DE112022002801T5

DE112022002801T5 - Quarzglastiegel, herstellungsverfahren dafür und herstellungsverfahren für silicium-einkristall

Info

Publication number: DE112022002801T5
Application number: DE112022002801.7T
Authority: DE
Inventors: Masami Ohara; Hiroshi Kishi; Eriko Kitahara; Hideki Fujiwara
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2022-02-09
Publication date: 2024-04-04
Also published as: CN117295851A; WO2022249570A1; TW202248165A; TWI808756B; JP2022180695A; KR20230163459A

Abstract

[Problem] Ein Quarzglastiegel, der in der Lage ist, die Kohlenstoffverunreinigung und die Löcherbildungsrate in einem Silicium-Einkristall zu reduzieren, ein Herstellungsverfahren für den Quarzglastiegel und ein Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall werden bereitgestellt.[Lösung] Ein Quarzglastiegel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Tiegelbasiskörper 10, der aus Siliciumdioxidglas besteht, und einen Beschichtungsfilm 13, der einen Kristallisationsbeschleuniger enthält und auf der Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 ausgebildet ist. Die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm 13 und dem Tiegelbasiskörper in einem Bereich von 0 µm oder mehr und 300 µm oder weniger Tiefe von der Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 beträgt 1,0 × 1012Atome/cm3oder mehr und 3,0 × 1019Atome/cm3oder weniger.

Description

FACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Quarzglastiegel und ein Herstellungsverfahren dafür, und insbesondere einen Quarzglastiegel, der zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls mit dem Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) verwendet wird. Zusätzlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall unter Verwendung eines solchen Quarzglastiegels.
STAND DER TECHNIK
Die meisten Silicium-Einkristalle werden mit dem CZ-Verfahren hergestellt. Beim CZ-Verfahren wird ein polykristallines Silicium-Rohmaterial in einem Quarzglastiegel geschmolzen, um eine Siliciumschmelze zu erzeugen, ein Impfkristall wird in die Siliciumschmelze eingetaucht und dann wird der Impfkristall allmählich hochgezogen, während der Quarzglastiegel und der Impfkristall gedreht werden. Somit wird ein großer Einkristall am unteren Ende des Impfkristalls gezüchtet. Gemäß dem CZ-Verfahren ist es möglich, eine Ausbeute an Silicium-Einkristallen mit großem Durchmesser zu erhöhen.
Ein Quarzglastiegel ist ein Siliciumdioxidglasbehälter zum Durchführen einer Siliciumschmelze während des Hochziehschritts des Silicium-Einkristalls. Daher ist es erforderlich, dass der Quarzglastiegel eine hohe Haltbarkeit aufweist, um einer Langzeitverwendung standzuhalten, ohne bei hoher Temperatur, die nicht geringer als der Schmelzpunkt von Silicium ist, verformt zu werden. Zusätzlich ist es erforderlich, dass der Quarzglastiegel eine hohe Reinheit aufweist, um eine Verunreinigung des Silicium-Einkristalls zu verhindern.
Es ist bekannt, dass ein brauner ringförmiger Cristobalit-Kristall, der als brauner Ring bezeichnet wird, auf der Innenfläche des Quarzglastiegels wächst, der in Kontakt mit der Siliciumschmelze kommt, wenn der Silicium-Einkristall hochgezogen wird. Wenn der braune Ring von der Oberfläche des Tiegels abgeschält und in die Siliciumschmelze gemischt wird, kann er durch Schmelzkonvektion an die Fest-Flüssig-Grenzfläche transportiert und in den Einkristall integriert werden. Das Abschälen von Cristobalit bewirkt eine Versetzung in dem Silicium-Einkristall. Daher wird die Innenfläche des Tiegels aktiv durch einen Kristallisationsbeschleuniger kristallisiert, um das Abschälen der Kristallstücke zu verhindern.
Es ist bekannt, dass Kohlenstoff, der eine Verunreinigung in einem Silicium-Einkristall ist, die Sauerstofffällung beschleunigt und Eigenschaften einer Vorrichtung, wie Stromverlust, negativ beeinflusst. Daher ist es wünschenswert, dass die Kohlenstoffkonzentration des Silicium-Einkristalls so niedrig wie möglich ist. Da das Kohlenstoffelement, das in der Nähe der Innenfläche des Quarzglastiegels vorhanden ist, direkt in die Siliciumschmelze integriert wird, wenn das polykristalline Silicium-Rohmaterial geschmolzen wird, ist es wichtig, die Kohlenstoffkonzentration in der Nähe der Innenfläche des Tiegels zu reduzieren.
Hinsichtlich der Kohlenstoffkonzentration eines Quarzglastiegels beschreibt beispielsweise Patentliteratur 1 einen Quarzglastiegel, in dem die Innenflächenschicht einen Stickstoffgehalt von 100 bis 4.000 ppm und einen Kohlenstoffgehalt von 30 bis 1.000 ppm aufweist. Die Aufgabe dieses Quarzglastiegels besteht darin, Stickstoff und Kohlenstoff positiv der Siliciumschmelze von der Tiegelseite zuzuführen, und somit enthält der Tiegel Stickstoff und Kohlenstoff in hohen Konzentrationen.
Patentliteratur 2 beschreibt ein Herstellungsverfahren für einen Silciumdioxidbehälter, das einen Schritt des Ausbildens eines vorher geformten Basiskörpers zu einer vorab festgelegten Form, in dem Rohmaterialpulver (Siliciumdioxid-Pulver) des Basiskörpers in die Innenwand des Außenrahmens eingebracht wird, während der Außenrahmen, der Löcher zur Dekompression aufweist, gedreht wird, und einen Schritt des Ausbildens des Siliciumdioxid-Basiskörpers umfasst, in dem der vorher geformte Basiskörper von einer äußeren Umfangsseite davon unter Anpassen der Feuchtigkeit im Inneren des Außenrahmens durch Entlüften des in dem Außenrahmen vorhandenen Gases unter Zuführen eines gemischten Gases, das O₂-Gas und ein Inertgas enthält und bis zu einem vorab festgelegten Taupunkt oder niedriger entfeuchtet ist, von der Innenseite des vorher geformten Basiskörpers dekomprimiert wird und gleichzeitig von der Innenseite des vorher geformten Basiskörpers durch ein Auslass-Wärmeschmelz-Verfahren unter Verwendung einer Kohlenstoffelektrode erwärmt wird, wodurch ein äußerer Umfangsteil des vorher geformten Basiskörpers zu einem gesinterten Körper gefertigt wird, während ein innerer Teil des vorher geformten Basiskörpers zu einem geschmolzenen Glaskörper gefertigt wird. Bei diesem Herstellungsverfahren kann die Menge an Kohlenstoff (C), die in dem hergestellten Siliciumdioxid-Basiskörper enthalten ist, durch Oxidieren und Vergasen der Kohlenstoffteilchen, die von der Kohlenstoffelektrode zerstreut werden, extrem reduziert werden.
Patentliteratur 3 beschreibt das Brennen von Siliciumdioxidgelteilchen, die durch ein Nassverfahren hergestellt wurden, vorzugsweise bei einer Temperatur der Dehydroxylierungstemperatur oder mehr und weniger als der Teilchensintertemperatur unter der Atmosphäre teilchengesintert, um synthetische Quarzteilchen zu erhalten, und anschließend das Brennen der synthetischen Quarzteilchen bei einer Temperatur der Entkohlungstemperatur oder mehr und weniger als der Teilchensintertemperatur unter einem Vakuum mit einem Vakuumgrad von 100 Pa oder weniger und vorzugsweise 50 Pa oder weniger, um amorphe synthetische Quarzteilchen mit einer geringen Menge an Restkohlenstoff und einen synthetischen Quarztiegel unter Verwendung der synthetischen Quarzteilchen herzustellen. Da der Quarztiegel unter Verwendung der synthetischen Quarzteilchen mit einer geringen Menge an dadurch erhaltenem Restkohlenstoff hergestellt wird, kann die Kohlenstoffkonzentration in dem Quarztiegel reduziert werden.
Patentliteratur 4 beschreibt einen Siliciumdioxidglastiegel, der eine Cristobalit-Schicht ausbildet, die eine geringe Verunreinigungskonzentration von zumindest Kohlenstoff aufweist, einen Kristall von hoher Qualität bereitstellt, von dem ausgegangen werden kann, dass er eine relativ lange Lebensdauer hat, und weniger anfällig für Rissbildung ist, und ein Herstellungsverfahren für den Siliciumdioxidglastiegel. In diesem Siliciumdioxidglastiegel wurde im Voraus eine blasenfreie Siliciumdioxidglasschicht mit einer vorab festgelegten Dicke an seiner Innenfläche ausgebildet. Bei der Herstellung eines solchen Tiegels wird die Oberfläche der blasenfreien Siliciumdioxidglasschicht mit einem Hydroxid eines Erdalkalimetallelements beschichtet, das ausgewählt ist aus Barium (Ba) oder dergleichen, und die äußere Oberfläche des Siliciumdioxidglastiegels wird mit dem gleichen Material beschichtet wie die innere. Danach wird eine Wärmebehandlung in einer Inertgasatmosphäre oder dergleichen durchgeführt, um eine Cristobalitschicht auf der mit dem Hydroxid beschichteten Oberfläche auszubilden. Falls der Ionenradius des Erdalkalimetalls als Ri (Å) bezeichnet ist, erfüllt die Konzentration Ci (ppma) des Erdalkalimetalls den Vergleichsausdruck Ci ≥ 5,4E4/11 - (Ri/0,42)31 in jedem Teil der Cristobalit-Schicht nach der Wärmebehandlung.
LITERATUR ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. H04-349191
Patentliteratur 2: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2011-032147
Patentliteratur 3: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-080230
Patentliteratur 4: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2018-138508

