JP2005060152A - Manufacturing method for quartz crucible, quartz crucible, and manufacturing method for silicon single crystal using the same - Google Patents

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浩利 山岸
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a quartz crucible having increased<SP>28</SP>Si content and suitable for pulling up silicon single crystal, at a low cost, the quartz crucible, and a manufacturing method for the silicon single crystal using the same. <P>SOLUTION: In the manufacturing method for the quartz crucible for pulling up the silicon single crystal, the quartz crucible is manufactured by supplying crystalline natural quartz powder and/or silica powder into a rotating mold to form a crucible shaped powder layer, heating the powder layer internally to melt the powder layer, and during or after a process for forming a crucible base body having many bubbles, supplying synthetic silica power containing ≥92.3% silicon isotope<SP>28</SP>Si into the inside of the base body and at least partially melting the silica powder to be deposited on the inside surface of the base body to form a transparent synthetic silica glass layer containing ≥92.3%<SP>28</SP>Si on the inside surface of the base body. The quartz crucible and the manufacturing method for silicon single crystal using the same are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はシリコン単結晶引き上げ用石英ルツボの製造方法及び石英ルツボ並びにこれを用いたシリコン単結晶の製造方法に関する。特に、28Siが天然のSi原料における割合より高く含有されるシリコン単結晶の引き上げに適する石英ルツボの製造方法及び石英ルツボ並びにこれを用いたシリコン単結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a quartz crucible for pulling a silicon single crystal, a quartz crucible, and a method for producing a silicon single crystal using the same. In particular, the present invention relates to a method for producing a quartz crucible suitable for pulling a silicon single crystal containing 28 Si in a proportion higher than that in a natural Si raw material, a quartz crucible, and a method for producing a silicon single crystal using the same.

従来、チョクラルスキー法(CZ法)によるシリコン単結晶の引き上げにおいて、原料となるシリコン融液を収容する容器として石英ルツボが使用されている。このシリコン単結晶引き上げ用石英ルツボは、一般に天然に産出される水晶あるいは石英を粉砕し、次いで精製して得た精製石英粉体を原料としてアーク加熱回転成型法により製造される。   Conventionally, in pulling a silicon single crystal by the Czochralski method (CZ method), a quartz crucible has been used as a container for storing a silicon melt as a raw material. This quartz crucible for pulling up a silicon single crystal is generally manufactured by an arc heating rotary molding method using a purified quartz powder obtained by pulverizing and purifying naturally produced quartz or quartz as a raw material.

この方法により製造される石英ルツボは、回転している型内にルツボ状に形成された原料粉体層を内側からアーク放電加熱によって熔融成形したものであるので、平滑な内表面を有し、層中に細かな気泡を高密度で含有する半透明の外観を呈したものである。このいわゆる多気泡層は外部加熱源からのルツボ内部への熱伝導を均一にする働きを有するが、シリコン単結晶引き上げのための石英ルツボにおいては、この多気泡層の構造を有することと内表面が平滑に形成されていることがシリコン単結晶の引き上げを安定化させるために極めて重要である。   The quartz crucible manufactured by this method is a raw material powder layer formed in a crucible shape in a rotating mold and melt-formed by arc discharge heating from the inside, and thus has a smooth inner surface, It has a translucent appearance that contains fine bubbles in high density in the layer. This so-called multi-bubble layer has the function of making the heat conduction from the external heating source into the crucible uniform, but the quartz crucible for pulling up the silicon single crystal has the structure of this multi-bubble layer and the inner surface. It is extremely important to stabilize the pulling of the silicon single crystal.

上記構造の実現のため、平滑な内表面をもつ所定の厚さ(約0.5mmから2mm)の実質的に無気泡の透明層を内層とし、多気泡層を外層とする二層構造からなる石英ルツボが極めて優れていることが確認されており、その石英ルツボ及び製造方法が開示されている(例えば特許文献1〜3参照)。   To realize the above structure, it has a two-layer structure in which a substantially bubble-free transparent layer having a smooth inner surface and a predetermined thickness (about 0.5 mm to 2 mm) is used as an inner layer and a multi-bubble layer is used as an outer layer. A quartz crucible has been confirmed to be extremely excellent, and a quartz crucible and a manufacturing method thereof have been disclosed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

上記の開示による石英ルツボは、ルツボ内表面が平滑であるとともに所定の厚さの無気泡の内層を持つので、シリコン単結晶引き上げ中にルツボ内表面が溶け出しても表面の荒れが発生することが非常に少ないので、引き上げに伴うシリコン融液の液面の降下がスムーズであり液面の振動が起こらないし、またルツボ内表面に表面の荒れに起因するクリストバライトが発生することも少ないので、クリストバライトがルツボ表面から離脱してシリコン融液中に落下することもない。従ってシリコン単結晶の引き上げを安定して遂行でき、シリコン単結晶の生産性を大幅に向上させることができる。   The quartz crucible according to the above disclosure has a smooth inner surface of the crucible and a bubble-free inner layer of a predetermined thickness, so that even if the inner surface of the crucible melts during the pulling of the silicon single crystal, the surface becomes rough. Since the liquid level of the silicon melt accompanying the pull-up is very low, the liquid level does not vibrate, and cristobalite due to surface roughness is rarely generated on the inner surface of the crucible. Does not leave the crucible surface and fall into the silicon melt. Accordingly, the pulling of the silicon single crystal can be stably performed, and the productivity of the silicon single crystal can be greatly improved.

一方、近年の超LSI製造のためには高品質なシリコンウェーハが要求される。高品質のシリコンウェーハを安定して製造するのに必要な高純度の石英ルツボを製造するために、ルツボ製造の原料粉として従来の天然の水晶または石英粉に代えて合成石英粉を使用する試みがなされている。例えば、天然石英粒子で多気泡層を形成し、その内表面を合成石英粒子でライニングし、このライニング層の表面に平滑な薄い非晶質層を形成した石英ルツボが開示されている(例えば特許文献4参照)。しかし、ここに開示されているルツボは、その内表面に平滑な薄い非晶質の膜を有するが、厚さがせいぜい0.1mm程度のものであって、層全体は多気泡の構造である。すなわち前述のような厚さ0.5mm以上の実質的に無気泡の透明層をもつルツボではないので、単結晶引き上げにより複数回の単結晶引き上げを行うような長時間の使用に耐え得るものではない。   On the other hand, high-quality silicon wafers are required for recent VLSI manufacturing. Attempts to use synthetic quartz powder instead of conventional natural quartz or quartz powder as raw material powder for crucible production to produce high-purity quartz crucibles necessary for stable production of high-quality silicon wafers Has been made. For example, a quartz crucible is disclosed in which a multi-bubble layer is formed with natural quartz particles, the inner surface is lined with synthetic quartz particles, and a smooth thin amorphous layer is formed on the surface of the lining layer (for example, a patent) Reference 4). However, the crucible disclosed herein has a smooth thin amorphous film on its inner surface, but has a thickness of at most about 0.1 mm, and the entire layer has a multi-bubble structure. . In other words, it is not a crucible having a substantially bubble-free transparent layer with a thickness of 0.5 mm or more as described above, so that it can withstand long-time use such as single crystal pulling multiple times. Absent.

