氧化硅玻璃坩埚以及硅锭的制造方法技术

本发明专利技术提供一种进行多次拉晶时也能抑制硅锭结晶性的恶化的氧化硅玻璃坩埚。本发明专利技术的氧化硅玻璃坩埚用于单晶硅拉晶，该坩埚的壁具有自该坩埚的内表面形成至外表面的合成氧化硅玻璃层、天然氧化硅玻璃层、含杂质氧化硅玻璃层以及天然氧化硅玻璃层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氧化硅(silica)玻璃坩埚以及硅锭(silicon ingot)的制造方法。
技术介绍
一般来讲，单晶硅可通过在氧化硅玻璃坩埚内熔化高纯度的多晶硅而制得硅熔液，之后在该硅熔液中浸渍晶种端部的状态下旋转并提升来制得。氧化硅玻璃坩埚是由氧化硅玻璃形成的坩埚，通常，具有由合成氧化硅玻璃层 (以下称作合成层)而成的内侧层和由天然氧化硅玻璃层(以下称作天然层)而成的外侧层的所构成的两层结构。所谓合成层是对被化学合成的非晶质或结晶质的氧化硅(silicon oxide)粉熔化所得的物质进行固化而成的玻璃层，所谓天然层是对起源于以α-石英作为主要成分的天然矿物的氧化硅粉熔化所得的物质进行固化而成的玻璃层。由于合成层的纯度非常高，因此用合成层构成内侧层时能降低对硅熔液的杂质混入。而且，由于天然层的强度比较高，因此用天然层构成外侧层时能提高坩埚的强度。由于硅的熔点是1410°C，因此硅熔液的温度需要维持在该温度以上。在该温度下， 氧化硅玻璃坩埚和硅熔液反应，而使氧化硅玻璃坩埚的壁厚逐渐变薄。坩埚的壁厚变薄会导致坩埚强度的下降，因而会有所谓坩埚的压曲或沉入的现象发生的问题。为了解决这样的问题，研究出了一种在天然层和合成层之间设置可促进玻璃结晶化的层的技术(例如，参照专利文献1)。通过设置这样的层，在长时间加热坩埚时，可促进与硅熔液接触的合成层的结晶化，从而使坩埚的整个内层被结晶化。结晶的氧化硅，其每单位厚度的强度比玻璃的强度高，而且与硅熔液的反应性也低于玻璃，因此通过结晶化能提高坩埚壁的每单位厚度的强度，同时能抑制坩埚壁厚的减少。并且，还研究出了在坩埚的外层设置可促进结晶化的层，由此，使坩埚的外层结晶化而提高坩埚的强度的技术(例如，参照专利文献2)。根据以上所述的这些方法，可提高坩埚的强度，从而能解决坩埚的压曲或沉入等问题。 专利文献1 日本公告专利第3798907号说明书专利文献2 日本公开专利特开2000-247778号公报。
技术实现思路
至今为止，一般是氧化硅玻璃坩埚用于一根硅锭的拉晶，而且拉晶结束后无法再利用而被废弃(这样的拉晶被称作单次拉晶(single pulling))。然而，近几年，为了降低硅锭的成本，对一根硅锭进行拉晶之后，在坩埚被冷却之前通过再填充并熔化多晶硅来进行第二根及其之后的硅锭的拉晶。这样，用一个氧化硅玻璃坩埚进行多根硅锭的拉晶的工艺被称作多次拉晶(multiple pulling)。在多次拉晶过程中，出现了在专利文献1和2中无法推测种种问题。第一一般来讲硅锭的拉晶是在氩(Ar)气体中进行的，但是进行多晶硅的再填充及熔化时，Ar气体在坩埚的内表面会以气泡形式残留，因而在接下来的单晶硅提升中会导致脱离、浮游的现象。第二 多次拉晶中坩埚露出在高温下的时间变长，再填充多晶硅的时会增加对坩埚的冲击，因此出现了形成在坩埚外层的白硅石剥落而以微粒混入硅熔液中，以致恶化硅锭结晶性的问题。这些是在研究多次拉晶时首次发现的问题，S卩，在单次拉晶中未曾出现过这种问题。本专利技术是鉴于以上问题研究的，本专利技术提供一种在多次拉晶中也能抑制恶化硅锭结晶性的氧化硅玻璃坩埚。本专利技术的氧化硅玻璃坩埚是用于单晶硅拉晶的坩埚，坩埚的壁具有自该坩埚的内表面形成至外表面的合成层、天然层、含杂质氧化硅玻璃层(以下称作含杂质层)以及天然层。本专利技术的专利技术人经虔心研究的结果发现坩埚的内层被结晶化时Ar气体的附着量会增大，而且，发现通过抑制坩埚内层的结晶化能抑制Ar气体附着。还发现，在含杂质层直接接触合成层的情况下合成层会被结晶化，但通过在两者之间设置天然层能抑制合成层的结晶化。