JP5191003B2 - Silica glass crucible for silicon single crystal pulling - Google Patents
Silica glass crucible for silicon single crystal pulling Download PDFInfo
- Publication number
- JP5191003B2 JP5191003B2 JP2009221840A JP2009221840A JP5191003B2 JP 5191003 B2 JP5191003 B2 JP 5191003B2 JP 2009221840 A JP2009221840 A JP 2009221840A JP 2009221840 A JP2009221840 A JP 2009221840A JP 5191003 B2 JP5191003 B2 JP 5191003B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crucible
- layer
- silica glass
- single crystal
- center
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 105
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 60
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims description 60
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 59
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 46
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 26
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 16
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 13
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 241000255925 Diptera Species 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- -1 silicon alkoxide Chemical class 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/09—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould
- C03B19/095—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould by centrifuging, e.g. arc discharge in rotating mould
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
本発明は、チョクラルスキー法(以下、CZ法という)によりシリコン単結晶を引上げる際に用いられる、原料シリコン融液を収容するためのシリカガラスルツボに関する。 The present invention relates to a silica glass crucible for containing a raw material silicon melt used when pulling up a silicon single crystal by the Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method).
シリコン単結晶の製造においては、CZ法が広く用いられている。この方法は、ルツボ内に収容された原料シリコン融液の表面に種結晶を接触させ、ルツボを回転させるとともに、前記種結晶を反対方向に回転させながら上方へ引上げることにより、種結晶の下端に単結晶インゴットを育成していくものである。
上記方法において、原料シリコン融液を収容するためのルツボには、シリカガラスルツボが用いられ、該シリカガラスルツボは、シリコン単結晶引上げ時には、カーボンルツボに嵌め込むようにセットされて、ルツボ外周からヒータ加熱される。
The CZ method is widely used in the production of silicon single crystals. In this method, the seed crystal is brought into contact with the surface of the raw material silicon melt contained in the crucible, the crucible is rotated, and the seed crystal is pulled upward while rotating the seed crystal in the opposite direction. Single crystal ingots are nurtured.
In the above method, a silica glass crucible is used as the crucible for containing the raw material silicon melt, and the silica glass crucible is set so as to be fitted into the carbon crucible when the silicon single crystal is pulled up, Heated by the heater.
従来、前記シリカガラスルツボは、内層が合成シリカガラス層、外層が天然シリカガラス層の2層構造(例えば、特許文献1参照)、あるいはまた、前記2層構造の外層と内層の間に、合成シリカガラスからなる不透明(半透明)な中間層を挟んだ、例えば、特許文献2に記載されているような3層構造のものが一般的であった。
主に内層を構成する合成シリカガラスは、高純度で得られるため、引上げられるシリコン単結晶に対する不純物汚染を抑制することができる。一方、外層を構成する天然シリカガラスは、合成シリカガラスに比べて、純度は低いものの、耐熱性に優れているという特徴を有している。
Conventionally, the silica glass crucible has a two-layer structure in which the inner layer is a synthetic silica glass layer and the outer layer is a natural silica glass layer (see, for example, Patent Document 1), or alternatively, between the outer layer and the inner layer of the two-layer structure. For example, a three-layer structure such as that described in
Since the synthetic silica glass mainly constituting the inner layer is obtained with high purity, impurity contamination of the pulled silicon single crystal can be suppressed. On the other hand, natural silica glass constituting the outer layer has a feature that it is excellent in heat resistance, although its purity is lower than that of synthetic silica glass.
また、特許文献3には、上記のような2層構造のシリカガラスルツボの底部以外の外層の外側に、結晶化促進剤添加シリカガラス層を形成し、底部以外は3層構造として、耐久性とカーボンルツボによる支持安定性を向上させたシリカガラスルツボが開示されている。 In Patent Document 3, a crystallization accelerator-added silica glass layer is formed on the outside of the outer layer other than the bottom of the two-layered silica glass crucible as described above, and the three-layer structure other than the bottom has a durability. And a silica glass crucible with improved support stability with a carbon crucible.
ところで、近年、シリコン単結晶の製造効率の向上の観点から、上記方法により引上げられるシリコン単結晶インゴットは大口径化しており、これに伴い、一度の引上げに要する原料シリコン融液の量も多くなり、前記シリカガラスルツボも大型化している。
また、シリカガラスルツボ内への原料シリコンの再充填や、急激な昇降温等、シリコンルツボの使用環境も厳しくなってきている。
特に、シリコン単結晶引上げ前には、ルツボ内の原料シリコンを溶融する時間を短縮化するために、ルツボは外周からのヒータ加熱により、急激に昇温される。
By the way, in recent years, from the viewpoint of improving the production efficiency of silicon single crystals, silicon single crystal ingots pulled by the above method have become larger in diameter, and accordingly, the amount of raw material silicon melt required for one pulling increases. The silica glass crucible is also enlarged.
In addition, the use environment of the silicon crucible has become severe, such as refilling of raw material silicon into the silica glass crucible and rapid temperature rise and fall.
