JP4138959B2

JP4138959B2 - Large diameter quartz glass crucible for pulling silicon single crystal and method for producing the same

Info

Publication number: JP4138959B2
Application number: JP24302198A
Authority: JP
Inventors: 龍弘佐藤; 博行渡辺; 富士雄岩谷
Original assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: JP2000072594A

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使用される大口径の石英ガラスるつぼ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
従来、単結晶半導体材料のような単結晶物質の製造には、いわゆるチョクラルスキー法と呼ばれる方法が広く採用されている。この方法は多結晶シリコンを容器内で溶融させ、この溶融浴内に種結晶の端部を浸けて回転させながら引き上げるもので、種結晶上に同一の結晶方位を持つ単結晶が成長する。この単結晶引き上げ容器には石英ガラスるつぼが一般的に使用されている。
【０００３】
ポリシリコンを石英ガラスるつぼ中で溶かし、シリコン単結晶を引き上げる際、シリコンメルト表面に周期的な振動波面が発生し、シリコン種結晶がシリコンメルトに接合できなかったり、シリコン単結晶の結晶性が乱れる問題は、通常よく発生する現象である。
【０００４】
この原因のひとつとして、引き上げ時に供給する加熱エネルギーが大きかったり、引き上げチャンバー内の減圧度が大きかったりする場合、石英ガラス表面とシリコンメルト液上面の接触部分の反応が活性化し、ＳｉＯガスの発生が増大し、シリコンメルト液は石英ガラス表面からはじかれ易くなり、湯面振動が強く発生して、シリコンメルト液中央の状態が不安定になることが考えられている。
【０００５】
特に、近年、シリコン単結晶が８″以上になり、石英ガラスるつぼも大口径になるに従って、上記加熱エネルギーと減圧度が増大する傾向にあり、湯面振動の問題は、重要になってきた。
【０００６】
上記のような現象を解決する１手段として、石英ガラスるつぼ内表面のシリコンメルトに対する濡れ性を向上させる方法が考えられる。濡れ性は、石英ガラスるつぼ内表面の表面張力（表面自由エネルギー）で定義できるが、表面張力に影響する特性としていくつかの因子がある。
【０００７】
濡れ性を決定する石英ガラスるつぼの因子としては、内表面のＯＨ濃度と金属不純物濃度と表面粗さがあげられる。内表面に存在するＯＨ基はガラス表面に露出していて容易にＨ＋を切り離して−の極性をもち、Ｓｉ＋と可逆的に結合する。この反応が総じて多いほど、石英ガラスるつぼの内表面とシリコンメルトは良く接着する。
【０００８】
次に、ＯＨ基と同様な効果を及ぼす因子として、石英ガラスるつぼの内表面の金属不純物がある。金属不純物は、石英ガラスるつぼの内表面から＋イオンの形で飛び出し、石英ガラスるつぼ内表面は−の極性をもち、ＯＨ基と同様な機構によって、シリコンメルトと石英ガラスるつぼの内表面は、良く接着するようになる。
【０００９】
また、石英ガラスるつぼの内表面の表面粗さが大きいと、内表面積が大きくなり、露出するＯＨ基や金属不純物の飛び出しが増え、上記機構によって、シリコンメルトと石英ガラスるつぼ内表面は強い接着力をもつようになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、濡れ性を石英ガラスるつぼ内表面に作り出すことによって、この石英ガラスるつぼを用いてシリコン単結晶を引き上げる際にシリコンメルトの湯面振動を抑制することができるようにしたシリコン単結晶引き上げ用大口径石英ガラスるつぼ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のシリコン単結晶引上げ用大口径石英ガラスるつぼは、半透明石英ガラス層のるつぼ基体と、該るつぼ基体の内壁面に形成された透明石英ガラス層からなるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼであって、前記石英ガラスるつぼの内表面の深さ方向１．０ｍｍ以内の金属不純物濃度を１ｐｐｍ〜２０ｐｐｍに調整することによって、該石英ガラスるつぼの内表面の表面張力を５０ｍＮ／ｍ以下としたことを特徴とする。
【００１２】
上記石英ガラスるつぼの内表面の深さ方向の深さ方向１．０ｍｍまでの平均ＯＨ濃度を調整することによって上記表面張力の値を所定範囲に設定するのが好適である。この平均ＯＨ濃度は１００ｐｐｍ以上であればよいが、好ましくは１００〜２００ｐｐｍである。
【００１３】
上記石英ガラスるつぼの内表面の表面粗さを調整することによって前記表面張力の値を所定範囲に設定するのが好適である。この表面粗さは、４μの距離中で１０ｎｍ以上の高低差であればよいが、好ましくは、２０〜５０，０００ｎｍの高低差である。
【００１４】
