JP2012017240A - Method for manufacturing silica glass crucible for pulling silicon single crystal - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a silica glass crucible for pulling a silicon single crystal, by which a crucible inner surface having a high OH-group concentration and high purity is formed at a low cost in order to prevent the liquid surface vibration of a polysilicon melt that is a cause of reduction in yield of the silicon single crystal caused by crucible and to suppress the occurrence of brown mold.SOLUTION: In the manufacturing of a silica glass crucible having a straight body part and a bottom part, an inner layer is formed on the inner surface from an opening part to the straight body part of the crucible by depositing transparent silica glass by using a silica powder having particle diameters of 70-300 μm and an oxyhydrogen flame.

Description

本発明は、チョクラルスキー法(以下、CZ法と言う。)によりシリコン単結晶を引上げる際に用いられる、原料シリコン融液を収容するためのシリカガラスルツボの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a silica glass crucible for containing a raw material silicon melt used when pulling up a silicon single crystal by the Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method).

シリコン単結晶の製造においては、CZ法が広く用いられている。この方法は、ルツボ内に収容された原料シリコン融液(ポリシリコン融液)の表面に種結晶を接触させ、ルツボを回転させるとともに、前記種結晶を反対方向に回転させながら上方へ引上げることにより、種結晶の下端に単結晶インゴットを育成していくものである。
上記方法において、ポリシリコン融液を収容するためのルツボには、一般に、内層が透明シリカガラス、外層が多数の気泡を含む不透明シリカガラスからなるシリカガラスルツボが用いられている。
The CZ method is widely used in the production of silicon single crystals. In this method, the seed crystal is brought into contact with the surface of the raw material silicon melt (polysilicon melt) contained in the crucible, the crucible is rotated, and the seed crystal is pulled upward while rotating in the opposite direction. Thus, a single crystal ingot is grown at the lower end of the seed crystal.
In the above method, a silica glass crucible made of transparent silica glass for the inner layer and opaque silica glass for the outer layer containing many bubbles is generally used for the crucible for containing the polysilicon melt.

上記のようなシリカガラスルツボは、従来、回転するルツボ成形用型内に、シリカ粉を入れて成形し、アーク放電によって溶融する方法によって製造するのが一般的である。この製造方法では、成形時の外層原料粉の巻き込みや、アーク溶融時の雰囲気等により、高純度であることが要求される内表面が、不純物で汚染されるおそれがある。   Conventionally, the silica glass crucible as described above is generally manufactured by a method in which silica powder is put into a rotating crucible molding mold, and is melted by arc discharge. In this manufacturing method, there is a possibility that the inner surface, which is required to have high purity, is contaminated with impurities due to the entrainment of outer layer raw material powder during molding, the atmosphere during arc melting, or the like.

このようなルツボ内表面の不純物は、引上げるシリコン単結晶の純度低下の原因となるのみならず、該ルツボ内にポリシリコン融液を収容させた際に、該ルツボ内表面に生じる褐色のリング状のクリストバライト、いわゆるブラウンモールド(ブラウンリング又はブラウンマークとも言う。)の発生要因となる。
このブラウンモールドは、シリカガラスが結晶化して生成したクリストバライトの結晶核が加熱により徐々に成長して拡大したものであり、ルツボ内表面の荒れや剥離を引き起こす。その結果、ポリシリコン融液中に剥離した結晶片等が混入してシリコン単結晶に転位が発生し、シリコン単結晶の歩留の低下を招くこととなる。
Such impurities on the inner surface of the crucible not only cause a decrease in the purity of the silicon single crystal to be pulled up, but also a brown ring generated on the inner surface of the crucible when the polysilicon melt is contained in the crucible. Cristobalite, a so-called brown mold (also referred to as brown ring or brown mark).
In this brown mold, the crystal nuclei of cristobalite produced by crystallization of silica glass are gradually grown and expanded by heating, and the inner surface of the crucible is roughened and peeled off. As a result, exfoliated crystal pieces and the like are mixed in the polysilicon melt, causing dislocations in the silicon single crystal, resulting in a decrease in the yield of the silicon single crystal.