In particular, before pulling up the silicon single crystal, the crucible is rapidly heated by the heater heating from the outer periphery in order to shorten the time for melting the raw material silicon in the crucible.
このとき、特許文献1,2に記載されているようなシリカガラスルツボでは、外層の天然シリカガラスは高温での粘性が高いため、該ルツボの外周を覆う前記カーボンルツボと馴染みにくく、十分な密着性が得られない。
また、特許文献3に記載されたような結晶化促進剤添加シリカガラス層が形成されたルツボであっても、ルツボの急激な昇温時には、前記カーボンルツボとの十分な密着性が得られる前に、早期に、カーボンルツボと接触する部分での結晶化が完了してしまう。
At this time, in the silica glass crucible as described in
Further, even if the crucible is formed with a crystallization accelerator-added silica glass layer as described in Patent Document 3, when the crucible is rapidly heated, before the sufficient adhesion to the carbon crucible is obtained. In addition, crystallization at the portion in contact with the carbon crucible is completed at an early stage.
このように、ルツボ外周からのヒータ加熱の際に、シリカガラスルツボとその外側のカーボンルツボとの密着性が十分でない場合、ルツボが大型であるほど、ルツボ内に収容されている原料シリコン融液に温度ムラが生じやすくなり、また、シリカガラスルツボ自体の加熱変形を生じることもあり、ひいては、引上げられるシリコン単結晶の単結晶化率の低下を招くという課題を有していた。 As described above, when the heater is heated from the outer periphery of the crucible, if the adhesion between the silica glass crucible and the carbon crucible outside thereof is not sufficient, the larger the crucible, the larger the raw material silicon melt contained in the crucible. In addition, temperature irregularities are likely to occur, and the silica glass crucible itself may be heated and deformed, leading to a decrease in the single crystallization rate of the pulled silicon single crystal.
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、シリコン単結晶引上げの際、ルツボ内の原料シリコンを溶融するための加熱開始直後に、外周に接するカーボンルツボと十分な密着性が得られるシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in order to solve the above technical problem, and at the time of pulling a silicon single crystal, immediately after the start of heating for melting the raw material silicon in the crucible, the carbon crucible in contact with the outer periphery is sufficiently adhered. It is an object of the present invention to provide a silica glass crucible for pulling up a silicon single crystal capable of obtaining the properties.
本発明に係るシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボは、底部と円筒状の側壁部との間にアール状のコーナー部を有する3層構造のシリカガラスルツボであって、前記底部中央から、ルツボの中心を通る鉛直方向断面において前記コーナー部の最も曲率が大きい箇所とその曲率中心とを結ぶ直線に対して、前記曲率中心周りに±5°以内の位置にかけて形成された、OH基含有濃度が30〜300ppmである合成シリカガラスからなる厚さ1〜5mmの第1層と、前記第1層の内面側にルツボ全体にわたって形成された、天然シリカガラスからなる不透明層である第2層と、前記第2層の内面側にルツボ全体にわたって形成された、天然シリカガラス、又は、Na、K、Alの金属不純物含有量が各々1ppm以下である高純度合成シリカガラスからなる透明層である第3層とを備えていることを特徴とする。
上記のような構造のシリカガラスルツボによれば、シリコン単結晶引上げの際、ルツボ加熱開始直後のカーボンルツボとの密着性が向上し、初期変形が抑制されるとともに、原料シリコン融液の温度ムラの発生が抑制され、引上げられるシリコン単結晶の単結晶化率の向上を図ることができる。
A silica glass crucible for pulling up a silicon single crystal according to the present invention is a silica glass crucible having a three-layer structure having an arcuate corner portion between a bottom portion and a cylindrical side wall portion. An OH group-containing concentration formed at a position within ± 5 ° around the center of curvature with respect to a straight line connecting the center of curvature with a portion having the largest curvature of the corner portion in a vertical cross section passing through the center. A first layer made of synthetic silica glass having a thickness of ˜300 ppm, a second layer being an opaque layer made of natural silica glass, formed on the inner surface side of the first layer over the entire crucible, Natural silica glass formed on the inner surface side of the second layer, or high-purity synthetic silica having a metal impurity content of Na, K, Al of 1 ppm or less each. And a third layer which is a transparent layer made of mosquito glass.
According to the silica glass crucible having the above-described structure, when the silicon single crystal is pulled, the adhesion with the carbon crucible immediately after the start of the crucible heating is improved, initial deformation is suppressed, and temperature unevenness of the raw material silicon melt is suppressed. The generation of silicon can be suppressed, and the single crystallization rate of the pulled silicon single crystal can be improved.
前記シリカガラスルツボにおいては、前記第1層は、底部中央よりもコーナー部の方が、厚さが薄いことが好ましい。特に、前記シリカガラスルツボにおいては、前記第1層が、底部中央からコーナー部に向かって連続的に厚さが減少していることが好ましい。
この場合、前記第1層は、ルツボ底部中央における厚さtcと、ルツボの中心を通る鉛直方向断面において、コーナー部の最も曲率が大きい箇所における厚さtpの比tc/tpが、1.2〜2.4であることが好ましい。
このような構成とすることにより、ルツボ底部中央から、シリカガラスルツボとカーボンルツボとを密着させることができ、また、その密着速度を適度に保つことができ、均一な密着性が得られる。
In the silica glass crucible, the first layer is preferably thinner at the corner than at the center of the bottom. In particular, in the silica glass crucible, it is preferable that the thickness of the first layer continuously decreases from the center of the bottom toward the corner.
