TW202405259A - 單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝 - Google Patents

單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝 Download PDF

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Abstract

本發明是一種單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其具有由直筒部、R部、及底部所構成的坩堝形狀，並且具有：外層，其由含有氣泡之不透明石英玻璃所構成；及，內層，其由透明石英玻璃所構成，且厚度為1.5mm以上；其中，前述內層的從前述石英玻璃坩堝內表面起算1mm的位置中的Na、K、及Li的濃度係Na小於5質量ppb、K小於5質量ppb、及Li小於100質量ppb，前述外層的前述R部和前述底部中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度係Na小於10質量ppb、K小於50質量ppb、及Li小於180質量ppb。藉此，提供一種單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其能夠抑制所提拉的單晶矽晶棒的針孔。

Description

單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝
本發明有關一種單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝。
在單晶矽(單晶矽晶棒)的製造中，廣泛使用所謂的柴可拉斯基法(CZ法)。此CZ法是藉由下述方式在晶種的下端培育單晶矽：在石英玻璃坩堝內容納矽熔融液，使晶種接觸該矽熔融液的表面，使石英玻璃坩堝旋轉，並且一面使晶種向相反方向旋轉，一面向上方提拉。
使用石英玻璃坩堝所製得的單晶矽晶棒中有時會混入被稱為針孔的數μm～數mm大的泡。包含此泡之矽晶圓雖然能夠藉由使目視檢查或紅外線檢查來檢測，但是只要存在一個針孔，就會成為使產率下降的因素。
作為要提拉的單晶矽晶棒的針孔的原因之泡的產生來源是提拉装置內的氣體或石英玻璃坩堝的內表面所內含的泡，可列舉因矽熔融液與石英玻璃坩堝的反應而產生的氣體，目前為止已對於這些泡採取了對策(例如專利文獻1)。 [先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：國際公開第2013/140706號
[發明所欲解決的問題]
如上所述，目前為止已對於作為所提拉的單晶矽晶棒的針孔的原因之泡採取了對策。然而，有時會產生無法僅以這些來說明的針孔，尋求一種所提拉的單晶矽晶棒的針孔較少之石英玻璃坩堝。
本發明是為了解決上述問題而完成，其目的在於提供一種單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其能夠抑制所提拉的單晶矽晶棒的針孔。 [解決問題的技術手段]
本發明是為了解決上述問題而完成，其提供一種單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其具有由直筒部、R部、及底部所構成的坩堝形狀，並且具有：外層，其由含有氣泡之不透明石英玻璃所構成；及，內層，其由透明石英玻璃所構成，且厚度為1.5mm以上；該單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝的特徵在於，前述內層的從前述石英玻璃坩堝內表面起算1mm的位置中的Na、K、及Li的濃度係Na小於5質量ppb、K小於5質量ppb、及Li小於100質量ppb，前述外層的前述R部和前述底部中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度係Na小於10質量ppb、K小於50質量ppb、及Li小於180質量ppb。