また、高純度の四塩化けい素を原料にして作った生成物の焼結品をその表面から熔融することによって高純度の石英ガラスルツボを得る方法が開示されている(例えば特許文献5参照)。一方、シリコン単結晶に高濃度の酸素を含有させるために、ガラス層である内層をOH基含有率200ppm以上の合成石英粉の熔融によって形成し、外層をOH基含有率100ppm 以下の天然水晶粉の熔融によって形成してなるシリコン単結晶引き上げ用石英ルツボが開示されている(例えば特許文献6参照)。これらの開示は高純度の石英ルツボを得ることやシリコン単結晶中にある程度高濃度に酸素不純物を確実に含有させることが主な目的であり、単にこれらの教示に従って合成石英粉の熔融によりガラス層を形成するだけでは、得られるガラス層は十分に無気泡な透明層とならず、安定したシリコン単結晶引き上げに適するものとできない。さらに、これらに開示されているルツボも、厚さ0.5mm以上の実質的に無気泡の透明層をもつルツボではないので、複数回の単結晶引き上げを行うような長時間の使用に耐え得るものではない。   Also disclosed is a method of obtaining a high-purity quartz glass crucible by melting a sintered product of a product made from high-purity silicon tetrachloride as a raw material (see, for example, Patent Document 5). . On the other hand, in order to contain a high concentration of oxygen in the silicon single crystal, the inner layer as a glass layer is formed by melting synthetic quartz powder having an OH group content of 200 ppm or more, and the outer layer is a natural crystal powder having an OH group content of 100 ppm or less. There is disclosed a quartz crucible for pulling a silicon single crystal formed by melting (see, for example, Patent Document 6). The main purpose of these disclosures is to obtain a high-purity quartz crucible and to ensure that oxygen impurities are contained in a silicon single crystal to a certain degree of high concentration. By simply melting synthetic quartz powder according to these teachings, a glass layer is obtained. By simply forming, the obtained glass layer does not become a sufficiently bubble-free transparent layer, and cannot be suitable for stable silicon single crystal pulling. Furthermore, since the crucibles disclosed in these are not crucibles having a substantially bubble-free transparent layer with a thickness of 0.5 mm or more, they can withstand long-time use such as pulling a single crystal multiple times. It is not a thing.

合成シリカガラス層を形成させるための原料として、結晶質合成シリカの使用も考えられるが、結晶質合成シリカはエステルシランやけい酸ソーダの加水分解又はハロゲン化シランの加水分解によって得られた非晶質シリカを、アルカリ等を結晶化の種として加熱失透により結晶化させ精製粉砕して製造するという多くの工程を経るので高価となり、経済的に実用化の段階には至っていない。   As a raw material for forming the synthetic silica glass layer, crystalline synthetic silica may be used, but crystalline synthetic silica is an amorphous material obtained by hydrolysis of ester silane or sodium silicate or halogenated silane. Silica is expensive because it undergoes many steps of crystallizing by heat devitrification using alkali or the like as a seed for crystallization, purifying and pulverizing, and has not yet been economically put into practical use.

合成シリカ粉は一般に非晶質であり、ガラス層を形成するためには経済的であるという利点がある。しかし、非晶質のシリカ粉は融点が安定しないために平滑な表面を形成することが困難であり、この性質が合成シリカ粉の使用に際しての障害となっている。
そこで、実質的に無気泡の透明層を内層とし、多気泡層を外層とする二層構造の石英ルツボにおいて、その内層を所定の厚さ(0.5mm以上)からなる高純度の合成シリカガラスで形成する方法及びその方法により製造されるルツボが提供されている(例えば特許文献7参照)。
Synthetic silica powder is generally amorphous and has the advantage of being economical for forming a glass layer. However, since amorphous silica powder has a stable melting point, it is difficult to form a smooth surface, and this property is an obstacle to the use of synthetic silica powder.
Therefore, in a quartz crucible having a two-layer structure in which a substantially bubble-free transparent layer is an inner layer and a multi-bubble layer is an outer layer, the inner layer is a high-purity synthetic silica glass having a predetermined thickness (0.5 mm or more). And a crucible manufactured by the method (see, for example, Patent Document 7).

ところで、シリコン元素には28Si、29Si、30Siの3種類の安定同位体が存在し、天然のシリコンでは、これらの組成比は28Siが92.23%、29Siが4.67%、30Siが3.10%と常に一定である。自然界に存在するシリカ中にはSiOxとしてシリコンが含有されているが、その同位体の組成比も前記シリコンの組成比と同じとなっている。 Meanwhile, there are three types of stable isotope 28 Si, 29 Si, 30 Si is a silicon element, the natural silicon, these composition ratios 28 Si is 92.23%, 29 Si is 4.67% , 30 Si is always constant at 3.10%. Silica present in nature contains silicon as SiOx, and the composition ratio of isotopes is the same as the composition ratio of silicon.

一方、近年の超LSI製造のためには安定した動作特性を保障するために熱伝導率の良いシリコンウェーハが要求される。このとき熱伝導率の良いシリコンウェーハを安定して製造する為に、シリコンの同位体元素である28Siを92.3%以上含有した石英ルツボに28Siを92.3%以上含有したポリシリコンをチャージし、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げて熱伝導性の良いシリコンウェーハを製造する方法が知られている(例えば特許文献8参照)。
尚、同位体の一種の割合を高めたSiは、ガス拡散法、遠心分離法、レーザー分離法等により生産することができる(例えば特許文献9参照)。
On the other hand, silicon wafers with good thermal conductivity are required for recent VLSI manufacturing in order to ensure stable operating characteristics. The good when the silicon wafer thermal conductivity in order to stably produce, polysilicon of 28 Si in a quartz crucible of 28 Si which is an isotope element containing more than 92.3% of the silicon containing more than 92.3% There is known a method of manufacturing a silicon wafer having good thermal conductivity by pulling up a silicon single crystal in which the content of 28 Si is increased by charging the silicon (see, for example, Patent Document 8).
Si having an increased proportion of isotopes can be produced by a gas diffusion method, a centrifugal separation method, a laser separation method, or the like (see, for example, Patent Document 9).

特開平1−148718号公報JP-A-1-148718 特開平1−148782号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-148882 特開平1−148783号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-148883 米国特許第4,528,163号明細書U.S. Pat. No. 4,528,163 特公昭62−36974号公報Japanese Examined Patent Publication No. 62-36974 特開昭61−44793号公報JP 61-44793 A 特許公報2933404号公報Japanese Patent No. 2933404 特開2002−87900号公報JP 2002-87900 A 特開2001−199792号公報JP 2001-199792 A

しかし、上記のような同位体元素の一種を高めたSiの生産はコストが高く、かかる石英ルツボを安価に得られる製造方法が求められていた。
本発明は、上記の課題を解決し、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適する石英ルツボを安価に製造する方法及び石英ルツボを提供することを主たる目的とする。
However, the production of Si with one kind of isotope element as described above is expensive, and a production method for obtaining such a quartz crucible at low cost has been demanded.
The main object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method for producing a quartz crucible suitable for pulling up a silicon single crystal having an increased content of 28 Si, and a quartz crucible.