In this case, the first layer has a ratio t c / t p between the thickness t c at the center of the bottom of the crucible and the thickness t p at the portion having the largest curvature in the vertical cross section passing through the center of the crucible. 1.2 to 2.4 is preferable.
By adopting such a configuration, the silica glass crucible and the carbon crucible can be brought into close contact with each other from the center of the bottom of the crucible, and the close contact speed can be kept moderate, and uniform adhesiveness can be obtained.
本発明に係るシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボによれば、シリコン単結晶引上げの際、ルツボ内の原料シリコンを溶融するための加熱開始直後に、外周に接するカーボンルツボと十分な密着性を得ることができる。
したがって、本発明に係るシリカガラスルツボによれば、ルツボ内に収容された原料シリコン融液の温度ムラの発生を抑制することができ、また、昇温初期におけるルツボの変形を防止することができ、ひいては、高効率かつ高い単結晶化率でシリコン単結晶を引上げることが可能となる。
According to the silica glass crucible for pulling up a silicon single crystal according to the present invention, at the time of pulling up the silicon single crystal, immediately after the start of heating for melting the raw silicon in the crucible, sufficient adhesion with the carbon crucible in contact with the outer periphery is obtained. be able to.
Therefore, according to the silica glass crucible according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of temperature unevenness of the raw material silicon melt contained in the crucible, and to prevent the crucible from being deformed at the initial temperature rise. As a result, it becomes possible to pull up the silicon single crystal with high efficiency and high single crystallization rate.
以下、本発明にについて、図面を参照して、詳細に説明する。
図1に、本発明に係るシリカガラスルツボの断面図を示す。図1に示すシリカガラスルツボは、底部1と円筒状の側壁部2との間にアール状のコーナー部3を有する断面がU字状の形状からなる。このシリカガラスルツボは3層構造である。そして、底部1からコーナー部2の所定位置にかけて形成された、合成シリカガラスからなる第1層4と、第1層4の内面側にルツボ全体にわたって形成された、天然シリカガラスからなる不透明層である第2層5と、第2層5の内面側にルツボ全体にわたって形成された、天然シリカガラス、又は、Na、K、Alの金属不純物含有量が各々1ppm以下である高純度合成シリカガラスからなる透明層である第3層6とを備えている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a silica glass crucible according to the present invention. The silica glass crucible shown in FIG. 1 has a U-shaped cross section having a rounded corner portion 3 between a bottom portion 1 and a cylindrical
このように、底部1からコーナー部2にかけての外層に、天然シリカガラスよりも粘性の低い合成シリカガラスからなる第1層4を設けることにより、シリカガラスルツボ内の原料シリコンを溶融するために急速加熱した場合であっても、加熱開始直後に、外周に接するカーボンルツボとの密着性を向上させることができる。
これにより、ルツボ内に収容された原料シリコン融液の温度ムラの発生を抑制することができ、高い単結晶化率かつ高効率でのシリコン単結晶引上げも可能となる。
Thus, by providing the
As a result, the occurrence of temperature unevenness in the raw material silicon melt contained in the crucible can be suppressed, and the silicon single crystal can be pulled with high single crystallization rate and high efficiency.
ここで、合成シリカガラスとは、例えば、シリコンアルコキシドの加水分解等により合成された合成シリカ原料を溶融して製造されるシリカガラスであり、天然シリカガラスとは、水晶等の天然シリカ原料を溶融して製造されるシリカガラスを意味する。 Here, the synthetic silica glass is a silica glass produced by melting a synthetic silica raw material synthesized by, for example, hydrolysis of silicon alkoxide, and the natural silica glass is a natural silica raw material such as quartz. This means silica glass produced in the same manner.
一般に、合成シリカガラスは、天然シリカガラスに比べて粘性が低いが、上述したカーボンルツボとの十分な密着性を得るために、適度な粘性とする観点から、前記第1層4を構成する合成シリカガラスにおいては、OH基含有濃度が30〜300ppmであることが好ましく、80〜200ppmであることがより好ましい。
前記OH基濃度が30ppm未満の場合、該合成シリカガラスの粘性が高く、ルツボの加熱開始直後に、外周に接するカーボンルツボとの密着性の向上を図ることは困難である。
一方、前記OH基濃度が300ppmを超える場合、該合成シリカガラスの粘性が低すぎ、ルツボの加熱開始直後における初期変形が著しく、ルツボ基材自体の形状安定性が不十分となる。
In general, synthetic silica glass has a lower viscosity than natural silica glass. However, in order to obtain sufficient adhesion with the above-described carbon crucible, the synthetic silica glass is composed of the
When the OH group concentration is less than 30 ppm, the viscosity of the synthetic silica glass is high, and it is difficult to improve the adhesion with the carbon crucible in contact with the outer periphery immediately after the start of the crucible heating.
