CN106574394B - 单晶硅提拉用石英玻璃坩埚及其制造方法 - Google Patents

单晶硅提拉用石英玻璃坩埚及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106574394B
CN106574394B CN201580041344.XA CN201580041344A CN106574394B CN 106574394 B CN106574394 B CN 106574394B CN 201580041344 A CN201580041344 A CN 201580041344A CN 106574394 B CN106574394 B CN 106574394B
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass crucible
single crystal
quartz glass
silicon
pulling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201580041344.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106574394A (zh
Inventor
马场裕二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Quartz Products Co Ltd filed Critical Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Publication of CN106574394A publication Critical patent/CN106574394A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106574394B publication Critical patent/CN106574394B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/06—Glass compositions containing silica with more than 90% silica by weight, e.g. quartz
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/09—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould
    • C03B19/095—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould by centrifuging, e.g. arc discharge in rotating mould
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B20/00—Processes specially adapted for the production of quartz or fused silica articles, not otherwise provided for
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B32/00—Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products
    • C03B32/02—Thermal crystallisation, e.g. for crystallising glass bodies into glass-ceramic articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C19/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by mechanical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B35/002—Crucibles or containers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2218/00—Methods for coating glass
    • C03C2218/30—Aspects of methods for coating glass not covered above
    • C03C2218/345—Surface crystallisation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