上記目的達成のため、本発明は、シリコン単結晶引き上げ用石英ルツボの製造方法であって、回転している型内に結晶質天然石英粉及び/又はシリカ粉を供給してルツボ形状の粉体層を形成し、前記粉体層の内面から加熱して該粉体層を溶融させ、多気泡のルツボ基体を形成する工程中またはその工程の後に、前記基体の内側にシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有される合成シリカ粉を供給して、該合成シリカ粉を少なくとも部分的に溶融させながら前記基体の内面に付着させ、前記基体の前記内面に28Siが92.3%以上含有される透明合成シリカガラス層を形成することを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用石英ルツボの製造方法を提供する(請求項1)。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a quartz crucible for pulling a silicon single crystal, wherein a crystalline natural quartz powder and / or silica powder is supplied into a rotating mold to obtain a crucible-shaped powder. A layer is formed and heated from the inner surface of the powder layer to melt the powder layer, and during or after the step of forming a multi-bubble crucible substrate, silicon isotope 28 Si is formed inside the substrate. Is supplied to the inner surface of the substrate while at least partially melting the synthetic silica powder, and 28 Si is 92% on the inner surface of the substrate. Provided is a method for producing a quartz crucible for pulling a silicon single crystal, wherein a transparent synthetic silica glass layer containing 3% or more is formed (claim 1).

このように、多気泡のルツボ基体を外層として形成しながらまたは形成した後に、前記基体の内面に28Siが92.3%以上含有される透明合成シリカガラス層を形成することにより、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適する石英ルツボを安価に製造することが可能になる。 Thus, the crucible base body of the multi bubbles after formation with or formed as an outer layer, the inner surface 28 Si of the substrate by forming a transparent synthetic silica glass layer which is contained more than 92.3%, the 28 Si A quartz crucible suitable for pulling up a silicon single crystal having a high content can be manufactured at low cost.

このとき、前記合成シリカ粉として比表面積が5m/g以下のものを使用することが好ましい(請求項2)。
このように、28Siが92.3%以上の割合で含有される合成シリカ粉として比表面積が5m/g以下のものを使用することにより、平滑な内表面を持つ無気泡な透明合成シリカガラス層を形成することが可能となり、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を安定して引き上げるのに適する石英ルツボを安価に製造することが可能になる。
At this time, it is preferable to use the synthetic silica powder having a specific surface area of 5 m 2 / g or less.
Thus, by using a synthetic silica powder having a specific surface area of 5 m 2 / g or less as a synthetic silica powder containing 28 Si at a rate of 92.3% or more, a bubble-free transparent synthetic silica having a smooth inner surface is used. A glass layer can be formed, and a quartz crucible suitable for stably pulling a silicon single crystal with an increased content of 28 Si can be manufactured at a low cost.

また、前記合成シリカ粉としてシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有されるように合成された非晶質合成シリカ紛を使用することが好ましい(請求項3)。
このように、28Siが92.3%以上の割合で含有されるように合成された非晶質合成シリカ紛を使用して透明シリカガラス層を形成すれば、28Siの含有率を確実に高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適する石英ルツボを安価に製造することが可能になる。
Further, it is preferable to use amorphous synthetic silica powder synthesized so that silicon isotope element 28 Si is contained in a proportion of 92.3% or more as the synthetic silica powder.
Thus, if a transparent silica glass layer is formed using amorphous synthetic silica powder synthesized so that 28 Si is contained at a rate of 92.3% or more, the content of 28 Si can be ensured. A quartz crucible suitable for pulling up the raised silicon single crystal can be manufactured at low cost.

また、前記合成シリカ粉としてOH基含有量が170ppm以下のものを使用することが好ましい(請求項4)。
このように、28Siが92.3%以上の割合で含有される合成シリカ粉としてOH基含有量が170ppm以下のものを使用して透明シリカガラス層を形成すれば、ガラス層の強度、耐溶融性も高い、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶をより安定して引き上げるのに適する石英ルツボを安価に製造することが可能になる。
Moreover, it is preferable to use the synthetic silica powder having an OH group content of 170 ppm or less.
Thus, if a transparent silica glass layer is formed using a synthetic silica powder containing 28 Si at a rate of 92.3% or more and having an OH group content of 170 ppm or less, the strength and resistance of the glass layer are improved. meltable is high, it is possible to inexpensively manufacture a more stable quartz crucible suitable for pulling up a silicon single crystal having an increased content of 28 Si.

また、前記透明合成シリカガラス層を0.5mm以上の厚さとなるように形成することが好ましい(請求項5)。
このように、28Siが92.3%以上含有される透明合成シリカガラス層を0.5mm以上の厚さとなるように形成すれば、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適し、かつより長時間の使用にも耐え得る石英ルツボを安価に製造することが可能になる。
The transparent synthetic silica glass layer is preferably formed to have a thickness of 0.5 mm or more.
Thus, if a transparent synthetic silica glass layer containing 28.3% or more of 28 Si is formed to have a thickness of 0.5 mm or more, a silicon single crystal with an increased 28 Si content can be pulled up. A quartz crucible that is suitable and can withstand long-term use can be manufactured at low cost.

また、前記ルツボ基体をAl濃度が5ppm以上となるように形成することが好ましい(請求項6)。
このように、外層である多気泡のルツボ基体をAl濃度が5ppm以上となるように形成すれば、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適し、かつより耐熱強度が高く長時間の使用にも耐え得る石英ルツボを安価に製造することが可能になる。
The crucible base is preferably formed so that the Al concentration is 5 ppm or more.
In this way, if the multi-bubble crucible base material as the outer layer is formed so that the Al concentration is 5 ppm or more, it is suitable for pulling up a silicon single crystal with an increased 28 Si content, and has a higher heat resistance and a longer length. A quartz crucible that can withstand the use of time can be manufactured at low cost.

また、前記ルツボ基体を350mm以上の直径となるように形成することが好ましい(請求項7)
このように、外層である多気泡のルツボ基体を350mm以上の直径となるように形成すれば、近年要求されている直径150mm以上の大口径、例えば200mm(この場合、ルツボの直径は約450mmが好適)や300mm(この場合、ルツボの直径は約500mmが好適)などの直径を持ち、かつ28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適する石英ルツボを安価に製造することが可能になる。
The crucible base is preferably formed to have a diameter of 350 mm or more.
In this way, when the multi-bubble crucible base material which is the outer layer is formed to have a diameter of 350 mm or more, a large diameter of 150 mm or more required recently, for example 200 mm (in this case, the diameter of the crucible is about 450 mm). Suitable for pulling up a silicon single crystal having a diameter such as (preferably) or 300 mm (in this case, the diameter of the crucible is preferably about 500 mm) and having an increased content of 28 Si. become.