また、上記のような従来の製造方法では、ルツボ内表面のOH基濃度は高々200ppm程度であった。ルツボ内表面のOH基濃度が低い場合、シリコンに対するルツボ内表面の濡れ性に劣るため、ポリシリコン融液がルツボ内表面に沿って這い上がり、これにより液面振動が発生する場合あり、これも、無転位化率等のシリコン単結晶の歩留低下の要因の一つとなっていた。   Moreover, in the conventional manufacturing method as described above, the OH group concentration on the inner surface of the crucible was about 200 ppm at most. When the OH group concentration on the inner surface of the crucible is low, the wettability of the inner surface of the crucible with respect to silicon is inferior. This was one of the causes of a decrease in the yield of silicon single crystals, such as the dislocation-free rate.

このようなアーク溶融法により形成されたルツボの内表面についての問題点に対しては、例えば、特許文献1に、このようなルツボ内表面を研磨処理した後、酸水素バーナで加熱処理する方法が提案されている。   For the problem of the inner surface of the crucible formed by such an arc melting method, for example, Patent Document 1 discloses a method in which such an inner surface of the crucible is polished and then heat-treated with an oxyhydrogen burner. Has been proposed.

また、特許文献2には、ルツボの開口部を下向きに配置して、ルツボ外壁面から加熱し、ルツボ内壁面にシラン系ガスと酸水素バーナで、透明シリカガラス層を形成する方法が開示されている。   Patent Document 2 discloses a method in which a crucible opening is disposed downward, heated from the outer wall surface of the crucible, and a transparent silica glass layer is formed on the inner wall surface of the crucible with a silane-based gas and an oxyhydrogen burner. ing.

特開2001−328831号公報JP 2001-328831 A 特開平11−11956号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-11956

しかしながら、上記特許文献1に記載された方法は、ルツボ内層の透明層を無気泡化することを目的とするものであり、たとえルツボ内表面の純度が向上したとしても、その透明層の内部にはアーク溶融時の不純物が残存しており、該ルツボ内に収容するポリシリコン融液中に前記不純物が溶出するおそれがある。   However, the method described in Patent Document 1 is intended to make the transparent layer of the crucible inner layer non-bubble, and even if the purity of the inner surface of the crucible is improved, In this case, impurities at the time of arc melting remain, and the impurities may be eluted into the polysilicon melt accommodated in the crucible.

また、上記特許文献2に記載された方法は、シラン系ガスと酸水素バーナによる一般的な合成シリカガラスの製造方法を用いたものであり、このような方法では、透明層はルツボ内壁面に対して層状に形成され、剥離しやすい状態で形成される。このため、この剥離片が該ルツボ内に収容するポリシリコン融液中に混入し、その結果、シリコン単結晶に転位が発生し、シリコン単結晶の歩留の低下を招くこととなる。
さらに、この方法では、従来のアーク溶融法等に用いられているシリカ粉原料に代えて、高純度のシラン系ガスを用いるため、原料及び装置コストが高くなるという課題も有している。
In addition, the method described in Patent Document 2 uses a general method for producing synthetic silica glass using a silane-based gas and an oxyhydrogen burner. In such a method, the transparent layer is formed on the inner wall surface of the crucible. On the other hand, it is formed in a layered state and is easily peeled. For this reason, this exfoliation piece mixes in the polysilicon melt accommodated in the crucible, and as a result, dislocation occurs in the silicon single crystal, leading to a decrease in the yield of the silicon single crystal.
Furthermore, in this method, since a high-purity silane-based gas is used instead of the silica powder raw material used in the conventional arc melting method or the like, there is a problem that the raw material and the apparatus cost are increased.

したがって、ルツボに起因するシリコン単結晶の歩留低下の要因であるポリシリコン融液の液面振動を防止し、さらに、ブラウンモールドの発生を抑制するために、高OH基濃度かつ高純度のルツボ内表面を低コストで形成することができる方法が求められている。   Therefore, in order to prevent the liquid surface vibration of the polysilicon melt, which is a cause of the yield reduction of the silicon single crystal due to the crucible, and to suppress the generation of the brown mold, a crucible having a high OH group concentration and a high purity. There is a need for a method that can form the inner surface at low cost.

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、ルツボに起因するシリコン単結晶の歩留低下の要因であるポリシリコン融液の液面振動を防止し、さらに、ブラウンモールドの発生を抑制するために、高OH基濃度かつ高純度のルツボ内表面を低コストで形成することができるシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above technical problem, and prevents liquid level vibration of the polysilicon melt, which is a cause of a decrease in the yield of the silicon single crystal due to the crucible. In order to suppress the occurrence of the above, an object of the present invention is to provide a method for producing a silica glass crucible for pulling up a silicon single crystal, which can form a high OH group concentration and high purity crucible inner surface at low cost. .