上記石英ガラスるつぼの内表面の深さ方向１ｍｍ以内の金属不純物濃度を調整することによって前記表面張力の値を所定範囲に設定するのが好適である。この金属不純物濃度は１ｐｐｍ以上であればよいが、好ましくは、１０〜２００ｐｐｍである。
【００１５】
上記石英ガラスるつぼの内表面の深さ方向１ｍｍ以内に使用する石英ガラス原料の含有ＯＨ濃度を調整することによって前記表面張力の値を所定範囲に設定するのが好適である。このＯＨ濃度は、２０ｐｐｍ以上であればよいが、好ましくは、１００〜５００ｐｐｍである。
【００１６】
上記石英ガラスるつぼの内表面の１ｍｍ以内の深さ範囲に使用する石英ガラス原料の比表面積を調整することによって前記表面張力の値を所定範囲に設定するのが好適である。この比表面積は、好ましくは、１．０〜１００ｍ２／１００ｇである。
【００１７】
本発明のシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法は、回転する上部開口型を使用して石英ガラスるつぼの内表面の深さ方向１．０ｍｍまでの平均ＯＨ濃度を調整することによって表面張力を調節したシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼを製造する方法であって、（ａ）二酸化珪素粉末を前記型内に供給して、該型内面に沿って前成型体を形成する工程（ｂ）前記前成型体を加熱溶融して、半透明石英ガラス製るつぼ基体を形成する工程（ｃ）このるつぼ基体の形成中もしくは形成後に、該るつぼ基体内の高温ガス雰囲気中に二酸化珪素粉末を供給し、内壁面に向って飛散融合させて透明石英ガラス層を形成する工程からなり、該るつぼ基体内の溶融加熱エリアの絶対湿度を調整することによって製造される石英ガラスるつぼの内表面の深さ方向１．０ｍｍまでの平均ＯＨ濃度を調整し、該石英ガラスるつぼの表面張力の値を所定範囲に設定することを特徴とする。
【００１８】
シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法の他の態様は、回転する上部開口型を使用して石英ガラスるつぼの内表面の表面粗さを調整して表面張力を調節したシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼを製造する方法であって、（ａ）二酸化珪素粉末を前記型内に供給して、該型内面に沿って前成型体を形成する工程（ｂ）前記前成型体を加熱溶融して、半透明石英ガラス製るつぼ基体を形成する工程（ｃ）このるつぼ基体の形成中もしくは形成後に、該るつぼ基体内の高温ガス雰囲気中に二酸化珪素粉末を供給し、内壁面に向って飛散融合させて透明石英ガラス層を形成する工程からなり、製造された石英ガラスるつぼの上端から該石英ガラスるつぼにポリシリコンを充填し溶融した際のシリコンメルトの湯面の下方に位置する位置までの内表面部を、加工研削手段で研削することによって該石英ガラスるつぼの内表面の表面粗さを調整し、該石英ガラスるつぼの表面張力の値を所定範囲に設定することを特徴とする。加工研削手段としては、ダイヤ砥石による研削などをあげることができる。
【００１９】
シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法の別の態様は、回転する上部開口型を使用して石英ガラスるつぼの内表面の表面粗さを調整して表面張力を調節したシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼを製造する方法であって、（ａ）二酸化珪素粉末を前記型内に供給して、該型内面に沿って前成型体を形成する工程（ｂ）前記前成型体を加熱溶融して、半透明石英ガラス製るつぼ基体を形成する工程（ｃ）このるつぼ基体の形成中もしくは形成後に、該るつぼ基体内の高温ガス雰囲気中に二酸化珪素粉末を供給し、内壁面に向って飛散融合させて透明石英ガラス層を形成する工程からなり、製造された石英ガラスるつぼの上端から該石英ガラスるつぼにポリシリコンを充填し溶融した際のシリコンメルトの湯面の下方に位置する位置までの内表面部を、溶解液手段で溶解することによって該石英ガラスるつぼの内表面の表面粗さを調整し、該石英ガラスるつぼの表面張力の値を所定範囲に設定することを特徴とする。融解液手段としては、２０％ＨＦ溶液などをあげることができる。
【００２０】
シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼの製造方法のさらに別の態様は、回転する上部開口型を使用して石英ガラスるつぼの内表面の表面粗さを調整して表面張力を調節したシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスるつぼを製造する方法であって、（ａ）二酸化珪素粉末を前記型内に供給して、該型内面に沿って前成型体を形成する工程（ｂ）前記前成型体を加熱溶融して、半透明石英ガラス製るつぼ基体を形成する工程（ｃ）このるつぼ基体の形成中もしくは形成後に、該るつぼ基体内の高温ガス雰囲気中に二酸化珪素粉末を供給し、内壁面に向って飛散融合させて透明石英ガラス層を形成する工程からなり、製造された石英ガラスるつぼの上端から該石英ガラスるつぼにポリシリコンを充填し溶融した際のシリコンメルトの湯面の下方に位置する位置までの内表面部を、加熱手段で昇華させることによって該石英ガラスるつぼの内表面の表面粗さを調整し、該石英ガラスるつぼの表面張力の値を所定範囲に設定することを特徴とする。加熱手段としては、酸水素バーナー等をあげることができる。この昇華によってＳｉＯ２をとばしてアルミナ部分を残留させて石英ガラスるつぼの内表面の表面粗さを調整することができる。