本专利技术的专利技术人基于以上认识，发现当坩埚的壁具有从坩埚的内表面形成到外表面的合成层、天然层、含杂质层以及天然层的结构时，能防止坩埚内表面或者外表面的玻璃的结晶化，并由此能防止Ar气体的附着和微粒的混入问题，从而完成了本专利技术。根据本专利技术，能防止在氧化硅玻璃坩埚的内外表面的结晶化，进而能防止Ar气体的附着和微粒混入的问题。而且，含有杂质的含杂质层比较容易被结晶化。如上所述，被结晶化的层由于其单位厚度的强度高于玻璃的强度，因此还能解决含杂质层的结晶化导致的压曲和沉入问题。附图说明图1是表示本专利技术的一实施方式所涉及的氧化硅玻璃坩埚结构的截面图。图2是图1中的区域A的放大图。图3是说明实施例中的坩埚的评价基准的截面图。具体实施例方式1.氧化硅玻璃坩埚的结构以下，参照图1和图2来说明本专利技术的一实施方式所涉及的氧化硅玻璃坩埚。图1是表示本实施方式的氧化硅玻璃坩埚的结构的截面图，图2是图1中的区域A的放大图。本实施方式的氧化硅玻璃坩埚1是用于单晶硅的拉晶的氧化硅玻璃坩埚，该坩埚 1的壁3具有自该坩埚1的内表面形成至外表面的合成层3a、天然层北、含杂质层3c和天然层3d。以下，详细说明各结构要素。(1)氧化硅玻璃坩埚1本实施方式的氧化硅玻璃坩埚1用于单晶硅的拉晶，可用于单次拉晶和多次拉晶，但优选用于多次拉晶。其原因是，比起现有技术中的坩埚，本实施方式的氧化硅玻璃坩埚1能更有效地解决在说明课题时所述的多次拉晶过程中显著显现出的Ar气体的附着和微粒混入等问题。(2)氧化硅玻璃坩埚的壁3如图1的截面图所示，氧化硅玻璃坩埚1的壁3具有曲率较大的角部32、顶面开口且具有边缘部的圆筒状的侧壁部31以及由直线部或曲率比较小的曲线部所构成的研钵状的底部33。壁3具有自坩埚1的内表面形成至外表面的合成层3a、天然层北、含杂质层3c以及天然层3d。另外在本专利技术中，所谓角部是连接侧壁部31和底部33的部分，是从角部的曲线的切线与氧化硅玻璃坩埚的侧壁部31重合在一起的点到与底部具有共同切线的点为止的部分。换句话说，壁3的直线状部分(即侧壁部31)开始弯曲的点是侧壁部31和角部 32边界。并且，坩埚底部的曲率固定的部分是底部33，从坩埚底部的中心增加距离时曲率开始变化的点是底部33与角部32的边界。(2-1)合成层 3a合成层3a形成在坩埚1的最内侧，是与硅熔液接触的层。合成层3a是由对被化学合成的非晶质或结晶质的氧化硅(silicon oxide)粉熔化所得的物质进行固化而成的玻璃(以下称作合成氧化硅玻璃)形成的层，其杂质浓度非常低。通过将合成层3a作为坩埚1的内层，可降低对硅熔液的杂质的混入。至于氧化硅的化学合成方法没有特别的限定，例如可用四氯化硅(SiCl4)的气相氧化(干式合成法)、硅醇盐(Si(OR)4)的加水分解(溶液-凝胶法)。在通过化学合成所得的氧化硅中，基本不存在结晶型的微细结构，所以结构容易变化。因此，这种的对熔化氧化硅所得的物质进行固化而成的合成层，其粘度比较小，且容易被结晶化。(2-2)天然层 3b天然层北是形成在合成层3a和含杂质层3c之间的层。天然层北是由对起源于以 α-石英作为主要成分的天然矿物的氧化硅粉熔化所得的物质进行固化而成的玻璃(以下称作天然氧化硅玻璃)形成的层。熔化α-石英时粘度会大幅度降低，但重复的SiO结合所导致的链状结构未被完全切断，天然氧化硅玻璃中残留有结晶型的微细结构，所以天然氧化硅玻璃的结构很难变化。因此，天然层的粘度比较大，且不容易被结晶化。而如后文所述，含杂质层3c非常容易被结晶化，如果合成层接触所述含杂质层3c，则当含杂质层3c被结本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氧化硅玻璃坩埚，用于单晶硅拉晶，其特征在于：所述坩埚的壁具有自该坩埚的内表面形成至外表面的合成氧化硅玻璃层、天然氧化硅玻璃层、含杂质氧化硅玻璃层以及天然氧化硅玻璃层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：须藤俊明，岸弘史，
申请(专利权)人：日本超精石英株式会社，
类型：发明
国别省市：JP