JPS61242984A - Crucible for pulling up silicon single crystal - Google Patents

Crucible for pulling up silicon single crystal

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JPS61242984A
JPS61242984A JP8421885A JP8421885A JPS61242984A JP S61242984 A JPS61242984 A JP S61242984A JP 8421885 A JP8421885 A JP 8421885A JP 8421885 A JP8421885 A JP 8421885A JP S61242984 A JPS61242984 A JP S61242984A
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pulling
silicon
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克彦 剣持
Kyoichi Inagi
恭一 稲木
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Abstract

PURPOSE:To obtain a crucible having high shape stability, by using a crucible having inner surface layer having high OH concentration and the outer part of the crucible having a specific low OH concentration, thereby moderately controlling the reaction between the molten silicon and the crucible. CONSTITUTION:In the crucible for the pulling-up of a silicon single crystal, the OH-group content in the zone from the inner surface to the depth of >=0.2mm (preferably 0.6-1.5mm thick) is controlled to a high level, i.e. 60-195ppm, preferably 80-170ppm. The zone outside of the above zone and having a thickness of >=0.5mm is adjusted to a low-OH concentration, i.e. having an OH concentration lower than the average concentration in the inner surface layer of 0.3mm thick by >=20ppm. Since SiO2 is soluble easily by the use of the above crucible, the motion of the molten liquid becomes gentle, the desired oxygen concentration can be achieved, and the operation condition can be stabilized.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は溶融シリコンの引上げにより単結晶を製造する
場合に使用されるルツボに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a crucible used in producing a single crystal by pulling molten silicon.

(従来の技術と問題点) シリコンウェハを大量生産するための単結晶引上げ方法
は大別してFZ()a−ティングゾーン)法とCZ(チ
ョクラルスキ)法とがある。CZ法は、石英ガラスルツ
ボ中で溶融したシリコンから単結晶を凝固させながら引
上げるもので、この時1石英ガラス(S i 02 )
が溶融シリコンに溶は込み、その結果単結晶中に酸素が
含まれることとなる、(ref 、 W、 Zuleh
ner and D、 Huber ;rcrysta
lsJ Vol、8”Czockralski −Gr
own 5ilic。
(Prior Art and Problems) Methods for pulling single crystals for mass production of silicon wafers can be roughly divided into the FZ (a-ting zone) method and the CZ (Czochralski) method. The CZ method involves pulling a single crystal from molten silicon in a quartz glass crucible while solidifying it.
melts into the molten silicon, and as a result, oxygen is included in the single crystal (ref, W, Zuleh
ner and D, Huber ;rcrysta
lsJ Vol, 8”Czockralski-Gr
own 5ilic.

n″p、I Springer−Verlag (19
82) ) *この酸素は、不純物としてきらうべきも
のではなく、ウェハの耐熱性を高めるなど大切な役割を
持っている。従って、C2法による単結晶製造の際には
、ルツボ回転数、結晶回転数、雰囲気など、いわゆる結
晶引上げ条件を制御して所要濃度ノ酸素がシリコンウェ
ハに導入されるようにすることが広く行われている( 
Id、 Zulehner et al、前出の文献)
n″p, I Springer-Verlag (19
82) ) *This oxygen is not something to be avoided as an impurity, but plays an important role such as increasing the heat resistance of the wafer. Therefore, when manufacturing single crystals using the C2 method, it is widely practiced to control so-called crystal pulling conditions such as the crucible rotation speed, crystal rotation speed, and atmosphere so that the required concentration of oxygen is introduced into the silicon wafer. It is said (
Id, Zulehner et al, supra)
.

他方、石英ガラスルツボに要求される特性として、その
使用温度が1500℃程度に達することから、耐熱性が
第一に挙げられる。半導体工業用石英ガラスにおいては
、耐熱性はガラス中のOH基濃度に1対1で対応すると
近似出来るためOH基含有量の低いルツボを造ることが
ルツボメーカーの課題であった。
On the other hand, the first characteristic required of a quartz glass crucible is heat resistance, since its operating temperature reaches approximately 1500°C. In quartz glass for the semiconductor industry, the heat resistance can be approximated by a one-to-one correspondence to the OH group concentration in the glass, so creating a crucible with a low OH group content has been a challenge for crucible manufacturers.

このようなOH基含有量の低いルツボは、粘度が高く、
形状安定性も良く、不純物の拡散も遅いので、ルツボ内
の溶融シリコンが清浄に保たれる点で優れているが、そ
の反面最適の操業条件を設定しても、それを維持するた
めに高精度の制御を必要とし、しかもくり返し使用(い
わゆるマルチプリング)が非常に困難であるという不利
があった。
Such a crucible with a low OH group content has a high viscosity,
It has good shape stability and slow diffusion of impurities, so it is excellent in keeping the molten silicon in the crucible clean. However, even if the optimum operating conditions are set, high temperatures are required to maintain them. It has the disadvantage that it requires precision control and is extremely difficult to use repeatedly (so-called multiplexing).

これに対し、OH基含有量の高いルツボを使用すると、
ヒータやグラファイトサセプタからの不純物の拡散浸透
等があるため、良質の単結晶が得られない欠点があり、
そのためこのような高OH基含有量のルツボを用いるこ
とは、低OH基含有量のルツボが入手出来なかった過去
の技術となっている。
On the other hand, if a crucible with a high OH group content is used,
The disadvantage is that high-quality single crystals cannot be obtained due to the diffusion and penetration of impurities from the heater and graphite susceptor.
Therefore, the use of such a crucible with a high OH group content is a past technique in which crucibles with a low OH group content were not available.

(発明の目的と構成) 本発明者は、シリコン単結晶引上げ用ルツボに関する従
来の問題点を解決するため種々検討した結果ルツボの内
表面層のOH基濃度を高くし、より外側を低くして、O
H基濃度に分布をもつルツボを使用すると、溶融シリコ
ンとルツボ(S iO2)の反応が適度で制御しやすく
、かつ形状安定性が得られることを知見し、本発明を完
成した。
(Objective and Structure of the Invention) As a result of various studies to solve the conventional problems with crucibles for pulling silicon single crystals, the inventor of the present invention has found that the concentration of OH groups in the inner surface layer of the crucible is increased and the concentration of OH groups is lowered in the outer surface layer. , O
The present invention was completed based on the finding that when a crucible with a distribution of H group concentration is used, the reaction between molten silicon and the crucible (SiO2) is moderate and easy to control, and shape stability can be obtained.

すなわち、本発明は内表面に接して0.2層層以上の厚
さのOH基含有量が60pp■上の高OH濃度領域と、
内表面に接しない厚さ0.5鵬層以上の部分にOH基含
有量が厚さ0.3i+mの内表層における平均濃度より
20pp■以上少ない低OH濃度領域とを持つ構成とし
た単結晶引上げ用ルツボに係るものである0本発明のル
ツボは、前記のように、ルツボの内側にOH基の高濃度
領域を設けることによって、ルツボ内の溶融シリコンと
ルツボ内の溶融シリコンとルツボ壁(SiO□)との反
応を適度に制御しやすくするとともに、使用温度である
1460℃前後で優れた形状安定性を保持できるように
したものである。
That is, the present invention provides a high OH concentration region having an OH group content of 60 pp or more and having a thickness of 0.2 layers or more in contact with the inner surface;
A pulled single crystal having a structure in which a low OH concentration region having an OH group content of 20 pp or more less than the average concentration in the inner surface layer with a thickness of 0.3 i + m is present in the part of the 0.5 layer or more thick that does not touch the inner surface. As described above, the crucible of the present invention, which is related to a crucible for use in The reaction with □) can be appropriately controlled, and excellent shape stability can be maintained at the operating temperature of around 1460°C.

