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JP2003095678A - Doped quartz glass crucible for producing silicon single crystal and method for manufacturing the same - Google Patents

Doped quartz glass crucible for producing silicon single crystal and method for manufacturing the same

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Publication number
JP2003095678A
JP2003095678A JP2002205637A JP2002205637A JP2003095678A JP 2003095678 A JP2003095678 A JP 2003095678A JP 2002205637 A JP2002205637 A JP 2002205637A JP 2002205637 A JP2002205637 A JP 2002205637A JP 2003095678 A JP2003095678 A JP 2003095678A
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JP
Japan
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crucible
quartz glass
glass crucible
layer
producing
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.)
Pending
Application number
JP2002205637A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiko Kenmochi
克彦 剣持
Robert Mosier
モーシェ ロバート
Paul Spencer
スペンサー ポール
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Shin Etsu America Inc
Original Assignee
Heraeus Shin Etsu America Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/906,879 external-priority patent/US7118789B2/en
Priority claimed from US10/021,631 external-priority patent/US6641663B2/en
Priority claimed from US10/174,875 external-priority patent/US20030012899A1/en
Application filed by Heraeus Shin Etsu America Inc filed Critical Heraeus Shin Etsu America Inc
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crucible having an inner layer and a bulk layer, the inner layer having a crystallization agent distributed therein and maintaining smoothness even when contacting with silicon melt, the crucible being excellent in dimensional stability and capable of pulling up good silicon single crystal, and to provide a method for manufacturing the same. SOLUTION: The quartz glass crucible for producing a silicon single crystal has a wall including a bottom and a side wall, an inner layer being formed in the inner portion thereof in which a crystallization agent is distributed comprising the elements selected from the group consisting of barium, aluminum, titanium, strontium and a mixture thereof. The method for manufacturing the quartz glass crucible for producing a silicon single crystal comprises introducing silica powders to the inner surface of a rotating crucible mold to form a bulk powder layer having a bottom and a side wall and defining an inner cavity, generating a high temperature atmosphere in the inner cavity, and then introducing inner portion powders and a crystallization agent into the high temperature atmosphere.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、石英ガラスルツボ及び
その製造方法の分野に関し、さらに詳しくは1層以上の
壁層が結晶化剤でドープされた多層壁を有する石英ルツ
ボ及びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of quartz glass crucibles and a method for producing the same, and more particularly to a quartz crucible having a multi-layer wall in which one or more wall layers are doped with a crystallization agent, and a method for producing the same. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】チョクラルスキー法(CZ法)は半導体
工業で使用するシリコンウェーハを製造する単結晶シリ
コンインゴットの製造技術としてよく知られている。C
Z法において、多結晶シリコンはサセプター内に収納さ
れたルツボ内に装填され、溶融され、溶融シリコンから
シリコン単結晶が引き上げられる。
2. Description of the Related Art The Czochralski method (CZ method) is well known as a manufacturing technique of a single crystal silicon ingot for manufacturing a silicon wafer used in the semiconductor industry. C
In the Z method, polycrystalline silicon is loaded into a crucible housed in a susceptor, melted, and a silicon single crystal is pulled from the molten silicon.

【0003】近年、半導体工業はより大口径のウェー
ハ、例えば直径300mmのウェーハを求める傾向にあ
る。この大口径のシリコンインゴットを成長させるに
は、CZ法の操業時間を、時には100時間以上に増加
する必要がある。その上、結晶の引上げ速度を遅くし、
CZの実行時間を延ばしシリコン結晶の構造欠陥の頻度
を少なくする必要があるがそれにはルツボの有効寿命を
改善するのがよい。
In recent years, the semiconductor industry has tended to seek larger diameter wafers, for example 300 mm diameter wafers. In order to grow this large-diameter silicon ingot, it is necessary to increase the operating time of the CZ method to sometimes 100 hours or more. Besides, slowing down the crystal pulling speed,
It is necessary to extend the execution time of CZ and reduce the frequency of structural defects in the silicon crystal, but it is better to improve the useful life of the crucible.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】シリコンインゴットの
製造の中には、CZ法中多層シリコン結晶を“引き上げ
る“方法もある。かかる使用においては、ルツボの側壁
部は融液に、また融液レベルの低下による大気への暴露
を交互に受け、さらに次のシリコン装填物の溶融による
融液に曝されることになる。こうした使用法ではルツボ
内表面は長期間強い応力を受けることから内表面の保全
性がより重要となる。
In the manufacture of silicon ingots, there is also a method of "pulling" a multi-layer silicon crystal in the CZ method. In such a use, the side wall of the crucible is alternately exposed to the melt and to the atmosphere due to the lowering of the melt level and then to the melt from the next melting of the silicon charge. In such usage, the inner surface of the crucible is strongly stressed for a long period of time, and therefore the integrity of the inner surface becomes more important.