若是這樣的石英玻璃坩堝，則在單晶矽晶棒的提拉過程中於石英玻璃坩堝的內表面產生的棕環中，能夠促進深度方向的結晶化。藉此，能夠抑制在棕環內部產生的泡的釋放，能夠抑制所提拉的單晶矽晶棒的針孔。
此時，較佳是設為：前述內層的從前述石英玻璃坩堝內表面起算1mm的位置中的Na、K、及Li的濃度係Na小於5質量ppb、K小於5質量ppb、及Li小於50質量ppb，前述外層的前述R部和前述底部中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度係Na小於5質量ppb、K小於50質量ppb、及Li小於100質量ppb。
在石英玻璃坩堝的內層和外層中，藉由滿足這樣的雜質元素(再者，在以下的說明中，有時將Na、K、及Li統稱為雜質元素)的濃度，能夠更有效地抑制所提拉的單晶矽晶棒的針孔。
又，較佳是設為前述外層的前直筒部中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度滿足下述之中的至少1個：Na為10質量ppb以上、K為50質量ppb以上、及Li為180質量ppb以上。
藉由滿足這樣的外層的直筒部中的雜質濃度，能夠比將整個坩堝製成高純度更能夠抑制高溫加熱時的石英玻璃坩堝的傾倒和下沉。
又，能夠設為：前述石英玻璃坩堝的外徑為800mm以上的直徑。
如此一來，即使是800mm以上的直徑這樣的大直徑的石英玻璃坩堝，亦能夠合適地應用本發明。
又，較佳是：關於前述石英玻璃坩堝，在其內部保持矽熔融液，並從該矽熔融液提拉單晶矽晶棒後，在前述石英玻璃坩堝的內表面形成棕環，該棕環的內側區域內的前述內層中的直徑為3.0μm以上的氣泡的密度成為4.0個/mm 2以上。
在提拉單晶矽晶棒後的石英玻璃坩堝的內表面形成這樣的棕環之石英玻璃坩堝，能夠更有效地抑制所提拉的單晶矽晶棒的針孔。
又，較佳是：關於前述石英玻璃坩堝，在其內部保持矽熔融液，並從該矽熔融液提拉單晶矽晶棒後，前述石英玻璃坩堝的內表面形成棕環，該棕環是將該棕環的遍及前述石英玻璃坩堝的坩堝圓周方向的平分線定義為該棕環的外徑基準線時前述外徑基準線的長度在10mm以上且13mm以下的範圍內之棕環，當將前述棕環的外徑基準線的長度設為x(mm)，將前述棕環的外徑基準線的端部中的最上部設為基準高度0(μm)，並將前述棕環的內側區域的前述外徑基準線上的最上部的高度即凸部高度設為y(μm)時，前述外徑基準線的長度在10mm以上且13mm以下的範圍內之棕環滿足下述式(1)： y≧10x－70 ･･･(1)。
形成有這樣的棕環之石英玻璃坩堝亦能夠更有效地抑制所提拉的單晶矽晶棒的針孔。 [發明的功效]
本發明的石英玻璃坩堝能夠在單晶矽晶棒的提拉過程中促進棕環的深度方向的結晶化。藉此，能夠抑制在棕環內部產生的泡的釋放，能夠抑制所提拉的單晶矽晶棒的針孔。
如前所述，已對於作為針孔的原因之泡採取了對策。然而，亦有時會產生無法僅以這些來說明的針孔，本發明人試圖予以查明。
其結果，在提拉單晶矽晶棒後的石英玻璃坩堝內面產生被稱為棕環之咖啡色的環，對該棕環進行詳細調査，結果發現棕環的內部存在有數μm至數十μm的直徑的泡，預料此泡會暴露於矽熔融液中，從而成為針孔。
又，如上所述，棕環的內部存在有數μm～數十μm大的泡，根據本發明人的調査可知，藉由減少石英玻璃坩堝的內層的Na、K、Li濃度，能夠縮小棕環內部的泡徑，並且促進棕環內部的深度方向的結晶化，能夠減少在矽熔融液中的熔損。也就是，能夠抑制棕環內部的泡釋放至矽熔融液中，從而能夠減少被摻入單晶矽晶棒中的泡，減少矽晶圓的針孔不良。