【００２１】
上記した石英ガラスるつぼの上端から該石英ガラスるつぼにポリシリコンを充填し溶融した際のシリコンメルトの湯面の下方に位置する位置までの内表面部は、シリコンメルトの量に応じて変動するが、例えば石英ガラスるつぼの上端からその全高さの７０％までにすれば充分であり、好適には５０％までである。石英ガラスるつぼの内表面部の表面粗さがあまり広範囲であると、シリコン単結晶の引上げ作業に伴う面劣化が進み易くなる不利がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、これらの説明は例示的に示されるもので限定的に解釈すべきものでないことはいうまでもない。
【００２３】
図１は本発明方法の実施に使用される装置と該装置を使用する石英ガラスるつぼ製造方法を示す断面説明図である。図２は本発明の方法により得られたシリコン単結晶引上げ用石英ガラスるつぼの一部断面図である。
【００２４】
図１において、回転型１は回転軸２を備える。型１にはキャビティ１ａが形成され、この型キャビティ１ａ内に二酸化珪素粉末、例えば天然石英粉末から形成される半透明石英ガラス、すなわち外層を構成する石英ガラスるつぼの基体３が配置されている。
【００２５】
該基体３は、二酸化珪素粉末を回転する型１の中に投入し、該型１の内壁に沿って形成して所要のるつぼ形状の前成型体とし、この前成型体を内面から加熱して二酸化珪素粉末を溶融させたのち、冷却することにより製造される。
【００２６】
内面からの加熱のために、図１に示すように電源１０に接続されたカーボン電極５１、５２を備えるアーク放電装置５を使用することができる。アーク放電装置５の代わりにプラズマ放電装置をしてもよい。この基体３の製造については、特公平４−２２８６１号公報に詳細な記載がある。
【００２７】
図１に示す装置は、内層４を形成するために、型１の上方に合成石英粉末６を収容する石英粉末供給槽を備える。この供給槽９には計量フィーダ９２が設けられた吐出パイプ９３に接続されている。供給槽９内には攪拌羽根９１が配置される。型の上部は、スリット開口７５を残して蓋７１により覆われる。
【００２８】
基体３が形成された後、又は基体３の形成の途中において、アーク放電装置５のカーボン電極５１、５２からの放電による加熱を継続しながら、合成石英粉末６供給のための計量フィーダ９２を調整した開度に開いて、吐出パイプ９３から合成石英粉末を基体３の内部に供給する。アーク放電装置５の作動により、基体３内には高温ガス雰囲気８が形成されている。したがって、合成石英粉末は、この高温ガス雰囲気８中に供給されることとなる。
【００２９】
なお、高温ガス雰囲気とは、カーボン電極５１、５２を用いたアーク放電によりその周囲に形成された雰囲気を指し、石英ガラスを溶かすに十分な温度、つまり２千数百度の高温になっている。
【００３０】
高温ガス雰囲気８中に供給された合成石英粉末は、高温ガス雰囲気８内の熱により少なくとも一部が溶融され、同時に基体３の内壁面に向けて飛散させられて、該基体３の内壁面に付着し、基体３と一体融合的に基体３の内面に実質的に無気泡の石英ガラス層すなわち内層４を形成する。この内層４の形成方法については、上述した特公平４−２２８６１号公報に詳細な記載がある。
【００３１】
図２に、この方法により得られる石英ガラスるつぼの断面を示す。本発明による石英ガラスるつぼは、二酸化珪素粉末、例えば天然石英粉末を内面から加熱溶融して形成された外層すなわち基体３と、合成石英粉末を高温ガス雰囲気中に放出して、溶融飛散させ、基体３の内壁面に付着させて形成した内層４とを有しているものである。
【００３２】
【実施例】
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、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り様々の変形が可能であることは勿論である。
【００３３】
（実施例１）絶対湿度が２５ｇ／ｍ３以上の溶融エリアにおいて、比表面積が１０ｍ２／１００ｇであり、粒径が５０ミクロンから５００ミクロンの天然石英ガラス粉を、１００ｒｐｍで回転する内径７３０ｍｍの成形型中に３０ｍｍの均一な厚さで堆積させ、アーク放電により内部から加熱溶融させると同時に、上方向からＯＨ濃度が１００ｐｐｍの合成石英ガラス粉を、１００ｇ／ｍｉｎの割合で供給し、泡のない透明ガラス層を全内面領域にわたり、１〜３ｍｍの厚さで形成する。溶融が終了し、冷却した石英ガラスるつぼを、成形型から取り出し、その内面の状況を表１及び表２に示した測定項目について測定し、その結果をあわせて表１及び表２に示した。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【表２】

