專利名稱：：石英玻璃坩堝以及使用該石英玻璃坩堝的硅單晶提拉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于拉硅單晶，且硅單晶的氣孔(tfy本一》)少的石英玻璃坩堝以及使用該石英玻璃坩堝的硅單晶提拉方法。
背景技術(shù)：
：作為硅晶片等的半導(dǎo)體材料使用的硅單晶主要皿CZ法來制造。該制造方法是將放入石英玻璃坩堝的多晶硅加熱熔融制成硅熔液并在高溫下以浸泡在此液面的晶種為中心使單晶成長、將其徐徐提拉而成長為皿的單晶的方法。提拉中的硅單晶常常在坩堝的中心在液中使用，因此，如果從塒堝的內(nèi)表面浮起的氣泡附著在硅單晶和自液的界面，其直接作為氣孔iSA硅單晶中。氣禮就是硅單晶中所包含的氣泡。在硅單晶的切片^l呈中，發(fā)現(xiàn)有氣孔的晶片微棄，因此，氣孔成為制品成品率斷氏的原因之一。作為防止硅單晶氣孔的技術(shù)，已知將加入到石英柑堝的多晶硅原料在一定范圍的爐內(nèi)壓力下熔融，并以比其高的爐內(nèi)壓力進(jìn)行硅單晶的提拉的方法(專利文獻(xiàn)1:日本特幵平05—9097號公報)。另外，已知在一定范圍的爐內(nèi)壓下進(jìn)行原料熔鵬，以比熔融時的爐內(nèi)壓力低的爐內(nèi)壓力進(jìn)行原料熔融后的單晶提拉的方法(專利文獻(xiàn)2:日本特幵2000—169287號公報)?，F(xiàn)有的上述防氣孔的方法均是，行硅單晶的提拉時,調(diào)節(jié)多晶自融時的爐卩3壓力和提拉時的爐內(nèi)壓力，防止氣泡巻入硅單晶的方法，但是，由于原料多晶硅在石^^柑堝中熔融，由該坩堝內(nèi)的鵬硅提拉硅單晶，因此，石鄉(xiāng)璃坩堝的影響大。但是，目前對石鄉(xiāng)璃柑堝的性艦氣孔的影響未充艦行研究。本發(fā)明提供對防止硅單晶氣孔的石英玻璃坩堝特定其條件，硅單晶的氣孔少的石英玻璃坩堝。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及具有以下構(gòu)成的解決上述問題的石^W坩堝。(1)石英鵬坩堝，其是用于硅單晶提拉的石鄉(xiāng)璃坩堝，其特征在于，通過將非晶質(zhì)二氧化硅結(jié)晶化而成的結(jié)晶二氧化硅的面積抑制在坩堝內(nèi)面積的10%以下，防止硅單晶的氣孔。(2)石英玻璃坩堝，其特征在于，將坩堝內(nèi)表面的幵氣泡(W*0產(chǎn)生的凹部的密度限制在0.010.2count/mm2，防止硅單晶的氣孔。(3)硅單晶的提拉方法，，征在于，iCTJ^(1)或，(2)的石英玻璃甜禍，將坩堝內(nèi)表面的娜速度抑制在20—以下進(jìn)行硅單晶的提拉，由此防止氣孔。本發(fā)明的第一方式是減少非晶質(zhì)二氧化硅結(jié)晶化而成的結(jié)晶二氧化硅的面積，使結(jié)晶二氧化硅的結(jié)晶率為10%以下的石，璃坩堝，ililM^Jl^結(jié)晶二氧化硅的面積，防止^ffi該柑堝時的氣孔的產(chǎn)生。在此，結(jié)晶二氧化硅的結(jié)晶率是在提拉硅單晶前后測定結(jié)晶化二氧化硅的面積而計算出的。若坩堝內(nèi)表面存在非晶質(zhì)二氧化硅非結(jié)晶化得到的結(jié)晶二氧化硅，則多晶硅熔融，在柑堝內(nèi)浸滿鵬液時，在柑堝內(nèi)表面容易殘留作為氛圍氣的氬氣的氣泡。因此，在鵬液中、駄戰(zhàn)氣泡，成為氣孔的原因。于是，本發(fā)明的石英玻璃坩堝通過減少內(nèi)表面的結(jié)晶位錯產(chǎn)生的結(jié)晶二氧化硅的面積，使氣泡難以附著在坩堝內(nèi)表面。