以下，更具體地說明本發明。本發明是一種單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其具有由直筒部、R部、及底部所構成的坩堝形狀，並且具有：外層，其由含有氣泡之不透明石英玻璃所構成；及，內層，其由透明石英玻璃所構成，且厚度為1.5mm以上；該單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝的特徵在於，前述內層的從前述石英玻璃坩堝內表面起算1mm的位置中的Na、K、及Li的濃度係Na小於5質量ppb、K小於5質量ppb、及Li小於100質量ppb，前述外層的前述R部和前述底部中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度係Na小於10質量ppb、K小於50質量ppb、及Li小於180質量ppb。在提拉單晶矽晶棒前必須満足這些規定。
首先，參照第1圖來說明本發明的石英玻璃坩堝的部位。第1圖的石英玻璃坩堝10具有外層21和內層22，該外層21由含有氣泡之不透明石英玻璃所構成，該內層22由透明石英玻璃所構成。又，如第1圖所示，石英玻璃坩堝10的坩堝形狀，典型地是由底部12、R部13、直筒部14所構成。在底部12的中心具有底中心11，底部12亦被稱為大R部，R部13有時亦被稱為小R部。
如上所述，本發明的石英玻璃坩堝10在厚度為1.5mm以上的內層22中從石英玻璃坩堝內表面起算1mm的位置中的Na、K、及Li的濃度係Na小於5質量ppb、K小於5質量ppb、及Li小於100質量ppb。藉由製成具有這樣的石英玻璃坩堝10的內層22中的Na、K、及Li的濃度的規定之高純度的石英玻璃坩堝，能夠在單晶矽晶棒的提拉過程中促進棕環的深度方向的結晶化。藉此，能夠抑制在棕環內部中產生的泡的釋放。又，本發明的石英玻璃坩堝10在外層21中R部13和底部12中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度係Na小於10質量ppb、K小於50質量ppb、及Li小於180質量ppb。藉由滿足這樣的外層21的R部13和底部12中的元素濃度，能夠抑制上述雜質元素擴散至坩堝內表面，能夠將坩堝內層22保持在高純度。
上述雜質濃度較佳是進一步用以下方式設為高純度。亦即，較佳是：在內層22中，從石英玻璃坩堝內表面起算1mm的位置中的Na、K、及Li的濃度係Na小於5質量ppb、K小於5質量ppb、及Li小於50質量ppb。又，較佳是：在外層21中，R部13和底部12中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度係Na小於5質量ppb、K小於50質量ppb、及Li小於100質量ppb。藉由滿足這樣的雜質元素的濃度，能夠更有效地抑制所提拉的單晶矽晶棒的針孔。
能夠藉由從石英玻璃坩堝10製作樣品並利用感應耦合電漿質譜法(ICP-MS)等來測定本發明的石英玻璃坩堝的各層的雜質元素濃度。又，測定點設為：在內層22、外層21皆於直筒部14、R部13、底部12處各1點以上。測定點亦可按照各部位取2點以上來取平均值。
參照圖5～圖7來說明外層21與內層22之間的各雜質元素的擴散。圖5～圖7中分別是示出Na、K、及Li在石英玻璃坩堝的外層21中的濃度(坩堝厚度方向平均濃度與在內層22中的濃度(從石英玻璃坩堝10的內表面起算1mm的位置中的濃度)的相關關係。這些圖所示的相關關係是製作外徑為32吋(800mm)的石英玻璃坩堝10並從該石英玻璃坩堝製作樣品來測得。由這些圖可知，關於Na，當在外層21中小於10質量ppb時，能夠在內層22中設為小於5質量ppb，關於K，當在外層21中小於50質量ppb時，能夠在內層22中設為小於5質量ppb，關於Li，當在外層21中小於180質量ppb時，能夠在內層22中設為小於100質量ppb。
