JP2018104248A - シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ - Google Patents
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Abstract
【課題】特定の添加物を特定部位の石英層(外層)に添加することにより、当該石英層の結晶化をより促進し、ルツボの変形を抑制すると共に、前記添加物による単結晶シリコンの汚染を抑制したシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボを提供する。【解決手段】気泡を実質的に含まない、合成石英層からなる透明内層2と、気泡を含む、天然石英層または合成石英層からなる不透明中間層3と、気泡を含む、天然石英層または合成石英層からなる不透明外層4とからなるシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ1において、前記不透明外層4が、Alと、FeあるいはFe酸化物とが添加された天然石英層または合成石英層である。【選択図】図1
Description
本発明は、チョクラルスキー法(以下、「CZ法」という)によって単結晶を引上げるためのシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボに関する。
シリコン単結晶の育成に関し、CZ法が広く用いられている。この方法は、石英ガラスルツボ内に収容されたシリコン溶融液の表面に種結晶を接触させ、ルツボを回転させるとともに、この種結晶を反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶の下端に単結晶を形成していくものである。
ところで、前記石英ガラスルツボは年々大型化しているが、石英ガラスルツボの大型化は、多結晶シリコンの装填量を増大させることができ、スループットが向上するというメリットがある。
しかしながら、その反面、溶融の長時間化、加熱用カーボンヒータの大出力化といった厳しい環境下で使用しなければならず、石英ガラスルツボへの悪影響も大きい。
しかしながら、その反面、溶融の長時間化、加熱用カーボンヒータの大出力化といった厳しい環境下で使用しなければならず、石英ガラスルツボへの悪影響も大きい。
例えば、従来の石英ガラスルツボは高温域での粘性値が低く、1400℃以上の熱環境下では長時間その形状を維持し難かった。そのため、石英ガラスルツボの変形による溶融シリコンの融液面の変動、及び単結晶化率低下など、単結晶引上げ工程で問題が生じていた。
この問題を解決するため、特許文献1、2において、外層がAl添加石英層、中間層が天然石英層、内層が高純度合成石英層からなる3層構造の石英ガラスルツボが提案されている。
この問題を解決するため、特許文献1、2において、外層がAl添加石英層、中間層が天然石英層、内層が高純度合成石英層からなる3層構造の石英ガラスルツボが提案されている。
前記特許文献1、2で提案されたルツボによれば、シリコン単結晶引上げ工程の加熱昇温過程において、外層が1200℃以上で一定加熱されると、クリストバライトへと結晶化する。そして、クリストバライトの成長過程においては、粘性が向上し、また結晶化することで高い耐久性を得ることができるため、前記のようにルツボの変形や破損を抑制することができる。
前記したように、Alが添加されていない石英層に比べて、Al添加石英層は短時間で結晶化する。しかしながら、この場合においても、結晶化のために所定の時間が必要であり、結晶化するまでに石英ガラスルツボが変形する虞があり、結晶化するまでの時間をより短縮化する必要があった。
この結晶化の時間を短縮化するために、Al添加石英層のAl濃度を高くする、あるいは石英ガラスルツボの使用温度を高くすることが考えられる。
しかしながら、石英層のAl濃度を高くする場合、前記石英層の結晶化が過剰に進行し、使用中に石英ガラスルツボが割れて、湯漏れが発生する虞がある。
一方、石英ガラスルツボの使用温度は、ルツボの使用条件に依存するため、ルツボの使用温度を高いものに限定することは、ルツボを使用できる範囲を限定することとなり、好ましくない。
しかしながら、石英層のAl濃度を高くする場合、前記石英層の結晶化が過剰に進行し、使用中に石英ガラスルツボが割れて、湯漏れが発生する虞がある。
一方、石英ガラスルツボの使用温度は、ルツボの使用条件に依存するため、ルツボの使用温度を高いものに限定することは、ルツボを使用できる範囲を限定することとなり、好ましくない。
本発明者らは、上記課題を解決するために、石英層の結晶化をより短縮するための方法について、鋭意研究した。
そして、本来不純物とされ、ルツボの石英層への混入が好ましくないとされているFeあるいはFeの酸化物を添加することで、従来のAl添加のみの場合よりも早く結晶化が進み、シリコンの溶解初期のルツボの変形を抑制できることを知見した。
また、FeあるいはFeの酸化物は、石英ガラスルツボ内の溶融シリコンの融液内に拡散すると不純物となるが、石英ガラスルツボの特定部位にFeあるいはFeの酸化物を添加することで、前記石英ガラスルツボの内層まで拡散せず、溶融シリコンの融液を汚染しないことを知見し、本発明を想到したものである。
そして、本来不純物とされ、ルツボの石英層への混入が好ましくないとされているFeあるいはFeの酸化物を添加することで、従来のAl添加のみの場合よりも早く結晶化が進み、シリコンの溶解初期のルツボの変形を抑制できることを知見した。
また、FeあるいはFeの酸化物は、石英ガラスルツボ内の溶融シリコンの融液内に拡散すると不純物となるが、石英ガラスルツボの特定部位にFeあるいはFeの酸化物を添加することで、前記石英ガラスルツボの内層まで拡散せず、溶融シリコンの融液を汚染しないことを知見し、本発明を想到したものである。
本発明は、前記事情の下になされたものであり、特定の添加物を特定部位の石英層(外層)に添加することにより、当該石英層の結晶化をより促進し、ルツボの変形を抑制すると共に、前記添加物による単結晶シリコンの汚染を抑制したシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボを提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた本発明にかかるシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボは、気泡を実質的に含まない、合成石英層からなる透明内層と、気泡を含む、天然石英層または合成石英層からなる不透明中間層と、気泡を含む、天然石英層または合成石英層からなる不透明外層とからなるシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボにおいて、前記不透明外層が、Alと、FeあるいはFe酸化物と、が添加された天然石英層または合成石英層であることを特徴としている。
このように、不透明外層がAlと、FeあるいはFe酸化物とが添加された天然石英層または合成石英層であるため、不透明外層はFeあるいはFe酸化物によって着色される。この着色された部分(FeあるいはFe酸化物)は,熱を吸収する(温度が高くなる)ため、着色部分の温度が上昇し、不透明外層のAlによる結晶化がより促進され、シリコン溶解初期の石英ガラスルツボの変形が抑制される。この結晶化の速度は従来のAl添加のみの場合よりも早く、不透明外層の結晶化が進むため、従来のAl添加のみの場合に比べて、シリコン溶解初期の石英ガラスルツボの変形をより抑制できる。
また、Feは石英ガラス中を拡散し難いため、天然石英層または合成石英層からなる不透明外層にFeあるいはFe酸化物を添加した場合、合成石英層からなる透明内層の内表面まで到達しにくい。
その結果、石英ガラスルツボ内部の溶融シリコンの融液をFeで汚染することがなく、引き上げた単結晶シリコン内に不純物であるFeの混入が抑制される。
その結果、石英ガラスルツボ内部の溶融シリコンの融液をFeで汚染することがなく、引き上げた単結晶シリコン内に不純物であるFeの混入が抑制される。
ここで、前記不透明外層が内側層と最外層の2層に区分され、前記不透明外層の内側層がAlと、FeあるいはFe酸化物とが添加された天然石英層または合成石英層であり、前記不透明外層の最外層がAlは添加され、FeあるいはFe酸化物が添加されていない、前記内側層と同一の天然石英層または合成石英層であることが望ましい。
このように、不透明外層の最外層をFe不添加石英層としたのは、石英ガラスルツボ製造作中あるいは石英ガラスルツボ使用中に、最外層に添加されたFeが飛散し、石英ガラスルツボ内部がFe汚染し、あるいはルツボ内部の溶融シリコンの融液がFe汚染するのを抑制するためである。
このように、不透明外層の最外層をFe不添加石英層としたのは、石英ガラスルツボ製造作中あるいは石英ガラスルツボ使用中に、最外層に添加されたFeが飛散し、石英ガラスルツボ内部がFe汚染し、あるいはルツボ内部の溶融シリコンの融液がFe汚染するのを抑制するためである。
また、添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度が100メッシュ以下であり、かつ、前記FeあるいはFe酸化物の添加量が、0.05重量%以上、5重量%以下であることが望ましい。
添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度が100メッシュ以下としたのは、100メッシュを超えると、Fe添加石英層中においてFeあるいはFe酸化物の粒子が存在する領域と、存在しない領域の温度差が大きくなり、結晶化がばらついてしまうため好ましくない。
即ち、100メッシュ以下のFeあるいはFe酸化物が、熱を吸収する(温度が高くなる)領域として、石英層内に微視的に均一に点在していることが好ましい。
尚、好ましくは、FeあるいはFe酸化物の粒度が200メッシュ以上100メッシュ以下(網の目開き75μm以上149μ以下)である。添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度が200メッシュ未満の場合には、石英粉よりも粒径が小さくなるため、舞いやすく、Feの添加層以外に混入してしまう恐れがあるため好ましくない。
添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度が100メッシュ以下としたのは、100メッシュを超えると、Fe添加石英層中においてFeあるいはFe酸化物の粒子が存在する領域と、存在しない領域の温度差が大きくなり、結晶化がばらついてしまうため好ましくない。
即ち、100メッシュ以下のFeあるいはFe酸化物が、熱を吸収する(温度が高くなる)領域として、石英層内に微視的に均一に点在していることが好ましい。
尚、好ましくは、FeあるいはFe酸化物の粒度が200メッシュ以上100メッシュ以下(網の目開き75μm以上149μ以下)である。添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度が200メッシュ未満の場合には、石英粉よりも粒径が小さくなるため、舞いやすく、Feの添加層以外に混入してしまう恐れがあるため好ましくない。
更に、前記FeあるいはFe酸化物の添加量が、0.05重量%以上、5重量%以下であることが望ましい。
前記FeあるいはFe酸化物の添加量が0.05重量%未満の場合、黒色化した石英ガラスの吸熱作用が乏しく、より迅速な結晶化を達成することができない。
一方、FeあるいはFe酸化物の添加量が5重量%を超える場合には、石英ガラスルツボが黒色化しすぎてしまいシリコン融液の昇温速度が低下してしまうため、好ましくない。
前記FeあるいはFe酸化物の添加量が0.05重量%未満の場合、黒色化した石英ガラスの吸熱作用が乏しく、より迅速な結晶化を達成することができない。
一方、FeあるいはFe酸化物の添加量が5重量%を超える場合には、石英ガラスルツボが黒色化しすぎてしまいシリコン融液の昇温速度が低下してしまうため、好ましくない。
また、Alの添加量は0.0025重量%(25重量ppm)〜0.0095重量%(95重量ppm)であることが好ましい。
Alは結晶化促進剤として機能するため、Alの混在により、添加層の結晶化が促進される。Alの濃度が95重量ppmよりも多い場合、Feの効果により早期に結晶化が進行するとともに、過剰に結晶化が促進される。25重量ppm未満の場合、Feが混在しても十分に結晶化の核形成が遅くなり、結晶化による耐変形性が十分に得られない。
Alは結晶化促進剤として機能するため、Alの混在により、添加層の結晶化が促進される。Alの濃度が95重量ppmよりも多い場合、Feの効果により早期に結晶化が進行するとともに、過剰に結晶化が促進される。25重量ppm未満の場合、Feが混在しても十分に結晶化の核形成が遅くなり、結晶化による耐変形性が十分に得られない。
また、前記透明内層におけるNa,K,Li,Ca,Al,Ti,Fe,Cuのいずれの濃度も0.1ppm以下であることが望ましい。
Na,K,Li,Ca,Al,Ti,Fe,Cuの不純物が透明内層に混入している場合には、石英ガラスルツボ内部の溶融シリコンの融液を汚染するため、好ましくない。
Na,K,Li,Ca,Al,Ti,Fe,Cuの不純物が透明内層に混入している場合には、石英ガラスルツボ内部の溶融シリコンの融液を汚染するため、好ましくない。
本発明によれば、特定の添加物を特定部位の石英層(外層)に添加することにより、当該石英層の結晶化をより促進し、ルツボの変形を抑制すると共に、前記添加物による単結晶シリコンの汚染を抑制したシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボを得ることができる。