【0005】操作温度において、従来の石英ルツボの内
部はシリコン融液と反応する。ルツボの内表面は典型的
に形態学的な変化を受け、CZ操業中に粗れが起こる。
その上、CZ法の高熱でルツボの壁が軟らかくなり、ル
ツボの構造的変形も起こる。ルツボ内表面の粗れで引き
上げられたインゴットには結晶欠陥が発生する。ルツボ
内表面の大部分が粗れると、結晶構造は結晶−融液界面
で崩壊しシリコン単結晶引上げを中止しなければならな
い。それ故、粗れはシリコンインゴットの製造において
ルツボの連続使用を不適当なものにする。
At the operating temperature, the interior of a conventional quartz crucible reacts with the silicon melt. The inner surface of the crucible typically undergoes morphological changes, causing roughening during the CZ operation.
In addition, the high heat of the CZ method softens the crucible wall and causes structural deformation of the crucible. Crystal defects occur in the ingot pulled up due to the roughness of the inner surface of the crucible. When most of the inner surface of the crucible becomes rough, the crystal structure collapses at the crystal-melt interface and the pulling of the silicon single crystal must be stopped. Roughness therefore makes continuous use of the crucible unsuitable for the production of silicon ingots.

【0006】失透、すなわち結晶化はルツボの最内部の
浅い層に起こる。通常のルツボの石英ガラスは結晶とと
もに体積が変化し、ガラス相と結晶相の界面に応力が発
生する。この応力はルツボのガラス層の小規模の変形で
開放されるが、内表面の滑らかさが悪化する。ルツボの
失透は典型的にはルツボ最内部に発達する環状パターン
(ロゼット)として起こる。ロゼットはクリストバライ
トで囲まれていることが判明した。ロゼットの中心はク
リストバライトで覆われないかまたは大変薄いクリスト
バライト層で覆われた粗い表面を有する。CZ法中、ロ
ゼットはルツボ内表面に形成され、ロゼットの中心の表
面は粗れる。ロゼットは成長し、融合し粗い領域が拡大
する。
Devitrification, or crystallization, occurs in the innermost shallow layer of the crucible. The volume of the ordinary crucible quartz glass changes with the crystal, and stress is generated at the interface between the glass phase and the crystal phase. Although this stress is released by a small deformation of the crucible glass layer, the smoothness of the inner surface is deteriorated. Devitrification of the crucible typically occurs as a ring pattern (rosette) that develops inside the crucible. The rosette was found to be surrounded by cristobalite. The center of the rosette has a rough surface that is not covered with cristobalite or covered with a very thin cristobalite layer. During the CZ method, the rosette is formed on the inner surface of the crucible, and the central surface of the rosette becomes rough. The rosette grows and coalesces to enlarge the coarse area.

【0007】上記に加えて、ルツボの内層はCZ法中に
シリコン融液に部分的に溶解する。シリコン及び酸素、
これらは石英ルツボの主成分であるが、成長するシリコ
ンインゴットにとって有害となることはない。しかしな
がら、内層の不純物がこの工程中シリコン融液に移行
し、シリコン単結晶に混入することが起こる。ルツボ内
表面の失透を制御する試みとして、例えば米国特許第
5,976,247号に結晶促進剤を含む被膜の形成が
開示されている。この例においては、失透促進溶液が市
販のルツボの表面に適用される。600℃以上に加熱す
ることで内表面はある程度結晶化すると言われている。
しかしながら、この表面被覆技術には幾つかの欠点があ
る。すなわち、石英の結晶化のみが促進される。結晶化
の防止、ルツボ内表面のガラスの保護が被覆ルツボでは
得られない。被覆技術はまたルツボの結晶化の深さ及び
速度を制御することができない。不注意な接触で結晶化
促進用被膜が内表面から除去されることがあり特別の扱
いが必要である。
In addition to the above, the inner layer of the crucible is partially dissolved in the silicon melt during the CZ process. Silicon and oxygen,
These are the main components of the quartz crucible, but they are not harmful to the growing silicon ingot. However, impurities in the inner layer may migrate to the silicon melt during this process and mix into the silicon single crystal. As an attempt to control devitrification on the inner surface of the crucible, for example, US Pat. No. 5,976,247 discloses formation of a film containing a crystal promoter. In this example, a devitrification enhancing solution is applied to the surface of a commercial crucible. It is said that the inner surface is crystallized to some extent by heating at 600 ° C. or higher.
However, this surface coating technique has several drawbacks. That is, only crystallization of quartz is promoted. The coated crucible cannot prevent crystallization and protect the glass on the inner surface of the crucible. The coating technique also fails to control the depth and rate of crucible crystallization. Careless contact may remove the crystallization promoting coating from the inner surface and requires special handling.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明のルツボは、シリ
コン単結晶の製造に使用される。該ルツボはその壁の内
部方向に形成した内層を有する。その内層にはバリウ
ム、アルミニウム、チタン及びストロンチウムからなる
群から選ばれた元素を含む結晶化剤が分布する。開示の
ルツボの内層は、加熱時に、ルツボ壁の滑らかな内表面
を維持し、かつ壁の構造的剛性を強化するが、そのため
3つの操作方法のいずれかの方法により結晶化が行われ
る。
The crucible of the present invention is used for producing a silicon single crystal. The crucible has an inner layer formed inwardly of its wall. A crystallization agent containing an element selected from the group consisting of barium, aluminum, titanium and strontium is distributed in the inner layer. The inner layer of the disclosed crucible maintains the smooth inner surface of the crucible wall upon heating and enhances the structural rigidity of the wall so that crystallization may be accomplished by any of the three operating methods.

