熔液之反应，使伴随坩埚的大直径化而大量发生的SiO气体被滞留，该滞留将依序发生的SiO气体凝集成长保持至不影响硅熔液对流的大小，在该发生的SiO气体凝集粗大化至具备大浮力时，离开上述环状沟，一口气向硅熔液面直接前进浮出，并放出至减压Ar气体环境中，因此乘着上述硅熔液对流在拉晶之单晶锭底部移动发生的SiO气体显著减少，其结果使单晶锭发生针孔的缺陷显著减少。进而，仅在由上述开口上端起至40～100之范围的相应位置的坩埚部分为结晶质，可防止石英坩埚的变形或倾斜等不仅可确保高强度，而且由于在成型后的石英坩埚内不存在结晶催化剂，实质上在拉晶操作中与硅熔液接触的坩埚内面保持非晶质组织，与坩埚内面的硅熔液之反应与结晶组织相比更加受到抑制，其结果，可以抑制发生SiO气体所引起的单晶锭之针孔缺陷的发生。

【附图说明】

图1表示本发明的石英坩埚的半部之概略纵断面图。

图2(a)表示本发明的石英坩埚重要部分之概略纵断面图中，具有峰部与谷部的波状内面形状。

图2(b)表示图2(a)所示的石英坩埚内面，发生SiO气体的行为之模式图。

图3表示本发明的石英坩埚原件的半部之概略纵断面图。

图4(a)表示石英坩埚的制造工程之概略纵断面图。

图4(b)表示石英坩埚的制造工程中，石英坩埚的熔融形态。

图5表示单晶锭的拉晶形态之概略纵断面图。

图6表示现有的石英坩埚内面发生SiO气体的行为之模式图。

【具体实施方式】

接下来，使用附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明的单晶硅拉晶用石英坩埚，为由石英玻璃制成具有外侧层与内侧层的两层结构的单晶硅拉晶用石英坩埚。其特征为上述内侧层由坩埚侧断面上看，至少在硅熔液面的单晶硅拉晶之开始位置与终止位置之间，具有峰部与谷部的波状内面形状，且当从坩埚的开口上端至单晶硅拉晶的开始位置之距离设为100时，只有从上述开口上端起至40～100之范围的相应位置之坩埚部分为结晶质。

现有的坩埚有如下问题，在拉晶时硅熔液与石英坩埚内面的反应发生的SiO气体，刚发生时其直径为50～200μm的尺寸，如图6之主要部分概略纵断面图中模式化所示，通过硅熔液对流沿坩埚内面移动，大部分仍保持上述尺寸从硅熔液面放出到减压Ar气体环境中而被除去，残留少数的发生SiO气体移动到拉晶中的单晶锭底部，并混进而形成针孔缺陷的原因，混进上述单晶锭的发生SiO气体的比例会有所谓因锭以及坩埚的大径化而大量增加的问题。

针对于此，如同图1及图2(a)与图2(b)的概略纵断面图所示，上述之石英坩埚内面，至少在硅熔液面的锭拉晶开始线至拉晶终止线间的内面，作成“从石英坩埚的侧断面上看，内面形状具有峰部及谷部的波状内面形状”，则如图2(b)的主要部分概略纵断面图中模式化的显示，构成上述波状内面形状的环状沟中，形成不受硅熔液之流动影响的滞留区，在坩埚底面部发生的SiO气体由硅熔液流乘载，沿坩埚内面移动至上述波状内面形状内，在此与在该波状内面形状内发生的SiO气体，一起以附着在上述环状沟内面的状态而滞留，在上述环状沟依序移动而来的SiO气体，与在该波状内面形状内依序发生的SiO气体凝聚而成长，在其尺寸粗大化到直径500～900μm程度的时侯，由于形成较大浮力而离开上述波状内面形状，就由具备的较大浮力而不受硅熔液对流的影响，直接向该硅熔液面上升放出至减压Ar气体环境中，因此卷入上述硅熔液对流而移动至拉晶中的单晶锭底部，并混入单晶锭底部而成为针孔缺陷的原因的SiO气体显著减少。此现象，即使单晶锭及石英坩埚大径化也不会改变。

