JP7024700B2 - Quartz glass crucible - Google Patents

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Description

本発明は、石英ガラスルツボに関し、特に、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用いられる石英ガラスルツボに関する。 The present invention relates to a quartz glass crucible, and more particularly to a quartz glass crucible used for pulling a silicon single crystal by the Czochralski method (CZ method).

CZ法によるシリコン単結晶の製造には石英ガラスルツボ(シリカガラスルツボ)が用いられる。CZ法では、石英ガラスルツボ内で多結晶シリコン原料を加熱してシリコン融液を生成し、シリコン融液に種結晶を浸漬し、ルツボを回転させながら種結晶を徐々に引き上げることにより、種結晶よりも大きな単結晶を成長させる。CZ法によれば、大口径の単結晶を育成することができ、シリコン単結晶の量産性を向上させることができる。 A quartz glass crucible (silica glass crucible) is used for producing a silicon single crystal by the CZ method. In the CZ method, a polycrystalline silicon raw material is heated in a quartz glass rutsubo to generate a silicon melt, the seed crystal is immersed in the silicon melt, and the seed crystal is gradually pulled up while rotating the rutsubo. Grow larger single crystals. According to the CZ method, a single crystal having a large diameter can be grown, and the mass productivity of the silicon single crystal can be improved.

石英ガラスルツボに関し、例えば特許文献1には、合成石英ガラス内面層の最大層厚がコーナー部の最大肉厚の20~80%であり、これにより直胴部及び底部の内面層がコーナー部の内面層よりも薄く形成され、コーナー部の合成石英ガラス内面層が最も厚い石英ガラスルツボが記載されている。 Regarding the quartz glass rutsubo, for example, in Patent Document 1, the maximum layer thickness of the synthetic quartz glass inner surface layer is 20 to 80% of the maximum wall thickness of the corner portion, whereby the inner surface layer of the straight body portion and the bottom portion is the corner portion. A quartz glass rut that is formed thinner than the inner layer and has the thickest synthetic quartz glass inner layer at the corners is described.

特許文献2には、シリコン融液内の熱対流を抑制し、融液表面の振動が発生しないようにするために、天然石英ガラスからなり気泡を多数含む半透明の外層と、合成石英ガラスからなり実質的に無気泡の透明な内層との間に、合成石英ガラスからなり気泡を多数含む半透明の中間層を設けて三層構造とした石英ガラスルツボが記載されている。 Patent Document 2 describes a translucent outer layer made of natural quartz glass containing a large number of bubbles and synthetic quartz glass in order to suppress heat convection in the silicon melt and prevent vibration on the surface of the melt. A quartz glass rutsubo having a three-layer structure is described in which a semi-transparent intermediate layer made of synthetic quartz glass and containing a large number of bubbles is provided between the transparent inner layer which is substantially bubble-free.

特許文献3には、コーナー部における不透明層の厚さが、不透明層及び透明層の合計厚さの25%以上80%以下であり、ストレート部及び底部における不透明層の厚さが、不透明層及び透明層の合計厚さの10%以上25%未満であり、かつ、コーナー部における不透明層の厚さがストレート部及び底部よりも大きい石英ガラスルツボが記載されている。 In Patent Document 3, the thickness of the opaque layer at the corner portion is 25% or more and 80% or less of the total thickness of the opaque layer and the transparent layer, and the thickness of the opaque layer at the straight portion and the bottom portion is the opaque layer and the opaque layer. A quartz glass crucible is described in which the total thickness of the transparent layer is 10% or more and less than 25%, and the thickness of the opaque layer at the corner portion is larger than that of the straight portion and the bottom portion.

特許文献4には、ルツボの壁体の内面側が透明層からなり、壁体の外面側が不透明層からなり、ルツボの湾曲部における透明層の厚さが他の部分の透明層よりも0.5mm以上厚く、反対に湾曲部における不透明層の厚さが他の部分の不透明層よりも0.5mm以上薄いシリコン単結晶引上げ用石英ルツボが記載されている。 In Patent Document 4, the inner surface side of the crucible wall is made of a transparent layer, the outer surface side of the wall is made of an opaque layer, and the thickness of the transparent layer at the curved portion of the crucible is 0.5 mm as compared with the transparent layer of other portions. Described is a quartz crucible for pulling a silicon single crystal, which is thicker than the above, and on the contrary, the thickness of the opaque layer in the curved portion is 0.5 mm or more thinner than that of the opaque layer in the other portion.

特許文献5には、ルツボ内面側から、合成無気泡層、天然無気泡層、天然気泡層、未溶融粒子層が順に形成された石英ガラスルツボが記載されている。また石英ルツボの製造方法において、ルツボ溶融プロセスの第1段階でルツボの内面に形成される皮膜層を昇華により除去することが記載されている。 Patent Document 5 describes a quartz glass crucible in which a synthetic bubble-free layer, a natural bubble-free layer, a natural bubble layer, and an unmelted particle layer are formed in this order from the inner surface side of the crucible. Further, in the method for producing a quartz crucible, it is described that the film layer formed on the inner surface of the crucible is removed by sublimation in the first stage of the crucible melting process.

特許第5252157号公報Japanese Patent No. 5252157 特開2001-348294号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-348294 特開2016-193809号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-193809 特開平8-301693号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-301693 特開2010-143818号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-143818

近年、シリコン単結晶の大口径化及び結晶引き上げ工程の長時間化に伴い、石英ガラスルツボは長時間の使用に耐える必要がある。また引き上げ炉内部品の断熱性能が高くなることでルツボの熱負荷が高くなっている。 In recent years, with the increase in diameter of silicon single crystals and the lengthening of the crystal pulling process, quartz glass crucibles need to withstand long-term use. In addition, the heat load of the crucible is high due to the high heat insulation performance of the parts inside the raising furnace.

しかし、従来の石英ガラスルツボはシリコン単結晶引き上げ時の1400℃以上の熱環境下でその形状を維持できず、座屈や内倒れなどのルツボの変形が生じ、これによりシリコン融液の液面レベルの変動やルツボの破損、炉内部品との接触などが問題になる。また、ルツボの内面のうちシリコン融液と接触した部位にはクリストバライトが析出し、その外周が茶色い析出物(ブラウンリング)となる。このブラウンリングが剥離して育成中のシリコン単結晶に取り込まれた場合には有転位化の要因となる。特に、ルツボの変形によりブラウンリングの剥離が促進され、転位が発生しやすくなるため、ルツボの変形をできるだけ防止することが求められている。 However, the conventional quartz glass crucible cannot maintain its shape in a thermal environment of 1400 ° C or higher when the silicon single crystal is pulled up, causing deformation of the crucible such as buckling and inward tilting, which causes the liquid level of the silicon melt. Problems such as level fluctuations, crucible damage, and contact with internal parts of the furnace become problems. In addition, cristobalite is deposited on the inner surface of the crucible in contact with the silicon melt, and the outer periphery thereof becomes a brown precipitate (brown ring). When this brown ring is peeled off and incorporated into a growing silicon single crystal, it causes dislocation. In particular, the deformation of the crucible promotes the peeling of the brown ring and dislocations are likely to occur. Therefore, it is required to prevent the deformation of the crucible as much as possible.

また単結晶引き上げ工程中にシリコン融液と接触するルツボの内面は徐々に溶損するため、CZ法で育成されるシリコン単結晶にはルツボから供給される多量の酸素が含まれている。一方、半導体デバイスの品質向上のため、最近はシリコン単結晶中の酸素濃度(特に引き上げ軸方向の酸素濃度)を均一にすることが求められており、そのような要求を満たすことができる石英ガラスルツボが望まれている。またルツボとシリコン融液との反応により融液面が振動することがあり、湯面振動が起きると種結晶を着液させることができず、着液できたとしても結晶直径が安定せず、単結晶中に転位が発生する確率が高くなる。 Further, since the inner surface of the crucible that comes into contact with the silicon melt is gradually melted during the single crystal pulling step, the silicon single crystal grown by the CZ method contains a large amount of oxygen supplied from the crucible. On the other hand, in order to improve the quality of semiconductor devices, it has recently been required to make the oxygen concentration in a silicon single crystal (particularly the oxygen concentration in the pulling axis direction) uniform, and quartz glass that can meet such a requirement. A crucible is desired. In addition, the melt surface may vibrate due to the reaction between the rutsubo and the silicon melt, and if the molten metal surface vibration occurs, the seed crystal cannot be landed, and even if the liquid can be landed, the crystal diameter is not stable. The probability of dislocations occurring in a single crystal is high.

したがって、本発明の目的は、変形しにくく、転位発生率を低くすることが可能な石英ガラスルツボを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a quartz glass crucible that is not easily deformed and can reduce the dislocation generation rate.

上記課題を解決するため、本発明によるシリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボは、気泡を含有する合成石英溶融ガラスからなり、前記石英ガラスルツボの内面を構成するシール層と、気泡を含有しない合成石英溶融ガラスからなり、前記シール層の外側に形成された合成透明層と、気泡を含有しない天然石英溶融ガラスからなり、前記合成透明層の外側に形成された天然透明層と、多数の気泡を含有する天然石英溶融ガラスからなり、前記天然透明層の外側に形成された天然気泡層とを備え、前記シール層の気泡含有率は、前記合成透明層の気泡含有率よりも高いことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the quartz glass rut for pulling a silicon single crystal according to the present invention is made of synthetic quartz molten glass containing bubbles, and has a seal layer constituting the inner surface of the quartz glass rut and synthetic quartz not containing bubbles. It is composed of a synthetic transparent layer made of molten glass and formed on the outside of the sealing layer, and a natural quartz molten glass containing no bubbles, and contains a natural transparent layer formed on the outside of the synthetic transparent layer and a large number of bubbles. It is made of natural quartz molten glass and has a natural bubble layer formed on the outside of the natural transparent layer, and the bubble content of the seal layer is higher than the bubble content of the synthetic transparent layer. ..