本发明是一种石英玻璃坩埚的制造方法，用于制造石英玻璃坩埚，所述石英玻璃坩埚是用以自其内部所保持的硅融液提拉单晶硅，所述石英玻璃坩埚的制造方法，包含下述步骤：制作石英玻璃坩埚的步骤，所述石英玻璃坩埚具有由含有气泡的不透明石英玻璃所构成的外层和由实质上不含有气泡的透明石英玻璃所构成的内层；对所述制作出来的石英玻璃坩埚的内表面之中的在保持有硅融液时会与该硅融液接触的区域，进行粗面化的步骤；以及，根据对所述内表面经粗面化的石英玻璃坩埚进行热处理，来使所述经粗面化的区域的表面结晶化的步骤。由此，能够制造一种单晶硅提拉用石英玻璃坩埚，其能够在单晶硅提拉时有效地抑制坩埚内表面发生棕环的情况，并抑制单晶硅的结晶性混乱。

Description

单晶硅提拉用石英玻璃坩埚及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种石英玻璃坩埚及其制造方法，所述石英玻璃坩埚用以提拉单晶硅。
背景技术
过去，在制造像单晶半导体材料这样的单晶物质时，广泛采用一种方法，其被称为所谓的柴氏法(Czochralski method)。所述方法是在容器内使多晶硅熔融，且在该熔融浴(融液)内浸入晶种的端部并一面使其旋转一面提拉的方法。若为该方法，能够在晶种下方成长具有相同晶体方位的单晶。提拉单晶硅时，该单晶提拉容器一般是使用石英玻璃坩埚。
在石英玻璃坩埚中将多晶硅熔融并提拉单晶硅时，在非晶形的石英玻璃坩埚内表面，会有一部分发生被称为棕环(brown ring)的棕色且圆形的结晶。该棕环有一部分非常薄，因而在单晶硅提拉过程中容易剥离。该剥离片被掺入所提拉的单晶硅晶棒中，以致使单晶硅的结晶性下降，这样的情况是经常发生的现象。
为了解决如上所述的问题，例如在专利文献1中已公开一种技术，其利用在坩埚内表面添加结晶化促进剂，来使坩埚内表面的全部区域结晶化，而使坩埚的强度提升，并且抑制棕环发生。然而，会有下述问题：结晶化促进剂所含的杂质被掺入单晶硅，因而使结晶性下降。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3046545号说明书。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是有鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，提供一种单晶硅提拉用石英玻璃坩埚及其制造方法，所述石英玻璃坩埚能够在单晶硅提拉时有效地抑制坩埚内表面发生棕环的情况，并抑制单晶硅的结晶性混乱。
解决课题的技术手段
本发明是为了解决上述问题而完成的，其提供一种单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的制造方法，用于制造石英玻璃坩埚，所述石英玻璃坩埚是用以自其内部所保持的硅融液提拉单晶硅，所述石英玻璃坩埚的制造方法的特征在于，包含下述步骤：制作石英玻璃坩埚的步骤，所述石英玻璃坩埚具有由含有气泡的不透明石英玻璃所构成的外层和由实质上不含有气泡的透明石英玻璃所构成的内层；对所述制作出来的石英玻璃坩埚的内表面之中的在保持有硅融液时会与该硅融液接触的区域，进行粗面化的步骤；以及，根据对所述内表面经粗面化的石英玻璃坩埚进行热处理，来使所述经粗面化的区域的表面结晶化的步骤。
根据像这样的石英玻璃坩埚的制造方法，能够制造一种石英玻璃坩埚，其在内表面具有经结晶化的粗面化区域。根据存在该经结晶化的粗面化区域，能够抑制棕环发生，并抑制单晶硅的结晶性混乱(位错)。又，因为未使用用于内面结晶化的结晶化促进剂等，所以不会有结晶化促进剂所含的杂质溶出至硅融液中的情形。
此时，优选是根据所述粗面化，将所述经粗面化的区域的粗糙度，以算术平均粗糙度计，作成0.1μm以上且3.0μm以下。
根据形成具有像这样的范围的粗糙度的粗面，能够在后续的热处理步骤中更确实地使石英玻璃坩埚内面结晶化。
又，优选是在所述进行粗面化的步骤中，对所述石英玻璃坩埚的内表面的整个面进行粗面化。
如此一来，根据对石英玻璃坩埚的内表面的整个面进行粗面化，能够利用之后的热处理来使石英玻璃坩埚的内表面的整个面结晶化。由此，能够更确实地使会与硅融液接触的坩埚内表面成为经结晶化的粗面化区域。
又，优选是根据使用石英粉的喷砂处理来实行所述粗面化。此时，能够以干式或湿式来实行所述喷砂处理。
根据利用像这样的方式来实行粗面化，能够简便地且在不用导入不需要的杂质的情况下来形成粗面。
又，优选是将所述热处理的处理温度设为1000℃以上且1500℃以下。又，优选是将所述热处理的处理时间设为0.5小时以上且48小时以下。
根据利用像这样的处理温度和处理时间来进行热处理，能够使经粗面化的区域更确实地结晶化。
又，本发明提供一种单晶硅拉提用石英玻璃坩埚，用以自其内部所保持的硅融液提拉单晶硅，所述石英玻璃坩埚的特征在于，该石英玻璃坩埚具有由含有气泡的不透明石英玻璃所构成的外层和由实质上不含有气泡的透明石英玻璃所构成的内层，并且，所述石英玻璃坩埚的内表面之中的在保持有硅融液时会与该硅融液接触的区域经粗面化，且该经粗面化的区域是根据热处理而被结晶化。
若是像这样具有经结晶化的粗面化区域的石英玻璃坩埚，能够在单晶硅提拉时抑制棕环发生，并抑制单晶硅的结晶性混乱。又，因为该石英玻璃坩埚未使用用于内面结晶化的结晶化促进剂等，所以不会有结晶化促进剂所含的杂质溶出至硅融液中的情形。
此时，优选是所述经粗面化的区域的粗糙度，以算术平均粗糙度计，是0.1μm以上且3.0μm以下。
根据将粗面的粗糙度设在像这样的范围内，能够更确实地使石英玻璃坩埚内面结晶化。
又，优选是所述石英玻璃坩埚的内表面的整个面经粗面化，且该经粗面化的区域是根据热处理而被结晶化。