在此，如图2(a)所示，从石英坩埚的侧断面上看，当该石英坩埚底部之高度设为0，开口上端之高度位置设为100时，上述单晶硅的拉晶开始位置为50～95的高度位置范围。当在石英坩埚的低部高度设为0，开口上端之高度位置设为100时，上述单晶硅的拉晶终止位置为0～10的高度位置范围较佳。当以石英坩埚的底部高度设为0，开口上瑞的高度位置设为100时，上述单晶硅的拉晶开始位置超过95以上时，因波状内面存在至开口上端临近，坩埚不能具有充分的强度，石英坩埚有可能会发生变形或倾斜。另一方面，如上述拉晶开始位置在50以下，则不能充分地抑制SiO气体。并且，当石英坩埚底部的高度位置设为0，开口上端的高度位置设为100时，将上述波状内面形状的下端设在0～10的位置的原因如下：当单晶拉晶终止位置在10以上时，无法充分地抑制SiO气体，因此有可能引起针孔缺陷。

进而，上述波状的内面形状为，从坩埚侧断面上看，设在例如由坩埚直体的开口上端起5～10mm以下的位置为其上端至石英坩埚直筒部的下端较佳。上述波状内面形状的上端如位于坩埚开口上端之下5mm以上时，因波状形状靠近开口上端，不能得到充分的坩埚强度，石英坩埚有肯能会发生变形或倾斜。另一方面上述波状内面形形状之上端距坩埚开口上端超过10mm以下的位置时，不能充分抑制SiO气体，在单晶锭中有可能会发生针孔缺陷。并且，将上述波状内面形状的下端设在与石英坩埚直筒部下端同高之原因为，通常，上述单晶硅的拉晶终止位置，大部分情况下上述硅熔液在直筒部下方，在该波状内面形状的下端位于直筒部上方时，不能充分抑制SiO气体，由此有可能会引起针孔缺陷，该波状内面形状位于直筒部下方时，可提高SiO气体的抑制效果，但石英坩埚的制造变得繁杂。另外，所谓的石英坩埚的直筒部，如其名称，是指石英坩埚的筒状部分，具体来讲，石英坩埚的从上端推移至底部曲率变化处为止的范围。

并且，在使用内径610～810mm的大型石英坩埚，进行直径200～300mm的大径单晶锭之拉晶实验时，上述峰部顶点位置与谷部最深位置的距离为0.1～3mm，峰部顶点间之距离为10～100mm的配置时，由于能够将上述大径的单晶锭的针孔缺陷抑制至最大限度，因此其较佳。本发明的石英坩埚，由具有峰部与谷部的波状形状构成的环状沟的深度及宽度只要满足上述的数值条件(即峰部顶点位置与谷部最深位置之距离为0.1～3mm，峰部顶点距离为10～100mm)，即能够充分减低大径之单晶锭中发生的针孔缺陷。另一方面如上述环状沟的深度及宽度的任一方超出上述的数值范围，则有可能无法获得期望的针孔缺陷减低效果。

另外，在图2(a)及图2(b)中，显示石英坩埚的纵断面内面形状的波状为“正弦波”的情况，但此内面形状使用变形波状，也只要上述的峰部顶点位置与谷部最深位的距离，以及峰部顶点间之距离在上述数值范围内，就可得相同的显著作用效果。

并且，当由坩埚开口上端至单晶硅拉晶开始位置的距离设为100时，使只有在上述开口上端起至40～100之范围相当的坩埚部分为结晶质之原因如下，因石英坩埚在单晶锭拉晶中的强度，由坩埚开口上端部的强度决定，故只需要能够确保上述坩埚开口上端部的高强度，仅坩埚开口上端用高强度的结晶组织构成，其他的部分(实际的硅熔液面的锭拉晶开始线以下)用非结晶组织形成时，也能够在单晶锭拉晶中保持石英坩埚的高强度，故能防止石英坩埚的变形或倾斜。

一方面，如上所述的现有的石英坩埚，在石英坩埚内存在结晶催化剂之状态进行单晶锭拉晶时，因上述结晶催化剂之作用在单晶锭拉晶进行中，石英坩埚仍进行结晶化，使结晶微细化，其结果加大结晶境界，在结晶境界发生活泼的Si+SiO₂反应，而促进拉晶中的单晶锭中产生针孔缺陷的发生，但如在石英坩埚中不存在上述之结晶催化剂，就可防止在拉晶中的石英坩埚进行结晶化作用(结晶境界增加作用)。