【0009】本発明のルツボは一般的に回転するルツボ
型の内表面にバルク粉末層を形成し、内部キャビティ内
を高温雰囲気にしたのち、内部用粉末と結晶化剤を導入
し、内部用粉末を溶融しドープ内層を形成して製造され
る。
In the crucible of the present invention, a bulk powder layer is generally formed on the inner surface of a rotating crucible type, the interior cavity is made to have a high temperature atmosphere, and then the interior powder and the crystallization agent are introduced to form the interior powder. Is melted to form an inner layer of the dope.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下では本発明のルツボの構造、
製造方法及び操作方法を詳細に記載するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。
The structure of the crucible of the present invention will be described below.
Although the manufacturing method and the operating method are described in detail, the present invention is not limited thereto.

【0011】ドープ層を有するルツボの構造石英ガラス
ルツボの1態様を図1、2に示す。石英ガラスルツボ1
は内部キャビティ12を画定する壁2を有する。壁2は
側壁4と底部6とからなる。本態様の側壁部4は純粋な
石英のバルク層14と、側壁4と底部6の内部構造とし
て形成された内層16とからなる。バルク層14は実質
的に石英からなる透明なガラス層である。内層16は実
質的に溶融ドープ石英ガラス層からなり厚さ0.2mm
〜1.2mmである。内層は好ましくは気泡がないのが
よい。内層内に閉じ込められた気泡はその層が結晶化す
る時にパーティクルを発生する。このパーティクルはル
ツボが膨張するにしたがって内表面から分離又は離脱し
内表面を侵食し、シリコン融液に溶け込む。これらのパ
ーティクルはシリコンインゴットの単結晶構造の欠陥の
原因となる。結晶化剤は内層16に分布するが、該結晶
化剤はアルミニウム、バリウム、ストロンチウ、びチタ
ン及びそれらの混合物からなる群から選ばれる。結晶化
剤は、元素(たとえばAl)、または酸化物、水酸化
物、過酸化物、カーボネート、シリケート、オキサレー
ト、ホルメート、アセテート、プロピオネート、サリシ
レート、ステアレート、ターレート、弗素、塩素のよう
な有機又は無機化合物など多様な化学的形態であってよ
い。結晶化剤を内層16に分布させることで内層16の
結晶化は促進される。内層16に含有する結晶化剤は5
0〜500ppm、好ましくは80ー160ppm、さ
らに好ましくは100〜120ppmである。約50p
pm未満のドーピング水準で作成されたルツボは典型的
なCZ法の期間中、内層16に望ましい部分的なシリカ
の結晶化を起こすことがない。反対に、内層16に約5
00ppmを超えるアルミニウムがドーピングされる
と、重要でない付加的利益のみが得られる。
Structure of Crucible Having Doped Layer One embodiment of a quartz glass crucible is shown in FIGS. Quartz glass crucible 1
Has a wall 2 defining an internal cavity 12. The wall 2 comprises a side wall 4 and a bottom 6. The side wall 4 of this embodiment comprises a bulk layer 14 of pure quartz and an inner layer 16 formed as an internal structure of the side wall 4 and the bottom 6. The bulk layer 14 is a transparent glass layer substantially made of quartz. The inner layer 16 is substantially composed of a fused-doped quartz glass layer and has a thickness of 0.2 mm.
~ 1.2 mm. The inner layer is preferably bubble-free. The bubbles trapped in the inner layer generate particles when the layer is crystallized. As the crucible expands, the particles separate or separate from the inner surface, erode the inner surface, and dissolve in the silicon melt. These particles cause defects in the single crystal structure of the silicon ingot. The crystallizing agent is distributed in the inner layer 16 and is selected from the group consisting of aluminum, barium, strontium, titanium and mixtures thereof. The crystallization agent may be an element (for example, Al), or an organic compound such as an oxide, a hydroxide, a peroxide, a carbonate, a silicate, an oxalate, a formate, an acetate, a propionate, a salicylate, a stearate, a tarrate, a fluorine, or a chlorine. It may be in various chemical forms such as an inorganic compound. By distributing the crystallization agent in the inner layer 16, crystallization of the inner layer 16 is promoted. The crystallization agent contained in the inner layer 16 is 5
It is 0 to 500 ppm, preferably 80 to 160 ppm, and more preferably 100 to 120 ppm. About 50p
Crucibles made with doping levels below pm do not undergo the desired partial silica crystallization in the inner layer 16 during a typical CZ process. On the contrary, the inner layer 16 has about 5
Doping with more than 00 ppm of aluminum provides only insignificant additional benefits.