このため本発明では、ルツボの内表面より0.21−以
上の範囲をOH基含有量が60ppm以上、好ましくは
60〜170PP■である高濃度領域とし、領域の最適
な厚さを0.8〜1.5■■とるのである。
Therefore, in the present invention, the range 0.21 mm or more from the inner surface of the crucible is defined as a high concentration region with an OH group content of 60 ppm or more, preferably 60 to 170 PP■, and the optimum thickness of the region is 0.8 mm. It takes ~1.5■■.

このような条件は、第1図に示すOH基分布曲線OがA
部を通らないこと、好ましくはB、C部をも通らないこ
とを意味する。これを具体的に第1図について説明する
と次のとおりである0分布曲線01は、通常の低OH基
濃度ルツボに対するものであり、いわゆる半透明ルツボ
と呼ばれる電気溶融ルツボに対するものである。この場
合は、領域Aを通り、内表面もOH基濃度が低いので本
発明のルツボとは異なっている0分布曲線0 は、透明
天然石英ガラスルツボに対するものである。上述の最適
範囲内ではあるが、後に述べる本発明のもう1つの条件
である低OH領域を持たないので本発明の範囲外のもの
である。
Under these conditions, the OH group distribution curve O shown in Figure 1 is A.
It means not passing through part, preferably not passing through part B or C. To explain this specifically with reference to FIG. 1, the following 0 distribution curve 01 is for a normal low OH group concentration crucible, and is for an electric melting crucible called a so-called translucent crucible. In this case, the zero distribution curve 0, which passes through region A and is different from the crucible of the present invention because the inner surface also has a low OH group concentration, is for a transparent natural silica glass crucible. Although it is within the above-mentioned optimum range, it is outside the scope of the present invention because it does not have a low OH region, which is another condition of the present invention that will be described later.

分布曲線03は、本発明の例であり、最も好ましいツル
ボである0分布曲線Oは、03の最適例に似ているが、
60PP−以上の内表層の厚さが0.2■■以下である
ため、本発明の効果が充分でなく、満足出来るものでは
ない。
Distribution curve 03 is an example of the present invention, and the most preferred crucible, 0 distribution curve O, is similar to the optimal example of 03, but
Since the thickness of the inner surface layer of 60PP- or more is less than 0.2■■, the effect of the present invention is not sufficient and is not satisfactory.

上記条件と同時に、本発明では、内表層0.3mmの平
均OH基濃度より20pp■以上OH基が少ない層が、
前記高濃度領域の外側にあることが必要であり、この領
域はルツボの外表面に接していてもよい。
Simultaneously with the above conditions, in the present invention, a layer with less OH groups by 20 pp or more than the average OH group concentration of 0.3 mm of the inner surface layer,
It is necessary to be outside the high concentration region, and this region may be in contact with the outer surface of the crucible.

第2図に示すように、内表層0.3層層の平均OH基濃
度C1とこれより20pp−少ない層のOH基濃度C2
とがOH分布曲線Oと交わる点AとBまでの内表面から
の距離をそれぞれXA、X8とする。
As shown in Figure 2, the average OH group concentration C1 of the inner surface layer 0.3 layer and the OH group concentration C2 of the layer 20pp-less than this.
Let the distances from the inner surface to points A and B where and intersect with the OH distribution curve O be XA and X8, respectively.

本発明のルツボではxB−x1≧0.5 (m■)であ
ごとが第2の条件である。この場合交点Bがなく、Aよ
り外側ですべてC2より低ければB点は外表面上にある
として考えることができる。なおC2はCより40pp
謹以上小さい方が望ましい。
In the crucible of the present invention, xB-x1≧0.5 (m■) and the chin is the second condition. In this case, if there is no intersection B and all points outside A are lower than C2, point B can be considered to be on the outer surface. Note that C2 is 40pp higher than C.
It is preferable that it be smaller than expected.

XB−XAは1.5龍以上であることが望ましい。It is desirable that XB-XA is 1.5 dragons or more.

上記2つの条件を具備する構成が、ルツボ全体の内表面
の1/4以上あるいはシリコン溶融時に、溶融シリコン
に接する内表面の1/3以上を占める(通常内表面の7
5%が溶融シリコンに接する)ことも、本発明にとって
必要な条件である。
A configuration that satisfies the above two conditions occupies 1/4 or more of the inner surface of the entire crucible or 1/3 or more of the inner surface that comes into contact with molten silicon during silicon melting (usually 70% of the inner surface
5% is in contact with molten silicon) is also a necessary condition for the present invention.

OH基の高濃度領域をルツボ内側に設ける方法としては
、 (i)  回転モールド中で成型した石英ガラスルツボ
lの内側にOH基の多い石英ガラス板2を溶接する(内
張り)、(第3図)、 (ii)  回転モールド3中に粉体を成型し、電気ア
ークでその粉体層を溶融してルツボlを製造する際、内
側にOH基の多い石英ガラス粉4を成型し二重粉体層と
する(二重粉体成型)(第4図)、(iii)回転モー
ルド中の粉体層を電気溶融するに際し、水分を含んで雰
囲気(通常の大気)で長時間溶融状態を保持する、 などの方法があるが、前記(i) 、(ii)の方法は
製造プロセスが複雑であること、石英ガラス粉が石英粉
に比して高価であることから実用的でない。
As a method for providing a region with a high concentration of OH groups inside the crucible, (i) welding a quartz glass plate 2 containing many OH groups to the inside of a quartz glass crucible 1 molded in a rotary mold (lining), (Fig. 3) ), (ii) When producing a crucible 1 by molding powder in a rotary mold 3 and melting the powder layer with an electric arc, a quartz glass powder 4 containing many OH groups is molded inside to form a double powder. (double powder molding) (Figure 4), (iii) When electrically melting the powder layer in the rotary mold, it contains moisture and maintains the molten state for a long time in the atmosphere (normal atmosphere). However, methods (i) and (ii) are not practical because the manufacturing process is complicated and quartz glass powder is more expensive than quartz powder.

本発明者は回転モールド法による従来の溶融方法を変え
ることで内層のOH基含有量を変える実験を行った結果
、 (iii)の方法により、通常の大気中で長時間溶
融すると予期せざることに内層のOH基含有量が増加す
ることがわかった。従来の方法でそのまま溶融時間を延
長すると厚すぎるルツボになるが、冷却条件の変更によ
って所定の厚さに制御できる。
The present inventor conducted an experiment to change the OH group content of the inner layer by changing the conventional melting method using the rotary mold method, and found that the method (iii) results in unexpected results when melting for a long time in normal atmosphere. It was found that the OH group content of the inner layer increases. If the melting time is extended using the conventional method, the crucible will become too thick, but the thickness can be controlled to a predetermined value by changing the cooling conditions.

上記の方法で得られる本発明のルツボは、従来のルツボ
がOH基含有量が30pp■であるのに対し、最適な例
では生地が約60ppmで、内表面は110ppmであ
り、両者を比較すると次の効果が挙げられる。
The crucible of the present invention obtained by the above method has an OH group content of 30 ppm in the conventional crucible, whereas in the optimal example, the OH group content is about 60 ppm on the dough and 110 ppm on the inner surface. The following effects can be mentioned.