また、本発明は、結晶原料を収容する石英ルツボであって、多気泡石英ガラスからなる基体と透明合成シリカガラスからなる内層とを有し、該内層はシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有されたものであることを特徴とする石英ルツボを提供する(請求項8)。 Further, the present invention is a quartz crucible containing a crystal raw material, which has a base made of multi-bubble quartz glass and an inner layer made of transparent synthetic silica glass, and the inner layer is made of silicon isotope element 28 Si of 92.3. A quartz crucible characterized in that it is contained at a rate of not less than% is provided (claim 8).

このように、石英ルツボが基体と内層との二層からなり、内層がシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有されたものであれば、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適する安価な石英ルツボとなる。 Thus, if the quartz crucible consists of two layers of the base and the inner layer, and the inner layer contains silicon isotope element 28 Si in a proportion of 92.3% or more, the content rate of 28 Si was increased. It becomes an inexpensive quartz crucible suitable for pulling up a silicon single crystal.

前記内層はOH基含有量が200ppm以下のものであることが好ましい(請求項9)。
このように、28Siが92.3%以上の割合で含有される内層のOH基含有量が200ppm以下であれば、内層の強度、耐溶融性も高く、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶をより安定して引き上げるのに適する安価な石英ルツボとなる。
The inner layer preferably has an OH group content of 200 ppm or less.
As described above, when the OH group content of the inner layer containing 28 Si at a rate of 92.3% or more is 200 ppm or less, the strength of the inner layer and the melt resistance are high, and the silicon content of 28 Si is increased. It becomes an inexpensive quartz crucible suitable for pulling a single crystal more stably.

また、前記内層は厚さが0.5mm以上のものであることが好ましい(請求項10)。
このように、28Siが92.3%以上含有される内層の厚さが0.5mm以上であれば、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適し、かつより長時間の使用にも耐え得る安価な石英ルツボとなる。
The inner layer preferably has a thickness of 0.5 mm or more.
Thus, if the 0.5mm or more thickness of the inner layer 28 Si is contained more than 92.3%, suitable for pulling a silicon single crystal having an increased content of 28 Si, and for a long time more An inexpensive quartz crucible that can withstand use.

前記基体はAl濃度が5ppm以上のものであることが好ましい(請求項11)。
このように、外層である多気泡のルツボ基体のAl濃度が5ppm以上であれば、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適し、かつより耐熱強度が高く長時間の使用にも耐え得る安価な石英ルツボとなる。
The substrate preferably has an Al concentration of 5 ppm or more.
Thus, if the Al concentration of the multi-bubble crucible base material as the outer layer is 5 ppm or more, it is suitable for pulling up a silicon single crystal with an increased 28 Si content, and has a higher heat-resistant strength and can be used for a long time. An inexpensive quartz crucible that can withstand

また、直径が350mm以上のものであることが好ましい(請求項12)。
このように、350mm以上の直径の石英ルツボであれば、近年要求されている直径150mm以上の大口径、例えば200mm(この場合、ルツボの直径は約450mmが好適)や300mm(この場合、ルツボの直径は約500mmが好適)などの直径を持ち、かつ28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適する安価な石英ルツボとなる。
The diameter is preferably 350 mm or more (claim 12).
Thus, in the case of a quartz crucible having a diameter of 350 mm or more, a large diameter of 150 mm or more required recently, for example, 200 mm (in this case, the diameter of the crucible is preferably about 450 mm) or 300 mm (in this case, the crucible of the crucible). diameter less expensive quartz crucible suitable for pulling about 500mm is has a diameter such as preferred), and silicon increase the content ratio of 28 Si single crystal.

また、本発明は、上記の石英ルツボを使用してシリコン単結晶を引き上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する(請求項13)。
このような内層がシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有された石英ルツボを使用してシリコン単結晶を引き上げれば、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を低コストで製造することができる。
The present invention also provides a method for producing a silicon single crystal characterized by using the above-mentioned quartz crucible to pull up the silicon single crystal (claim 13).
If the silicon single crystal is pulled up by using a quartz crucible in which such an inner layer contains the silicon isotope element 28 Si in a proportion of 92.3% or more, the silicon single crystal having an increased 28 Si content is reduced. Can be manufactured at cost.

本発明に従い、結晶質天然石英粉及び/又はシリカ粉を原料にして多気泡のルツボ基体を形成し、前記基体の内側にシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有される合成シリカ粉を供給して、該合成シリカ粉を少なくとも部分的に溶融させながら前記基体の内面に付着させ、前記基体の前記内面に28Siが92.3%以上含有される透明合成シリカガラス層を形成すれば、内表面である透明合成シリカガラス層の28Siの含有率が92.3%以上であることから、シリコン融液中に溶融するSiは天然のSiより28Siの含有率が高い。そしてこのような石英ルツボの製造に際して28Siの含有率が高い高価なSiOx原料を大量に使うことなく、石英ルツボ内層の合成シリカガラス層のみ高含有率28Siとして使用すればよいので、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適する石英ルツボを安価に製造することができる。 According to the present invention, a multi-bubble crucible base is formed using crystalline natural quartz powder and / or silica powder as a raw material, and silicon isotope element 28 Si is contained in the base at a ratio of 92.3% or more. the synthetic silica powder was supplied, the synthetic silica powder at least partially while melting adhere to the inner surface of the substrate a transparent synthetic silica glass layer in which the inner surface 28 Si of the substrate is contained more than 92.3% by forming the, from the content of the 28 Si transparent synthetic silica glass layer is the inner surface is not less than 92.3%, Si to melt into the silicon melt is the content of 28 Si than native Si high. And without the use of expensive SiOx material is high content of 28 Si in the production of such a quartz crucible in large quantities, synthetic silica glass layer of the quartz crucible inner layer only since may be used as a high content of 28 Si, 28 Si A quartz crucible suitable for pulling up a silicon single crystal with a high content of can be produced at a low cost.

以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述のように、28Siを92.3%以上含有した石英ルツボに28Siを92.3%以上含有したポリシリコンをチャージして製造された28Siの含有率を高めたシリコン単結晶から作製したシリコンウェーハは、熱伝導率が高く、それを用いて製造される近年の高性能かつ動作時に高温となる超LSIの放熱効果を高め、動作特性の安定化等に適するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
As described above, making the 28 Si from a silicon single crystal of 28 Si in a quartz crucible containing by charging the polysilicon containing more than 92.3% increased the content of the manufactured 28 Si least 92.3% The silicon wafer has a high thermal conductivity, and has high performance in recent years manufactured using the same, and enhances the heat dissipation effect of the VLSI that becomes high temperature during operation, and is suitable for stabilizing the operation characteristics.

しかし、28Siの含有率を高めた原料は大量生産が困難であるので高価なものとなる。そのため、28Siの含有率を高めた原料の使用を抑えつつ、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げることが製造コストを抑え、安価な製品を製造する上で肝要である。 However, a raw material with an increased content of 28 Si is expensive because it is difficult to mass-produce. Therefore, while suppressing the use of raw material with an increased content of 28 Si, is pulling the silicon single crystal having an increased content of 28 Si suppress the production cost, it is important in producing an inexpensive product.