On the other hand, when the OH group concentration exceeds 300 ppm, the viscosity of the synthetic silica glass is too low, the initial deformation immediately after the start of heating of the crucible is remarkable, and the shape stability of the crucible base material itself becomes insufficient.
図2に、図1のシリカガラスルツボのコーナー部周辺の拡大断面図を示す。図2に示すように、前記第1層4の形成範囲は、ルツボの中心を通る鉛直方向断面において、コーナー部3の最も曲率が大きい箇所Pとその曲率中心Oとを結ぶ直線POに対して、前記曲率中心O周りに±5°以内の位置に、その端部があることが好ましい。
上記位置においては、合成シリカガラスからなる第1層4が外層となるように形成することにより、ルツボの加熱開始直後に、外周に接するカーボンルツボとの十分な密着性が得られるとともに、ルツボ側壁部2においては、天然シリカガラスからなる不透明層である第2層5を外層とする2層構造とすることにより、ルツボの加熱開始直後の初期変形を抑制することができる。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view around the corner portion of the silica glass crucible of FIG. As shown in FIG. 2, the formation range of the
In the above position, by forming the
前記直線POに対して、点Oを中心としたルツボ側壁部2方向への回転を正方向とした場合、第1層4の形成範囲の端部が、前記回転角が−5°未満の位置であると、ルツボの加熱開始直後に、外周に接するカーボンルツボとの十分な密着性が得られず、ルツボ内の原料シリコン融液に温度ムラが生じ、引上げるシリコン単結晶の単結晶化率の低下を招く。
一方、前記回転角が+5°を超える位置まで第1層4を形成すると、外層の粘性低下が側壁部2においても生じ、ルツボが座屈変形しやすくなる。
With respect to the straight line PO, when the rotation in the
On the other hand, when the
また、前記第1層4の厚さは、1〜5mmであることが好ましく、2〜4mmであることがより好ましい。
前記厚さが1mm未満の場合、上述したようなカーボンルツボとの十分な密着性が得られない。
一方、前記厚さが5mmを超える場合、粘性が相対的に低い合成シリカガラス層が厚すぎるため、ルツボの加熱開始直後における初期変形が著しく、ルツボ基材自体の形状安定性が不十分となる。
Moreover, it is preferable that the thickness of the said
When the thickness is less than 1 mm, sufficient adhesion with the carbon crucible as described above cannot be obtained.
On the other hand, when the thickness exceeds 5 mm, the synthetic silica glass layer having a relatively low viscosity is too thick, so that the initial deformation immediately after the start of heating of the crucible is remarkable, and the shape stability of the crucible base material itself becomes insufficient. .
なお、前記第1層4の内側に形成される第2層5及び第3層6の各層の厚さは、ルツボの大きさにより適宜規定されるが、強度、コスト等の観点から、例えば、外径800mm、高さ500mmのルツボの場合、それぞれ、第2層5は15〜28mm、内層の第3層6は2〜6mmで形成することが好ましい。
The thickness of each of the
前記第2層5は、合成シリカガラスに比べて、純度は低いものの、耐熱性に優れた天然シリカガラスにより形成され、通常、透明層よりも多数の気泡を含有しており、透明層よりも光透過率の低い不透明層とされ、主に、ルツボ全体の強度を保持する機能を有する。
また、前記第3層6は、シリコン単結晶の原料シリコン融液と接する面を構成するものであり、シリコン単結晶に求められる品質に応じて、天然シリカガラス、又は、Na、K、Alの金属不純物含有量が各々1ppm以下である高純度合成シリカガラスにより形成され、通常、気泡をほとんど含まない、内表面が平滑な透明層とされる。
The
The
図3に、本発明に係る他の態様のシリカガラスルツボのコーナー部周辺の拡大断面図を示す。
前記第1層4の厚さは、上記範囲内で、底部1中央よりもコーナー部3の方が薄いことが好ましく、特に、図3に示すように、底部1中央からコーナー部3に向かって連続的に厚さが減少するように変化させて、すなわち、底部1中央は、より厚く、コーナー部3(端部)側は、より薄く形成することが好ましい。
このような厚さで第1層を形成することにより、ルツボの加熱開始直後、より早期に、ルツボ底部1において、カーボンルツボと密着させることができ、その後、第1層の端部に向かって徐々に密着していくことにより、第1層とカーボンルツボとを均一に密着させることができる。
In FIG. 3, the expanded sectional view of the corner part periphery of the silica glass crucible of the other aspect which concerns on this invention is shown.
Within the above range, the thickness of the
By forming the first layer with such a thickness, the crucible bottom 1 can be brought into close contact with the carbon crucible immediately after the start of heating of the crucible, and then toward the end of the first layer. By gradually adhering, the first layer and the carbon crucible can be uniformly adhered.