(発明の効果) (1)  従来は3102(ガラス)が溶融シリコンに
溶は難く、そのため比較的速い対流が生じるような操業
条件が設定されていた0本発明のルツボを用いるとS 
i 02  (ガラス)が溶けやすいため、溶湯の動き
がおだやかで、所定の酸素濃度が達せられると、共に操
業条件も安定しやすい。
(Effects of the invention) (1) Conventionally, 3102 (glass) was difficult to melt into molten silicon, and therefore operating conditions were set such that relatively fast convection occurred.Using the crucible of the present invention, S
Since i 02 (glass) is easily melted, the movement of the molten metal is gentle, and once a predetermined oxygen concentration is reached, the operating conditions are also likely to be stable.

(2)  この結果、減圧CZ法によるルツボのくり返
し使用(いわゆるマルチプリング)が従来は2〜3回が
限度であったのに対し、本発明では6〜8回になり、こ
のため稼動率を著しく高める結果となった。同時に品質
の均一性が向上した。
(2) As a result, the number of times the crucible can be used repeatedly (so-called multi-pulling) using the reduced pressure CZ method was limited to 2 to 3 times in the past, but with the present invention it is 6 to 8 times, which reduces the operating rate. The result was a significant increase. At the same time, quality uniformity improved.

つざに、本発明によるルツボと、従来の方法によるルツ
ボを試作し、内表面に垂直方向のOH基濃度分布を比較
した。第5図はその結果を示すもので、Jルツボはいず
れも口径350−諺である。
First, a crucible according to the present invention and a crucible according to a conventional method were prototyped, and the OH group concentration distribution in the direction perpendicular to the inner surface was compared. FIG. 5 shows the results, and all J crucibles had a diameter of 350 mm.

■は回転モールド中に石英粉を成型し、内側よりアーク
で加熱する従来方法で作られたルツボでありa■および
■は本発明にょるルツボである。すなわちこれらはそれ
ぞれ前記(ii)二重粉体成型、(ifi)長時間溶融
および(i)内張りの方法によるのもである。
(2) is a crucible made by the conventional method of molding quartz powder in a rotary mold and heating it from the inside with an arc, and (a) and (2) are crucibles according to the present invention. That is, these methods are respectively (ii) double powder molding, (ifi) long-term melting, and (i) lining.

■の従来法のルツボでは、OH基はルツボの生地と内層
にわたって30〜40ppmとほぼ均一分布であるが、
■〜■は内表面で190ppmにまで達するような著し
く高濃度な領域を持つ分布である、■では60〜70p
pmの領域が生地となったが、この場合、0.3龍の内
表面層の平均値が110ppmであった。■の内張り法
は工数がかかり、量産性に乏しいが内表面の何%がOH
基分布構造である必要があるかを知るには良いサンプル
であるので、内張り率30%のサンプル■の他に内張り
率15%のサンプル5を試作した。さらに、内層を合成
石英ガラスとした二重粉体成型サンプル8よび、ガラス
細工で製作した全透明石英ガラスルツボのサンプル7を
追加して、これらルツボを実際に使用し、マルチプリン
グ数と使いやすさを比較した。下表はその結果を示すも
のである。
In the conventional crucible (2), OH groups are distributed almost uniformly at 30 to 40 ppm throughout the fabric and inner layer of the crucible.
■~■ are distributions with extremely high concentration regions reaching 190 ppm on the inner surface, ■ are 60~70 ppm.
The fabric was in the pm range, and in this case, the average value of the 0.3 mm inner surface layer was 110 ppm. ■ The lining method takes a lot of man-hours and is not suitable for mass production, but what percentage of the inner surface is OH?
Since this is a good sample for determining whether it is necessary to have a base distribution structure, in addition to sample (2) with a lining rate of 30%, sample 5 with a lining rate of 15% was prototyped. Furthermore, we added sample 8 of double powder molding with an inner layer of synthetic quartz glass and sample 7 of a fully transparent quartz glass crucible made with glasswork, and examined the actual use of these crucibles to improve the number of multiple pulls and ease of use. compared. The table below shows the results.