本発明に係るシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造方法は、直胴部及び底部を有するシリカガラスルツボの製造において、前記ルツボの開口部から直胴部にかけての内表面に、粒径70〜300μmのシリカ粉と酸水素火炎とにより透明シリカガラスを堆積させて内層を形成することを特徴とする。
このような方法によれば、ルツボ内表面に、高OH基濃度かつ高純度の透明シリカガラス層を形成することができる。
The method for producing a silica glass crucible for pulling up a silicon single crystal according to the present invention, in the production of a silica glass crucible having a straight body part and a bottom part, on the inner surface from the opening part of the crucible to the straight body part, A transparent silica glass is deposited with 300 μm silica powder and an oxyhydrogen flame to form an inner layer.
According to such a method, a transparent silica glass layer having a high OH group concentration and high purity can be formed on the inner surface of the crucible.

上記製造方法においては、前記酸水素火炎を、酸素及び水素の各流量を20〜50リットル/minとし、シリカ粉を1800〜2000℃で2〜5分間で溶融して前記ルツボ内表面に吹付けるように調整することが好ましい。
このような条件下での酸水素火炎によれば、均一な透明シリカガラス層を好適に形成することができる。
In the above production method, the oxyhydrogen flame is melted at 1800 to 2000 ° C. for 2 to 5 minutes and sprayed onto the inner surface of the crucible with oxygen and hydrogen flow rates of 20 to 50 liters / min. It is preferable to adjust so that.
According to the oxyhydrogen flame under such conditions, a uniform transparent silica glass layer can be suitably formed.

前記内層は、厚さ2〜10mmとすることが好ましい。
上記範囲内の厚さとすることにより、ルツボ内に収容されるポリシリコン融液の液面振動及びブラウンモールドの発生を効果的に抑制することができる。
The inner layer preferably has a thickness of 2 to 10 mm.
By setting the thickness within the above range, the vibration of the polysilicon melt contained in the crucible and the generation of the brown mold can be effectively suppressed.

本発明に係るシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造方法によれば、シリカ粉原料を用いて、高OH基濃度かつ高純度のルツボ内表面を低コストで形成することができる。
したがって、本発明に係る製造方法により得られたシリカガラスルツボを用いることにより、シリコン単結晶引上げ時に、ポリシリコン融液の液面振動及びブラウンモールドの発生が効果的に抑制され、ひいては、シリコン単結晶引上げの歩留の向上を図ることができる。
According to the method for producing a silica glass crucible for pulling a silicon single crystal according to the present invention, a high OH group concentration and high purity crucible inner surface can be formed at low cost using a silica powder raw material.
Therefore, by using the silica glass crucible obtained by the manufacturing method according to the present invention, when the silicon single crystal is pulled up, the liquid level vibration of the polysilicon melt and the generation of the brown mold are effectively suppressed. The yield of crystal pulling can be improved.

以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明に係るシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造方法は、直胴部及び底部を有するCZ法によるシリコン単結晶引上げにおいて用いられるシリカガラスルツボを製造する方法に関する。そして、前記ルツボの開口部から直胴部にかけての内表面に、粒径70〜300μmのシリカ粉と酸水素火炎とにより透明シリカガラスを堆積させて内層を形成することを特徴とするものである。
ルツボ内層をこのような方法で形成することにより、ポリシリコン融液のメルトラインにおけるルツボ内表面を、高OH基濃度かつ高純度の透明シリカガラス層とすることができる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The method for producing a silica glass crucible for pulling a silicon single crystal according to the present invention relates to a method for producing a silica glass crucible used in pulling a silicon single crystal by a CZ method having a straight body portion and a bottom portion. The inner layer is formed by depositing transparent silica glass on the inner surface from the opening of the crucible to the straight body with silica powder having a particle size of 70 to 300 μm and an oxyhydrogen flame. .
By forming the crucible inner layer by such a method, the crucible inner surface in the melt line of the polysilicon melt can be made a transparent silica glass layer having a high OH group concentration and a high purity.