上記のように第1層の厚さが均一でなく、傾斜している場合、ルツボ底部1中央Cにおける厚さtcと、ルツボの中心を通る鉛直方向断面において、コーナー部3の最も曲率が大きい箇所Pにおける厚さtpの比tc/tpは、1.2〜2.4であることが好ましく、1.5〜2.2であることがより好ましい。
前記比tc/tpが1.2未満では、ルツボの加熱開始後、第1層とカーボンルツボとが底部1中央から密着し始めない場合もあり、密着が不均一となることがある。
一方、前記比tc/tpが2.4を超える場合、底部1中央におけるカーボンルツボとの密着速度が大きすぎるため、底部1中央と第1層4の端部であるコーナー部付近とで、カーボンルツボと密着するまでの時間差が大きくなり、ルツボの初期変形が生じやすくなる。
As described above, when the thickness of the first layer is not uniform and inclined, the thickness t c at the center C of the crucible bottom 1 and the vertical curvature passing through the center of the crucible have the most curvature of the corner portion 3. the ratio t c / t p of the thickness t p of large portions P is preferably 1.2 to 2.4, more preferably 1.5 to 2.2.
Is less than the ratio t c / t p is 1.2, after the start of heating of the crucible, there is also a case where the first layer and the carbon crucible is not begin to close contact from the bottom 1 center, it may contact becomes nonuniform.
In contrast, if it exceeds the ratio t c / t p is 2.4, since the adhesion rate of the carbon crucible at the bottom 1 center is too large, the bottom 1 center and a near corner portions of an end portion of the
上記のような本発明に係るシリカガラスルツボは、従来の製造方法を用いて製造することができる。以下に、具体的な製造方法の一例を説明するが、本発明に係るシリカガラスルツボの製造方法は、これに限定されるものではない。
まず、ルツボの中心軸周りに回転するルツボ成形用型内に、合成シリカ原料粉を供給し、遠心力及び機械的押圧によって、前記型の内表面の底部からコーナー部の所定位置にかけて、第1層の成形体を形成する。なお、第1層の厚さ及び形状は、合成シリカ原料粉の量及び機械的押圧の程度を適宜調節することにより、制御することができる。
次いで、前記型内に、天然シリカ原料粉を供給し、遠心力及び機械的押圧によって、前記第1層の内側にルツボ全体にわたって、第2層の成形体を成形する。この第2層は、不透明層とされることが好ましい。
その後、天然シリカ原料粉、又は、Na、K、Alの金属不純物含有量が各々1ppm以下の高純度合成シリカ原料粉を全体的に供給し、遠心力及び機械的押圧によって、第2層の内表面に、第3層の成形体を形成する。この第3層は、透明層とされることが好ましい。
そして、上記のようにして得られたルツボ成形体を、アーク溶融法により全体をガラス化することにより、本発明に係るシリカガラスルツボが得られる。
The silica glass crucible according to the present invention as described above can be manufactured using a conventional manufacturing method. Although an example of a specific manufacturing method is demonstrated below, the manufacturing method of the silica glass crucible which concerns on this invention is not limited to this.
First, synthetic silica raw material powder is supplied into a crucible molding mold that rotates around the central axis of the crucible, and is applied from the bottom of the inner surface of the mold to a predetermined position of the corner portion by centrifugal force and mechanical pressing. A layered compact is formed. Note that the thickness and shape of the first layer can be controlled by appropriately adjusting the amount of the synthetic silica raw material powder and the degree of mechanical pressing.
Next, the natural silica raw material powder is supplied into the mold, and the molded product of the second layer is formed over the entire crucible inside the first layer by centrifugal force and mechanical pressing. This second layer is preferably an opaque layer.
Thereafter, natural silica raw material powder or high-purity synthetic silica raw material powder having a metal impurity content of Na, K, or Al of 1 ppm or less is supplied as a whole, and the inside of the second layer is obtained by centrifugal force and mechanical pressing. A molded body of the third layer is formed on the surface. This third layer is preferably a transparent layer.
And the silica glass crucible which concerns on this invention is obtained by vitrifying the whole crucible molded object obtained as mentioned above by an arc melting method.
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
[実施例1]
上記の実施の形態において説明した方法と同様の製造方法により、外径800mm、高さ500mmの図3に示すような構造のシリカガラスルツボを製造した。このルツボの第1層は、第1層のルツボ底部1中央Cにおける厚さtcが2.5mm、第1層の端部の位置をコーナー部の最も曲率が大きい箇所Pとし、tc/tpを2.0とし、また、OH基含有濃度85ppmの合成シリカガラスにより構成した。また、第2層は、天然シリカガラスにより構成し、側壁部における厚さを20mmとした。第3層は、天然シリカガラスにより構成し、厚さを3mmとした。
このシリカガラスルツボを、カーボンルツボに嵌め込んでセットし、ルツボ外周からヒータ加熱して、ルツボ内で約350kgの原料シリコンを溶融させ、CZ法により、直径12インチのシリコン単結晶の引上げを行った。単結晶引上げ前の昇温速度は、通常の2倍とした。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
[Example 1]
A silica glass crucible having an outer diameter of 800 mm and a height of 500 mm as shown in FIG. 3 was manufactured by the same manufacturing method as that described in the above embodiment. The first layer of the crucible has a thickness t c of 2.5 mm at the center C of the crucible bottom 1 of the first layer, the position of the end of the first layer is a point P having the largest curvature of the corner portion, and t c / the t p of 2.0, was also constructed by synthetic silica glass containing OH groups concentration 85 ppm. Moreover, the 2nd layer was comprised with the natural silica glass, and the thickness in a side wall part was 20 mm. The third layer was made of natural silica glass and had a thickness of 3 mm.