以上の結果より、No、3の長時間溶融タイプのOH基
基布布最も望ましいことが明らかである。またNo、 
4とNo、 5とよりOH基濃度の高い内層領域は25
%以上ないと効果が出ないことも推定される。 No、
 7の例で内表面のOH基が170ppmと適当である
にもかかわらず、結果が悪いのは、OH基低含量領域の
生地がないために、短時間のうちに、溶融シリコンが汚
染してしまい、その後使用に耐えられなくなるものと推
定される。
From the above results, it is clear that No. 3, the long-time melting type OH-based fabric, is the most desirable. No again,
The inner layer region with higher OH group concentration than No. 4 and No. 5 is No. 25.
It is also estimated that it will not be effective unless it exceeds %. No,
In example 7, although the OH group content on the inner surface was appropriate at 170 ppm, the result was poor because there was no fabric in the low OH group content area, so the molten silicon was contaminated in a short time. It is presumed that it will become unusable after that.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、tsz図はルツボの内表面からの深さ方向にお
けるOH基基量量分布を示す線図、第3図、第4図はル
ツボの製作説明図、第5図は各種タイプのルツボの内表
面からの深さ方向におけるOH基含有量分布を示す曲線
図である。 1・−・ルツボ、  2・・・ガラス板。 特許出願人  信越石英株式会社 、tl) 第1因 J111 OH基(ρpm) 手続補正書(自船 昭和60年6月 7日 昭和60年特許願第84218号 2、発明の名称 シリコン単結晶引上げ用ルツボ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 信越石英株式会社 46代理人 5、補正の対象 明細書 6、補正の内容 1)明細書第4頁第11行のr60ppH上」をr60
ppg1以上」正する。 納置第4頁第18行の「よって、ルツボ内の溶融シリコ
ンとルツボ内の溶」を「よって、ルツボ内の溶ノと補正
する。 3)明細書第5頁第7行の「1.5■とるので」を「1
゜511mとするので」と補正する。 4)明細書第7頁第7行の「C2はCより」をr(。 はC8より」と補正する。 5)明細書第8頁第9行の「水分を含んで雰囲気」を「
水分を含んだ雰囲気」と補正する。 6)明細書第9頁第13行の「せられると、共に」をら
れると共に」と補正する。 側番第11頁第3行の「6よび」を「6および」正する
。 以上 手続補正書(白組 昭和61年2月lO日 1゜事件の表示 昭和60年特許願第84218号 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称  信越石英株式会社 名称  信越半導体株式会社 4、代理人 住所〒103東京都中央区日本橋本町4丁目9番地61
.2.12 6、補正の内容 1)明細書第11頁第1行〜第13頁末行のrに内張り
率15%の・・・・・・白木亮−」ン別紙のとおりに補
正する。 2)図面第6図を別紙のとおり追加する。 (別紙) に内張り率15%のサンプル■を試作した。さらに、内
層を合成石英ガラスとした二重粉体成型サンプル■およ
び、ガラス細工で製作した全透明石英ガラスルツボのサ
ンプル■を追加して、これらルツボを実際に使用し、マ
ルチプリング数と使いやすさを比較した。 実験方法について以下説明する。 本実験のために、試作された各種石英ルツボ1直径25
 cs X高さ203を第6図のごとくセットし、この
中に高純度多結晶シリコン塊約20kgを充填溶融し、
アルゴンガスを入口5より流量30417w1nで導入
し、かつ引上室6内の圧力を101bに保ちながら直径
110■φのシリコン単結晶7を引上げた。この他の第
6図の各部分は、引上げられるシリコン単結晶7の上端
に種結晶8を介して、上方に回転しつつ上昇する引上軸
9、石英ルツボとこれに内接する炭素材からなるルツボ
保護体10であり、保護体を囲繞したヒータ11により
石英ルツボ1内に充填された高純度多結晶シリコン塊を
加熱溶融し、溶融後はシリコン単結晶7の引上行程の進
捗にあわせて、加熱エネルギーが適当になるよう交流ま
たは直流電源と制御装置(いずれも図示されていない)
が付属する。12は高純度シリコンの溶融体であり、1
3は流入したガスの引上室6からの出口である。 シリコン溶融体12から単結−シリコン7が引上げられ
るときに、使用ルツボに応じて、種結晶8の回転数およ
び石英ルツボ1の回転数を適宜制御する必要があるが、
従来品の石英ルツボを用いる場合は、回転方向が互いに
逆で1種結晶が15rp■、石英ルツボが2rp履が用
いられる。しかし、長時間溶融品あるいは、内張り品を
用いた場合。 あるいは二重成型品を用いた場合には、特に種結晶の回
転数を10乃至5 rpmまで低減でき、この結果シリ
コン溶融体の攪拌がおだやかになり、ルツボ内壁の変質
あるいは、その結果おこるルツボ壁から剥離する石英小
片のシリコン単結晶成長界面への接触による、単結晶部
れを著しく防止できる。 シリコン単結晶引上においては、その中に意図的に導電
型、ならびに抵抗率の制御のために添加されるリンまた
はボロンの濃度をある範囲に制御するために、石英ルツ
ボ1の中のシリコン溶融体を一回引上行程で、全量単結
晶化することは少なく、ある程度たとえば全シリコン量
の半分すなわち10kgが引上げられた後、再び最高1
0kg追加されて、第2回引上行程が行われる。引上行
程は、理論的には無限に行われることが好ましいが、回
数を増すにつれて、シリコン溶融体中に残留する不純物
が蓄積するので、高々10回が限度とみられている。 これらの実験結果は次表に示すとおりである。 以上の結果より、サンプル■の長時間溶融タイプのOH
基基布布最も望ましいことが明らかである。またサンプ
ル■と■とよりOH基濃度の高い内層領域は25%以上
ないと効果がでないことも推定される。サンプル■の例
で内表面のOH基が17OPP■と適当であるにもかか
わらず、結果が悪いのは、OH基低含有量領域の生地が
ないために。 短時間のうちに、溶融シリコンが汚染してしまい、その
後使用に耐えられなくなるものと推定される。 4、図面の簡単な説明 第1図、第2図はルツボの内表面からの深さ方向におけ
るOH基含有量の分布を示す線図、第3図、第4図はル
ツボの製作説明図、第5図は各種タイプのルツボの内表
面からの深さ方向におけるOH基含有量分布を示す曲I
iI図、第6図はCZ法による単結晶引上装置の断面図
である。 1・・・ルツボ、 2・・・ガラス板、3・・・回転モ
ールド、 4・・・OH基含有量の高いガラス粉体、5・・・入口
、 6・・・引上室、 7・・・単結晶、8・・・種結
晶、 9・・・引上軸、 10・・・ルツボ保護体、 11川ヒータ、12・・・
溶融体、 13・・・出口。 手続補正書(自制 昭和60年特許願第84218号 2、発明の名称 シリコン単結晶引上げ用ルツボ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 信越石英株式会社 j蒋゛ 信越半導体株式会社 4、代理人 6、補正の内容 1)明細書全文を別紙訂正明細書のとおりに補正する。 2)第1薗を別紙の第1図と差し替える・以上 訂正明細書 1、発明の名称 シリコン単結晶引上げ用ルツボ 2、特許請求の範囲 1、内表面に接して0.2s+m以上の厚さの、OH基
含有量が60ppm以上やL旦」ねり!」人工の高OH
濃度領域と、内表面に接しない厚さ0.5層層以上の部
分にOH基含有量が厚さ0−3m■の内表層における平
均濃度より20ppm以上少ない低OH濃度領域とを持
つ構成とした単結晶引上げ用ルツボ。 2、前記構成がルツボ全体の内表面の4分の1以上、も
しくは原料溶融時に溶融液に接する内表面の3分の1以
上を占めることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の単結晶引上げ用ルツボ。 3、発明の詳細な説明 (産業上の利用分野) 本発明は溶融シリコンの引上げにより単結晶を製造する
場合に使用されるルツボに関するものである。 (従来の技術と問題点) シリコンウェハを大量生産するための単結晶引上げ方法
は大別してFZ(ブローティングゾーン)法とCZ(チ
ョクラルスキ)法とがある。 CZ法は、石英ガラスルツボ中で溶融したシリコンから
単結晶を凝固させながら引上げるもので、この時1石英
ガラス(S iO2)が溶融シリコンに溶は込み、その
結果単結晶中に酸素が含まれることとなる、(ref 
%W、 Zulehner and D、 Huber
;rcrlstalsJ Vol、8’″Czockr
a1gki −Grown 5ilicon”p+I 
Springer−Verlag (1182)) *
この酸素は、不純物としてきらうべきものではなく、ウ
ェハの耐熱性を高めるなど大切な役割を持゛っている。 従って、CZ法による単結晶製造の際には、ルツボ回転
数、結晶回転数、雰囲気など、いわゆる結晶引上げ条件
を制御して所要濃度の酸素がシリコンウェハに導入され
るようにすることが広く行われている( L Zule
hner et al、前出の文m)。 他方1石英ガラスルツボに要求される特性として、その
使用温度が1500℃程度に達することから、耐熱性が
第一に挙げられる。半導体工業用石英ガラスにおいては
、耐熱性はガラス中のOH基濃度にl対lで対応すると
近似出来るためOH基含有量の低いルツボを造ることが
ルツボメーカーの課題であった。 このようなOH基含有量の低いルツボは、粘度が高く、
形状安定性も良く、不純物の拡散も遅いので、ルツボ内
の溶融シリコンが清浄に保たれる点で優れているが、そ
の反面最適の操業条件を設定しても、それを維持するた
めに高精度の制御を必要とし、しかもくり返し使用(い
わゆるマルチプリング)が非常に困難であるという不利
があった。 これに対し、OH基含有量の高いルツボを使用すると、
ヒータやグラファイトサセプタからの不純物の拡散浸透
等があるため、良質の単結晶が得られない欠点があり、
そのためこのような高OH基含有量のルツボを用いるこ
とは、低OH基含有量のルツボが入手出来なかった過去
の技術となっている。 (発明の目的と構成) 本発明者らは、シリコン単結晶引上げ用ルツボに関する
従来の問題点を解決するため種々検討した結果ルツボの
内表面層のOH基濃度を高くシ。 より外側を低くして、OH基濃度に分布をもつルツボを
使用すると、溶融シリコンとルツボ(S iO2)の反
応が適度で制御しやすく、かつ形状安定性が得られるこ
とを知見し、本発明を完成した。 すなわち1本発明は内表面に接して0.2園■以上の厚
さのOH基含有量が60pp■以上195 ppm以下
の高OH濃度領域と、内表面に接しない厚さ0.5腸層
以上の部分にOH基含有量が厚さ0.3■窮の内装層に
おける平均濃度より20ppm以上少ない低OH濃度領
域とを持つ構成とした単結晶引上げ用ルツボに係るもの
である0本発明のルツボは、前記のように、ルツボの内
側にOR基の高濃度領域を設けることによって、ルツボ
内の溶融シリコンとルツボ壁(S s O2)との反応
を適度に制御しやすくするとともに、使用温度である1
460℃前後で優れた形状安定性を保持できるようにし
たものである。 このため本発明では、ルツボの内表面より0.2m11
以上の範囲をOH基含有量が60ppm以上195pp
■以下、好ましくは60〜170pp騰である高濃度領
域とし、領域の最適な厚さを0.8〜!、5膳lとする
のである。 このような条件は、第1図に示すOH基分布曲線0がA
部を通らないこと、好ましくはB、C部をも通らないこ
とを意味する。これを具体的に第1図について説明する
と次のとおりである0分布曲線01は、通常の低OH基
濃度ルツボに対するものであり、いわゆる半透明ルツボ
と呼ばれる電気溶融ルツボに対するものである。この場
合は、領域Aを通り、内表面もOH基濃度が低いので本
発明のルツボとは異なっている0分布曲線0 は、透明
天然石英ガラスルツボに対するものである。 上述の最適範囲内ではあるが、後に述べる本発明のもう
1つの条件である低OH領域を持たないので本発明の範
囲外のものである。 ムーI&tI+b曽/Nj↓ 士島田小伽−11昌も好
すしいツルボである0分布曲線Oは、03の最適例に似
ているが、60PP■以上の内装層の厚さが0.21脂
以下であるため1本発明の効果が充分でなく、満足出来
るものではない。 上記条件と同時に、本発明では、内装層0.:b+mの
平均OH基濃度より20pp−以上OH基が少ない層が
、前記高濃度領域の外側にあることが必要であり、この
領域はルツボの外表面に接していてもよい。 第2図に示すように、内装層0.3麿■の平均OH基濃
度C1とこれより20pp腸少ない層のOH基濃度C2
とがOB分布dbtlQと交わる点AとBまでの内表面
からの距離をそれぞれXA、X、とする。 本発明のルツボではXB−XA≧0.5(■S)であご
とが第2の条件である。この場合交点Bがなく、Aより
外側ですべてC2より低ければB点は外表面上にあると
して考えることができる。なおC2はC1より40pp
園以上小さい方が望ましい。 xB−xAは1.5層層以上であることが望ましい。 上記2つの条件を具備する構成が、ルツボ全体の内表面
の1/4以上あるいはシリコン溶融時に、溶融シリコン
に接する内表面の1/3以上を占める(通常内表面の7
5%が溶融シリコンに接する)ことも、本発明にとって
必要な条件である。 OH基の高濃度領域をルツボ内側に設ける方法としては
、 (i)  回転モールド中で成型した石英ガラスルツボ
lの内側に01(基の多い石英ガラス板2を溶接する(
内張り)、(第3図)、 (ii)  回転モールド3中に粉体を成型し、電気ア
ークでその粉体層を溶融してルツボlを製造する際、内
側にOH基の多い石英ガラス粉4を成型し二重粉体層と
する(二重粉体成型)(第4図)、(iii)回転モー
ルド中の粉体層を電気溶融するに際し、水分を含んだ雰
囲気(通常の大気)で長時間溶融状態を保持する。 などの方法があるが、前記(i) 、(ii)の方法は
製造プロセスが複雑であること、石英ガラス粉が石英粉
に比して高価であることから実用的でない。 本発明者らは回転モールド法による従来の溶融方法を変
えることで内層のOH基含有量を変える実験を行った結
果、 (iii)の方法により、通常の大気中で長時間
溶融すると予期せざることに内層のOH基含有量が増加
することがわかった。従来の方法でそのまま溶融時間を