アーク溶融を行ったルツボの最表面にはブラウンリングが発生しやすく、結晶引き上げ中はブラウンリングの成長と融解が同時に起きており、ブラウンリングが剥離すると単結晶中に転位が発生する確率が高くなる。しかし、本発明による石英ガラスルツボは、ルツボ内面にシール層が形成されており、シール層中に気泡があることでシール層の溶損が進みやすいので、融液の湯面振動と共にブラウンリングの成長を抑制することができ、これにより転位発生率を低減することができる。
Brown rings are likely to occur on the outermost surface of the crucible that has undergone arc melting, and the growth and melting of the brown rings occur at the same time during crystal pulling, and when the brown rings are peeled off, there is a high probability that dislocations will occur in the single crystal. Become. However, in the quartz glass crucible according to the present invention, the sealing layer is formed on the inner surface of the crucible, and the sealing layer is easily melted due to the presence of air bubbles in the sealing layer. Growth can be suppressed, thereby reducing the rate of dislocation occurrence.

本発明において、前記シール層の厚さは0.1mm以上2.0mm以下であることが好ましい。シール層の厚さが上記範囲内であれば、結晶引き上げ工程の初期において融液の湯面振動及びブラウンリングの成長を抑制することができる。また単結晶の直胴部育成工程を開始する前にシール層が溶けて消滅するので、シール層を原因とする単結晶の有転位化を防止することができる。 In the present invention, the thickness of the seal layer is preferably 0.1 mm or more and 2.0 mm or less. When the thickness of the seal layer is within the above range, it is possible to suppress the vibration of the molten metal surface and the growth of the brown ring at the initial stage of the crystal pulling step. Further, since the seal layer is melted and disappears before the process of growing the straight body portion of the single crystal is started, it is possible to prevent the single crystal from being dislocated due to the seal layer.

本発明において、前記シール層の気泡含有率は0.1vol%以上5.0vol%以下であることが好ましく、0.1vol%以上3.0vol%以下であることがさらに好ましい。この場合において、前記シール層の気泡数密度は15個/cm以上300個/cm以下であり、前記シール層の平均気泡径は0.2μm以上100μm以下であることがさらに好ましい。シール層の気泡含有率、気泡数密度及び平均気泡径が上記範囲内であれば、ルツボの内面が結晶化(クリストバライトが析出)して剥離することによる単結晶の有転位化を防止しながら湯面振動を抑制することができる。 In the present invention, the bubble content of the seal layer is preferably 0.1 vol% or more and 5.0 vol% or less, and more preferably 0.1 vol% or more and 3.0 vol% or less. In this case, it is more preferable that the bubble number density of the seal layer is 15 cells / cm 3 or more and 300 cells / cm 3 or less, and the average bubble diameter of the seal layer is 0.2 μm or more and 100 μm or less. If the bubble content, bubble number density and average bubble diameter of the seal layer are within the above ranges, hot water is prevented from dislocating the single crystal due to the inner surface of the rutsubo crystallizing (precipitation of Cristovalite) and peeling. Surface vibration can be suppressed.

前記シール層の気泡含有率は前記天然気泡層の気泡含有率よりも低いことが好ましい。これにより、ピンホールの発生を抑制することができる。またシール層の赤外線透過率が大きく低下してルツボの内面の温度が過度に低下することを防止することができる。なお、ピンホールとは、シリコン融液中のガスなどがシリコン単結晶中に取り込まれることによって生じる結晶中の微小な空洞のことであり、デバイス不良を引き起こす原因となるものを言う。 The bubble content of the seal layer is preferably lower than the bubble content of the natural bubble layer. This makes it possible to suppress the occurrence of pinholes. Further, it is possible to prevent the infrared transmittance of the seal layer from being greatly reduced and the temperature of the inner surface of the crucible from being excessively lowered. The pinhole is a minute cavity in the crystal formed by the gas or the like in the silicon melt being taken into the silicon single crystal, and is a cause of device failure.

本発明による石英ガラスルツボは、多数の気泡を含有する天然石英溶融ガラスからなり、前記天然気泡層の外側に形成された結晶硬化層をさらに備え、前記結晶硬化層に含まれるアルカリ金属、アルカリ土類金属又は土類金属の元素の濃度は、前記天然気泡層よりも高いことが好ましい。この場合、結晶硬化層に含まれるアルカリ金属、アルカリ土類金属又は土類金属の元素の濃度は、天然気泡層よりも10ppm以上高いことが好ましく、20ppm以上高いことが特に好ましい。この構成によれば、ルツボの外面の結晶化を促進させてルツボの強度を向上させることができ、ルツボの変形に伴う単結晶の有転位化を抑制することができる。またルツボの外面の結晶化により赤外線透過率を小さくしてルツボの内面の高温化を抑制することができ、ルツボの溶損による酸素の供給を抑えることができる。 The quartz glass rutsubo according to the present invention is made of natural quartz molten glass containing a large number of bubbles, further includes a hardened crystal layer formed on the outside of the hardened natural cell layer, and contains an alkali metal and alkaline soil contained in the hardened crystal layer. It is preferable that the concentration of the element of the class metal or the earth metal is higher than that of the natural bubble layer. In this case, the concentration of the alkali metal, alkaline earth metal or earth metal element contained in the crystal hardening layer is preferably 10 ppm or more higher than that of the natural bubble layer, and particularly preferably 20 ppm or more. According to this configuration, crystallization of the outer surface of the crucible can be promoted to improve the strength of the crucible, and dislocation of a single crystal due to deformation of the crucible can be suppressed. In addition, the infrared transmittance can be reduced by crystallization of the outer surface of the crucible to suppress the temperature rise of the inner surface of the crucible, and the supply of oxygen due to the melting damage of the crucible can be suppressed.

本発明による石英ガラスルツボは、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、前記側壁部と前記底部との間に位置し前記底部よりも大きな曲率を有するコーナー部とを有し、前記コーナー部の肉厚は、前記側壁部及び前記底部の肉厚よりも厚く、前記コーナー部における前記合成透明層の厚さは、前記側壁部及び前記底部における前記合成透明層の厚さよりも厚いことが好ましい。特に、コーナー部の最大肉厚は、側壁部の平均肉厚の1.1倍以上が好ましく、1.5倍以上であることさらに好ましい。コーナー部1cの肉厚を他の部位よりも十分に厚くすることによってルツボ全体の強度を向上させ、ルツボの座屈、沈み込み等の変形を抑制することができる。またルツボの内面はコーナー部の温度が最も高くなり、またシリコン融液との接触時間も長いので、他の部位よりも溶損量が多くなる。しかし、コーナー部の肉厚を厚くし、さらにコーナー部における合成透明層の厚さを十分に厚くすることで、天然気泡層の露出を防止することができ、単結晶の不純物汚染と有転位化を防止することができる。さらに、合成透明層が厚ければ天然層内の不純物がルツボの内面まで拡散する距離を十分に保つことができる。したがって、天然層内の不純物がルツボの内面まで拡散することによるクリストバライトの剥離やシリコン単結晶の汚染を防止することができる。 The quartz glass rutsubo according to the present invention has a cylindrical side wall portion, a curved bottom portion, and a corner portion located between the side wall portion and the bottom portion and having a curvature larger than that of the bottom portion. The wall thickness of the wall is thicker than the wall thickness of the side wall portion and the bottom portion, and the thickness of the synthetic transparent layer at the corner portion is preferably thicker than the thickness of the synthetic transparent layer at the side wall portion and the bottom portion. .. In particular, the maximum wall thickness of the corner portion is preferably 1.1 times or more, more preferably 1.5 times or more the average wall thickness of the side wall portion. By making the wall thickness of the corner portion 1c sufficiently thicker than that of other portions, the strength of the entire crucible can be improved, and deformation such as buckling and sinking of the crucible can be suppressed. Further, since the temperature of the corner portion of the inner surface of the crucible is the highest and the contact time with the silicon melt is long, the amount of melting loss is larger than that of other portions. However, by increasing the wall thickness of the corners and sufficiently increasing the thickness of the synthetic transparent layer at the corners, it is possible to prevent the natural bubble layer from being exposed, and the single crystal is contaminated with impurities and dislocated. Can be prevented. Furthermore, if the synthetic transparent layer is thick, the distance at which impurities in the natural layer diffuse to the inner surface of the crucible can be sufficiently maintained. Therefore, it is possible to prevent the exfoliation of cristobalite and the contamination of the silicon single crystal due to the diffusion of impurities in the natural layer to the inner surface of the crucible.

本発明によれば、変形しにくく、単結晶の転位発生率を低くすることが可能な石英ガラスルツボを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a quartz glass crucible that is not easily deformed and can reduce the dislocation generation rate of a single crystal.

図1は、本発明の実施の形態による石英ガラスルツボの構造を示す略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a quartz glass crucible according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の石英ガラスルツボの側壁部の一部(E部)を拡大して示す略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a part (E portion) of the side wall portion of the quartz glass crucible of FIG. 1 in an enlarged manner. 図3は、石英ガラスルツボの製造方法を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method for manufacturing a quartz glass crucible. 図4(a)~(d)は、石英ガラス層の形成過程を説明するための図である。4 (a) to 4 (d) are diagrams for explaining the formation process of the quartz glass layer.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施の形態による石英ガラスルツボの構造を示す略断面図である。また、図2は、図1の石英ガラスルツボの側壁部の一部(E部)を拡大して示す略断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a quartz glass crucible according to an embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a part (E portion) of the side wall portion of the quartz glass crucible of FIG. 1 in an enlarged manner.