上記製造方法においては、ルツボ外層の製造方法は、特に限定されるものではなく、回転するルツボ成形用型内にシリカ粉を入れて成形し、この中にアーク電極を挿入し、減圧アーク溶融にてガラス化する従来の一般的な回転モールド法及びアーク溶融法により製造することができる。
また、ルツボ外層は、通常、透明シリカガラスからなる透明層と前記透明層の外側に形成された不透明シリカガラスからなる不透明層とで構成されており、シリコン単結晶引上げ時に該ルツボの形状及び強度を保持することができる厚さとなるように形成される。ルツボ外層の厚さは、20〜40mm程度であることが好ましい。通常は25mm程度とする。
なお、前記不透明層は、一般的には、純度は低いものの、耐熱性に優れた、水晶等の天然シリカ原料を用いて形成されるが、シリコンアルコキシドの加水分解等により得られる高純度の合成シリカ原料を用いてもよい。また、前記透明層はシリコンアルコキシドの加水分解等により得られる高純度の合成シリカ原料を用いて形成される。
In the above production method, the production method of the outer crucible layer is not particularly limited, and the silica crucible mold is put into a rotating crucible molding mold, and an arc electrode is inserted into the crucible outer mold to perform reduced-pressure arc melting. It can be produced by a conventional general rotary molding method and arc melting method.
The crucible outer layer is usually composed of a transparent layer made of transparent silica glass and an opaque layer made of opaque silica glass formed outside the transparent layer, and the shape and strength of the crucible when the silicon single crystal is pulled up. It is formed so as to have a thickness capable of holding. The thickness of the outer crucible layer is preferably about 20 to 40 mm. Usually, it is about 25 mm.
The opaque layer is generally formed of a natural silica raw material such as quartz, which is excellent in heat resistance, although it is low in purity. However, the opaque layer is a high-purity synthetic material obtained by hydrolysis of silicon alkoxide or the like. Silica raw materials may be used. The transparent layer is formed using a high-purity synthetic silica raw material obtained by hydrolysis of silicon alkoxide.

本発明においては、上記のようにしてルツボ外層が形成された後、その内表面に、シリカ粉と酸水素火炎とにより透明シリカガラスを吹付けて堆積させることにより、内層を形成する。
このように、酸水素火炎とともに、外層の透明層形成に用いたものと同様のシリカ粉原料を用いることにより、内層の透明シリカガラス層は、シラン系ガス原料を用いた場合とは異なり、積層界面が生じることなく、外層から剥離しにくい状態で形成することができる。
In the present invention, after the crucible outer layer is formed as described above, the inner layer is formed by spraying and depositing transparent silica glass on the inner surface with silica powder and an oxyhydrogen flame.
Thus, by using the same silica powder raw material as that used for forming the outer transparent layer together with the oxyhydrogen flame, the inner transparent silica glass layer is different from the case of using the silane-based gas raw material. It can be formed in a state in which it is difficult to peel off from the outer layer without generating an interface.

また、上記のようにシリカ粉を酸水素火炎によって溶融して吹付けるため、堆積した透明シリカガラスには、OH基を500〜1500ppmの高濃度で含有させることができる。
このため、ルツボ内表面が高OH基濃度となり、ポリシリコン融液に対する濡れ性が良好となり、液面振動を抑制する効果が得られる。
Moreover, since silica powder is melted and sprayed by an oxyhydrogen flame as described above, the deposited transparent silica glass can contain OH groups at a high concentration of 500 to 1500 ppm.
For this reason, the inner surface of the crucible has a high OH group concentration, the wettability with respect to the polysilicon melt is improved, and the effect of suppressing the liquid level vibration is obtained.

また、シリカ粉原料として、上述したような高純度の合成シリカ粉を用いれば、アーク溶融法のように、アーク放電時の雰囲気や電極等に起因する不純物を含むおそれが小さく、高純度の溶融シリカガラスを堆積させることができる。
これにより、引上げるシリコン単結晶の純度低下を抑制することができる。
Moreover, if high-purity synthetic silica powder as described above is used as the silica powder raw material, there is little risk of containing impurities due to the atmosphere or electrodes during arc discharge, as in the arc melting method, and high-purity melting. Silica glass can be deposited.
Thereby, the purity fall of the silicon single crystal pulled up can be controlled.