延長すると厚すぎるルツボになるが、冷却条件の変更に
よって所定の厚さに制御できる。 上記の方法で得られる本発明のルツボは、従来のルツボ
がOH基含有量が30pp腸であるのに対し、最適な例
では生地が約60ppm、内表面は110ppmであり
、両者を比較すると次の効果が挙げられる。 (発明の効果) (1)  従来はS i02  (ガラス)が溶融シリ
コンに溶は難く、そのため比較的速い対流が生じるよう
な操業条件が設定されていた0本発明のルツボを用いる
とS i02  (ガラス)が溶けやすいため。 溶湯の動きがおだやかで、所定の酸素濃度が達せられる
と共に操業条件も安定しやすい。 (2)  この結果、減圧CZ法によるルツボのくり返
し使用(いわゆるマルチプリング)が従来は2〜3回が
限度であったのに対し、本発明では6〜8回になり、こ
のため稼動率を著しく高める結果となった。同時に品質
の均一性が向上した。 つぎに、本発明によるルツボと、従来の方法によるルツ
ボを試作し、内表面に垂直方向のOH基濃度分布を比較
した。第5図はその結果を示すもので、ルツボはいずれ
も口径25c璽高さ20c■である。 ■は回転モールド中に石英粉を成型し、内側よりアーク
で加熱する従来方法で作られたルツボでありQ、■ お
よび■は本発明によるルツボである。すなわちこれらは
それぞれ前記(ii)二重粉体成型、(iii)長時間
溶融および(i)内張りの方法によるのもである。 ■の従来法のルツボでは、OH基はルツボの生地と内層
にわたって30〜40pp■とほぼ均一分布であるが1
.■〜(3xt内表面で190pa■にまで達するよう
な著しく高濃度な領域を持つ分布である。■では60〜
7opp■の領域が生地となったが、この場合、0.3
m■の内表面層の平均値が110ppmであった。■の
内張り法は工数がかかり、量産性に乏しいが内表面の何
%がOH基分布構造である必要があるかを知るには良い
サンプルであるので、内張り率30%のサンプル■の他
に内張り率15%のサンプル■を試作した。さらに、内
層を合成石英ガラスとした二重粉体成型サンプル■およ
び、ガラス細工で製作した全透明石英ガラスルツボのサ
ンプル■を追加して、これらルツボを実際に使用し、マ
ルチプリング数と使いやすさを比較した。 実験方法について以下説明する。 本実験のために、試作された各種石英ルツボ直径25c
mX高さ20c+wを第6図のごとくセットし、この中
に高純度多結晶シリコン塊約20Kgを充填溶融し、ア
ルゴンガスを入口5より流量30Jl/winで導入し
、かつ引上室6内の圧力を10mbに保ちながら直径1
10mmφのシリコン単結晶7を引上げた。この他の第
6図の各部分は、引上げられるシリコン単結晶7の上端
に種結晶8を介して、上方に回転しつつ上昇する引上軸
9、石英ルツボとこれに内接する炭素材からなるルツボ
保護体10であり、保護体を囲繞したヒータ11により
石英ルツボ1内に充填された高純度多結晶シリコン塊を
加熱溶融し、溶融後はシリコン単結晶7の引上行程の進
捗にあわせて、加熱エネルギーが適当になるよう交流ま
たは直流電源と制御装置(いずれも図示されていない)
が付属する。12は高純度シリコンの溶融体であり、1
3は流入したガスの引上室6からの出口である。 シリコン溶融体12から単結晶シリコン7が引上げられ
るときに、使用ルツボに応じて、種結晶8の回転数およ
び石英ルツボ1の回転数を適宜制御、する必要がるが、
従来品の石英ルツボを用いる場合は1回転方向が互いに
逆で、種結晶が15rp■、石英ルツボが2rp■が用
いられる。しかし、長時間溶融品あるいは、内張り品を
用いた場合、あるいは二重成型品を用いた場合には、特
に種結晶の回転数を10乃至5 rpmまで低減でき、
この結果シリコン溶融体の攪拌がおだやかになり、ルツ
ボ内壁の変質あるいは、その結果おこるルツボ壁から剥
離する石英小片のシリコン単結晶成長界面への接触によ
る、単結晶乱れを著しく防止できる。 シリコン単結晶引上においては、その中に意図的に導電
型、ならびに抵抗率の制御のために添加されるリンまた
はポロンの濃度をある範囲に制御するために、石英ルツ
ボ1の中のシリコン溶融体を一回引上行程で、全量単結
晶化することは少なく、ある程度たとえば全シリコン量
の半分すなわち10Kgが引上げられた後、再び最高1
0Kg追加されて、第2回引上行程が行われる。引上行
程は、理論的には無限に行われることが好ましいが1回
数を増すにつれて、シリコン溶融体中に残留する不純物
が蓄積するので、高々10回が限度とみられている。 これらの実験結果は次表に示すとおりである。 以上の結果より、サンプル■の長時間溶融タイプのOH
基基布布最も望ましいことが明らかである。またサンプ
ル■とサンプル■ とよりOH基濃度の高い内層領域は
25%以上ないと効果がでないことも推定される。サン
プル■の例で内表面のOH基が170ppmと適当であ
るにもかかわらず、結果が悪いのは、OH基低含有量領
域の生地がないために、短時間のうちに、溶融シリコン
が汚染してしまい、その後使用に耐えられなくなるもの
と推定される。 、図面の簡単な説明 第1図、第2図はルツボの内表面からの深さ方向におけ
るOH基含有量の分布を示す線図、第3図、第4図はル
ツボの製作説明図、第5図は各種タイプのルツボの内表
面からの深さ方向におけるOH基含有量分布を示す曲線
図、第6図はCZ法による単結晶引上装置の断面図であ
る。 1・拳・ルツボ、   2・・eガラス板。 3・・・回転モールド、 4・・・OH基含有量の高いガラス粉体。 5・・・入口、   6・拳・引上室、7・・−単結晶
、  8・・・種結晶。 9・φ・引上軸、  10・・・ルツボ保護体。 11・・・ヒータ、 12・・・溶融体、  13・拳−出口。
Figures 1 and tsz are diagrams showing the distribution of the amount of OH groups in the depth direction from the inner surface of the crucible, Figures 3 and 4 are illustrations of crucible manufacturing, and Figure 5 is a diagram showing various types of crucibles. It is a curve diagram showing the OH group content distribution in the depth direction from the inner surface. 1... Crucible, 2... Glass plate. Patent applicant Shin-Etsu Quartz Co., Ltd., TL) First cause J111 OH group (ρpm) Procedural amendment (own ship June 7, 1985 Patent application No. 84218 2, 1985, title of invention For silicon single crystal pulling Crucible 3, Relationship with the case of the person making the amendment Patent applicant name Shin-Etsu Quartz Co., Ltd. 46 Agent 5, Specification subject to amendment 6, Contents of amendment 1) r60pph on page 4, line 11 of the specification
ppg1 or more” Correct. ``Therefore, the molten silicon in the crucible and the melt in the crucible'' on page 4, line 18 is corrected to ``therefore, the melt in the crucible.'' 3) ``1.'' on page 5, line 7 of the specification. 5■ Change “I’ll take it” to “1
The distance is 511 m.'' 4) Amend "C2 is from C" on page 7, line 7 of the specification to r (. is from C8.) 5) Amend "atmosphere containing moisture" on page 8, line 9 of the specification to "
"An atmosphere containing moisture". 6) Amend "to be together" on page 9, line 13 of the specification to read "as well as". Correct "6 and" in the third line of page 11 of the side number to "6 and". The above procedural amendment (Shirogumi February 1, 1985, 1°) Indication of the 1985 Patent Application No. 84218 3, Relationship with the person making the amendment Name of patent applicant Shin-Etsu Quartz Co., Ltd. Name Shin-Etsu Semiconductor Co., Ltd. 4. Agent address: 4-9-61, Nihonbashi Honmachi, Chuo-ku, Tokyo 103
.. 2.12 6. Contents of amendment 1) The lining rate is 15% for r on page 11, line 1 to page 13, last line of the specification as per the attached sheet. 2) Add Figure 6 of the drawing as attached. (Attachment) A sample ■ with a lining rate of 15% was prototyped. Furthermore, we added a sample of double powder molding with an inner layer of synthetic quartz glass■ and a sample of a fully transparent quartz glass crucible made with glasswork■, and examined the actual use of these crucibles to improve the number of multiple pulls and ease of use. compared. The experimental method will be explained below. For this experiment, various types of quartz crucibles were prototyped with a diameter of 25 mm.
A cs x height 203 was set as shown in Fig. 6, and about 20 kg of high-purity polycrystalline silicon was filled and melted.
Argon gas was introduced from the inlet 5 at a flow rate of 30,417 w1n, and a silicon single crystal 7 having a diameter of 110 .phi. was pulled while maintaining the pressure in the pulling chamber 6 at 101b. The other parts in FIG. 6 are made up of a pulling shaft 9 that rotates upward and rises via a seed crystal 8 at the upper end of the silicon single crystal 7 to be pulled, a quartz crucible, and a carbon material inscribed therein. The crucible protector 10 heats and melts the high-purity polycrystalline silicon block filled in the quartz crucible 1 using a heater 11 surrounding the protector, and after melting, the heater 11 surrounding the protector , AC or DC power supply and control equipment (not shown) to provide adequate heating energy.
is included. 12 is a high-purity silicon melt;
Reference numeral 3 denotes an outlet from the drawing chamber 6 for the inflowing gas. When the single silicon 7 is pulled up from the silicon melt 12, it is necessary to appropriately control the rotation speed of the seed crystal 8 and the rotation speed of the quartz crucible 1 depending on the crucible used.