【００３６】
表２において、ＡＡＳは原子吸光分析法（ＡｔｏｍｉｃＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、ＩＣＰ−ＡＥＳは誘導結合高周波プラズマ発光分光分析法（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａＡｔｏｍｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）及びＩＣＰ−ＭＳは誘導結合高周波プラズマ質量分光光度計（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）をそれぞれ指称する。
【００３７】
この石英ガラスるつぼにポリシリコンを充填し溶融し、シリコン単結晶の引き上げを行った。シリコンメルトへの種付け、シリコン単結晶の引き上げ中にシリコンメルトの振動は確認されず（表３）、安定して引き上げが終了した。
【００３８】
（実施例２）るつぼ内面透明層を形成するとき使用する合成石英ガラス原料の含有ＯＨ濃度が５ｐｐｍであるものを使用して実施例１と同様の手順で石英ガラスるつぼを作成した。次に、この石英ガラスるつぼの高さの上端から７０％までの部分の内面を、２０％ＨＦ溶液で６０分間洗浄した。この石英ガラスるつぼの性状は表３に示した通りであった。さらに、この石英ガラスるつぼによって実施例１と同様にシリコン単結晶の引き上げを行なったが、湯面振動がなかった（表３）。
【００３９】
（実施例３）るつぼ内面透明層を形成するとき使用する合成石英ガラス原料の含有ＯＨ濃度が５ｐｐｍで、かつ金属不純物濃度の総量が２０ｐｐｍであるものを使用して実施例１と同様に石英ガラスるつぼを作成した。次に、この石英ガラスるつぼの高さの上端から７０％までの部分の内面をダイヤ砥石による研削によって粗く削った。この石英ガラスるつぼの性状は表３に示した通りであった。この石英ガラスるつぼによって実施例１と同様にシリコン単結晶の引き上げを行なったが、湯面振動はなかった（表３）。
【００４０】
（実施例４）るつぼ内面透明層を形成するとき使用する天然石英ガラス原料の含有ＯＨ濃度が５ｐｐｍであるものを使用して実施例１と同様に石英ガラスるつぼを作成した。次に、この石英ガラスるつぼの高さの上端から７０％までの部分の内面を酸水素バーナーで昇華した。この石英ガラスるつぼの性状は表３に示した通りであった。この石英ガラスるつぼを用いて、実施例１と同様にシリコン単結晶の引き上げを行った。シリコンメルトへの種付け、単結晶の引き上げ中にシリコンメルトの振動は確認されず、安定して引き上げが終了した（表３）。
【００４１】
（実施例５）るつぼ内面透明層を形成するとき使用する石英原料粉として、含有ＯＨ濃度が５ｐｐｍでかつ金属不純物濃度の総量が２０ｐｐｍである天然石英ガラス粉を使用した以外は、実施例１と同様に石英ガラスるつぼを作成した。この石英ガラスるつぼの性状は表３に示した通りであった。この石英ガラスるつぼを用いて、実施例１と同様にシリコン単結晶の引き上げを行った。シリコンメルトへの種付け、単結晶の引き上げ中にシリコンメルトの振動は確認されず、安定して引き上げが終了した（表３）。
【００４２】
（実施例６）実施例１と同様の手順で石英ガラスるつぼを作成して、この石英ガラスるつぼの内面全域を２０％ＨＦ溶液で６０分間洗浄した。この石英ガラスるつぼの性状は表３に示した通りであった。さらに、この石英ガラスるつぼによって実施例１と同様にシリコン単結晶の引上げを行ったが、湯面振動はなかった（表３）。
【００４３】
（比較例１）るつぼ内面透明層を形成するとき使用する合成石英ガラス原料の含有ＯＨ濃度が５ｐｐｍであるものを使用して実施例１と同様に石英ガラスるつぼを作成した。この石英ガラスるつぼの性状は表３に示した通りであった。この石英ガラスるつぼを用いて、実施例１と同様にシリコン単結晶の引き上げを行った。シリコンメルトへの種付け、単結晶の引き上げ中にシリコンメルトの振動が強く確認され、引き上げを途中で中止した（表３）。
【００４４】
【表３】

【００４５】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、濡れ性を石英ガラスるつぼの内表面に作り出すことによって、この石英ガラスるつぼを用いてシリコン単結晶を引き上げる際にシリコンメルト液面の湯面振動を抑制することができるという効果が達成されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施に使用される装置と該装置を使用する石英ガラスるつぼ製造方法を示す概略断面説明図である。
【図２】本発明の方法により得られたシリコン単結晶引上げ用石英ガラスるつぼの一部断面図である。
【符号の説明】
１：型、１ａ：キャビティ、２：回転軸、３：基体、４：内層、５：アーク放電装置、６：合成石英粉末、８：高温ガス雰囲気、９：供給槽、１０：電源、５１、５２：カーボン電極、７１：蓋、７５：スリット開口、９１：攪拌羽根、９２：計量フィーダ、９３：吐出パイプ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a large-diameter quartz glass crucible used for pulling a silicon single crystal and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Related technologies]
Conventionally, a so-called Czochralski method has been widely used for manufacturing a single crystal material such as a single crystal semiconductor material. In this method, polycrystalline silicon is melted in a container, and the end portion of the seed crystal is immersed in the molten bath and pulled up while rotating, so that a single crystal having the same crystal orientation grows on the seed crystal. A quartz glass crucible is generally used for the single crystal pulling container.
[0003]
When polysilicon is melted in a quartz glass crucible and the silicon single crystal is pulled up, a periodic vibration wavefront is generated on the surface of the silicon melt, the silicon seed crystal cannot be bonded to the silicon melt, or the crystallinity of the silicon single crystal is disturbed. The problem is a common phenomenon.
[0004]
As one of the causes, when the heating energy supplied at the time of pulling is large or the degree of vacuum in the pulling chamber is large, the reaction at the contact portion between the quartz glass surface and the upper surface of the silicon melt liquid is activated, and the generation of SiO gas occurs. It is considered that the silicon melt liquid is likely to be repelled from the quartz glass surface, the molten metal surface vibration is strongly generated, and the state at the center of the silicon melt liquid becomes unstable.
[0005]
In particular, as the silicon single crystal becomes 8 ″ or more and the quartz glass crucible becomes larger in diameter in recent years, the heating energy and the degree of pressure reduction tend to increase, and the problem of molten metal vibration has become important.
[0006]
As a means for solving the above phenomenon, a method for improving the wettability of the inner surface of the quartz glass crucible to the silicon melt is conceivable. The wettability can be defined by the surface tension (surface free energy) of the inner surface of the quartz glass crucible, but there are several factors that affect the surface tension.
[0007]
Factors of the quartz glass crucible that determine wettability include the OH concentration, metal impurity concentration, and surface roughness of the inner surface. The OH group present on the inner surface is exposed on the glass surface, and readily removes H + and has a negative polarity, and reversibly binds to Si +. The more this reaction is, the better the adhesion between the inner surface of the quartz glass crucible and the silicon melt.
[0008]
Next, as a factor that exerts the same effect as the OH group, there is a metal impurity on the inner surface of the quartz glass crucible. Metal impurities jump out from the inner surface of the quartz glass crucible in the form of + ions, the inner surface of the quartz glass crucible has a negative polarity, and the inner surface of the silicon melt and the quartz glass crucible is improved by the same mechanism as the OH group. It comes to adhere.
[0009]
In addition, if the surface roughness of the inner surface of the quartz glass crucible is large, the inner surface area increases, and the exposed OH groups and metal impurities jump out. Due to the above mechanism, the silicon melt and the inner surface of the quartz glass crucible have a strong adhesive force. Will have.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and by creating wettability on the inner surface of the quartz glass crucible, when the silicon single crystal is pulled up using this quartz glass crucible, the surface vibration of the silicon melt is suppressed. An object of the present invention is to provide a large-diameter quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal and a method for producing the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a large-diameter quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal according to the present invention is a silicon comprising a crucible base of a translucent quartz glass layer and a transparent quartz glass layer formed on the inner wall surface of the crucible base. A quartz glass crucible for pulling a single crystal, wherein the surface tension of the inner surface of the quartz glass crucible is adjusted by adjusting the metal impurity concentration within 1.0 mm in the depth direction of the inner surface of the quartz glass crucible to 1 ppm to 20 ppm. Is 50 mN / m or less.
[0012]
It is preferable to set the surface tension value within a predetermined range by adjusting the average OH concentration in the depth direction of the inner surface of the quartz glass crucible up to 1.0 mm. The average OH concentration may be 100 ppm or more, but is preferably 100 to 200 ppm.
[0013]
It is preferable to set the value of the surface tension within a predetermined range by adjusting the surface roughness of the inner surface of the quartz glass crucible. The surface roughness may be a height difference of 10 nm or more within a distance of 4 μm, but preferably a height difference of 20 to 50,000 nm.
[0014]
It is preferable to set the surface tension value within a predetermined range by adjusting the metal impurity concentration within 1 mm in the depth direction of the inner surface of the quartz glass crucible. The metal impurity concentration may be 1 ppm or more, but is preferably 10 to 200 ppm.
[0015]
It is preferable to set the surface tension value within a predetermined range by adjusting the concentration of OH contained in the quartz glass raw material used within 1 mm in the depth direction of the inner surface of the quartz glass crucible. The OH concentration may be 20 ppm or more, but is preferably 100 to 500 ppm.
[0016]
It is preferable that the value of the surface tension is set within a predetermined range by adjusting the specific surface area of the quartz glass raw material used in a depth range within 1 mm of the inner surface of the quartz glass crucible. This specific surface area is preferably 1.0 to 100 m <2> / 100 g.
[0017]
The method for producing a quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal of the present invention uses a rotating upper opening mold to adjust the average OH concentration up to 1.0 mm in the depth direction of the inner surface of the quartz glass crucible, thereby increasing the surface tension. A method for producing a quartz glass crucible for pulling up a silicon single crystal with adjusted (a) supplying a silicon dioxide powder into the mold and forming a pre-molded body along the inner surface of the mold (b) (C) A step of forming a semitransparent quartz glass crucible base by heating and melting the preform, and after the formation of the crucible base, supply silicon dioxide powder into a high-temperature gas atmosphere in the crucible base. The quartz glass manufactured by adjusting the absolute humidity of the melting and heating area in the crucible base, comprising a step of forming a transparent quartz glass layer by scattering and fusing toward the inner wall surface Adjust the average OH concentration in the depth direction 1.0mm of the inner surface of the pot, and sets the value of the surface tension of the quartz glass crucible in a predetermined range.
[0018]
Another aspect of the method for producing a quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal is for pulling a silicon single crystal whose surface tension is adjusted by adjusting the surface roughness of the inner surface of the quartz glass crucible using a rotating upper opening mold. A method for producing a quartz glass crucible, comprising: (a) supplying silicon dioxide powder into the mold and forming a preform along the inner surface of the mold (b) heating and melting the preform. Step of forming a semi-transparent quartz glass crucible base (c) During or after the formation of the crucible base, silicon dioxide powder is supplied into a high-temperature gas atmosphere in the crucible base and scattered toward the inner wall surface. And forming a transparent quartz glass layer from the upper end of the manufactured quartz glass crucible, below the molten surface of the silicon melt when the quartz glass crucible is filled with polysilicon and melted. The surface roughness of the inner surface of the quartz glass crucible is adjusted by grinding the inner surface portion up to a position with a processing grinding means, and the surface tension value of the quartz glass crucible is set within a predetermined range. And Examples of the work grinding means include grinding with a diamond grindstone.
[0019]
Another aspect of the method for producing a quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal is for pulling a silicon single crystal having a surface tension adjusted by adjusting the surface roughness of the inner surface of the quartz glass crucible using a rotating upper opening mold. A method for producing a quartz glass crucible, comprising: (a) supplying silicon dioxide powder into the mold and forming a preform along the inner surface of the mold (b) heating and melting the preform. Step of forming a semi-transparent quartz glass crucible base (c) During or after the formation of the crucible base, silicon dioxide powder is supplied into a high-temperature gas atmosphere in the crucible base and scattered toward the inner wall surface. And forming a transparent quartz glass layer from the upper end of the manufactured quartz glass crucible, below the molten surface of the silicon melt when the quartz glass crucible is filled with polysilicon and melted. Adjusting the surface roughness of the inner surface of the quartz glass crucible by dissolving the inner surface part up to a position with a dissolving means, and setting the surface tension value of the quartz glass crucible to a predetermined range. And An example of the melting means is a 20% HF solution.
[0020]
Still another aspect of the method for producing a quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal is to pull a silicon single crystal having a surface tension adjusted by adjusting the surface roughness of the inner surface of the quartz glass crucible using a rotating upper opening mold. A method for producing a quartz glass crucible for use in the process of (a) supplying silicon dioxide powder into the mold and forming a preformed body along the inner surface of the mold (b) heating and melting the preformed body Step (c) of forming a translucent quartz glass crucible substrate (c) During or after the formation of the crucible substrate, the silicon dioxide powder is supplied into the high-temperature gas atmosphere in the crucible substrate and scattered toward the inner wall surface. It consists of a process of forming a transparent quartz glass layer by fusing, from the upper end of the manufactured quartz glass crucible, below the molten metal surface of the silicon melt when the quartz glass crucible is filled and melted The surface roughness of the inner surface of the quartz glass crucible is adjusted by sublimating the inner surface portion to the position with a heating means, and the surface tension value of the quartz glass crucible is set within a predetermined range. And An example of the heating means is an oxyhydrogen burner. By this sublimation, the surface roughness of the inner surface of the quartz glass crucible can be adjusted by skipping SiO2 and leaving the alumina portion.
[0021]
The inner surface portion from the upper end of the quartz glass crucible to the position located below the melt surface of the silicon melt when the quartz glass crucible is filled and melted varies depending on the amount of silicon melt. For example, it is sufficient to make it 70% of the total height from the upper end of the quartz glass crucible, preferably 50%. If the surface roughness of the inner surface portion of the quartz glass crucible is too wide, there is a disadvantage that the surface deterioration accompanying the pulling operation of the silicon single crystal easily proceeds.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, one embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, it is needless to say that these descriptions are given by way of example and should not be construed as limiting.
[0023]
FIG. 1 is an explanatory sectional view showing an apparatus used for carrying out the method of the present invention and a method for producing a quartz glass crucible using the apparatus. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal obtained by the method of the present invention.
[0024]
In FIG. 1, the rotary mold 1 includes a rotary shaft 2. A cavity 1a is formed in the mold 1, and a base 3 of a translucent quartz glass made of silicon dioxide powder, for example, natural quartz powder, that is, a quartz glass crucible constituting an outer layer is disposed in the mold cavity 1a.
[0025]
The base 3 is charged with silicon dioxide powder into a rotating mold 1 and formed along the inner wall of the mold 1 to form a required crucible-shaped preform, and this preform is heated from the inner surface. It is manufactured by melting silicon dioxide powder and then cooling it.
[0026]
For heating from the inner surface, an arc discharge device 5 having

carbon electrodes

51 and 52 connected to a power source 10 as shown in FIG. 1 can be used. A plasma discharge device may be used instead of the arc discharge device 5. The production of the substrate 3 is described in detail in Japanese Patent Publication No. 4-22861.
[0027]
The apparatus shown in FIG. 1 includes a quartz powder supply tank that stores synthetic quartz powder 6 above the mold 1 in order to form the inner layer 4. The supply tank 9 is connected to a discharge pipe 93 provided with a weighing feeder 92. A stirring blade 91 is disposed in the supply tank 9. The upper part of the mold is covered with a lid 71 leaving a slit opening 75.
[0028]
After the substrate 3 is formed or during the formation of the substrate 3, the weighing feeder 92 for supplying the synthetic quartz powder 6 is adjusted while heating by the discharge from the

carbon electrodes

51 and 52 of the arc discharge device 5 is continued. Then, the synthetic quartz powder is supplied from the discharge pipe 93 into the base 3. By the operation of the arc discharge device 5, a high temperature gas atmosphere 8 is formed in the base 3. Therefore, the synthetic quartz powder is supplied into the high-temperature gas atmosphere 8.
[0029]
The high-temperature gas atmosphere refers to an atmosphere formed around the arc discharge using the

carbon electrodes

51 and 52, and has a temperature sufficient to melt the quartz glass, that is, a high temperature of 2000 to several hundred degrees.
[0030]
The synthetic quartz powder supplied in the high temperature gas atmosphere 8 is melted at least partly by the heat in the high temperature gas atmosphere 8 and is simultaneously scattered toward the inner wall surface of the substrate 3, so that the synthetic quartz powder is applied to the inner wall surface of the substrate 3. A substantially bubble-free quartz glass layer, that is, the inner layer 4 is formed on the inner surface of the substrate 3 by being integrally fused with the substrate 3. The method for forming the inner layer 4 is described in detail in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 4-22861.
[0031]
FIG. 2 shows a cross section of a quartz glass crucible obtained by this method. The quartz glass crucible according to the present invention comprises an outer layer formed by heating and melting a silicon dioxide powder, for example, natural quartz powder, that is, a base 3 and a synthetic quartz powder released into a high-temperature gas atmosphere to be melted and scattered. 3 and the inner layer 4 formed by adhering to the inner wall surface.
[0032]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples, and various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention. Of course.
[0033]
(Example 1) In a melting area having an absolute humidity of 25 g / m 3 or more, a mold having a specific surface area of 10 m 2/100 g and a natural quartz glass powder having a particle size of 50 to 500 microns rotating at 100 rpm with an inner diameter of 730 mm It is deposited in a uniform thickness of 30 mm and heated and melted from the inside by arc discharge. At the same time, synthetic quartz glass powder having an OH concentration of 100 ppm is supplied from above at a rate of 100 g / min, and it is transparent without bubbles. A glass layer is formed with a thickness of 1 to 3 mm over the entire inner surface area. The fused quartz glass crucible after melting was taken out of the mold and the condition of the inner surface was measured for the measurement items shown in Tables 1 and 2, and the results are shown in Tables 1 and 2.
[0034]
[Table 1]

[0035]
[Table 2]

[0036]
In Table 2, AAS is atomic absorption spectrometry (IC), ICP-AES is inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), and ICP-MS mass is inductive coupled plasma spectroscopy (ICP-MS). (Coupled Plasma Mass Spectrometer) is designated.
[0037]
The quartz glass crucible was filled with polysilicon and melted, and the silicon single crystal was pulled up. During the seeding of the silicon melt and the pulling of the silicon single crystal, vibration of the silicon melt was not confirmed (Table 3), and the pulling was completed stably.
[0038]
(Example 2) A quartz glass crucible was prepared in the same procedure as in Example 1 using a synthetic quartz glass raw material having an OH concentration of 5 ppm used to form a crucible inner surface transparent layer. Next, the inner surface of the quartz glass crucible from the upper end to 70% was washed with a 20% HF solution for 60 minutes. The properties of this quartz glass crucible were as shown in Table 3. Further, the silicon single crystal was pulled up with this quartz glass crucible in the same manner as in Example 1, but there was no molten metal surface vibration (Table 3).
[0039]
(Example 3) Quartz glass in the same manner as in Example 1 using a synthetic quartz glass raw material used when forming a crucible inner transparent layer having a OH concentration of 5 ppm and a total metal impurity concentration of 20 ppm. Created a crucible. Next, the inner surface of the portion of the quartz glass crucible from the upper end to 70% of the height was roughly cut by grinding with a diamond grindstone. The properties of this quartz glass crucible were as shown in Table 3. With this quartz glass crucible, the silicon single crystal was pulled up in the same manner as in Example 1, but there was no molten metal surface vibration (Table 3).
[0040]
(Example 4) A quartz glass crucible was prepared in the same manner as in Example 1 by using a natural quartz glass raw material having an OH concentration of 5 ppm used for forming a crucible inner transparent layer. Next, the inner surface of the portion from the upper end of the height of the quartz glass crucible to 70% was sublimated with an oxyhydrogen burner. The properties of this quartz glass crucible were as shown in Table 3. Using this quartz glass crucible, the silicon single crystal was pulled up in the same manner as in Example 1. During the seeding of the silicon melt and the pulling of the single crystal, the vibration of the silicon melt was not confirmed, and the pulling was finished stably (Table 3).
[0041]
(Example 5) As the quartz raw material powder used when forming the crucible inner surface transparent layer, Example 1 is used except that natural quartz glass powder having an OH concentration of 5 ppm and a total metal impurity concentration of 20 ppm is used. Similarly, a quartz glass crucible was prepared. The properties of this quartz glass crucible were as shown in Table 3. Using this quartz glass crucible, the silicon single crystal was pulled up in the same manner as in Example 1. During the seeding of the silicon melt and the pulling of the single crystal, the vibration of the silicon melt was not confirmed, and the pulling was finished stably (Table 3).
[0042]
(Example 6) A quartz glass crucible was prepared in the same procedure as in Example 1, and the entire inner surface of the quartz glass crucible was washed with a 20% HF solution for 60 minutes. The properties of this quartz glass crucible were as shown in Table 3. Further, the silicon single crystal was pulled up with this quartz glass crucible in the same manner as in Example 1, but there was no molten metal surface vibration (Table 3).
[0043]
(Comparative Example 1) A quartz glass crucible was prepared in the same manner as in Example 1 by using a synthetic quartz glass raw material used in forming a crucible inner surface transparent layer having an OH concentration of 5 ppm. The properties of this quartz glass crucible were as shown in Table 3. Using this quartz glass crucible, the silicon single crystal was pulled up in the same manner as in Example 1. During the seeding of the silicon melt and the pulling of the single crystal, the vibration of the silicon melt was strongly confirmed, and the pulling was stopped halfway (Table 3).
[0044]
[Table 3]

[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by creating wettability on the inner surface of the quartz glass crucible, the surface vibration of the silicon melt liquid surface is suppressed when the silicon single crystal is pulled up using the quartz glass crucible. The effect that it can be achieved is achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory view showing an apparatus used for carrying out the method of the present invention and a method for producing a quartz glass crucible using the apparatus.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal obtained by the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: mold, 1a: cavity, 2: rotating shaft, 3: substrate, 4: inner layer, 5: arc discharge device, 6: synthetic quartz powder, 8: high-temperature gas atmosphere, 9: supply tank, 10: power supply, 51, 52: carbon electrode, 71: lid, 75: slit opening, 91: stirring blade, 92: metering feeder, 93: discharge pipe.

Claims

A quartz glass crucible for pulling up a silicon single crystal comprising a crucible base of a semi-transparent quartz glass layer and a transparent quartz glass layer formed on the inner wall surface of the crucible base, the depth direction 1 of the inner surface of the quartz glass crucible A large-diameter quartz glass crucible for pulling a silicon single crystal, wherein the surface tension of the inner surface of the quartz glass crucible is adjusted to 50 mN / m or less by adjusting the metal impurity concentration within 0.0 mm to 1 ppm to 20 ppm .

2. A large-diameter quartz glass crucible for pulling up a silicon single crystal according to claim 1, wherein an average OH concentration of the inner surface of the quartz glass crucible in the depth direction of 1.0 mm is adjusted to 100 ppm to 200 ppm. Large diameter quartz glass crucible for pulling silicon single crystals.