如此一来，根据对于坩埚内表面的全部区域实行粗面化和结晶化，能够更确实地使会与硅融液接触的坩埚内表面成为经结晶化的粗面化区域。
又，所述经粗面化的区域，优选是根据使用石英粉的喷砂处理来进行粗面化而成。
若是根据像这样的方式来实行粗面化后的石英玻璃坩埚，能够成为一种具有粗面化区域的石英玻璃坩埚，该粗面化区域未导入不需要的杂质。
发明的效果
本发明的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚，根据存在经结晶化的粗面区域，能够在单晶硅提拉时抑制棕环发生，并抑制单晶硅的结晶性混乱。又，因为该石英玻璃坩埚并未使用用于内面结晶化的结晶化促进剂等，所以不会有结晶化促进剂所含的杂质溶出至硅融液中的情形。因此，能够获得高质量的单晶硅。又，根据本发明的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的制造方法，能够制造像这样的石英玻璃坩埚。
附图说明
图1是本发明的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的一个实例的概要剖面图。
图2是本发明的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的一个实例的斜视图。
图3是表示在本发明的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚内保持有硅融液的情况的概要剖面图。
具体实施方式
如上所述，在石英玻璃坩埚中将多晶硅熔融并提拉单晶硅时，非晶形的石英玻璃坩埚内表面会发生相变(phase transition)为晶体的情形。该相变中的单晶硅的结晶性混乱是经常发生的现象。
对应于此问题而在上述石英玻璃坩埚内表面使用结晶促进剂的方法，即便能够抑制棕环发生，仍会有作为结晶促进剂的杂质被掺入单晶硅中的问题。为了抑制此杂质的掺入，本发明人反复专心研究。
石英玻璃的结晶化，会以损伤或杂质为起点而随着时间朝着圆周方向进展。本发明人想到根据对石英玻璃坩埚的内表面进行粗面化并进行热处理，来提升石英玻璃相变为晶体的速度，而能够在提拉单晶硅前使石英玻璃坩埚的内表面相变为晶体。又，本发明人发现，由此能够在不添加杂质的情况下来抑制单晶硅的结晶性混乱，从而完成本发明。
以下，参照附图来更具体地说明本发明。
图1表示本发明的石英玻璃坩埚的一个实例的概要剖面图。图2是图1所示的本发明的石英玻璃坩埚的斜视图。石英玻璃坩埚11，具有由含有气泡的不透明石英玻璃所构成的外层13、及由实质上不含有气泡的透明石英所构成的内层12。本发明的石英玻璃坩埚，是用以自其内部所保持的硅融液(silicon melt)提拉单晶硅。石英玻璃坩埚11，其内表面12a(也就是内层12的内表面)之中，至少在保持有硅融液时会与该硅融液接触的区域被粗面化，且该经粗面化的区域是根据热处理而被结晶化。图1中，经结晶化的粗面化区域是以参考符号21表示。
另外，石英玻璃坩埚11，是由底部、弯曲部及直筒部所构成。直筒部是指坩埚的形状之中的大约为圆筒状的部分。将直筒部与底部之间的区域称为弯曲部。坩埚的底部，例如可定义为具有坩埚外径的约三分之二的直径的部分。直筒部的高度，例如可定义为坩埚的高度之中的上部四分之三的部分，但是会随着坩埚形状而有所不同。内层12和外层13的厚度可设为与一般所使用的石英玻璃坩埚的厚度相同，并无特别限定。例如，内层12的厚度可设为1.5mm以上，亦可比此厚度更薄。一般来说，内层12，因为会与硅融液直接接触，所以是以高纯度石英玻璃来形成；外层13，从保持坩埚强度与成本的观点来看，则是设为比内层12低纯度。
在本发明的石英玻璃坩埚11中，在内表面12a形成有经结晶化的粗面化区域21，因此，能够抑制棕环的发生，并抑制单晶硅的结晶性混乱。又，因为该石英玻璃坩埚11未使用用于内面结晶化的结晶促进剂等，所以不会有结晶化促进剂所含的杂质溶出至硅融液中的情形。
在本发明的石英玻璃坩埚11中，如上所述，在保持有硅融液时会与该硅融液接触的区域经粗面化，并且，该经粗面化的区域是根据热处理而被结晶化。图3是表示在本发明的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚内保持有硅融液的情况(单晶硅提拉前)的概要剖面图。在石英玻璃坩埚11的内部保持硅融液31，且自硅融液31提拉单晶硅。“在保持有硅融液时会与该硅融液接触的区域”，是指在提拉单晶硅前，在硅融液31已装入石英玻璃坩埚11内的状态中，石英玻璃坩埚内表面12a之中的硅融液31所接触的部分。因此，经结晶化的粗面区域21的上端，是设为与硅融液31的融液面31相同或较高的位置。在图3中，是表示将经结晶化的粗面化区域21的上端设为比融液面32更高的位置的情况。在图3中所示的融液面32，是在单晶硅提拉前的硅融液的起始状态时的融液面。随着提拉进行，融液面32会下降，因此，硅融液31所直接接触的是经结晶化的粗面化区域21，而不会接触比经结晶化的粗面化区域21更上方的区域。
如前所述，在本发明的石英玻璃坩埚11中，需要以使硅融液31的起始状态时的液面的位置在粗面的范围内的方式，来设置经结晶化的粗面化区域21。此时的石英玻璃坩埚11的经结晶化的粗面化区域21的位置，只要依据石英玻璃坩埚11的直径和制造条件等来适当设定即可。尤其，优选是：在将自石英玻璃坩埚11的底部的外表面的中心点至直筒部的上端为止的高度设为H时，经结晶化的粗面化区域21的上端是被形成在0.7×H～1.0×H的高度范围(参照图3)内。如图3所示，高度H是自石英玻璃坩埚11的底部的外表面所测定出来的高度。