When a conventional quartz crucible is used, the rotating directions are opposite to each other, and the first seed crystal is 15 rpm, and the quartz crucible is 2 rpm. However, when using long-term melting products or lined products. Alternatively, when a double molded product is used, the rotational speed of the seed crystal can be reduced to 10 to 5 rpm, and as a result, the stirring of the silicon melt becomes gentle, resulting in deterioration of the inner wall of the crucible or damage to the crucible wall that occurs as a result. It is possible to significantly prevent single crystal parts from being bent due to contact of quartz particles peeled off from the silicon single crystal growth interface. In the process of pulling a silicon single crystal, the silicon is melted in a quartz crucible 1 in order to control the concentration of phosphorus or boron, which is intentionally added to the silicon single crystal to control the conductivity type and resistivity, within a certain range. It is rare that the entire amount of silicon is turned into a single crystal in one lifting process, and after a certain amount, for example, half of the total amount of silicon, or 10 kg, is pulled up, it is
0 kg is added and the second lifting process is performed. Theoretically, it is preferable that the pulling process be performed infinitely, but as the number of pulling processes increases, impurities remaining in the silicon melt accumulate, so it is believed that the maximum number of drawing processes is 10 times. The results of these experiments are shown in the table below. From the above results, the long-melting type OH of sample ■
The base fabric is clearly the most desirable. It is also estimated that the inner layer region having a higher OH group concentration than Samples ① and ② must be 25% or more to be effective. Even though the OH groups on the inner surface of sample (■) are appropriate at 17OPP (■), the reason for the poor results is that there is no fabric in the low OH group content region. It is estimated that the molten silicon becomes contaminated within a short time and becomes unusable thereafter. 4. Brief explanation of the drawings Figures 1 and 2 are diagrams showing the distribution of OH group content in the depth direction from the inner surface of the crucible, Figures 3 and 4 are illustrations for explaining the production of the crucible, Figure 5 shows the distribution of OH group content in the depth direction from the inner surface of various types of crucibles.
FIG. ii and FIG. 6 are cross-sectional views of a single crystal pulling apparatus using the CZ method. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Crucible, 2... Glass plate, 3... Rotating mold, 4... Glass powder with high OH group content, 5... Inlet, 6... Pulling chamber, 7. ... Single crystal, 8... Seed crystal, 9... Pulling shaft, 10... Crucible protector, 11 River heater, 12...
Molten body, 13...exit. Procedural amendment (self-imposed patent application No. 84218 of 1985 2, title of invention: Crucible for pulling silicon single crystals 3, relationship with the case of the person making the amendments) Name of patent applicant: Shin-Etsu Quartz Co., Ltd. Jjiang Shin-Etsu Semiconductor Co., Ltd. 4 , Agent 6, Contents of amendment 1) Amend the entire specification as per the attached amended specification. 2) Replace No. 1 with Fig. 1 of the attached sheet - Amended specification 1, title of invention: crucible 2 for pulling silicon single crystals, claim 1, a crucible with a thickness of 0.2 s + m or more in contact with the inner surface. , the OH group content is 60 ppm or more. ”Artificial high OH
a concentration region and a low OH concentration region where the OH group content is 20 ppm or more lower than the average concentration in the inner surface layer with a thickness of 0 to 3 m in a portion of 0.5 layers or more thick that does not contact the inner surface. A crucible for pulling single crystals. 2. The unit according to claim 1, wherein the structure occupies one quarter or more of the inner surface of the entire crucible, or one third or more of the inner surface that comes into contact with the melt when melting the raw material. Crucible for crystal pulling. 3. Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a crucible used when producing a single crystal by pulling molten silicon. (Prior Art and Problems) Methods for pulling single crystals for mass-producing silicon wafers can be roughly divided into the FZ (blooting zone) method and the CZ (Czochralski) method. The CZ method involves pulling a single crystal from molten silicon in a quartz glass crucible while solidifying it. At this time, 1-quartz glass (SiO2) melts into the molten silicon, and as a result, oxygen is included in the single crystal. (ref
%W, Zulehner and D, Huber
;rcrlstalsJ Vol, 8'''Czockr
a1gki-Grown 5ilicon”p+I
Springer-Verlag (1182)) *
This oxygen is not an impurity that should be avoided; it plays an important role, such as increasing the heat resistance of the wafer. Therefore, when manufacturing single crystals using the CZ method, it is widely practiced to control so-called crystal pulling conditions such as the crucible rotation speed, crystal rotation speed, and atmosphere so that oxygen at the required concentration is introduced into the silicon wafer. (L Zule)
hner et al, supra). On the other hand, the first characteristic required of a quartz glass crucible is heat resistance, since its operating temperature reaches approximately 1500°C. In quartz glass for the semiconductor industry, heat resistance can be approximated by corresponding to the OH group concentration in the glass on a ratio of 1 to 1, so creating a crucible with a low OH group content has been a challenge for crucible manufacturers. Such a crucible with a low OH group content has a high viscosity,
It has good shape stability and slow diffusion of impurities, so it is excellent in keeping the molten silicon in the crucible clean. However, even if the optimum operating conditions are set, high temperatures are required to maintain them. It has the disadvantage that it requires precision control and is extremely difficult to use repeatedly (so-called multiplexing). On the other hand, if a crucible with a high OH group content is used,
The disadvantage is that high-quality single crystals cannot be obtained due to the diffusion and penetration of impurities from the heater and graphite susceptor.
