(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン単結晶の有転位化を抑制する方法であって、石英ルツボの改質により、このようなシリコン単結晶を製造する方法の提供。【解決手段】内層が透明層２であり、外層が不透明層３である石英ルツボ１内でシリコン原料を溶融した後、シリコン単結晶を引き上げる前に、石英ルツボの改質熱処理を行うシリコン単結晶の製造方法であって、前記改質熱処理が、前記石英ルツボのＲ部５を１６００〜１８００℃で８〜２０時間加熱し、シリコン溶融液面温度を１４２０〜１６５０℃に加熱保持する処理であるシリコン単結晶の製造方法。【選択図】図１
2018039702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内層が透明層であり、外層が不透明層である石英ルツボ内でシリコン原料を溶融した後、シリコン単結晶を引き上げる前に、石英ルツボの改質熱処理を行うシリコン単結晶の製造方法であって、
前記改質熱処理が、前記石英ルツボのＲ部を１６００〜１８００℃で８〜２０時間加熱し、シリコン溶融表面温度を１４２０〜１６５０℃に加熱保持する処理であることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記改質熱処理において、前記石英ルツボの炉内圧を５〜５０ｔｏｒｒとすることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記石英ルツボのＲ部が、シリコン単結晶の結晶軸方向において、最も温度の高いヒーター熱中心位置にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項４】
石英ルツボＲ部の不透明層の赤外線透過率が８〜２０％であり、かつ、
該石英ルツボＲ部の不透明層における、気泡サイズが１００〜５００μｍの気泡数密度が８０〜１８０個／ｍｍ３であることを特徴とする、改質処理後のシリコン単結晶製造用石英ルツボ。
【請求項５】
石英ルツボＲ部の不透明層の赤外線透過率が８〜２０％であり、かつ、
該石英ルツボＲ部の不透明層における、気泡サイズが１００〜５００μｍの気泡含有率が４０〜７０ｖｏｌ％であることを特徴とする、改質処理後のシリコン単結晶製造用石英ルツボ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英ルツボを改質して、単結晶化率の高いシリコン単結晶を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の育成においては、単結晶育成中に、原料であるシリコン融液を保持するために、石英ガラス製のルツボが用いられる。この方法では、黒鉛ルツボに内挿した石英ルツボに多結晶シリコン原料を充填し、ルツボをゆっくり回転させながら黒鉛ヒーターで黒鉛ルツボを加熱することで多結晶シリコン原料を溶融する。次に、多結晶シリコン原料を溶融した後、シリコン融液の表面温度をシリコンの融点である１４２０℃まで降温調整し、ワイヤーで吊り下げた種結晶をシリコン融液に浸漬し、馴染ませてから引き上げ、シリコン単結晶の育成を開始する。
【０００３】
近年、マルチプーリングによって、Φ３００ｍｍ以上の大口径シリコン単結晶を製造する操業が主流になっている。このようないわゆるリチャージマルチ引き操業は、石英製のリチャージ管に、固形状多結晶シリコン原料を充填し、該多結晶シリコン原料をシリコン融液の固化面に投入することでリチャージを行いながら、１バッチで複数本のシリコン単結晶を引き上げる方法である。しかしながら、このリチャージマルチ引き操業では、従来のリチャージを行わない操業の操業日数が３日程度であったのに対し、１バッチの操業日数が１０日を超えることもあり、操業時間がこれまでの２〜３倍にもなる。このように操業時間が長くなると、シリコン融液を保持する石英ルツボ内に存在する気泡や不純物が拡散して融液中に取り込まれ、単結晶中に偏析し、単結晶の品質に影響することがある。一方、操業の比較的早い段階、すなわち、１本目から２本目の引き上げ段階では、シリコン単結晶の直胴後半部に有転位化が頻繁に見られることが問題になっていた。シリコン単結晶に有転位化が起こると、転位が発生した部分を製品にできないため、シリコン単結晶を再溶融しなければならず、再溶融するにも時間がかかり、時間的なロスが大きく、予定する本数のシリコン単結晶が引き上げられないなど、操業性の悪化に繋がる。このため、リチャージマルチ引きによる操業性を高めるには、シリコン単結晶の有転位化をいかに抑えるかが課題となっている。
【０００４】
このようなシリコン単結晶の有転位化を防止するために、シリコン単結晶の引き上げに先立って、石英ルツボに改質処理を施すことが行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、石英ルツボに多結晶シリコン原料を充填し、単結晶製造装置内においてヒーターにより、石英ルツボ融液面の位置より下方、具体的にはＲ部以下を、石英ルツボの仮想温度以上シリコンの融点未満の温度で３時間以上加熱して、劣化の激しい石英ルツボの円筒部内表面を改質した後、シリコン原料を溶融させ、シリコン単結晶を引き上げる、シリコン単結晶の製造方法が記載されている。
【０００６】
特許文献２では、シリコン単結晶の無転位化率を向上させるため、使用前の石英ルツボに対して、チョクラルスキー法による単結晶製造装置を用いて、不活性ガス雰囲気中で、石英ルツボの仮想温度以上１４５０℃以下の温度で３時間以上１０時間以下、熱処理を行う、石英ルツボの改質方法が記載されている。
【０００７】
特許文献１及び２の方法では、石英ルツボ全体の内表面を改質することにより、シリコン単結晶の無転位化率を向上させている。ただし、特許文献１では、石英ルツボの改質温度が１３５０〜１４１５℃、特許文献２では、石英ルツボの改質温度が１４５０℃以下と低いので、石英ルツボの内表面を十分にかつ効率的に改質することができず、シリコン単結晶の無転位化の効果が弱いという問題がある。
【０００８】
特許文献３では、使用前の石英ルツボの底部や、内表面全体を１６００〜２４００℃で熱処理して、石英ルツボ底部の赤外線透過率を３０％未満とする石英ルツボの改質処理方法が記載されている。特許文献３では、新品の石英ルツボを使用したときに起きるシリコン単結晶の有転位化を防止するため、使用前にルツボ内面のアモルファス結晶構造を均一化し、操業中にその結晶構造の不均一に起因して起こるクリストバライト化を防止している。しかしながら、特許文献３では、炉内で底部を高温で熱処理すると、石英ルツボの他の部位がさらに高温になり、温度コントロールが難しいことから、おそらく炉外で石英ルツボ底部を熱処理しているものと考えられる。炉外での熱処理は、炉内での熱処理に比べて作業工程数が増える。また、段落［００２６］に、熱処理としては、酸水素炎又はア−ク放電が好ましいとあるが、これは局所加熱であるため、シリコン単結晶の直胴後半部で起こる有転位化を十分に防止することはできない。
【０００９】
石英ルツボの改質処理については、上記した文献の他にも種々の報告がされているが、いずれも改善の余地があり、石英ルツボを改質し、シリコン単結晶の有転位化を抑制する方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１５−１１３２４５号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１７１５５号公報
【特許文献３】特許第３５９６４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、シリコン単結晶の有転位化を抑制する方法であって、石英ルツボの改質により、このようなシリコン単結晶を製造する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、多結晶シリコン原料を石英ルツボ内に装入した後、該石英ルツボに対して、特定の条件下に改質熱処理を施すことで、シリコン単結晶直胴後半部での有転位化を効果的に減少できることを見出した。
【００１３】
本発明は以下の事項からなる。
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、内層が透明層であり、外層が不透明層である石英ルツボ内でシリコン原料を溶融した後、シリコン単結晶を引き上げる前に、石英ルツボの改質熱処理を行う方法であって、前記改質熱処理が、前記石英ルツボのＲ部を１６００〜１８００℃で８〜２０時間加熱し、シリコン溶融液面温度を１４２０〜１６５０℃に加熱保持する処理であることを特徴とする。
【００１４】
前記改質熱処理において、前記石英ルツボの炉内圧を５〜５０ｔｏｒｒとすることが好ましい。
前記石英ルツボのＲ部は、シリコン単結晶の結晶軸方向において、最も温度の高いヒーター熱中心位置にあることが好ましい。
【００１５】
本発明の改質熱処理後のシリコン単結晶製造用石英ルツボは、石英ルツボＲ部の不透明層の赤外線透過率が８〜２０％であり、かつ、該石英ルツボＲ部の不透明層における、気泡サイズが１００〜５００μｍの気泡数密度が８０〜１８０個／ｍｍ３であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の改質熱処理後のシリコン単結晶製造用石英ルツボは、石英ルツボＲ部の不透明層の赤外線透過率が８〜２０％であり、かつ、該石英ルツボＲ部の不透明層における、気泡サイズが１００〜５００μｍの気泡含有率が４０〜７０ｖｏｌ％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、石英ルツボ内でシリコン原料を溶融した後、シリコン単結晶を引き上げる前に、石英ルツボのＲ部及びシリコン融液の表面を、特定の温度及び時間、熱処理を施すことにより、シリコン単結晶直胴後半部の有転位化を効果的に抑制することができ、単結晶化率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係る石英ルツボを表す概略図である。
【図２】図２は、黒鉛ルツボに内挿された石英ルツボの改質熱処理又はシリコン単結晶引き上げ中の石英ルツボの変形を表す概略図である。
【図３】図３は、シリコン単結晶引き上げ後の石英ルツボＲ部の不透明層の気泡の状態を表す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、内層が透明層２であり、外層が不透明層３である石英ルツボ１内にシリコン原料を投入し、該シリコン原料を溶融し、該溶融液からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる方法であって、前記石英ルツボ１内でシリコン原料を溶融した後、シリコン単結晶を引き上げる前に、石英ルツボ１の改質熱処理を行うことを特徴とする。
【００２０】
上記石英ルツボ１には、内側に透明層２、外側に不透明層３を有するものであれば、市販品を含めて種々のものが用いられる。石英ルツボ１は、シリコン融液と接する気泡の少ない透明層２と、熱分散を促進して均一加熱を行うために気泡が分散された不透明層３とからなり、筒状部の側壁部４と、大Ｒからなる底部６と、側壁部４及び底部６を繋ぐ小ＲからなるＲ部５とから構成されている。なお、炉内にシリコン単結晶を引き上げるためのホットゾーン（Hot Zone）が設置されている場合、石英ルツボ１は炉内中央部に配置される。
【００２１】
石英ルツボ１の透明層２は、通常、高純度な合成石英ガラスでできており、不透明層３は、通常、天然石英ガラスでできている。
【００２２】
ここで、使用前の石英ルツボ１の性状について説明する。使用前の石英ルツボ１は、気泡の少ない透明層２と、気泡の多い不透明層３とからなるものの、全体的に二酸化珪素（ＳｉＯ2）のアモルファス結晶構造を有する。前記アモルファス結晶構造は、ルツボ製造工程において、成形体の内側からのアーク炎による加熱溶融により生じる不均一な構造である。アモルファス結晶構造の不均一は、シリコン単結晶の育成中において、クリストバライト化と呼ばれる結晶化を局所的に促進する。結晶化が進んだ部分は、剥がれやすく、その部分から剥がれ落ちた粉状物や塊状物が、融液対流によって育成途中の単結晶の固液界面に到達すると、そのシリコン単結晶に有転位化が生じる。また、使用前の石英ルツボ１には、気泡が不均一に含まれており、これも融液対流によって、育成途中のシリコン単結晶の固液界面に到達すると有転位化が生じる。このため、シリコン単結晶の引き上げ前に、石英ルツボ１に対して改質熱処理を行い、前記アモルファス結晶構造を均一化する必要がある。
【００２３】
使用前の石英ルツボ１に含まれる気泡のサイズは、通常６０〜１２０μｍであり、気泡サイズが１００〜５００μｍである気泡数密度は、通常２００〜５００個／ｍｍ3である。
【００２４】
また、使用前の石英ルツボ１の厚み、すなわち、透明層２及び不透明層３を合計した厚みは、通常１０〜３０ｍｍである。
【００２５】
次にまず、通常のシリコン単結晶の引き上げ方法について説明する。石英ルツボ１内にシリコン原料を、石英ルツボ１の側壁部４に達するまで充填し、石英ルツボ１及び該石英ルツボ１を支持する黒鉛ルツボをゆっくり回転させながら、黒鉛ヒーター（図示せず）で黒鉛ルツボを加熱し、シリコン原料を溶融する。溶融が完了したら、シリコン融液の表面温度を融点である１４２０℃まで降温調整し、ワイヤーで吊り下げた種結晶をシリコン融液に浸漬し、馴染ませてからシリコン単結晶の引き上げを開始する。シリコン単結晶の引き上げでは、シリコン単結晶の回転方向と、ルツボの回転方向を逆にして、シリコン単結晶をゆっくり育成する。また、シリコン単結晶を育成するにつれて、シリコン融液が減少し、シリコン融液の表面が下がるため、石英ルツボ１を上昇させて融液面の高さを一定に保つか、或いは、リチャージマルチ引き操業の場合は、リチャージ管から固形状シリコン原料を補充することで、シリコン融液表面の位置を設定位置まで一気に戻す。
【００２６】
本発明では、シリコン原料を溶融した後、シリコン単結晶を引き上げる前に、石英ルツボ１に対して改質熱処理を行う。
【００２７】
上記改質熱処理では、黒鉛ヒーターを用いて、シリコン融液を充填した石英ルツボ１のＲ部を１６００〜１８００℃で８〜２０時間加熱する。加熱温度が１６００℃未満であると、十分に石英ルツボの改質効果が得られなかったり、操業上問題になることがある。その理由は、Ｒ部不透明層の気泡が十分に膨れるのに時間を要したり、Ｒ部の温度が１６００℃を下回ることで、シリコン融液の表面温度が融点より下がって、固化が発生したりするためである。また、Ｒ部の加熱温度が１８００℃を超えると、シリコン融液の沸騰による表面振動が発生しやすくなり、操業上問題になることがある。このとき、シリコン融液の表面温度は１４２０〜１６５０℃である。加熱時間が８時間より短いと、十分に石英ルツボの改質効果が得られなくなる。一方、加熱時間が２０時間より長いと、石英ルツボ改質効果の増加分が少なくなり、操業時間ロスが大きくなり、生産性低下の影響が大きくなる。また、石英ルツボの改質熱処理中は、石英ルツボ１のＲ部は、シリコン単結晶の結晶軸方向において、最も温度の高いヒーター熱中心位置にあることが好ましい。これは、石英ルツボ１を上昇させながらシリコン単結晶を育成する場合、シリコン単結晶の直胴後半部での石英ルツボ１の位置は、石英ルツボ１のＲ部がヒーター熱中心位置にあり、このとき、シリコン融液の量は直胴部前半に比べ少なくなっているため、ヒーターからの熱の影響を受けやすく、石英ルツボ１の改質熱処理を行っていない場合、シリコン単結晶が有転位化し易くなる。しかし、石英ルツボの改質熱処理中に、石英ルツボ１のＲ部を、ヒーター熱中心位置にすることで、Ｒ部の不透明層の赤外線透過率と気泡のサイズと密度を好適に制御することができ、より確実にシリコン単結晶の直胴後半部での有転位化を抑制することができる。また、溶融液面温度を１４２０〜１６５０℃にコントロール可能となる。
【００２８】
改質熱処理及び単結晶の引き上げ中の炉内圧については、減圧下で行うことが好ましく、具体的には５〜５０ｔｏｒｒで行うことが好ましい。炉内圧が５ｔｏｒｒより低い場合は、石英ルツボ表面の面荒れが強くなり、単結晶化率が低下する。一方、炉内圧が５０ｔｏｒｒより高い場合は、炉内のヒーターから発生するＣＯガスを排除する能力が弱くなるので、シリコン単結晶中の炭素濃度が高くなり、デバイス工程において不具合を生じる可能性がある。また、炉内の雰囲気としては、不活性ガスのアルゴンを使用する。
【００２９】
このような条件下に改質熱処理を行うことによって、石英ルツボＲ部の不透明層３では、加熱により気泡が成長して膨らみ（図３参照）、赤外線透過率が低下する。具体的には、改質熱処理前のＲ部の不透明層３の赤外線透過率が７５〜８０％であるのに対して、１３０ｋＷの熱容量で１０時間加熱した後の赤外線透過率は１５％未満である。赤外線透過率が低下すると、黒鉛ヒーターからの過剰な輻射熱が抑制され、シリコン融液の温度上昇を抑制することができる。シリコン融液の温度上昇が抑制されれば、シリコン単結晶の有転位化を抑制できる。
【００３０】
そして、このとき、気泡がＲ部の不透明層３の全体に渡って均一に分散されていると、黒鉛ヒーターの輻射熱は効果的に熱分散され、結果として、シリコン単結晶の局所的な加熱を回避することができる。
【００３１】
ここで、図３は、シリコン単結晶引き上げ後の石英ルツボＲ部の不透明層の気泡の状態を表す写真である。石英ルツボに改質熱処理を行うと、単結晶引き上げ後Ｒ部の不透明層における、気泡サイズ１００〜５００μｍの気泡数密度は１００個/ｍｍ3である。
【００３２】
一方、Ｒ部の透明層２では、改質熱処理の前後で赤外線透過率がほとんど変化せず、例えば、１７０ｋＷの熱容量で５時間加熱しても、赤外線透過率は９３％以上を維持する。
【００３３】
石英ルツボ１内にシリコン融液が十分に充填されていない状態で改質熱処理を行うと、石英ルツボ１が軟化して自重で曲がり、変形や膨らみが発生しやすくなる。図２は、シリコン融液が十分に充填されていない状態で、改質熱処理後、シリコン単結晶を引き上げた場合の石英ルツボ１の変形を説明する図である。一方、石英ルツボ１内にシリコン融液が十分に充填されている場合は、溶融液による静水圧が石英ルツボ１の壁にかかり、少なくともシリコン融液が存在する部位には変形や膨らみは全く発生しない。さらに、側壁部４上部など、シリコン融液に接触していない部位は、黒鉛ヒーターから離れているほうがよい。石英ルツボ１のシリコン融液に接触していない部位を黒鉛ヒーターから離すことによって、該部位が加熱により変形しにくく、石英ルツボＲ部の温度を高温で保持しても、石英ルツボ１の変形や膨らみが発生し難くなる。つまり、石英ルツボ１の変形等の抑制には、炉内における石英ルツボ１の温度分布のバランスが重要である。
【００３４】
なお、φ３００ｍｍ以上の大口径シリコン単結晶を得るには、黒鉛ヒーターのパワーを増大させる必要があるが、高純度なシリコン単結晶を製造するには、石英ルツボ１に含まれる気泡が熱容量を制御しうるのであるから、気泡を均一にすることが、熱容量の制御という課題の解決手段であるといえる。
【００３５】
熱処理後の石英ルツボ１のＲ部の不透明層３における赤外線透過率は８〜２０％が好ましく、９〜１５％がより好ましい。また、Ｒ部の不透明層３における、気泡サイズが１００〜５００μｍの気泡数密度は８０〜１８０個／ｍｍ３が好ましく、９０〜１３０個／ｍｍ3がより好ましい。
【００３６】
一方、改質熱処理後の石英ルツボ１のＲ部透明層２における赤外線透過率は８５〜９５％程度であり、気泡サイズが１００〜５００μｍの気泡数密度は０〜５個／ｍｍ3程度である。
【００３７】
さらに、改質熱処理後の石英ルツボ１のＲ部の不透明層３について、赤外線透過率が８〜２０％であるとき、気泡サイズが１００〜５００μｍの気泡含有率は４０〜７０ｖｏｌ％が好ましく、５０〜６０ｖｏｌ％がより好ましい。
改質熱処理後の石英ルツボ１において、赤外線透過率や気泡の状態が上記した範囲内にあると、良好な熱分散効果が発揮され、シリコン単結晶の局所的な加熱を回避することができる。
【００３８】
以上のとおり、改質熱処理により、石英ルツボ１の不透明層３における気泡は成長し、この気泡の成長でヒーターからの輻射熱が抑制されるので、シリコン融液の温度上昇が抑えられ、シリコン単結晶直胴後半部に頻繁に見られていた有転位化を大幅に低減できる。このとき気泡が均一に分散されていると、さらにより有転位化を抑制できる。このように、シリコン単結晶の有転位化は、改質熱処理を行うことで、より効果的に抑制され、単結晶化率を向上させることができる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
［試験例１］
シリコン原料を溶融後、石英ルツボＲ部の温度を１７００℃、シリコン融液の表面温度を１５００℃、及び、炉内圧を３０ｔｏｒｒとして、熱処理時間を２〜３０時間まで変化させて、石英ルツボの改質熱処理を行った。その後、石英ルツボをヒーターの下方に配置し、石英ルツボの底部から５〜８０％の高さの範囲を１７００℃以上の温度で加熱しながら、１時間毎に２０ｍｍずつ上昇させ、シリコン単結晶を引き上げた。
【００４１】
シリコン単結晶引き上げ後の石英ルツボＲ部の不透明層の赤外線透過率と、気泡サイズが１００〜５００μｍの気泡数密度とを測定し、シリコン単結晶の直胴後半部の単結晶化率を測定した。具体的には、石英ルツボを厚さ１ｍｍに切断し、表面を磨いたサンプルを準備した。赤外線透過率はＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）により、波長９００〜１６００ｎｍまでの赤外線の透過率を測定した。気泡のサイズと密度はマイクロスコープで観察した画像を画像処理して計算した。
結果を表１に示す。
なお、表１中、改質熱処理が「有り」の試験例は、本発明の実施形態を表し、「無し」の試験例は、本発明の比較例を表す。
【００４２】
【表１】
2018039702.tif 000003
【００４３】
表１から、熱処理時間を８〜２０時間にすると、直胴後半部の単結晶化率が１００％となり、特に良好な結果が得られることがわかる。また、このとき、赤外線透過率は１０〜２０％であり、気泡数密度は１００〜１８０個／ｍｍ3であった。
なお、表１から、気泡数密度が高いと、赤外線透過率は低い傾向にあり、両者は相関関係があることがわかる。
【００４４】
［試験例２］
試験例１で、熱処理時間を１４時間にしたとき良好な結果が得られたことから、熱処理時間を１４時間、炉内圧を３０ｔｏｒｒとして、Ｒ部温度を１５５０〜１９００℃、シリコン融液の表面温度を１４１０〜１７５０℃まで変化させて、石英ルツボの改質熱処理を行った。その後、試験例１と同様に、シリコン単結晶を引き上げ、石英ルツボＲ部の不透明層の赤外線透過率と気泡サイズが１００〜５００μｍの気泡数密度とを測定し、シリコン単結晶の直胴後半部の単結晶化率を測定した
結果を表２に示す。
なお、表２の試験例はいずれも、本発明の実施形態を示す。
【００４５】
【表２】
2018039702.tif 000004
【００４６】
表２から、単結晶化率が良好になるのは、Ｒ部温度が１６００〜１８００℃でシリコン融液の表面温度が１４２０〜１６５０℃の場合であることがわかる。また、このとき、赤外線透過率は１０〜２０％であり、気泡数密度は１００〜１８０個／ｍｍ3であった。
【００４７】
なお、Ｒ部温度を１５５０℃、シリコン融液の表面温度を１４１０℃とした場合、単結晶化率の低下がみられた。この理由として、シリコン融液の表面温度が１４１０℃であると、シリコン融液に表面固化が発生し、それが石英ルツボに接触して、シリコン単結晶育成に影響するためであると考えられる。
【００４８】
［試験例３］
試験例１で、熱処理時間を１４時間にしたとき良好な結果が得られたことから、熱処理時間を１４時間、Ｒ部温度を１７００℃、シリコン融液の表面温度を１５００℃として、炉内圧２〜８０ｔｏｒｒまで変化させて、石英ルツボの改質熱処理を行った。その後、試験例１と同様に、シリコン単結晶を引き上げ、Ｒ部の不透明層の赤外線透過率と気泡サイズが１００〜５００μｍの気泡数密度とを観測し、単結晶直胴後半部の単結晶化率を測定した。
【００４９】
結果を表３に示す。
なお、表３の試験例はいずれも、本発明の実施形態を示す。
【００５０】
【表３】
2018039702.tif 000005
【００５１】
表３から、炉内圧が５〜５０ｔｏｒｒであるとき、赤外線透過率は８〜２０％で、気泡数密度が８０〜１８０個／ｍｍ3であった。
【００５２】
炉内圧が２ｔｏｒｒである場合、シリコン単結晶の直胴後半部の単結晶化率は８０％と、低かった。この理由としては、炉内圧が低いと、沸騰が促進されて石英ルツボ表面が荒れ、また、シリコン融液表面振動も大きくなるためである。一方、炉内圧が８０ｔｏｒｒである場合、直胴後半部の単結晶化率が９５％であった。この理由は、シリコン融液から発生するオキサイドガスの排出が十分ではなく、炉内部材に付着したオキサイド堆積物がシリコン単結晶育成中に融液に落下する確率が高くなるためである。
【００５３】
［試験例４］
シリコン原料を溶融後、石英ルツボＲ部の温度を１７００℃、シリコン融液の表面温度を１５００℃、及び、炉内圧を３０ｔｏｒｒとして、熱処理時間をそれぞれ１０時間、２時間、０．５時間として、石英ルツボの改質熱処理を行った。その後、試験例１と同様に、シリコン単結晶を引き上げた後、石英ルツボＲ部の不透明層の赤外線透過率と、シリコン単結晶直胴後半部の単結晶化率とをそれぞれ測定した。
シリコン単結晶引き上げ後の石英ルツボＲ部の不透明層の赤外線透過率と、単結晶化率との関係を表４に示す。
【００５４】
【表４】
2018039702.tif 000006
【００５５】
表４より、石英ルツボの赤外線透過率が低い方が、シリコン単結晶の単結晶化率が高い傾向にあることがわかる。
石英ルツボ加熱処理の有無及び熱処理時間と、単結晶化率との関係を表５に示す。
【００５６】
【表５】
2018039702.tif 000007
表５より、改質熱処理を行った方が、シリコン単結晶の単結晶化率が高く、また、改質熱処理の時間が長い方が、単結晶化率が高い傾向にあることがわかる。
【符号の説明】
【００５７】
１      石英ルツボ
２      透明層
３      不透明層
４      側壁部
５      Ｒ部
６      底部
７      シリコン融液表面
８      黒鉛ルツボ
【図１】
2018039702.tif 000008
【図２】
2018039702.tif 000009
【図３】
2018039702.tif 000010