本発明者らは、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶製造の際に用いられる石英ルツボを二層構造とし、内層を28Siが92.3%以上含有される透明合成シリカガラス層とし、外層を多気泡のルツボ基体とすれば、従来の二層構造の石英ルツボの長所を備え、かつ内層にのみ28Siの含有率を高めた原料を使用すればよいので、石英るつぼ全体に28Siの含有率を高めた原料を使用する場合にくらべて大幅に原料費を抑えることができ、製造コストを抑えることができ、従ってシリコン単結晶を安価に製造できることを見出し、本発明を完成させた。 The inventors of the present invention have a two-layer structure of a quartz crucible used in the production of a silicon single crystal having an increased 28 Si content, and an inner layer of a transparent synthetic silica glass layer containing at least 92.3% of 28 Si. if the outer layer and multi-bubble of the crucible base body, with the advantages of the quartz crucible of a conventional two-layer structure, and so may be used raw materials with increased content of only 28 Si in the inner layer, the entire quartz crucible 28 It has been found that the cost of raw materials can be significantly reduced compared to the case of using a raw material with a high Si content, and that the manufacturing cost can be reduced, so that a silicon single crystal can be produced at a low cost, and the present invention has been completed. It was.

以下では、本発明の実施形態の一例を図を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の方法に使用される、石英ルツボ製造用回転成型装置の断面概略図である。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rotary molding apparatus for producing a quartz crucible used in the method of the present invention.

図1に示す回転型1は回転軸2を備え、回転型1内にキャビティ1aが形成されている。まず回転型1を回転軸2の周りに回転させキャビティ1a内に結晶質天然石英粉及び/又はシリカ粉を供給し、粉体を所望のルツボ形状に予備成型し、この予備成型粉体を熱源5により内面から加熱して粉体を熔融させ冷却することにより石英ルツボの外層となる多気泡ルツボ基体3を形成する。   A rotary mold 1 shown in FIG. 1 includes a rotary shaft 2, and a cavity 1 a is formed in the rotary mold 1. First, the rotary mold 1 is rotated around the rotary shaft 2 to supply crystalline natural quartz powder and / or silica powder into the cavity 1a, and the powder is preformed into a desired crucible shape, and this preformed powder is used as a heat source. The multi-bubble crucible base 3 that forms the outer layer of the quartz crucible is formed by heating from the inner surface 5 to melt and cool the powder.

このとき形成するルツボ基体3の直径には特に制限はないが、350mm以上の直径とすれば、近年要求されている直径150mm以上の大口径、例えば200mm(この場合、ルツボの直径は約450mmが好適)や300mm(この場合、ルツボの直径は約500mmが好適)などの直径のシリコン単結晶を引き上げるのに適する石英ルツボとなる。この場合、回転型1の直径を選択することによりルツボ基体3を所望の直径とすることができる。   The diameter of the crucible base 3 formed at this time is not particularly limited, but if the diameter is 350 mm or more, a large diameter of 150 mm or more recently required, for example 200 mm (in this case, the diameter of the crucible is about 450 mm). And a quartz crucible suitable for pulling up a silicon single crystal having a diameter of 300 mm (in this case, the diameter of the crucible is preferably about 500 mm). In this case, the crucible base 3 can have a desired diameter by selecting the diameter of the rotary mold 1.

また、このとき供給する結晶質天然石英粉及び/又はシリカ粉に関しては、Na、K、Liの各々の含有量が0.3ppm以下でAl含有量が5ppm以上であることが好ましい。アルカリ金属であるNa、K、Liの各イオンは石英ガラス中の高温での拡散速度が比較的速く、内層表面の劣化に影響し、また引き上げるシリコン単結晶の品質を悪化させる。Na、K、Li含有量が0.3ppm以下であれば、上記のような問題は発生しない。また、Alが含有されることにより石英ルツボの耐熱強度が向上するが、十分な耐熱強度を確保するために5ppm以上含有されることが好ましい。Al含有量の上限は特に制限されるものではないが、結晶天然石英粉の原料として通常使用される水晶のAl含有量は約60ppm以下であり、それ以上増加させても耐熱強度は特に向上しないので、5〜60ppmのAl含有量の結晶質天然石英粉の使用が工業的に有利である。   Moreover, regarding the crystalline natural quartz powder and / or silica powder supplied at this time, it is preferable that the content of each of Na, K, and Li is 0.3 ppm or less and the Al content is 5 ppm or more. Each of the alkali metal Na, K, and Li ions has a relatively high diffusion rate at a high temperature in quartz glass, affects the deterioration of the inner layer surface, and deteriorates the quality of the silicon single crystal to be pulled. If the content of Na, K, Li is 0.3 ppm or less, the above problem does not occur. Moreover, although the heat resistance strength of a quartz crucible improves by containing Al, it is preferable to contain 5 ppm or more in order to ensure sufficient heat resistance strength. The upper limit of the Al content is not particularly limited, but the Al content of quartz usually used as a raw material for crystal natural quartz powder is about 60 ppm or less, and even if it is further increased, the heat resistance strength is not particularly improved. Therefore, the use of crystalline natural quartz powder having an Al content of 5 to 60 ppm is industrially advantageous.

このようにして形成されるルツボ基体3は多気泡であるため、シリコン単結晶引き上げ時に外部加熱源からのルツボ内部への熱伝導を均一にすると共にルツボの機械的強度を高め、シリコン単結晶引き上げ時(約1450℃)の熱変形を少なくする効果を持つ。基体3の外表面近傍に結晶質石英成分が偏在するように構成すると、熱変形をさらに少なくすることができる。   Since the crucible substrate 3 formed in this way is multi-bubble, when the silicon single crystal is pulled up, the heat conduction from the external heating source to the inside of the crucible is made uniform and the mechanical strength of the crucible is increased to pull up the silicon single crystal. It has the effect of reducing thermal deformation at time (about 1450 ° C.). If the crystalline quartz component is unevenly distributed in the vicinity of the outer surface of the substrate 3, thermal deformation can be further reduced.

次に型1を回転させながら熱源5により基体3内部の加熱を行う。基体3は上端が開口しており、この開口の上部にリング状の隙間を残すように蓋7を設置する。蓋7は熔融加熱中の基体内部の温度調整のために設置されるが、シリカ中にわずかに含まれる微粉(粒径30μm以下)やシリカの昇華成分が飛散するので上記隙間を残す。次に基体3の内側に28Siが92.3%以上の割合で含有される合成シリカ粉6を供給する。合成シリカ粉6は、供給槽9から、計量フィーダにより供給量を調節しながらノズル8を介して基体3の内側に供給される。 Next, the inside of the substrate 3 is heated by the heat source 5 while rotating the mold 1. The base 3 has an open upper end, and a lid 7 is installed so as to leave a ring-shaped gap above the opening. The lid 7 is installed to adjust the temperature inside the substrate during melting and heating, but the fine powder (particle size of 30 μm or less) slightly contained in the silica and the sublimation component of the silica are scattered, leaving the gap. Next, the synthetic silica powder 6 containing 28 Si in a proportion of 92.3% or more is supplied to the inside of the substrate 3. The synthetic silica powder 6 is supplied from the supply tank 9 to the inside of the substrate 3 through the nozzle 8 while adjusting the supply amount with a measuring feeder.