Therefore, the use of such a crucible with a high OH group content is a past technique in which crucibles with a low OH group content were not available. (Objective and Structure of the Invention) The present inventors have conducted various studies to solve the conventional problems with crucibles for pulling silicon single crystals, and as a result, the inventors have developed a method to increase the OH group concentration in the inner surface layer of the crucible. It was discovered that by using a crucible with a lower outside surface and a distribution of OH group concentration, the reaction between molten silicon and the crucible (SiO2) is moderate and easy to control, and shape stability can be obtained. completed. In other words, the present invention has a high OH concentration region having an OH group content of 60 ppm or more and 195 ppm or less, which is in contact with the inner surface and has a thickness of 0.2 mm or more, and a 0.5 mm thick intestinal layer that is not in contact with the inner surface. The present invention relates to a crucible for pulling a single crystal having a structure in which the above portion has a low OH concentration region where the OH group content is 20 ppm or more lower than the average concentration in the inner layer with a thickness of 0.3 mm. As mentioned above, by providing a region with a high concentration of OR groups inside the crucible, the crucible makes it easy to moderately control the reaction between the molten silicon in the crucible and the crucible wall (S s O2), and also reduces the operating temperature. is 1
It is designed to maintain excellent shape stability at around 460°C. Therefore, in the present invention, 0.2 m11 from the inner surface of the crucible
The above range is OH group content of 60 ppm or more and 195 ppm.
■Hereafter, the high concentration region is preferably 60 to 170 pp, and the optimal thickness of the region is 0.8 to ! , 5 servings. Under these conditions, the OH group distribution curve 0 shown in Figure 1 is A.
It means not passing through part, preferably not passing through part B or C. To explain this specifically with reference to FIG. 1, the following 0 distribution curve 01 is for a normal low OH group concentration crucible, and is for an electric melting crucible called a so-called translucent crucible. In this case, the zero distribution curve 0, which passes through region A and is different from the crucible of the present invention because the inner surface also has a low OH group concentration, is for a transparent natural silica glass crucible. Although it is within the above-mentioned optimum range, it is outside the scope of the present invention because it does not have a low OH region, which is another condition of the present invention that will be described later. Mu I & t I + b Zeng / Nj ↓ Shimada Koga - 11 Masa is also a favorable turbo, 0 distribution curve O is similar to the optimal example of 03, but when the thickness of the interior layer of 60 PP■ or more is 0.21 fat Because of the following, the effects of the present invention are not sufficient and are not satisfactory. Simultaneously with the above conditions, in the present invention, the interior layer 0. It is necessary that a layer containing 20 pp- or more less OH groups than the average OH group concentration of :b+m is located outside the high concentration region, and this region may be in contact with the outer surface of the crucible. As shown in Figure 2, the average OH group concentration C1 of the interior layer 0.3 mm and the OH group concentration C2 of the layer 20 pp less than this.
Let the distances from the inner surface to points A and B, where and intersect with the OB distribution dbtlQ, be XA and X, respectively. In the crucible of the present invention, the second condition is XB-XA≧0.5 (■S) and the chin. In this case, if there is no intersection B and all points outside A are lower than C2, point B can be considered to be on the outer surface. Note that C2 is 40pp higher than C1.
Preferably smaller than a garden. It is desirable that xB-xA is 1.5 layers or more. A configuration that satisfies the above two conditions occupies 1/4 or more of the inner surface of the entire crucible or 1/3 or more of the inner surface that comes into contact with molten silicon during silicon melting (usually 70% of the inner surface
5% is in contact with molten silicon) is also a necessary condition for the present invention. A method of providing a high concentration region of OH groups inside the crucible is as follows: (i) Welding a quartz glass plate 2 with a large number of OH groups (01) to the inside of a quartz glass crucible 1 molded in a rotary mold.
(lining), (Figure 3), (ii) When manufacturing the crucible 1 by molding the powder in the rotary mold 3 and melting the powder layer with an electric arc, quartz glass powder with a large number of OH groups is added to the inside. 4 to form a double powder layer (double powder molding) (Figure 4), (iii) When electrically melting the powder layer in the rotary mold, an atmosphere containing moisture (normal atmosphere) is used. Remains molten for a long time. However, methods (i) and (ii) are not practical because the manufacturing process is complicated and quartz glass powder is more expensive than quartz powder. The present inventors conducted an experiment to change the OH group content of the inner layer by changing the conventional melting method using the rotary mold method. In particular, it was found that the OH group content of the inner layer increased. If the melting time is extended using the conventional method, the crucible will become too thick, but the thickness can be controlled to a predetermined value by changing the cooling conditions. The crucible of the present invention obtained by the above method has an OH group content of about 60 ppm on the dough and 110 ppm on the inner surface in the optimal example, whereas a conventional crucible has an OH group content of 30 ppm. The following effects can be mentioned. (Effects of the Invention) (1) Conventionally, Si02 (glass) was difficult to melt into molten silicon, and therefore operating conditions were set such that relatively fast convection occurred.Using the crucible of the present invention, S i02 ( Glass) is easily melted. The movement of the molten metal is gentle, allowing the specified oxygen concentration to be achieved and the operating conditions to be stable. (2) As a result, the number of times the crucible can be used repeatedly (so-called multi-pulling) using the reduced pressure CZ method was limited to 2 to 3 times in the past, but with the present invention it is 6 to 8 times, which reduces the operating rate. The result was a significant increase. At the same time, quality uniformity improved. Next, a crucible according to the present invention and a crucible according to a conventional method were prototyped, and the OH group concentration distribution in the direction perpendicular to the inner surface was compared. FIG. 5 shows the results, and all crucibles had a diameter of 25 cm and a height of 20 cm. (2) is a crucible made by the conventional method of molding quartz powder in a rotary mold and heating it from the inside with an arc, and Q, (2) and (2) are crucibles according to the present invention. That is, these methods are respectively (ii) double powder molding, (iii) long-term melting, and (i) lining. In the conventional crucible (2), the OH groups are distributed almost uniformly at 30 to 40 pp (2) throughout the fabric and inner layer of the crucible, but 1