【0012】他の態様において内層16は中間層18の
上に形成される。後者は合成石英ガラス又は純粋の石英
ガラスから作られる(図3)。本態様の側壁4はバルク
層14、中間層18及び内層16からなる。図1、2の
態様に見るように、バルク層14は典型的には半透明の
石英ガラスであり、内層16はドープされた石英ガラス
層である。中間層18は天然又は合成の石英粉で作られ
たノンドープ石英ガラスがよいが、種々の材料を中間層
18に取り込んでもよく、またドープ層であってもよ
い。存在する結晶化剤は内層16で使用したものと同じ
でもまた異なってもよい。
In another aspect, the inner layer 16 is formed over the intermediate layer 18. The latter is made from synthetic quartz glass or pure quartz glass (Fig. 3). The side wall 4 of this embodiment includes a bulk layer 14, an intermediate layer 18 and an inner layer 16. As seen in the embodiments of FIGS. 1 and 2, the bulk layer 14 is typically translucent fused silica and the inner layer 16 is a doped fused silica layer. The intermediate layer 18 is preferably undoped quartz glass made of natural or synthetic quartz powder, but various materials may be incorporated into the intermediate layer 18 or may be a doped layer. The crystallizing agent present may be the same as or different from that used in the inner layer 16.

【0013】図4に示するつぼの他の態様において、外
部層19がまた側壁部4の外側の外部位に形成される。
1態様において、外部層19は厚さ約0.5〜2.5m
mで、アルミニウム、バリウム、ストロンチウム、チタ
ン又はこれらの混合物がドープできる。同じようにこれ
らの試薬の混合物も効果的に使用できる。外部層内の結
晶化剤の含有量は約50〜500ppmである。
In another embodiment of the crucible shown in FIG. 4, an outer layer 19 is also formed on the outer side of the side wall 4 at the outer position.
In one aspect, the outer layer 19 is about 0.5-2.5 m thick.
At m, it can be doped with aluminum, barium, strontium, titanium or mixtures thereof. Similarly, mixtures of these reagents can be used effectively. The content of the crystallization agent in the outer layer is about 50 to 500 ppm.

【0014】図4で表わされるルツボにおいて、側壁部
4は典型的には約10.0mmの厚さを有し、バルク層
14は6.5〜9.4mm、内層16は0.2〜1.2
mm、そして外層19は残りの0.5〜2.5mmから
なる。底部6は図2〜4の側壁部4と類似の構造に作成
されるが、好ましくは外部層19なしで形成されるのが
よい。底部6は典型的には約10.0mmの厚さを有
し、その約0.2〜1.0mmが内層16からなる。本
態様のルツボが内層16、中間層18、バルク層14、
及び外層19を有するような構成となることは明らかで
ある。
In the crucible represented in FIG. 4, the sidewall 4 typically has a thickness of about 10.0 mm, the bulk layer 14 is 6.5-9.4 mm and the inner layer 16 is 0.2-1. .2
mm, and the outer layer 19 comprises the remaining 0.5-2.5 mm. The bottom 6 is made in a structure similar to the sidewall 4 of FIGS. 2-4, but is preferably formed without the outer layer 19. The bottom 6 typically has a thickness of about 10.0 mm, about 0.2 to 1.0 mm of which is the inner layer 16. The crucible of this embodiment has an inner layer 16, an intermediate layer 18, a bulk layer 14,
It is obvious that the structure has the outer layer 19 and the outer layer 19.