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Selbst wenn ein Silicium-Einkristall unter Verwendung eines herkömmlichen Quarzglastiegels mit einer reduzierten Kohlenstoffkonzentration hochgezogen wird, kann die Kohlenstoffkonzentration des Silicium-Einkristalls jedoch zunehmen und eine Verbesserung ist erforderlich. Bei dem sogenannten Mehrfachhochziehen, bei dem durch zusätzliches Zugeben des polykristallinen Silicium-Rohmaterials eine Mehrzahl von Silicium-Einkristallen aus demselben Tiegel hochgezogen wird, neigt die Kohlenstoffkonzentration aufgrund der Segregationswirkung dazu zu steigen, während die Anzahl des Hochziehens zunimmt, und somit ist das Problem der Kohlenstoffkonzentration in einem Silicium-Einkristall beachtlich.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Quarzglastiegel, der in der Lage ist, die Kohlenstoffverunreinigung und die Löcherbildungsrate in einem Silicium-Einkristall zu reduzieren, und ein Herstellungsverfahren für den Quarzglastiegel bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall unter Verwendung eines solchen Quarzglastiegels bereitzustellen.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben umfassend geforscht, um die Kohlenstoffkonzentration in einem mit dem CZ-Verfahren gezüchteten Silicium-Einkristall zu reduzieren, und haben festgestellt, dass es, falls ein Kristallisationsbeschleuniger auf die Innenfläche eines Quarzglastiegels aufgebracht wird, nötig ist, die Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm, der den Kristallisationsbeschleuniger enthält, zusätzlich zum Reduzieren der Kohlenstoffkonzentration in dem aus Siliciumdioxidglas bestehenden Tiegelbasiskörper zu reduzieren, wodurch die Kohlenstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall reduziert werden kann.
Die vorliegende Erfindung basiert auf derartigen technischen Erkenntnissen und ein Quarzglastiegel gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Tiegelbasiskörper, der aus Siliciumdioxidglas besteht, und einen Beschichtungsfilm, der einen Kristallisationsbeschleuniger enthält und auf der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers ausgebildet ist, wobei eine durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm und dem Tiegelbasiskörper in einem Bereich von 0 µm oder mehr and 300 µm oder weniger Tiefe von der Innenfläche davon 1,0 × 10¹² Atome/cm³ oder mehr und 3,0 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger beträgt.
In dem Quarzglastiegel gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm, der den Kristallisationsbeschleuniger enthält, sowie in der Nähe der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers reduziert, und somit kann die Kohlenstoffkonzentration in dem mit dem CZ-Verfahren gezüchteten Silicium-Einkristall reduziert sein.
In der vorliegenden Erfindung beträgt das Gewichtsverhältnis eines Carbonats, das in dem Beschichtungsfilm vorhanden ist, vorzugsweise 20,0 Gew.-% oder weniger. Falls das Gewichtsverhältnis des Carbonats in dem Beschichtungsfilm 20,0 Gew.-% oder weniger beträgt, kann die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm 3,0 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger betragen. Das Gewichtsverhältnis des Carbonats kann mit dem XPS-Verfahren oder dem Raman-Messverfahren gemessen werden.
In der vorliegenden Erfindung beträgt die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm vorzugsweise 3,0 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder weniger, die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm und dem Tiegelbasiskörper im Bereich von 0 µm oder mehr und 300 µm oder weniger Tiefe von der Innenfläche davon beträgt besonders bevorzugt 1,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ oder weniger. Ferner beträgt die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Tiegelbasiskörper im Bereich von 300 µm oder mehr und 2.000 µm oder weniger Tiefe von der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers vorzugsweise 1,1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger. Dadurch kann die Kohlenstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall weiter reduziert werden.
In der vorliegenden Erfindung beträgt der Variationskoeffizient (σ/DURCHSCHNITT) der Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm an fünf Punkten am Boden des Tiegelbasiskörpers vorzugsweise 1,1 oder weniger. Hier sind die fünf Punkte vorzugsweise als erster Messpunkt, der eine Mitte des Bodens ist, zweiter Messpunkt, der eine Position ist, die um das 0,08- bis 0,7-Fache eines Radius in radialer Richtung des Tiegelbasiskörpers von dem ersten Messpunkt verschoben ist, dritter Messpunkt, der eine Position ist, die um 90° im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung von dem zweiten Messpunkt gedreht ist, vierter Messpunkt, der eine Position ist, die um 90° im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung von dem dritten Messpunkt gedreht ist, und fünfter Messpunkt bestimmt, der eine Position ist, die um 90° im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung von dem vierten Messpunkt gedreht ist. Der Bias der Kohlenstoffkonzentration an der Innenfläche des Tiegels bewirkt eine Löcherbildung in dem Silicium-Einkristall. Durch das Reduzieren der Flächenvariation in der Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm, der in dem unteren mittigen Bereich des Tiegels ausgebildet wird, kann die Löcherbildung verhindert werden.
Der Beschichtungsfilm weist vorzugsweise eine Schälfestigkeit von 0,3 kN/m oder mehr auf. Falls der Beschichtungsfilm eine Schälfestigkeit von 0,3 kN/m oder mehr aufweist, können die Oberflächenaufrauung der Innenfläche des Tiegels und das Abschälen des braunen Rings unterdrückt werden, und eine Versetzung in dem Silicium-Einkristall kann verhindert werden.
Die Stickstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm und dem Tiegelbasiskörper in einem Bereich von 0 µm oder mehr und 300 µm oder weniger Tiefe von der Innenfläche davon beträgt 4,7 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger. Durch das Reduzieren der Stickstoffkonzentrationen in der Nähe der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers und in dem Beschichtungsfilm kann die Menge an Stickstoff, der in den Silicium-Einkristall aufgenommen wird, reduziert werden. Daher ist es möglich, das Auftreten unbeabsichtigter, durch Sauerstofffällung induzierter Defekte in dem Silicium-Einkristall zu verhindern.
Zusätzlich umfasst das Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schritt des Herstellens eines Tiegelbasiskörpers, der aus Siliciumdioxidglas besteht, und einen Schritt des Aufbringens einer Beschichtungsflüssigkeit, die einen Kristallisationsbeschleuniger enthält, auf eine Innenfläche des Tiegelbasiskörpers, um einen Beschichtungsfilm aus dem Kristallisationsbeschleuniger auszubilden, wobei der Schritt des Herstellens des Tiegelbasiskörpers eine Lichtbogenerwärmung von Siliciumdioxidpulver, das einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 6 ppm aufweist und als Rohmaterial für die Innenfläche des Tiegelbasiskörpers verwendet wird, unter Verwendung einer Kohlenstoffelektrode mit einer relativen Schüttdichte von 1,50 g/cm³ oder mehr und 1,75 g/cm³ oder weniger und einem spezifischen Widerstand von 330 µΩ·cm oder mehr und 600 µΩ·cm oder weniger umfasst und der Kristallisationsbeschleuniger eine Verbindung eines Elements (Mg, Ca, Sr oder Ba) in der Gruppe 2a ist, die keine Kohlenstoffatome in einem Molekül aufweist.
CO₂-Gas wird durch oxidativen Verschleiß der Kohlenstoffelektrode von der Oberfläche während der Lichtbogenerwärmung erzeugt. Falls eine spezifische Dichte oder ein spezifischer Widerstand der Elektrode groß ist, können sich Kohlenstoffteilchen von der Oberfläche zerstreuen und in den Tiegel aufgenommen werden, bevor sie durch die Lichtbogenwärme ausgebrannt werden. Bei dem Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß der vorliegenden Erfindung werden jedoch Kohlenstoffelektroden mit einer relativ niedrigen spezifischen Dichte und einem relativ niedrigen spezifischen Widerstand verwendet, und somit kann ein solches Problem gelöst werden und kann die Kohlenstoffkonzentration in der Nähe der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers reduziert werden.
Bei dem Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass vor dem Bilden des Beschichtungsfilms aus dem Kristallisationsbeschleuniger der Tiegelbasiskörper mit Flusssäure von Halbleitergüte oder höher und reinem Wasser gereinigt wird. Dadurch ist es möglich, Verunreinigungen, einschließlich an der Oberfläche des Tiegelbasiskörpers anhaftenden Kohlenstoffs, wirksam zu entfernen.
Der Kristallisationsbeschleuniger ist vorzugsweise eine wasserlösliche Verbindung. Dadurch ist die Löslichkeit in Wasser hoch und die wässrige Lösung lässt sich leicht handhaben, und somit lässt sich leicht eine gleichmäßige Aufbringung des Kristallisationsbeschleunigers auf die Tiegeloberfläche erzielen.
In dem Schritt des Ausbildens des Beschichtungsfilms wird die Aufbringung der Beschichtungsflüssigkeit vorzugsweise während des Erwärmens des Tiegelbasiskörpers bei einer Temperatur von 60 °C oder mehr und 500 °C oder weniger und besonders bevorzugt des Erwärmens bei einer Temperatur von 100 °C oder mehr und 180 °C oder weniger durchgeführt. In diesem Fall wird das Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit vorzugsweise während des Erwärmens des Tiegelbasiskörpers derart, dass eine Differenz zwischen einem Siedepunkt eines Lösungsmittels in der Beschichtungsflüssigkeit und einer Temperatur des Tiegelbasiskörpers -40,0 °C oder mehr und 100 °C oder weniger beträgt, durchgeführt, und es ist besonders bevorzugt, die Erwärmungstemperatur des Tiegelbasiskörpers auf den Siedepunkt des Lösungsmittels oder mehr und 80 °C oder weniger einzustellen. Dadurch ist es möglich, die Erzeugung eines Carbonats zu unterdrücken und die Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm zu reduzieren.
In dem Schritt des Aufbringens der Beschichtungsflüssigkeit wird die Beschichtungsflüssigkeit vorzugsweise unter Verwendung einer Zweifluiddüse, die Gas und Flüssigkeit in einem Sprühkopf mischt und das Gemisch versprüht, aufgesprüht, und das Versprühen der Beschichtungsflüssigkeit wird vorzugsweise unter einem Grobvakuum von 1 × 10² Pa oder mehr und 1 × 10⁵ Pa oder weniger durchgeführt. Durch Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit auf den erwärmten Tiegelbasiskörper unter einem Grobvakuum auf diese Weise ist es möglich, das Lösungsmittel sofort abzudampfen und den Kristallisationsbeschleuniger gleichmäßig zu fixieren, und eine Ungleichmäßigkeit im Beschichtungsfilm aufgrund von Flüssigkeitsabtropfen der Beschichtungsflüssigkeit auf der Tiegeloberfläche oder dergleichen kann verhindert werden. Zusätzlich kann, da das Lösungsmittel in kurzer Zeit abgedampft werden kann, um die Erwärmzeit zu verkürzen, die Erzeugung eines Carbonats unterdrückt werden.
In dem Schritt des Ausbildens des Beschichtungsfilms ist es bevorzugt, dass die maximale Dicke des Beschichtungsfilms, der durch ein Aufbringen ausgebildet wird, auf 0,5 µm oder weniger eingestellt wird und der Beschichtungsfilm durch abwechselndes Wiederholen des Trocknens des Beschichtungsfilms und des erneuten Aufbringens zu mehreren Schichten ausgebildet wird. Dadurch kann ein dichter und gleichmäßiger Beschichtungsfilm ausgebildet werden und die Schälfestigkeit des Beschichtungsfilms kann erhöht werden.
Die Sprühmenge der Beschichtungsflüssigkeit beträgt vorzugsweise 300 ml/min oder weniger. Somit kann durch Herabsetzen der Sprühmenge der Beschichtungsflüssigkeit auf 300 ml/min oder weniger gleichmäßig ein dichter Beschichtungsfilm ausgebildet werden.
Ferner wird bei dem Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung ein Silicium-Einkristall unter Verwendung des Quarzglastiegels gemäß der vorliegenden Erfindung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen hochgezogen. Gemäß der vorliegenden Erfindung können Siliciumkristalle mit reduzierter Kohlenstoffverunreinigung und der reduzierten Löcherbildungsrate hergestellt werden.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Quarzglastiegel, der in der Lage ist, eine Kohlenstoffverunreinigung und die Löcherbildungsrate in einem Silicium-Einkristall zu reduzieren, und ein Herstellungsverfahren für den Quarzglastiegel bereitzustellen. Zusätzlich ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall unter Verwendung eines solchen Quarzglastiegels bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[1] ist eine schematische perspektivische Ansicht, welche eine Ausgestaltung eines Quarzglastiegels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
[2] ist eine schematische seitliche Querschnittsansicht und eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 1 veranschaulichten Quarzglastiegels.
[3] ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Messen der Schälfestigkeit eines Beschichtungsfilms veranschaulicht.
[4] ist eine schematische Draufsicht, die die Messpositionen der Kohlenstoffkonzentration am Boden des Tiegels zeigt.
[5] ist ein schematisches Diagramm, das ein Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß einem Rotationsformverfahren veranschaulicht.
[6] ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Aufbringen eines Kristallisationsbeschleunigers auf die Innenfläche eines Tiegelbasiskörpers veranschaulicht.
[7] ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Einkristall-Hochziehschritts unter Verwendung des Quarzglastiegels gemäß der vorliegenden Ausführungsform und ist eine schematische Schnittansicht, die eine Ausgestaltung einer Einkristallziehvorrichtung veranschaulicht.

ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, welche die Ausgestaltung eines Quarzglastiegels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Zusätzlich ist 2 eine schematische seitliche Querschnittsansicht und eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 1 veranschaulichten Quarzglastiegels.
Wie in 1 und 2 dargestellt, ist ein Quarzglastiegel 1 ein Siliciumdioxidglasbehälter zum Enthalten einer Siliciumschmelze und weist eine zylindrische Seitenwand 10a, einen Boden 10b, der unterhalb der Seitenwand 10a vorgesehen ist, und eine Ecke 10c auf, die zwischen der Seitenwand 10a und dem Boden 10b vorgesehen ist. Der Boden 10b ist vorzugsweise ein sogenannter Rundboden, der sanft gekrümmt ist, kann jedoch auch ein sogenannter Flachboden sein. Die Ecke 10c ist ein Abschnitt, der eine größere Krümmung aufweist als der Boden 10b.
Die Öffnung (Durchmesser) des Quarzglastiegels 1 variiert auch in Abhängigkeit vom Durchmesser des Silicium-Einkristall-Blocks, der aus der Siliciumschmelze hochgezogen wird, beträgt jedoch 18 Zoll (etwa 450 mm) oder mehr, vorzugsweise 22 Zoll (etwa 560 mm) und besonders bevorzugt 32 Zoll (etwa 800 mm) oder mehr. Das liegt daran, dass ein solch großer Tiegel zum Hochziehen eines großen Silicium-Einkristall-Blocks mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr verwendet wird und es erforderlich ist, dass die Qualität des Einkristalls selbst bei Langzeitverwendung nicht beeinträchtigt wird.
Die Wanddicke des Tiegels variiert geringfügig in Abhängigkeit von ihrem Teil, jedoch ist es bevorzugt, dass die Wanddicke der Seitenwand 10a des Tiegels von 18 Zoll oder mehr 6 mm oder mehr beträgt und die Wanddicke der Seitenwand 10a des Tiegels von 22 Zoll oder mehr 7 mm oder mehr beträgt und die Wanddicke der Seitenwand 10a des Tiegels von 32 Zoll oder mehr 10 mm oder mehr beträgt. Infolgedessen kann eine große Menge an Siliciumschmelze stabil bei Hochtemperatur gehalten werden.
Wie in 2 dargestellt, umfasst ein Quarzglastiegel 1 einen Tiegelbasiskörper 10, der aus Siliciumdioxidglas besteht, und einen Beschichtungsfilm 13 aus einem Kristallisationsbeschleuniger, der auf der Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 ausgebildet ist. Der Tiegelbasiskörper 10 weist hauptsächlich eine Zweischichtstruktur auf und weist eine transparente Schicht 11, die keine Blasen enthält (Nicht-Blasenschicht), und eine Blasenschicht 12 auf, die eine große Anzahl winziger Blasen (opake Schicht) enthält, und der Beschichtungsfilm 13 ist innerhalb der transparenten Schicht 11 bereitgestellt.
Die transparente Schicht 11 ist eine Schicht, die die Innenfläche 10i des Quarzbasiskörpers 10 ausgestaltet, der in Kontakt mit der Siliciumschmelze kommt, und ist vorgesehen, um zu verhindern, dass sich eine Ausbeute der Silicium-Einkristalle aufgrund von Blasen in dem Siliciumdioxidglas verringert. Da die Innenfläche 10i des Tiegels mit der Siliciumschmelze unter Wegschmelzen reagiert, können die Blasen in der Nähe der Innenfläche des Tiegels nicht in dem Siliciumdioxidglas eingefangen werden und die Blasen platzen aufgrund wärmebedingter Ausdehnung, und somit können die Tiegelfragmente (Siliciumdioxidfragmente) abgeschält werden. Falls die Tiegelfragmente, die in die Siliciumschmelze freigesetzt werden, durch Schmelzkonvektion zu einer Wachstumsgrenzfläche des Einkristalls transportiert werden und in den Silicium-Einkristall aufgenommen werden, können sie eine Versetzung in dem Einkristall hervorrufen. Zusätzlich können sie, falls die in die Siliciumschmelze freigesetzten Blasen aufwärts fließen und eine Fest-Flüssig-Grenzfläche erreichen und in den Einkristall aufgenommen werden, eine Löcherbildung in dem Silicium-Einkristall hervorrufen.
Dass keine Blasen in der transparenten Schicht 11 vorhanden sind, bedeutet, dass ein Blasengehalt und eine Blasengröße in einem solchen Ausmaß vorliegen, dass die Einkristallisationsrate sich nicht aufgrund von Blasen verringert. Ein solcher Blasengehalt beträgt beispielsweise 0,1 Vol-% oder weniger, und der Blasendurchmesser beträgt beispielsweise 100 µm oder weniger.
Die Dicke der transparenten Schicht 11 beträgt vorzugsweise 0,5 bis 10 mm und ist auf eine angemessene Dicke für jeden Abschnitt des Tiegels eingestellt, sodass die Blasenschicht 12 durch vollständiges Entfernen der transparenten Schicht 11 aufgrund des Wegschmelzens während eines Kristallhochziehschritts nicht freigelegt wird. Die transparente Schicht 11 ist vorzugsweise über den gesamten Tiegel von der Seitenwand 10a bis zum Boden 10b des Tiegels vorgesehen, doch die transparente Schicht 11 kann am oberen Endabschnitt des Tiegels, der nicht in Kontakt mit der Siliciumschmelze kommt, ausgelassen sein.
Die Blasenschicht 12 ist eine Hauptschicht des Tiegelbasiskörpers 10, die sich an der Außenseite als der transparenten Schicht 11 befindet, und ist vorgesehen, um die Wärmerückhalteeigenschaft der Siliciumschmelze im Tiegel zu verbessern und die Siliciumschmelze im Tiegel möglichst gleichmäßig zu erhitzen, indem Strahlungswärme von einem Heizelement in einer Einkristall-Ziehvorrichtung verteilt wird. Daher ist die Blasenschicht 12 über den gesamten Tiegel hinweg von der Seitenwand 10a bis zum Boden 10b vorgesehen.
Der Blasengehalt der Blasenschicht 12 ist höher als jener der transparenten Schicht 11 und beträgt vorzugsweise mehr als 0,1 Vol.-% und 5 Vol.-% oder weniger. Das liegt daran, dass die Blasenschicht 12 nicht die erforderliche Wärmerückhaltefunktion aufweisen kann, wenn der Blasengehalt der Blasenschicht 12 0,1 Vol.-% oder weniger beträgt. Zusätzlich liegt es daran, dass, wenn der Blasengehalt der Blasenschicht 12 5 Vol.-% übersteigt, der Tiegel aufgrund der wärmebedingten Ausdehnung der Blasen verformt werden kann und die Ausbeute an Einkristallen verringern kann, und die weitere Wärmeübertragungseigenschaft unzureichend ist. Aus dem Blickwinkel des Gleichgewichts zwischen der Wärmerückhalteeigenschaft und der Wärmeübertragungseigenschaft beträgt der Blasengehalt der Blasenschicht 12 besonders bevorzugt 1 bis 4 Vol.-%. Der vorstehend erwähnte Blasengehalt ist ein Wert, der durch Messen des Tiegels vor Gebrauch in einer Umgebung mit Raumtemperatur erhalten wird.
Um eine Verunreinigung der Siliciumschmelze zu verhindern, ist das Siliciumdioxidglas, das die transparente Schicht 11 ausgestaltet, vorzugsweise von hoher Reinheit. Daher weist der Quarzbasiskörper 10 vorzugsweise eine Zweischichtstruktur aus einer synthetischen Siliciumdioxidglasschicht (synthetische Schicht), die aus synthetischem Quarzpulver ausgebildet ist, und einer natürlichen Siliciumdioxidglasschicht (natürliche Schicht), die aus natürlichem Quarzpulver ausgebildet ist, auf. Das synthetische Quarzpulver kann durch Gasphasenoxidation von Siliciumtetrachlorid (SiCl₄) (trockenes Syntheseverfahren) oder durch Hydrolyse von Siliciumalkoxid (Sol-Gel-Verfahren) hergestellt werden. Zusätzlich wird das natürliche Quarzpulver durch Pulverisieren natürlicher Minerale, die α-Quarz als Hauptbestandteil enthalten, zu Granulat hergestellt.
Die Zweischichtstruktur einer synthetischen Siliciumdioxidglasschicht und einer natürlichen Siliciumdioxidglasschicht kann durch Abscheiden des natürlichen Quarzpulvers entlang der Innenfläche der Form zum Herstellen des Tiegels, Abscheiden des synthetischen Quarzpulvers darauf und Schmelzen dieses Rohmaterial-Quarzpulvers mit Joule-Hitze, die durch Lichtbogenentladung erzeugt wird, hergestellt werden. Der Lichtbogenschmelzschritt umfasst das starke Evakuieren von Rohmaterial-Quarzpulver von außerhalb der abgeschiedenen Schicht, um Blasen zu entfernen und die transparente Schicht 11 auszubilden, das Stoppen oder Schwächen der Evakuierung, um die Blasenschicht 12 auszubilden. Daher müssen die Grenzfläche zwischen der Schicht aus synthetischem Siliciumdioxidglas und der Schicht aus natürlichem Siliciumdioxidglas nicht zwingend mit der Grenzfläche zwischen der transparenten Schicht 11 und der Blasenschicht 12 übereinstimmen, jedoch weist die Schicht aus synthetischem Siliciumdioxidglas vorzugsweise, ähnlich der transparenten Schicht 11, eine Dicke auf, die aufgrund des Wegschmelzens der Innenfläche des Tiegels während des Einkristall-Ziehschritts nicht vollständig verschwindet.
Der Quarzglastiegel 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Ausgestaltung auf, in der die Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 mit einem Beschichtungsfilm 13 aus einem Kristallisationsbeschleunigers bedeckt ist. Der Kristallisationsbeschleuniger ist eine Verbindung eines Elements (Mg, Ca, Sr oder Ba) in der Gruppe 2a und spielt eine Rolle beim Beschleunigen der Kristallisation der Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 während des Einkristall-Hochziehschritts. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Kristallisationsbeschleuniger vorzugsweise ein Hydroxid oder Oxid, das keine Kohlenstoffatome im Molekül aufweist, und insbesondere bevorzugt ein Hydroxid, das in Wasser stark löslich ist und sich leicht handhaben lässt. Barium (Ba) ist insbesondere bevorzugt als das Element in der Gruppe 2a als Kristallisationsbeschleuniger. Das liegt daran, dass Barium einen kleineren Segregationskoeffizienten als Silicium aufweist, bei Raumtemperatur stabil und leicht handhabbar ist. Zusätzlich bietet Barium den Vorteil, dass die Kristallisationsrate des Tiegels bei der Kristallisation nicht abgeschwächt wird und das Orientierungswachstum stärker induziert wird als bei anderen Elementen.
Der Beschichtungsfilm 13 aus dem Kristallisationsbeschleuniger ist im Bereich des 0,25-Fachen oder mehr und 1-Fachen oder weniger eines Tiegelaußendurchmessers ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Beschichtungsfilm 13 aus dem Kristallisationsbeschleuniger vorzugsweise auf der gesamten Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 ausgebildet, wobei die Nähe des oberen Endes des Rands ausgeschlossen ist. Der Grund für den Ausschluss der Nähe des oberen Endes des Rands ist, dass die Nähe des oberen Endes des Rands nicht in Kontakt mit der Siliciumschmelze kommt und nicht unbedingt kristallisiert werden muss. Das liegt auch daran, dass das Abschälen von Kristallen in der Nähe des oberen Endes des Rands während der Kristallisation auftritt und somit die Kristallstücke, die in der Siliciumschmelze gemischt sind, Versetzungen in dem Silicium-Einkristall hervorrufen.
Hinsichtlich der Dicke des Beschichtungsfilms 13 liegt keine besondere Einschränkung vor, doch sie beträgt vorzugsweise 0,1 bis 50 µm und besonders bevorzugt 1 bis 20 µm. Das liegt daran, dass falls die Dicke des Beschichtungsfilms 13 zu dünn ist, die Schälfestigkeit des Beschichtungsfilms schwach ist und das Abschälen des Beschichtungsfilms 13 eine ungleichmäßige Kristallisation bewirkt. Außerdem wird, falls der Beschichtungsfilm 13 zu dick ist, die Schälfestigkeit verringert und die Kristallisation ist ungleichmäßig.
Es ist vorzuziehen, dass der Beschichtungsfilm 13 sich nicht abschält, und zu diesem Zweck ist eine Schälfestigkeit von 0,3 kN/m oder mehr erforderlich. Der Beschichtungsfilm 13 muss eine solche Schälfestigkeit zumindest im unteren mittigen Bereich des Tiegelbasiskörpers 10 erfüllen und erfüllt eine solche Schälfestigkeit vorzugsweise über den gesamten Bereich, an dem der Beschichtungsfilm 13 ausgebildet ist. In diesem Beispiel ist mit dem unteren mittigen Bereich des Tiegelbasiskörpers 10 ein Bereich in einem Bereich von 0,5 r (r ist der Außendurchmesser (Radius) des Tiegels) von der Mitte des Bodens des Tiegelbasiskörpers 10 gemeint.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Messen der Schälfestigkeit eines Beschichtungsfilms 13 veranschaulicht.
Wie in 3 dargestellt, kann die Schälfestigkeit des Beschichtungsfilms 13 unter Verwendung eines SAICAS (Surface And Interfacial Cutting Analysis System) 30 gemessen werden. Das SAICAS 30 kann die scheinbare Scherfestigkeit von der vertikalen Last F_Z (vertikale Kraft) und der horizontalen Last F_Y (horizontale Kraft) erhalten, wenn die Diamantklinge 31 die Beschichtung quer einschneidet, und kann die Schälfestigkeit von der horizontalen Last F_Y (horizontale Kraft) erhalten, wenn die Diamantklinge 31 die Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem Basiskörper parallel einschneidet. Die Schälfestigkeit des Beschichtungsfilms 13 kann von der horizontalen Last F_Y erhalten werden, wenn eine Tiegelstückprobe 1s, auf der der Beschichtungsfilm 13 ausgebildet ist, auf einer Plattform platziert wird und die Diamantklinge 31 die Grenzfläche (die Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10) zwischen dem Beschichtungsfilm 13 und dem Tiegelbasiskörper 10 einschneidet.
Die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers, der in dem Beschichtungsfilm 13 enthalten ist, beträgt vorzugsweise 2,5 × 10¹⁵ Atoms/cm² oder mehr. Auf diese Weise ist es, falls die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers relativ hoch ist, selbst wenn sich ein Abschnitt des Kristallisationsbeschleunigers abschält, möglich, die Kristallisation in Oberflächenrichtung zu beschleunigen und die gleichmäßige Kristallisation der Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 zu erzielen.
Gleichermaßen ist, falls die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers an der Tiegeloberfläche hoch ist, die Kristallisationsrate an der Tiegeloberfläche hoch, und die Kristallisation setzt sich ebenfalls in Seitenrichtig (Oberflächenrichtung) fort, und somit ist das Erfordernis der Schälfestigkeit abgemindert gegenüber einem Fall, in dem die Konzentration niedrig ist. Daher kann, falls die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers an der Oberfläche des Tiegels höher als 2,6 × 10¹⁵ Atome/cm² ist, die Schälfestigkeit des Kristallisationsbeschleunigers 0,3 kN/m oder mehr betragen.
Die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers kann auch 2,5 × 10¹⁵ Atome/cm² oder weniger betragen und die Schälfestigkeit des Beschichtungsfilms 13 beträgt in diesem Fall vorzugsweise 0,6 kN/m oder mehr. Falls die Schälfestigkeit des Beschichtungsfilms hoch ist, kann die Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 verlässlich kristallisiert werden, ohne einen hochkonzentrierten Kristallisationsbeschleuniger zu verwenden.
Falls die Konzentration des Kristallisationsbeschleunigers an der Oberfläche des Tiegels bei nur 2,6 × 10¹⁵ Atome/cm² oder weniger liegt, können die Kristallnuklei brauner Ringe nicht gleichmäßig ausgebildet werden, wenn sich der Kristallisationsbeschleuniger abschält, und somit ist es erforderlich, dass die Schälfestigkeit des Kristallisationsbeschleunigers 0,6 kN/m oder mehr beträgt.
In dem unteren mittigen Bereich des Tiegelbasiskörpers 10 beträgt die Schälfestigkeit des Beschichtungsfilms 13 insbesondere bevorzugt 0,9 kN/m oder mehr. Wie vorstehend beschrieben ist es, da der Quarzglastiegel 1 mit einer großen Menge an polykristallinem Silicium-Rohmaterial gefüllt ist und eine sehr hohe Last auf den Boden des Tiegels aufgebracht wird, wahrscheinlich, dass sich der Beschichtungsfilm 13 abschält. Falls der Beschichtungsfilm 13 am Boden des Tiegelbasiskörpers 10 jedoch eine Schälfestigkeit von 0,9 kN/m oder mehr aufweist, kann ein Abschälen selbst dann verhindert werden, wenn eine solch große Last aufgebracht wird.
Die Oberflächenrauigkeit (Ra) des Beschichtungsfilms 13 beträgt vorzugsweise 0,1 µm oder mehr und 0,25 µm oder weniger. Das liegt daran, dass es, falls die Oberflächenrauigkeit (Ra) des Beschichtungsfilms größer als 0,25 µm ist, wahrscheinlich ist, dass sich der Beschichtungsfilm abschält, und es schwierig ist, die Oberflächenrauigkeit (Ra) des Beschichtungsfilms in Bezug auf die Herstellung auf weniger als 0,1 µm zu reduzieren.
Es ist vorzuziehen, dass die Kohlenstoffkonzentration in dem mit dem CZ-Verfahren gezüchteten Silicium-Einkristall so niedrig wie möglich ist, und zu diesem Zweck muss die Menge an Kohlenstoff, die von dem Quarzglastiegel 1 zugeführt wird, so gering wie möglich sein, insbesondere muss die Kohlenstoffkonzentration nicht nur in dem Tiegelbasiskörper 10, sondern auch in dem Beschichtungsfilm 13 berücksichtigt werden. Daher beträgt in dem Quarzglastiegel 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm 13 und dem Tiegelbasiskörper 10 im Bereich von 0 µm bis 300 µm Tiefe von der Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 (das heißt, der Oberflächenschichtabschnitt des Tiegelbasiskörpers 10) 1,0 × 10¹² Atome/cm³ oder mehr und 3,0 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger. Dadurch kann die Menge an Kohlenstoff, die in der Siliciumschmelze von dem Quarzglastiegel 1 aufgelöst wird, reduziert werden, was die Herstellung eines Silicium-Einkristalls mit einer geringen Kohlenstoffkonzentration ermöglicht.
Die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm 13 beträgt vorzugsweise 3,0 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder weniger. Falls die durchschnittliche Sauerstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm 3,0 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder weniger beträgt, kann die Menge an Kohlenstoff, die von dem Beschichtungsfilm der Siliciumschmelze zugeführt wird, reduziert werden.
Sowohl die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm 13 als auch die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Tiegelbasiskörper 10 im Bereich von 0 µm bis 300 µm Tiefe von der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers 10 betragen vorzugsweise 1,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ oder weniger. Ferner beträgt die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Tiegelbasiskörper 10 im Bereich von 300 µm oder mehr und 2.000 µm oder weniger Tiefe von der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers 10 vorzugsweise 1,1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger. Dadurch kann ein Silicium-Einkristall mit einer ausreichend niedrigen Kohlenstoffkonzentration hergestellt werden.
Die durchschnittliche Kohlenstoffdichte in dem Tiegelbasiskörper 10 im Bereich von 300 µm bis 2.000 µm Tiefe von der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers 10 kann höher sein als die durchschnittliche Kohlenstoffdichte des Oberflächenschichtabschnitts im Bereich von 0 µm bis 300 µm, beträgt vorzugsweise jedoch 1,1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger.
Eine Variation in der Flächenverteilung der Kohlenstoffkonzentration auf der Innenfläche des Tiegels bewirkt eine Flächenvariation in der Dicke der Cristobalit-Schicht, die auf der Innenfläche des Tiegels ausgebildet wird, was das Abschälen der Cristobalit-Kristalle bewirkt. Insbesondere falls die Kristallschicht am Boden des Tiegels uneben ist, bewirkt sie eine Löcherbildung in dem Silicium-Einkristall. Daher ist es wünschenswert, dass die Variation in der Flächenverteilung der Kohlenstoffkonzentration am Boden des Tiegels klein ist.
Insbesondere beträgt der Variationskoeffizient von vorzugsweise 1,1 oder weniger bei Messung der Kohlenstoffkonzentration an fünf Punkten P1 bis P5 des Bodens des Tiegels. Hier, wie in 4 dargestellt, sind die fünf Punkte des Bodens des Tiegels die Mitte P1 des Bodens und die vier Punkte P2 bis P5, die in vier Richtungen den gleichen Abstand von der Mitte P1 haben. Die anderen vier Punkte P2 bis P5, die von der Mitte P1 des Bodens verschieden sind, sind vorzugsweise so eingestellt, dass sie sich 0,08 r bis 0,7 r (r ist der Radius des Außendurchmessers des Tiegelbasiskörpers 10) von der Mitte P1 (erster Messpunkt) des Bodens des Tiegelbasiskörpers 10 in radialer Richtung entfernt befinden. Der dritte bis fünfte Messpunkt P3 bis P5 sind Positionen, die 90° im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung von dem zweiten bis vierten Messpunkt bzw. P2 bis P4 gedreht sind.
Der Quarzglastiegel 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch Aufbringen eines Kristallisationsbeschleunigers auf die Innenfläche des Tiegelbasiskörpers 10 nach dem Herstellen des Tiegelbasiskörpers 10 durch ein sogenanntes Rotationsformverfahren hergestellt werden.
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Herstellungsverfahren für den Quarzglastiegel gemäß einem Rotationsformverfahren veranschaulicht.
Wie in 5 dargestellt, wird bei dem Rotationsformverfahren eine Form 14 mit einem Hohlraum, der sich mit der Außenform des Tiegels deckt, hergestellt, und das natürliche Quarzpulver 16a und das synthetische Quarzpulver 16b werden entlang der Innenfläche 14i der Rotationsform 14 nacheinander gefüllt, um eine abgeschiedene Schicht 16 aus Rohmaterial-Quarzpulver zu bilden. Das Rohmaterial-Quarzpulver bleibt in einer festen Position, während es durch die Zentrifugalkraft an der Innenfläche 14i der Form 14 haftet, und wird in einer Tiegelgestalt gehalten.
Beim Herstellen des Quarzglastiegels 1 wird kristallines oder amorphes Siliciumdioxidpulver mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 6 ppm hergestellt, und der Quarzglastiegel 1 wird unter Verwendung dieses Siliciumdioxidpulvers als Rohmaterial in der Nähe der Innenfläche verwendet. Durch die Verwendung von Siliciumdioxidpulver mit einem sehr niedrigen Kohlenstoffgehalt als Rohmaterial in der Nähe der Innenfläche des Quarzglastiegels kann die Kohlenstoffkonzentration in der Nähe der Innenfläche des Tiegels reduziert werden.
Danach wird eine Lichtbogenelektrode 15 in der Form 14 installiert und die abgeschiedene Schicht 16 des Rohmaterial-Quarzpulvers wird von der Innenseite der Form 14 lichtbogengeschmolzen. Spezifische Bedingungen wie Heizzeit und Heiztemperatur werden unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Rohmaterial-Quarzpulvers, der Größe des Tiegels und dergleichen bestimmt.
Um die Kohlenstoffkonzentration an der Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 zu reduzieren, ist es vorzuziehen, eine Kohlenstoffelektrode mit einer spezifischen Schüttdichte von 1,50 g/cm³ bis 1,75 g/cm³ und einem spezifischen Widerstand von 330 µΩ·cm bis 600 µΩ·cm als Lichtbogenelektrode 15 zu verwenden. Während der Lichtbogenerwärmung wird CO₂-Gas durch oxidativen Verschleiß der Kohlenstoffelektrode von der Oberfläche erzeugt. In diesem Beispiel wird, falls die spezifische Dichte oder der spezifische Widerstand der Elektrode geringer als der obige Bereich ist, die Elektrode schnell verbraucht, wodurch eine große Menge an CO₂-Gas erzeugt wird und die Form des Tiegels negativ beeinflusst wird. Gleichermaßen kann sich, falls die spezifische Dichte oder der spezifische Widerstand der Kohlenstoffelektrode den obigen Bereich übersteigt, Kohlenstoffpulver von der Elektrodenoberfläche zerstreuen und in den Tiegel aufgenommen werden, bevor es durch die Lichtbogenwärme ausgebrannt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch eine Kohlenstoffelektrode mit einer spezifischen Dichte und einem spezifischen Widerstand innerhalb der obigen Bereiche verwendet, und somit kann ein Anstieg an CO₂-Gas und ein Zerstreuen von Kohlenstoffpulver unterdrückt werden. Daher kann die Kohlenstoffkonzentration in der Nähe der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers 10 reduziert werden.
Während der Lichtbogenerwärmung wird die Menge an Blasen in dem geschmolzenen Siliciumdioxid-Glas durch Evakuieren der abgeschiedenen Schicht 16 aus Rohmaterial-Quarzpulver aus einer großen Anzahl von Entlüftungslöchern 14a gesteuert, die an der Innenfläche 14i der Form 14 vorgesehen sind. Insbesondere wird die transparente Schicht 11 durch Evakuieren des Rohmaterial-Quarzpulvers zu Beginn der Lichtbogenerwärmung ausgebildet, und die Blasenschicht 12 wird durch Beenden der Evakuierung zu dem Rohmaterial-Quarzpulver ausgebildet, nachdem die transparente Schicht 11 ausgebildet wurde.
