專利名稱：石英玻璃坩堝及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅單晶的提拉中所使用的石英玻璃坩堝，尤其是涉及適于口徑為 32英寸以上的大型坩堝、內(nèi)面層的均質(zhì)性優(yōu)異且內(nèi)面層的氣泡含有率低的石英玻璃坩堝及 其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體裝置的基板或太陽能電池等中所使用的硅單晶主要通過CZKzochralski， 丘克拉斯基)法進(jìn)行制造。該制造方法是如下方法將高純度的多晶硅裝填于石英玻璃坩 堝中，在惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行熔解而將晶種浸漬于其中并緩緩提拉，從而自硅熔液中提拉 單晶硅。先前，上述石英玻璃坩堝通過旋轉(zhuǎn)模塑法等進(jìn)行制造(專利文獻(xiàn)1、2)。該制造方 法是如下方法使碳制的中空模具(塑模)旋轉(zhuǎn)而使硅粉末在模具的內(nèi)表面堆積固定厚度， 將其加熱熔融而使之玻璃化，由此制造坩堝。在上述制造方法中，由于坩堝內(nèi)表面(內(nèi)面層)接觸硅熔液，因此該內(nèi)表面由高純 度的合成石英粉所形成。進(jìn)而，如果該內(nèi)面層中所包含的氣泡較多，則在提拉硅單晶時(shí)，在 高溫下上述氣泡膨脹而導(dǎo)致剝離，其混入硅熔液中導(dǎo)致單晶化率降低。因此，在坩堝的制造 步驟中實(shí)施如下方法在將堆積于模具內(nèi)表面的石英粉層加熱而以較薄的玻璃膜密封該石 英粉層的表面時(shí)，自塑模側(cè)抽吸(真空抽吸)石英粉層內(nèi)部，將石英粉層內(nèi)部的空氣除去而 減少內(nèi)面層的氣泡。根據(jù)上述制造方法，將石英粉層的表面均勻地熔融而形成良好的密封，由此可相 應(yīng)于真空抽吸時(shí)間而減少氣泡。然而，隨著坩堝的大口徑化，難以將石英粉層的表面均勻地 熔融，無法形成良好的密封的情形增多。因此，大口徑坩堝中，內(nèi)面層中包含可目視到的氣 泡的情形增多。[專利文獻(xiàn)1]日本專利特開平02-055285號公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本專利特開平10-017391號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
[發(fā)明所欲解決的問題]本發(fā)明是解決先前的上述問題的發(fā)明，其提供一種即便為大型坩堝亦可均質(zhì)地形 成內(nèi)面層，由此制造內(nèi)面層的氣泡含有率低的石英玻璃坩堝的方法及該石英玻璃坩堝。[解決問題的技術(shù)手段]根據(jù)本發(fā)明，提供一種通過以下所示的構(gòu)成而解決上述課題的石英玻璃坩堝的制 造方法及該石英玻璃坩堝。[1] 一種石英玻璃坩堝的制造方法，其是硅單晶的提拉中所使用的石英玻璃坩堝 的制造方法，其特征在于在由合成石英粉形成內(nèi)面層時(shí)，由較形成該內(nèi)面層的內(nèi)側(cè)部分的 合成石英粉小的平均粒度的合成石英粉形成該內(nèi)面層的表面?zhèn)炔糠帧?br> [2]如上述[1]記載的石英玻璃坩堝的制造方法，其中使用相對于形成坩堝內(nèi)面 層的內(nèi)側(cè)部分的合成石英粉的平均粒徑，形成該內(nèi)面層的表面?zhèn)炔糠值暮铣墒⒎鄣钠骄?粒徑小10 μ m以上的合成石英粉。