氧化硅玻璃坩埚的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在坩埚的内表面具有凹凸结构的氧化硅玻璃坩埚。
【背景技术】
[0002] 在借助切克劳斯基法（CZ法）的单晶硅提拉中，通过提拉接触到硅的熔液的晶种， 就可以进行单晶的提拉。具体而言，将外侧的碳制加热器加热到约1450~1600°C的温度， 在氧化硅玻璃坩埚的内部贮留熔融多晶硅原料而得的硅熔液，使单晶硅的晶种接触熔点温 度约为1420°C的硅熔液表面，一边使之旋转一边慢慢地提拉，以单晶硅的晶种作为核使之 生长，在控制提拉速度及熔液温度的同时慢慢地制造单晶硅。为了将使硅熔液接触单晶的 硅熔液面中心部分的固液界面保存在作为硅的熔点的1420Γ附近，氧化硅玻璃坩埚的温度 达到1450~1600°C的高温。在有时花费2周以上的单晶硅提拉中，氧化硅玻璃坩埚的缘部 的沉入变形量有时能达到5cm以上。
[0003] 在单晶硅的提拉中，首先，在该晶种的中心扩大晶体（肩部形成），直至所需的直 径。然后，通过进行筒体提拉而提拉出圆筒形的锭状的单晶。最后通过缩小底部，而提拉出 单晶。利用直径610~1015mm(硅锭直径 ：200mm、300mm、450mm)的氧化硅玻璃坩埚，可以 制造出长度为2m以上那样的大型的单晶硅锭。由此种大型锭材制造的单晶硅晶片可以适 用于闪速存储器或DRAM的制造中。
[0004] 由于闪速存储器、DRAM的低价格化和高性能化急速地推进，因此为了响应该要求， 需要高品质低成本地制造大型的单晶硅锭。为此，需要高品质低成本地制造大型的坩埚。
[0005] 另外，现在，使用直径300mm的晶片的工艺过程是主流，而使用直径450mm的大口 径晶片的工艺过程正在开发中。由此，为了稳定地制造直径450mm的大口径晶片，越来越需 要高品质的大型坩埚。但是，在大型硅玻璃坩埚的制造中，存在有如下所示的问题。
[0006] 在单晶硅的提拉时，可以看到硅熔液的熔液面周期性地振动的现象。将其称作熔 液面振动。一旦发生熔液面振动，就很难将晶种接触到平坦的硅熔液表面，从而无法提拉单 晶硅。另外，一旦在提拉过程中发生熔液面振动，就会引起位错，硅发生多晶化，因而还有完 全无法作为产品使用的问题。特别是，在作为单晶硅的提拉工序的初期阶段的下种和肩部 形成的工序中，容易受到熔液面振动的影响，该影响在很大程度上左右所提拉出的单晶硅 锭的品质。
[0007] 对于熔液面振动的发生原因，可以如下所示地考虑。一般在硅熔液与石英玻璃的 界面中，会产生SiO 2 (固体）一Si (液体）+20的反应，石英玻璃发生溶解。可以认为，由于 提拉温度的升高、气氛压力的降低等，产生Si (液体）+0 - SiO (气体）的反应，因该SiO气 体从熔液内升起而使熔液表面振动。大型氧化硅玻璃坩埚从外侧的碳制加热器到硅熔液的 中心部的距离比以往更长（以往为300mm左右而目前大于500mm)，无法避免提拉时的碳制 加热器的温度升高。即，随着硅锭的大口径化，提拉时的碳制加热器温度变高，液面振动的 问题变大。由此，随着提拉时的温度升高，硅熔液的熔液面的振动变得剧烈，因而需要加以 抑制。为此，为了提高单晶硅的单晶化率，需要抑制硅的熔液中产生的熔液面振动。
[0008] 为了解决熔液面振动的问题，例如在专利文献1中，记载有如下的坩埚，即，在具 有不透明层和透明层的石英坩埚的内表面上，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内表面形成由合成 石英砂形成的玻璃。公开过将提拉开始熔液面附近的坩埚内周面层的气泡含有率调整为一 定范围的技术。该技术基于如下的发现，即，根据与沸石防止突沸相同的原理，微小凹凸部 会抑制硅熔液的熔液面振动。
[0009] 专利文献2中，为了抑制填充于氧化硅玻璃坩埚内的硅熔液的熔液面振动，公开 有在坩埚内面层设置微小凹部的技术。该技术基于如下的发现，即，根据与沸石防止突沸相 同的原理，微小凹部会抑制硅熔液的熔液面振动。 现有技术文献 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本特开2006 - 169084公报 专利文献2 :国际公开2011/074568 专利文献3 :日本特开2004 - 250304公报
【发明内容】
发明要解决的课题
[0011] 但是，在专利文献1中，因很难制造出使第二成分的石英砂均匀地散布的坩埚、利 用所制造的氧化硅玻璃坩埚无法抑制熔液面振动等，在品质方面存在有问题。此外还有制 造工序复杂且成本高的问题。而且，虽然在专利文献1中，有在24英寸坩埚时有效果的记 载，然而存在有在更大口径的单晶硅提拉中无法获得熔液面振动抑制的效果的问题。另外， 虽然可以抑制提拉开始熔液面附近的熔液面振动，然而当慢慢地提拉单晶硅时，在调整了 坩埚内周面层的气泡含有率的区域外，会存在有硅液面，无法获得熔液面振动抑制的效果， 单晶硅的材料利用率明显地降低。
[0012] 专利文献2中记载的技术中，在氧化硅玻璃坩埚的高度方向上以一定的间隔分隔 出的每个圆环状的内面部分设置至少1个微小凹部，并非可以在硅熔液与氧化硅玻璃坩埚 内面的全部接触区域发挥微小凹部的效果的技术，难以完全地抑制硅熔液的熔液面振动。
[0013] 为此，本发明人等鉴于此种事情，目的在于，提供一种氧化硅玻璃坩埚，其制造容 易，并且从作为单晶硅的提拉的初期阶段的下种起到单晶硅育成中，都可以抑制熔液面振 动。 用于解决问题的方法
[0014] 为了解决上述问题，本发明人等反复进行深入研究，详细地分析坩埚内表面的结 构与熔液面振动的关系，由此发现了可以抑制硅熔液的熔液面振动的氧化硅玻璃坩埚。本 发明人等分析了坩埚内表面的微细结构与熔液面振动的关系。发现沿从直筒部的边缘到 角部方向在内表面上形成了具有微细凹凸结构的波面的氧化硅玻璃坩埚在单晶硅的提拉 时会抑制硅熔液的熔液面振动，以此为基础完成了本发明。该氧化硅玻璃坩埚与以往技术 (例如专利文献1)之类的利用复杂且缺乏再现性的方法制造的氧化硅玻璃坩埚不同，可以 稳定地抑制熔液面振动。另外，与专利文献3中记载的氧化硅玻璃坩埚不同，将坩埚内表面 的微细凹凸结构还设置到单晶硅提拉开始时的硅液面附近以外的部分，除了当然可以稳定 地进行硅提拉开始时的晶种的触液以外，还难以产生单晶硅育成时的位错。此外，与专利文 献2中记载的氧化硅玻璃坩埚不同，通过针对直筒部分以外的SiO气体发生部位设置坩埚 内表面的微细凹凸结构，无论在氧化硅玻璃坩埚与硅熔液的接触部分的哪个部分产生SiO 气体，都可以抑制熔液面振动。即，本发明提供一种氧化硅玻璃坩埚，是具有上端开口且沿 垂直方向延伸的近似圆筒形的直筒部、弯曲了的底部、以及连结所述直筒部与所述底部并 且曲率大于所述底部的角部的坩埚，所述坩埚的内表面具有将槽状的谷夹设于脊部与脊部 之间的凹凸结构，所述脊部与脊部的平均间隔为5~100 μπι。另外，本发明还提供一种氧 化硅玻璃坩埚，是具有上端开口且沿垂直方向延伸的近似圆筒形的直筒部、弯曲了的底部、 以及连结所述直筒部与所述底部并且曲率大于所述底部的角部的坩埚，所述坩埚的内表面 具有将槽状的谷夹设于脊部与脊部之间的凹凸结构，所述凹凸结构的中心线平均粗糙度Ra 为 0· 02 ~0· 5 μπι。
【附图说明】
[0015] 图1是表示物镜10扫描石英坩埚的内表面11的样子的示意图。
[0016] 图2是石英坩埚12的剖面图，是例示出物镜的扫描方向的示意图。
[0017] 图3是没有形成凹凸结构的氧化硅玻璃坩埚的内表面的利用共焦点激光显微镜 得到的表面照片。
[0018] 图4是形成有槽状凹凸结构的氧化硅玻璃坩埚的内表面的利用共焦点激光显微 镜得到的表面照片。
[0019] 图5是对形成有槽状凹凸结构的氧化硅玻璃坩埚的内表面使用共焦点激光显微 镜测量并处理的三维图像。
[0020] 图6是表示测量图5的从地点A到B的氧化硅玻璃坩埚的内表面的高度的结果的 曲线图。基准点（Z = O)设定为使内表面的高度集中在Z = O到2μπι以内。