以下、本発明に係わるシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの第1の実施の形態を、図1、図2を参照して説明する。
図1、2に示すように、本発明に係わる石英ガラスルツボ1は、例えば直径813mmで、気泡を実質的に含まない、合成石英層からなる透明内層2と、気泡を含む、天然石英層または合成石英層からなる不透明中間層3と、気泡を含む、天然石英層または合成石英層からなる不透明外層4とから構成されている。
即ち、前記石英ガラスルツボ1は、シリコン単結晶引上げ時に溶融シリコンの融液と接する透明内層2と、この透明内層2に隣接する不透明中間層3と、この不透明中間層3に隣接する不透明外層4とを有する3層構造に構成されている。
即ち、前記石英ガラスルツボ1は、シリコン単結晶引上げ時に溶融シリコンの融液と接する透明内層2と、この透明内層2に隣接する不透明中間層3と、この不透明中間層3に隣接する不透明外層4とを有する3層構造に構成されている。
ここで、気泡を実質的に含まないとは、直径0.5mm以上の気泡が密度1pcs/mm3以上存在していない透明な層をいう。
また、不透明とは、石英ガラス中に多数の気泡(気孔)が内在し、見かけ上、白濁した状態を意味する。また、天然石英層とは水晶等の天然質原料を溶融して製造されるシリカガラス層を意味し、合成石英層とは、例えばシリコンアルコキシドの加水分解により合成された合成原料を溶融して製造されるシリカガラス層を意味する。
また、不透明とは、石英ガラス中に多数の気泡(気孔)が内在し、見かけ上、白濁した状態を意味する。また、天然石英層とは水晶等の天然質原料を溶融して製造されるシリカガラス層を意味し、合成石英層とは、例えばシリコンアルコキシドの加水分解により合成された合成原料を溶融して製造されるシリカガラス層を意味する。
図2に模式的に示すように、前記不透明外層4は、AlとF、eあるいはFe酸化物とが添加された気泡を含む天然石英層または合成石英層からなる外層内側層4Aと、Alが添加され、FeあるいはFe酸化物が添加されていない気泡を含む天然石英層または合成石英層からなる最外層4Bとから構成されている。
具体的には、前記不透明外層4の外層内側層4Aは、Alと、FeあるいはFe酸化物とが添加された天然石英粉または合成石英粉を溶融して形成された、例えば厚さが2mmのAlおよびFe添加石英層である。
尚、Fe酸化物とは、例えば、FeO、Fe2O、Fe3O4をいう。
具体的には、前記不透明外層4の外層内側層4Aは、Alと、FeあるいはFe酸化物とが添加された天然石英粉または合成石英粉を溶融して形成された、例えば厚さが2mmのAlおよびFe添加石英層である。
尚、Fe酸化物とは、例えば、FeO、Fe2O、Fe3O4をいう。
一方、前記不透明外層4の最外層4Bは、Alが添加され、FeあるいはFe酸化物が添加されていない天然石英粉または合成石英粉を溶融して形成された、例えば厚さが0.5mmのFe不添加石英層である。
尚、前記不透明外層4の外層内側層4Aと最外層4Bは、FeあるいはFe酸化物が添加されているか、否かにおいてのみ相違し、天然石英粉または高純度合成石英粉は同一のものが用いられる。
尚、前記不透明外層4の外層内側層4Aと最外層4Bは、FeあるいはFe酸化物が添加されているか、否かにおいてのみ相違し、天然石英粉または高純度合成石英粉は同一のものが用いられる。
このように、不透明外層4の最外層4BをFe不添加石英層としたのは、石英ガラスルツボ製造作中あるいは石英ガラスルツボ使用中に、最外層4Bに添加されたFeが飛散し、石英ガラスルツボ内部がFe汚染し、あるいはルツボ内部の溶融シリコンの融液がFe汚染するのを防止するためである。
また、前記不透明外層4(外層内側層4A)は、FeあるいはFe酸化物が添加された石英層であるため、ルツボの外層がFeあるいはFe酸化物によって着色される。
この着色された部分(FeあるいはFe酸化物)は,熱を吸収する(温度が高くなる)ため、着色部分の温度が上昇し、着色部分周辺のAlを起点とした石英層の結晶化がより促進される。
即ち、従来のAl添加のみの場合よりも早く結晶化が進み、シリコン溶解初期の石英ガラスルツボの変形を抑制できる。
この着色された部分(FeあるいはFe酸化物)は,熱を吸収する(温度が高くなる)ため、着色部分の温度が上昇し、着色部分周辺のAlを起点とした石英層の結晶化がより促進される。
即ち、従来のAl添加のみの場合よりも早く結晶化が進み、シリコン溶解初期の石英ガラスルツボの変形を抑制できる。
前記Feは石英ガラス中を拡散し難いため、不透明外層4の外層内側層4BにFeあるいはFe酸化物を添加した場合にも、前記不透明中間層3を通過して透明内層2まで拡散し難く、石英ガラスルツボ内部の溶融シリコンの融液のFe汚染を抑制でき、引き上げた単結晶シリコン内に不純物としてのFeの混入を抑制できる。
ここで、添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度が100メッシュ以下であり、かつ、前記FeあるいはFe酸化物の添加量が、0.05重量%以上、5重量%以下であることが望ましい。
添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度が100メッシュ以下としたのは、100メッシュを超えると、Fe添加石英層中においてFeあるいはFe酸化物が存在する領域と、存在しない領域の温度差が大きくなり、結晶化がばらついてしまうため好ましくない。即ち、100メッシュ以下のFeあるいはFe酸化物が、熱を吸収する(温度が高くなる)領域として、石英層内に微視的に均一に点在していることが好ましい。
尚、好ましくは、FeあるいはFe酸化物の粒度が200メッシュ以上100メッシュ以下(網の目開き75μm以上149μ以下)である。添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度が200メッシュ未満の場合には、石英粉よりも粒径が小さくなるため、舞いやすく、Feの添加層以外に混入してしまう恐れがあるため好ましくない。
添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度が100メッシュ以下としたのは、100メッシュを超えると、Fe添加石英層中においてFeあるいはFe酸化物が存在する領域と、存在しない領域の温度差が大きくなり、結晶化がばらついてしまうため好ましくない。即ち、100メッシュ以下のFeあるいはFe酸化物が、熱を吸収する(温度が高くなる)領域として、石英層内に微視的に均一に点在していることが好ましい。
尚、好ましくは、FeあるいはFe酸化物の粒度が200メッシュ以上100メッシュ以下(網の目開き75μm以上149μ以下)である。添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度が200メッシュ未満の場合には、石英粉よりも粒径が小さくなるため、舞いやすく、Feの添加層以外に混入してしまう恐れがあるため好ましくない。
更に、前記FeあるいはFe酸化物の添加量が、0.05重量%以上、5重量%以下であることが望ましい。
前記FeあるいはFe酸化物の添加量が0.05重量%未満の場合、黒色化した石英ガラスの吸熱作用が乏しく、より迅速な結晶化を達成することができない。
一方、FeあるいはFe酸化物の添加量が5重量%を超える場合には、石英ガラスルツボが黒色化しすぎてしまいシリコン融液の昇温速度が低下してしまうため、好ましくない。
前記FeあるいはFe酸化物の添加量が0.05重量%未満の場合、黒色化した石英ガラスの吸熱作用が乏しく、より迅速な結晶化を達成することができない。
一方、FeあるいはFe酸化物の添加量が5重量%を超える場合には、石英ガラスルツボが黒色化しすぎてしまいシリコン融液の昇温速度が低下してしまうため、好ましくない。
前記不透明中間層3は、天然石英粉または合成石英粉を溶融して形成された、例えば厚さが少なくとも2mm以上の石英層である。
前記不透明中間層3の厚さが2mmより小さいと、石英粉溶融中のアーク炎の不規則な流れによる不透明中間層3のFe飛散防止効果が減殺されて、不透明外層4の添加されたFeが不透明中間層3を通過して透明内層2に混入し、高純度の透明内層2のFe濃度が高くなり、好ましくない。即ち、透明内層2側のFe濃度が高い場合、溶融シリコンの融液による透明内層2の内表面の溶損により、溶融シリコンの融液中にFeが混入し、シリコン単結晶の歩留が低下し、好ましくない。
前記不透明中間層3の厚さが2mmより小さいと、石英粉溶融中のアーク炎の不規則な流れによる不透明中間層3のFe飛散防止効果が減殺されて、不透明外層4の添加されたFeが不透明中間層3を通過して透明内層2に混入し、高純度の透明内層2のFe濃度が高くなり、好ましくない。即ち、透明内層2側のFe濃度が高い場合、溶融シリコンの融液による透明内層2の内表面の溶損により、溶融シリコンの融液中にFeが混入し、シリコン単結晶の歩留が低下し、好ましくない。
前記透明内層2は、Na,K,Li,Ca,Al,Ti,Fe,Cuの金属不純物含有量が各々0.1ppm以下の合成石英粉を溶融して形成され、少なくとも1mm以上の厚さを有する実質的に気泡の存在しない透明層である。
Na,K,Li,Ca,Al,Ti,Fe,Cuの金属不純物含有量が各々0.1ppmを超える場合には、石英ガラスルツボ内部の溶融シリコンの融液を汚染するため、好ましくない。
Na,K,Li,Ca,Al,Ti,Fe,Cuの金属不純物含有量が各々0.1ppmを超える場合には、石英ガラスルツボ内部の溶融シリコンの融液を汚染するため、好ましくない。
また、前記透明内層2の厚さが1mm未満の場合には、添加したFeが拡散し、前記透明内層2に到達した際、石英ガラスルツボ内部の溶融シリコンの融液をFeで汚染する虞があるため、好ましくない。
具体的には、前記不透明中間層3の厚さと透明内層2の厚さの合計が、6.5mm以上、15mm以下が好ましく、より好ましくは11mm以上15mm以下である。
したがって、不透明外層4の厚さ、不透明中間層3の厚さ、透明内層2の厚さの合計は、13mm以上17mm以下が好ましい。
具体的には、前記不透明中間層3の厚さと透明内層2の厚さの合計が、6.5mm以上、15mm以下が好ましく、より好ましくは11mm以上15mm以下である。
したがって、不透明外層4の厚さ、不透明中間層3の厚さ、透明内層2の厚さの合計は、13mm以上17mm以下が好ましい。
更に、Alの添加量は25重量ppm以上95重量ppm以下であることが好ましい。
Alは結晶化促進剤として機能するため、Alの混在により、添加層の結晶化が促進される。Alの濃度が95重量ppmよりも多い場合、Feの効果により早期に結晶化が進行するとともに、過剰に結晶化が促進される。25重量ppm未満の場合、Feが混在しても十分に結晶化の核形成が遅くなり、結晶化による耐変形性が十分に得られない。
Alは結晶化促進剤として機能するため、Alの混在により、添加層の結晶化が促進される。Alの濃度が95重量ppmよりも多い場合、Feの効果により早期に結晶化が進行するとともに、過剰に結晶化が促進される。25重量ppm未満の場合、Feが混在しても十分に結晶化の核形成が遅くなり、結晶化による耐変形性が十分に得られない。
このように、不透明外層4はFeあるいはFe酸化物によって着色され、この着色された部分(FeあるいはFe酸化物)は,熱を吸収する(温度が高くなる)ため、着色部分の温度が上昇する。したがって、FeあるいはFe酸化物が添加されていない場合に比べて、不透明外層4の結晶化がより促進され、シリコン溶解初期の石英ガラスルツボの変形が抑制される。
この結晶化の速度は従来のAl添加のみの場合よりも早く、不透明外層の結晶化が進むため、従来のAl添加のみの場合に比べて、シリコン溶解初期の石英ガラスルツボの変形をより抑制できる。
その結果、ルツボの耐熱変形性を確保しつつ、カーボンサセプタによる支持の密着安定性が得られ、シリコン単結晶の単結晶化率を向上させることができる。
この結晶化の速度は従来のAl添加のみの場合よりも早く、不透明外層の結晶化が進むため、従来のAl添加のみの場合に比べて、シリコン溶解初期の石英ガラスルツボの変形をより抑制できる。
その結果、ルツボの耐熱変形性を確保しつつ、カーボンサセプタによる支持の密着安定性が得られ、シリコン単結晶の単結晶化率を向上させることができる。
次に、本発明にかかる第2の実施形態について、図3、図4に基づいて説明する。
この第2の実施形態にかかる石英ガラスルツボ10は、側部が3層構造であり、また底部が2層構造で構成され、前記側部における3層構造の外層に、Alと、FeあるいはFe酸化物とが添加されている点に特徴がある。
即ち、ルツボ上端14から前記側部13、及び前記底部11と前記底部コーナー12との間の曲率変化点を基準とする所定範囲までが、Alと、FeあるいはFe酸化物とが添加された天然石英層または合成石英層からなる不透明外層15と、天然石英層または合成石英層からなる不透明中間層16と、合成石英層からなる透明内層17とで形成された3層構造で構成されている。
更に、前記底部11は、前記不透明中間層16から連続して形成された層と、前記透明内層17とで形成された2層構造で構成されている。
この第2の実施形態にかかる石英ガラスルツボ10は、側部が3層構造であり、また底部が2層構造で構成され、前記側部における3層構造の外層に、Alと、FeあるいはFe酸化物とが添加されている点に特徴がある。
即ち、ルツボ上端14から前記側部13、及び前記底部11と前記底部コーナー12との間の曲率変化点を基準とする所定範囲までが、Alと、FeあるいはFe酸化物とが添加された天然石英層または合成石英層からなる不透明外層15と、天然石英層または合成石英層からなる不透明中間層16と、合成石英層からなる透明内層17とで形成された3層構造で構成されている。
更に、前記底部11は、前記不透明中間層16から連続して形成された層と、前記透明内層17とで形成された2層構造で構成されている。
そして、図4に模式的に示すように、前記不透明外層15は、Alと、FeあるいはFe酸化物とが添加された気泡を含む天然石英層または合成石英層からなる外層内側層15Aと、Alが添加され、FeあるいはFe酸化物が添加されていない気泡を含む天然石英層または合成石英層からなる最外層15Bとから構成されている。
具体的には、前記不透明外層15の外層内側層15Aは、Alと、FeあるいはFe酸化物とが添加された天然石英粉または合成石英粉を溶融して形成された、例えば厚さが2mmのFe添加石英層である。
また、前記不透明外層15の最外層15Bは、Alが添加され、FeあるいはFe酸化物が添加されていない天然石英粉または合成石英粉を溶融して形成された、例えば厚さが0.5mmのFe不添加石英層である。
尚、前記不透明外層15の外層内側層15Aと最外層15Bは、FeあるいはFe酸化物が添加されているか、否かにおいてのみ相違し、Alが添加された天然石英粉または高純度合成石英粉は同一のものが用いられる。
具体的には、前記不透明外層15の外層内側層15Aは、Alと、FeあるいはFe酸化物とが添加された天然石英粉または合成石英粉を溶融して形成された、例えば厚さが2mmのFe添加石英層である。
また、前記不透明外層15の最外層15Bは、Alが添加され、FeあるいはFe酸化物が添加されていない天然石英粉または合成石英粉を溶融して形成された、例えば厚さが0.5mmのFe不添加石英層である。
尚、前記不透明外層15の外層内側層15Aと最外層15Bは、FeあるいはFe酸化物が添加されているか、否かにおいてのみ相違し、Alが添加された天然石英粉または高純度合成石英粉は同一のものが用いられる。
また、前記不透明外層15(外層内側層15A)は、FeあるいはFe酸化物が添加された石英層であるため、ルツボの外層がFeあるいはFe酸化物によって着色される。
この着色された部分(FeあるいはFe酸化物)は,熱を吸収する(温度が高くなる)ため、着色部分周辺の石英層のAlによる結晶化がより促進され、従来のAl添加のみの場合よりも早く結晶化が進み、シリコン溶解初期のルツボの変形を抑制できる。
この着色された部分(FeあるいはFe酸化物)は,熱を吸収する(温度が高くなる)ため、着色部分周辺の石英層のAlによる結晶化がより促進され、従来のAl添加のみの場合よりも早く結晶化が進み、シリコン溶解初期のルツボの変形を抑制できる。
また、第1の実施形態と同様に、添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度は、100メッシュ以下であり、かつ、前記FeあるいはFe酸化物の添加量が、0.05重量%以上、5重量%以下であることが望ましい。
この第2の実施形態のように、石英ガラスルツボを構成することにより、シリコン単結晶引上げの開始初期段階において、FeあるいはFe酸化物添加の不透明外層15が存在しない所定範囲の底部11が軟化し、ルツボを支持するカーボンサセプタ(図示せず)と密着する。
その後、引上げの開始からから完了までの間に亘り、高温加熱により所定範囲の底部コーナー及び側部等の不透明外層15の結晶化(クリストバライト化)が進行し、ルツボ全体と、これを支持するカーボンサセプタとの密着安定性が向上する。また、結晶化により耐熱変形性が向上する。
その後、引上げの開始からから完了までの間に亘り、高温加熱により所定範囲の底部コーナー及び側部等の不透明外層15の結晶化(クリストバライト化)が進行し、ルツボ全体と、これを支持するカーボンサセプタとの密着安定性が向上する。また、結晶化により耐熱変形性が向上する。
特に、不透明外層15はFeあるいはFe酸化物によって着色され、この着色された部分(FeあるいはFe酸化物)は,熱を吸収する(温度が高くなる)ため、着色部分の温度が上昇する。したがって、FeあるいはFe酸化物が添加されていない場合に比べて、不透明外層15のAlによる結晶化がより促進され、シリコン溶解初期の石英ガラスルツボの変形が抑制される。
この結晶化の速度は従来のAl添加のみの場合よりも早く、不透明外層の結晶化が進むため、従来のAl添加のみの場合に比べて、シリコン溶解初期の石英ガラスルツボの変形をより抑制できる。
その結果、ルツボの耐熱変形性を確保しつつ、カーボンサセプタによる支持の密着安定性が得られ、シリコン単結晶の単結晶化率を向上させることができる。
この結晶化の速度は従来のAl添加のみの場合よりも早く、不透明外層の結晶化が進むため、従来のAl添加のみの場合に比べて、シリコン溶解初期の石英ガラスルツボの変形をより抑制できる。
その結果、ルツボの耐熱変形性を確保しつつ、カーボンサセプタによる支持の密着安定性が得られ、シリコン単結晶の単結晶化率を向上させることができる。
次に、本発明に係わる石英ガラスルツボ1の製造方法について説明する。
図5に示すような石英ガラスルツボ製造装置20を用いて石英ガラスルツボ1を製造する。
石英ガラスルツボ製造装置20のルツボ成形用型21は、例えば複数の貫通孔が穿設された金型、もしくは高純化処理した多孔質カーボン型などのガス透過性部材で構成された内側部材22と、前記内側部材22を保持する保持体24と、前記内側部材22と保持体24との間に設けられた通気部23とから構成されている。
図5に示すような石英ガラスルツボ製造装置20を用いて石英ガラスルツボ1を製造する。
石英ガラスルツボ製造装置20のルツボ成形用型21は、例えば複数の貫通孔が穿設された金型、もしくは高純化処理した多孔質カーボン型などのガス透過性部材で構成された内側部材22と、前記内側部材22を保持する保持体24と、前記内側部材22と保持体24との間に設けられた通気部23とから構成されている。
また、保持体24の下部には、図示しない回転手段と連結されている回転軸25が固着されていて、ルツボ成形用型21を回転可能にして支持している。前記通気部23は、保持体24の下部に設けられた開口部26を介して、回転軸25の中央に設けられた排気路27と連結されており、この排気路27は、減圧機構28と連結されている。
内側部材22に対向する上部にはアーク放電用のアーク電極29と、Al添加石英粉供給ノズル30と、FeあるいはFe酸化物およびAl添加石英粉供給ノズル31と、天然石英粉供給ノズル32と、合成石英粉供給ノズル33が設けられている。
不透明外層4に用いられるFeあるいはFe酸化物およびAl添加石英粉は、例えばFe、Fe酸化物の粉末とAl粉末とを石英原料と混合することにより、製造される。
ここで用いられるFeあるいはFe酸化物は、粒度が100メッシュ以下のもが用いられる。また、FeあるいはFe酸化物の添加量は、0.05重量%以上、5重量%以下に調整される。
また、Alの添加量は、25重量ppm以上95重量ppmに調整される。
ここで用いられるFeあるいはFe酸化物は、粒度が100メッシュ以下のもが用いられる。また、FeあるいはFe酸化物の添加量は、0.05重量%以上、5重量%以下に調整される。
また、Alの添加量は、25重量ppm以上95重量ppmに調整される。
こうして得られたFeあるいはFe酸化物およびAl添加石英粉を上述した石英ガラスルツボ製造装置20を用いて石英ガラスルツボ1の製造を行うには、まず図示しない回転駆動源を稼働させて回転軸25を矢印の方向に回転させることによってルツボ成形用型11を高速で回転させる。
そして、最初、Al添加石英粉供給ノズル30からAl添加石英粉を供給することにより、遠心力によって内側部材22の内面側に押圧されルツボ成形体の不透明外層4の最外層4Bが形成される。
続いて、ルツボ成形用型20内にFeあるいはFe酸化物およびAl添加石英粉供給ノズル31から上述のようにして得られたFeおよびAl添加石英粉を供給する。供給されたFeあるいはFe酸化物およびAl添加石英粉は、遠心力によって最外層4Bの内面側に押圧されルツボ成形体の不透明外層4として形成される。
そして、最初、Al添加石英粉供給ノズル30からAl添加石英粉を供給することにより、遠心力によって内側部材22の内面側に押圧されルツボ成形体の不透明外層4の最外層4Bが形成される。
続いて、ルツボ成形用型20内にFeあるいはFe酸化物およびAl添加石英粉供給ノズル31から上述のようにして得られたFeおよびAl添加石英粉を供給する。供給されたFeあるいはFe酸化物およびAl添加石英粉は、遠心力によって最外層4Bの内面側に押圧されルツボ成形体の不透明外層4として形成される。
更に、このFeあるいはFe酸化物およびAl添加石英層からなる不透明外層の内面側に少なくとも厚さが2mm以上の不透明中間層3が形成されるように、天然石英粉または合成石英粉、例えば天然石英粉を天然石英粉供給ノズル32から供給する。
供給された天然石英粉は、遠心力によって外層4の内面側に押圧されて、不透明中間層3の成形体として成形される。
供給された天然石英粉は、遠心力によって外層4の内面側に押圧されて、不透明中間層3の成形体として成形される。
次に、不透明中間層3の内面側に少なくとも1mm以上の厚さを有する透明内層を形成する。前記透明内層におけるNa,K,Li,Ca,Al,Ti,Fe,Cuのいずれの濃度も0.1ppm以下の高純度の合成石英粉を合成石英粉供給ノズル33から供給する。
供給された高純度の合成石英粉は、遠心力によって不透明中間層3の内面側に押圧されて、内層4の成形体として成形される。
このようにして不透明外層4、不透明中間層3および透明内層2の成形体が得られる。
供給された高純度の合成石英粉は、遠心力によって不透明中間層3の内面側に押圧されて、内層4の成形体として成形される。
このようにして不透明外層4、不透明中間層3および透明内層2の成形体が得られる。
続いて、減圧機構28の作動により内側部材22内を減圧し、アーク電極29に通電して成形体の内側から加熱し、成形体の透明内層2、不透明中間層3および不透明外層2を溶融して、石英ガラスルツボ1を製造する。
減圧しながら成形体を溶融するので、透明内層2は実質的に無気泡な透明層となる。また、不透明中間層3が存在することで、成形体の溶融中にアーク炎の乱れによるFeあるいはFe酸化物の不透明外層4から透明内層2への飛散を効果的に防止することができる。
次に本発明に係わる石英ガラスルツボを用いたシリコン単結晶の引上げ方法について説明する。
図6に示すように、石英ガラスルツボ1を用いて、単結晶シリコン40を引上げるには、原料ポリシリコンを石英ガラスルツボ1に入れ、ヒータ41によって石英ガラスルツボ1を加熱し、モータ(図示せず)に結合された回転軸42を回転させて石英ルツボ1を回転させる。
一定時間が経過し、原料ポリシリコンが加熱されて、シリコン融点の1430℃以上となり、シリコン融液42になった後、シード軸44を下ろし、種結晶45をシリコン融液43の液面に接触させ、単結晶シリコン単結晶40を引上げる。
尚、図6中、符号46は石英ガラスルツボ1の支持体、符号47は保温筒である。
図6に示すように、石英ガラスルツボ1を用いて、単結晶シリコン40を引上げるには、原料ポリシリコンを石英ガラスルツボ1に入れ、ヒータ41によって石英ガラスルツボ1を加熱し、モータ(図示せず)に結合された回転軸42を回転させて石英ルツボ1を回転させる。
一定時間が経過し、原料ポリシリコンが加熱されて、シリコン融点の1430℃以上となり、シリコン融液42になった後、シード軸44を下ろし、種結晶45をシリコン融液43の液面に接触させ、単結晶シリコン単結晶40を引上げる。
尚、図6中、符号46は石英ガラスルツボ1の支持体、符号47は保温筒である。
シリコン単結晶引上げ工程の加熱昇温過程において、石英ガラスルツボ1の不透明外層4は1200℃以上で一定時間加熱されると、クリストバライトへと結晶化する。
特に、ルツボの外層がFeあるいはFe酸化物によって着色され、この着色された部分(FeあるいはFe酸化物)が熱を吸収する(温度が高くなる)ため、着色部分の温度が上昇し、着色部分周辺のAlを起点として石英層の結晶化が促進される。
このクリストバライトの成長により、顕著な粘性向上の効果が認められ、また、結晶化することで、石英ガラスルツボ1の使用時の気泡膨れによる石英ガラスルツボ1の劣化も抑制できる。
特に、ルツボの外層がFeあるいはFe酸化物によって着色され、この着色された部分(FeあるいはFe酸化物)が熱を吸収する(温度が高くなる)ため、着色部分の温度が上昇し、着色部分周辺のAlを起点として石英層の結晶化が促進される。
このクリストバライトの成長により、顕著な粘性向上の効果が認められ、また、結晶化することで、石英ガラスルツボ1の使用時の気泡膨れによる石英ガラスルツボ1の劣化も抑制できる。
クリストバライトの核生成速度は、Alを含む場合1300℃程度で最大になるため、石英ガラスルツボ1の使用時の加熱方法は、上述のように1200℃以上で一定時間、好ましくは1250〜1350℃で2時間以上保持し、核生成が十分進んだ段階でシリコン融点の1430℃以上に昇温する。
尚、ルツボの外層がFeあるいはFe酸化物によって着色され、この着色された部分(FeあるいはFe酸化物)が熱を吸収する(温度が高くなる)ため、従来のAl添加のみの場合における1250〜1350℃での保持時間が3時間以上に比べて、保持時間2時間とすることができ、短縮化することができる。
尚、ルツボの外層がFeあるいはFe酸化物によって着色され、この着色された部分(FeあるいはFe酸化物)が熱を吸収する(温度が高くなる)ため、従来のAl添加のみの場合における1250〜1350℃での保持時間が3時間以上に比べて、保持時間2時間とすることができ、短縮化することができる。
保持温度が1200℃より低い場合や保持時間が一定時間よりも短いと核生成が十分に行われず、核生成が不十分な段階で1430℃以上に昇温した場合には、均一なクリストバライトの生成が起こらず、気泡の膨れ抑制効果が期待できない。
上述のように1200℃以上で一定時間、好ましくは1250〜1350℃で2時間以上保持した後、1430℃以上に昇温することにより、不透明外層4は著しく粘性が向上してルツボ1の劣化が大幅に減少し、大口径のシリコン単結晶引上げや、原料の多結晶シリコンのリチャージ等による長時間溶融が可能になる。
また、透明内層2は高純度の合成石英粉で形成されているため、透明内層2がシリコン融液に溶解しても、単結晶への不純物汚染の虞がなく、さらに、透明内層2は内側部材22側から減圧しながら製造するため、無気泡層であり、気泡の膨張によるガラスの剥離などによるシリコン単結晶収率の低下も防止できる。
さらに、不透明中間層3が存在することで、単結晶引上げ時、Fe濃度の高い不透明外層4から透明内層2へのFeの拡散が効果的に防止されて、シリコン融液へのFe汚染を確実に防止できる。
(実施例1)
図5に示す石英ガラスルツボ製造装置20を用いて石英ガラスルツボ1を製造した。
不透明外層に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)として、粒度が100メッシュ、添加量は4.5重量%とした。
また、不透明外層に添加するAl量は50重量ppmとした。
そして、減圧機構の作動により内側部材22内を減圧しながら、ルツボ成形用型20内にAl添加石英粉供給ノズル30から供給し、厚さ0,5mmの最外層を形成した。
続いて、前記最外層の内側面に、FeあるいはFe酸化物およびAl添加石英粉供給ノズル31からFe酸化物およびAl添加石英粉を供給し、厚さ2mmの外層内側層を形成した。この外層内側層と最外層によって、不透明外層を形成した。
図5に示す石英ガラスルツボ製造装置20を用いて石英ガラスルツボ1を製造した。
不透明外層に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)として、粒度が100メッシュ、添加量は4.5重量%とした。
また、不透明外層に添加するAl量は50重量ppmとした。
そして、減圧機構の作動により内側部材22内を減圧しながら、ルツボ成形用型20内にAl添加石英粉供給ノズル30から供給し、厚さ0,5mmの最外層を形成した。
続いて、前記最外層の内側面に、FeあるいはFe酸化物およびAl添加石英粉供給ノズル31からFe酸化物およびAl添加石英粉を供給し、厚さ2mmの外層内側層を形成した。この外層内側層と最外層によって、不透明外層を形成した。
更に、天然石英粉を天然石英粉供給ノズル32から供給し、不透明外層の内面側に厚さが12.1mmの中間層3を形成した。
続いて、Na,K,Li,Ca,Al,Ti,Fe,Cuのいずれの濃度も0.1ppm以下の高純度の合成石英粉を合成石英粉供給ノズル33から供給し、中間層3の内面側に2mmの厚さを有する透明内層を形成した。
そして、アーク電極に通電して成形体の内側から加熱し、成形体の透明内層、不透明中間層および不透明外層を溶融して、石英ガラスルツボを製造した。
そして、ルツボの上端部から10mm下方の位置における外径を測定した。
続いて、Na,K,Li,Ca,Al,Ti,Fe,Cuのいずれの濃度も0.1ppm以下の高純度の合成石英粉を合成石英粉供給ノズル33から供給し、中間層3の内面側に2mmの厚さを有する透明内層を形成した。
そして、アーク電極に通電して成形体の内側から加熱し、成形体の透明内層、不透明中間層および不透明外層を溶融して、石英ガラスルツボを製造した。
そして、ルツボの上端部から10mm下方の位置における外径を測定した。
更に、図6に示すように、石英ガラスルツボ1を用いて、シリコン単結晶40の引上げを行った。石英ガラスルツボ1の使用時の加熱方法は、上述のように1250℃で2時間保持し、核生成が十分進んだ段階でシリコン融点の1430℃以上に昇温し、引上げを行った。
そして、ルツボの上端部から10mm下方の位置における外径を測定し、熱処理前の外径と比較した。その結果を表1に示す。
また引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す。
そして、ルツボの上端部から10mm下方の位置における外径を測定し、熱処理前の外径と比較した。その結果を表1に示す。
また引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す。
(実施例2)
不透明外層4に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)の添加量は5重量%とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、引上げ前後のルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定し、その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す。
不透明外層4に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)の添加量は5重量%とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、引上げ前後のルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定し、その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す。
(比較例1)
不透明外層4に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)として、粒度が100メッシュ、添加量は6.0重量%とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、ルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定した。その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す
不透明外層4に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)として、粒度が100メッシュ、添加量は6.0重量%とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、ルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定した。その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す
(比較例2)
不透明外層4に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)として、粒度が100メッシュ、添加量は0.03重量%とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、ルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定した。その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す
不透明外層4に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)として、粒度が100メッシュ、添加量は0.03重量%とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、ルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定した。その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す
(比較例3)
不透明外層4に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)として、粒度が60メッシュ、添加量は5重量%とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、ルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定した。その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す
不透明外層4に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)として、粒度が60メッシュ、添加量は5重量%とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、ルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定した。その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す
(比較例4)
不透明外層4に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)として、粒度が300メッシュ、添加量は4.5重量%とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、ルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定した。その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す
不透明外層4に用いられるFe酸化物(具体的には、Fe3O4)として、粒度が300メッシュ、添加量は4.5重量%とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、ルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定した。その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す
(比較例5)
不透明外層4にFe酸化物を無添加とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、ルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定した。その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す
不透明外層4にFe酸化物を無添加とし、その他の条件は実施例1と同一とし、石英ガラスルツボを製造した。
そして、実施例1と同様に、ルツボの上端部から10mm下方の位置における、熱処理前後の外径を測定した。その結果を表1に示す。
また実施例1と同様に、引き上げたシリコン単結晶の不純物を気相昇華法により測定した。その結果を表2に示す
このように、不透明外層がFeあるいはFe酸化物が添加された天然石英層または合成石英層の場合には、ルツボの上端部から10mm下方の位置における熱処理前後の外径の差異が少なく、Si溶解初期のルツボの変形を抑制できることが確認された。
また、ルツボ内部のシリコン融液をFeで汚染することがなく、引き上げた単結晶シリコン内への前記Feの混入が防止されることが確認された。
また、ルツボ内部のシリコン融液をFeで汚染することがなく、引き上げた単結晶シリコン内への前記Feの混入が防止されることが確認された。
1 石英ガラスルツボ
2 透明内層
3 不透明中間層
4 不透明外層
4A 外層内側層
4B 最外層
10 石英ガラスルツボ
11 底部
12 底部コーナー
13 側部
14 ルツボ上端
15 不透明外層
15A 外層内側層
15B 最外層
16 不透明中間層
17 透明内層
2 透明内層
3 不透明中間層
4 不透明外層
4A 外層内側層
4B 最外層
10 石英ガラスルツボ
11 底部
12 底部コーナー
13 側部
14 ルツボ上端
15 不透明外層
15A 外層内側層
15B 最外層
16 不透明中間層
17 透明内層
Claims (4)
- 気泡を実質的に含まない、合成石英層からなる透明内層と、
気泡を含む、天然石英層または合成石英層からなる不透明中間層と、
気泡を含む、天然石英層または合成石英層からなる不透明外層とからなるシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボにおいて、
前記不透明外層が、Alと、FeあるいはFe酸化物とが添加された天然石英層または合成石英層であることを特徴とするシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ。 - 前記不透明外層が内側層と最外層の2層に区分され、
前記不透明外層の内側層がAlと、FeあるいはFe酸化物とが添加された天然石英層または合成石英層であり、
前記不透明外層の最外層がAlが添加された、前記内側層と同一の天然石英層または合成石英層であることを特徴とする請求項1記載のシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ。 - 添加されるFeあるいはFe酸化物の粒度が100メッシュ以下であり、
かつ、前記FeあるいはFe酸化物の添加量が、0.05重量%以上、5重量%以下であることを特徴とする請求項1または請求項2記載のシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ。 - 前記透明内層におけるNa,K,Li,Ca,Al,Ti,Fe,Cuのいずれの濃度も0.1ppm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ。
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