另一方面，本發明的石英玻璃坩堝10較佳是外層21的直筒部14中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度滿足下述之中的至少1個：Na為10質量ppb以上、K為50質量ppb以上、及Li為180質量ppb以上。在直筒部14中，為了抑制高溫加熱時的石英玻璃坩堝10向內側傾倒或下沉，較佳是將雜質元素的濃度的下限設為如上所述。其中，在石英玻璃坩堝10的內層22中，由於需要滿足上述高純度的規定，因此為了不被擴散汚染，以在外層21的直筒部14中亦不將雜質元素的濃度過度提高至必要以上為佳。
之所以以這樣的方式在外層21中將底部12～R部13與直筒部14的規定分開之理由，是因為：尤其是石英玻璃坩堝的底部12～R部13，由於與矽熔融液的接觸時間較長，因此棕環的徑擴大比直筒部14更容易進展。因此，藉由尤其減少底部12～R部13的內表面的Na、K、Li濃度來促進棕環的深度方向的結晶化，從而能夠抑制在棕環內部中產生的泡的釋放。又，藉由僅在底部12～R部13減少外層21的Na、K、Li濃度，從而使用石英玻璃坩堝10時能夠抑制直筒部14的變形，並且抑制針孔不良。
又，本發明能夠適合應用於外徑為800mm以上的直徑之石英玻璃坩堝10。這樣的石英玻璃坩堝10能夠提拉更大直徑的單晶矽晶棒，並且能夠提拉即使在這樣的大直徑的單晶矽晶棒中針孔的發生亦得到了抑制之單晶矽晶棒。直徑為12吋(300mm)以上的單晶矽晶圓的針孔的規格較嚴格，對於對其使用的外徑為800mm以上的石英玻璃坩堝的品質要求亦較高。在這樣的情況下，單晶矽晶圓和石英玻璃坩堝皆為大型，在所提拉的單晶矽晶棒下面捕捉到泡之機率較高，因此需要應用本技術。
以下，說明石英玻璃坩堝的內層的表面的棕環的狀態與石英玻璃坩堝內層的雜質元素的濃度的關係。
如上所述，發現在石英玻璃坩堝內表面因與矽熔融液接觸而產生被稱為「棕環」之茶色的環，在其內部確認到數μm～數十μm大的泡。可知此泡以石英玻璃坩堝內層中的Na、K濃度分別小於5質量ppb的情況與石英玻璃坩堝內層中的Na、K濃度分別分別為50質量ppb以上的情況進行比較時，小於5質量ppb的情況的泡徑較小。
圖2中示出在石英玻璃坩堝內表面產生的棕環的照片。圖2(a)中示出石英玻璃坩堝內表面的情況。圖2(a)中看起來為圓形的是棕環。棕環存在孤立的情況，亦存在如圖2(a)所示複數個融合之情況。圖2(b)是將圖2(a)中的一部分放大後的圖。如圖2(b)所示，在棕環的內部確認到數μm～數十μm大的泡。
圖3中示出圖2(b)中示出的棕環內部的泡的直徑的調査結果。在圖3中，將石英玻璃坩堝內層中的雜質元素的濃度係Na、K皆小於5質量ppb且Li濃度小於50質量ppb者與Na、K皆超過50質量ppb且Li濃度小於50質量ppb者進行了比較。由此圖可知，當Li濃度設為小於50質量ppb且共通時，如果Na濃度、K濃度皆小於5質量ppb，則泡徑變小。
又，如圖4所示，此泡當以石英玻璃坩堝內層的Li濃度為180質量ppb以上的情況和石英玻璃坩堝內層的Li濃度小於100質量ppb的情況進行比較時，可知小於100質量ppb的情況在棕環中央部附近的泡個數密度較高。此處，泡個數密度較高，意味著氣泡未被釋放而殘留，此時，意味著氣泡存在於較深的位置，未被摻入矽熔融液中。
除了此知識見解以外，還可知若是石英玻璃坩堝的內層的Na、K濃度分別小於5質量ppb且Li濃度小於100質量ppb，則當提拉單晶矽晶棒時，數μm～數十μm的尺寸的針孔較少。
據此推測，藉由降低石英玻璃坩堝的內層的Na、K的濃度，能夠縮小泡徑，藉由降低Li濃度，能夠抑制泡釋放至矽熔融液中，從而能夠改善所提拉的單晶矽晶棒中的針孔的發生。總結本發明的雜質元素的規定的效果，將Na、K設為低濃度之優點在於藉由降低Na、K的濃度，能夠將棕環內的氣泡抑制為較小。又，將Li設為低濃度之優點在於棕環的深度方向上的結晶化較快、以及藉此能夠使迫於結晶化而發生的氣泡存在於相對較深的位置、及結晶化延遲熔損速度且氣泡不會釋放至矽熔融液中。