其中，尤其在石英玻璃坩埚的内表面12a的整个面，也能够形成经结晶化的粗面化区域21。由此，即便改变硅融液的量、或硅融液面振动，也能够更确实地使会与硅融液接触的坩埚内表面成为经结晶化的粗面化区域。
在所述经结晶化的粗面化区域21中，优选是经粗面化的区域的粗糙度，以算术平均粗糙度计，是0.1μm以上且3.0μm以下。若是以算术平均粗糙度为3.0μm以下来进行粗面化的区域，能够防止发生来自石英玻璃坩埚的脱离片，并更确实地促进经粗面化的区域结晶化。另一方面，为了要使粗面化的功效更确实地发挥，有0.1μm以上的平均粗糙度为佳。
又，所述经结晶化的粗面化区域21，优选是根据使用石英粉的喷砂处理来进行粗面化而成。能够根据利用像这样的方式来形成粗面，简便地且在不用导入不需要的杂质的情况下来形成粗面。
接著，说明一种石英玻璃坩埚的制造方法，其能够形成像这样的石英玻璃坩埚11。
首先，制作一种石英玻璃坩埚(步骤a)，其具有由含有气泡的不透明石英玻璃所构成的外层、及由实质上不含有气泡的透明石英玻璃所构成的内层。在该步骤中制作的石英玻璃坩埚，能够根据公知的方法制作。
接著，对以步骤a制作出来的石英玻璃坩埚的内表面之中的在保持有硅融液时会与该硅融液接触的区域，进行粗面化(步骤b)。“在保持有硅融液时会与该硅融液接触的区域”，如前所述。
在该步骤b中，优选是将经粗面化的区域的粗糙度，以算术平均粗糙度计，设为0.1μm以上且3.0μm以下。能够根据形成具有像这样范围的粗糙度的粗面，在后续的步骤c中，更确实地使石英玻璃坩埚内面结晶化。
在该步骤b中的粗面化，优选是根据使用石英粉的喷砂处理来实行。作为喷砂处理所使用的石英粉，能够使用合成石英粉或高纯度天然石英粉。喷砂处理是根据以压缩空气或离心力来将石英粉喷射，而在石英玻璃坩埚11的内表面上形成粗面。作为喷砂处理，可为将石英粉喷射的干式喷砂，亦可为将石英粉与水等流体一起喷射的湿式喷砂。作为石英粉，较适当是粒径106μm～355μm的范围的石英粉的重量累积为80％以上。粒径的测定和筛选时，只要使用例如筛子即可。能够根据利用像这样的方式来实行粗面化，简便地且在不用导入不需要的杂质的情况下来形成粗面。
接著，对根据步骤b而内表面被粗面化后的石英玻璃坩埚进行热处理，由此来使经粗面化的区域结晶化(步骤c)。能够根据表面被粗面化，来促进硅融液所接触的区域结晶化。在本发明的石英玻璃坩埚的制造方法中，在对内表面进行粗面化后而在使该石英玻璃坩埚与硅融液接触前，必须对内表面进行热处理。若内表面仅进行粗面化，结晶化会不足，而会在单晶硅提拉时发生棕环。是否根据热处理而被结晶化的判定，例如，能够根据X射线衍射来确认内表面的结晶化程度。此时，可准备要根据X射线衍射进行评估用的坩埚，该坩埚是以与实际的单晶硅的提拉所使用的坩埚相同条件来实行制作，并经粗面化和热处理后的坩埚。
该热处理，优选是作为处理温度为1000℃～1500℃，作为处理时间为0.5小时～48小时。能够根据以该温度和时间范围来进行热处理，更确实地使粗面结晶化。能够根据设为1000℃以上的处理温度，来使石英玻璃的结晶化促进效果为充分。能够根据设为1500℃以下的处理温度，来确保石英玻璃的粘性，并能够防止由于粘度下降而导致石英玻璃变形。关于热处理时间，与温度的情况同样地，能够根据设为0.5小时以上，来使结晶化促进效果为充分，且能够根据设为48小时以下，来防止石英玻璃变形。
本发明的石英玻璃坩埚的制造方法，能够以形成在内表面的粗面为起点，并进行热处理，由此来制造一种石英玻璃坩埚(图1的石英玻璃坩埚11)，其具有经结晶化的内表面。能够根据使用该石英玻璃坩埚来实行单晶硅提拉，从而抑制在提拉过程中的内表面发生棕环，并抑制单晶硅的结晶性混乱。因此，能够使单晶硅的生产性明显地提升。又，因为未使用用于内面结晶化的结晶化促进剂，所以不会有结晶促进剂作为杂质而溶出至硅融液中的情形。因此能够使所制造的单晶硅的质量提升并大幅改善产率。
另外，应用本发明时，坩埚的口径并无特别限定，而能够应用各种口径的坩埚。
[实施例]
以下，列举本发明的实施例及比较例来进一步具体地进行说明，然而本发明并未受限于这些实施例，只要不脱离本发明的技术思想，当然可进行各种变化。
(实施例1)
经由以下步骤来制作图1～图3所示的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚11。
首先，将粒径50～500μm的天然石英粉，供给至旋转的内径570mm的模具中，来成型为一成型体，所述成型体是由作为外层的厚度25mm的粉体层所构成。接著，根据电弧放电自该成型体的内部进行加热熔融，同时在该高温气氛中以100g/分钟的比例供给合成石英玻璃粉，而在整个内面区域以1～3mm的厚度形成无气泡的透明玻璃层(内层)。熔融结束后，进行冷却而获得直径555～560mm的石英玻璃坩埚。关于该石英玻璃坩埚，是切割其上端部，以使高度H(自底部的外表面的中心点至直筒部的上端为止的高度)成为370mm，而制作石英玻璃坩埚(步骤a)。