図1に示すように、石英ガラスルツボ1は、シリコン融液を支持するための有底円筒状の容器であり、円筒状の側壁部1aと、緩やかに湾曲した底部1bと、側壁部1aと底部1bとの間に位置し底部1bよりも大きな曲率を有するコーナー部1cとを有している。 As shown in FIG. 1, the quartz glass crucible 1 is a bottomed cylindrical container for supporting a silicon melt, and has a cylindrical side wall portion 1a, a gently curved bottom portion 1b, and a side wall portion 1a. It has a corner portion 1c located between the bottom portion 1b and having a curvature larger than that of the bottom portion 1b.

本発明は14インチ(約350mm)の小径のルツボを含めたあらゆる口径のルツボに適用可能であるが、24インチ(600mm)以上であることが好ましく、32インチ(約800mm)以上であることがさらに好ましい。このような大口径のルツボは直径300mm以上の大型のシリコン単結晶インゴットの引き上げに用いられ、長時間使用しても変形しにくいことが求められるからである。近年、シリコン単結晶の大型化に伴うルツボの大型化、引き上げ工程の長時間化に伴い、ルツボの熱環境が厳しくなっており、大型ルツボにおいて耐久性の向上は重要な課題である。 The present invention is applicable to crucibles of all calibers including crucibles having a small diameter of 14 inches (about 350 mm), but is preferably 24 inches (600 mm) or more, and preferably 32 inches (about 800 mm) or more. More preferred. This is because such a large-diameter crucible is used for pulling up a large silicon single crystal ingot having a diameter of 300 mm or more, and it is required that it is not easily deformed even if it is used for a long time. In recent years, the thermal environment of crucibles has become harsher due to the increase in size of crucibles due to the increase in size of silicon single crystals and the lengthening of the pulling process, and improving the durability of large crucibles is an important issue.

ルツボの肉厚はその部位によって多少異なるが、14インチ以上のルツボの側壁部の肉厚は6mm以上、24インチ以上のルツボの側壁部1aの肉厚は7mm以上、32インチ以上の大型ルツボの側壁部1aの肉厚は10mm以上、40インチ(約1000mm)以上の大型ルツボの側壁部1aの肉厚は13mm以上であることが好ましい。大容量のルツボには多量のシリコン融液からの圧力によって変形することがない十分な厚さが必要だからである。ルツボの側壁部1aの肉厚は概ね一定であるが、下端部よりも上端部のほうが少し薄くなる傾向がある。 The wall thickness of the crucible varies slightly depending on the part, but the wall thickness of the side wall of the crucible of 14 inches or more is 6 mm or more, the wall thickness of the side wall 1a of the crucible of 24 inches or more is 7 mm or more, and the wall thickness of the large crucible of 32 inches or more. The wall thickness of the side wall portion 1a is preferably 10 mm or more, and the wall thickness of the side wall portion 1a of a large crucible of 40 inches (about 1000 mm) or more is preferably 13 mm or more. This is because a large-capacity crucible needs to have a sufficient thickness so that it will not be deformed by the pressure from a large amount of silicon melt. The wall thickness of the side wall portion 1a of the crucible is generally constant, but the upper end portion tends to be slightly thinner than the lower end portion.

石英ガラスルツボ1のコーナー部1cの厚さは、側壁部1aや底部1bよりも厚いことが好ましい。特に、コーナー部1cの最大肉厚は、側壁部1aの平均肉厚の1.1倍であることが好ましく、1.5倍以上であることがさらに好ましい。 The thickness of the corner portion 1c of the quartz glass crucible 1 is preferably thicker than that of the side wall portion 1a and the bottom portion 1b. In particular, the maximum wall thickness of the corner portion 1c is preferably 1.1 times, more preferably 1.5 times or more the average wall thickness of the side wall portion 1a.

石英ガラスルツボ1は結晶引き上げ中に加熱されて軟化し、シリコン融液からの圧力とルツボの自重により変形しやすい状態となっている。特に、シリコン融液の液面よりも下方の部位の軟化の程度が大きく、コーナー部の内面の膨らみ(スウェリング)が発生しやすい。ルツボが変形するとルツボ内面に形成されたブラウンリングが剥離してシリコン単結晶の有転位化の原因となる。またルツボの内面はコーナー部の温度が最も高くなり、またシリコン融液との接触時間も長いので、他の部位よりも溶損量が多くなるため、単結晶中の酸素濃度を増加させる原因となる。 The quartz glass crucible 1 is heated and softened during crystal pulling, and is easily deformed by the pressure from the silicon melt and the weight of the crucible. In particular, the degree of softening of the portion below the liquid surface of the silicone melt is large, and swelling (swelling) of the inner surface of the corner portion is likely to occur. When the crucible is deformed, the brown ring formed on the inner surface of the crucible is peeled off, which causes dislocation of the silicon single crystal. In addition, the temperature of the corners of the inner surface of the crucible is the highest, and the contact time with the silicon melt is long, so the amount of dissolution is larger than in other parts, which causes an increase in the oxygen concentration in the single crystal. Become.

しかし、コーナー部1cの肉厚を他の部位よりも厚くすることによってルツボ全体の強度を向上させることができ、ルツボの座屈、沈み込み等の変形を抑制することができ、特にコーナー部の内面のスウェリングを抑制することができる。さらに、ルツボのコーナー部1cの肉厚が厚いことでルツボの内表面の温度が比較的低温になるため、ルツボの溶損を抑えることができる。 However, by making the wall thickness of the corner portion 1c thicker than that of other portions, the strength of the entire crucible can be improved, and deformation such as buckling and sinking of the crucible can be suppressed, especially in the corner portion. The inner surface buckling can be suppressed. Further, since the temperature of the inner surface of the crucible is relatively low due to the thick wall thickness of the corner portion 1c of the crucible, it is possible to suppress the melting damage of the crucible.

図2に示すように、本実施形態による石英ガラスルツボ1は5層構造であって、ルツボの内側から、シール層11、合成透明層12、天然透明層13、天然気泡層14、結晶硬化層15が順に設けられた構造を有している。 As shown in FIG. 2, the quartz glass crucible 1 according to the present embodiment has a five-layer structure, and from the inside of the crucible, a seal layer 11, a synthetic transparent layer 12, a natural transparent layer 13, a natural bubble layer 14, and a crystal hardening layer. 15 has a structure provided in order.

シール層11は、気泡を含有する合成石英溶融ガラス層であり、シリコン単結晶の引き上げ工程の初期(着液工程~ネック工程)において、ルツボ内面に発生するブラウンリングの成長を抑制すると共に、シリコン融液の湯面振動を防止する役割を果たすものである。アーク溶融を行ったルツボの最表面にはブラウンリングが発生しやすく、ブラウンリングが剥離すると単結晶中に転位が発生する確率が高くなる。また種結晶の着液工程で湯面振動が起きると種結晶を融液に馴染ませることができない。また結晶直径を細く絞るネック工程で湯面振動が起きると結晶直径が安定せず、単結晶中に転位が発生するおそれもある。さらに湯面振動が起きると振動にてルツボ表面に発生したブラウンリングやルツボ表面の石英片が剥離しやすくなる。しかし、ルツボの内面にシール層11を設けた場合には、シリコン融液の湯面振動を抑制しながらルツボの内面の溶損を促進させることができ、ルツボの内面のブラウンリングが大きく成長する前にシール層11と共にブラウンリングを消滅させることができる。 The seal layer 11 is a synthetic quartz molten glass layer containing bubbles, and suppresses the growth of brown rings generated on the inner surface of the crucible at the initial stage of the silicon single crystal pulling process (liquid landing process to neck process) and silicon. It plays a role in preventing the molten metal from vibrating the surface of the molten metal. Brown rings are likely to occur on the outermost surface of the crucible that has undergone arc melting, and when the brown rings are peeled off, the probability of dislocations occurring in the single crystal increases. Further, if the molten metal surface vibration occurs in the liquid landing process of the seed crystal, the seed crystal cannot be blended with the melt. Further, if the molten metal surface vibration occurs in the neck process of narrowing the crystal diameter, the crystal diameter is not stable and dislocations may occur in the single crystal. Further, when the molten metal surface vibration occurs, the brown ring generated on the surface of the crucible and the quartz piece on the surface of the crucible are easily peeled off by the vibration. However, when the seal layer 11 is provided on the inner surface of the crucible, it is possible to promote the melting damage of the inner surface of the crucible while suppressing the vibration of the molten metal surface of the silicon melt, and the brown ring on the inner surface of the crucible grows significantly. The brown ring can be extinguished with the seal layer 11 before.

合成石英溶融ガラス層とは、合成石英原料(合成シリカ原料)を用いて形成された石英ガラス層のことを言う。合成石英は、例えばケイ素アルコキシドの加水分解により合成されたシリカ原料である。一般に合成石英は天然石英に比べて金属不純物の濃度が低く、OH基の濃度が高い。例えば、合成石英に含まれる各金属不純物の含有量は0.05ppm未満であり、OH基の含有量は30ppm以上である。合成石英か否かは、OH基及び複数の金属不純物の濃度から総合的に判断することができる。このように、合成石英は天然石英と比べて不純物が少ないことから、ルツボからシリコン融液中への不純物の溶出を防止することができる。 The synthetic quartz molten glass layer refers to a quartz glass layer formed by using a synthetic quartz raw material (synthetic silica raw material). Synthetic quartz is, for example, a silica raw material synthesized by hydrolysis of silicon alkoxide. In general, synthetic quartz has a lower concentration of metal impurities and a higher concentration of OH groups than natural quartz. For example, the content of each metal impurity contained in synthetic quartz is less than 0.05 ppm, and the content of OH groups is 30 ppm or more. Whether or not it is synthetic quartz can be comprehensively judged from the concentrations of OH groups and a plurality of metal impurities. As described above, since synthetic quartz has less impurities than natural quartz, it is possible to prevent the elution of impurities from the crucible into the silicon melt.