本发明的单晶硅拉晶用石英坩埚的制造方法，如图3的本发明的石英坩埚元件的半部之概略纵断面图所示，上述结晶质坩埚部分含有0.01～1质量％的结晶催化剂(优选为，氧化铝(以下用Al₂O₃)、氧化钙(CaO)、氧化钡(BaO)、碳酸钙(CaCO₃)及碳酸钡(BaCO₃)中的至少一种)，在从坩埚开口部上端向上方延伸设置环状切除部的状态下，进行石英坩埚元件的熔融成型形成上述结晶组织。通过上述结晶催化剂的作用，如图1的本发明的石英坩埚所示，石英坩埚的一部分由结晶质形成，调整该结晶部分的结晶催化剂的掺合比率，就可在从石英坩埚的开口上端至单晶硅拉晶开始位置为100时，使由该开口上端至40～100之范围相应位置之部分成为结晶质，此时可获得即使是内径为610～810mm的大径石英坩埚，在单晶锭拉晶时不发生变形或倾斜等的高强度的石英坩埚。

进而，上述石英坩埚元件熔融成型后，在上述的调合结晶催化剂的环状切除部除去后的石英坩埚本体中不存在结晶催化剂，故在单晶锭拉晶途中非晶质部分(上述石英坩埚本体的开口上端与硅熔液面的锭拉晶开始线之间的除去结晶化部分后余留之部分)不再发生结晶化，仍以非晶组织的状态存在，故SiO气体的发生与结晶组织相比显著减少，其结果，能够抑制在单晶锭发针孔的缺陷。并且，此现象对直径200～300mm的大径单晶锭也相同。

(实施例)

(A)本实施例的目的为，依照图4(a)、图4(b)所示的制造程序，在一般的条件下形成坩埚本体，作为原料粉末使用平均粒径250μm，纯度99.998质量％的高纯度石英玻璃粉末，在石墨模型的内面与中心部外面形成的30mm宽的间隙，一面使该石墨模型及中心部以65rpm的速度旋转一面填充上述粉末。再于坩埚本体的开口上端向上方延伸20mm的高度(宽)，以形成与本体一体成型的环状切除部，在上述原料粉末分别调合成表1所示的比例的结晶催化剂，以同样方法填充混合后的混合原料粉末，填充后取出中心部，再以65rpm的速度旋转上述石墨模型，同将使用石墨电极的三相交流电弧放电装置由上方开口插入，并沿石墨模型内面上下往复移动将石墨模型内部温度加热至2000℃，一方面，在该石墨模型内设置的在其内面有开口的通气路进行真空吸引，将上述原料粉末熔融，固化形成如图3所示的、由坩埚本体及含结晶催化剂的高度(宽)20mm的环状切除部构成的本发明的石英坩埚元件。随后，使用金刚石切割器从本发明的石英坩埚原件切断除去切除部，再于硅熔液面的锭拉晶开始线与拉晶终止线间的坩埚内面，依照表1所示的环状沟的沟深及沟宽的尺寸，将纵断面内面形状研削加上，形成正弦波形状的具有峰部及谷部的波状内面形状，将研削加工面使用氧燃烧器进行平滑化加工处理，制造具有外径610mm、深度380mm、厚度10mm的尺寸，硅熔液面的锭拉晶开始线处于从开口上端起50mm的位置上，并且，拉晶终止线处于开口上端起300mm的位置上，且包括有气泡含有率为0.3％、纯度为99.998％、厚度为4mm的高纯度石英玻璃的内侧层，以及气泡含有率为5％、纯度为99.994％、厚度为6mm的同样高纯度石英玻璃的外侧层的如图1所示之两层结构，在坩埚上端部不含有结晶催化剂的用于拉晶直径200mm的单晶锭的本发明的石英坩埚A-1～A-9各5个。

(B)本实施例除了将上述环状切除部的高度(宽)设定为40mm，其调配的结晶催化剂的比例如表1所示，且在石英坩埚内面的硅熔液面的拉晶开始线与拉晶终止线之间，按照表1所示的环状沟之沟深度及沟宽度，将内面形状砥削加工形成正弦波形状具有峰部与谷部的波状内面形状，其他制造方法与上述(A)所述的本发明的石英坩埚A-1～A-9的制造方法相同。本实施例制造外径810mm，深度435mm，厚度16mm的尺寸，硅熔液面的锭拉晶开始线在从开口上端起100mm的位置，拉晶终止线在开口上端起335mm的位置，且包括有气泡含有率为0.2％、纯度为99.998％、厚度为6mm的高纯度石英玻璃的内侧层，以及气泡含有率为5％、纯度为99.997％、厚度为10mm的高纯度石英玻璃的外侧层的两层结构，在坩埚上端部不合有结晶催化剂的用于拉晶直径300mm的单晶锭的本发明的石英坩埚B-1～B-9各5个。