接著，在该制作的石英玻璃坩埚内表面，以石英粉喷砂处理来形成算术平均粗糙度0.1μm的粗面化区域(步骤b)。粗面化处理，是以翻转石英玻璃坩埚来使上端的开口部朝下方的状态，来对于内壁面实行粗面形成处理。作为喷砂材料而使用的高纯度天然石英粉，经测定粒度分布的结果，粒径106μm～355μm所占比例为87重量％。粗面化区域是设为石英玻璃坩埚的内表面的整个面。
进一步，对内表面经粗面化的石英玻璃坩埚实行1200℃、12小时的热处理，而获得石英玻璃坩埚11(步骤c)。准备评估用坩埚，并根据X射线衍射来确认内表面的粗面化区域已结晶化，所述评估用坩埚是以与上述相同的条件来制作石英玻璃坩埚，并实施相同的粗面形成处理和热处理而成的坩埚。
接著，使用以上述方式制作出来的石英玻璃坩埚11来实行单晶硅提拉的结果，相对于比较例1(后述)，所制造的单晶的产率较良好，该比较例1并未实施本发明的粗面化及之后的热处理。
(实施例2)
相较于实施例1，将热处理条件变更为1000℃、0.5小时，来制造石英玻璃坩埚11。使用该石英玻璃坩埚11来与实施例1同样地实行单晶硅提拉的结果，虽然相较于比较例1是大幅改善，但是单晶的产率比实施例1略低。被认为这是因为相较于实施例1，热处理温度较低，且热处理时间也较短，所以内表面的粗糙化区域的结晶化进行程度比实施例1低的缘故。
(实施例3)
相较于实施例1，将内表面算术平均粗糙度设为1.0μm，且热处理条件变更为1000℃，来制造石英玻璃坩埚11。使用该石英玻璃坩埚11来与实施例1同样地实行单晶硅提拉的结果，所制造的单晶的产率为良好。
(实施例4)
相较于实施例1，将内表面算术平均粗糙度设为1.0μm，且热处理时间变更为24小时，来制造石英玻璃坩埚11。使用该石英玻璃坩埚11来与实施例1同样地实行单晶硅提拉的结果，所制造的单晶的产率为良好。
(实施例5)
相较于实施例1，将内表面算术平均粗糙度设为2.0μm，且热处理时间变更为48小时，来制造石英玻璃坩埚11。使用该石英玻璃坩埚11来与实施例1同样地实行单晶硅提拉的结果，所制造的单晶的产率为良好。
(实施例6)
相较于实施例1，将内表面算术平均粗糙度设为3.0μm，且热处理温度变更为1000℃，来制造石英玻璃坩埚11。使用该石英玻璃坩埚11来与实施例1同样地实行单晶硅提拉的结果，所制造的单晶的产率为良好。
(实施例7)
相较于实施例1，将内表面算术平均粗糙度设为3.0μm，且热处理条件变更为1500℃、1小时，来制造石英玻璃坩埚11。使用该石英玻璃坩埚11来与实施例1同样地实行单晶硅提拉的结果，虽然相较于比较例1有改善，但是单晶的产率比实施例1略低。被认为这是因为热处理温度较高，所以石英玻璃坩埚的粘性下降，因而石英玻璃坩埚本身发生了变形的缘故。
(实施例8)
相较于实施例5，将热处理条件变更为900℃、12小时，来制造石英玻璃坩埚11。使用该石英玻璃坩埚11来与实施例1同样地实行单晶硅提拉的结果，虽然相较于比较例1有改善，但是单晶的产率比实施例1略低。被认为这是因为热处理温度较低，所以使石英玻璃坩埚内面的粗面化区域的结晶化程度较低，而在单晶硅提拉过程中，石英玻璃坩埚内面发生少量的棕环剥离且被掺入单晶硅中，以致结晶性下降的缘故。
(实施例9)
相较于实施例5，将热处理时间变更为60小时，来制造石英玻璃坩埚11。使用该石英玻璃坩埚11来与实施例1同样地实行单晶硅提拉的结果，虽然相较于比较例1有改善，但是单晶的产率比实施例1略低。被认为这是因为热处理时间较长，所以使石英玻璃坩埚的粘性下降，因而石英玻璃坩埚本身发生了变形的缘故。
(实施例10)
相较于实施例1，将内表面算术平均粗糙度变更为4.0μm，来制造石英玻璃坩埚11。使用该石英玻璃坩埚11来与实施例1同样地实行单晶硅提拉的结果，虽然相较于比较例1有改善，但是单晶的产率比实施例1略低。被认为这是内表面的粗面区域较粗糙，而在单晶硅提拉过程中一部分发生脱离片且被掺入单晶硅中，以致结晶性下降。
(比较例1)
经由以下步骤来制作单晶硅提拉用石英玻璃坩埚。首先，将粒径50～500μm的天然石英粉，供给至旋转的内径570mm的模具中，来成形为一成型体，所述成型体是由作为外层的厚度25mm的粉体层所构成。接著，根据电弧放电自该成型体的内部进行加热熔融，同时在该高温气氛中以100g/分钟的比例供给合成石英玻璃粉，而在整个内面区域以1～3mm的厚度形成无气泡的透明玻璃层(内层)。熔融结束后，进行冷却而获得直径555～560mm的石英玻璃坩埚。关于该石英玻璃坩埚，是切割其上端部，以使高度H(自底部的外表面的中心点至直筒部的上端为止的高度)成为370mm，而制作石英玻璃坩埚。该石英玻璃坩埚中，不形成像实施例1～10那样的内面粗面区域，且亦不实行热处理。
接著，使用以上述方式制造出来的石英玻璃坩埚来实行单晶硅提拉。所制造的单晶的产率大幅下降，而不能够令人满意。被认为这是在单晶硅提拉过程中，石英玻璃坩埚内面所发生的棕环剥离且被掺入单晶硅中，以致结晶性下降的缘故。
(比较例2)
首先，与比较例1同样地制作石英玻璃坩埚。该石英玻璃坩埚中，不形成像实施例1～10那样的内面粗面区域。对该石英玻璃坩埚，实行1200℃、12小时的热处理来制造石英玻璃坩埚。使用该石英玻璃坩埚来实行单晶硅提拉的结果，所制造的单晶的产率大幅下降，而不能够令人满意。被认为这是因为在石英玻璃坩埚内面未形成有粗面，所以即便根据热处理，坩埚内表面的结晶化仍不足，因而在单晶硅提拉过程中，石英玻璃坩埚内面所发生的棕环剥离且被掺入单晶硅中，以致结晶性下降的缘故。
(比较例3)