【0015】ドープ層を有するルツボの製造方法 CZ工程中、失透に適したドープ内層を形成する方法を
ここに示す。図5、6に示した方法は図1、2に示した
態様のルツボを作成するものである。溶融石英ガラスル
ツボの一般的な製造方法が米国特許第5,174,80
1(松村等)に教示されている。その方法では回転する
型(図5)内に石英粉からなるルツボボディを作成し
(図5)、その内部キャビティからルツボボディを少な
くとも部分的に溶融するまで加熱し、ルツボの基体を作
る。
Manufacturing Method of Crucible Having Doped Layer A method for forming a doped inner layer suitable for devitrification during the CZ step will be described here. The method shown in FIGS. 5 and 6 produces the crucible of the embodiment shown in FIGS. A general method for manufacturing fused silica glass crucibles is described in US Pat. No. 5,174,80.
1 (Matsumura et al.). In that method, a crucible body made of quartz powder is prepared in a rotating mold (FIG. 5) (FIG. 5), and the crucible body is heated from its internal cavity until it is at least partially melted, thereby forming a crucible substrate.

【0016】ルツボ基体の内部キャビティ内に高温雰囲
気が形成され、内部用石英粉がこの高温雰囲気内に供給
される(図6)。内部用石英粉は少なくとも部分的に溶
融されルツボ基体の内壁面に堆積され、予め決めた厚さ
の透明な合成石英ガラス内層が形成される。
A high temperature atmosphere is formed in the internal cavity of the crucible base, and the internal quartz powder is supplied into this high temperature atmosphere (FIG. 6). The internal quartz powder is at least partially melted and deposited on the inner wall surface of the crucible substrate to form a transparent synthetic quartz glass inner layer having a predetermined thickness.

【0017】シリコン単結晶の形成の使用に適するルツ
ボの製造方法としては結晶化剤がドープした内層16を
有するルツボの形成がある。図1、2に示す態様のルツ
ボを作成するため、最初にバルク石英粉30をバルク石
英粉ホッパー22aから流量制御バルブ26a及び供給
管24を介して回転する型20内に導入し、バルク石英
粉末層36を形成する(図5)。バルク石英粉30は好
ましくは純粋の水晶粉がよい。バルク石英粉ホッパーの
攪拌羽根28aはホッパー22a内のバルク石英粉30
を攪拌するために使用され、その流れを良くする。ヘラ
32は型の内表面をならすように形どられ、導入された
バルク石英粉の整形に使用される。このようにしてバル
ク粉末層36は選択された厚さに形成される。本方法で
は形成したバルク粉末層36を溶融する(図6)。電源
37及び電極38a、38bを含む電極アセンブリが型
20の内部キャビティ内に部分的に配置される。電気ア
ークを例えば250〜350V、約1800Aの直流を
供給して電極38a、38b間に発生させる。高温雰囲
気42をバルク粉末層36の内側に作る。この高温雰囲
気42内で型に形成したバルク粉末層36を溶融する。
溶融は電極38a、38bに対し近い方から末端に進行
する。この技術による石英粉末層に進行する溶融機構は
当業者に知られたことであり、例えば内田等による米国
特許第4,935,046号、第4,956,208号
に開示されている。
A suitable method of making a crucible for use in forming a silicon single crystal is forming a crucible having an inner layer 16 doped with a crystallization agent. In order to produce the crucible shown in FIGS. 1 and 2, first, the bulk quartz powder 30 is introduced from the bulk quartz powder hopper 22a into the rotating mold 20 through the flow rate control valve 26a and the supply pipe 24 to obtain the bulk quartz powder. Form layer 36 (FIG. 5). The bulk quartz powder 30 is preferably pure quartz powder. The stirring blade 28a of the bulk quartz powder hopper is the bulk quartz powder 30 in the hopper 22a.
Is used to stir and improve its flow. The spatula 32 is shaped to smooth the inner surface of the mold and is used to shape the introduced bulk quartz powder. In this way, bulk powder layer 36 is formed to a selected thickness. In this method, the formed bulk powder layer 36 is melted (FIG. 6). An electrode assembly including a power supply 37 and electrodes 38a, 38b is partially disposed within the internal cavity of mold 20. An electric arc is supplied between the electrodes 38a and 38b by supplying a direct current of, for example, 250 to 350 V and about 1800 A. A high temperature atmosphere 42 is created inside the bulk powder layer 36. The bulk powder layer 36 formed in the mold is melted in the high temperature atmosphere 42.
The melting proceeds from the side closer to the electrodes 38a, 38b to the end. The melting mechanism for advancing to the quartz powder layer by this technique is known to those skilled in the art, and is disclosed, for example, in U.S. Pat. Nos. 4,935,046 and 4,956,208.