基体3の内部は加熱されており、供給された合成シリカ粉6が基体3の内表面に達する時には少なくとも一部が熔融状態となる。このとき基体3の内表面も熔融状態になっており、合成シリカ粉6は基体3の内面に付着し、基体3と一体的で実質的に無気泡な透明合成シリカガラス層4が形成される。   The inside of the substrate 3 is heated, and when the supplied synthetic silica powder 6 reaches the inner surface of the substrate 3, at least a part is in a molten state. At this time, the inner surface of the substrate 3 is also in a molten state, and the synthetic silica powder 6 adheres to the inner surface of the substrate 3 to form a transparent synthetic silica glass layer 4 that is integral with the substrate 3 and substantially free of bubbles. .

このとき供給する合成シリカ粉6は、気泡のない完全な透明シリカガラス層4を形成するためには非多孔性のものであることが望ましく、非多孔性を示す尺度である比表面積が5m/g以下のものであることが望ましい。もし合成シリカ粉6が多孔性であると、前記のように熔融状態とした合成シリカ粉6が基体3の内面に付着しても、気泡を多量に含む層が形成されるのみであり、実質的に無気泡な透明合成シリカガラス層4を形成することができない。合成シリカ粉6の粒径としては30〜1000μmのものが使用できるが、好ましくは粒径100〜300μmのものである。 The synthetic silica powder 6 supplied at this time is desirably non-porous in order to form a complete transparent silica glass layer 4 without bubbles, and has a specific surface area of 5 m 2 as a measure of non-porosity. / G or less is desirable. If the synthetic silica powder 6 is porous, even if the synthetic silica powder 6 in the molten state as described above adheres to the inner surface of the substrate 3, only a layer containing a large amount of bubbles is formed. It is impossible to form a transparent synthetic silica glass layer 4 that is free of bubbles. The synthetic silica powder 6 having a particle size of 30 to 1000 μm can be used, but preferably has a particle size of 100 to 300 μm.

さらに、前記合成シリカ粉6としてOH基含有量が170ppm以下のものを使用することが好ましい。原料である合成シリカ粉6のOH基含有量が170ppm以上であれば、形成される透明シリカガラス層4のOH基含有量はそれより少し増加する傾向にあるので、200ppm以上になる。このように石英ルツボの内層である透明シリカガラス層のOH基含有量が200ppm以上であると、強度が低くなり軟化し易くなるとともに、シリコン融液に対する溶解速度が速くなる。その結果、この石英ルツボを用いてシリコン単結晶を引き上げる場合にシリコン融液との界面で凹凸が生じ、シリコン融液面の上下振動が起こり、引き上げたシリコン単結晶の直径が変動したり、引き上げ不良が増加し好ましくない。さらにOH基含有量が500ppm以上になるとシリコン単結晶の引き上げ中にしばしば結晶の切断が起こる。しかし合成シリカ粉6としてOH基含有量が170ppm以下のものを使用すれば、このような不具合は抑制され、安定したシリコン単結晶の引き上げを行うことができる。   Furthermore, it is preferable to use the synthetic silica powder 6 having an OH group content of 170 ppm or less. If the OH group content of the raw material synthetic silica powder 6 is 170 ppm or more, the OH group content of the formed transparent silica glass layer 4 tends to increase a little more than 200 ppm or more. Thus, when the OH group content of the transparent silica glass layer, which is the inner layer of the quartz crucible, is 200 ppm or more, the strength is lowered and the material is easily softened, and the dissolution rate in the silicon melt is increased. As a result, when pulling up a silicon single crystal using this quartz crucible, irregularities are generated at the interface with the silicon melt, the silicon melt surface is vibrated up and down, and the diameter of the pulled silicon single crystal fluctuates or is pulled up. Defects increase, which is undesirable. Further, when the OH group content is 500 ppm or more, the crystal is often broken during the pulling of the silicon single crystal. However, if a synthetic silica powder 6 having an OH group content of 170 ppm or less is used, such a problem can be suppressed and a stable silicon single crystal can be pulled up.

また、前記合成シリカ粉6としてシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有されるように合成された非晶質合成シリカ紛を使用することが好ましい。このように、28Siが92.3%以上の割合で含有されるように合成された非晶質合成シリカ紛を使用して透明シリカガラス層を形成すれば、28Siの含有率を確実に高め、安価なものとすることができる。 The synthetic silica powder 6 is preferably an amorphous synthetic silica powder synthesized so that the silicon isotope element 28 Si is contained in a proportion of 92.3% or more. Thus, if a transparent silica glass layer is formed using amorphous synthetic silica powder synthesized so that 28 Si is contained at a rate of 92.3% or more, the content of 28 Si can be ensured. Can be high and inexpensive.

このような合成シリカ粉は、例えば遠心分離法やガス拡散法により製造された、28Siが92.3%以上の割合で含有されたテトラメトキシシラン、エチルオルソシリケートなどのテトラアルコキシシラン、あるいはテトラハロゲン化シラン等の原料を加水分解し、乾燥焼結するいわゆるゾルゲル法、火炎加水分解法あるいは他の公知の方法によりシリカを合成し、この合成段階で粉体を得るか、あるいはこの合成シリカを例えば脱泡熔融により透明ガラス体とし、この透明ガラス体を粉砕することにより非多孔性のものとして得ることができる。 Such synthetic silica powder is produced by, for example, tetramethoxysilane, tetraalkoxysilane such as ethyl orthosilicate, or tetraalkoxysilane, which is produced by a centrifugal separation method or a gas diffusion method and contains 28 Si in a proportion of 92.3% or more. Silica is synthesized by the so-called sol-gel method, flame hydrolysis method or other known methods in which raw materials such as halogenated silane are hydrolyzed and dried and sintered, and powder is obtained at this synthesis stage, or this synthetic silica is For example, a transparent glass body can be obtained by defoaming and melted, and the transparent glass body can be pulverized to obtain a non-porous material.

また、透明シリカガラス層4を厚さが0.5mm以上で形成すれば、シリコン単結晶引き上げ中にルツボ内表面が溶け出しても十分な厚さがあるため、全てのガラス層4が溶けて表面の荒れが発生することが非常に少ないので、シリコン単結晶の引き上げを安定して遂行でき、より長時間の使用にも耐え得る石英ルツボとなる。この場合透明シリカガラス層4の厚さは厚い方が好ましいが、あまりに厚くするとコスト高となるので、20mmもあれば十分である。尚、石英ルツボの透明シリカガラス層4のシリコン融液への溶出速度を予め測定しておき、シリコン単結晶育成時間の最大値から透明シリカガラス層4の厚さの上限を求めることができる。   Further, if the transparent silica glass layer 4 is formed with a thickness of 0.5 mm or more, even if the inner surface of the crucible melts during the pulling of the silicon single crystal, there is sufficient thickness, so that all the glass layers 4 are melted. Since the surface roughness is very small, the quartz crucible can stably carry out the pulling of the silicon single crystal and can withstand longer use. In this case, it is preferable that the thickness of the transparent silica glass layer 4 is thick. However, if the thickness is too large, the cost increases, so 20 mm is sufficient. In addition, the elution rate to the silicon melt of the transparent silica glass layer 4 of the quartz crucible is measured in advance, and the upper limit of the thickness of the transparent silica glass layer 4 can be obtained from the maximum value of the silicon single crystal growth time.