Da die Lichtbogenwärme allmählich von der Innenseite zur Außenseite der abgeschiedenen Schicht 16 des Rohmaterial-Quarzpulvers überführt wird, um das Rohmaterial-Quarzpulver zu schmelzen, können durch Ändern der Dekompressionsbedingungen zu der Zeit, zu der das Rohmaterial-Quarzpulver zu schmelzen beginnt, die transparente Schicht 11 und die Blasenschicht 12 separat hergestellt werden. Das heißt, falls das Dekompressionsschmelzen zum Festigen der Dekompression zu dem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu dem Rohmaterial-Quarzpulver schmilzt, wird kein Lichtbogenatmosphärengas in dem Glas eingeschlossen und somit wird aus dem geschmolzenen Siliciumdioxid Siliciumdioxidglas, das keine Blasen enthält. Zusätzlich wird, falls normales Schmelzen (Atmosphärendruckschmelzen) zum Abschwächen der Dekompression zu dem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu dem Rohmaterial-Quarzpulver schmilzt, Lichtbogenatmosphärengas in das Glas eingeschlossen, und somit wird aus dem geschmolzenen Siliciumdioxid Siliciumdioxidglas, das eine große Anzahl von Blasen enthält.
Anschließend wird die Lichtbogenerwärmung beendet und der Tiegel wird abgekühlt. Wie vorstehend beschrieben ist der Tiegelbasiskörper 10 abgeschlossen, wobei die transparente Schicht 11 und die Blasenschicht 12 in dieser Reihenfolge von der Innenseite zur Außenseite der Tiegelwand hin bereitgestellt sind.
Danach wird der Tiegelbasiskörper 10 in einer vorab festgelegten Form ausgebildet, indem der Randabschnitt oder dergleichen eingeschnitten wird, dann mit einer Reinigungsflüssigkeit gereinigt wird und ferner mit reinem Wasser gespült wird. Die Reinigungsflüssigkeit wird vorzugsweise durch Verdünnen von Flusssäure von Halbleitergüte oder höher mit reinem Wasser von TOC ≤ 2 ppb hergestellt, um auf 10 bis 40 Gew.-% anzupassen.
Danach wird der Kristallisationsbeschleuniger auf die Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 aufgebracht. Um den Kristallisationsbeschleuniger an der Innenfläche 10i gleichmäßig zu dispergieren, wird eine Beschichtungsflüssigkeit hergestellt, in der der Kristallisationsbeschleuniger in reinem Wasser (15 °C bis 25 °C, 17,2 MΩ oder mehr und TOC ≤ 2 ppb) aufgelöst ist. Zu dieser Zeit wird die Lösung mit einem Rührer gerührt, um die Löslichkeit des Pulvers aus dem Kristallisationsbeschleuniger zu erhöhen und die Konzentration der Lösung gleichmäßig zu machen.
Danach wird der Tiegelbasiskörper 10 bei einer Temperatur von 60 °C bis 500 °C mit einem Halogenheizelement oder sauberen Ofen, der in einem sauberen Raum installiert ist, erwärmt und anschließend wird das Aufsprühen der Beschichtungsflüssigkeit mit einer Sprühdüse durchgeführt. Wenn die Beschichtungsflüssigkeit mit dem Hochtemperaturtiegel in Kontakt kommt, verdampft das Lösungsmittel sofort und die Kristallisationsbeschleunigerkomponente wird an dem Tiegel fixiert. Wie vorstehend beschrieben ist der Kristallisationsbeschleuniger eine Verbindung eines Elements (Mg, Ca, Sr oder Ba) in der Gruppe 2a und insbesondere ist ein stark hydrophiles Hydroxid davon am besten zum Steigern der Fixierbarkeit des Tiegels geeignet.
Das Hydroxid eines Elements der Gruppe 2a reagiert mit Kohlenstoffdioxidgas in der Atmosphäre zu Carbonat (beispielsweise werden im Fall von Bariumhydroxid 2,5 % Bariumhydroxid zu Bariumcarbonat). Kohlenstoff an der Innenfläche des Quarzglastiegels wird direkt in die Siliciumschmelze aufgenommen, wenn ein Polysilikon geschmolzen wird. Da das in den Silicium-Einkristall aufgenommene Kohlenstoffelement die Sauerstofffällung beschleunigt und die Leistung der Vorrichtung wie Stromverlust zum Reduzieren der Bildung von Carbonat beeinflusst, ist es ferner wichtig, dass die Oberflächentemperatur des Tiegels auf 500 °C oder weniger und vorzugsweise 200 °C oder weniger eingestellt ist. Um die Verdampfung des Lösungsmittels zu beschleunigen, ist es ferner bevorzugt, den Tiegelbasiskörper 10 derart zu erwärmen, dass die Differenz zwischen dem Siedepunkt des Lösungsmittels und der Temperatur des Tiegels -40,0 °C bis 100 °C beträgt.
Um das Lösungsmittel in kurzer Zeit abzudampfen und die Bildung von Carbonat zu reduzieren, wird die Heiztemperatur des Tiegelbasiskörpers 10 besonders bevorzugt auf den Siedepunkt des Lösungsmittels oder mehr und 80 °C oder weniger eingestellt. Das liegt daran, dass falls die Temperatur des Tiegelbasiskörpers 10 niedriger als der Siedepunkt des Lösungsmittels ist, die Verdampfungszeit des Lösungsmittels lang wird, und die Dicke des Beschichtungsfilms und der Konzentrationsverteilung des Kristallisationsbeschleunigers werden ungleichmäßig, wodurch die Schälfestigkeit des Beschichtungsfilms reduziert wird. Zusätzlich kann, falls die Verdampfung des Lösungsmittels lang wird, die Kondensation der Beschichtungsflüssigkeit an der Oberfläche des Tiegels auftreten, was bewirken kann, dass die Kohlenstoffkonzentration zu hoch und ungleichmäßig wird. Falls die Temperatur des Tiegelbasiskörpers 10 80 °C oder weniger beträgt, kann die Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm durch ausreichendes Unterdrücken der Erzeugung von Carbonat reduziert werden.
Beim Aufsprühen der Beschichtungsflüssigkeit wird vorzugsweise eine Zweifluiddüse verwendet, die Gas und Flüssigkeit in einem Sprühkopf mischt und das Gemisch versprüht, und der durchschnittliche Tröpfchendurchmesser ist vorzugsweise auf 5 µm bis 1.000 µm eingestellt. Das liegt daran, dass falls der Tröpfchendurchmesser zu groß ist, das Fixieren der Beschichtungsflüssigkeit ungleichmäßig wird und die Gleichmäßigkeit des Beschichtungsfilms sich verschlechtert, was zu einer Verringerung der Schälfestigkeit führt, und falls der Tröpfchendurchmesser zu klein ist, ist das Versprühen der Beschichtungsflüssigkeit schwierig. Der durchschnittliche Tröpfchendurchmesser beträgt insbesondere bevorzugt 200 µm oder weniger.
Die Sprühmenge der Beschichtungsflüssigkeit beträgt vorzugsweise 300 ml/min oder weniger. Das liegt daran, dass falls die Sprühmenge der Beschichtungsflüssigkeit mehr als 300 ml/min beträgt, das Flüssigkeitsabtropfen der Beschichtungsflüssigkeit wahrscheinlich an der Beschichtungsoberfläche auftritt, was es schwierig macht, den Kristallisationsbeschleuniger gleichmäßig zu fixieren.
Das Sprühen der Beschichtungsflüssigkeit wird vorzugsweise unter einem Grobvakuum von 1 × 10² Pa bis 1 × 10⁵ Pa durchgeführt. Die Verdampfung des Lösungsmittels wird unter geringem Druck (Vakuum) beschleunigt, und der Kristallisationsbeschleuniger kann gleichmäßig fixiert werden, wodurch der Beschichtungsfilm mit hoher Schälfestigkeit ausgebildet werden kann. Zusätzlich wird, falls das Lösungsmittel in kurzer Zeit abgedampft wird, die Heizzeit verkürzt, und somit kann die Erzeugung von Carbonat unterdrückt werden.
Bei der Ausbildung des Beschichtungsfilms ist es vorzuziehen, dass die Dicke des Kristallisationsbeschleunigers, die durch eine Aufbringung ausgebildet wird, auf maximal etwa 0,5 µm eingestellt wird und die Aufbringung in verschiedenen Schritten durchgeführt wird, bis die gewünschte Konzentration erzielt wird. Dadurch kann die Festigkeit des Beschichtungsfilms verbessert werden.
Falls der Tiegel nur einfach erwärmt wird, wenn die Beschichtungsflüssigkeit aufgesprüht wird, neigt der Beschichtungsfilm dazu, uneinheitlich zu werden, und es ist schwierig, einen dichten und gleichmäßigen Beschichtungsfilm auszubilden. Indem die Beschichtungsbedingungen wie vorstehend beschrieben gesteuert werden, kann jedoch ein dichter und gleichmäßiger Beschichtungsfilm ausgebildet werden und die Schälfestigkeit des Beschichtungsfilms kann verbessert werden.
6 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers auf die Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 veranschaulicht.
Wie in 6 dargestellt, wird bei der Aufbringung des Kristallisationsbeschleunigers der Tiegelbasiskörper 10 auf dem Rotationsträger 17Amit der Öffnung des Tiegelbasiskörpers 10 nach oben platziert, und die Beschichtungsflüssigkeit 6 wird aus der Sprühdüse 19 gesprüht, die an einem distalen Ende des Roboterarms 18 angebracht ist, der innerhalb des Tiegelbasiskörpers 10 installiert ist. Zu dieser Zeit ist es, um das Flüssigkeitsabtropfen der Beschichtungsflüssigkeit 6 zu verhindern, bevorzugt, ein Heizelement 17B außerhalb des Tiegelbasiskörpers 10 zu installieren und aufzubringen, während der Tiegelbasiskörper 10 auf 60 °C bis 500 °C und insbesondere vorzugsweise 100 °C bis 180 °C erwärmt wird. Falls die Oberflächentemperatur des Tiegelbasiskörpers 10 60 °C oder mehr beträgt, verdampft das Lösungsmittel sofort auf der Oberfläche des Tiegelbasiskörpers 10, und somit kann der Kristallisationsbeschleuniger gleichmäßig auf der Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 fixiert werden.
Falls der Kristallisationsbeschleuniger ein Metallhydroxid ist, reagiert er mit Kohlenstoffdioxidgas in der Atmosphäre unter Ausbildung eines Carbonats. Beispielsweise werden 2,5 % Bariumhydroxid in der Atmosphäre und bei Normaldruck zu Bariumcarbonat. Das Carbonat in dem Beschichtungsfilm 13 bewirkt eine Steigerung der Kohlenstoffkonzentration des Silicium-Einkristalls. Um die Ausbildung derartiger Carbonate zu unterdrücken, wird die Oberflächentemperatur des Tiegels beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers vorzugsweise auf 500 °C oder weniger und insbesondere bevorzugt auf den Siedepunkt des Lösungsmittels oder mehr und 80 °C oder weniger eingestellt. Dadurch kann das Gewichtsverhältnis des Carbonats in dem Gesamtgewicht des Beschichtungsfilms auf 20,0 Gew.-% oder weniger unterdrückt werden.
7 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Einkristall-Hochziehschritts unter Verwendung des Quarzglastiegels 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und ist eine schematische Schnittansicht, die die Ausgestaltung einer Einkristallziehvorrichtung veranschaulicht.
Wie in 7 dargestellt, wird eine Einkristallziehvorrichtung 20 für den Hochhziehschritt eines Silicium-Einkristalls mit dem CZ-Verfahren verwendet. Die Einkristallziehvorrichtung 20 umfasst eine wassergekühlte Kammer 21, einen Quarzglastiegel 1, der eine Siliciumschmelze in der Kammer 21 enthält, einen Kohlenstoff-Suszeptor 22, der den Quarzglastiegel 1 hält, eine Rotationswelle 23, die den Kohlenstoff-Suszeptor 22 derart trägt, dass sie zum Drehen und Anheben in der Lage ist, einen Wellenantriebsmechanismus 24, der die Drehwelle 23 dreht und bezüglich einer Anhebung antreibt, ein Heizelement 25, das um den Kohlenstoff-Suszeptor 22 angeordnet ist, einen Einkristallhochziehdraht 28, der über dem Heizelement 25 und dem Quarzglastiegel 1 und auf derselben Achse wie die Drehwelle 23 angeordnet ist, und einen Drahtaufwickelmechanismus 29, der über der Kammer 21 angeordnet ist.
Die Kammer 21 ist durch eine Hauptkammer 21a und eine schmale zylindrische Ziehkammer 21b ausgestaltet, die mit einer oberen Öffnung der Hauptkammer 21a verbunden ist. Der Quarzglastiegel 1, der Kohlenstoff-Suszeptor 22 und das Heizelement 25 sind in der Hauptkammer 21a vorgesehen. Ein Gaseingang 21c zum Einbringen von Inertgas (Spülgas), wie etwa Argongas, oder einem Dotiergas in die Hauptkammer 21a ist im oberen Abschnitt der Ziehkammer 21b vorgesehen und ein Gasauslass 21d für das Ablaufen von atmosphärischem Gas in der Hauptkammer 21a ist im unteren Abschnitt der Hauptkammer 21a vorgesehen.
Der Kohlenstoff-Suszeptor 22 wird verwendet, um die Form des Quarzglastiegels 1 aufrechtzuerhalten, der bei Hochtemperatur erweicht wird, und hält den Quarzglastiegel 1, um sich darum zu wickeln. Der Quarzglastiegel 1 und der Kohlenstoff-Suszeptor 22 gestalten einen Doppelstrukturtiegel, der die Siliciumschmelze in der Kammer 21 aufnimmt.
Der Kohlenstoff-Suszeptor 22 ist am oberen Ende der Rotationswelle 23 befestigt und das untere Ende der Rotationswelle 23 verläuft durch den Boden der Kammer 21 und ist mit einem Wellenantriebsmechanismus 24 verbunden, der außerhalb der Kammer 21 vorgesehen ist.
Das Heizelement 25 wird verwendet, um das polykristalline Siliciumrohmaterial, das in den Quarzglastiegel 1 gefüllt ist, zu schmelzen, um die Siliciumschmelze 3 zu erzeugen, sowie um einen geschmolzenen Zustand der Siliciumschmelze 3 aufrechtzuerhalten. Das Heizelement 25 ist ein Kohlenstoff-Heizelement des Widerstandsheiztyps, und ist so vorgesehen, dass es den Quarzglastiegel 1 in dem Kohlenstoff-Suszeptor 22 umgibt.
Wenngleich die Menge der Siliciumschmelze in dem Quarzglastiegel 1 abnimmt, wenn ein Silicium-Einkristall 2 wächst, wird der Quarzglastiegel 1 so erhöht, dass die Höhe der Schmelzoberfläche konstant ist.
Der Drahtwickelmechanismus 29 ist über der Ziehkammer 21b angeordnet, der Draht 28 erstreckt sich von dem Drahtaufwickelmechanismus 29 nach unten, verläuft durch die Innenseite der Ziehkammer 21b und ein distales Ende des Drahts 28 erreicht den Innenraum der Hauptkammer 21a. Diese Figur zeigt einen Zustand, in dem der Silicium-Einkristall 2 in der Mitte des Wachstums an dem Draht 28 aufgehängt wird. Wenn der Silicium-Einkristall 2 hochgezogen wird, wird der Draht 28 allmählich hochgezogen, während der Quarzglastiegel 1 und der Silicium-Einkristall 2 individuell rotieren, um den Silicium-Einkristall 2 zu züchten.
Während des Einkristall-Hochziehschritts kristallisiert die Innenfläche des Tiegels und die Kristallisation der Innenfläche des Tiegels schreitet durch die Wirkung des Kristallisationsbeschleunigers gleichmäßig fort, und somit können Versetzungen in dem Silicium-Einkristall aufgrund des Abschälens brauner Ringe verhindert werden. Zusätzlich wird der Quarzglastiegel 1 erweicht, doch die Kristallisation der Innenfläche des Tiegels schreitet gleichmäßig fort und somit kann die Festigkeit des Tiegels gewährleistet werden und eine Verformung kann unterdrückt werden. Daher kann ein Inkontaktkommen mit Elementen in einem Ofen aufgrund von Verformung des Tiegels oder Ändern einer Position der geschmolzenen Oberfläche der Siliciumschmelze 3 aufgrund der Änderung des Volumens in dem Tiegel verhindert werden.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst der Quarzglastiegel 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Tiegelbasiskörper 10, der aus Siliciumdioxidglas besteht, und den Beschichtungsfilm 13 aus dem Kristallisationsbeschleuniger, der auf der Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 ausgebildet ist. In dem Tiegel betragen sowohl die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm 13 als auch die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Tiegelbasiskörper im Bereich von 0 µm bis 300 µm Tiefe von der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers 10 1,0 × 10¹² Atome/cm³ oder mehr und 3,0 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger, und somit ist es möglich, eine Kohlenstoffverunreinigung in dem Silicium-Einkristall, die durch den Quarzglastiegel verursacht wird, zu verhindern und einen Silicium-Einkristall von hoher Qualität herzustellen.
Zusätzlich wird bei dem Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß der vorliegenden Ausführungsform Siliciumdioxidpulver mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 6 ppm als Rohmaterial in der Nähe der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers 10 hergestellt, und falls das Siliciumdioxidpulver lichtbogengeschmolzen wird, um einen Quarzglastiegel herzustellen, wird eine Kohlenstoffelektrode mit einer spezifischen Schüttdichte von 1,50 g/cm³ bis 1,75 g/cm³ und einem spezifischen Widerstand von 330 µΩ·cm bis 600 µΩ·cm verwendet, und somit kann die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Tiegelbasiskörper im Bereich von 0 µm bis 300 µm Tiefe von der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers 10 auf 3,0 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger unterdrückt werden. Daher kann eine Kohlenstoffverunreinigung in dem von dem Quarzglastiegel abgeleiteten Silicium-Einkristall verhindert werden.
Zusätzlich wird bei dem Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Beschichtungsflüssigkeit, die den Kristallisationsbeschleuniger enthält, auf die Innenfläche des Tiegelbasiskörpers 10 gesprüht wird, die Beschichtungsflüssigkeit unter Verwendung der Zweifluiddüse derart aufgesprüht, dass der durchschnittliche Tröpfchendurchmesser 5 µm oder mehr und 1.000 µm oder weniger beträgt, ferner beträgt die maximale Dicke des Beschichtungsfilms, der durch eine Aufbringung gebildet wird, 0,5 µm oder weniger, und der Beschichtungsfilm wird zu mehreren Schichten ausgebildet, indem das Trocknen des Beschichtungsfilms und das erneute Aufbringen wiederholt werden, bis die gewünschte Kohlenstoffkonzentration erzielt ist, wodurch der Beschichtungsfilm 13 mit einer niedrigen Kohlenstoffkonzentration ausgebildet werden kann.
Wenngleich bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es sind verschiedene Modifikationen möglich, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und solche Modifikationen sind selbstverständlich vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgedeckt.
Beispielsweise ist in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 mit dem Beschichtungsfilm 13 aus dem Kristallisationsbeschleuniger bedeckt, und die äußere Oberfläche 10o ist nicht mit dem Beschichtungsfilm bedeckt, doch sowohl die Innenfläche 10i als auch die äußere Oberfläche 10o können mit dem Beschichtungsfilm aus dem Kristallisationsbeschleuniger bedeckt sein. Das heißt, der Beschichtungsfilm aus dem Kristallisationsbeschleuniger kann zumindest die Innenfläche 10i des Tiegelbasiskörpers 10 bedecken. Ferner muss der Beschichtungsfilm 13 nicht unbedingt auf der gesamten Innenfläche des Tiegelbasiskörpers ausgebildet sein, ausschließlich der Nähe des oberen Endes des Rands, und der Beschichtungsfilm an der Innenfläche der Seitenwand 10a kann ausgelassen werden. Das heißt, der Beschichtungsfilm 13 kann zumindest an der Innenfläche des unteren mittigen Bereichs (in einem Bereich von 0,5 r von der Mitte des Bodens) des Tiegelbasiskörpers 10 bereitgestellt sein.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Tiegelbasiskörper 10 nach oben gewandt, wenn die Beschichtungsflüssigkeit auf die Innenfläche des Tiegelbasiskörpers 10 aufgesprüht wird, aber die Beschichtungsflüssigkeit kann beispielsweise in einem Zustand aufgebracht werden, in dem der Tiegelbasiskörper 10 umgedreht ist, sodass er nach unten gewandt ist. Ferner kann das Erwärmen des Tiegelbasiskörpers 10 durchgeführt werden, während der Kristallisationsbeschleuniger aufgebracht wird, kann die Aufbringung nach dem Vorerwärmen des Tiegelbasiskörpers 10 durchgeführt werden, oder beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers nach dem Vorerwärmen des Tiegelbasiskörpers 10, um zu verhindern, dass die Temperatur des Tiegelbasiskörpers 10 während des Beschichtungsschritts abrupt abfällt, kann die Aufbringung des Kristallisationsbeschleunigers durchgeführt werden, während der Tiegel unter Verwendung eines Heizelements kontinuierlich erwärmt wird, das von jenem für das Vorerwärmen verschieden ist.
[Beispiele]
<Beurteilung der Kohlenstoffkonzentration in der Nähe der Innenfläche des Tiegels>
Ein Tiegelbasiskörper, der einen 32-Zoll-Quarzglastiegel ausgestaltet, wurde durch ein Rotationsformverfahren hergestellt. Bei der Herstellung des Quarzglastiegels gemäß den Beispielen 1 bis 5 wurde Quarzpulver mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 6 ppm als Rohmaterial für die Innenfläche des Tiegels verwendet. Gleichermaßen wurde bei der Herstellung des Quarzglastiegels gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 Quarzpulver mit einem Kohlenstoffgehalt von 6 ppm oder mehr als Rohmaterial für die Innenfläche des Tiegels verwendet. Der Kohlenstoffgehalt des Quarzpulvers wurde mit dem „Hochfrequenz-Verbrennungs-Infrarot-Absorptionsverfahren“ gemessen.
Eine Kohlenstoffelektrode mit einer spezifischen Schüttdichte von 1,50 g/cm³ bis 1,75 g/cm³ und einem spezifischen Widerstand von 330 µΩ·cm bis 600 µΩ·cm wurde während der Lichtbogenerwärmung von Quarzpulver verwendet. In dem Tiegelbasiskörper wurde eine transparente Schicht durch Evakuieren des Rohmaterialpulvers von außerhalb der Rotationsform ausgebildet, die das Rohmaterialpulver während des Schmelzens an der Innenflächenseite trägt, und dann wurde eine Blasenschicht ausgebildet, indem die Evakuierung gestoppt oder die Saugkraft geschwächt wurde.
Danach wurde der Randabschnitt des Tiegelbasiskörpers eingeschnitten, der Tiegelbasiskörper wurde mit einer Reinigungsflüssigkeit gereinigt und mit reinem Wasser gespült, und dann wurde ein Kristallisationsbeschleuniger auf die Innenfläche des Tiegels aufgebracht. Die Reinigungsflüssigkeit wurde durch Verdünnen von Flusssäure von Halbleitergüte mit reinem Wasser von TOC ≤ 2 ppb (17,2 MΩ oder mehr, 15 bis 25 °C) zum Einstellen auf 10 bis 40 Gew.-% hergestellt. Eine wässrige Lösung von Bariumhydroxid wurde als Kristallisationsbeschleuniger verwendet und wurde durch ein Sprühverfahren gleichmäßig aufgebracht. Der Tiegelbasiskörper wurde mit einem Halogenheizelement während des Aufbringens des Kristallisationsbeschleunigers erwärmt und die Aufbringung wurde durchgeführt, während die Oberflächentemperatur des Tiegels gemessen wurde.
Eine Zweifluiddüse wurde zum Versprühen des Kristallisationsbeschleunigers verwendet und die Dicke des Beschichtungsfilms aus dem Kristallisationsbeschleuniger, der durch eine Aufbringung ausgebildet wurde, betrug etwa 0,5 µm, und die Aufbringung wurde wiederholt, bis die gewünschte Konzentration (Filmdicke von etwa 10 µm) erzielt wurde. Auf diese Weise wurde, wie in Tabelle 1 dargestellt, ein Quarzglastiegel mit einem Beschichtungsfilm aus einem Kristallisationsbeschleuniger abgeschlossen, der auf der Innenfläche des Tiegelbasiskörpers ausgebildet war.
Danach wurden die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration und die durchschnittliche Stickstoffkonzentration an der Innenfläche des Quarzglastiegels gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 und den Beispielen 1 bis 5 gemessen und ferner wurde der Variationskoeffizient (σ/DURCHSCHNITT) der Kohlenstoffkonzentration bestimmt. Kohlenstoffkonzentration und Stickstoffkonzentration wurden mittels D-SIMS (Dynamic-Secondary Ion Mass Spectrometry) gemessen. Für die D-SIMS-Messung wurde eine Tiegelprobe mit einer Größe von 10 mm × 10 mm × 5 mm, die aus der Innenfläche des Quarzglastiegels ausgeschnitten war, verwendet. Der Variationskoeffizient der Kohlenstoffkonzentration wurde anhand der Kohlenstoffkonzentrationen an fünf Punkten erhalten, die aus einem Punkt in der Mitte des Bodens des Tiegels und vier Punkten bestanden, die 0,2 r (r ist der Radius des Tiegelaußendurchmessers) in vier Richtungen (X- und Y-Richtung) von der Mitte entfernt waren.
Danach wurde das Mehrfachhochziehen von Silicium-Einkristallen mit dem CZ-Verfahren unter Verwendung anderer Tiegelproben durchgeführt, die die gleichen Eigenschaften aufwiesen und unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurden wie die Quarzglastiegel der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und der Beispiele 1 bis 5. Die Anzahl des Mehrfachziehens war drei und es wurden die gleichen Kristallhochziehbedingungen verwendet. Die Kohlenstoffkonzentration (relativer Wert) des dritten Silicium-Einkristalls, der dadurch hochgezogen wurde, die Anzahl der Löcherbildungen in den Silicium-Einkristallen und die Ausbeute der Silicium-Einkristalle (versetzungsfreie Rate) wurden bestimmt. Die Ausbeute der Einkristalle ist das Gewichtsverhältnis des Einkristalls zu dem polykristallinen Rohmaterial. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.