由此，混入鵬液的氣泡M^、，可防止氣孔。本發(fā)明的第二方式為使坩堝內(nèi)表面的^泡產(chǎn)生的凹部為一定密度(0.010.2count/mm2)的石英玻璃坩堝，S3ihM凹部的存在，防止{頓該坩堝時的氣孔的發(fā)生。若柑堝內(nèi)表面存在一定的凹部，則會,制二氧化硅玻璃和^M液反應(yīng)而生成的SiO氣體的,，減少大氣泡的產(chǎn)生，因此，進(jìn)入硅單晶的氣泡量減少，可防止氣孔。本發(fā)明的第三方式為使用上述第一方式或第二方式的石英柑堝的硅單晶的提拉方法，Mil將坩堝內(nèi)表面的娜艦抑帶勝20Mm/hr以下，可防止硅單晶的氣孔。圖I是^^本發(fā)明的電弧放電裝置以及石英玻璃坩堝制作裝置的一實施方式的縱剖面圖-,圖2是^^本發(fā)明的石，璃柑堝的一實施方式的縱剖面圖；圖3^/示本發(fā)明的石鄉(xiāng)璃鉗堝的其它實船式的縱剖面亂圖4是恭卞從一實施方式的石，璃柑堝內(nèi)的自、拉硅單晶錠的狀態(tài)的縱剖面圖。符號說明1-電極驅(qū)動機(jī)構(gòu)、2—碳電極、3—模具D)、4一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、5—MffiM、6—石英堆積層、IO—電弧放電裝置、11—石英玻璃柑堝、20—內(nèi)層、22—外層、20A—壁部20B—彎曲部、20C—底部、22—天然石顛《璃、24—合g英玻璃。具體實施例方式下面，參照具體實施方式詳細(xì)說明本發(fā)明。本發(fā)明第一方式的石英玻璃塒堝為硅單晶提拉用的石^W坩堝，其特征在于，通過將非晶質(zhì)二氧化硅結(jié)晶化得到的結(jié)晶二氧化硅的面積抑制在坩堝面積的10%以下，防止硅單晶的氣孔。當(dāng)坩堝內(nèi)表面存在非晶質(zhì)二氧化硅結(jié)晶化而成的結(jié)晶二氧化硅時，多晶^融，在坩堝內(nèi)充滿鵬液時，坩堝內(nèi)表面容易殘留作為氛圍氣的氬氣的氣泡。因此，硅熔液中MA上述氣泡，成為氣孔的原因。本發(fā)明的戰(zhàn)石頓璃鉗堝中，將非晶質(zhì)二氧化硅結(jié)^^錯得到的結(jié)晶二氧化硅的面柳蹄依總內(nèi)表面的10%以下，使氣^t以附著在坩堝內(nèi)表面，由此減少外i入硅烙液的氣泡。當(dāng)id^結(jié)晶二氧化自過10%時，附著的氣泡增加，故不tti^。要M^非晶質(zhì)二氧化硅的結(jié)晶位錯產(chǎn)生的結(jié)晶二氧化硅的量，可以^HSi2石英玻璃構(gòu)造斷裂、再排列的雜質(zhì)。另外，硅和坩堝的二氧化硅玻璃的反應(yīng)而在鉗堝內(nèi)表面析出的難斑點(將5ltkl爾作棕色環(huán)("^j;;^))也是結(jié)晶二氧化硅，但是結(jié)晶構(gòu)造不完全(SiO")，實質(zhì)上與，的結(jié)晶位錯得到的結(jié)晶1化硅不同。因此，在本發(fā)明中棕色環(huán)的面積沫包含^±^10%內(nèi)。本發(fā)明第二方式的石英玻璃坩堝，，征在于，將坩堝內(nèi)表面的JPH泡產(chǎn)生的凹部的密度限制在0.010.2count/mm2，防止硅單晶的氣孔。在硅單晶的提拉中，由于溫度以及壓力的變化而有時產(chǎn)生SiO氣體的沸騰，但如果在坩堝內(nèi)表面存在一定密度的大小適合的凹部，則獸,制二氧化硅玻璃禾吸鵬液的反應(yīng)生成的SiO氣體的，。特別,坩堝底面存在有一定密度的凹部。凹部主要由JPH泡形成，大小大致為0.22.0mm。