.. ■~(This is a distribution with an extremely high concentration area reaching up to 190 pa■ on the 3xt inner surface.
The area of 7opp■ became the dough, but in this case, 0.3
The average value of the inner surface layer of m■ was 110 ppm. The lining method (①) requires a lot of man-hours and is not suitable for mass production, but it is a good sample for knowing what percentage of the inner surface needs to have an OH group distribution structure, so in addition to the sample (①) with a lining ratio of 30%. A sample (■) with a lining rate of 15% was produced. Furthermore, we added a sample of double powder molding with an inner layer of synthetic quartz glass■ and a sample of a fully transparent quartz glass crucible made with glasswork■, and examined the actual use of these crucibles to improve the number of multiple pulls and ease of use. compared. The experimental method will be explained below. Various quartz crucibles with a diameter of 25 cm were prototyped for this experiment.
m x height 20c+w is set as shown in Fig. 6, about 20 kg of high-purity polycrystalline silicon is filled and melted, argon gas is introduced from the inlet 5 at a flow rate of 30 Jl/win, and the inside of the pulling chamber 6 is diameter 1 while keeping the pressure at 10mb.
A silicon single crystal 7 with a diameter of 10 mm was pulled. The other parts in FIG. 6 are made up of a pulling shaft 9 that rotates upward and rises via a seed crystal 8 at the upper end of the silicon single crystal 7 to be pulled, a quartz crucible, and a carbon material inscribed therein. The crucible protector 10 heats and melts the high-purity polycrystalline silicon block filled in the quartz crucible 1 using a heater 11 surrounding the protector, and after melting, the heater 11 surrounding the protector , AC or DC power supply and control equipment (not shown) to provide adequate heating energy.
is included. 12 is a high-purity silicon melt;
Reference numeral 3 denotes an outlet from the drawing chamber 6 for the inflowing gas. When the single crystal silicon 7 is pulled from the silicon melt 12, it is necessary to appropriately control the rotation speed of the seed crystal 8 and the rotation speed of the quartz crucible 1 depending on the crucible used.
When using a conventional quartz crucible, the directions of one rotation are opposite to each other, and the seed crystal is used at 15 rpm and the quartz crucible at 2 rpm. However, when using a long-time melting product, a lined product, or a double molded product, the rotation speed of the seed crystal can be reduced to 10 to 5 rpm.
As a result, the agitation of the silicon melt becomes gentle, and it is possible to significantly prevent single crystal disturbance due to deterioration of the inner wall of the crucible or contact of quartz pieces peeled off from the crucible wall to the silicon single crystal growth interface. In the process of pulling a silicon single crystal, the silicon is melted in a quartz crucible 1 in order to control the concentration of phosphorus or poron, which is intentionally added to control the conductivity type and resistivity, within a certain range. It is rare that the entire amount of silicon is turned into a single crystal in one pulling process, and after a certain amount, for example, half of the total amount of silicon, or 10 kg, has been pulled up, it is then pulled up again to a maximum of 1 kg.
0 kg is added and the second lifting stroke is performed. Theoretically, it is preferable that the pulling process be carried out infinitely, but as the number of pulling processes increases, impurities remaining in the silicon melt accumulate, so it is believed that the maximum number of pulling processes is 10 times. The results of these experiments are shown in the table below. From the above results, the long-melting type OH of sample ■
The base fabric is clearly the most desirable. It is also estimated that the inner layer region with a higher OH group concentration than Sample (2) and Sample (2) must be 25% or more to be effective. In sample ①, even though the OH group on the inner surface is 170 ppm, which is appropriate, the result is poor because there is no fabric in the low OH group content area, so the molten silicon becomes contaminated in a short time. It is presumed that the product will become unusable after that. , Brief description of the drawings Figures 1 and 2 are diagrams showing the distribution of OH group content in the depth direction from the inner surface of the crucible, Figures 3 and 4 are illustrations for explaining the production of the crucible, FIG. 5 is a curve diagram showing the OH group content distribution in the depth direction from the inner surface of various types of crucibles, and FIG. 6 is a sectional view of a single crystal pulling apparatus using the CZ method. 1. Fist/crucible, 2. e-glass plate. 3...Rotary mold, 4...Glass powder with high OH group content. 5...Entrance, 6.Fist/pulling chamber, 7...-Single crystal, 8...Seed crystal. 9. φ. Pulling shaft, 10... Crucible protector. 11... Heater, 12... Molten body, 13. Fist-exit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、内表面に接して0.2mm以上の厚さの、OH基含
有量が60ppm以上の高OH濃度領域と、内表面に接
しない厚さ0.5mm以上の部分にOH基含有量が厚さ
0.3mmの内表層における平均濃度より20ppm以
上少ない低OH濃度領域とを持つ構成とした単結晶引上
げ用ルツボ。 2、前記構成がルツボ全体の内表面の4分の1以上、も
しくは原料溶融時に溶融液に接する内表面の3分の1以
上を占めることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の単結晶引上げ用ルツボ。
[Claims] 1. A high OH concentration region with an OH group content of 60 ppm or more that is in contact with the inner surface and has a thickness of 0.2 mm or more, and a region that is not in contact with the inner surface and has a thickness of 0.5 mm or more. A crucible for pulling single crystals having a structure having a low OH concentration region in which the OH group content is 20 ppm or more lower than the average concentration in the inner surface layer with a thickness of 0.3 mm. 2. The unit according to claim 1, wherein the structure occupies one quarter or more of the inner surface of the entire crucible, or one third or more of the inner surface that comes into contact with the melt when melting the raw material. Crucible for crystal pulling.
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