This silica glass crucible is set in a carbon crucible, heated by a heater from the outer periphery of the crucible, about 350 kg of raw silicon is melted in the crucible, and a silicon single crystal having a diameter of 12 inches is pulled by the CZ method. It was. The temperature increase rate before pulling the single crystal was set to twice the normal rate.
[実施例2〜4]
第1層の厚さ、端部位置、OH基含有濃度、tc/tpを下記表1の実施例2〜4に示すように変化させ、それ以外は実施例1と同様にして、シリカガラスルツボを製造し、これらの各ルツボを用いて、実施例1と同様にして、シリコン単結晶引上げを行った。
[Examples 2 to 4]
The thickness of the first layer, the end position, OH group content level, the t c / t p was varied as shown in Examples 2-4 of Table 1, in the same manner as in Example 1 except that silica Glass crucibles were manufactured, and using these crucibles, a silicon single crystal was pulled in the same manner as in Example 1.
[比較例1]
上記実施例1において、第1層を形成せずに、第2層及び第3層のみを備えた2層構造のシリカガラスルツボを製造し、このルツボを用いて、実施例1と同様にして、シリコン単結晶引上げを行った。
[Comparative Example 1]
In Example 1 above, a silica glass crucible having a two-layer structure having only the second layer and the third layer was produced without forming the first layer, and this crucible was used in the same manner as in Example 1. The silicon single crystal was pulled up.
[実施例5〜10、比較例2〜7]
第1層の厚さ、端部位置、OH基含有濃度、tc/tpを下記表1の実施例5〜10、比較例2〜7に示すように変化させ、また、第3層をNa、K、Alの金属不純物含有量が各々1ppm以下である合成シリカガラスにより構成し、それ以外は実施例1と同様にして、シリカガラスルツボを製造し、これらの各ルツボを用いて、実施例1と同様にして、シリコン単結晶引上げを行った。
[Examples 5 to 10, Comparative Examples 2 to 7]
The thickness of the first layer, the end position, OH group content level, examples 5-10 of Table 1 t c / t p, varied as shown in Comparative Examples 2 to 7, also, the third layer A silica glass crucible is manufactured in the same manner as in Example 1 except that the metallic impurity content of Na, K, and Al is 1 ppm or less, and the rest is carried out using each of these crucibles. In the same manner as in Example 1, the silicon single crystal was pulled.
上記実施例及び比較例において製造したシリカガラスルツボについて、シリコン単結晶引上げに使用した後のルツボの変形、引上げられるシリコン単結晶の単結晶化率の評価を行った。
これらの評価結果をまとめて表1に示す。
About the silica glass crucible manufactured in the said Example and comparative example, the deformation | transformation of the crucible after using for a silicon single crystal pulling, and the single crystallization rate of the silicon single crystal pulled up were evaluated.
These evaluation results are summarized in Table 1.
表1において、ルツボの変形の有無の判断基準は、○:目視で変形なし、△:目視で変形発生を確認、×:変形発生により引上げ中止、とした。
また、単結晶化率の判断基準は、○:>95%、△:90〜95%、×:<90%とした。
In Table 1, the judgment criteria for the presence or absence of deformation of the crucible were as follows: ◯: No visual deformation, Δ: Visually confirmed the occurrence of deformation, ×: Discontinuation of pulling due to the occurrence of deformation.
The criteria for determining the single crystallization rate were: ○:> 95%, Δ: 90-95%, x: <90%.
表1に示した評価結果から分かるように、実施例1〜10は、ルツボの変形は生じず、引上げられたシリコン単結晶の単結晶化率も95%超と良好であった。
なお、第1層の厚さの傾斜比率tc/tpが1.2未満、又は、2.4を超える場合(実施例9,10)、ルツボの大きな変形はなく、シリコン単結晶の引上げに支障はなかったものの、シリコン単結晶の単結晶化率が実施例1〜8よりもやや劣っていた。
As can be seen from the evaluation results shown in Table 1, in Examples 1 to 10, the crucible was not deformed, and the single crystallization rate of the pulled silicon single crystal was also good, exceeding 95%.
Incidentally, less inclined ratio t c / t p of the thickness of the first layer is 1.2 or, if it exceeds 2.4 (Examples 9 and 10), no significant deformation of the crucible, pulling of a silicon single crystal However, the single crystallization rate of the silicon single crystal was slightly inferior to those of Examples 1-8.