^泡產(chǎn)生的凹部的密度，為0.012.0count/mm2、更，為0.031.5count/mm2、iS~^^ifci^;^0.051.0count/mm2。如果低于0.01count/mm2，則Sfc效果，如果大于0.2count/mm2,則氣泡破裂時產(chǎn)生的顆粒使硅單晶的成品率斷氐。坩堝內(nèi)表面的開氣泡產(chǎn)生的凹部是在單結(jié)晶硅的提拉中坩堝內(nèi)表面熔損使內(nèi)部氣泡出現(xiàn)在表麗形成的，因此，只要將i^員范圍所包含的氣泡數(shù)控偉依上述密度即可。氣泡數(shù)可以ilil調(diào)節(jié)制造坩堝時的抽真空的條件等進(jìn)行控制。本發(fā)明包含使用上述石英玻璃坩堝，將坩堝內(nèi)表面的熔損速度控制在20pm/hr以下，拉硅單晶的的方法。艦<頓±^石鄉(xiāng)璃坩堝，將坩堝內(nèi)表面的:l^員驗抑制在20Mni/hr以下來提拉硅單晶，肖灘防止硅單晶的氣孔。SiO氣體主要由液和柑堝的二氧化硅玻璃的反應(yīng)而產(chǎn)生。因此，通過將坩堝內(nèi)表面的娜TO限律贓戰(zhàn)范圍，可抑制SiO氣體的產(chǎn)生，可防止硅單晶的氣孔。當(dāng)坩堝內(nèi)表面的熔損速度快于上述范圍時，抑制SiO氣體產(chǎn)生的，不充分。要得到坩堝內(nèi)表面的熔損M低的坩堝，提高石英玻璃的粘度是重要的。此時的石，璃的粘度(1550。C時的logn)iM8.69,2P。具體而言，通過在更高溫下熔鵬口熱、陶氏OH麟度、棘j頓陶氏了雜質(zhì)的原料粉等方法，坩堝內(nèi)表面的烙損速度也因硅單晶的提拉制牛而異，但^ffi坩堝內(nèi)表面的熔損速6度小的坩堝，調(diào)節(jié)提拉條件，使坩堝內(nèi)表面的;^^逸度為20Min/hr以下即可。作為船員艦小的坩堝，雌船員驗14501650°C、且0HSm度為1150ppm的石英坩堝。4柳這種割牛的石鄉(xiāng)璃坩堝，^i^速度為20MHi/hr以下的提拉剝牛沒有特別限制，但作為一例皿E力為0.4066.7kPa。圖1^^在本發(fā)明中可使用的石英玻璃坩堝的制作裝置的一例，該裝置主要由有底圓筒狀的模具3、使模具3繞辯由線旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)4、用于加繊具3內(nèi)側(cè)的電弧放電裝置10構(gòu)成。模具3例如由碳形成，在其內(nèi)部形成有向模具內(nèi)面開口的多個MiBW5。WB1路5上連接未圖示的Mil機(jī)構(gòu)，在模具3旋轉(zhuǎn)的同時，可ilil減ffil路5從其內(nèi)面進(jìn)行吸氣。在模具3的內(nèi)面，ilil堆積石英粉末可形成石英堆積層6。該石英堆積層6通過模具3的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力而保持在內(nèi)壁面上。禾,電弧放電錢10對保持的石英堆積層6進(jìn)行加熱的同時ffl51鵬鵬5幼:行減壓，由此石英堆積層6m形^，璃層。7鉀脂將石鄉(xiāng)璃坩堝從模具3取出,進(jìn)行娜，由此制造艦英玻璃柑堝。電弧放電裝置10具備由高純度的碳形成的呈棒狀的多個碳電極2、保,些碳電極2的同時使其移動的電極移動機(jī)構(gòu)1、用于對各碳電極2通電流的電源裝置(圖示略)。碳電極2在本例中為3根，但只要在碳電極2之間進(jìn)行電弧放電即可，可以為2根也可以為4根以上。對碳電極2的形狀也無限制。碳電極2被配置為越朝向前端彼，接近的方式。電源可以是交流也可以M流，在該實施方式中，三根碳電極2上連接三相交流電流的各相。圖2^/示石璃柑堝的一例。該石，璃坩堝20由壁部20A、彎曲部20B、底部20C構(gòu)成，由天然石英玻璃22形成。本發(fā)明的石英玻璃坩堝，如圖2所示的一實式，可以形成如下方式，坩堝的^(或一部分)由，天然石英玻璃22形成的方式；坩堝的至少表面層由不添加結(jié)晶促進(jìn)齊,具有易結(jié)晶性的上述石英玻璃形成的方式；坩堝的壁部20A、彎曲部20B、^S少壁部20A的外表面層由天然石，璃22形成的方式等。圖3表示石，璃坩堝的其它實施方式。該石英玻璃坩堝20由壁部20A、彎曲部20B、底部20C構(gòu)成，內(nèi)表面層由合月妬英玻璃24形成，夕卜表面層由天然石鄉(xiāng)璃22形成。財卜，本發(fā)明的石英玻璃柑堝可如圖3所示，石，璃坩堝的內(nèi)表面層由合成石英玻璃24形成，坩堝的外表面層由天然石，璃22形成。在制造這種石英玻璃坩堝時，在旋轉(zhuǎn)模具的內(nèi)表面堆積結(jié)晶天然石英粉末，在其上(內(nèi)周側(cè))堆積結(jié)晶合成石英粉末，并itJ^玻璃化、鵬(1710'C178(rC，tt^l73(TC175(rC)加熱熔,制造。由天然石，璃22形成的也可以不是鉗堝的整個外表面層,而只是壁部20A的外表面層。這是因為壁部20A的強度是尤其重要的。合成石英粉末的平均粒徑為350，粒徑范圍為60600um。天然石英粉末的平均粒徑為250微米，粒徑范圍為50500um?，F(xiàn)有的石英玻璃坩堝為了使從模具的取出容易，坩堝外面存在有100拜300拜的半熔融狀態(tài)的結(jié)晶石艱。另外，在石英玻璃部件中，深度方向(厚度方向)的結(jié)晶化與表面的結(jié)晶化相比非常遲緩，，表面的結(jié)晶狀態(tài)有較強影響。表面不穩(wěn)定的結(jié)晶構(gòu)造的石英玻璃坩堝，只要不消除表面的不穩(wěn)定構(gòu)造，在深度方向就不能結(jié)晶化。因此，可以除去石英玻璃坩堝外表面殘留的結(jié)晶石英層，由具有易結(jié)晶性的Jlife石英玻璃形，堝外表面。這樣的石英玻璃坩堝，結(jié)晶化從坩堝外表面向深度方向ffiittfea行，其結(jié)果是，得到厚且均勻的結(jié)晶層，坩堝的強度提高。若使用本發(fā)明的上述石英玻璃坩堝11，由于在使用時的高溫下坩堝的強度得到維持，且不會產(chǎn)生柑堝壁部內(nèi)倒、沉入，因此可得到高的單晶成品率。在此，單晶的成品率為單晶的DF(DislocationFree)率，是用百分?jǐn)?shù)標(biāo)在提拉的單結(jié)晶的直體部不包含徑方向截面有位錯(有C移化)的部分的與提拉軸方向長度對應(yīng)的部分的重量相對于填充在石英玻璃柑堝中的多晶硅原料的總重量。本發(fā)明包含使用了這種，石，璃柑堝的硅單晶的制造方法。8圖4中，對硅單晶制造方法的一實施方^ia纟m明。使用該實施方式的石英自柑堝ii進(jìn)行硅單晶提拉時，在石，璃坩堝ii內(nèi)將多晶鵬融后，將由硅單晶構(gòu)成的籽晶(圖示略)浸漬在鵬液Y中，使石顛夂璃坩堝11娜堝軸線C周圍旋轉(zhuǎn)的同時提拉籽晶，由此形鵬單晶錠I。此時，雌硅原材料熔融時的鵬為14201600°C。a雜Si種結(jié)晶浸入Si熔液，邊旋糊向上旅拉種結(jié)晶，培雜單晶。在提拉中，因為石鄉(xiāng)璃溶于Si熔液，故石英坩堝的特'M硅單晶的特性以3誠品率有大的影響。此時，提拉硅時的爐內(nèi)氬分壓優(yōu)選為0.4066.7kPa。另外，提拉硅單晶時的鵬雌為14201550°C。實施例下面一并示出本發(fā)明的實施例和比較例。(實施例13、比較例16)使用表1所示性狀的石，璃柑堝(口徑為28英寸)，以爐內(nèi)壓力40toir、氬氣氛圍氣、提拉時間(引t下畤兩)100hr，提拉硅單晶。其結(jié)果如表1所示。另外，表l中，內(nèi)面結(jié)晶化率(％)是非結(jié)晶硅的結(jié)晶化產(chǎn)生的結(jié)晶硅在坩堝內(nèi)表面所占的比例。開氣泡密度(count/mm2)為^泡產(chǎn)生的凹部的坩堝內(nèi)表面密度。;)^員速度(Mm/h)為坩堝內(nèi)表面的厚度減少的速度。氣孔含有率(％)為一片晶片所含的氣孔數(shù)。實施例1~3為本發(fā)明的石，璃坩堝，比較例16為本發(fā)明范圍外的石英玻璃坩堝。內(nèi)面結(jié)晶化率^J131肉目^見察使用前后的坩堝內(nèi)表面,測定結(jié)晶化的面積而計算出來的。3fn泡密度是由偏^M微m^見察柑堝內(nèi)麗測定的。熔liiij叟是由使用前后的坩堝MMiS^i明層的厚EM等計算出的。氣孔含有率Jiii51肉鵬見察切片后的所雜晶片計算出的。如表1所示，在使用本發(fā)明的石，璃柑堝時，硅單晶的氣孔格外少，硅單晶的制造成品率高。另一方面，比較例中，硅單晶的氣孔都多，硅單晶制造的成品率都低。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.石英玻璃坩堝，其為用于硅單晶的提拉的石英玻璃坩堝，其特征在于，通過將非晶質(zhì)二氧化硅結(jié)晶化而成的結(jié)晶二氧化硅的面積抑制在坩堝面積的10％以下，防止硅單晶的氣孔。2.石，璃坩堝，其特征在于，將坩堝內(nèi)表面的JfH泡產(chǎn)生的凹部的密度限制在0.010.2count/mm2,防止硅單晶的氣孔。3.硅單晶的提拉方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1或2的石，璃柑堝，將柑堝內(nèi)表面的熔損速度抑制在20Mm/hr以下，進(jìn)行硅單晶的提拉，由此防止氣孔。4.權(quán)利要求2所述的石英玻璃坩堝，其中，凹部的大小為0.22.0mm。5.權(quán)利要求2所述的石英玻璃柑堝，其中，凹，在于坩堝表面一面。6.權(quán)利要求3所述的硅單晶的提拉方法，其中，提拉硅時的爐內(nèi)氬分壓為0.4(,66.7kPa。7.權(quán)利要求3所述的硅單晶的提拉方法，其中，提拉硅單晶時的溫度為14201550°C。8.權(quán)利要求3所述的硅單晶的提拉方法，其中，硅原材料熔融時的、鵬為1420誦。C。全文摘要本發(fā)明提供用于硅單晶提拉的石英玻璃坩堝，是將非晶質(zhì)二氧化硅結(jié)晶化而成的結(jié)晶二氧化硅的面積抑制在坩堝面積的10％以下，將坩堝內(nèi)表面的開氣泡產(chǎn)生的凹部的密度限制在0.01～0.2count/mm²的石英玻璃坩堝，以及提供使用該石英坩堝，將坩堝內(nèi)表面的熔損速度抑制在20μm/hr以下進(jìn)行硅單晶的提拉，由此防止氣孔的方法。文檔編號C30B15/10GK101624721SQ200810210350公開日2010年1月13日申請日期2008年7月10日優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日發(fā)明者岸弘史,神田稔申請人:日本超精石英株式會社;勝高股份有限公司