[发明专利]单晶硅提拉用二氧化硅容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提拉单晶硅的二氧化硅容器及其制造方法。

背景技术

二氧化硅玻璃用作大规模集成电路（LSI）制造用投影曝光装置（平版印刷装置）的透镜、棱镜、光掩模或显示器用TFT基板、紫外线灯用管、窗材、反射板、以及半导体工业用清洗容器、硅熔化容器等。然而，作为这些二氧化硅玻璃的原料必须使用昂贵的四氯化硅等化合物，而且二氧化硅玻璃熔化温度和加工温度甚至达到大致2000℃之高，因而耗能大且成本高。因此，一直以来考虑一种使用了较为廉价且天然的粉末原料的二氧化硅玻璃的制造方法。

目前，作为LSI等的器件用单晶硅制造用二氧化硅坩埚的制造方法仍在使用如专利文献1和专利文献2所记载的制造方法。这些方法是在旋转的碳制模框中投入经超高纯度化处理后的石英粉或水晶粉而使其成形，并从上部按入碳电极，通过对碳电极通电而引起电弧放电，使气氛温度上升至石英粉的熔化温度范围（推定为1800～2100℃左右），从而使石英粉熔化、烧结的方法。但该制造方法在制造成本上以及单晶硅的品质上出现了如下问题。即、由于使用超高纯度的石英原料粉因而成本高，且由于所制造的二氧化硅坩埚中溶解有各种杂质气体因而使用坩埚时发生气体排出，所排出的气体导致在单晶硅形成称之为空隙或针孔的空穴缺陷等。另外，由于耐硅熔液蚀刻性低因而坩埚内侧的壁容易溶解，而在二氧化硅坩埚的耐久性上出现很大的问题。

作为提高单晶硅提拉用二氧化硅坩埚的耐硅熔液蚀刻性的方法，在专利文献3中已有公开，其中公开了使结晶化促进剂涂布或固溶在二氧化硅玻璃坩埚的内表面的效果。作为结晶化促进剂已公开有IIA族元素即碱土族金属元素Mg、Sr、Ca、Ba或IIIA族元素的Al。但在这里所示的二氧化硅玻璃坩埚中，由于坩埚的内表面在提拉单晶硅时并不均匀地再结晶，因而并不充分地减少因硅熔液而引起的坩埚内侧壁的蚀刻，并未改进二氧化硅坩埚的耐久性。

另外，在专利文献4中公开有减少晶质二氧化硅粒子从二氧化硅坩埚内表面向硅熔液中排出的技术和从二氧化硅坩埚的外表面强化二氧化硅坩埚的技术。作为其方法公开有使失透促进剂存在于坩埚表面上具体而言是使选自Ba、Mg、Sr、Be的组的碱土族金属含有的技术。然而，这种二氧化硅坩埚由于坩埚表面在单晶硅提拉开始时并不迅速地再结晶化，或者整个表面并不均匀地再结晶化，因而并不充分地降低因硅熔液而引起的坩埚内侧表面的蚀刻，并未改进二氧化硅坩埚的耐久性。

在专利文献5中，作为使二氧化硅坩埚内侧表面再结晶化的其他方法公开有如下技术。即、一边对表面深度0.3～3mm中的OH基浓度赋予梯度一边将表面附近的OH基浓度设成115ppm以上，由此使表面部分能够容易地再结晶化而不必使用结晶化促进剂。然而在这种技术中，由于表面部分的硅熔液蚀刻量变得极大，因而导致在二氧化硅坩埚内熔化多晶硅原料块时表面层被溶解，且发生在其后提拉单晶硅时二氧化硅坩埚内表面并不均匀地再结晶化之类的问题。

在专利文献6中公开了根据溶胶-凝胶法的低成本的二氧化硅容器及其制造方法。将二氧化硅容器的外层做成白色不透明层，并且内层是含有碳的透明二氧化硅玻璃层。在实施例中公开了在厚度为3mm的透明二氧化硅玻璃层中含有Ba和OH基。这些二氧化硅玻璃容器虽然被认可使用容器时的一定程度的再结晶促进效果，但进一步要求容器使用开始时在整个容器内侧表面的均匀的再结晶化。

在专利文献7中公开了预先调整掺杂了结晶化促进剂Ca、Sr、Ba和氢气而成的二氧化硅原料粉，并对该原料粉实施放电加热熔化而制作的二氧化硅容器。这些二氧化硅容器虽然被认可提拉单晶硅时的一定程度的容器内侧的再结晶促进效果，但在使容器内侧表面的整个面及早地均匀地再结晶化方面仍不充分。

另外，在专利文献8中，作为与专利文献7类似的技术公开了通过在含氢的气体气氛对于含有结晶化促进剂Ca、Sr、Ba的二氧化硅原料粉进行电弧放电加热而制作的二氧化硅容器。这些二氧化硅容器也被认可提拉单晶硅时的某种程度的容器内侧表面的再结晶促进效果，但在使容器内表面的整个面在使用坩埚时及早地均匀地再结晶化方面仍不充分。

在专利文献9和专利文献10中，作为因硅熔液而引起的坩埚腐蚀（蚀刻）的对策公开了通过钻研二氧化硅坩埚的外侧壁的形状而增大厚度尺寸的技术。然而，该方法并不是彻底地降低因硅熔液而引起的二氧化硅坩埚本体的腐蚀（蚀刻），因而引起因二氧化硅玻璃溶解而引起的硅熔液的氧浓度的大幅度上升，或者引起二氧化硅坩埚所含有的杂质金属元素的污染，导致所提拉的单晶硅的品质降低。

现有技术文献

专利文献