[3]如上述[1]或[2]記載的石英玻璃坩堝的制造方法，其中作為形成坩堝內(nèi)面層 的表面?zhèn)炔糠值暮铣墒⒎?，使用包?0%以上的粒徑200 μ m以下的合成石英粉。[4]如上述[1]至[3]中任一項(xiàng)記載的石英玻璃坩堝的制造方法，其中形成坩堝內(nèi) 面層的內(nèi)側(cè)部分的合成石英粉的平均粒徑為160μπι以上，形成該內(nèi)面層的表面?zhèn)炔糠值?合成石英粉的平均粒徑為150 μ m以下。[5] 一種用于硅單晶的提拉的石英玻璃坩堝，其特征在于其是通過上述[1]至 [4]中任一項(xiàng)的方法而制造者，在自內(nèi)表面起算的Imm以內(nèi)的內(nèi)面層中，直徑大于0. 5mm的 氣泡為10個(gè)以下，直徑為0. 5mm以下的氣泡的含有率為0. Ivol %以下。[6] 一種用于硅單晶的提拉的石英玻璃坩堝，其特征在于，包括外層，其包含由 天然石英粉所形成的石英玻璃；及內(nèi)面層，其包含由合成石英粉所形成的石英玻璃；且上 述內(nèi)面層包含由第1合成石英粉所形成的該內(nèi)面層的內(nèi)側(cè)部分；及由具有比上述第1合 成石英粉小的平均粒度的第2合成石英粉所形成的該內(nèi)面層的表面?zhèn)炔糠?；在自?nèi)表面起 算的Imm以內(nèi)的上述內(nèi)面層中，直徑大于0. 5mm的氣泡為10個(gè)以下，直徑為0. 5mm以下的 氣泡的含有率為0. Ivol %以下。[發(fā)明的效果]根據(jù)本發(fā)明的制造方法，坩堝內(nèi)面層的表面?zhèn)炔糠钟善骄捷^小的石英粉所形 成，因此在加熱熔融時(shí)該表面?zhèn)炔糠忠子诰鶆虻厝劢?，可于石英粉層的表面形成均勻且較 薄的玻璃膜，從而形成良好的密封狀態(tài)，因此可通過真空泵將石英粉表面上所存在的氣體 有效率地排出。另一方面，如果使用平均粒徑較小的石英粉則會形成有多個(gè)較小的氣泡，但 包含較小氣泡的石英層表面的較薄的玻璃層會于合成石英粉與天然石英粉熔融并成為一 體而玻璃化時(shí)蒸發(fā)，因此內(nèi)面層成為幾乎不包含氣泡的透明玻璃層。因此，即便是大型坩堝 亦可獲得坩堝內(nèi)面層的氣泡大幅減少的石英玻璃坩堝。


圖1是表示塑模內(nèi)表面的石英粉的積層狀態(tài)的部分截面示意圖。圖2是表示參考例2中的氣泡含有率的圖表。[符號的說明]10 塑模11塑模內(nèi)表面20外層部分(天然石英)30內(nèi)面層31內(nèi)面層的內(nèi)側(cè)部分32內(nèi)面層的表面?zhèn)炔糠?br> 具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)實(shí)施形態(tài)具體地說明本發(fā)明。
4
本發(fā)明的石英玻璃坩堝的制造方法是硅單晶的提拉中所使用的石英玻璃坩堝的 制造方法，其特征在于在由合成石英粉形成內(nèi)面層時(shí)，由平均粒度較形成該內(nèi)面層的內(nèi)側(cè) 部分的合成石英粉小的合成石英粉形成該內(nèi)面層的表面?zhèn)炔糠帧Ｔ谕ㄟ^旋轉(zhuǎn)模塑法制造石英玻璃坩堝時(shí)，使用碗狀的自如旋轉(zhuǎn)的塑模，在朝上開 口的旋轉(zhuǎn)的塑模的內(nèi)表面，例如使天然石英粉堆積為固定厚度而形成外側(cè)層部分，進(jìn)而在 其上堆積合成石英粉而形成內(nèi)面層部分，保持該狀態(tài)，通過塑模的中心軸上所設(shè)置的電極 而進(jìn)行電弧放電，通過該高溫加熱將上述石英粉熔融而使之玻璃化。在該加熱熔融時(shí)，通過設(shè)置于塑模中的多個(gè)通氣孔進(jìn)行真空抽吸，對石英粉層的 內(nèi)部進(jìn)行減壓而將空氣抽吸并排除至外部，形成氣泡較少的玻璃層。在上述玻璃化之后進(jìn) 行冷卻，冷卻后自塑模中取出碗狀的石英玻璃坩堝。本發(fā)明的方法是在上述制造方法中，如圖1所示，在塑模10的內(nèi)表面11堆積天然 石英粉而形成外層20之后，在由該天然石英粉所形成的外層20上使用合成石英粉而形成 內(nèi)面層30，此時(shí)，在由天然石英粉所形成的外層20上使用平均粒徑較大的合成石英粉(第 1合成石英粉)而形成內(nèi)面層30的內(nèi)側(cè)部分31。其次，在該內(nèi)側(cè)部分31上使用平均粒徑 較小的合成石英粉(第2合成石英粉)而形成內(nèi)面層30的表面?zhèn)炔糠?2。形成內(nèi)面層30的表面?zhèn)炔糠?2的第2合成石英粉的平均粒徑，較佳為相對于形 成內(nèi)面層30的內(nèi)側(cè)部分31的合成石英粉的平均粒徑小10 μ m以上。具體而言，例如，使用 平均粒徑為160 μ m以上的合成石英粉作為形成坩堝的內(nèi)面層30的內(nèi)側(cè)部分31的合成石 英粉，使用平均粒徑為150 μ m以下的合成石英粉作為形成該內(nèi)面層30的表面?zhèn)炔糠?2的 合成石英粉。又，使用包含20 %以上的粒徑200 μ m以上的合成石英粉作為形成坩堝內(nèi)面層30 的內(nèi)側(cè)部分31的第1合成石英粉，另一方面，使用包含90%以上的粒徑200 μ m以下的合成 石英粉作為形成內(nèi)面層30的表面?zhèn)炔糠?2的第2合成石英粉。附帶而言，例如，在口徑為32英寸的大型坩堝中，配置于內(nèi)面層的平均粒徑較小 的第2合成石英粉的厚度較佳為0. 3 1. 0mm。在將由堆積于塑模內(nèi)表面的天然石英粉所形成的外層20以及由合成石英粉所形 成的內(nèi)面層30加熱熔融而使之玻璃化時(shí)，坩堝的內(nèi)面層30的表面?zhèn)炔糠?2由平均粒徑較 小的第2合成石英粉所形成，因此在加熱熔融時(shí)該表面?zhèn)炔糠?2易于均勻地熔解，可在由 合成石英粉所形成的內(nèi)面層30的表面形成均勻且較薄的玻璃膜，從而形成良好的密封狀 態(tài)。如果使用平均粒徑較小的石英粉則會形成有多個(gè)較小的氣泡，但包含較小氣泡的 石英層表面的較薄玻璃層會在合成石英粉與天然石英粉熔融并成為一體而玻璃化時(shí)蒸發(fā)， 因此內(nèi)面層30成為幾乎不包含氣泡的透明玻璃層。又，通過由合成石英粉所形成的內(nèi)面層30的表面?zhèn)炔糠?2即較薄的玻璃膜而形 成良好的密封狀態(tài)，因此由合成石英粉所形成的內(nèi)面層30的內(nèi)部氣泡通過真空抽吸而被 抽吸至外部，從而可獲得內(nèi)面層30的氣泡大幅減少的石英玻璃坩堝。另一方面，如果使用平均粒徑較大的合成石英粉，例如使用平均粒徑200 μ m的合 成石英粉形成內(nèi)面層30整體，則于加熱熔融時(shí)，由合成石英粉所形成的內(nèi)面層30不均勻地 熔融，因此該石英粉層的表面變得凸凹不平而導(dǎo)致產(chǎn)生較大的氣泡。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法而可獲得如下的石英玻璃坩堝在由合成石英粉形成的自 內(nèi)表面起算的Imm以內(nèi)的內(nèi)面層30中，直徑大于0. 5mm的氣泡為10個(gè)以下，直徑為0. 5mm 以下的氣泡的含有率為0. Ivol %以下。實(shí)施例以下表示本發(fā)明的實(shí)施例。[參考例1]將平均粒徑為175 μ m的合成石英粉A與平均粒徑為200 μ m的合成石英粉B分別 使用于坩堝內(nèi)面層，通過上述旋轉(zhuǎn)模塑法而制造口徑為32英寸的石英玻璃坩堝，當(dāng)調(diào)查厚 度為6mm的內(nèi)面層中所包含的氣泡時(shí)，直徑為Imm以上的氣泡的個(gè)數(shù)為在合成石英粉A為 3. 5個(gè)，在合成石英粉B為6個(gè)。如該結(jié)果所示，當(dāng)石英粉的平均粒徑較大時(shí)，直徑Imm以上 的氣泡數(shù)量趨于變多。[參考例2]將平均粒徑為128 μ m的合成石英粉C與平均粒徑為200 μ m的合成石英粉B分別 使用于坩堝內(nèi)面層，通過上述旋轉(zhuǎn)模塑法而制造口徑為24英寸的石英玻璃坩堝，調(diào)查厚度 為6mm的內(nèi)面層中所包含的直徑為0.5mm以下的氣泡含有率。圖2表示該調(diào)查結(jié)果。在圖 2中，X軸是沿著自坩堝的底部中心起至邊緣上端為止的壁面的距離(mm)，0 250mm的范 圍表示底部(bottom)，250 350mm的范圍表示角部(彎曲部)，350 600mm的范圍表示 直體部。根據(jù)圖2明白，在坩堝角部(彎曲部)中，合成石英粉C的氣泡含有率為合成石英 粉B的2倍左右，至于直徑為0. 5mm以下的較小的氣泡，平均粒徑較小的合成石英粉C的氣 泡含有率較高。亦即，當(dāng)將平均粒徑較小的石英粉不僅使用于坩堝的內(nèi)面層的表面附近而 且也使用于內(nèi)面層整體時(shí)，直徑為0. 5mm以下的比較小的氣泡的氣泡含有率在坩堝角部中 趨于變高。[實(shí)施例1]至于口徑為32英寸的石英玻璃坩堝，由平均粒徑為128 μ m的合成石英粉形成坩 堝內(nèi)面層的表面?zhèn)炔糠?層厚0. 5mm)，由平均粒徑為175 μ m的合成石英粉形成內(nèi)面層的內(nèi) 側(cè)部分(層厚5. 5mm)。內(nèi)面層的外側(cè)是使用天然石英粉形成。針對所制造的石英玻璃坩 堝，測定自內(nèi)表面起至Imm為止的層厚范圍中所包含的直徑為0. 5mm以下的氣泡的含有率， 并測定直徑大于0. 5mm的氣泡的個(gè)數(shù)。將該結(jié)果示于表1中。[比較例1]對于口徑為32英寸的石英玻璃坩堝，由平均粒徑為175 μ m的合成石英粉(層厚 6. Omm)形成坩堝內(nèi)面層的整體。內(nèi)面層的外側(cè)是使用天然石英粉形成。針對所制造的石英 玻璃坩堝，測定與實(shí)施例1相同的氣泡含有率以及氣泡的個(gè)數(shù)。將該結(jié)果示于表1中。[比較例2]對于口徑為32英寸的石英玻璃坩堝，由平均粒徑為128 μ m的合成石英粉(層厚 為6. Omm)形成坩堝內(nèi)面層的整體。內(nèi)面層的外側(cè)是使用天然石英粉形成。對于所制造的 石英玻璃坩堝，測定與實(shí)施例1相同的氣泡含有率以及氣泡的個(gè)數(shù)。將該結(jié)果示于表1中。根據(jù)實(shí)施例1可獲得如下的石英玻璃坩堝在自合成石英粉所形成的內(nèi)表面起算 的Imm以內(nèi)的范圍中，直徑大于0. 5mm的氣泡為10個(gè)以下(實(shí)施例1中為4個(gè))，直徑為 0. 5mm以下的氣泡的含有率為0. Ivol %以下(實(shí)施例1中為0. 06vol% )。
另一方面，可知比較例1的石英玻璃坩堝中，直徑為0. 5mm以下的氣泡的含有率較 低而為0. 05%，直徑大于0. 5mm的氣泡的個(gè)數(shù)變多而為30個(gè)。又，可知比較例2的石英玻 璃坩堝中，直徑大于0. 5mm的氣泡的個(gè)數(shù)較少而為4個(gè)，直徑為0. 5mm以下的氣泡的含有率 較高而為0. 2%。[表 1]
實(shí)施例1比較例1比較例2直徑為0. 5mm以下的氣泡的含有率0. 06%0. 05%0. 2%直徑大于0. 5mm的氣泡的個(gè)數(shù)4個(gè)30個(gè)4個(gè)
權(quán)利要求
一種石英玻璃坩堝的制造方法，其是硅單晶的提拉中所使用的石英玻璃坩堝的制造方法，其特征在于在由合成石英粉形成內(nèi)面層時(shí)，由具有比形成所述內(nèi)面層的內(nèi)側(cè)部分的第1合成石英粉小的平均粒度的第2合成石英粉形成所述內(nèi)面層的表面?zhèn)炔糠帧?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中相對于所述第1合成石英粉 的平均粒徑，所述第2合成石英粉的平均粒徑小10 μ m以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中所述第2合成石英粉包含 90%以上粒徑200 μ m以下的合成石英粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英玻璃坩堝的制造方法，其中所述第1合成石英粉的平均 粒徑為160 μ m以上，所述第2合成石英粉的平均粒徑為150 μ m以下。
5.一種用于硅單晶的提拉的石英玻璃坩堝，其特征在于其通過權(quán)利要求1所述的方 法制造，且在自內(nèi)表面起算的Imm以內(nèi)的內(nèi)面層中，直徑大于0. 5mm的氣泡為10個(gè)以下，直 徑為0. 5mm以下的氣泡的含有率為0. Ivol %以下。
6.一種用于硅單晶的提拉的石英玻璃坩堝，其特征在于，包括外層，其包含由天然石 英粉所形成的石英玻璃；及內(nèi)面層，其包含由合成石英粉所形成的石英玻璃；且所述內(nèi)面 層包含由第1合成石英粉形成的所述內(nèi)面層的內(nèi)側(cè)部分；及由具有比所述第1合成石英 粉小的平均粒度的第2合成石英粉形成的所述內(nèi)面層的表面?zhèn)炔糠?；在自?nèi)表面起算的 Imm以內(nèi)的所述內(nèi)面層中，直徑大于0. 5mm的氣泡為10個(gè)以下，直徑為0. 5mm以下的氣泡的 含有率為0. lvol%以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種石英玻璃坩堝及其制造方法，該石英玻璃坩堝用于硅單晶的提拉中，內(nèi)面層的均質(zhì)性優(yōu)異，且內(nèi)面層的氣泡含有率較低。在硅單晶的提拉中所使用的石英玻璃坩堝的制造方法中，當(dāng)由合成石英粉形成內(nèi)面層30時(shí)，由具有比形成該內(nèi)面層30的內(nèi)側(cè)部分31的第1合成石英粉小的平均粒度的第2合成石英粉形成該內(nèi)面層30的表面?zhèn)炔糠?2。相對于形成內(nèi)面層30的內(nèi)側(cè)部分31的第1合成石英粉的平均粒徑，形成該內(nèi)面層30的表面?zhèn)炔糠?2的第2合成石英粉的平均粒徑小10μm以上。
文檔編號C30B29/06GK101983262SQ20098011215
公開日2011年3月2日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者佐藤忠廣, 佐藤賢, 原田和浩 申請人:日本超精石英株式會社