前記内層は、ルツボの開口部から直胴部にかけての内表面に形成されればよい。
シリコン単結晶引上げ時に、ルツボに起因するシリコン単結晶の歩留低下の要因であるポリシリコン融液の液面振動やブラウンモールドの発生は、ポリシリコン融液の液面であるメルトライン近傍のルツボ内表面の状態の影響を受けるものである。
このため、メルトラインの到達しない、ルツボ底部や、直胴部から底部にかけてのアール部にまで前記透明シリカガラス層による内層を形成しなくてもよい。
また、このようにルツボの開口部から直胴部にかけての円筒状の部分のみであれば、シリカ粉と酸水素火炎とによる吹付けを均一に行いやすく、加工が容易であるという利点もある。
なお、均一な透明シリカガラス層として形成される限り、ルツボ内表面全体に形成しても差し支えない。
The inner layer may be formed on the inner surface from the crucible opening to the straight body.
When pulling up the silicon single crystal, the vibration of the polysilicon melt or brown mold, which is the cause of the decrease in the yield of the silicon single crystal due to the crucible, is caused by the crucible near the melt line, which is the liquid surface of the polysilicon melt. It is affected by the condition of the inner surface.
For this reason, it is not necessary to form the inner layer by the said transparent silica glass layer to the crucible bottom part which a melt line does not reach | attain, and the round part from a straight body part to a bottom part.
In addition, if only the cylindrical portion from the opening of the crucible to the straight body portion is used in this way, there is an advantage that the spraying with the silica powder and the oxyhydrogen flame can be easily performed and the processing is easy.
In addition, as long as it forms as a uniform transparent silica glass layer, even if it forms in the whole crucible inner surface, it does not interfere.

また、前記透明シリカガラス層は、外層の不透明層のみをアーク溶融で形成した後、前記外層の透明層及び内層の透明シリカガラス層ともに酸水素火炎で形成してもよく、あるいはまた、外層の透明層及び不透明層をアーク溶融で形成した後、酸水素火炎で内層の透明シリカガラス層を形成してもよい。後者の方が、形成されたシリカガラス層の厚さ方向における高OH基濃度領域が小さく、高粘性が保たれるため、シリコン単結晶の引上げ中のルツボの変形の危険性が低くなるため、より好ましい。   The transparent silica glass layer may be formed by arc melting only the outer opaque layer and then the outer transparent layer and the inner transparent silica glass layer with an oxyhydrogen flame, or alternatively, After forming the transparent layer and the opaque layer by arc melting, an inner transparent silica glass layer may be formed by an oxyhydrogen flame. In the latter case, since the high OH group concentration region in the thickness direction of the formed silica glass layer is smaller and the high viscosity is maintained, the risk of deformation of the crucible during pulling of the silicon single crystal is reduced. More preferred.

酸水素火炎による透明シリカガラス層の形成は、上記のようなアーク溶融後、アーク電極を引上げた後、酸水素バーナをルツボ内部に下降させて、透明シリカガラスを清浄な状態で溶融堆積させることにより行うことができる。   The transparent silica glass layer is formed by the oxyhydrogen flame. After the arc melting as described above, the arc electrode is pulled up, the oxyhydrogen burner is lowered into the crucible, and the transparent silica glass is melted and deposited in a clean state. Can be performed.

前記酸水素火炎で溶融させるシリカ粉は、粒径が70〜300μmのものを用い、より好ましくは、粒径が70〜200μmのものを用いる。また、最頻径及び中位径はともに、100〜170μmであることが好ましく、より好ましくは130〜150μmである。
前記粒径が300μmを超える場合、酸水素火炎による溶融堆積時に、気泡が取り込まれやすくなり、透明層として得ることが困難となる。
一方、前記粒径が70μm未満の場合、溶融したシリカ粉の流動性が低下し、酸水素火炎による均一な吹付けが困難となり、また、粒界が増加することにより気泡が取り込まれやすくなり、この場合も、透明層が形成され難くなる。
The silica powder to be melted by the oxyhydrogen flame has a particle size of 70 to 300 μm, and more preferably has a particle size of 70 to 200 μm. Further, both the mode diameter and the median diameter are preferably 100 to 170 μm, and more preferably 130 to 150 μm.
When the particle diameter exceeds 300 μm, bubbles are easily taken in during melt deposition by an oxyhydrogen flame, and it is difficult to obtain a transparent layer.
On the other hand, when the particle size is less than 70 μm, the fluidity of the melted silica powder is lowered, it is difficult to spray uniformly with an oxyhydrogen flame, and bubbles are easily taken in by increasing the grain boundary, Also in this case, it becomes difficult to form a transparent layer.