Die Beurteilung der Kohlenstoffkonzentration des Silicium-Einkristalls wurde an dem dritten Silicium-Einkristall des Mehrfachhochziehens durchgeführt, wobei der Anstieg der Kohlenstoffkonzentration während der Segregation beachtlich ist. Alle drei Silicium-Einkristalle wurden für die Beurteilung der Löcher und die Ausbeute an Silicium-Einkristallen als Ziel gesetzt. Die Beurteilung der aufgerauten Innenfläche ist eine Beurteilung der Flächenbelegung des unebenen Abschnitts, wo sich der braune Ring abschält und das Siliciumdioxidglas freigelegt wird. „Hoch“ bedeutet 50 % oder mehr, „mäßig“ bedeutet 20 % oder mehr und weniger als 50 % und „niedrig“ bedeutet weniger als 20 %. Bei der Beurteilung der Löcher wurde die Gesamtzahl der Wafer, die durch das Verarbeiten von drei Silicium-Einkristallen erhalten wurden, die durch Mehrfachhochziehen erhalten wurden, als Populationsparameter verwendet und das Verhältnis der Anzahl von Wafern, in denen sich Löcher fanden, wurde als Löcherbildungsrate bestimmt. „Niedrig“ bedeutet weniger als 0,1 % der Löcherbildungsrate und „hoch“ bedeutet 0,1 % oder mehr davon.
[Tabelle 1]

	Anzahl des Mehrfa chziehe ns	Quarzglastiegel						Silicium-Einkristall
	Anzahl des Mehrfa chziehe ns	Anwendun g von Kristallisat ionsbeschle uniger	Durchschn ittliche Kohlenstof fkonzentra tion der Oberfläche (Atome/cm 3)	Variations koeffizient der Kohlenstof fkonzentra tion (o/Durchsc hnitt)	Durchschn ittliche Stickstoffk onzentrati on der Oberfläche (Atome/cm 3)	Oberfläche ntemperat ur des Tiegels beim Aufbringe n (°C)	Aufgerau te Innenfläc he	Kohlenstoff konzentrati on (relativer Wert)	Löcher bildung	Einkr istall ausbe ute (%)
Vergleichsbeispiel 1	3	Ja	1,2E+20	9,9	4,7E+16	50	Mäßig	100	Hoch	72,1
Vergleichsbeispiel 2	3	Ja	5,8E+19	3,7	7,1E+16	22	Hoch	94	Hoch	60,2
Vergleichsbeispiel 3	3	Ja	5,3E+20	0,1	4,1E+17	265	Mäßig	98	Hoch	75,0
Vergleichsbeispiel 4	3	Ja	5,7E+20	1,5	3,5E+17	300	Hoch	96	Hoch	70,6
Beispiel 1	3	Nein	≤ 1,OE+12		4,7E+16		Niedrig	82	Niedrig	85,0
Beispiel 2	3	Ja	1,3E+16	0,2	3,1E+17	250	Niedrig	82	Niedrig	81,2
Beispiel 3	3	Ja	3,0E+19	0,6	4,7E+17	250	Niedrig	86	Niedrig	83,5
Beispiel 4	3	Ja	5,2E+14	0,4	1,7E+17	242	Niedrig	80	Niedrig	87,0
Beispiel 5	3	Ja	1,4E+12	1,1	6,6E+16	170	Niedrig	79	Niedrig	88,5

Wie in Tabelle 1 dargestellt, betrug die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration an der Innenfläche des Quarzglastiegels gemäß Vergleichsbeispiel 1 1,2 × 10²⁰ Atome/cm³, der Variationskoeffizient der Kohlenstoffkonzentration betrug 2,2 und die durchschnittliche Stickstoffkonzentration betrug 4,7 × 10¹⁶ Atome/cm³. Die Oberflächentemperatur des Tiegels beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers betrug 50 °C. Falls das Hochziehen des Silicium-Einkristalls unter Verwendung einer anderen Tiegelprobe hergestellt wurde, die die gleichen Eigenschaften aufwies und unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie diese Tiegelprobe, war die Oberflächenrauigkeit der Innenfläche des verwendeten Tiegels mäßig. Die Kohlenstoffkonzentration des unter Verwendung des Quarzglastiegels hochgezogenen Silicium-Einkristalls wurde bestimmt und als Referenzwert für die Kohlenstoffkonzentration nachfolgender Silicium-Einkristalle verwendet. Es wurden viele Löcher in diesem Silicium-Einkristall beobachtet. Die Ausbeute des Silicium-Einkristalls betrug 72,1 %, was ein Ergebnis von unter 80 % war.
Die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration an der Innenfläche des Quarzglastiegels gemäß Vergleichsbeispiel 2 betrug 5,8 × 10¹⁹ Atome/cm³, der Variationskoeffizient der Kohlenstoffkonzentration betrug 1,8 und die durchschnittliche Stickstoffkonzentration betrug 7,1 × 10¹⁶ Atome/cm³. Die Oberflächentemperatur des Tiegels beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers betrug 22 °C. Falls das Hochziehen des Silicium-Einkristalls unter Verwendung einer anderen Tiegelprobe hergestellt wurde, die die gleichen Eigenschaften aufwies und unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie diese Tiegelprobe, war die Oberflächenrauigkeit der Innenfläche des verwendeten Tiegels hoch. Die Kohlenstoffkonzentration (relativer Wert) des unter Verwendung des Quarzglastiegels hochgezogenen Silicium-Einkristalls betrug 94. Es wurden viele Löcher in diesem Silicium-Einkristall beobachtet. Die Ausbeute des Silicium-Einkristalls betrug 60,2 %, was ein Ergebnis von unter 80 % war.
Die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration an der Innenfläche des Quarzglastiegels gemäß Vergleichsbeispiel 3 betrug 5,3 × 10¹⁹ Atome/cm³, der Variationskoeffizient der Kohlenstoffkonzentration betrug 1,2 und die durchschnittliche Stickstoffkonzentration betrug 4,1 × 10¹⁷ Atome/cm³. Die Oberflächentemperatur des Tiegels beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers betrug 265 °C. Falls das Hochziehen des Silicium-Einkristalls unter Verwendung einer anderen Tiegelprobe hergestellt wurde, die die gleichen Eigenschaften aufwies und unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie diese Tiegelprobe, war die Oberflächenrauigkeit der Innenfläche des verwendeten Tiegels mäßig. Die Kohlenstoffkonzentration (relativer Wert) des unter Verwendung des Quarzglastiegels hochgezogenen Silicium-Einkristalls betrug 98. Es wurden viele Löcher in diesem Silicium-Einkristall beobachtet. Die Ausbeute des Silicium-Einkristalls betrug 75,0 %, was ein Ergebnis von unter 80 % war.
Die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration an der Innenfläche des Quarzglastiegels gemäß Vergleichsbeispiel 4 betrug 5,7 × 10²⁰ Atome/cm³, der Variationskoeffizient der Kohlenstoffkonzentration betrug 1,5 und die durchschnittliche Stickstoffkonzentration betrug 3,5 × 10¹⁷ Atome/cm³. Die Oberflächentemperatur des Tiegels beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers betrug 300 °C. Falls das Hochziehen des Silicium-Einkristalls unter Verwendung einer anderen Tiegelprobe hergestellt wurde, die die gleichen Eigenschaften aufwies und unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie diese Tiegelprobe, war die Oberflächenrauigkeit der Innenfläche des verwendeten Tiegels hoch. Die Kohlenstoffkonzentration (relativer Wert) des unter Verwendung des Quarzglastiegels hochgezogenen Silicium-Einkristalls betrug 96. Es wurden viele Löcher in diesem Silicium-Einkristall beobachtet. Die Ausbeute des Silicium-Einkristalls betrug 70,6 %, was ein Ergebnis von unter 80 % war.
Der Quarzglastiegel gemäß Beispiel 1 war an seiner Innenfläche nicht mit einem Kristallisationsbeschleuniger beschichtet. Die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration an der Innenfläche dieses Quarzglastiegels war niedriger als 1,0 × 10¹² Atome/cm³ und die durchschnittliche Stickstoffkonzentration betrug 4,7 × 10¹⁶ Atome/cm³. Falls das Hochziehen des Silicium-Einkristalls unter Verwendung einer anderen Tiegelprobe hergestellt wurde, die die gleichen Eigenschaften aufwies und unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie diese Tiegelprobe, war die Oberflächenrauigkeit der Innenfläche des verwendeten Tiegels niedrig. Die Kohlenstoffkonzentration (relativer Wert) des unter Verwendung des Quarzglastiegels hochgezogenen Silicium-Einkristalls betrug 82. Zusätzlich war die Anzahl der Löcher in dem Silicium-Einkristall niedrig. Die Ausbeute der Silicium-Einkristalle betrug 85 %, was ein gutes Ergebnis von über 80 % war.
Die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration an der Innenfläche des Quarzglastiegels gemäß Beispiel 2 betrug weniger als 1,3 × 10¹⁶ Atome/cm³, der Variationskoeffizient der Kohlenstoffkonzentration betrug 0,2 und die durchschnittliche Stickstoffkonzentration betrug 3,1 × 10¹⁷ Atome/cm³. Die Oberflächentemperatur des Tiegels beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers betrug 250 °C. Falls das Hochziehen des Silicium-Einkristalls unter Verwendung einer anderen Tiegelprobe hergestellt wurde, die die gleichen Eigenschaften aufwies und unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie diese Tiegelprobe, war die Oberflächenrauigkeit der Innenfläche des verwendeten Tiegels niedrig. Die Kohlenstoffkonzentration (relativer Wert) des unter Verwendung des Quarzglastiegels hochgezogenen Silicium-Einkristalls betrug 82. Zusätzlich war die Anzahl der Löcher in dem Silicium-Einkristall niedrig. Die Ausbeute der Silicium-Einkristalle betrug 81,2 %, was ein gutes Ergebnis von über 80 % war.
Die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration an der Innenfläche des Quarzglastiegels gemäß Beispiel 3 betrug weniger als 3,0 × 10¹⁹ Atome/cm³, der Variationskoeffizient der Kohlenstoffkonzentration betrug 0,6 und die durchschnittliche Stickstoffkonzentration betrug 4,7 × 10¹⁷ Atome/cm³. Die Oberflächentemperatur des Tiegels beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers betrug 250 °C. Falls das Hochziehen des Silicium-Einkristalls unter Verwendung einer anderen Tiegelprobe hergestellt wurde, die die gleichen Eigenschaften aufwies und unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie diese Tiegelprobe, war die Oberflächenrauigkeit der Innenfläche des verwendeten Tiegels niedrig. Die Kohlenstoffkonzentration (relativer Wert) des unter Verwendung des Quarzglastiegels hochgezogenen Silicium-Einkristalls betrug 86. Zusätzlich war die Anzahl der Löcher in dem Silicium-Einkristall niedrig. Die Ausbeute der Silicium-Einkristalle betrug 83,5 %, was ein gutes Ergebnis von über 80 % war.
Die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration an der Innenfläche des Quarzglastiegels gemäß Beispiel 4 betrug weniger als 5,2 × 10¹⁴ Atome/cm³, der Variationskoeffizient der Kohlenstoffkonzentration betrug 0,4 und die durchschnittliche Stickstoffkonzentration betrug 1,7 × 10¹⁷ Atome/cm³. Die Oberflächentemperatur des Tiegels beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers betrug 242 °C. Falls das Hochziehen des Silicium-Einkristalls unter Verwendung einer anderen Tiegelprobe hergestellt wurde, die die gleichen Eigenschaften aufwies und unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie diese Tiegelprobe, war die Oberflächenrauigkeit der Innenfläche des verwendeten Tiegels niedrig. Die Kohlenstoffkonzentration (relativer Wert) des unter Verwendung des Quarzglastiegels hochgezogenen Silicium-Einkristalls betrug 80. Zusätzlich war die Anzahl der Löcher in dem Silicium-Einkristall niedrig. Die Ausbeute der Silicium-Einkristalle betrug 87,0 %, was ein gutes Ergebnis von über 80 % war.
Die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration an der Innenfläche des Quarzglastiegels gemäß Beispiel 5 betrug weniger als 1,4 × 10¹² Atome/cm³, der Variationskoeffizient der Kohlenstoffkonzentration betrug 1,1 und die durchschnittliche Stickstoffkonzentration betrug 6,6 × 10¹⁶ Atome/cm³. Die Oberflächentemperatur des Tiegels beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers betrug 170 °C. Falls das Hochziehen des Silicium-Einkristalls unter Verwendung einer anderen Tiegelprobe hergestellt wurde, die die gleichen Eigenschaften aufwies und unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie diese Tiegelprobe, war die Oberflächenrauigkeit der Innenfläche des verwendeten Tiegels niedrig. Die Kohlenstoffkonzentration (relativer Wert) des unter Verwendung des Quarzglastiegels hochgezogenen Silicium-Einkristalls betrug 79. Zusätzlich war die Anzahl der Löcher in dem Silicium-Einkristall niedrig. Die Ausbeute der Silicium-Einkristalle betrug 88,5 %, was ein gutes Ergebnis von über 80 % war.
<Beurteilung der Erwärmungstemperatur des Tiegels>
Der Tiegelbasiskörper wurde mit einem Halogenheizelement vorerwärmt und danach wurde die Aufbringung des Kristallisationsbeschleunigers auf die Innenfläche des Tiegelbasiskörpers durchgeführt. Beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers wurde die Innenflächentemperatur des Tiegels an der Aufbringungsposition mit einem Strahlungsthermometer kontaktlos gemessen. Das Gewichtsverhältnis des Carbonats, das in dem Beschichtungsfilm aus dem Kristallisationsbeschleuniger des dadurch erhaltenen Quarzglastiegels enthalten ist, wurde durch das XPS-Verfahren und das Raman-Messverfahren gemessen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
[Tabelle 2]

Oberflächentemperatur des Tiegels beim Erwärmen und Aufbringen (°C) Gewichtsverhältnis des Carbonats (Gew.-%)

20 0,0

180 1,2

250 2,5

500 20,0
Wie in Tabelle 2 dargestellt trat, falls die Oberflächentemperatur des Tiegels 20 °C betrug, ein Flüssigkeitsabtropfen der Beschichtungsflüssigkeit an der Beschichtungsoberfläche auf. Gleichermaßen trat, falls die Oberflächentemperatur des Tiegels 60 °C oder mehr betrug, kein Flüssigkeitsabtropfen auf und das Lösungsmittel konnte sofort abgedampft werden.
Zusätzlich beträgt, wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, falls die Oberflächentemperatur des Tiegels 250 °C oder weniger beträgt, das Gewichtsverhältnis des Carbonats 2,5 Gew.-% oder weniger, während, falls die Oberflächentemperatur des Tiegels 500 °C beträgt, das Gewichtsverhältnis des Carbonats 20 % beträgt, und das Gewichtsverhältnis des Carbonat wurde signifikant erhöht. Es wurde festgestellt, dass, um die Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm zu reduzieren, die Innenflächentemperatur des Tiegelbasiskörpers beim Aufbringen des Kristallisationsbeschleunigers 500 °C oder weniger betragen sollte.
BESCHREIBUNG DER BEZUGSZEICHEN

1: Quarzglastiegel
1s: Tiegelprobe
2: Silicium-Einkristall
3: Siliciumschmelze
6: Beschichtungsflüssigkeit
10: Tiegelbasiskörper
10a: Seitenwand
10b: Boden
10c: Ecke
10i: Innenfläche des Tiegelbasiskörpers
10o: Außenfläche des Tiegelbasiskörpers
11: Transparente Schicht
12: Blasenschicht
13: Beschichtungsfilm aus Kristallisationsbeschleuniger
14: Form
14a: Entlüftungsloch
14i: Innenfläche der Form
15: Lichtbogenelektrode
16: Abgeschiedene Quarzpulverschicht
16a: Natürliches Quarzpulver
16b: Synthetisches Quarzpulver
17A: Rotationsträger
17B: Heizelement
18: Roboterarm
19: Sprühdüse
20: Einkristall-Ziehvorrichtung
21: Kammer
21a: Hauptkammer
21b: Ziehkammer
21c: Gaseingang
21d: Gasauslass
22: Kohlenstoff-Suszeptor
23: Rotationswelle
24: Wellenantriebsmechanismus
25: Heizelement
28: Einkristall-Hochziehdraht
29: Drahtaufwickelmechanismus
30: SAICAS
31: Diamantklinge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H04349191 [0009]
JP 2011032147 [0009]
JP 2002080230 [0009]
JP 2018138508 [0009]

Claims

Quarzglastiegel, umfassend: einen aus Siliciumdioxidglas bestehenden Tiegelbasiskörper; und einen Beschichtungsfilm, der einen Kristallisationsbeschleuniger enthält und auf einer Innenfläche des Tiegelbasiskörpers ausgebildet ist, wobei eine durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm und dem Tiegelbasiskörper in einem Bereich von 0 µm oder mehr und 300 µm oder weniger Tiefe von der Innenfläche davon 1,0 × 10¹² Atome/cm³ oder mehr und 3,0 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 1, wobei ein Gewichtsverhältnis eines Carbonats in dem Beschichtungsfilm 20,0 Gew.-% oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm 3,0 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sowohl eine durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm als auch eine durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in dem Tiegelbasiskörper in einem Bereich von 0 µm oder mehr und 300 µm oder weniger Tiefe von der Innenfläche davon 1,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Variationskoeffizient (σ/DURCHSCHNITT) einer Kohlenstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm an fünf Punkten auf einem Boden des Tiegelbasiskörpers 1,1 oder weniger beträgt.
Quarzglastiegel nach Anspruch 5, wobei die fünf Punkte als erster Messpunkt, der eine Mitte des Bodens ist, zweiter Messpunkt, der eine Position ist, die um das 0,08- bis 0,7-Fache eines Radius in radialer Richtung des Tiegelbasiskörpers von dem ersten Messpunkt verschoben ist, dritter Messpunkt, der eine Position ist, die um 90° im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung von dem zweiten Messpunkt gedreht ist, vierter Messpunkt, der eine Position ist, die um 90° im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung von dem dritten Messpunkt gedreht ist, und fünfter Messpunkt bestimmt sind, der eine Position ist, die um 90° im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung von dem vierten Messpunkt gedreht ist.
Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Beschichtungsfilm eine Schälfestigkeit von 0,3 kN/m oder mehr aufweist.
Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Stickstoffkonzentration in dem Beschichtungsfilm und dem Tiegelbasiskörper im Bereich von 0 µm oder mehr und 300 µm oder weniger Tiefe von der Innenfläche davon 4,7 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger beträgt.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel, umfassend: einen Schritt des Herstellens eines aus Siliciumdioxidglas bestehenden Tiegelbasiskörpers; und einen Schritt des Aufbringens einer Beschichtungsflüssigkeit, die einen Kristallisationsbeschleuniger enthält, auf eine Innenfläche des Tiegelbasiskörpers, um einen Beschichtungsfilm aus dem Kristallisationsbeschleuniger zu bilden, wobei der Schritt des Herstellens des Tiegelbasiskörpers Lichtbogenerwärmung von Siliciumdioxidpulver, das einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 6 ppm aufweist und als Rohmaterial für die Innenfläche des Tiegelbasiskörpers verwendet wird, unter Verwendung einer Kohlenstoffelektrode mit einer spezifischen Schüttdichte von 1,50 g/cm³ oder mehr und 1,75 g/cm³ oder weniger und einem spezifischen Widerstand von 330 µΩ·cm oder mehr und 600 µΩ·cm oder weniger umfasst und der Kristallisationsbeschleuniger eine Verbindung eines Elements (Mg, Ca, Sr oder Ba) in der Gruppe 2a ist, die keine Kohlenstoffatome in einem Molekül aufweist.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel nach Anspruch 9, wobei vor dem Bilden des Beschichtungsfilms aus dem Kristallisationsbeschleuniger der Tiegelbasiskörper mit Flusssäure von Halbleitergüte oder höher und reinem Wasser gereinigt wird.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Kristallisationsbeschleuniger eine wasserlösliche Verbindung ist.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit während des Erwärmens des Tiegelbasiskörpers bei einer Temperatur von 60 °C oder mehr und 500 °C oder weniger durchgeführt wird.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit während des Erwärmens des Tiegelbasiskörpers derart, dass eine Differenz zwischen einem Siedepunkt eines Lösungsmittels in der Beschichtungsflüssigkeit und einer Temperatur des Tiegelbasiskörpers -40,0°C oder mehr und 100 °C oder weniger beträgt, durchgeführt wird.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit während des Erwärmens des Tiegelbasiskörpers bei einer Temperatur von 100 °C oder mehr und 180 °C oder weniger durchgeführt wird.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei in dem Schritt des Aufbringens der Beschichtungsflüssigkeit das Aufsprühen der Beschichtungsflüssigkeit während des Erwärmens des Tiegelbasiskörpers unter einem Grobvakuum von 1 × 10² Pa oder mehr und 1 × 10⁵ Pa oder weniger durchgeführt wird.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der Schritt des Aufbringens der Beschichtungsflüssigkeit das Aufsprühen der Beschichtungsflüssigkeit unter Verwendung einer Zweifluiddüse, die Gas und Flüssigkeit in einem Sprühkopf mischt und das Gemisch versprüht, umfasst.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel nach Anspruch 16, wobei in dem Schritt des Aufbringens der Beschichtungsflüssigkeit eine maximale Dicke des Beschichtungsfilms, der durch ein Aufbringen ausgebildet wird, auf 0,5 µm oder weniger eingestellt wird und der Beschichtungsfilm durch abwechselndes Wiederholen des Trocknens des Beschichtungsfilms und des erneuten Aufbringens zu mehreren Schichten ausgebildet wird.
Herstellungsverfahren für einen Quarzglastiegel nach Anspruch 16 oder 17, eine Sprühmenge der Beschichtungsflüssigkeit 300 ml/min oder weniger beträgt.
Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall, umfassend das Hochziehen eines Silicium-Einkristalls unter Verwendung des Quarzglastiegels nach einem der Ansprüche 1 bis 8.