如以上所述，棕環是因石英玻璃坩堝的內表面的結晶化而產生，因此推測其結晶化狀況因石英玻璃坩堝內表面的Na、K、Li濃度而產生差異，Na、K、Li濃度越低，棕環內部的結晶化、也就是從石英玻璃坩堝內表面的深度方向的結晶化越進展，能夠減少在矽熔融液中的熔損。因此，如以下實驗例所示，利用表面粗糙度測定機對產生於內表面的Na、K、Li濃度不同之石英玻璃坩堝中的直徑為12mm的棕環的凹凸形狀進行測定。
[實驗例1～4] 準備石英玻璃坩堝的內層的Na、K、Li濃度不同之4種的石英玻璃坩堝。各個石英玻璃坩堝中的從內表面起算深度為1mm的位置中的雜質元素的濃度如以下所述。 實驗例1･･･Na：3質量ppb，K：1質量ppb，Li：200質量ppb 實驗例2･･･Na：2質量ppb，K：3質量ppb，Li：200質量ppb 實驗例3･･･Na：3質量ppb，K：2質量ppb，Li：70質量ppb 實驗例4･･･Na：4質量ppb，K：1質量ppb，Li：70質量ppb
利用表面粗糙度測定機對產生於這些內層的Na、K、Li濃度不同之石英玻璃坩堝中的直徑為12mm的棕環的凹凸形狀進行測定。其結果如圖8所示。
由圖8可知，石英玻璃坩堝內層的Na濃度、K濃度分別小於5質量ppb且Li濃度小於100質量ppb的情況(實驗例3、4)的凸起，比Na濃度、K濃度分別小於5質量ppb且Li濃度為100質量ppb以上的情況(實驗例1、2)更高10～20μm左右。也就是說，當Na濃度、K濃度分別小於5質量且Li濃度小於100質量ppb時，能夠促進棕環內部的結晶化，在矽熔融液中的熔損得到了抑制。此10～20μm的熔損差異被認為影響了數μm～數十μm大的泡的釋放。
又，一般而言，如果鹼金屬較多，則會促進石英玻璃的結晶化，但是在因低金屬濃度的石英玻璃與矽熔融液的反應而產生的棕環的內部發生了相反的現象。據此推測，藉由將石英玻璃坩堝的內層中的雜質元素的濃度設為Na小於5質量ppb、K小於5質量ppb、及Li小於100質量ppb，能夠促進棕環的內部的結晶化，能夠抑制棕環內部的泡的暴露。
如以上所述，滿足本發明的雜質元素的濃度的規定之石英玻璃坩堝能夠在單晶矽晶棒的提拉過程中促進棕環的深度方向的結晶化。其結果，本發明的石英玻璃坩堝能夠根據實行了單晶矽晶棒的提拉後的棕環來規定如下。亦即，本發明的石英玻璃坩堝較佳是：在其內部保持矽熔融液，並從該矽熔融液提拉單晶矽晶棒後，在石英玻璃坩堝的內表面形成棕環，該棕環的內側區域內的內層中的直徑為3.0μm以上的氣泡的密度成為4.0個/mm 2以上。在提拉單晶矽晶棒後的石英玻璃坩堝的內表面形成這樣的棕環之石英玻璃坩堝，能夠更有效地抑制所提拉的單晶矽晶棒的針孔。
再者，單晶矽晶棒大多實行多重提拉法，該多重提拉法是從一個石英玻璃坩堝提拉複數根，但是基於本發明的石英玻璃坩堝中的提拉後的棕環的泡之規定是設為最初的一根單晶矽晶棒的提拉之後。此時，石英玻璃坩堝的使用時間為數十小時～100小時左右。原因在於，在複數根的提拉的情況下，使用時間會長時間化，一旦產生的棕環有時會消失。
又，本發明的石英玻璃坩堝雖然其內部保持矽熔融液，並從該矽熔融液提拉單晶矽晶棒後，於石英玻璃坩堝的內表面具有棕環，但是此時較佳是棕環的凸部高度滿足以下規定。亦即，較佳是形成以下棕環：將棕環的遍及石英玻璃坩堝的坩堝圓周方向之平分線定義為該棕環的外徑基準線時外徑基準線的長度在10mm以上且13mm以下的範圍內之棕環。又，較佳是：當將棕環的外徑基準線的長度設為x(mm)，將棕環的外徑基準線的端部中的最上部設為基準高度0(μm)，並將棕環的內側區域的外徑基準線上的最上部的高度即凸部高度設為y(μm)時，外徑基準線的長度在10mm以上且13mm以下的範圍內之棕環滿足下述式(1)。 y≧10x－70 ･･･(1)
形成有這樣的棕環之石英玻璃坩堝亦能夠更有效地抑制所提拉的單晶矽晶棒的針孔。
更詳細說明如下。圖9中示出棕環的概略圖。本發明中的棕環的內側的氣泡的密度、外徑和基準高度是以如圖9所示的單獨的棕環作為對象。由複數個棕環結合而成者未用於這些值的計算。