【0018】形成されたバルク粉末層36の表面の溶融
と同時に、内部用石英粉44を内部用石英粉ホッパー2
2bから供給管40を通って高温雰囲気42中に流入さ
れる。内部用粉末流量制御バルブ26bは内部用石英粉
末44の流速を制御するために使用される。ホッパー攪
拌羽根28bは上述と同様に使用される。内部用石英粉
44としては汚染物質が洗浄除去され、結晶化剤がドー
プした天然石英粉のような本質的に純粋な石英粉からな
るのがよい。また、結晶化剤をドープした合成石英粉も
使用できる。
At the same time as the surface of the formed bulk powder layer 36 is melted, the internal quartz powder 44 is fed into the internal quartz powder hopper 2.
2b through the supply pipe 40 into the high temperature atmosphere 42. The internal powder flow rate control valve 26b is used to control the flow rate of the internal quartz powder 44. The hopper stirring blade 28b is used as described above. The internal quartz powder 44 may be essentially pure quartz powder such as natural quartz powder which has been cleaned of contaminants and doped with a crystallization agent. Also, synthetic quartz powder doped with a crystallization agent can be used.

【0019】電極アークで作られた高温雰囲気42は非
常に強いプラズマ界を作り、少なくとも部分的に内部用
石英粉44を溶融する。少なくとも部分的に溶融した内
部用石英粉44は外側に押し出され、形成したバルク粉
末層36/溶融バルク層14の側壁及び底部に内層16
を形成するように融着される。
The high temperature atmosphere 42 created by the electrode arc creates a very strong plasma field that at least partially melts the internal quartz powder 44. The at least partially melted internal quartz powder 44 is extruded to the outside and the inner layer 16 is formed on the side wall and the bottom of the formed bulk powder layer 36 / molten bulk layer 14.
Are fused together to form.

【0020】図6において、バルク層は便宜のために3
6の数字で表わす。この段階では、勿論、層は未溶融の
バルク粉末層36と溶融したバルク層との組合せとなっ
ている。内部用石英粉44は高温雰囲気42に流入され
バルク層14上に溶着する間連続して内層16を形成す
る。このように形成した内層は本質的に透明で気泡がな
い。内層16の厚さは内部用石英粉の導入速度及び溶融
時の内部用粉末の流動時間によって制御される。
In FIG. 6, the bulk layer is 3 for convenience.
Represented by the number 6. At this stage, of course, the layer is a combination of unmelted bulk powder layer 36 and molten bulk layer. The internal quartz powder 44 continuously flows into the high temperature atmosphere 42 and forms the inner layer 16 while being deposited on the bulk layer 14. The inner layer thus formed is essentially transparent and free of bubbles. The thickness of the inner layer 16 is controlled by the introduction speed of the internal quartz powder and the flowing time of the internal powder during melting.

【0021】内層16と中間層18を有するルツボの製
造方法を図5及び7、8に示す。バルク粉末層36の形
成(図5)後、電極アセンブリーがルツボの内部キャビ
ティ内に配置される。中間層用石英粉48が中間層粉末
ホッパー22cから流量制御バルブ26cを通って供給
される。ホッパーの攪拌羽根28cは攪拌羽根28a、
28bと同じように使用される。中間層用石英粉48は
高温雰囲気42内で少なくとも部分的に溶融され、形成
されたバルク粉末層/溶融バルク層の上に融着して中間
層18を形成する。中間層18の厚さは中間層用石英粉
48の流量速度及び時間を規制することで制御できる。
A method of manufacturing a crucible having an inner layer 16 and an intermediate layer 18 is shown in FIGS. After formation of the bulk powder layer 36 (FIG. 5), the electrode assembly is placed within the inner cavity of the crucible. The intermediate layer quartz powder 48 is supplied from the intermediate layer powder hopper 22c through the flow rate control valve 26c. The stirring blade 28c of the hopper is the stirring blade 28a,
Used the same as 28b. The intermediate layer quartz powder 48 is at least partially melted in the high temperature atmosphere 42, and is fused on the formed bulk powder layer / molten bulk layer to form the intermediate layer 18. The thickness of the intermediate layer 18 can be controlled by regulating the flow rate and time of the intermediate layer quartz powder 48.

【0022】中間層18の形成後、内部用石英粉44が
高温雰囲気42に導入される(図8)。内部用石英粉4
4は少なくとも部分的に溶融され、中間層18上に堆積
し内層16となる。
After the intermediate layer 18 is formed, the internal quartz powder 44 is introduced into the high temperature atmosphere 42 (FIG. 8). Quartz powder for internal use 4
4 is at least partially melted and deposited on the intermediate layer 18 to form the inner layer 16.

【0023】結晶化剤ドープ内層が種々の透明中間層上
に形成される。例えば中間層18は純粋の石英層又はド
ープ層であってよい。結晶化剤ドープ内層は合成石英粉
又は純粋な石英粉(即ち純化した天然の水晶)で作られ
た透明層上に堆積して形成される。
A crystallizing agent-doped inner layer is formed on the various transparent intermediate layers. For example, the intermediate layer 18 may be a pure quartz layer or a doped layer. The crystallizing agent-doped inner layer is formed by depositing on a transparent layer made of synthetic quartz powder or pure quartz powder (ie, purified natural quartz).

【0024】同様な方法が外部層19を有するルツボの
構築にも使用される(図4)。外部粉末層49が最初回
転型内に形成される(図9)。外部粉末ホッパー22d
は供給管24を介して型20の内部に通じている。ホッ
パー22dから型の内部に送る外部石英粉46の流量を
規制のため供給管24にバルブ26dを使用する。外部
粉末層49の厚さはヘラ47を使用することでコントロ
ールできる。かくしてルツボの製造が進行する。外部層
19はまた結晶化剤がドープしてもよい。ドープ外部層
19は容易に結晶化するように構成され、シリコン融液
に影響することも、また汚染することなく高温でのルツ
ボの寸法安定性を改善する。外部層19は約100〜5
00ppm、好ましくは120ー500ppmの結晶化
剤がドープするのがよい。100ppm未満のドープで
は均一な結晶化がみられず、500ppmを超える水準
のドーピングでは本発明のルツボにさらなる利点が得ら
れない。
A similar method is used to construct a crucible having an outer layer 19 (FIG. 4). An outer powder layer 49 is first formed in the rotary mold (Fig. 9). External powder hopper 22d
Communicates with the inside of the mold 20 via a supply pipe 24. A valve 26d is used in the supply pipe 24 to regulate the flow rate of the external quartz powder 46 sent from the hopper 22d to the inside of the mold. The thickness of the outer powder layer 49 can be controlled by using a spatula 47. Thus, the production of the crucible proceeds. The outer layer 19 may also be doped with a crystallization agent. The doped outer layer 19 is configured to crystallize easily, affecting the silicon melt and improving the dimensional stability of the crucible at high temperatures without contamination. The outer layer 19 is about 100-5
It may be doped with 00 ppm, preferably 120-500 ppm of crystallization agent. Doping below 100 ppm does not show uniform crystallization, and doping levels above 500 ppm do not provide the crucible of the invention with further advantages.

【0025】アルミニウムは他の化合物よりコスト的に
安く、かつ未溶融アルミニウムドープ外部石英粉の処理
も環境的に簡便である。それ故、他のドーパント又は混
合粉より純粋な石英粉とアルミニウムドープ石英粉46
との混合物の使用が好ましい。前記アルミニウム化合物
としては、硝酸アルミニム(Al(NO33・9H
2 O)、水酸化アルミニウム(Al(OH)3、塩化アル
ミニウム(AlCl3)、炭酸水素アルミニウム(Al
(HCO23などが挙げられる。
Aluminum is more cost effective than other compounds
Cheap and unfused aluminum-doped external quartz powder treatment
Is also environmentally convenient. Therefore, other dopants or
Quartz powder and aluminum-doped quartz powder that are purer than compound powder 46
The use of a mixture with is preferred. The aluminum compound
As for aluminum nitrate (Al (NO3)3・ 9H
2 O), aluminum hydroxide (Al (OH)3, Al chloride
Minium (AlCl3), Aluminum hydrogen carbonate (Al
(HCO2)3And so on.

