氧化硅玻璃坩堝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在坩堝的內(nèi)表面具有凹凸結(jié)構(gòu)的氧化硅玻璃坩堝。
【背景技術(shù)】
[0002] 在借助切克勞斯基法（CZ法）的單晶硅提拉中，通過提拉接觸到硅的熔液的晶種， 就可以進(jìn)行單晶的提拉。具體而言，將外側(cè)的碳制加熱器加熱到約1450~1600°C的溫度， 在氧化硅玻璃坩堝的內(nèi)部貯留熔融多晶硅原料而得的硅熔液，使單晶硅的晶種接觸熔點(diǎn)溫 度約為1420°C的硅熔液表面，一邊使之旋轉(zhuǎn)一邊慢慢地提拉，以單晶硅的晶種作為核使之 生長，在控制提拉速度及熔液溫度的同時慢慢地制造單晶硅。為了將使硅熔液接觸單晶的 硅熔液面中心部分的固液界面保存在作為硅的熔點(diǎn)的1420Γ附近，氧化硅玻璃坩堝的溫度 達(dá)到1450~1600°C的高溫。在有時花費(fèi)2周以上的單晶硅提拉中，氧化硅玻璃坩堝的緣部 的沉入變形量有時能達(dá)到5cm以上。
[0003] 在單晶硅的提拉中，首先，在該晶種的中心擴(kuò)大晶體（肩部形成），直至所需的直 徑。然后，通過進(jìn)行筒體提拉而提拉出圓筒形的錠狀的單晶。最后通過縮小底部，而提拉出 單晶。利用直徑610~1015mm(硅錠直徑 ：200mm、300mm、450mm)的氧化硅玻璃坩堝，可以 制造出長度為2m以上那樣的大型的單晶硅錠。由此種大型錠材制造的單晶硅晶片可以適 用于閃速存儲器或DRAM的制造中。
[0004] 由于閃速存儲器、DRAM的低價格化和高性能化急速地推進(jìn)，因此為了響應(yīng)該要求， 需要高品質(zhì)低成本地制造大型的單晶硅錠。為此，需要高品質(zhì)低成本地制造大型的坩堝。
[0005] 另外，現(xiàn)在，使用直徑300mm的晶片的工藝過程是主流，而使用直徑450mm的大口 徑晶片的工藝過程正在開發(fā)中。由此，為了穩(wěn)定地制造直徑450mm的大口徑晶片，越來越需 要高品質(zhì)的大型坩堝。但是，在大型硅玻璃坩堝的制造中，存在有如下所示的問題。
[0006] 在單晶硅的提拉時，可以看到硅熔液的熔液面周期性地振動的現(xiàn)象。將其稱作熔 液面振動。一旦發(fā)生熔液面振動，就很難將晶種接觸到平坦的硅熔液表面，從而無法提拉單 晶硅。另外，一旦在提拉過程中發(fā)生熔液面振動，就會引起位錯，硅發(fā)生多晶化，因而還有完 全無法作為產(chǎn)品使用的問題。特別是，在作為單晶硅的提拉工序的初期階段的下種和肩部 形成的工序中，容易受到熔液面振動的影響，該影響在很大程度上左右所提拉出的單晶硅 錠的品質(zhì)。
[0007] 對于熔液面振動的發(fā)生原因，可以如下所示地考慮。一般在硅熔液與石英玻璃的 界面中，會產(chǎn)生SiO 2 (固體）一Si (液體）+20的反應(yīng)，石英玻璃發(fā)生溶解。可以認(rèn)為，由于 提拉溫度的升高、氣氛壓力的降低等，產(chǎn)生Si (液體）+0 - SiO (氣體）的反應(yīng)，因該SiO氣 體從熔液內(nèi)升起而使熔液表面振動。大型氧化硅玻璃坩堝從外側(cè)的碳制加熱器到硅熔液的 中心部的距離比以往更長（以往為300mm左右而目前大于500mm)，無法避免提拉時的碳制 加熱器的溫度升高。即，隨著硅錠的大口徑化，提拉時的碳制加熱器溫度變高，液面振動的 問題變大。由此，隨著提拉時的溫度升高，硅熔液的熔液面的振動變得劇烈，因而需要加以 抑制。為此，為了提高單晶硅的單晶化率，需要抑制硅的熔液中產(chǎn)生的熔液面振動。
[0008] 為了解決熔液面振動的問題，例如在專利文獻(xiàn)1中，記載有如下的坩堝，即，在具 有不透明層和透明層的石英坩堝的內(nèi)表面上，借助第一成分的氧化硅砂形成玻璃表面，其 后，利用第二成分的氧化硅砂使玻璃散布地熔接，并且在角部及底部的內(nèi)表面形成由合成 石英砂形成的玻璃。公開過將提拉開始熔液面附近的坩堝內(nèi)周面層的氣泡含有率調(diào)整為一 定范圍的技術(shù)。該技術(shù)基于如下的發(fā)現(xiàn)，即，根據(jù)與沸石防止突沸相同的原理，微小凹凸部 會抑制硅熔液的熔液面振動。
[0009] 專利文獻(xiàn)2中，為了抑制填充于氧化硅玻璃坩堝內(nèi)的硅熔液的熔液面振動，公開 有在坩堝內(nèi)面層設(shè)置微小凹部的技術(shù)。該技術(shù)基于如下的發(fā)現(xiàn)，即，根據(jù)與沸石防止突沸相 同的原理，微小凹部會抑制硅熔液的熔液面振動。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2006 - 169084公報 專利文獻(xiàn)2 :國際公開2011/074568 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2004 - 250304公報

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明要解決的課題