また、酸水素火炎は、前記シリカ粉を十分に溶融し、ルツボ内表面に均一な透明シリカガラス層として堆積させる観点から、酸素及び水素の流量を、それぞれ20〜50リットル/minとし、1800〜2000℃で2〜5分間でシリカ粉を溶融してルツボ内表面に吹付けるように調整することが好ましい。
酸素及び水素の流量が大きすぎても小さすぎても、ルツボ内表面にシリカ粉を溶融させて均一にルツボ内表面に吹付けることが困難である。
また、シリカ粉の溶融温度は、吹付けられるルツボ内表面近傍での温度が上記範囲内あることが好ましく、これにより、透明シリカガラス層をルツボ外層の内表面に密着させることができる。
また、均一な厚さの透明シリカガラス層を形成するためには、溶融したシリカ粉の流動性を考慮して、シリカ粉の溶融時間は、2〜5分間であることが好ましい。なお、ここでいう溶融時間とは、バーナによる火炎が到達している時間を表す。
Further, the oxyhydrogen flame has a flow rate of oxygen and hydrogen of 20 to 50 liters / min, respectively, from the viewpoint of sufficiently melting the silica powder and depositing it as a uniform transparent silica glass layer on the inner surface of the crucible. It is preferable to adjust so that the silica powder is melted at 2000 ° C. for 2 to 5 minutes and sprayed on the inner surface of the crucible.
If the flow rates of oxygen and hydrogen are too large or too small, it is difficult to melt the silica powder on the inner surface of the crucible and spray it uniformly on the inner surface of the crucible.
Further, the melting temperature of the silica powder is preferably such that the temperature in the vicinity of the inner surface of the crucible to be sprayed is within the above range, whereby the transparent silica glass layer can be brought into close contact with the inner surface of the outer crucible layer.
In order to form a transparent silica glass layer having a uniform thickness, the melting time of the silica powder is preferably 2 to 5 minutes in consideration of the fluidity of the melted silica powder. In addition, the melting time here represents the time when the flame by a burner has reached.

上記の酸水素火炎によりシリカ粉を溶融して吹付ける工程は、具体的には、以下のようにして行うことが好ましい。
吹付け作業は、最初の位置における吹付け終了後、この位置と重ならないように、酸水素バーナの吹付け位置を変えながら進めていく。
このとき、ルツボ外層の局所的な加熱による割れや偏肉を防止する観点から、ルツボを5〜10rpmで回転させながら行うことが好ましい。
Specifically, the step of melting and spraying the silica powder with the oxyhydrogen flame is preferably performed as follows.
The spraying operation is carried out while changing the spraying position of the oxyhydrogen burner so as not to overlap this position after the spraying at the first position is completed.
At this time, from the viewpoint of preventing cracking and uneven thickness due to local heating of the outer layer of the crucible, it is preferable to carry out while rotating the crucible at 5 to 10 rpm.

また、前記酸水素バーナは、金属不純物の混入を防止する観点から、石英バーナが好適に用いられる。そして、吹付け面からの反射熱による石英バーナ自体の溶融を防ぐ観点から、下向きでルツボ内の吹付け面に対して30〜45°の角度となるように傾けて使用する。
また、前記バーナは、口径が大きすぎると、吹付け位置の中心部と周縁部で溶融シリカガラスの堆積量に差が生じる。逆に、口径が小さすぎると、シリカ粉がバーナの管内で詰まりやすくなる。このため、シリカ粉が流動する管の内径は10〜30mm程度であり、バーナの口径は30〜60mm程度であることが好ましい。
As the oxyhydrogen burner, a quartz burner is preferably used from the viewpoint of preventing the mixing of metal impurities. Then, from the viewpoint of preventing melting of the quartz burner itself due to reflected heat from the spraying surface, the quartz burner is used by being inclined downward and at an angle of 30 to 45 ° with respect to the spraying surface in the crucible.
In addition, if the diameter of the burner is too large, a difference occurs in the amount of fused silica glass deposited between the central portion and the peripheral portion of the spray position. On the other hand, if the aperture is too small, the silica powder tends to clog in the burner tube. For this reason, it is preferable that the internal diameter of the pipe | tube with which silica powder flows is about 10-30 mm, and the aperture diameter of a burner is about 30-60 mm.