一方、従来の2層構造のルツボ(比較例1)、第1層が薄い場合(比較例2)、及び、第1層の端部がルツボ底部側に寄り過ぎて、形成範囲が狭い場合(比較例4)は、第1層の機能が十分に果たされず、カーボンルツボとの密着性が悪く、ルツボの加熱開始直後に、底部において波打ち変形が生じたため、シリコン単結晶引上げを中止した。
また、第1層が厚い場合(比較例3)、及び、第1層のOH基含有濃度が高い場合(比較例6)は、ルツボ基材自体の粘性が低下して変形を生じたため、シリコン単結晶引上げを中止した。
第1層の端部がルツボ側壁部側まで広がり過ぎて、形成範囲が広い場合(比較例5)、ルツボ側壁部で座屈変形が生じたため、シリコン単結晶引上げを中止した。
また、第1層のOH基含有濃度が低い場合(比較例7)は、ルツボ基材自体の粘性が高く、カーボンルツボとの密着性が悪く、原料シリコン融液の温度ムラが生じ、シリコン単結晶の単結晶化率が低くなった。
On the other hand, when the crucible of the conventional two-layer structure (Comparative Example 1), the first layer is thin (Comparative Example 2), and the end of the first layer is too close to the crucible bottom, the formation range is narrow ( In Comparative Example 4), the function of the first layer was not sufficiently performed, the adhesion with the carbon crucible was poor, and undulation deformation occurred at the bottom immediately after the start of heating of the crucible.
In addition, when the first layer is thick (Comparative Example 3) and when the OH group-containing concentration of the first layer is high (Comparative Example 6), the viscosity of the crucible base material itself is lowered and deformation occurs. Single crystal pulling was stopped.
When the end portion of the first layer spreads too far to the crucible sidewall portion side and the formation range is wide (Comparative Example 5), buckling deformation occurred in the crucible sidewall portion, and the silicon single crystal pulling was stopped.
Further, when the OH group-containing concentration of the first layer is low (Comparative Example 7), the viscosity of the crucible base material itself is high, the adhesion with the carbon crucible is poor, the temperature unevenness of the raw material silicon melt occurs, The single crystallization rate of the crystal was lowered.
以上から、本発明に係る第1層を形成したシリカガラスルツボによれば、ルツボの加熱開始直後に、外周に接するカーボンルツボと十分な密着性が得られ、初期変形が抑制されるため、原料シリコン溶融のための急速加熱による製造効率の向上を図ることが可能であることが認められた。
また、これにより、ルツボ内に収容された原料シリコン融液の温度ムラの発生が抑制され、高い単結晶化率でシリコン単結晶を引上げることができることが認められた。
From the above, according to the silica glass crucible formed with the first layer according to the present invention, immediately after the start of heating of the crucible, sufficient adhesion with the carbon crucible in contact with the outer periphery is obtained, and initial deformation is suppressed. It was recognized that it is possible to improve the production efficiency by rapid heating for melting silicon.
In addition, it was confirmed that the occurrence of temperature unevenness in the raw material silicon melt contained in the crucible was suppressed, and the silicon single crystal could be pulled at a high single crystallization rate.
1 底部
2 側壁部
3 コーナー部
4 第1層
5 第2層
6 第3層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記底部中央から、ルツボの中心を通る鉛直方向断面において前記コーナー部の最も曲率が大きい箇所とその曲率中心とを結ぶ直線に対して、前記曲率中心周りに±5°以内の位置にかけて形成された、OH基含有濃度が30〜300ppmである合成シリカガラスからなる厚さ1〜5mmの第1層と、
前記第1層の内面側にルツボ全体にわたって形成された、天然シリカガラスからなる不透明層である第2層と、
前記第2層の内面側にルツボ全体にわたって形成された、天然シリカガラス、又は、Na、K、Alの金属不純物含有量が各々1ppm以下である高純度合成シリカガラスからなる透明層である第3層とを備えていることを特徴とするシリコン単結晶引上げ用シリカガラスルツボ。 A silica glass crucible having a three-layer structure having a rounded corner portion between a bottom portion and a cylindrical side wall portion,
Formed from the center of the bottom to a position within ± 5 ° around the center of curvature with respect to a straight line connecting the center of curvature with a portion having the largest curvature of the corner in a vertical section passing through the center of the crucible. A first layer having a thickness of 1 to 5 mm made of synthetic silica glass having an OH group-containing concentration of 30 to 300 ppm,
A second layer, which is an opaque layer made of natural silica glass, formed over the entire crucible on the inner surface side of the first layer;
A transparent layer made of natural silica glass or high-purity synthetic silica glass having a metal impurity content of Na, K, or Al of 1 ppm or less, formed on the inner surface side of the second layer over the entire crucible. A silica glass crucible for pulling up a silicon single crystal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009221840A JP5191003B2 (en) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Silica glass crucible for silicon single crystal pulling |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009221840A JP5191003B2 (en) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Silica glass crucible for silicon single crystal pulling |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011068522A JP2011068522A (en) | 2011-04-07 |
JP5191003B2 true JP5191003B2 (en) | 2013-04-24 |
Family
ID=44014187
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009221840A Active JP5191003B2 (en) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Silica glass crucible for silicon single crystal pulling |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5191003B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7358708B2 (en) | 2022-03-10 | 2023-10-11 | 株式会社伸光製作所 | printed wiring board |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7280160B2 (en) * | 2018-12-13 | 2023-05-23 | モメンティブ・テクノロジーズ・山形株式会社 | Silica glass crucible |