(比较例)

(C)并且，依照图4(a)、图4(b)所示制造程序，在通常的条件下，原料粉末使用平均粒径250μm，纯度99.998质量％的高纯度石英玻璃粉末，在石墨模型的内面与中心部外面形成的30mm宽的间隙，一面使该石墨模型及中心部以65rpm的速度旋转，一面填充该原料粉末至比坩埚最终尺寸短20mm的位置，再依照表2所示的比例在上述粉末各别调配结晶催化剂，用混合的混合原料粉末填充至形成坩埚的最终尺寸，填充后取出上述中心部，再以65rpm的速度旋转石墨模型，同时将使用石墨电极的三相交流电弧放电装置由上方开口插入，并沿石墨模型内面上下往复移动将石墨模型内部温度加热至2000℃，一方面在该石墨模型内设置的在其内面有开口的通气路进行真空吸引，将上述原料粉末熔融，固化构成坩煱上端部由开口上端起至20mm以下的位置含有结晶催化剂之外径610mm，深度380mm，厚度10mm的尺寸，硅熔液面的锭拉晶开始线在从开口上端起50mm的位置，拉晶终止线在开口上端起300mm的位置，且包括有气泡含有率为0.3％、纯度为99.998％、厚度为4mm的高纯度石英玻璃的内侧层，以及气泡含有率为5％、纯度为99.994％、厚度为6mm的高纯度石英玻璃的外侧层的两层结构，且坩埚上端部含有结晶催化剂，坩埚内面未形成有峰部及谷部之波状内面形状的用于拉晶直径200mm之单晶锭的现有之石英坩埚C-1～C-10各5个。

(D)本实施例的石英坩埚，除了在坩埚上端部由开口上端起下至40mm的位置内含有结晶催化剂，且调配的结晶催化剂的比例如表2所示外，其他与上述(C)项所述的现有石英坩埚C-1～C-9的制造方法相同。本实施例制造的坩埚为外径810mm，深度435mm，厚度16mm的尺寸，硅熔液面的锭拉晶开始线在从开口上端起100mm的位置，拉晶终止线在开口上端起335mm的位置，且包括有气泡含有率为0.2％、纯度为99.998％、厚度为6mm的高纯度石英玻璃的内侧层，以及气泡含有率为5％、纯度为99.997％、厚度为10mm的高纯度石英玻璃的外侧层之两层结构，坩埚上端部含有结晶催化剂，坩埚内面未形成峰部及谷部之波形内面形状的用于拉晶直径300mm的单晶锭的现有石英坩埚D-1～D-9各5个。

其后，对由上述结果所得的本发明的石英坩埚A-1～A-9及B-1～B-9，以及现有的石英坩埚C-1～C-9及D-1～D-9，用光学显微镜观察，坩埚自开口上端以下的结晶化，以坩埚开口上端至单晶硅拉晶开始位置的距离为100时，其相对的比例率用5个坩埚的平均值表示于表1、2(锭拉晶前的栏)。

接着，利用上述方法制作的本发明的石英坩埚A-1～A-9及B-1～B-9，以及现有之坩埚C-1～C-9及D-1～D-9各5个，在图5所示之拉晶装置，在通常条件下分别拉晶制造200mm及300mm的单晶锭。在单晶锭拉晶后，再对本发明的石英坩埚A-1～A-9，及B-1～B-9，以及现有的石英坩埚C-1～C-9及D-1～D-9，同样用光学显微镜观察坩埚自开口端以下之结晶化的比率，以坩埚开口上端至单晶锭拉晶开始位置的距离为100时，其相对之比率用5个坩埚的平均值表示于表1、2(锭拉晶后的栏)。

(评估)

(1)针孔缺陷的抑制

在上述单晶锭拉晶后，对各种石英坩埚的开口上端沿内径的十个地点进行测定的结果，任一坩埚的最大值与最小值之差皆在1mm以下的范围内，变形极小。进而，用上述的本发明的石英坩埚A-1～A-9及B-1～B-9，以及现有的坩埚C-1～C-9及D-1～D-9，每一种石英坩埚制造五支单晶锭，但是在每一单晶锭中，直径200mm的单晶锭中可切割成厚度725μm的晶片1000枚，直径300mm的单晶锭中可切割成厚度775μm的晶片800枚。对各个五枝单晶锭切割的合计晶片，使用晶片上下面检查装置进行检查，将存在30μm以上的凹处的晶片视为发生针孔缺陷，并计算发生针孔缺陷的晶片张数，计测结果列示于表1、2。