与比较例1同样地制作石英玻璃坩埚后，对该内表面的整个面进行粗面化。相较于比较例1，将内表面算术平均粗糙度变更为4.0μm，来制作石英玻璃坩埚。使用该石英玻璃坩埚来实行单晶硅提拉的结果，所制造的单晶的产率大幅下降。被认为这是因为内表面的粗面区域较粗糙，并且未预先根据热处理而被结晶化，所以在单晶硅提拉过程中有大量脱离片发生且被掺入单晶硅中，以致结晶性下降的缘故。
将实施例1～10及比较例1～3的石英玻璃坩埚的内表面算术平均粗糙度、热处理条件及单晶硅提拉的结果，整理如表1。表中的符号“○”表示结果为非常良好，符号“△”表示结果为没有问题的程度，符号“╳”表示结果为不良。
[表1]
Figure BDA0001219146700000111
由实施例1～10及比较例1～3的结果可知，能够根据在石英玻璃坩埚内面设置粗面化区域并进行热处理，来实现单晶硅的高产率。

Claims (10)

1.一种单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的制造方法，用于制造石英玻璃坩埚，所述石英玻璃坩埚是用以自其内部所保持的硅融液提拉单晶硅，所述单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的制造方法的特征在于，包含下述步骤：
制作石英玻璃坩埚的步骤，该石英玻璃坩埚具有由含有气泡的不透明石英玻璃所构成的外层和由实质上不含有气泡的透明石英玻璃所构成的内层；
对所述制作出来的石英玻璃坩埚的内表面之中的在保持有硅融液时会与该硅融液接触的区域，进行根据使用石英粉的喷砂处理来实行粗面化的步骤；以及，
根据对所述内表面经粗面化的石英玻璃坩埚通过1000℃以上且1500℃以下的处理温度进行热处理，来使所述经粗面化的区域的表面结晶化的步骤。
2.如权利要求1所述的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的制造方法，其中，根据所述粗面化，将所述经粗面化的区域的粗糙度，以算术平均粗糙度计，作成0.1μm以上且3.0μm以下。
3.如权利要求1所述的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的制造方法，其中，在所述进行粗面化的步骤中，对所述石英玻璃坩埚的内表面的整个面进行粗面化。
4.如权利要求2所述的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的制造方法，其中，在所述进行粗面化的步骤中，对所述石英玻璃坩埚的内表面的整个面进行粗面化。
5.如权利要求1～4中任一项所述的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的制造方法，其中，以干式或湿式来实行所述喷砂处理。
6.如权利要求1～4中任一项所述的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的制造方法，其中，将所述热处理的处理时间设为0.5小时以上且48小时以下。
7.一种单晶硅提拉用石英玻璃坩埚，其是通过权利要求1所述的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚的制造方法制造的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚，其特征在于，
其是用以自其内部所保持的硅融液提拉单晶硅的石英玻璃坩埚，
并且，具有由含有气泡的不透明石英玻璃所构成的外层和由实质上不含有气泡的透明石英玻璃所构成的内层，
并且，所述石英玻璃坩埚的内表面之中的在保持有硅融液时会与该硅融液接触的区域根据使用石英粉的喷砂处理来进行粗面化，且该经粗面化的区域是根据热处理而被结晶化。
8.如权利要求7所述的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚，其中，所述经粗面化的区域的粗糙度，以算术平均粗糙度计，是0.1μm以上且3.0μm以下。
9.如权利要求7所述的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚，其中，所述石英玻璃坩埚的内表面的整个面经粗面化，且该经粗面化的区域是根据热处理而被结晶化。
10.如权利要求8所述的单晶硅提拉用石英玻璃坩埚，其中，所述石英玻璃坩埚的内表面的整个面经粗面化，且该经粗面化的区域是根据热处理而被结晶化。
CN201580041344.XA 2014-07-31 2015-06-01 单晶硅提拉用石英玻璃坩埚及其制造方法 Active CN106574394B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-155716 2014-07-31
JP2014155716A JP6324837B2 (ja) 2014-07-31 2014-07-31 単結晶シリコン引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法
PCT/JP2015/002753 WO2016017055A1 (ja) 2014-07-31 2015-06-01 単結晶シリコン引き上げ用石英ガラスるつぼ及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106574394A CN106574394A (zh) 2017-04-19