JP7123827B2 (en) * | 2019-02-19 | 2022-08-23 | 東ソ-・エスジ-エム株式会社 | Multilayer structure quartz glass material and its manufacturing method |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4285788B2 (en) * | 1996-03-14 | 2009-06-24 | 信越石英株式会社 | Manufacturing method of large diameter quartz crucible for single crystal pulling |
JPH11292695A (en) * | 1998-04-14 | 1999-10-26 | Nippon Steel Corp | Quartz crucible for pulling up silicon single crystal |
JP3621282B2 (en) * | 1999-02-25 | 2005-02-16 | 東芝セラミックス株式会社 | Quartz glass crucible and method for producing the same |
JP4279015B2 (en) * | 2002-03-19 | 2009-06-17 | コバレントマテリアル株式会社 | Quartz glass crucible and method for producing quartz glass crucible |
DE10217946A1 (en) * | 2002-04-22 | 2003-11-13 | Heraeus Quarzglas | Quartz glass crucible and method of manufacturing the same |
JP4161296B2 (en) * | 2002-05-30 | 2008-10-08 | ジャパンスーパークォーツ株式会社 | Method for producing quartz glass crucible |
JP2004292214A (en) * | 2003-03-26 | 2004-10-21 | Kuramoto Seisakusho Co Ltd | Manufacturing method of quartz crucible |
JP4166241B2 (en) * | 2003-05-01 | 2008-10-15 | 信越石英株式会社 | Silica glass crucible for pulling silicon single crystal and method for producing the same |
WO2004106247A1 (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-09 | Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd. | Quartz glass crucible for pulling up silicon single crystal |
JP4678667B2 (en) * | 2004-06-07 | 2011-04-27 | 信越石英株式会社 | Silica glass crucible for pulling silicon single crystal and method for producing the same |
JP4789437B2 (en) * | 2004-07-16 | 2011-10-12 | 信越石英株式会社 | Silica glass crucible for pulling silicon single crystal and method for producing the same |
JP4931106B2 (en) * | 2005-09-29 | 2012-05-16 | コバレントマテリアル株式会社 | Silica glass crucible |
JP4717771B2 (en) * | 2006-09-28 | 2011-07-06 | コバレントマテリアル株式会社 | Silica glass crucible |
JP4716374B2 (en) * | 2006-09-28 | 2011-07-06 | コバレントマテリアル株式会社 | Silica glass crucible and method for producing silica glass crucible |
JP4814855B2 (en) * | 2007-09-28 | 2011-11-16 | コバレントマテリアル株式会社 | Silica glass crucible |
-
2009
- 2009-09-28 JP JP2009221840A patent/JP5191003B2/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7358708B2 (en) | 2022-03-10 | 2023-10-11 | 株式会社伸光製作所 | printed wiring board |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011068522A (en) | 2011-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4166241B2 (en) | Silica glass crucible for pulling silicon single crystal and method for producing the same | |
TWI410535B (en) | Vitreous silica crucible for pulling silicon single crystal | |
JP5022230B2 (en) | Quartz glass crucible and its manufacturing method and application | |
JP4799536B2 (en) | High-purity quartz glass crucible for pulling up large-diameter silicon single crystal ingots that can reduce pinhole defects in large-diameter silicon single crystal ingots | |
KR101357740B1 (en) | Silica glass crucible for pulling of silicon single crystal | |
TWI247730B (en) | Quartz glass crucible for pulling up silicon single crystal | |
EP2476786B1 (en) | Silica glass crucible for pulling silicon single crystal and method for producing same | |
US8105514B2 (en) | Mold for producing silica crucible | |
US20100126407A1 (en) | Silica glass crucible and method for pulling single-crystal silicon | |
JP2009084114A (en) | Quartz glass crucible for pulling silicon single crystal and its manufacturing method | |
US8128055B2 (en) | Mold for producing a silica crucible | |
JP5191003B2 (en) | Silica glass crucible for silicon single crystal pulling | |
JP4994568B2 (en) | Silica glass crucible | |
JP2011088755A (en) | Quartz glass crucible and method for manufacturing the same | |
JP2022093544A (en) | Silica glass crucible | |
CN105849320B (en) | Quartz glass crucibles and its manufacturing method | |
JP4851221B2 (en) | Quartz glass crucibles and applications | |
JP4548962B2 (en) | Silica glass crucible and silicon single crystal pulling method using the same | |
JP5334315B2 (en) | Silica glass crucible for silicon single crystal pulling | |
JP2015127287A (en) | Quartz glass crucible and method of manufacturing the same | |
US8100379B2 (en) | Mold for producing silica crucible | |
JP6351534B2 (en) | Silica glass crucible for pulling silicon single crystals | |
JP5543327B2 (en) | Quartz glass crucible | |
JP5334314B2 (en) | Silica glass crucible for silicon single crystal pulling | |
JP6208080B2 (en) | Quartz glass crucible |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120322 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130122 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130124 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130125 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5191003 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160208 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |