(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボであって、
略垂直の周壁部分からなる壁部と、
所定の曲率を有する底部と、
前記壁部から前記底部に至る断面が湾曲した部分からなり、前記底部の曲率と異なる曲率を有する湾曲部と、
を備え、
シリコン融液に接触するルツボ内表面は、透明石英ガラス層によって形成されており、
ルツボ内表面のＯＨ基濃度調整部分に含まれるＯＨ基濃度について、
底部のＯＨ基濃度が４０〜１２０ppmの範囲であり、
湾曲部のＯＨ基濃度が５０〜１４０ppmの範囲であり、
壁部のＯＨ基濃度が６０〜１５０ppmの範囲であり、
湾曲部のＯＨ基濃度が底部のＯＨ基濃度より１０〜５０ppm高く形成されており、
壁部のＯＨ基濃度が湾曲部のＯＨ基濃度よりも１０〜６０ppm高く形成されており、かつＯＨ基濃度調整部分の層厚がルツボ肉厚の１５％以下である
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。
【請求項２】
ルツボ内表面のＯＨ基濃度調整部分がルツボ内表面から１mm厚の透明層部分である
請求項１に記載するシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶に引上げに用いる石英ガラスルツボについて、引上げ時のルツボ内表面の溶損が抑制され、ブラウンリング等が剥離し難く、マルチ引上げに適するようにした石英ガラスルツボに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の引上げは、石英ガラスルツボに装入したシリコン融液から単結晶を引き上げるＣＺ法が一般的に行われている。石英ガラスルツボ中のシリコン融液の液面がルツボ内表面に接触する部分は、図１に示すように、シリコン融液の液面張力によって、液面の接触縁がルツボ内表面に沿って僅かに立ち上がった状態でルツボ内表面に接触しており、このシリコン融液面Ｄの立ち上がり部分は、ルツボのガラス面Ａとシリコン融液Ｂと大気Ｃとが近接した三相界面部分Ｅである。
【０００３】
一般にシリコン融液に接触しているルツボ内表面はシリコンとの反応によって溶損し、ＳｉＯが生じる。上記三相界面部分はシリコン融液が薄い部分であるため、発生したＳｉＯが大気に抜け出しやすく、このため、シリコン融液の液面下のガラス−シリコン接触部分よりも溶損反応の進行が速い部分である。
【０００４】
上記三相界面部分は、ルツボ内表面の溶損が進行しやすい部分であるので、液中の酸素濃度が高くなる。従って、三相界面部分の体積が大きいとシリコン融液に入り込む酸素量が多くなる。そこで、ルツボ内表面に対するシリコン融液面の接触角を大きくすることによって三相界面部分の体積を小さくし、シリコン融液に入り込む酸素量を抑制した石英ガラスルツボが本出願人によって提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−６７９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近、シリコン単結晶の引上げ効率を高めるために、ルツボを複数回使用して引上げを行うマルチ引上げが行われている。この方法は、シリコン融液を繰り返しチャージして引上げを複数回行う方法である。この引上げ方法では、引上げ回数に応じてシリコン融液面がルツボ内表面を上下し、三相界面部分が繰り返しルツボ内表面に生じるので、一つのルツボを使用して長いシリコン単結晶を１本引上げる方法に比較して、合計の引上げ量は同じでもルツボ内表面の溶損量が多くなる。
【０００６】
また、引上げは高温下で行われるので、引上げ時のルツボ内表面には、石英ガラスとシリコンの反応によって発生したブラウンリング（リング状の結晶化部分）や、石英ガラスの結晶化による斑点が存在している。このようなブラウンリングや結晶斑点が存在してる部分をシリコン融液面の三相界面が通過すると、ルツボ内表面の溶損によってブラウンリングや結晶斑点が剥離しやすくなり、これがシリコン融液に混入して単結晶化の歩留まりを低下させる原因になる。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決した石英ガラスルツボを提供するものであり、シリコン融液面による三相界面部分が繰り返し形成されてもブラウンリングや結晶斑点が剥離し難く、マルチ引上げに適する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】
【０００８】
本発明は、以下の[１]〜[４]に示す構成によって上記課題を解決したシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボに関する。