CN106574394B true CN106574394B (zh) 2021-06-04

Family

ID=55216987

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580041344.XA Active CN106574394B (zh) 2014-07-31 2015-06-01 单晶硅提拉用石英玻璃坩埚及其制造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10323334B2 (zh)
EP (1) EP3176289B1 (zh)
JP (1) JP6324837B2 (zh)
KR (1) KR102290102B1 (zh)
CN (1) CN106574394B (zh)
TW (1) TWI659933B (zh)
WO (1) WO2016017055A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109112613B (zh) * 2017-06-22 2021-03-12 内蒙古欧晶科技股份有限公司 石英坩埚制备工艺
CN113493925A (zh) * 2020-04-08 2021-10-12 阔斯泰公司 石英玻璃坩埚及其制造方法
CN115724598A (zh) * 2021-08-31 2023-03-03 内蒙古中环协鑫光伏材料有限公司 一种提高首颗成晶率的石英坩埚预处理方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1149634A (zh) * 1995-06-14 1997-05-14 Memc电子材料有限公司 用于改善无位错性能的表面处理过的坩埚
JP2004155642A (ja) * 2002-03-19 2004-06-03 Toshiba Ceramics Co Ltd 石英ガラスルツボ及び石英ガラスルツボの製造方法
CN101356130A (zh) * 2005-10-19 2009-01-28 莫门蒂夫性能材料股份有限公司 石英玻璃坩埚以及处理石英玻璃坩埚表面的方法
WO2011158712A1 (ja) * 2010-06-16 2011-12-22 信越石英株式会社 シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼ及びその製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4010064A (en) * 1975-05-27 1977-03-01 International Business Machines Corporation Controlling the oxygen content of Czochralski process of silicon crystals by sandblasting silica vessel
JP3046545U (ja) 1997-08-25 1998-03-10 英一 清家 基礎パネル固定具
DE19917288C2 (de) 1999-04-16 2001-06-28 Heraeus Quarzglas Quarzglas-Tiegel
JP2001114590A (ja) * 1999-10-13 2001-04-24 Nippon Steel Corp シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ
US20030012899A1 (en) 2001-07-16 2003-01-16 Heraeus Shin-Etsu America Doped silica glass crucible for making a silicon ingot
US6837751B2 (en) * 2002-07-25 2005-01-04 Delphi Technologies, Inc. Electrical connector incorporating terminals having ultrasonically welded wires
JP4453954B2 (ja) * 2003-02-28 2010-04-21 信越石英株式会社 シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法および該製造方法で製造された石英ガラスルツボ
JP4330363B2 (ja) * 2003-03-28 2009-09-16 ジャパンスーパークォーツ株式会社 石英ガラスルツボ
US7295042B2 (en) * 2004-07-20 2007-11-13 Analog Devices, Inc. Buffer
US9139932B2 (en) 2006-10-18 2015-09-22 Richard Lee Hansen Quartz glass crucible and method for treating surface of quartz glass crucible