(2)石英坩埚的强度

对于石英坩埚的强度，在使用于拉晶后的石英坩埚的垂直方向延伸的直胴部外面设置尺子，使用游标尺测定上端开口部的外面与尺子的间隙(mm)，对坩埚外周共四处进行测定，算出其平均值作为上端开口部变形量(mm)，以评估石英坩埚的强度。

(表1)

(表2)

由表1、2的结果显示本发明的石英坩埚A-1～A-9及B-1～B-9，用于拉晶直径200～300mm的大直径单晶锭，而将坩埚的外径大径化至610～810mm，也在以坩埚开口上端至单晶硅拉晶开始位置为100时，由上述开口上端至以下40～100范围相应位置间形成的结晶组织具有高强度能抑制在单晶锭拉晶时的坩埚变形。而且在上述坩埚开口上端部不存在结晶催化剂，故不发生结晶催化剂的结晶化作用，实质上与硅熔液接触的坩埚内面，在单晶锭的拉晶中保持非结晶质组织，而且由于上述非结晶组织的坩埚内面的硅熔液面的拉晶开始线至拉晶止线之间，形成有峰部与谷部的波状内面形状，单晶锭中针孔缺陷的发生数显著减少已很清楚。另一方面，现有的石英坩埚C-1～C-9及D-1～D-9，因坩埚开口之上端部形成结晶组织，在单晶锭拉晶时，具有高强度抑制坩埚的变形，但在坩埚开口上端部存在结晶催化剂，在坩埚熔融形成当然发生结晶催化作用，就在单晶体拉晶时，也超越硅熔液面的拉晶开始线向坩埚内部进行结晶化，不可避免地在与硅熔液接触的区域存在结晶组织，在该区域内如前所述结晶粒界使SiO气体的发生进一步活性化，再因于坩埚内面未形成上述波状内面形状二者结合，已知其容易在单晶锭内发生针孔缺陷。并且，坩埚C-10因开口上端部结晶组织的比率小，不具备充分的强度，坩埚的变形量大，在拉晶组织进行途中发坩埚上部向内倒坏，故中断拉晶。

如上所述，本发明的石英坩埚，特别适合于直径大至200～300mm之单晶锭的拉晶，有益于提升大直径的单晶硅晶片的生产效率及品质。

Claims (5)

1.一种单晶硅拉晶用石英坩埚，具有石英玻璃形成的外侧层与内侧层之两层结构，其特征在于：

上述内侧层由坩埚侧断面上看，至少由其硅熔液面的单晶硅拉晶开始位置至拉晶终止位置之间，形成有峰部与谷部的波状内面形状；并且，

当由坩埚的开口上端至单晶硅拉晶开始位置的距离设为100时，只有由上述开口上端起至40～100之范围的相应位置之坩埚部分为结晶质。

2.如权利要求1所述的单晶硅拉晶用石英坩埚，其特征在于：上述内侧层的内面形状为，峰部的顶点位置与谷部的最深位置之间的沟深为0.5～2mm，峰部的顶点间距离为10～100mm。

3.如权利要求1或2所述的单晶硅拉晶用石英坩埚，其特征在于：由坩埚侧断面上看，当坩埚的底部高度位置设为0，坩埚开口上端部的高度位置设为100时，则上述单晶硅拉晶开始位置在由坩埚底部起50～95的高度位置范围，上述单晶硅拉晶终止位置在由坩埚底部起0～10的高度位置范围。

4.一种单晶硅拉晶用石英坩埚的制造方法，为制造如上述权利要求1、2或3所述的石英坩埚的方法，其特征在于：上述结晶质坩埚部分在设置有含有结晶催化剂0.01～1质量％、且由坩埚开口上端向上方延伸的环状的切除部的状态下，进行上述石英坩埚的熔融成型以形成结晶组织。

5.如权利要求4所述的单晶硅拉晶用石英坩埚的制造方法，其特征在于：上述结晶催化剂为氧化铝、氧化钙、氧化钡、碳酸钙以及碳酸钡中的至少一种。

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