また、上記実施形態では、まず多気泡のルツボ基体3を形成し、その内面に透明合成シリカ層4を形成している。しかし、本発明は上記実施形態に限らず、結晶質天然石英粉とシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有される合成シリカ粉との混合粉を回転している回転型1内に供給し、回転型1内の内面に沿って分布させ所定厚さの粉体層を形成し、回転型1を回転させながらこの石英粉体層を内面から加熱して熔融させ、ルツボ基体3を形成する工程と同時に透明合成シリカガラス層4を形成する工程を行ってもよい。さらに、ルツボ基体3の形成に際し、粉体層を内面から加熱熔融させる段階で加熱条件を調節し粉体層の全てをガラス化することなく、または必要に応じて回転型1の外部を冷却し、ルツボ基体3の外表面近傍に結晶質天然石英粉を偏在させて、シリコン単結晶引き上げ時のルツボの熱変形を少なくすることもできる。 Moreover, in the said embodiment, the multi-bubble crucible base | substrate 3 is formed first and the transparent synthetic silica layer 4 is formed in the inner surface. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and is a rotating type rotating a mixed powder of crystalline natural quartz powder and synthetic silica powder containing silicon isotope element 28 Si in a proportion of 92.3% or more. 1 is supplied, distributed along the inner surface of the rotary die 1 to form a powder layer having a predetermined thickness, and the quartz powder layer is heated and melted from the inner surface while the rotary die 1 is rotated. You may perform the process of forming the transparent synthetic silica glass layer 4 simultaneously with the process of forming the base | substrate 3. FIG. Further, when forming the crucible base 3, the heating conditions are adjusted at the stage where the powder layer is heated and melted from the inner surface, so that the entire powder layer is not vitrified or the outside of the rotary mold 1 is cooled as necessary. In addition, the crystalline natural quartz powder is unevenly distributed in the vicinity of the outer surface of the crucible base 3, so that the thermal deformation of the crucible when the silicon single crystal is pulled can be reduced.

粉体層及び合成シリカ粉を加熱熔融するための手段として、熱源5としてカーボン等の電極を用いてアーク放電等を行うことが有効である。電極としては陽極と陰極の最低2本が必要であるが、3本以上でアーク放電することも可能である。また、ルツボ基体3の形成用と、透明合成シリカガラス層4の形成用とで別々の電極を用意してもよい。電極間隔と電極の先端とルツボ基体間の距離を調節することにより、粉体の熔融を制御し、ルツボ基体内に所望の厚さの透明合成シリカガラス層を形成することができる。   As a means for heating and melting the powder layer and the synthetic silica powder, it is effective to perform arc discharge or the like using an electrode such as carbon as the heat source 5. At least two electrodes, an anode and a cathode, are required as electrodes, but arc discharge is also possible with three or more electrodes. Separate electrodes may be prepared for forming the crucible base 3 and for forming the transparent synthetic silica glass layer 4. By adjusting the distance between the electrode and the distance between the tip of the electrode and the crucible substrate, the melting of the powder can be controlled, and a transparent synthetic silica glass layer having a desired thickness can be formed in the crucible substrate.

図2は本発明の実施形態により製造されるシリコン単結晶引き上げ用の石英ルツボの一部切欠斜視部を示す。この石英ルツボは多気泡石英ガラスからなる基体3´と透明合成シリカガラスからなる内層4´とを有し、該内層はシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有されたものである。また、前記基体3´はNa、K、Liの含有量がそれぞれ0.3ppm以下で、Al含有量が5ppm以上である。前記内層4´はOH基含有量が200ppm以下である。また、石英ルツボの直径は350mm以上であり、直径150mm以上の大口径のシリコン単結晶の引き上げに適するものである。
本発明では、原則として基体3´のシリコン同位体元素28Siの割合は限定されない。典型的には、コストを下げるために内層4´のみが28Siの含有量が多いものとするのが好ましく、これによってシリコン融液に接触するルツボ内壁をすべて28Siが多いものとすることができる。但し、基体3´の28Siの含有量を増やすことを排除するものではない。
FIG. 2 shows a partially cut perspective view of a quartz crucible for pulling a silicon single crystal manufactured according to an embodiment of the present invention. This quartz crucible has a base 3 ′ made of multi-bubble quartz glass and an inner layer 4 ′ made of transparent synthetic silica glass, and the inner layer contains silicon isotope element 28 Si in a ratio of 92.3% or more. It is. The substrate 3 'has Na, K, and Li contents of 0.3 ppm or less and an Al content of 5 ppm or more. The inner layer 4 'has an OH group content of 200 ppm or less. Further, the diameter of the quartz crucible is 350 mm or more, which is suitable for pulling a large-diameter silicon single crystal having a diameter of 150 mm or more.
In the present invention, in principle, the ratio of the silicon isotope element 28 Si in the substrate 3 ′ is not limited. Typically, in order to reduce costs, it is preferable that only the inner layer 4 ′ has a high content of 28 Si, so that all the inner walls of the crucible in contact with the silicon melt have a high content of 28 Si. it can. However, increasing the 28 Si content of the substrate 3 ′ is not excluded.

以下に本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
本発明の実施例として、粒径分布100〜300μmの結晶質天然石英粉を回転成型装置の成型用型内に供給し、厚さ14mmの粉体層を形成し、粉体層の内側に設置したカーボン電極を用いてアーク放電を行い内部から加熱熔融させてルツボ基体を形成すると同時に、合成シリカ粉を粉体層内部に供給し該合成シリカ粉を熔融させながら前記粉体層の内面に付着させ、厚さ1mmの透明合成シリカガラス層を有する肉厚7.9mm、直径350mmの石英ガラスルツボを製造した。透明合成シリカガラス層の原料として用いた合成シリカ粉は、ガス拡散法により同位体分離を行い、シリコン同位体元素28Siの含有率が高められたテトラクロロシランから合成したシリカガラスを粉砕したものであり、2次イオン質量分析装置(SIMS)を用いて測定した結果、28Siの含有率は99.9%であった。
Examples of the present invention will be described in more detail below, but the present invention is not limited thereto.
(Example 1)
As an embodiment of the present invention, crystalline natural quartz powder having a particle size distribution of 100 to 300 μm is supplied into a molding die of a rotary molding apparatus to form a powder layer having a thickness of 14 mm, and is placed inside the powder layer. Arc discharge is performed using the carbon electrode thus formed and heated and melted from the inside to form a crucible base, and at the same time, synthetic silica powder is supplied to the inside of the powder layer and adhered to the inner surface of the powder layer while melting the synthetic silica powder. Thus, a quartz glass crucible having a thickness of 7.9 mm and a diameter of 350 mm having a transparent synthetic silica glass layer having a thickness of 1 mm was produced. Synthetic silica powder used as a raw material for the transparent synthetic silica glass layer is obtained by pulverizing silica glass synthesized from tetrachlorosilane which has been subjected to isotope separation by gas diffusion method and has a high content of silicon isotope 28 Si. Yes, as a result of measurement using a secondary ion mass spectrometer (SIMS), the content of 28 Si was 99.9%.