圖9中圖示了從石英玻璃坩堝的底部側至坩堝的端面側(直筒部的上端側)的方向、亦即垂直方向。所謂遍及坩堝圓周方向之平分線，是以與石英玻璃坩堝的鉛直方向正交的平面將棕環分割為二部分之線。外徑基準線意指上述平分線與棕環的外周相交的2點之間的線段。本發明較佳是形成以下棕環：最初的一根的提拉單晶矽晶棒後的外徑基準線的長度在10mm以上且13mm以下的範圍內之棕環。外徑基準線的長度亦可稱為棕環的外徑，由於棕環不必是完全的圓形，因此以這樣的方式定義。
又，所謂棕環的外徑基準線的端部中的最上部，是上述2點中的任一較高者。參照圖8來予以說明。圖8中示出利用表面粗糙度測定機對於石英玻璃坩堝的內表面測定圖9的棕環的高度而得的結果。將示於圖8的右側的外徑基準線的端部中的最上部設為基準高度0(μm)。將棕環的內側區域的外徑基準線上的最上部的高度即凸部高度設為y(μm)。在圖8的實驗例4中外徑基準線的長度為約12.2mm。又，基準高度0(μm)的位置位於圖中橫軸的約15.5mm的位置。由於將此位置設為基準高度0(μm)，因此位於圖中橫軸的約10mm的位置之外徑基準線上的最上部的高度為約54μm。亦即，y＝54、x＝12.2，滿足式(1)。
再者，作為產生此棕環的凸形狀之理由，推測在矽熔融液中的熔損產生的同時，結晶化進展，而避免了結晶化部的熔損，結果成為凸形狀。換言之，根據圖8中的各實驗例的曲線的極大值，推測相當左側之部分因矽熔融液的流動而熔損，並且推測因此導致茶色部(結晶化部)的大部分消失。
[石英玻璃坩堝的製造方法] 能夠藉由控制內層、外層的雜質元素的濃度、以及公知的方法來製造本發明的石英玻璃坩堝。例如能夠藉由被稱為電弧旋轉熔融法之方法來進行製造。此時，首先，對進行旋轉的模具內供給作為原料粉末的二氧化矽粉(矽石(silica)粉、石英粉)，然後利用離心力來成型成坩堝形狀的成型體。然後，利用電弧焰從內側對該成型體進行加熱熔融，來形成半透明石英玻璃製坩堝基體(外層)(基體形成步驟)。進一步，該坩堝基體的形成過程中或形成後，對該坩堝基體內的加熱氣氛內重新供給二氧化矽粉，在坩堝基體內面側形成透明石英玻璃製內層(內層形成步驟)。藉由一面散佈石英粉一面加熱來形成由透明石英玻璃所構成之內層之方法亦被稱為散佈法。又，例如能夠藉由調整各層的原料粉中的雜質元素的濃度來實行內層、外層的雜質元素的濃度的調整。 [實施例]
以下，列舉本發明的實施例來進一步具體地進行說明，但是本發明不限定於實施例。
[實施例1～3、比較例1～4] 藉由電弧旋轉熔融法來製造外徑為800mm的直徑的石英玻璃坩堝。此時，所製得的石英玻璃坩堝的內層的雜質濃度、外層(R部和底部)中的雜質濃度及外層(直筒部)中的雜質濃度調整成如表1所示。亦即，表1所示的各雜質濃度為單晶矽晶棒的提拉前的石英玻璃坩堝的各部位的濃度(單位：質量ppb)。再者，如上所述，內層的雜質濃度是從石英玻璃坩堝內表面起算1mm的位置中的濃度，外層的各部位的雜質濃度是厚度方向上的平均濃度。
繼而，使用所製得的石英玻璃坩堝來實行單晶矽晶棒的提拉。觀察在最初的第一根的提拉單晶矽晶棒後的石英玻璃坩堝內表面產生的棕環。作為所觀察的棕環，選定上述外徑基準線的長度在10mm以上且13mm以下的範圍內之棕環。作為棕環的內側區域內的內層中的泡的狀態，將所包含的泡之中的最大者的氣泡徑和棕環內的直徑為3.0μm以上的氣泡的密度示於表2。又，觀察棕環而獲得的上述式(1)中的外徑基準線的長度x和外徑基準線上的最上部的高度即凸部高度y亦示於表2。又，將在最初的第一根的單晶矽晶棒的提拉後產生的針孔的狀態設為「針孔成績」來示於表2中。在針孔成績的評估中，分為「特別良好」、「良好」、「不及格」的3階段，此處，為了方便，設為如以下所述。由單晶矽晶棒製作單晶矽晶圓時所檢測的針孔數中，以比較例1作為基準，將其以上設為「不及格」，將「不及格」的一半以下設為「良好」，將「良好」的一分以下設為「特別良好」。