シール層11はシリコン単結晶の直胴部の引き上げ開始前に溶けて、合成透明層12が露出するように設計されている。直胴部の引き上げ開始時にシール層11が消滅しない場合、ブラウンリングが単結晶中に取り込まれて転位が発生するおそれがあるからである。そのため、シール層11の厚さは0.1~2.0mmであることが好ましい。シール層11が0.1mmよりも小さい場合にはシール層11がすぐに消滅してしまい、シール層11を設けたことによる効果が得られない。またシール層11が2.0mmよりも大きい場合には直胴部の引き上げ開始前にシール層11が消滅しないおそれがある。シール層11は少なくとも側壁部1aにあればよく、これによりルツボ内面の結晶化及びシリコン融液の湯面振動を抑制することができる。 The seal layer 11 is designed so that the synthetic transparent layer 12 is exposed by melting before the start of pulling up the straight body portion of the silicon single crystal. This is because if the seal layer 11 does not disappear at the start of pulling up the straight body portion, the brown ring may be incorporated into the single crystal and dislocation may occur. Therefore, the thickness of the seal layer 11 is preferably 0.1 to 2.0 mm. If the seal layer 11 is smaller than 0.1 mm, the seal layer 11 disappears immediately, and the effect of providing the seal layer 11 cannot be obtained. Further, when the seal layer 11 is larger than 2.0 mm, the seal layer 11 may not disappear before the start of pulling up the straight body portion. The seal layer 11 may be at least on the side wall portion 1a, whereby crystallization of the inner surface of the crucible and vibration of the molten metal surface of the silicon melt can be suppressed.

シール層11の気泡含有率は合成透明層12や天然透明層13よりも高く且つ天然気泡層14よりも低いことが好ましく、特にシール層11の気泡含有率は0.1~5.0vol%であることが好ましく、0.1~3.0vol%であることがさらに好ましい。この場合において、気泡数密度は15~300個/cmであることが好ましい。また、平均気泡径は0.2~100μmであることが好ましく、0.2~50μmであることが好ましい。シール層11内の気泡含有率、気泡数密度及び平均気泡径が上記範囲内である場合には、ルツボの内面の溶損速度を大きくすることができ、シール層11の表面に発生したクリストバライトが成長して剥離する前にシール層11ごとクリストバライトを消滅させて単結晶の有転位化を防止することができる。シール層11の気泡含有率は、側壁部の下部のよりも側壁部の上部のほうが高いことが好ましい。 The bubble content of the seal layer 11 is preferably higher than that of the synthetic transparent layer 12 and the natural transparent layer 13 and lower than that of the natural bubble layer 14, and the bubble content of the seal layer 11 is 0.1 to 5.0 vol%. It is preferably present, and more preferably 0.1 to 3.0 vol%. In this case, the bubble number density is preferably 15 to 300 cells / cm 3 . The average bubble diameter is preferably 0.2 to 100 μm, preferably 0.2 to 50 μm. When the bubble content, the bubble number density and the average cell diameter in the seal layer 11 are within the above ranges, the melting rate of the inner surface of the rutsubo can be increased, and cristobalite generated on the surface of the seal layer 11 is generated. Cristobalite can be extinguished together with the seal layer 11 before it grows and peels off to prevent dislocation of the single crystal. It is preferable that the bubble content of the seal layer 11 is higher in the upper part of the side wall portion than in the lower part of the side wall portion.

シール層11の気泡含有率、気泡数密度及び平均気泡径が上記範囲を超える場合、結晶中にピンホールが発生するおそれがある。すなわち、ルツボの内面の溶融時に多くの気泡がルツボ内のシリコン融液に入り、この気泡が融液対流に乗って固液界面に取り込まれることにより、単結晶中にピンホールが発生する。または、気泡がルツボ内面に付着した後、直胴部引き上げ中にルツボ内面から剥離するなどして単結晶中に取り込まれた場合には、単結晶中にピンホールが発生する。 If the bubble content, bubble number density and average bubble diameter of the seal layer 11 exceed the above ranges, pinholes may occur in the crystal. That is, when the inner surface of the rutsubo is melted, many bubbles enter the silicon melt in the rutsubo, and these bubbles are taken into the solid-liquid interface by the melt convection, so that pinholes are generated in the single crystal. Alternatively, if bubbles adhere to the inner surface of the crucible and then are taken into the single crystal by peeling from the inner surface of the crucible while pulling up the straight body portion, pinholes are generated in the single crystal.

2層目の合成透明層12は、気泡を含有しない合成石英溶融ガラス層であり、シール層11の外側に位置している。合成透明層12は、気泡の影響によるシリコン単結晶の有転位化や単結晶中のピンホールの発生を防止すると共に、シリコン単結晶の不純物汚染を防止するために設けられている。合成透明層12はシール層11が溶けて消滅した後にルツボ壁の内面を構成し、シリコン融液と接する層であるため、シリコン融液の汚染を防止するため高純度であることが要求される。 The second synthetic transparent layer 12 is a synthetic quartz molten glass layer containing no bubbles and is located outside the seal layer 11. The synthetic transparent layer 12 is provided to prevent dislocation of the silicon single crystal due to the influence of bubbles and generation of pinholes in the single crystal, and to prevent impurity contamination of the silicon single crystal. Since the synthetic transparent layer 12 constitutes the inner surface of the crucible wall after the seal layer 11 is melted and disappears and is in contact with the silicon melt, it is required to have high purity in order to prevent contamination of the silicon melt. ..

合成透明層12の厚さは0.1~10mmであることが好ましく、0.5~10mmであることが特に好ましい。単結晶の引き上げ工程中に完全に消失して天然透明層13が露出することがないよう、合成透明層12はルツボの部位ごとに適切な厚さに設定される。例えば、14インチ以上のルツボの合成透明層の厚さは0.5mm程度存在させている。合成透明層12は天然透明層13と共にルツボの側壁部1aから底部1bまでのルツボ全体に設けられていることが好ましい。ただし、シリコン融液と接触しないルツボの上端部(リム部)において透明層の形成を省略することも可能である。 The thickness of the synthetic transparent layer 12 is preferably 0.1 to 10 mm, and particularly preferably 0.5 to 10 mm. The synthetic transparent layer 12 is set to an appropriate thickness for each crucible site so that the natural transparent layer 13 is not completely disappeared during the pulling process of the single crystal and the natural transparent layer 13 is not exposed. For example, the thickness of the synthetic transparent layer of the crucible of 14 inches or more is about 0.5 mm. It is preferable that the synthetic transparent layer 12 is provided on the entire crucible from the side wall portion 1a to the bottom portion 1b of the crucible together with the natural transparent layer 13. However, it is also possible to omit the formation of the transparent layer at the upper end portion (rim portion) of the crucible that does not come into contact with the silicon melt.

合成透明層12が気泡を含有しないとは、一見して透明に見える程度まで気泡が除去されているという意味である。合成透明層12は、気泡が破裂したときのルツボ破片が原因で単結晶歩留まりが低下しない程度の気泡含有率を有していればよく、気泡含有率は0.1vol%未満であり、気泡数密度は15個/cm以下であり、平均気泡径は50μm以下であることが好ましい。 The fact that the synthetic transparent layer 12 does not contain air bubbles means that air bubbles have been removed to the extent that it looks transparent at first glance. The synthetic transparent layer 12 may have a bubble content to such an extent that the single crystal yield does not decrease due to the rubble debris when the bubbles burst, the bubble content is less than 0.1 vol%, and the number of bubbles. The density is preferably 15 cells / cm 3 or less, and the average bubble diameter is preferably 50 μm or less.

3層目の天然透明層13は、気泡を含有しない天然石英溶融ガラス層であり、合成透明層12の外側に位置している。すなわち、2層目の合成透明層12と3層目の天然透明層13は同じ透明層であるが、使用する原料が天然原料である点で合成原料を使用する合成透明層12とは異なっており、これにより天然透明層13に含まれる不純物の濃度は合成透明層12よりも高くなっている。天然透明層13は合成透明層12よりも粘性が高いため、ルツボの外面側に設けられた天然気泡層14の熱膨張がルツボの内面側へ伝搬することを抑制することができる。また合成石英溶融ガラス層と天然石英溶融ガラス層との境界を透明層内に設けることで、熱負荷による合成石英溶融ガラス層の剥離を防止することができる。天然透明層13が気泡を有しないとは、一見して透明に見える程度まで気泡が除去されているという意味であり、天然透明層13は合成透明層12と同等の透明性を有していればよい。 The third natural transparent layer 13 is a natural quartz molten glass layer containing no bubbles and is located outside the synthetic transparent layer 12. That is, the synthetic transparent layer 12 of the second layer and the natural transparent layer 13 of the third layer are the same transparent layer, but are different from the synthetic transparent layer 12 using a synthetic raw material in that the raw material used is a natural raw material. As a result, the concentration of impurities contained in the natural transparent layer 13 is higher than that of the synthetic transparent layer 12. Since the natural transparent layer 13 has a higher viscosity than the synthetic transparent layer 12, it is possible to suppress the thermal expansion of the natural bubble layer 14 provided on the outer surface side of the crucible from propagating to the inner surface side of the crucible. Further, by providing the boundary between the synthetic quartz molten glass layer and the natural quartz molten glass layer in the transparent layer, it is possible to prevent the synthetic quartz molten glass layer from being peeled off due to a heat load. The fact that the natural transparent layer 13 does not have air bubbles means that the air bubbles have been removed to the extent that it looks transparent at first glance, and the natural transparent layer 13 should have the same transparency as the synthetic transparent layer 12. Just do it.