〔１〕石英ガラスルツボ内表面の溶損厚さ部分に含まれるＯＨ基濃度について、シリコン単結晶引上げ開始時のシリコン融液面から引上げ終了時のシリコン融液面に至る範囲のＯＨ基濃度が、該範囲より下側部分のＯＨ基濃度より高い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。
〔２〕ルツボ内表面の溶損厚さ部分に含まれるＯＨ基濃度について、底部のＯＨ基濃度よりも湾曲部のＯＨ濃度が高く、湾曲部のＯＨ濃度よりも壁部のＯＨ基濃度が高い上記[１]に記載するシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ。
〔３〕ルツボ内表面の溶損厚さ部分に含まれるＯＨ基濃度について、該部分に含まれるＯＨ基濃度について、底部のＯＨ基濃度が４０〜１２０ppm、湾曲部のＯＨ濃度が５０〜１４０ppm、壁部のＯＨ基濃度が６０〜１５０ppmの範囲において、湾曲部のＯＨ濃度が底部のＯＨ基濃度より１０〜５０ppm高く、壁部のＯＨ基濃度が湾曲部のＯＨ基濃度よりも１０〜３０ppm高く形成されており、かつＯＨ基濃度調整部分の層厚がルツボ肉厚の１５％以下である上記[１]〜上記[２]に記載するシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ。
〔４〕ルツボ内表面の溶損厚さ部分に含まれるＯＨ基濃度について、底部から湾曲部および壁部のＯＨ基濃度が上記[１]〜上記[３]の何れかに記載されるように形成されており、かつルツボ内表面の溶損厚さ部分がルツボ内表面から１mm厚の透明層部分であるシリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の石英ガラスルツボは、ルツボ内表面の溶損厚さ部分に含まれるＯＨ基濃度について、シリコン単結晶引上げ開始時のシリコン融液面から引上げ終了時のシリコン融液面に至る範囲のＯＨ基濃度が、該範囲より下側部分のＯＨ基濃度より高く形成されており、従って、シリコン融液面による三相界面部分が繰り返し形成される部分のルツボ内表面が結晶化しやすいので、マルチ引上げにおいてブラウンリングや結晶斑点が剥離し難い。
【００１０】
本発明の石英ガラスルツボは、具体的には、ルツボ内表面の溶損厚さ部分に含まれるＯＨ基濃度について、例えば、底部のＯＨ基濃度よりも湾曲部のＯＨ濃度が高く、湾曲部のＯＨ濃度よりも壁部のＯＨ基濃度が高いので、マルチ引上げにおいて、シリコン融液面が壁部を繰り返し上下し、また部分的に湾曲部までシリコン融液面が下降しても、ブラウンリングや結晶斑点が剥離し難く、高い結晶化率を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の石英ガラスルツボは、例えば、底部のＯＨ基濃度が４０〜１２０ppm、湾曲部のＯＨ濃度が５０〜１４０ppm、壁部のＯＨ基濃度が６０〜１５０ppmの範囲に制御されているので、各部分について高温下のガラス強度が充分に保たれており、引上げ時に変形等を生じる虞がない。
【００１２】
また、ルツボ内表面の溶損厚さ部分は、例えば、ルツボ内表面から１mm厚の透明層部分であり、底部から湾曲部および壁部の上記透明層部分のＯＨ基濃度が以上のように調整されたＯＨ濃度調整部分の層厚はルツボ肉厚の概ね１５％以下であればよく、この層厚のＯＨ基濃度を上記範囲に調整すればマルチ引上げに適する石英ガラスルツボを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施例と共に具体的に説明する。
本発明の石英ガラスルツボは、石英ガラスルツボ内表面の溶損厚さ部分に含まれるＯＨ基濃度について、シリコン単結晶引上げ開始時のシリコン融液面から引上げ終了時のシリコン融液面に至る範囲のＯＨ基濃度が、該範囲より下側部分のＯＨ基濃度より高い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である。
【００１４】
本発明の石英ガラスルツボは、具体的には、例えば、ルツボ内表面の溶損厚さ部分に含まれるＯＨ基濃度について、底部のＯＨ基濃度よりも湾曲部のＯＨ濃度が高く、湾曲部のＯＨ濃度よりも壁部のＯＨ基濃度が高いシリコン単結晶引上げ用の石英ガラスルツボである。
【００１５】
シリコン単結晶の引上げに用いる石英ガラスルツボは、シリコン融液に接触するルツバ内表面は、不純物の少ない透明ガラス層によって形成されている。このルツボ内表面の透明ガラス層は、引上げ時の高温下でシリコン融液との接触によって内表面側が僅かに溶損する。この溶損厚さは概ねルツボ内表面から１mm未満の厚さである。
【００１６】
また、ルツボ内表面は高温のシリコン融液に接触しているので、引上げ時に局部的にガラスが結晶化し、ブラウンリングと称され環状斑点が生じる。このブラウンリングの中央部は周縁部より薄いので、ブラウンリングが存在するルツボ内表面の溶損が進むと、ブラウンリング中央部が露出して部分的に剥離しやすくなる。
【００１７】
一方、石英ガラスルツボは、石英粉をルツボの形状に溶融し、ガラス化して形成されるが、原料の石英粉には主成分のＳｉＯ2と共に微量のＯH基が含まれており、ルツボのガラス層には多少のＯＨ基が含まれている。このＯH濃度が高いとガラスの粘性が低下し、またガラス構造の連鎖中にＯＨ基が入り込むために構造が切断されやすくなり、結晶化しやすくなる。
【００１８】
本発明の石英ガラスルツボは、石英ガラスルツボ内表面の溶損厚さ部分に含まれるＯＨ基濃度について、シリコン単結晶引上げ開始時のシリコン融液面から引上げ終了時のシリコン融液面に至る範囲のＯＨ基濃度が、該範囲より下側部分のＯＨ基濃度より高いルツボである。シリコン融液が上下する範囲のＯＨ基濃度を高くすることによって、この範囲のルツボ内表面が結晶化しやすくなり、溶損が抑制される。従って、マルチ引上げにおいてシリコン融液面が繰り返し通過してもブラウンリングが剥離し難い。
【００１９】
通常、シリコン単結晶の引上げは、ルツボに多結晶シリコン塊を装入し、これを加熱溶融してシリコン融液を形成し、このシリコン融液からシリコン単結晶を引上げ、ルツボの底部にシリコン融液が残った状態で引上げを終了する。図２に示すように、シリコン融液の残液はルツボの湾曲部から底部の範囲に残留するので、本発明の石英ガラスルツボは、例えば、ルツボ底部１０のＯＨ基濃度よりも湾曲部２０のＯＨ濃度が高く、該湾曲部２０のＯＨ濃度よりもルツボ壁部３０のＯＨ基濃度が高く形成されている。
【００２０】
図示するように、ルツボ壁部３０はほぼ垂直の周壁部分であり、湾曲部２０は壁部３０から底部１０に至る断面が湾曲した部分である。湾曲部と底部は曲率が異なるので、湾曲部と底部はこの曲率の異なる部分に応じてＯＨ基濃度を調整すればよい。例えば、３２インチのルツボの湾曲部曲率は７９０mm以上、底部曲率は１４０mm以上であり、その曲線の接点が湾曲部と底部の境界になる。
【００２１】
好ましくは、底部のＯＨ基濃度が４０〜１２０ppm、湾曲部のＯＨ濃度が５０〜１４０ppm、壁部のＯＨ基濃度が６０〜１５０ppmの範囲において、湾曲部のＯＨ濃度は底部のＯＨ基濃度より１０〜５０ppm高く、壁部のＯＨ基濃度は湾曲部のＯＨ基濃度よりも１０〜３０ppm高く形成されている。
【００２２】
具体的には、例えば、実施例１の石英ガラスルツボは、底部のＯＨ基濃度９０ppmであり、湾曲部のＯＨ濃度はこれより４４ppm高く、壁部のＯＨ濃度は湾曲部より１４ppm高い。また、実施例２の石英ガラスルツボは、底部、湾曲部、壁部のＯＨ基濃度がそれぞれ２０ppm高い。
【００２３】
各部分のＯＨ濃度を調整するには、ルツボを製造する際に、ＯＨ濃度の異なる石英粉原料をルツボの対応部分にチャージして加熱溶融しガラス化すればよい。あるいは、石英粉を加熱溶融する際に、アークを偏心または傾斜させて局所加熱を行ってＯＨ基濃度を調整すればよい。
【００２４】
ルツボ内表面の溶損厚さは概ね１mm未満であるので、ルツボ内表面から１mm厚部分に含まれるＯＨ基濃度について、底部から湾曲部および壁部のＯＨ基濃度を以上のように調整すればよい。また、該ＯＨ基濃度調整部分の層厚はルツボ肉厚の１５％以下であればよい。溶損厚さ部分がルツボ肉厚の１５％より大きいと、溶損によってルツボの強度が低下するので好ましくない。
【実施例】
【００２５】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示す。
〔実施例１〜４、比較例１〜４〕
表１に示すＯＨ基濃度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に示した。
実施例１〜４は単結晶化歩留まりが８０％以上である。一方、比較例１〜４は何れもルツボ内表面のブラウンリングや斑点が剥離し、単結晶化歩留まりが大幅に低い。
【００２６】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】三相界面の模式説明図
【図２】ルツボ底部にシリコン融液が残留した状態を示す説明図
【符号の説明】
【００２８】
Ａ−石英ガラス部分、Ｂ−シリコン融液、Ｃ−大気、Ｅ−三相界面部分
１０−底部、２０−湾曲部、３０−壁部
【図１】
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【図２】
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