[表1]
[表2]
由表1、2可知，當內層的Na、K、及Li的各雜質濃度係Na小於5質量ppb、K小於5質量ppb、及Li小於100質量ppb，且外層的R部和底部中的Na、K、及Li濃度係Na小於10質量ppb、K小於50質量ppb、及Li小於180質量ppb時，針孔成績為良好。又，當滿足這樣的雜質濃度的規定時，能夠將棕環內的直徑為3.0μm以上的氣泡的密度製成4.0個/mm 2以上。如此一來，個數密度較高，意味著氣泡未被釋放而殘留，此時，意味著氣泡存在於棕環內較深的位置，未被摻入矽熔融液中。又，由表2可知，在實施例1～3中，關於外徑基準線的長度在10mm以上且13mm以下的範圍內之棕環，滿足了上述式(1)，此時針孔成績為「特別良好」或「良好」。另一方面，在比較例1～4中，未滿足上述式(1)。
又，所製得的石英玻璃坩堝的外層之中，直筒部中的雜質元素在任一實施例、比較例中，皆具有濃度較高的元素(滿足了Na為10質量ppb以上、K為50質量ppb以上、及Li為180質量ppb以上之中的任1個)，因此傾倒和下沉得到了抑制。
再者，本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態為例示，任何具有實質上與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想相同的構成且發揮相同功效者，皆包含在本發明的技術範圍內。
10:石英玻璃坩堝 11:底中心 12:底部 13:R部 14:直筒部 21:外層 22:內層
圖1是示出一般的石英玻璃坩堝的部位之概略剖面圖。 圖2是在石英玻璃坩堝內表面產生的棕環的照片。 圖3是示出棕環內部的泡的直徑之圖表。 圖4是示出石英玻璃坩堝的內層中的Li濃度與棕環內部的泡密度的關係之圖表。 圖5是示出石英玻璃坩堝的外層中的Na濃度與內層中的Na濃度的相關關係之圖表。 圖6是示出石英玻璃坩堝的外層中的K濃度與內層中的K濃度的相關關係之圖表。 圖7是示出石英玻璃坩堝的外層中的Li濃度與內層中的Li濃度的相關關係之圖表。 圖8是示出實驗例1～4中的棕環的凹凸形狀之圖表。 圖9是用以說明棕環之概略圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
10:石英玻璃坩堝
11:底中心
12:底部
13:R部
14:直筒部
21:外層
22:內層

Claims (11)

  1. 一種單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其具有由直筒部、R部、及底部所構成的坩堝形狀，並且具有： 外層，其由含有氣泡之不透明石英玻璃所構成；及， 內層，其由透明石英玻璃所構成，且厚度為1.5mm以上； 該單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝的特徵在於， 前述內層的從前述石英玻璃坩堝內表面起算1mm的位置中的Na、K、及Li的濃度係Na小於5質量ppb、K小於5質量ppb、及Li小於100質量ppb， 前述外層的前述R部和前述底部中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度係Na小於10質量ppb、K小於50質量ppb、及Li小於180質量ppb。
  2. 如請求項1所述之單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其中，前述內層的從前述石英玻璃坩堝內表面起算1mm的位置中的Na、K、及Li的濃度係Na小於5質量ppb、K小於5質量ppb、及Li小於50質量ppb，前述外層的前述R部和前述底部中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度係Na小於5質量ppb、K小於50質量ppb、及Li小於100質量ppb。