前記吹付け工程においては、未溶融シリカ粉の付着及び未処理部分へのスートの堆積を防止するため、酸水素火炎とともに、80〜120℃の清浄な空気を10〜15リットル/minで吹き付ける。この空気の吹付けは、酸水素バーナの安定化及びルツボ内面温度の低下防止のため、酸水素バーナの進行方法以外から行う。   In the spraying step, clean air at 80 to 120 ° C. is sprayed at 10 to 15 liter / min together with the oxyhydrogen flame in order to prevent adhesion of unfused silica powder and deposition of soot on the untreated portion. This air blowing is performed from a method other than the oxyhydrogen burner method in order to stabilize the oxyhydrogen burner and to prevent the crucible inner surface temperature from decreasing.

また、シリカ粉をバーナ口の中心部から供給する際、安定的に供給するために、酸水素ガスによるキャリアガスを用いて吹付ける。この酸水素ガスは、酸素及び水素の混合比が体積比で、酸素:水素=1:2〜3とする。また、流量は5〜10リットル/minとする。
前記流量が5リットル/min未満の場合、流量不足により、シリカ粉がバーナの口元で溶融する場合がある。一方、前記流量が、50リットル/minを超える場合、酸水素バーナの安定性が悪くなり、均一な透明シリカガラス層を形成することが困難となる。
Moreover, when supplying silica powder from the center part of a burner mouth, in order to supply stably, it sprays using the carrier gas by oxyhydrogen gas. The oxyhydrogen gas has a volume ratio of oxygen and hydrogen, and oxygen: hydrogen = 1: 2-3. The flow rate is 5 to 10 liters / min.
When the flow rate is less than 5 liters / min, the silica powder may melt at the mouth of the burner due to insufficient flow rate. On the other hand, when the flow rate exceeds 50 liters / min, the stability of the oxyhydrogen burner is deteriorated and it becomes difficult to form a uniform transparent silica glass layer.

前記内層は、厚さ2〜10mmとすることが好ましい。
前記厚さが2mm未満の場合、薄すぎて、ルツボ内に収容するポリシリコン融液の液面振動及びブラウンモールドの発生を抑制することが困難である。
一方、前記厚さが10mmを超えても、厚さに見合った液面振動及びブラウンモールドの発生の抑制効果の向上は図られないため、前記領域の厚さは10mm以下で十分である。
The inner layer preferably has a thickness of 2 to 10 mm.
When the thickness is less than 2 mm, it is too thin and it is difficult to suppress the vibration of the polysilicon melt contained in the crucible and the occurrence of brown mold.
On the other hand, even if the thickness exceeds 10 mm, the effect of suppressing the occurrence of liquid level vibration and brown mold corresponding to the thickness cannot be improved, so that the thickness of the region is sufficient to be 10 mm or less.

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
[実施例1]
回転モールド法及びアーク溶融法によりルツボ外層を形成した後、前記ルツボ外層の開口部から直胴部にかけての内表面に、粒径が70〜300μm、最頻径及び中位径ともに140μmのシリカ粉と酸水素火炎とにより透明シリカガラスを堆積させて厚さ2mmの内層を形成し、外径600mm、高さ400mmであり、OH基濃度1500ppmの透明シリカガラスからなる内層と、厚さ25mmの透明シリカガラス層と不透明シリカガラス層とを有する外層とを備えたシリカガラスルツボを作製した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
[Example 1]
After forming the crucible outer layer by the rotary molding method and the arc melting method, the silica powder having a particle size of 70 to 300 μm and a mode diameter and a median diameter of 140 μm on the inner surface from the opening of the crucible outer layer to the straight body portion. And an oxyhydrogen flame to deposit a transparent silica glass to form an inner layer having a thickness of 2 mm, an outer diameter of 600 mm, a height of 400 mm, an inner layer made of transparent silica glass having an OH group concentration of 1500 ppm, and a transparent thickness of 25 mm A silica glass crucible provided with an outer layer having a silica glass layer and an opaque silica glass layer was produced.

[実施例2]
シリカ粉として、粒径が100〜200μm、最頻径及び中位径ともに150μmのものを用い、それ以外については、実施例1と同様にして、シリカガラスルツボを作製した。
[Example 2]
A silica glass crucible was prepared in the same manner as in Example 1 except that silica powder having a particle diameter of 100 to 200 μm and a mode diameter and a median diameter of 150 μm were used.

[比較例1]
実施例1において、内層を形成しないこと以外については、実施例1と同様にして、従来のシリカガラスルツボを作製した。
[Comparative Example 1]
A conventional silica glass crucible was produced in the same manner as in Example 1 except that the inner layer was not formed in Example 1.

[比較例2,3]
シリカ粉として、比較例2では、粒径が30〜60μm、最頻径及び中位径ともに40μmのものを用い、また、比較例3では、粒径300〜350μm、最頻径及び中位径ともに320μmのものを用い、それ以外については、実施例1と同様にして、シリカガラスルツボを作製した。
[Comparative Examples 2 and 3]
As a silica powder, in Comparative Example 2, a particle size of 30 to 60 μm and a mode diameter and a median diameter of 40 μm are used. In Comparative Example 3, a particle diameter of 300 to 350 μm, a mode diameter and a median diameter are used. A silica glass crucible was prepared in the same manner as in Example 1 except that both were 320 μm.

上記実施例及び比較例において作製したシリカガラスルツボ各4個を、カーボンルツボに嵌め込んでセットし、ルツボ外周からヒータ加熱して、ルツボ内で約70kgの原料シリコンを溶融させ、CZ法により、直径8インチのシリコン単結晶の引上げを行った。
そして、シリコン単結晶引上げ後のルツボ内表面を観察し、初期メルトラインからルツボ底部方向に100mmの位置の直胴部におけるブラウンモールドの発生数を目視により測定した。なお、測定値は、周方向4箇所(等間隔)で、それぞれ40mm×40mmの範囲内にあるブラウンモールド個数の平均値とした。
また、シリコン単結晶引上げ時のポリシリコン融液の液面振動による種結晶の着液やり直し回数を測定した。
これらの評価及び測定結果を表1にまとめて示す。なお、表1における着液やり直し回数は、比較例1(従来例)を100としたときの相対比により表した。
Four silica glass crucibles prepared in the above examples and comparative examples were fitted and set in a carbon crucible, heated by a heater from the outer periphery of the crucible, about 70 kg of raw material silicon was melted in the crucible, A silicon single crystal having a diameter of 8 inches was pulled up.
Then, the inner surface of the crucible after the pulling of the silicon single crystal was observed, and the number of brown molds generated in the straight body portion at a position of 100 mm from the initial melt line toward the bottom of the crucible was visually measured. In addition, the measured value was made into the average value of the number of brown molds in the range of 40 mm x 40 mm, respectively at four places (equal intervals) in the circumferential direction.
In addition, the number of reapplying seed crystals by the liquid level vibration of the polysilicon melt during pulling of the silicon single crystal was measured.
These evaluation and measurement results are summarized in Table 1. In addition, the number of times of repeated liquid deposition in Table 1 is represented by a relative ratio when Comparative Example 1 (conventional example) is set to 100.

Figure 2012017240
Figure 2012017240

表1に示した結果から分かるように、本発明に係るシリカガラスルツボによれば、従来のルツボに比べて、ポリシリコン融液の液面振動及びブラウンモールドの発生を抑制することができることが認められた。   As can be seen from the results shown in Table 1, according to the silica glass crucible according to the present invention, it is recognized that the liquid level vibration of the polysilicon melt and the generation of the brown mold can be suppressed as compared with the conventional crucible. It was.

Claims (3)

直胴部及び底部を有するシリカガラスルツボの製造において、
前記ルツボの開口部から直胴部にかけての内表面に、粒径70〜300μmのシリカ粉と酸水素火炎とにより透明シリカガラスを堆積させて内層を形成することを特徴とするシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造方法。
In producing a silica glass crucible having a straight body and a bottom,
For pulling up a silicon single crystal, characterized in that an inner layer is formed by depositing transparent silica glass with silica powder having a particle size of 70 to 300 μm and an oxyhydrogen flame on the inner surface from the opening of the crucible to the straight body portion A method for producing a silica glass crucible.
前記酸水素火炎は、酸素及び水素の各流量を20〜50リットル/minとし、シリカ粉を1800〜2000℃で2〜5分間で溶融して前記ルツボ内表面に吹付けるように調整されることを特徴とする請求項1記載のシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造方法。   The oxyhydrogen flame is adjusted so that each flow rate of oxygen and hydrogen is 20 to 50 liters / min, and silica powder is melted at 1800 to 2000 ° C. for 2 to 5 minutes and sprayed on the inner surface of the crucible. The method for producing a silica glass crucible for pulling up a silicon single crystal according to claim 1. 前記内層は、厚さ2〜10mmとすることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載のシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボの製造方法。   The method for producing a silica glass crucible for pulling a silicon single crystal according to any one of claims 1 and 2, wherein the inner layer has a thickness of 2 to 10 mm.
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