(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶引上げ用の石英ガラスルツボであって、ルツボ内表面から１００μm厚までの表面ガラス層のＯＨ基濃度が９０ppm以下であり、その下側部分であってルツボ内表面から１mm厚までのガラス層のＯＨ基濃度が１１０〜２００ppmであることを特徴とする石英ガラスルツボ。
【請求項２】
ルツボ内表面から１mm厚までのガラス層に含まれる気泡含有率が０.１％以下である請求項１に記載する石英ガラスルツボ。
【請求項３】
シリコン融液温度１４５０℃〜１５５０℃、引き上げ圧力２０torr以上の引き上げにおいて、発生するブラウンリングの密度が２個/cm2以上である請求項１または請求項２に記載する石英ガラスルツボ。
【請求項４】
請求項３において、発生するブラウンリングの密度が５個/cm2以上である石英ガラスルツボ。
【請求項５】
シリコン融液温度１４５０℃〜１５５０℃、引き上げ圧力２０torr以上の引き上げにおいて、ルツボ内表面に対して垂直の厚さ方向に進むブラウンリングの見かけ成長速度（見かけ成長速度＝ブラウンリングの成長速度−ブラウンリングの溶解速度）が１μm/時以上である請求項１〜請求項４の何れかに記載する石英ガラスルツボ。
【請求項６】
シリコン融液温度１４５０℃〜１５５０℃、引き上げ圧力２０torr以上の引き上げにおいて、ブラウンリングの剥離率（剥離面積／ブラウンリング内面積）が１０％以下である請求項１〜請求項５の何れかに記載する石英ガラスルツボ。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れかに記載する石英ガラスルツボを用いたシリコン単結晶の引き上げ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶引上げに用いる石英ガラスルツボに関し、より詳しくは、引上げ時にルツボ内表面に発生するブラウンリングの密度が高く、従ってルツボの強度が大きく、かつブラウンリングが剥離し難いのでシリコン単結晶の歩留りが高い石英ガラスルツボおよび該ルツボを用いた引上げ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料として用いられるシリコン単結晶は、石英ガラスルツボに収容したシリコン融液を上方に引上げながら単結晶化する方法によって主に製造されている。このシリコン融液を収容する石英ガラスルツボは、シリコン融点以上の高温度下で、シリコン融液に接触するので、ルツボ内表面はシリコン融液と反応し、ガラス表面には無数の結晶核が発生する。発生した無数の結晶核はガラスの溶解速度に応じて淘汰され、残存した結晶核が引上げの進行に伴ってガラスの表面上および表面に対して垂直方向に成長してリング状の結晶化斑点になる。この斑点の外周部は茶色を呈しているのでブラウンリングと呼ばれている。
【０００３】
ルツボ内表面のブラウンリングはしばしば剥離し、この剥離片がシリコン融液に混入して単結晶化を阻害する原因になる。そこで、ブラウンリングの発生を極力抑制した石英ガラスルツボが知られている。例えば、特開平１１−２２８２９１号公報（特許文献１）には、結晶化斑点の生成核になる不純物が低濃度でかつ均一に分布させることによって、ルツボ内表面に生成する結晶化斑点の密度を５個/cm2以下に制御した石英ガラスルツボが記載されている。
【０００４】
一方、ルツボ内表面のブラウンリングはシリコン融液の液面振動に関係しており、ブラウンリングの発生数が少ないとシリコン融液の液面が振動しやすくなることが指摘されており、初期の液面位置から一定範囲下側の内表面部分にブラウンリングが多く発生するようにした石英ガラスルツボが提案されている（特許文献２：特開２００５−３２０２４１号公報）。
【特許文献１】特開平１１−２２８２９１号公報
【特許文献２】特開２００５−３２０２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ルツボ内表面に発生するブラウンリング数を多くしてシリコン融液の液面振動を抑制しても、ブラウンリングが剥離するとシリコン単結晶の歩留まりが低下するので、発生したブラウンリングが剥離し難いことが必要である。
【０００６】
本発明は、従来の石英ガラスルツボにおける上記問題を解決したものであり、ルツボ内層の浅い表面層のＯＨ基濃度を制御することによって石英ガラスの溶解速度を遅くし、ブラウンリングの結晶核が残存しやすい状態にすると共に、さらに該浅い表面層の下側層のＯＨ基濃度を制御することによって、結晶核が成長しやすい状態にして上記ブラウンリングの剥離を抑制した石英ガラスルツボを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下に示す構成によって従来の上記課題を解決した石英ガラスルツボに関し、また該石英ガラスルツボを使用する引上げ方法に関する。
〔１〕シリコン単結晶引上げ用の石英ガラスルツボであって、ルツボ内表面から１００μm厚までの表面ガラス層のＯＨ基濃度が９０ppm以下であり、その下側部分であってルツボ内表面から１mm厚までのガラス層のＯＨ基濃度が９０〜２００ppmであることを特徴とする石英ガラスルツボ。
〔２〕ルツボ内表面から１mm厚までのガラス層に含まれる気泡含有率が０.１％以下である上記[１]に記載する石英ガラスルツボ。
〔３〕シリコン融液温度１４５０℃〜１５５０℃、引き上げ圧力２０torr以上の引き上げにおいて、発生するブラウンリングの密度が２個/cm2以上である上記[１]または上記[２]に記載する石英ガラスルツボ。
〔４〕上記[３]において、発生するブラウンリングの密度が５個/cm2以上である石英ガラスルツボ。
〔５〕シリコン融液温度１４５０℃〜１５５０℃、引き上げ圧力２０torr以上の引き上げにおいて、ルツボ内表面に対して垂直の厚さ方向に進むブラウンリングの見かけ成長速度（見かけ成長速度＝ブラウンリングの成長速度−ブラウンリングの溶解速度）が１μm/時以上である上記[１]〜上記[４]の何れかに記載する石英ガラスルツボ。
〔６〕シリコン融液温度１４５０℃〜１５５０℃、引き上げ圧力２０torr以上の引き上げにおいて、ブラウンリングの剥離率（剥離面積／ブラウンリング内面積）が１０％以下である上記[１]〜上記[５]の何れかに記載する石英ガラスルツボ。
〔７〕上記[１]〜上記[６]の何れかに記載する石英ガラスルツボを用いたシリコン単結晶の引き上げ方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の石英ガラスルツボは、ルツボ内表面から１００μm厚までの表面ガラス層のＯＨ基濃度が９０ppm以下であるので表面ガラス層の溶解速度が遅く、発生した結晶核が成長してブラウンリングになりルツボの強度が向上する。
【０００９】
本発明の石英ガラスルツボは、具体的には、例えば、ルツボ内表面に対して垂直の厚さ方向に進むブラウンリングの見かけ成長速度が１μm/時以上であるので、一般的な引上げ条件下で発生するブラウンリングの密度が２個/cm2以上、好ましくは５個/cm2以上であり、ブラウンリングの発生密度が高いので、ルツボの強度が向上する。
【００１０】
また、本発明の石英ガラスルツボは、表面ガラス層の下側ガラス層部分のＯＨ基濃度が９０〜２００ppmであり、結晶化しやすいので、成長したブラウンリングが剥離し難い。具体的には、本発明の石英ガラスルツボは、一般的な引上げ条件下で、好ましくは、ブラウンリングの剥離率（剥離面積／ブラウンリング内面積）が１０％以下であり、ブラウンリングが剥離し難い。従って、シリコン単結晶の歩留まりが向上する。
【００１１】
さらに、本発明の石英ガラスルツボは、好ましくは、ルツボ内表面から１mm厚までのガラス層に含まれる気泡含有率が０.１％以下であるので、気泡の膨張量が大幅に抑制されるのでブラウンリングが一層剥離し難い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明の石英ガラスルツボは、シリコン単結晶引上げ用の石英ガラスルツボであって、ルツボ内表面から１００μm厚までの表面ガラス層のＯＨ基濃度が９０ppm以下であり、その下側部分であってルツボ内表面から１mm厚までのガラス層のＯＨ基濃度が９０〜２００ppmであることを特徴とする石英ガラスルツボである。
【００１３】
シリコン単結晶の引上げに用いる石英ガラスルツボは、ルツボ内面層が接触するシリコン融液との反応によって溶損する。本発明の石英ガラスルツボは、ルツボ内表面から１００μm厚までの表面ガラス層のＯＨ基濃度が９０ppm以下であるので、この表面ガラス層の溶解速度が遅く、発生した結晶核が表面と垂直方向に十分成長するまで表面ガラス層中に発生した結晶核が溶解消失せず、従って、引上げ時のルツボ内表面に発生するブラウンリングの密度が高くなる。
【００１４】
さらに、本発明の石英ガラスルツボは、結晶核を含む表面ガラス層の下側部分であってルツボ内表面から１mm厚までのガラス層（下側ガラス層と云う）のＯＨ基濃度が９０〜２００ppmであり、表面ガラス層よりもＯＨ基濃度が高いので、この下側ガラス層部分は表面ガラス層よりも結晶化しやすい。従って、成長した結晶核が溶解されずに大きくなり、ブラウンリングを形成するので、ルツボ内表面におけるブラウンリングの面積が多くなり、ルツボの強度が向上する。また、ブラウンリングが溶解・剥離し難いので、シリコン単結晶の歩留まりが向上する。
【００１５】
本発明の石英ガラスルツボは、具体的には、例えば、ルツボ内表面に対して垂直の厚さ方向に進むブラウンリングの見かけ成長速度が１μm/時以上であるので、一般的な引上げ条件（例えば、シリコン融液温度１４５０℃〜１５５０℃、引き上げ圧力２０torr以上）において発生するブラウンリングの密度が２個/cm2以上、好ましくは５個/cm2以上である。従来の一般的な石英ガラスルツボのブラウンリングの密度は１個/cm2程度であるので、本発明に係る石英ガラスルツボの好ましい態様におけるブラウンリングの密度は従来のルツボに比べて格段に多く、ルツボの強度向上効果が大きい。
【００１６】
本発明の石英ガラスルツボは、例えば、一般的な引上げ条件において、ルツボ内表面に対して垂直の厚さ方向に進むブラウンリングの見かけ成長速度が１μm/時以上である。ブラウンリングの見かけ成長速度は次式によって定義される。
見かけ成長速度＝（ブラウンリングの成長速度）−（ブラウンリングの溶解速度）
なお、ブラウンリングの成長速度、およびブラウンリングの溶解速度は、引上げの各段階におけるルツボ内表面の顕微鏡観察などによって把握することができる。
【００１７】
本発明の石英ガラスルツボは、以上のように、ブラウンリングの見かけ成長速度が１μm/時以上であるので、ブラウンリングが剥離し難く、一般的な引上げ条件において、例えば、ブラウンリングの剥離率（剥離面積／ブラウンリング内面積）が１０％以下である。
【００１８】
本発明の石英ガラスルツボは、好ましくは、ルツボ内表面から１mm厚までのガラス層に含まれる気泡含有率が０.１％以下である。石英ガラスルツボは引上げ時にシリコン融液との反応によって、ルツボ内表面から概ね１mm厚までのガラス層が溶損する。この部分に含まれる気泡量が多いと、気泡の膨張によって気泡周辺のブラウンリングが剥離しやすくなる。本発明の石英ガラスルツボは、この部分の気泡含有率が小さく、気泡の膨張量が抑制されるのでブラウンリングがさらに剥離し難い。
【００１９】
以上のように、本発明の石英ガラスルツボは、引上げ時にルツボ内表面に発生するブラウンリングの密度が高く、また発生したブラウンリングが剥離し難いので、シリコン単結晶の引上げ用ルツボとして本発明の石英ガラスルツボを用いることによって、単結晶化歩留まりを高めることができる。
【実施例】
【００２０】
〔実施例１〜３、比較例１〜３〕
表１に示すＯＨ基濃度、気泡含有率を有する石英ガラスルツボ（口径３２インチ）を用い、シリコン単結晶の引上げを行った。この結果を表１に示す。表１に示すように、比較例１は、ルツボ内表面の表面ガラス層のＯＨ基濃度が低く、ブラウンリングの密度は高いものの、下側ガラス層のＯＨ基濃度が低いので、ブラウンリングの見かけ成長速度が小さく、従ってブラウンリングの剥離率が大きい。また、比較例２および比較例３は、表面ガラス層のＯＨ濃度が高いので、ガラスの溶解速度が高く、従ってブラウンリングの密度が低く、また、ブラウンリングの見かけ成長速度が小さいのでブラウンリングの剥離率も高い。
【００２１】
一方、本発明のルツボを用いた実施例１〜３は、ブラウンリングの密度が高く、ルツボの強度が大きいのでルツボが変形しない。また、溶損厚さ部分の気泡含有率が小さく、ブラウンリングの見かけ成長率も高いので、ブラウンリングの剥離率が小さく、従って、単結晶化歩留まりが高い。
【００２２】
【表１】
0004995069.tif 000002