上記実施例の石英ガラスルツボの製造に用いた28Siの含有率が99.9%の合成シリカ粉は、ルツボ製造に必要な全粉体原料の内の12%以下であった。従って、本発明に従えば、石英ルツボの製造に際して高価な原料を大量に使うことなく、28Siの含有率を高めたシリコン単結晶を引き上げるのに適する石英ルツボを安価に製造することができる。しかも、石英ルツボの内側に平滑な透明ガラス層を有するため、シリコン単結晶の育成上もきわめて好ましいものである。 Synthetic silica powder content of 28 Si used in the manufacture of the quartz glass crucible of 99.9% of the example was 12% or less of the Zenkonatai necessary raw materials in the crucible manufacture. Therefore, according to the present invention, a quartz crucible suitable for pulling up a silicon single crystal having an increased 28 Si content can be produced at low cost without using a large amount of expensive raw materials in producing the quartz crucible. Moreover, since a smooth transparent glass layer is provided on the inner side of the quartz crucible, it is extremely preferable for growing a silicon single crystal.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

本発明の実施形態における石英ルツボ製造用回転成型装置の断面概略図である。It is a section schematic diagram of the rotation molding device for quartz crucible manufacture in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態により製造されるシリコン単結晶引き上げ用の石英ルツボの一部切欠斜視部を示す。1 shows a partially cut perspective view of a quartz crucible for pulling a silicon single crystal manufactured according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…回転型、
1a…キャビティ、
2…回転軸、
3、3´…ルツボ基体、
4、4´…透明合成シリカガラス層、
5…熱源、
6…合成シリカ粉、
7…蓋、
8…ノズル、
9…供給槽。
1 ... Rotation type,
1a ... cavity,
2 ... Rotation axis,
3, 3 '... crucible base,
4, 4 '... transparent synthetic silica glass layer,
5 ... heat source,
6 ... Synthetic silica powder,
7 ... lid,
8 ... Nozzle,
9: Supply tank.

Claims (13)

シリコン単結晶引き上げ用石英ルツボの製造方法であって、回転している型内に結晶質天然石英粉及び/又はシリカ粉を供給してルツボ形状の粉体層を形成し、前記粉体層の内面から加熱して該粉体層を溶融させ、多気泡のルツボ基体を形成する工程中またはその工程の後に、前記基体の内側にシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有される合成シリカ粉を供給して、該合成シリカ粉を少なくとも部分的に溶融させながら前記基体の内面に付着させ、前記基体の前記内面に28Siが92.3%以上含有される透明合成シリカガラス層を形成することを特徴とするシリコン単結晶引き上げ用石英ルツボの製造方法。 A method for producing a quartz crucible for pulling a silicon single crystal, comprising supplying a crystalline natural quartz powder and / or silica powder into a rotating mold to form a crucible-shaped powder layer, During or after the step of forming the multi-bubble crucible base by heating from the inner surface to melt the powder layer, the silicon isotope element 28 Si is contained in the base at a ratio of 92.3% or more. The synthetic silica powder is supplied and adhered to the inner surface of the substrate while at least partially melting the synthetic silica powder, and transparent synthetic silica containing 92.3% or more of 28 Si on the inner surface of the substrate A method for producing a quartz crucible for pulling a silicon single crystal, wherein a glass layer is formed. 前記合成シリカ粉として比表面積が5m/g以下のものを使用することを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ルツボの製造方法。 The method for producing a quartz crucible for pulling a silicon single crystal according to claim 1, wherein the synthetic silica powder has a specific surface area of 5 m 2 / g or less. 前記合成シリカ粉としてシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有されるように合成された非晶質合成シリカ紛を使用することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ルツボの製造方法。 The amorphous synthetic silica powder synthesized so that the silicon isotope element 28 Si is contained in a proportion of 92.3% or more is used as the synthetic silica powder. The manufacturing method of the quartz crucible for silicon single crystal pulling of description. 前記合成シリカ粉としてOH基含有量が170ppm以下のものを使用することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ルツボの製造方法。   The method for producing a quartz crucible for pulling a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein the synthetic silica powder has an OH group content of 170 ppm or less. 前記透明合成シリカガラス層を0.5mm以上の厚さとなるように形成することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ルツボの製造方法。   The method for producing a quartz crucible for pulling a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the transparent synthetic silica glass layer is formed to have a thickness of 0.5 mm or more. 前記ルツボ基体をAl濃度が5ppm以上となるように形成することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ルツボの製造方法。   The method for producing a quartz crucible for pulling a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 5, wherein the crucible base is formed so that the Al concentration is 5 ppm or more. 前記ルツボ基体を350mm以上の直径となるように形成することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のシリコン単結晶引き上げ用石英ルツボの製造方法。   The method for producing a quartz crucible for pulling a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 6, wherein the crucible base is formed to have a diameter of 350 mm or more. 結晶原料を収容する石英ルツボであって、多気泡石英ガラスからなる基体と透明合成シリカガラスからなる内層とを有し、該内層はシリコン同位体元素28Siが92.3%以上の割合で含有されたものであることを特徴とする石英ルツボ。 A quartz crucible containing a crystal raw material, having a base made of multi-bubble quartz glass and an inner layer made of transparent synthetic silica glass, the inner layer containing silicon isotope element 28 Si in a proportion of 92.3% or more A quartz crucible characterized by being made. 前記内層はOH基含有量が200ppm以下のものであることを特徴とする請求項8に記載の石英ルツボ。   The quartz crucible according to claim 8, wherein the inner layer has an OH group content of 200 ppm or less. 前記内層は厚さが0.5mm以上のものであることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の石英ルツボ。   The quartz crucible according to claim 8 or 9, wherein the inner layer has a thickness of 0.5 mm or more. 前記基体はAl濃度が5ppm以上のものであることを特徴とする請求項8乃至請求項10のいずれか一項に記載の石英ルツボ。   The quartz crucible according to any one of claims 8 to 10, wherein the substrate has an Al concentration of 5 ppm or more. 直径が350mm以上のものであることを特徴とする請求項8乃至請求項11のいずれか一項に記載の石英ルツボ。   The quartz crucible according to any one of claims 8 to 11, wherein the diameter is 350 mm or more. 請求項8乃至請求項12のいずれか一項に記載の石英ルツボを使用してシリコン単結晶を引き上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。   A method for producing a silicon single crystal, comprising pulling up the silicon single crystal using the quartz crucible according to any one of claims 8 to 12.
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