石英玻璃坩堝及其制造方法
【專利說明】
[0001] 分案申請的相關信息
[0002] 本案是分案申請。該分案的母案是申請日為2009年3月23日、申請號為 200980112152. 8、發明名稱為"石英玻璃坩堝及其制造方法"的發明專利申請案。
技術領域
[0003] 本發明涉及一種硅單晶的提拉中所使用的石英玻璃坩堝，尤其是涉及適于口徑為 32英寸以上的大型坩堝、內面層的均質性優異且內面層的氣泡含有率低的石英玻璃坩堝及 其制造方法。
【背景技術】
[0004] 半導體裝置的基板或太陽能電池等中所使用的硅單晶主要通過CZ(Czochralski， 丘克拉斯基）法進行制造。該制造方法是如下方法：將高純度的多晶硅裝填于石英玻璃坩 堝中，在惰性氣體環境下進行熔解而將晶種浸漬于其中并緩緩提拉，從而自硅熔液中提拉 單晶娃。
[0005] 先前，上述石英玻璃坩堝通過旋轉模塑法等進行制造（專利文獻1、2)。該制造方 法是如下方法：使碳制的中空模具（塑模）旋轉而使硅粉末在模具的內表面堆積固定厚度， 將其加熱熔融而使之玻璃化，由此制造坩堝。
[0006] 在上述制造方法中，由于坩堝內表面（內面層）接觸硅熔液，因此該內表面由高純 度的合成石英粉所形成。進而，如果該內面層中所包含的氣泡較多，則在提拉硅單晶時，在 高溫下上述氣泡膨脹而導致剝離，其混入硅熔液中導致單晶化率降低。因此，在坩堝的制造 步驟中實施如下方法：在將堆積于模具內表面的石英粉層加熱而以較薄的玻璃膜密封該石 英粉層的表面時，自塑模側抽吸（真空抽吸）石英粉層內部，將石英粉層內部的空氣除去而 減少內面層的氣泡。
[0007] 根據上述制造方法，將石英粉層的表面均勻地熔融而形成良好的密封，由此可相 應于真空抽吸時間而減少氣泡。然而，隨著坩堝的大口徑化，難以將石英粉層的表面均勻地 熔融，無法形成良好的密封的情形增多。因此，大口徑坩堝中，內面層中包含可目視到的氣 泡的情形增多。
[0008] [專利文獻1]日本專利特開平02-055285號公報 [0009][專利文獻2]日本專利特開平10-017391號公報
【發明內容】
[0010][發明所欲解決的問題]
[0011] 本發明是解決先前的上述問題的發明，其提供一種即便為大型坩堝亦可均質地形 成內面層，由此制造內面層的氣泡含有率低的石英玻璃坩堝的方法及該石英玻璃坩堝。
[0012] [解決問題的技術手段]
[0013] 根據本發明，提供一種通過以下所示的構成而解決上述課題的石英玻璃坩堝的制 造方法及該石英玻璃坩堝。
[0014] [1] -種石英玻璃坩堝的制造方法，其是硅單晶的提拉中所使用的石英玻璃坩堝 的制造方法，其特征在于：在由合成石英粉形成內面層時，由較形成該內面層的內側部分的 合成石英粉小的平均粒度的合成石英粉形成該內面層的表面側部分。
[0015] [2]如上述[1]記載的石英玻璃坩堝的制造方法，其中使用相對于形成坩堝內面 層的內側部分的合成石英粉的平均粒徑，形成該內面層的表面側部分的合成石英粉的平均 粒徑小10 μ m以上的合成石英粉。
[0016] [3]如上述[1]或[2]記載的石英玻璃坩堝的制造方法，其中作為形成坩堝內面層 的表面側部分的合成石英粉，使用包含90%以上的粒徑200 μ m以下的合成石英粉。
[0017] [4]如上述[1]至[3]中任一項記載的石英玻璃坩堝的制造方法，其中形成坩堝內 面層的內側部分的合成石英粉的平均粒徑為160 ym以上，形成該內面層的表面側部分的 合成石英粉的平均粒徑為150 y m以下。
[0018] [5] -種用于硅單晶的提拉的石英玻璃坩堝，其特征在于：其是通過上述[1]至
[4]中任一項的方法而制造者，在自內表面起算的Imm以內的內面層中，直徑大于0.5mm的 氣泡為10個以下，直徑為0.5mm以下的氣泡的含有率為0.1 vol %以下。