EP2410081B1 (en) 2009-12-14 2014-11-19 Japan Super Quartz Corporation Method for manufacturing a silica glass crucible
US20140035260A1 (en) * 2012-08-06 2014-02-06 Arlen Helterbrand Portable Convertible Wheelchair
US20140352605A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 Heraeus Shin-Etsu America, Inc. Method for making barium-doped crucible and crucible made thereby

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1149634A (zh) * 1995-06-14 1997-05-14 Memc电子材料有限公司 用于改善无位错性能的表面处理过的坩埚
JP2004155642A (ja) * 2002-03-19 2004-06-03 Toshiba Ceramics Co Ltd 石英ガラスルツボ及び石英ガラスルツボの製造方法
JP4279015B2 (ja) * 2002-03-19 2009-06-17 コバレントマテリアル株式会社 石英ガラスルツボ及び石英ガラスルツボの製造方法
CN101356130A (zh) * 2005-10-19 2009-01-28 莫门蒂夫性能材料股份有限公司 石英玻璃坩埚以及处理石英玻璃坩埚表面的方法
WO2011158712A1 (ja) * 2010-06-16 2011-12-22 信越石英株式会社 シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼ及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106574394A (zh) 2017-04-19
KR20170039159A (ko) 2017-04-10
JP6324837B2 (ja) 2018-05-16
JP2016033093A (ja) 2016-03-10
EP3176289A4 (en) 2018-03-21
KR102290102B1 (ko) 2021-08-18
EP3176289B1 (en) 2019-08-07
US10323334B2 (en) 2019-06-18
WO2016017055A1 (ja) 2016-02-04
TWI659933B (zh) 2019-05-21
US20170175291A1 (en) 2017-06-22
EP3176289A1 (en) 2017-06-07
TW201605746A (zh) 2016-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4948504B2 (ja) シリコン単結晶引上げ方法
JP4233059B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ及びその製造方法
KR101165703B1 (ko) 실리콘 단결정 인상용 석영 유리 도가니 및 그 제조 방법
CN106574394B (zh) 单晶硅提拉用石英玻璃坩埚及其制造方法
JP4803784B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法
JP2010280567A (ja) シリカガラスルツボの製造方法
WO2012140816A1 (ja) 石英ガラスルツボ及びその製造方法、並びにシリコン単結晶の製造方法
JP2008162865A (ja) 石英ガラスルツボ
JP2007091532A (ja) シリカガラスルツボ
JP5557333B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ
JP2003160393A (ja) 単結晶成長用石英ルツボ
JP2010202515A (ja) シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法
JP2015218087A (ja) 単結晶シリコン引き上げ用石英ガラスるつぼ
JP6451333B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法
JP5543326B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ
WO2021131321A1 (ja) 石英ガラスルツボ及びその製造方法
JP6681269B2 (ja) 石英ガラスルツボ
JP6208080B2 (ja) 石英ガラスルツボ
JP5473002B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ
JP5557334B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant