JP2004250304A - 湯面振動を抑制した石英ガラスルツボ - Google Patents

Abstract

【課題】湯面振動を抑制した石英ガラスルツボの提供
【手段】シリコン単結晶の引き上げに用いる石英ガラスルツボであって、該ルツボ内の溶融シリコンの引き上げ開始湯面に対して、この湯面から所定深さ（一般的なルツボでは湯面下１０ｃｍ）までの帯状部分に相当するルツボ内周面層の気泡含有率を０．０１〜０．２％とし、ルツボ内表面の溶融シリコンとの全接触面積Ｓ１に対する上記帯状部分の面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）を１５〜３５％に調整することによって溶融シリコンの湯面振動を抑制したことを特徴とする石英ガラスルツボ。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコン単結晶の引き上げに用いる石英ガラスルツボであって、ルツボに充填した溶融シリコンの湯面振動を抑制したルツボに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン単結晶の引き上げに用いる石英ガラスルツボは、外周側の気泡を含む不透明層と内周側の気泡の少ない透明層からなるものが一般に用いられている。この石英ガラスルツボは内表面層の気泡含有率によって単結晶化率が大きな影響を受けることから、単結晶化率を高めるために出来るだけ気泡含有率の小さいものが求められてきた。例えば、多数の気泡を含む半透明ガラス層と、この内表面に一体融合された実質的に無気泡でかつ表面が平滑な透明ガラス層からなる単結晶引き上げ用石英ルツボが知られている（特開平１−１４８７８３号）。また、石英ガラスルツボの内表面の残留気泡を皆無にし、かつ目視や顕微鏡レベルでは確認されないが使用時に内表面近傍に気泡を発生させる要因となる気泡核も実質的に存在せず、内表面が滑らかで、高い単結晶化率が得られる石英ガラスルツボが知られている（特開２００１−２４３０）。さらに、気泡含有率の高い内側表面層を除去し、また底部内側表面層の気泡体積率を０．００１％以下にしたシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボが知られている（特開平１１−１１６３８８号）。
【０００３】
一方、シリコン単結晶の一般的な引き上げ法（ＣＺ法）では、ルツボ高さの４０〜９０％の高さにチャージした溶融シリコンの湯面に種結晶を付け、この種結晶を中心にして周囲に結晶化を拡げ（肩作り）た後に、胴体引き上げを行って棒状の単結晶を引き上げ、底部を整えてこの単結晶を取り出す。この引き上げの際に、溶融シリコンの湯面が周期的に振動する現象が見られる。湯面振動が発生すると種結晶を湯面に接合できなかったり、引き上げ中にシリコンが多結晶化するなどの問題を生じる。この原因として、引き上げ温度の上昇や雰囲気圧の低下などによって溶融シリコンと石英ガラスの反応が活発化し、ＳｉＯガスが発生することによって振動すると考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シリコン単結晶の引き上げ工程において、引き上げ開始工程において種付けと肩作りの工程は溶融シリコンの湯面振動の影響を最も受けやすく、胴体引き上げ以降の工程は湯面振動の影響が比較的少ない。従って、引き上げ開始工程において溶融シリコンの湯面振動を生じないことが求められる。一方、従来の石英ルツボは単結晶化率を高めるためにルツボ内表面の気泡含有率を出来るだけ低減したものが求められてきたが、本発明によればシリコン引き上げ開始時の溶融シリコンの湯面振動はこの湯面付近のルツボ内表面層の気泡含有率に影響されることが見出された。すなわち、引き上げ開始時の湯面付近におけるルツボ内表面の気泡含有率が低すぎると湯面振動を発生し易い傾向がある。
【０００５】
本発明は、引き上げ開始湯面付近のルツボ内表面層の気泡含有率を一定範囲に調整することによって、この湯面振動を抑制した石英ガラスルツボを提供する。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明によれば以下の構成からなる石英ガラスルツボが提供される。
（１）シリコン単結晶の引き上げに用いる石英ガラスルツボであって、該ルツボ内の溶融シリコンの引き上げ開始湯面に対して、この湯面から所定深さまでの帯状部分に相当するルツボ内周面層の気泡含有率を０．０１〜０．２％とし、ルツボ内表面の溶融シリコンとの全接触面積Ｓ１に対する上記帯状部分の面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）を１５〜３５％に調整することによって溶融シリコンの湯面振動を抑制したことを特徴とする石英ガラスルツボ。
（２）溶融シリコンの引き上げ開始湯面から所定深さまでの帯状部分に相当するルツボ内周面層の気泡含有率が０．０１〜０．２％であり、この帯状部分よりも下側の内周面層、湾曲部、底部の内側透明層の気泡含有率が０．１％以下であって上記帯状部分の気泡含有率より小さい上記（１）の石英ガラスルツボ。
（３）溶融シリコンの引き上げ開始湯面に対し、この湯面から湯面下１０ｃｍまでの帯状部分に相当するルツボ内周面層の気泡含有率を０．０１〜０．２％に調整することによって上記溶融シリコンの湯面振動を抑制した請求項１の石英ガラスルツボ。
（４）溶融シリコンの引き上げ開始湯面に対し、この湯面から湯面下１０ｃｍまでの帯状部分に相当するルツボ内周面層の気泡含有率が０．０１〜０．２％であり、この帯状部分よりも下側の内周面層、湾曲部、底部の内側透明層の気泡含有率が０．１％以下であって上記帯状部分の気泡含有率より小さい上記（３）の石英ガラスルツボ。
（５）上記帯状部分の内周面層の気泡含有率が表面下０．３ｍｍまでの層厚における気泡含有率である上記（１）、（２）、（３）または（４）の石英ガラスルツボ。
【０００７】
【具体的な説明】
シリコン単結晶の引き上げに用いる石英ガラスルツボは、ルツボ内に多結晶シリコンを入れて加熱溶融することによって溶融シリコンを充填した状態にし、これを引き上げに用いる。本発明の石英ガラスルツボは、図１に示すように、ルツボ１０に充填した溶融シリコン１１の引き上げ開始湯面Ｌに対し、この湯面Ｌから所定深さＤまでの帯状部分Ｈに相当するルツボ内周面層の気泡含有率を０．０１〜０．２％とし、さらにルツボ内表面の溶融シリコンとの全接触面積Ｓ１に対する上記帯状部分の面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）を１５〜３５％に調整することによって溶融シリコンの湯面振動を抑制したことを特徴とするものである。
【０００８】
図示するように、上記帯状部分Ｈは引き上げ開始湯面Ｌから深さＤまでの部分であり、概ねルツボ内周面の上側部分を帯状に囲む部分である。この帯状部分Ｈの気泡含有率を０．０１〜０．２％に調整することによって引き上げ開始時の湯面振動を効果的に抑制することができる。この気泡含有率が上記範囲よりも低いと湯面振動を生じ易くなり、また、この部分の気泡含有率が上記範囲を上回ると単結晶化率が低下するので適当ではない。この帯状部分Ｈの気泡含有率は０．０２〜０．１％がさらに好ましい。
【０００９】
上記気泡含有率を有する帯状部分Ｈの範囲は、ルツボ内表面の溶融シリコンとの全接触面積Ｓ１（湯面下の全内表面積）に対して帯状部分Ｈの面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）が１５〜３５％であるものが好ましい。帯状部分Ｈの面積Ｓ２がこれより小さいと、ルツボ全内表面に対して帯状部分Ｈの深さＤが相対的に少なく、溶融シリコンの湯面振動を抑制する効果が低下する。一方、帯状部分Ｈの面積Ｓ２がこれより大きいと気泡含有率の高い部分が相対的に多くなるので単結晶化率が低下するので好ましくない。
【００１０】
具体的な態様として、口径２２インチ以上および深さ３５ｃｍ以上（口径Ｗと深さＤの比Ｗ／Ｄ＝１〜２）の一般的な形状の石英ガラスルツボにおいては、チャージしたときの溶融シリコンの引き上げ開始湯面Ｌに対し、この湯面Ｌから概ね湯面下１０ｃｍまでに相当する帯状のルツボ内周面層の気泡含有率を０．０１〜０．２％、好ましくは０．０２〜０．１％にすると良い。この帯状部分Ｈの気泡含有率を上記範囲に調整することによって効果的に溶融シリコンの湯面振動を抑制することができる。
【００１１】
上記帯状部分Ｈよりも下側のルツボ内表面は溶融シリコンの液圧によってＳｉＯの沸騰が抑制されるので湯面振動に対する影響は少ない。従って、引き上げ開始時の湯面振動を抑制するには、上記帯状部分Ｈの気泡含有率を上記範囲に調整すれば良い。一方、ルツボ内表面の気泡含有率は単結晶化率に影響を与え、気泡含有率が高いものはシリコンの多結晶化や再溶融を招き、さらに引き上げ時間を長引かせるなどの問題を生じる。従って、上記帯状部分Ｈよりも下側の部分、すなわち上記帯状部分Ｈより下側の内周面層、湾曲部、底部の透明層の気泡含有率はできるだけ気泡含有率の低いものが好ましく、具体的には、これらの気泡含有率は０．１％以下であって上記帯状部分の気泡含有率より小さいものが良い。
【００１２】
本発明の上記石英ガラスルツボにおいて、溶融シリコン湯面下の上記帯状部分Ｈの気泡含有率は概ね内表面下０．３ｍｍまでの層厚における気泡含有率であれば良い。シリコン単結晶の引き上げによって溶融シリコンの湯面は次第に低下するので、上記帯状部分Ｈが溶融シリコン接触する時間は比較的短く、従って、上記帯状部分Ｈは概ね上記層厚内の気泡含有率を上記範囲に調整すれば良い。なお、上記帯状部分Ｈより下側の内周面層、湾曲部、底部については溶融シリコンに接触している時間が帯状部分より長く、約１ｍｍ程度溶損するので、これら各部分については内側透明層全体についての気泡含有率を上記範囲に調整すれば良い。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、本発明を実施例によって具体的に示す。
【００１４】
〔実施例１〕
ルツボ内周面の各部分の気泡含有率を表１のように調整した石英ガラスルツボ（口径２８インチ）を用いてシリコン単結晶を引き上げた。この結果を表１に示した。なお、表中の上部内周面とは溶融シリコンの引き上げ開始湯面に対して、この湯面から湯面下１０ｃｍまでの帯状部分に相当する範囲である。下部内周面とはこの帯状部分より下側の内周面である。また、帯状部分の面積は湯面下のルツボ全内表面積の２０％である。
表１の結果に示すように、上部内周面の気泡含有率が本発明の範囲より小さいルツボは引き上げ開始時の湯面振動を抑制できない。しかも上記内周面と共に湾曲部・底部の気泡含有率も小さいルツボは引き上不能であり（試料Ｎｏ．Ａ１）、また下部内周面や湾曲部・底部の気泡含有率を本発明の範囲に調整しても上部内周面の気泡含有率が本発明の範囲より小さいルツボは湯面振動が発生し、単結晶化率も低い（試料Ｎｏ．Ａ２、Ａ３）。一方、上部内周面の気泡含有率を０．０２〜０．２％にし、下部内周面と湾曲部・底部の気泡含有率をこれより小さくしたルツボは溶融シリコンの湯面振動が見られず単結晶化率も高い（試料Ｎｏ．Ａ４、Ａ５）。ただし、上部内周面の気泡含有率を本発明の範囲に調整しても下部内周面や湾曲部・底部の何れかの気泡含有率が０．１％より高いルツボは湯面振動が抑制されるものの単結晶化率が低い（試料Ｎｏ．Ａ６〜Ａ８）。
【００１５】
【表１】

【００１６】
〔実施例２〕
溶融シリコンの引き上げ開始湯面から所定深さまでの帯状部分に相当するルツボ内周面層の気泡含有率を０．０１〜０．２％とし、湯面より下側の全内表面積Ｓ１に対する上記帯状部分の面積Ｓ２の割合（Ｓ２／Ｓ１比）を１０〜４０％にした石英ガラスルツボを調製した。この石英ガラスルツボを用いてシリコン単結晶を引き上げた。この結果を表２に示した。上記面積比（Ｓ２／Ｓ１比）が１０％の試料Ｎｏ１は溶融シリコンの湯面振動が発生した。上記面積比１５〜３５％の試料Ｎｏ２〜Ｎｏ５は溶融シリコンの湯面振動がなく、かつ単結晶化率が高い。一方、上記面積比４０％の試料Ｎｏ６は溶融シリコンの湯面振動はみられないが単結晶化率が低い。従って、上記帯状部分の面積比は１５〜３５％が適当であり、２０〜３０％が好ましい。
【００１７】
【表２】

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る石英ガラスルツボの模式断面図
【符号の説明】１０−石英ガラスルツボ、１１−溶融シリコン、Ｄ−湯面下深さ、Ｌ−湯面、Ｈ−帯状部分

Claims (5)

1. シリコン単結晶の引き上げに用いる石英ガラスルツボであって、該ルツボ内の溶融シリコンの引き上げ開始湯面に対して、この湯面から所定深さまでの帯状部分に相当するルツボ内周面層の気泡含有率を０．０１〜０．２％とし、ルツボ内表面の溶融シリコンとの全接触面積Ｓ１に対する上記帯状部分の面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）を１５〜３５％に調整することによって溶融シリコンの湯面振動を抑制したことを特徴とする石英ガラスルツボ。
2. 溶融シリコンの引き上げ開始湯面から所定深さまでの帯状部分に相当するルツボ内周面層の気泡含有率が０．０１〜０．２％であり、この帯状部分よりも下側の内周面層、湾曲部、底部の内側透明層の気泡含有率が０．１％以下であって上記帯状部分の気泡含有率よりも小さい請求項１の石英ガラスルツボ。
3. 溶融シリコンの引き上げ開始湯面に対し、この湯面から湯面下１０ｃｍまでの帯状部分に相当するルツボ内周面層の気泡含有率を０．０１〜０．２％に調整することによって上記溶融シリコンの湯面振動を抑制した請求項１の石英ガラスルツボ。
4. 溶融シリコンの引き上げ開始湯面に対し、この湯面から湯面下１０ｃｍまでの帯状部分に相当するルツボ内周面層の気泡含有率が０．０１〜０．２％であり、この帯状部分よりも下側の内周面層、湾曲部、底部の内側透明層の気泡含有率が０．１％以下であって上記帯状部分の気泡含有率よりも小さい請求項３の石英ガラスルツボ。
5. 上記帯状部分の内周面層の気泡含有率が表面下０．３ｍｍまでの層厚における気泡含有率である請求項１、２、３または４の石英ガラスルツボ。

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