[0019] [6] -種用于硅單晶的提拉的石英玻璃坩堝，其特征在于，包括：外層，其包含由 天然石英粉所形成的石英玻璃；及內面層，其包含由合成石英粉所形成的石英玻璃；且上 述內面層包含：由第1合成石英粉所形成的該內面層的內側部分；及由具有比上述第1合 成石英粉小的平均粒度的第2合成石英粉所形成的該內面層的表面側部分；在自內表面起 算的Imm以內的上述內面層中，直徑大于〇· 5mm的氣泡為10個以下，直徑為0· 5mm以下的 氣泡的含有率為〇. Ivol %以下。
[0020] [發明的效果]
[0021] 根據本發明的制造方法，坩堝內面層的表面側部分由平均粒徑較小的石英粉所形 成，因此在加熱熔融時該表面側部分易于均勻地熔解，可于石英粉層的表面形成均勻且較 薄的玻璃膜，從而形成良好的密封狀態，因此可通過真空泵將石英粉表面上所存在的氣體 有效率地排出。另一方面，如果使用平均粒徑較小的石英粉則會形成有多個較小的氣泡，但 包含較小氣泡的石英層表面的較薄的玻璃層會于合成石英粉與天然石英粉熔融并成為一 體而玻璃化時蒸發，因此內面層成為幾乎不包含氣泡的透明玻璃層。因此，即便是大型坩堝 亦可獲得坩堝內面層的氣泡大幅減少的石英玻璃坩堝。
【附圖說明】
[0022] 圖1是表示塑模內表面的石英粉的積層狀態的部分截面示意圖。
[0023] 圖2是表示參考例2中的氣泡含有率的圖表。
[0024] [符號的說明]
[0025] 10 塑模
[0026] 11 塑模內表面
[0027] 20 外層部分（天然石英）
[0028] 30 內面層
[0029] 31 內面層的內側部分
[0030] 32 內面層的表面側部分
【具體實施方式】
[0031] 以下，根據實施形態具體地說明本發明。
[0032] 本發明的石英玻璃坩堝的制造方法是硅單晶的提拉中所使用的石英玻璃坩堝的 制造方法，其特征在于：在由合成石英粉形成內面層時，由平均粒度較形成該內面層的內側 部分的合成石英粉小的合成石英粉形成該內面層的表面側部分。
[0033] 在通過旋轉模塑法制造石英玻璃坩堝時，使用碗狀的自如旋轉的塑模，在朝上開 口的旋轉的塑模的內表面，例如使天然石英粉堆積為固定厚度而形成外側層部分，進而在 其上堆積合成石英粉而形成內面層部分，保持該狀態，通過塑模的中心軸上所設置的電極 而進行電弧放電，通過該高溫加熱將上述石英粉熔融而使之玻璃化。
[0034] 在該加熱熔融時，通過設置于塑模中的多個通氣孔進行真空抽吸，對石英粉層的 內部進行減壓而將空氣抽吸并排除至外部，形成氣泡較少的玻璃層。在上述玻璃化之后進 行冷卻，冷卻后自塑模中取出碗狀的石英玻璃坩堝。
[0035] 本發明的方法是在上述制造方法中，如圖1所示，在塑模10的內表面11堆積天然 石英粉而形成外層20之后，在由該天然石英粉所形成的外層20上使用合成石英粉而形成 內面層30,此時，在由天然石英粉所形成的外層20上使用平均粒徑較大的合成石英粉（第 1合成石英粉）而形成內面層30的內側部分31。其次，在該內側部分31上使用平均粒徑 較小的合成石英粉（第2合成石英粉）而形成內面層30的表面側部分32。
[0036] 形成內面層30的表面側部分32的第2合成石英粉的平均粒徑，較佳為相對于形 成內面層30的內側部分31的合成石英粉的平均粒徑小10 μ m以上。具體而言，例如，使用 平均粒徑為160 μ m以上的合成石英粉作為形成坩堝的內面層30的內側部分31的合成石 英粉，使用平均粒徑為150 μ m以下的合成石英粉作為形成該內面層30的表面側部分32的 合成石英粉。
[0037] 又，使用包含20 %以上的粒徑200 μ m以上的合成石英粉作為形成坩堝內面層30 的內側部分31的第1合成石英粉，另一方面，使用包含90%以上的粒徑200 μ m以下的合成 石英粉作為形成內面層30的表面側部分32的第2合成石英粉。<