  3. 如請求項1所述之單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其中，前述外層的前直筒部中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度滿足下述之中的至少1個：Na為10質量ppb以上、K為50質量ppb以上、及Li為180質量ppb以上。
  4. 如請求項2所述之單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其中，前述外層的前直筒部中的厚度方向上的Na、K、及Li的平均濃度滿足下述之中的至少1個：Na為10質量ppb以上、K為50質量ppb以上、及Li為180質量ppb以上。
  5. 如請求項1所述之單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其中，前述石英玻璃坩堝的外徑為800mm以上的直徑。
  6. 如請求項2所述之單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其中，前述石英玻璃坩堝的外徑為800mm以上的直徑。
  7. 如請求項3所述之單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其中，前述石英玻璃坩堝的外徑為800mm以上的直徑。
  8. 如請求項4所述之單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其中，前述石英玻璃坩堝的外徑為800mm以上的直徑。
  9. 如請求項1～8中任一項所述之單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其中，關於前述石英玻璃坩堝，在其內部保持矽熔融液，並從該矽熔融液提拉單晶矽晶棒後，在前述石英玻璃坩堝的內表面形成棕環，該棕環的內側區域內的前述內層中的直徑為3.0μm以上的氣泡的密度成為4.0個/mm 2以上。
  10. 如請求項1～8中任一項所述之單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其中，關於前述石英玻璃坩堝，在其內部保持矽熔融液，並從該矽熔融液提拉單晶矽晶棒後，前述石英玻璃坩堝的內表面形成棕環，該棕環是將該棕環的遍及前述石英玻璃坩堝的坩堝圓周方向的平分線定義為該棕環的外徑基準線時前述外徑基準線的長度在10mm以上且13mm以下的範圍內之棕環，當將前述棕環的外徑基準線的長度設為x(mm)，將前述棕環的外徑基準線的端部中的最上部設為基準高度0(μm)，並將前述棕環的內側區域的前述外徑基準線上的最上部的高度即凸部高度設為y(μm)時，前述外徑基準線的長度在10mm以上且13mm以下的範圍內之棕環滿足下述式(1)： y≧10x－70 ･･･(1)。
  11. 如請求項9所述之單晶矽晶棒提拉用石英玻璃坩堝，其中，關於前述石英玻璃坩堝，在其內部保持矽熔融液，並從該矽熔融液提拉單晶矽晶棒後，前述石英玻璃坩堝的內表面形成棕環，該棕環是將該棕環的遍及前述石英玻璃坩堝的坩堝圓周方向的平分線定義為該棕環的外徑基準線時前述外徑基準線的長度在10mm以上且13mm以下的範圍內之棕環，當將前述棕環的外徑基準線的長度設為x(mm)，將前述棕環的外徑基準線的端部中的最上部設為基準高度0(μm)，並將前述棕環的內側區域的前述外徑基準線上的最上部的高度即凸部高度設為y(μm)時，前述外徑基準線的長度在10mm以上且13mm以下的範圍內之棕環滿足下述式(1)： y≧10x-70 ･･･(1)
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