天然石英溶融ガラス層とは、天然石英原料を用いて形成された石英ガラス層のことを言う。天然石英は、天然水晶、ケイ石等の天然質原料である。一般に天然石英は合成石英に比べて金属不純物の濃度が高く、OH基の濃度が低い。例えば、天然石英に含まれるAlの含有量は1ppm以上、アルカリ金属(Na,K及びLi)の含有量はそれぞれ0.05ppm以上、OH基の含有量は80ppm未満である。天然石英か否かは、OH基及び複数の金属不純物の濃度から総合的に判断することができる。天然石英は合成石英に比べて高温における粘性が高いことから、ルツボ全体の耐熱強度を高めることができる。また天然石英は合成石英に比べて安価であり、コスト面でも有利である。 The natural quartz molten glass layer is a quartz glass layer formed by using a natural quartz raw material. Natural quartz is a natural raw material such as natural quartz and silica stone. In general, natural quartz has a higher concentration of metal impurities and a lower concentration of OH groups than synthetic quartz. For example, the content of Al contained in natural quartz is 1 ppm or more, the content of alkali metals (Na, K and Li) is 0.05 ppm or more, and the content of OH groups is less than 80 ppm. Whether or not it is natural quartz can be comprehensively judged from the concentrations of OH groups and a plurality of metal impurities. Since natural quartz has a higher viscosity at high temperatures than synthetic quartz, the heat resistance of the entire crucible can be increased. In addition, natural quartz is cheaper than synthetic quartz and is advantageous in terms of cost.

結晶引き上げの初期段階(ショルダー部育成開始まで)ではブラウンリングもまだ小さく、シール層がルツボ内面を構成していることでルツボ内面の溶解が進みやすいので、ブラウンリングの多くはそのサイズがまだ小さいうちに剥離又は溶解により消滅する。このように、結晶引き上げの中盤においてブラウンリングの数は少なくなるが、ブラウンリングの一部は消滅せずに成長しており、消滅しなかったブラウンリングが直胴部育成中に剥離することで単結晶が有転位化するものと推測される。ブラウンリングの剥離はルツボ内面が変形したときに発生しやすい。しかし、合成透明層12と天然気泡層14との間に天然透明層13が介在することで合成透明層12の内面の変形を抑制することができ、ブラウンリングの剥離を防止することができる。 In the initial stage of crystal pulling (until the start of growing the shoulder part), the brown ring is still small, and since the seal layer constitutes the inner surface of the crucible, the inner surface of the crucible is easily dissolved, so most of the brown rings are still small in size. It disappears by peeling or dissolving. In this way, the number of brown rings decreases in the middle of the crystal pulling, but a part of the brown rings grows without disappearing, and the brown rings that did not disappear peel off during the growth of the straight body. It is presumed that the single crystal undergoes dislocation. Peeling of the brown ring is likely to occur when the inner surface of the crucible is deformed. However, by interposing the natural transparent layer 13 between the synthetic transparent layer 12 and the natural bubble layer 14, deformation of the inner surface of the synthetic transparent layer 12 can be suppressed, and peeling of the brown ring can be prevented.

4層目の天然気泡層14は、多数の気泡を含有する天然石英溶融ガラス層である。天然気泡層14は、ルツボの外側に配置されたヒーターからの輻射熱を分散させてルツボ内のシリコン融液をできるだけ均一に加熱するために設けられている。天然気泡層14は、透明層に比べて熱容量が大きいことから、シリコン融液の温度を安定的に制御することができる。また、ルツボの断熱性を向上させることができ、ルツボの内面の温度が高くなりすぎることによるルツボ内面の垂れ、ブラウンリングの発生・成長、ルツボの溶損による単結晶の酸素濃度の増加を抑えることができる。さらに、ルツボの昇降やヒーターパワーオン、単結晶のショルダー部から直胴部へのプロセス移行などの際にヒーターから受ける熱の急激な変化を緩和してルツボ内面の劣化を抑制し、シリコン単結晶中に取り込まれる酸素の急激な変化を抑制することができる。天然気泡層14はルツボの側壁部1aから底部1bまでのルツボ全体に設けられていることが好ましい。
The fourth natural bubble layer 14 is a natural quartz molten glass layer containing a large number of bubbles. The natural bubble layer 14 is provided to disperse the radiant heat from the heater arranged on the outside of the crucible and heat the silicon melt in the crucible as uniformly as possible. Since the natural cell layer 14 has a larger heat capacity than the transparent layer, the temperature of the silicon melt can be stably controlled. In addition, the heat insulating property of the crucible can be improved, and the sagging of the inner surface of the crucible due to the temperature of the inner surface of the crucible becoming too high, the generation / growth of brown rings, and the increase in the oxygen concentration of the single crystal due to the melting of the crucible are suppressed. be able to. Furthermore, it suppresses the deterioration of the inner surface of the crucible by mitigating the sudden change in heat received from the heater when raising and lowering the crucible, powering on the heater, and shifting the process from the shoulder part of the single crystal to the straight body part, and the silicon single crystal. It is possible to suppress abrupt changes in the oxygen taken in. The natural bubble layer 14 is preferably provided on the entire crucible from the side wall portion 1a to the bottom portion 1b of the crucible.

天然気泡層14の気泡含有率は、シール層11、合成透明層12及び天然透明層13の気泡含有率よりも大きく、0.2~5vol%であることが好ましく、1~4vol%であることがさらに好ましい。天然気泡層14の気泡含有率が1vol%以下では天然気泡層14の機能を発揮できず、保温性が不十分となるからである。また、天然気泡層14の気泡含有率が5vol%を超える場合には気泡の膨張によりルツボが大きく変形して単結晶歩留まりが低下するおそれがあり、さらに伝熱性が不十分となるからである。特に、天然気泡層14の気泡含有率が1~4%であれば、ルツボの変形をさらに防止することができ、また伝熱性をさらに高めることができる。 The bubble content of the natural bubble layer 14 is larger than the bubble content of the seal layer 11, the synthetic transparent layer 12 and the natural transparent layer 13, preferably 0.2 to 5 vol%, and preferably 1 to 4 vol%. Is even more preferable. This is because if the bubble content of the natural bubble layer 14 is 1 vol% or less, the function of the natural bubble layer 14 cannot be exhibited and the heat retention property becomes insufficient. Further, when the bubble content of the natural bubble layer 14 exceeds 5 vol%, the crucible may be greatly deformed due to the expansion of the bubbles, the single crystal yield may decrease, and the heat transfer property becomes insufficient. In particular, when the bubble content of the natural bubble layer 14 is 1 to 4%, the crucible can be further prevented from being deformed and the heat transfer property can be further enhanced.

5層目の結晶硬化層15は、結晶化促進剤を多く含む天然石英溶融ガラス層である。結晶化促進剤は、アルカリ金属、アルカリ土類金属又は土類金属の元素であり、Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga等を挙げることができる。結晶化促進剤を多く含む場合には、ルツボ外面の結晶化を促進させてルツボの強度を高めることができ、あるいは高温下で軟化した石英ガラスの粘性を高めてルツボの座屈、倒れ込み等の変形を防止することができる。また結晶硬化層15にはルツボの赤外線透過率を下げる効果があり、ヒーターから受ける急激な熱変化を緩やかにし、これによりシリコン単結晶中の酸素濃度の急激な変化を抑えることができる。天然気泡層14及び結晶硬化層15の合計厚さは、ルツボの肉厚からシール層11、合成透明層12及び天然透明層13の合計厚さを差し引いた値であり、ルツボの部位によって異なる。 The fifth crystal hardening layer 15 is a natural quartz molten glass layer containing a large amount of a crystallization accelerator. The crystallization accelerator is an element of an alkali metal, an alkaline earth metal, or an earth metal, and examples thereof include Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, and Ga. When a large amount of crystallization accelerator is contained, crystallization of the outer surface of the crucible can be promoted to increase the strength of the crucible, or the viscosity of the quartz glass softened at high temperature can be increased to cause the crucible to buckle or collapse. Deformation can be prevented. Further, the crystal hardening layer 15 has an effect of lowering the infrared transmittance of the crucible, and moderates the sudden change in heat received from the heater, whereby the sudden change in the oxygen concentration in the silicon single crystal can be suppressed. The total thickness of the natural bubble layer 14 and the crystal hardening layer 15 is a value obtained by subtracting the total thickness of the seal layer 11, the synthetic transparent layer 12 and the natural transparent layer 13 from the wall thickness of the crucible, and varies depending on the crucible site.

合成透明層12及び天然透明層13の合計厚さが最大となる部位は、コーナー部1cに形成されており、コーナー部1cにおける合成透明層12の厚さは、側壁部1a及び底部1bにおける合成透明層12の厚さよりも厚いことが好ましい。ルツボのコーナー部1cはルツボの内面の温度が最も高くなる部位であり、またシリコン融液との接触時間も長いので、他の部位よりも溶損量が多くなる。しかし、コーナー部1cの肉厚を厚くし、さらにコーナー部1cにおける合成透明層12の厚さを十分に厚くすることで、天然気泡層14の露出を防止することができ、単結晶の不純物汚染と有転位化を防止することができる。 The portion where the total thickness of the synthetic transparent layer 12 and the natural transparent layer 13 is maximized is formed in the corner portion 1c, and the thickness of the synthetic transparent layer 12 in the corner portion 1c is the composite in the side wall portion 1a and the bottom portion 1b. It is preferably thicker than the thickness of the transparent layer 12. The corner portion 1c of the crucible is a portion where the temperature of the inner surface of the crucible is highest, and the contact time with the silicon melt is long, so that the amount of melting damage is larger than that of other portions. However, by increasing the wall thickness of the corner portion 1c and further increasing the thickness of the synthetic transparent layer 12 in the corner portion 1c, it is possible to prevent the natural bubble layer 14 from being exposed, and the single crystal is contaminated with impurities. And it is possible to prevent dislocation.