[0011] 但是，在專利文獻(xiàn)1中，因很難制造出使第二成分的石英砂均勻地散布的坩堝、利 用所制造的氧化硅玻璃坩堝無法抑制熔液面振動等，在品質(zhì)方面存在有問題。此外還有制 造工序復(fù)雜且成本高的問題。而且，雖然在專利文獻(xiàn)1中，有在24英寸坩堝時有效果的記 載，然而存在有在更大口徑的單晶硅提拉中無法獲得熔液面振動抑制的效果的問題。另外， 雖然可以抑制提拉開始熔液面附近的熔液面振動，然而當(dāng)慢慢地提拉單晶硅時，在調(diào)整了 坩堝內(nèi)周面層的氣泡含有率的區(qū)域外，會存在有硅液面，無法獲得熔液面振動抑制的效果， 單晶硅的材料利用率明顯地降低。
[0012] 專利文獻(xiàn)2中記載的技術(shù)中，在氧化硅玻璃坩堝的高度方向上以一定的間隔分隔 出的每個圓環(huán)狀的內(nèi)面部分設(shè)置至少1個微小凹部，并非可以在硅熔液與氧化硅玻璃坩堝 內(nèi)面的全部接觸區(qū)域發(fā)揮微小凹部的效果的技術(shù)，難以完全地抑制硅熔液的熔液面振動。
[0013] 為此，本發(fā)明人等鑒于此種事情，目的在于，提供一種氧化硅玻璃坩堝，其制造容 易，并且從作為單晶硅的提拉的初期階段的下種起到單晶硅育成中，都可以抑制熔液面振 動。 用于解決問題的方法
[0014] 為了解決上述問題，本發(fā)明人等反復(fù)進(jìn)行深入研究，詳細(xì)地分析坩堝內(nèi)表面的結(jié) 構(gòu)與熔液面振動的關(guān)系，由此發(fā)現(xiàn)了可以抑制硅熔液的熔液面振動的氧化硅玻璃坩堝。本 發(fā)明人等分析了坩堝內(nèi)表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)與熔液面振動的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)沿從直筒部的邊緣到 角部方向在內(nèi)表面上形成了具有微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)的波面的氧化硅玻璃坩堝在單晶硅的提拉 時會抑制硅熔液的熔液面振動，以此為基礎(chǔ)完成了本發(fā)明。該氧化硅玻璃坩堝與以往技術(shù) (例如專利文獻(xiàn)1)之類的利用復(fù)雜且缺乏再現(xiàn)性的方法制造的氧化硅玻璃坩堝不同，可以 穩(wěn)定地抑制熔液面振動。另外，與專利文獻(xiàn)3中記載的氧化硅玻璃坩堝不同，將坩堝內(nèi)表面 的微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)還設(shè)置到單晶硅提拉開始時的硅液面附近以外的部分，除了當(dāng)然可以穩(wěn)定 地進(jìn)行硅提拉開始時的晶種的觸液以外，還難以產(chǎn)生單晶硅育成時的位錯。此外，與專利文 獻(xiàn)2中記載的氧化硅玻璃坩堝不同，通過針對直筒部分以外的SiO氣體發(fā)生部位設(shè)置坩堝 內(nèi)表面的微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)，無論在氧化硅玻璃坩堝與硅熔液的接觸部分的哪個部分產(chǎn)生SiO 氣體，都可以抑制熔液面振動。即，本發(fā)明提供一種氧化硅玻璃坩堝，是具有上端開口且沿 垂直方向延伸的近似圓筒形的直筒部、彎曲了的底部、以及連結(jié)所述直筒部與所述底部并 且曲率大于所述底部的角部的坩堝，所述坩堝的內(nèi)表面具有將槽狀的谷夾設(shè)于脊部與脊部 之間的凹凸結(jié)構(gòu)，所述脊部與脊部的平均間隔為5~100 μπι。另外，本發(fā)明還提供一種氧 化硅玻璃坩堝，是具有上端開口且沿垂直方向延伸的近似圓筒形的直筒部、彎曲了的底部、 以及連結(jié)所述直筒部與所述底部并且曲率大于所述底部的角部的坩堝，所述坩堝的內(nèi)表面 具有將槽狀的谷夾設(shè)于脊部與脊部之間的凹凸結(jié)構(gòu)，所述凹凸結(jié)構(gòu)的中心線平均粗糙度Ra 為 0· 02 ~0· 5 μπι。
【附圖說明】
[0015] 圖1是表示物鏡10掃描石英坩堝的內(nèi)表面11的樣子的示意圖。
[0016] 圖2是石英坩堝12的剖面圖，是例示出物鏡的掃描方向的示意圖。
[0017] 圖3是沒有形成凹凸結(jié)構(gòu)的氧化硅玻璃坩堝的內(nèi)表面的利用共焦點(diǎn)激光顯微鏡 得到的表面照片。
[0018] 圖4是形成有槽狀凹凸結(jié)構(gòu)的氧化硅玻璃坩堝的內(nèi)表面的利用共焦點(diǎn)激光顯微 鏡得到的表面照片。
[0019] 圖5是對形成有槽狀凹凸結(jié)構(gòu)的氧化硅玻璃坩堝的內(nèi)表面使用共焦點(diǎn)激光顯微 鏡測量并處理的三維圖像。
[0020] 圖6是表示測量圖5的從地點(diǎn)A到B的氧化硅玻璃坩堝的內(nèi)表面的高度的結(jié)果的 曲線圖?；鶞?zhǔn)點(diǎn)（Z = O)設(shè)定為使內(nèi)表面的高度集中在Z = O到2μπι以內(nèi)。