図3は、石英ガラスルツボの製造方法を説明するための模式図である。また図4(a)~(d)は、石英ガラス層の形成過程を説明するための図である。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method for manufacturing a quartz glass crucible. Further, FIGS. 4A to 4D are diagrams for explaining the formation process of the quartz glass layer.

図3に示すように、本実施形態による石英ガラスルツボ1はいわゆる回転モールド法により製造することができる。回転モールド法では、回転するモールド30の内面30iに、結晶化促進剤が添加された天然石英粉21、通常の天然石英粉22及び合成石英粉23をこの順に堆積させて原料石英粉の堆積層20を形成する(図4(a)参照)。原料石英粉は遠心力によってモールド30の内面30iに張り付いたまま一定の位置に留まり、ルツボの形状が維持されている。 As shown in FIG. 3, the quartz glass crucible 1 according to the present embodiment can be manufactured by a so-called rotary molding method. In the rotary molding method, a natural quartz powder 21 to which a crystallization accelerator is added, a normal natural quartz powder 22 and a synthetic quartz powder 23 are deposited in this order on the inner surface 30i of the rotating mold 30 to deposit a layer of raw quartz powder. 20 is formed (see FIG. 4 (a)). The raw material quartz powder stays in a fixed position while sticking to the inner surface 30i of the mold 30 due to centrifugal force, and the shape of the crucible is maintained.

次に、モールド30内にアーク電極31を設置し、モールド30の内面30i側から原料石英粉の堆積層20をアーク溶融する。加熱時間、加熱温度等の具体的条件はルツボの原料やサイズなどの条件を考慮して適宜決定する必要がある。このとき、モールド30の内面30iに設けられた多数の通気孔32から原料石英粉の堆積層20を真空引きすることにより、溶融石英ガラス中の気泡量を制御する。 Next, the arc electrode 31 is installed in the mold 30, and the deposited layer 20 of the raw material quartz powder is arc-melted from the inner surface 30i side of the mold 30. Specific conditions such as heating time and heating temperature need to be appropriately determined in consideration of conditions such as the raw material and size of the crucible. At this time, the amount of bubbles in the fused silica glass is controlled by vacuuming the deposited layer 20 of the raw quartz powder from a large number of ventilation holes 32 provided on the inner surface 30i of the mold 30.

アーク熱は原料石英粉の堆積層20の内側から外側に向かって徐々に伝わって原料石英粉を融解していくので、原料石英粉が融解し始めるタイミングで減圧条件を変えることにより、シール層11、合成透明層12、天然透明層13、天然気泡層14、結晶硬化層15をそれぞれ作り分けることができる。石英粉が融解するタイミングで減圧を強める減圧溶融を行えば、アーク雰囲気ガスがガラス中に閉じ込められず、気泡を含まない石英ガラスになる。また、石英粉が融解するタイミングで減圧を弱める通常溶融(大気圧溶融)を行えば、アーク雰囲気ガスがガラス中に閉じ込められ、多くの気泡を含む石英ガラスになる。 Since the arc heat is gradually transmitted from the inside to the outside of the raw material quartz powder deposit layer 20 and melts the raw material quartz powder, the sealing layer 11 is changed by changing the depressurizing condition at the timing when the raw material quartz powder starts to melt. , The synthetic transparent layer 12, the natural transparent layer 13, the natural bubble layer 14, and the crystal hardening layer 15 can be made separately. If vacuum melting is performed by increasing the depressurization at the timing when the quartz powder melts, the arc atmosphere gas is not confined in the glass, and the quartz glass does not contain bubbles. Further, if normal melting (atmospheric pressure melting) in which the reduced pressure is weakened is performed at the timing when the quartz powder melts, the arc atmosphere gas is confined in the glass, and the quartz glass contains many bubbles.

具体的には、アーク溶融の開始時に通気孔32からの吸引力を少し弱めるなどを行うことで気泡を含有するシール層11を形成し(図4(b)参照)、次いで吸引力を強めることで合成透明層12及び天然透明層13を順に形成する(図4(c)参照)。その後、吸引力を弱めることで天然気泡層14及び結晶硬化層15を順に形成する(図4(d))。 Specifically, the seal layer 11 containing air bubbles is formed by slightly weakening the suction force from the ventilation hole 32 at the start of arc melting (see FIG. 4B), and then the suction force is strengthened. The synthetic transparent layer 12 and the natural transparent layer 13 are formed in this order (see FIG. 4 (c)). After that, the natural bubble layer 14 and the crystal hardening layer 15 are formed in order by weakening the suction force (FIG. 4 (d)).

その後、アーク加熱を終了し、ルツボを冷却する。以上により、ルツボ壁の内側から外側に向かってシール層11、合成透明層12、天然透明層13、天然気泡層14、結晶硬化層15が順に設けられた石英ガラスルツボ1が完成する。 After that, the arc heating is finished and the crucible is cooled. As described above, the quartz glass crucible 1 in which the sealing layer 11, the synthetic transparent layer 12, the natural transparent layer 13, the natural bubble layer 14, and the crystal hardening layer 15 are provided in this order from the inside to the outside of the crucible wall is completed.

以上説明したように、本実施形態による石英ガラスルツボ1は、ルツボの内面側から、シール層11、合成透明層12、天然透明層13、天然気泡層14及び結晶硬化層15が順に設けられた構造を有し、シール層11の気泡含有率が合成透明層12よりも高く且つ天然気泡層14よりも低いので、シリコン融液の湯面振動を抑制しながらルツボの内面の溶損を促進させることができる。したがって、ルツボの内面が結晶化して剥離することによる単結晶の有転位化を防止することができ、これにより単結晶の転位発生率を低減することができる。またシール層11の厚さが0.1mm以上2.0mm以下であり、シリコン単結晶の直胴部育成工程を開始する前にシール層が溶けて消滅し、合成透明層が露出してルツボの内面を構成するので、単結晶の有転位化と不純物汚染を防止することができる。
As described above, in the quartz glass rutsubo 1 according to the present embodiment, the seal layer 11, the synthetic transparent layer 12, the natural transparent layer 13, the natural bubble layer 14, and the crystal hardening layer 15 are provided in this order from the inner surface side of the rutsubo. Since it has a structure and the bubble content of the seal layer 11 is higher than that of the synthetic transparent layer 12 and lower than that of the natural bubble layer 14, it promotes melting damage of the inner surface of the rutsubo while suppressing the surface vibration of the silicon melt. Can be Therefore, it is possible to prevent the single crystal from being dislocated due to the inner surface of the crucible crystallizing and peeling off, thereby reducing the dislocation occurrence rate of the single crystal. Further, the thickness of the seal layer 11 is 0.1 mm or more and 2.0 mm or less, and the seal layer is melted and disappears before the straight body portion growing step of the silicon single crystal is started, and the synthetic transparent layer is exposed and the crucible is exposed. Since it constitutes the inner surface, it is possible to prevent dislocation of a single crystal and contamination with impurities.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention, and these are also the present invention. Needless to say, it is included in the range.

例えば、上記実施形態においては、シール層11、合成透明層12、天然透明層13、天然気泡層14及び結晶硬化層15の5層構造としたが、最も外側の結晶硬化層15を省略してシール層11、合成透明層12、天然透明層13及び天然気泡層14の4層構造とすることも可能である。 For example, in the above embodiment, the five-layer structure of the seal layer 11, the synthetic transparent layer 12, the natural transparent layer 13, the natural bubble layer 14, and the crystal cured layer 15 is used, but the outermost crystal cured layer 15 is omitted. It is also possible to have a four-layer structure of a seal layer 11, a synthetic transparent layer 12, a natural transparent layer 13, and a natural bubble layer 14.

<考察1:層構造が異なるルツボの考察>
口径32インチの石英ガラスルツボを用いてCZ法によるシリコン単結晶の引き上げを行った後、単結晶歩留まり及び使用後のルツボの変形の度合いを評価した。この評価試験では層構造が異なる3種類のルツボサンプルA1~A3をそれぞれ複数個用意し、これらのルツボを用いて複数本のシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果を表1に示す。
<Discussion 1: Consideration of crucibles with different layer structures>
After pulling up a silicon single crystal by the CZ method using a quartz glass crucible with a diameter of 32 inches, the single crystal yield and the degree of deformation of the crucible after use were evaluated. In this evaluation test, a plurality of crucible samples A1 to A3 having different layer structures were prepared, and a plurality of silicon single crystals were pulled up using these crucibles. The results are shown in Table 1.

Figure 0007024700000001
Figure 0007024700000001

表1に示すように、合成透明層/天然透明層/天然気泡層の3層構造を有し、シール層がないサンプルA1では、湯面振動が激しいため結晶引き上げを実施できないか、できたとしても単結晶の有転位化により結晶歩留まりが60%以下となった。 As shown in Table 1, in sample A1 having a three-layer structure of a synthetic transparent layer / a natural transparent layer / a natural bubble layer and having no seal layer, it is assumed that the crystal can be pulled up because the molten metal surface vibration is intense. However, the crystal yield was 60% or less due to the dislocation of the single crystal.

またシール層/合成透明層/天然気泡層の3層構造を有するルツボサンプルA2では、シール層の作用により湯面振動及びブラウンリングの増加を抑制できたが、結晶歩留まりが70%以下となった。このような結晶歩留まりの悪化は、天然透明層がないことにより、天然気泡層の熱膨張による変形が合成透明層に伝搬し、内表面の変形を起こしてブラウンリングの剥離が起きたためと考えられる。 In the crucible sample A2 having a three-layer structure of a seal layer, a synthetic transparent layer, and a natural bubble layer, the action of the seal layer could suppress the vibration of the molten metal surface and the increase of the brown ring, but the crystal yield was 70% or less. .. It is considered that such deterioration of crystal yield is due to the absence of the natural transparent layer, which causes deformation due to thermal expansion of the natural bubble layer to propagate to the synthetic transparent layer, causing deformation of the inner surface and exfoliation of the brown ring. ..

さらにシール層/合成透明層/天然透明層/天然気泡層の4層構造を有するサンプルA3では、結晶歩留まりが80%以上となった。サンプルA3では、シール層の作用により湯面振動及びブラウンリングの増加を抑制でき、さらに天然透明層の作用により天然気泡層の膨張に伴う合成透明層の変形を抑制し、合成透明層の変形によるブラウンリングの剥離を抑制することができると考えられる。 Further, in the sample A3 having a four-layer structure of a seal layer / synthetic transparent layer / natural transparent layer / natural bubble layer, the crystal yield was 80% or more. In sample A3, the action of the seal layer can suppress the vibration of the molten metal surface and the increase of the brown ring, and the action of the natural transparent layer suppresses the deformation of the synthetic transparent layer due to the expansion of the natural bubble layer, due to the deformation of the synthetic transparent layer. It is considered that the peeling of the brown ring can be suppressed.

<考察2:4層ルツボのシール層の厚さの考察>
シール層の厚さが異なる4層ルツボのサンプルB1~B5をそれぞれ複数個用意し、これらのルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果を表2に示す。
<Discussion 2: Consideration of the thickness of the seal layer of the 4-layer crucible>
A plurality of samples B1 to B5 of 4-layer crucibles having different thicknesses of the seal layer were prepared, and the silicon single crystal was pulled up using these crucibles. The results are shown in Table 2.

Figure 0007024700000002
Figure 0007024700000002

表2に示すように、シール層の厚さが0.05mmであるサンプルB1では、シール層がないサンプルA1と同様に、湯面振動が激しいため結晶引き上げを実施できないか、できたとしても単結晶の有転位化により結晶歩留まりが65%以下となった。またシール層の厚さが2.5mmであるサンプルB5でも有転位化が発生し、結晶歩留まりが70%以下となった。一方、シール層の厚さが0.1~2.0mmであるルツボサンプルB2~B4では有転位化が発生しなかった。これらの結果から、シール層の厚さが0.1~2.0mmの範囲内であれば、シール層により単結晶の有転位化を抑制する効果が得られることが分かった。シール層が厚すぎる場合には、単結晶の直胴部育成中にシール層の溶け残りがあり、ブラウンリングが剥離しやすい状態であるため、結晶歩留まりが低下するものと考えられる。 As shown in Table 2, in sample B1 having a seal layer thickness of 0.05 mm, as in sample A1 without a seal layer, the surface vibration of the molten metal is so intense that crystal pulling cannot be performed, or even if it is possible, it is simple. The crystal yield was 65% or less due to the dislocation of crystals. Further, even in sample B5 having a seal layer thickness of 2.5 mm, dislocations occurred and the crystal yield was 70% or less. On the other hand, dislocations did not occur in the crucible samples B2 to B4 having a thickness of the seal layer of 0.1 to 2.0 mm. From these results, it was found that when the thickness of the seal layer is within the range of 0.1 to 2.0 mm, the effect of suppressing the dislocation of the single crystal can be obtained by the seal layer. If the seal layer is too thick, it is considered that the crystal yield is lowered because the seal layer remains undissolved during the growth of the straight body portion of the single crystal and the brown ring is easily peeled off.

<考察3:シール層の気泡含有率、気泡数密度、平均気泡径の考察>
シール層に含まれる気泡の条件が異なる4層ルツボのサンプルC1~C3をそれぞれ複数個用意し、これらのルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果を表3に示す。
<Discussion 3: Consideration of bubble content, bubble number density, and average bubble diameter in the seal layer>
A plurality of samples C1 to C3 of four-layer crucibles having different air bubble conditions contained in the seal layer were prepared, and the silicon single crystal was pulled up using these crucibles. The results are shown in Table 3.

Figure 0007024700000003
Figure 0007024700000003

表3に示すように、気泡含有率が0.1~5.0vol%、気泡数密度が15~300個/cm、平均気泡径が0.2~100μmであるサンプルC1では、結晶歩留まりが80%以上となった。一方、気泡含有率が0.1vol%未満、気泡数密度が15個/cm未満、平均気泡径が0.2μm未満であるサンプルC2では、シール層がないサンプルA1と同様に、湯面振動が激しいため結晶引き上げを実施できないか、できたとしても単結晶の有転位化により結晶歩留まりが70%以下となった。 As shown in Table 3, in sample C1 having a bubble content of 0.1 to 5.0 vol%, a bubble number density of 15 to 300 cells / cm 3 , and an average bubble diameter of 0.2 to 100 μm, the crystal yield was high. It was over 80%. On the other hand, in sample C2 having a bubble content of less than 0.1 vol%, a bubble number density of less than 15 cells / cm3 , and an average cell diameter of less than 0.2 μm, the molten metal surface vibration is similar to that of sample A1 without a seal layer. The crystal yield could be reduced to 70% or less due to the dislocation of the single crystal, even if the crystal could not be pulled up due to the severe dislocation.

また、気泡含有率が5.0vol%超、気泡数密度が300個/cm超、平均気泡径が100μm超であるサンプルC3では、有転位化が抑制され結晶歩留まりが80%以上となったが、単結晶から切り出したウェーハを検査したところ、ピンホールが発生していた。サンプルC1、C2のピンホール発生率が0.1%以下であったのに対し、サンプルC3のピンホール発生率は3%以上となった。なおピンホール発生率は、ピンホール不良ウェーハ枚数/(ピンホール合格ウェーハ枚数+ピンホール不良ウェーハ枚数)を計算することにより求められる。シール層に含まれる気泡が多すぎる場合には、単結晶の有転位化は防止できるが、単結晶中にピンホールが発生しやすくなると考えられる。以上の結果から、気泡含有率が0.1~5.0vol%、気泡数密度が15~300個/cm、平均気泡径が0.2~100μmの範囲内であれば、シール層により単結晶の有転位化を抑制できる効果が得られることが分かった。 Further, in the sample C3 having a bubble content of more than 5.0 vol%, a bubble number density of more than 300 cells / cm 3 and an average bubble diameter of more than 100 μm, dislocation formation was suppressed and the crystal yield was 80% or more. However, when the wafer cut out from the single crystal was inspected, pinholes were found. The pinhole occurrence rate of samples C1 and C2 was 0.1% or less, whereas the pinhole occurrence rate of sample C3 was 3% or more. The pinhole occurrence rate is obtained by calculating the number of defective pinhole wafers / (number of wafers that have passed pinholes + number of defective wafers with pinholes). If there are too many bubbles contained in the seal layer, dislocation of the single crystal can be prevented, but it is considered that pinholes are likely to occur in the single crystal. From the above results, if the bubble content is in the range of 0.1 to 5.0 vol%, the bubble number density is in the range of 15 to 300 cells / cm 3 , and the average bubble diameter is in the range of 0.2 to 100 μm, the seal layer is used. It was found that the effect of suppressing dislocation of crystals can be obtained.

<考察4:結晶硬化層の有無の考察>
結晶硬化層を有しない4層ルツボのサンプルD1と、結晶硬化層を有する5層ルツボのサンプルD2をそれぞれ複数個用意し、これらのルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果を表4に示す。
<Discussion 4: Consideration of the presence or absence of a hardened crystal layer>
A plurality of samples D1 of a 4-layer crucible without a hardened crystal layer and a plurality of samples D2 of a 5-layer crucible having a hardened crystal layer were prepared, and a silicon single crystal was pulled up using these crucibles. The results are shown in Table 4.

Figure 0007024700000004
Figure 0007024700000004

表4に示すように、シール層/合成透明層/天然透明層/天然気泡層の4層構造を有し、結晶硬化層がないサンプルD1では、ルツボの変形が小さく、結晶歩留まりは80%以上であった。一方、シール層/合成透明層/天然透明層/天然気泡層/結晶硬化層の5層構造を有するサンプルD2では、ルツボの変形が非常に小さく、結晶歩留まりは85%以上であった。結晶硬化層をさらに設けたサンプルD2では、ルツボの変形が十分に抑制されることでブラウンリングの剥離抑制効果がさらに高まるものと考えられる。 As shown in Table 4, in sample D1 having a four-layer structure of a seal layer / synthetic transparent layer / natural transparent layer / natural bubble layer and no crystal hardening layer, the crucible is less deformed and the crystal yield is 80% or more. Met. On the other hand, in the sample D2 having a five-layer structure of a seal layer / synthetic transparent layer / natural transparent layer / natural bubble layer / crystal hardened layer, the deformation of the crucible was very small, and the crystal yield was 85% or more. In the sample D2 further provided with the crystal hardening layer, it is considered that the effect of suppressing the peeling of the brown ring is further enhanced by sufficiently suppressing the deformation of the crucible.

<考察5:コーナー部最大肉厚(最大/側壁平均)の考察>
ルツボのコーナー部の最大肉厚比率(コーナー部の最大肉厚/側壁部の平均肉厚)が異なる4層ルツボのサンプルE1~E8を用意し、これらのルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。その結果を表5に示す。
<Discussion 5: Consideration of maximum wall thickness (maximum / side wall average) at corners>
Prepare samples E1 to E8 of 4-layer crucibles with different maximum wall thickness ratios (maximum wall thickness of corners / average wall thickness of side walls) of the crucibles, and use these crucibles to pull up the silicon single crystal. went. The results are shown in Table 5.

Figure 0007024700000005
Figure 0007024700000005

表5に示すように、コーナー部最大肉厚比率が0.5であり、側壁部及び底部部の合成透明層の厚さがコーナー部よりも大きいサンプルE1では、合成透明層の消失及び不純物拡散によるクリストバライトの剥離により天然透明層が露出し、またルツボの変形(スウェリング)によりブラウンリングが剥離し、結晶歩留まりが60%以下となった。また、コーナー部最大肉厚比率が0.5であり、側壁部及び底部の合成透明層の厚さがコーナー部よりも小さいサンプルE2では、天然透明層は露出しなかったが、ルツボの変形(スウェリング)によりブラウンリングが剥離し、結晶歩留まりが70%以下となった。 As shown in Table 5, in sample E1 in which the maximum wall thickness ratio of the corner portion is 0.5 and the thickness of the synthetic transparent layer at the side wall portion and the bottom portion is larger than that at the corner portion, the synthetic transparent layer disappears and impurities are diffused. The natural transparent layer was exposed by the peeling of cristobalite, and the brown ring was peeled by the deformation (swelling) of the rutsubo, and the crystal yield was 60% or less. Further, in the sample E2 in which the maximum wall thickness ratio of the corner portion was 0.5 and the thickness of the synthetic transparent layer at the side wall portion and the bottom portion was smaller than that at the corner portion, the natural transparent layer was not exposed, but the crucible was deformed (deformation of the crucible). The brown ring was peeled off by swelling), and the crystal yield became 70% or less.

コーナー部最大肉厚比率が1であり、側壁部及び底部の合成透明層の厚さがコーナー部よりも大きいサンプルE3は、サンプルE1と同様の結果となった。コーナー部最大肉厚比率が1であり、側壁部及び底部の合成透明層の厚さがコーナー部よりも小さいサンプルE4は、サンプルE2と同様の結果となった。 The sample E3 in which the maximum wall thickness ratio of the corner portion was 1 and the thickness of the synthetic transparent layer at the side wall portion and the bottom portion was larger than that of the corner portion had the same result as the sample E1. The sample E4 in which the maximum wall thickness ratio of the corner portion was 1 and the thickness of the synthetic transparent layer at the side wall portion and the bottom portion was smaller than that of the corner portion gave the same result as the sample E2.

コーナー部最大肉厚比率が1.1であり、側壁部及び底部の合成透明層の厚さがコーナー部よりも大きいサンプルE5は、サンプルE1、E3と同様の結果となり、結晶歩留まりが70%以下となった。一方、コーナー部最大肉厚比率が1.1であり、側壁部及び底部の合成透明層の厚さがコーナー部よりも小さいサンプルE6では、天然透明層が露出せず、ルツボの変形も生じなかった。これにより、サンプルE6の結晶歩留まりは80%以上となった。 Sample E5, which has a maximum wall thickness ratio of 1.1 at the corners and a thickness of the synthetic transparent layer at the side wall and the bottom larger than that of the corners, gives the same results as the samples E1 and E3, and the crystal yield is 70% or less. It became. On the other hand, in sample E6 in which the maximum wall thickness ratio of the corner portion is 1.1 and the thickness of the synthetic transparent layer at the side wall portion and the bottom portion is smaller than that at the corner portion, the natural transparent layer is not exposed and the crucible is not deformed. rice field. As a result, the crystal yield of sample E6 was 80% or more.

コーナー部最大肉厚比率が1.5であり、側壁部及び底部の合成透明層の厚さがコーナー部よりも大きいサンプルE7は、サンプルE5と同様の結果となり、結晶歩留まりが70%以下となった。また、コーナー部最大肉厚比率が1.5であり、側壁部及び底部の合成透明層の厚さがコーナー部よりも小さいサンプルE8は、サンプルE6と同様の結果となり、結晶歩留まりは80%以上となった。 Sample E7, which has a maximum thickness ratio of the corner portion of 1.5 and the thickness of the synthetic transparent layer at the side wall portion and the bottom portion is larger than that of the corner portion, has the same result as the sample E5, and the crystal yield is 70% or less. rice field. Further, the sample E8 having the maximum wall thickness ratio of the corner portion of 1.5 and the thickness of the synthetic transparent layer at the side wall portion and the bottom portion smaller than that of the corner portion gives the same result as the sample E6, and the crystal yield is 80% or more. It became.

以上の結果から、コーナー部最大肉厚比率が1.1以上であり、側壁部及び底部の合成透明層の厚さがコーナー部よりも小さいサンプルE6、E8では、結晶歩留まりが80%以上となり、天然透明層の露出やルツボの変形(スウェリング)に起因する有転位化を抑制できることが分かった。
From the above results, in the samples E6 and E8 in which the maximum wall thickness ratio of the corner portion is 1.1 or more and the thickness of the synthetic transparent layer at the side wall portion and the bottom portion is smaller than that of the corner portion, the crystal yield is 80% or more. It was found that dislocation formation due to exposure of the natural transparent layer and deformation (swelling) of the crucible can be suppressed.

1 石英ガラスルツボ
1a 側壁部
1b 底部
1c コーナー部
11 シール層
12 合成透明層
13 天然透明層
14 天然気泡層
15 結晶硬化層
20 原料石英粉の堆積層
21 結晶化促進剤が添加された天然石英粉
22 天然石英粉(通常の天然石英粉)
23 合成石英粉
30 モールド
30i モールドの内面
31 アーク電極
32 通気孔
1 Quartz glass rut 1a Side wall 1b Bottom 1c Corner 11 Seal layer 12 Synthetic transparent layer 13 Natural transparent layer 14 Natural bubble layer 15 Crystal hardening layer 20 Deposit layer of raw material quartz powder 21 Natural quartz powder with crystallization accelerator added 22 Natural quartz powder (normal natural quartz powder)
23 Synthetic quartz powder 30 Mold 30i Mold inner surface 31 Arc electrode 32 Vent

Claims (5)

シリコン単結晶引き上げ用石英ガラスルツボであって、
気泡を含有する合成石英溶融ガラスからなり、前記石英ガラスルツボの内面を構成するシール層と、
気泡を含有しない合成石英溶融ガラスからなり、前記シール層の外側に形成された合成透明層と、
気泡を含有しない天然石英溶融ガラスからなり、前記合成透明層の外側に形成された天然透明層と、
多数の気泡を含有する天然石英溶融ガラスからなり、前記天然透明層の外側に形成された天然気泡層とを備え、
前記シール層の気泡含有率は、前記合成透明層の気泡含有率よりも高く、
前記シール層の厚さは0.1mm以上2.0mm以下であり、
前記シール層の気泡含有率は0.1vol%以上5.0vol%以下であり、
前記シール層の気泡数密度は15個/cm 以上300個/cm 以下であり、
前記シール層の平均気泡径は0.2μm以上100μm以下であることを特徴とする石英ガラスルツボ。
Quartz glass crucible for pulling up silicon single crystals
A seal layer made of synthetic quartz molten glass containing bubbles and constituting the inner surface of the quartz glass crucible,
A synthetic transparent layer made of synthetic quartz molten glass containing no bubbles and formed on the outside of the sealing layer, and a synthetic transparent layer.
A natural transparent layer made of natural quartz molten glass containing no bubbles and formed on the outside of the synthetic transparent layer, and a natural transparent layer.
It is made of natural quartz molten glass containing a large number of bubbles, and has a natural bubble layer formed on the outside of the natural transparent layer.
The bubble content of the seal layer is higher than the bubble content of the synthetic transparent layer.
The thickness of the seal layer is 0.1 mm or more and 2.0 mm or less.
The bubble content of the seal layer is 0.1 vol% or more and 5.0 vol% or less.
The bubble number density of the seal layer is 15 cells / cm 3 or more and 300 cells / cm 3 or less.
A quartz glass crucible having an average bubble diameter of 0.2 μm or more and 100 μm or less in the seal layer .
前記シール層の気泡含有率は、前記天然気泡層の気泡含有率よりも低い、請求項1に記載の石英ガラスルツボ。 The quartz glass crucible according to claim 1 , wherein the bubble content of the seal layer is lower than the bubble content of the natural bubble layer. 多数の気泡を含有する天然石英溶融ガラスからなり、前記天然気泡層の外側に形成された結晶硬化層をさらに備え、
前記結晶硬化層に含まれるアルカリ金属、アルカリ土類金属又は土類金属の元素の濃度は、前記天然気泡層よりも高い、請求項1又は2に記載の石英ガラスルツボ。
It is made of natural quartz molten glass containing a large number of bubbles, and further includes a crystal hardening layer formed on the outside of the natural bubble layer.
The quartz glass rutsubo according to claim 1 or 2 , wherein the concentration of the alkali metal, alkaline earth metal or earth metal element contained in the crystal hardened layer is higher than that of the natural bubble layer.
円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、前記側壁部と前記底部との間に位置し前記底部よりも大きな曲率を有するコーナー部とを有し、
前記コーナー部の肉厚は、前記側壁部及び前記底部よりも厚く、
前記コーナー部における前記合成透明層の厚さは、前記側壁部及び前記底部における前記合成透明層よりも厚い、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の石英ガラスルツボ。
It has a cylindrical side wall, a curved bottom, and a corner located between the side wall and the bottom and having a greater curvature than the bottom.
The wall thickness of the corner portion is thicker than that of the side wall portion and the bottom portion.
The quartz glass crucible according to any one of claims 1 to 3 , wherein the thickness of the synthetic transparent layer at the corner portion is thicker than that of the synthetic transparent layer at the side wall portion and the bottom portion.
前記シール層は、前記底部、前記コーナー部及び前記側壁部に設けられている、請求項4に記載の石英ガラスルツボ。The quartz glass crucible according to claim 4, wherein the sealing layer is provided on the bottom portion, the corner portion, and the side wall portion.
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