【0026】結晶化剤導入法 本方法の態様においては、内部用石英粉44が結晶化剤
でドープされる。前述のように、結晶化剤はアルミニウ
ム、バリウム、ストロンチウム、チタン又はそれらの混
合物を元素形態で又は化合物として含有する。化合物形
態の中で酸化物及びナイトライドの2つが好ましい。選
択された最終の剤含有量が得られる限りドープ石英粉及
び未ドープ石英粉の混合物も使用できる。合成石英粉が
混合物の未ドープ石英粉として使用される場合には、結
晶化剤の結晶化促進力が増する。合成石英で作られたガ
ラスは天然石英ガラス(すなわち、溶融水晶ガラス)よ
り軟らかい。合成石英ガラスの軟らかい基質は結晶化に
もっとも都合が良い。アモルファス石英ガラスからクリ
ストバライトのような結晶化石英ガラスに層変換すると
き体積変化が起き剛性(すなわち、減少する構造抵抗)
が増大する。その結果、合成石英粉が溶融内層16又は
外部層19に取り込まれた時、低いドーピングレベルで
も同じレベルの変形が得られる。
Crystallizing Agent Introducing Method In this embodiment of the method, the internal quartz powder 44 is doped with a crystallizing agent. As mentioned above, the crystallizing agent contains aluminum, barium, strontium, titanium or mixtures thereof in elemental form or as compounds. Of the compound forms, two are preferred, oxides and nitrides. Mixtures of doped and undoped quartz powders can also be used as long as the final agent content selected is obtained. When synthetic quartz powder is used as the undoped quartz powder of the mixture, the crystallization promoting power of the crystallization agent is increased. Glass made of synthetic quartz is softer than natural quartz glass (ie fused quartz glass). The soft substrate of synthetic quartz glass is most convenient for crystallization. Stiffness (that is, reduced structural resistance) due to volume change during layer conversion from amorphous quartz glass to crystallized quartz glass such as cristobalite
Will increase. As a result, when synthetic quartz powder is incorporated into the molten inner layer 16 or outer layer 19, the same level of deformation is obtained even at low doping levels.

【0027】結晶化剤を含む石英ゾルを用意すること
で、均一にドープしたシリカゲルが得られる。このゲル
はドープ粉末のもう1つの例でもある。ゲルは好ましく
は純粋な二酸化物に転化するためにか焼される。
By preparing a quartz sol containing a crystallization agent, uniformly doped silica gel can be obtained. This gel is also another example of dope powder. The gel is preferably calcined to convert it to pure dioxide.

【0028】さらに、石英粉のドーピングのために、結
晶化剤で石英粉を被覆する又は剤含有シリカゲルを形成
して石英粉に担持させることもできる。被覆石英粉末は
純粋の石英粉を有機材料、例えばアルコラートで被覆し
てもよい。他に選択できる導入法としては、結晶化剤を
天然又は合成石英粉などの未ドープ石英粉と混合し、同
時に導入する例もある。例えば、炭酸バリウム(BaC
3)や硝酸アルミニムはホッパー22b中で内部用石
英粉44に加えられる。混合羽根28で炭酸バリウムや
硝酸アルミニムと内部用石英粉とを均一に混合する。内
部用石英粉と炭酸バリウムや硝酸アルミニムの混合物は
次いで前述のようにして高温雰囲気42中に導入され
る。
Further, for doping the quartz powder, it is possible to coat the quartz powder with a crystallization agent or form silica gel containing the agent to support the silica powder. The coated quartz powder may be pure quartz powder coated with an organic material such as alcoholate. As another introduction method that can be selected, there is also an example in which a crystallization agent is mixed with undoped quartz powder such as natural or synthetic quartz powder and introduced at the same time. For example, barium carbonate (BaC
O 3 ) and aluminum nitrate are added to the internal quartz powder 44 in the hopper 22b. The mixing blade 28 uniformly mixes barium carbonate or aluminum nitrate with the internal quartz powder. The mixture of internal quartz powder and barium carbonate or aluminum nitrate is then introduced into the high temperature atmosphere 42 as described above.

【0029】内部用石英粉44の溶融中、結晶化剤は無
機粉末、例えば酸化物(BaO)、(Al23)、水酸
化物(Al(OH)3、炭酸水素化物(Al(HCO2
3、複合酸化物(TiBaO3)、ナイトライド(BaN
2)、塩化物(BaCl3)、(AlCl3)、あるいは
前記化合物の複数の混合物として高温雰囲気42中に供
給される。ルツボ溶融の高温において前記化合物のいず
れかに転化できる有機化合物も同様に使用できる。
During the melting of the internal quartz powder 44, the crystallization agent is an inorganic powder such as oxide (BaO), (Al 2 O 3 ), hydroxide (Al (OH) 3 and hydrogen carbonate (Al (HCO)). 2 )
3 , complex oxide (TiBaO 3 ), nitride (BaN)
2 ), chloride (BaCl 3 ), (AlCl 3 ), or a mixture of a plurality of the above compounds is supplied into the high temperature atmosphere 42. Organic compounds which can be converted to any of the above compounds at the elevated temperature of melting the crucible can likewise be used.

【0030】本方法の他の態様において、結晶化剤を所
定のホッパーから内部用石英粉44と同時に、高温雰囲
気42中に別々に導入できる。内部粉末ホッパーと剤ホ
ッパーからでる内容物の流量を制御するバルブは前述の
バルブと同様に両者が同時に流できるように開口され
る。
In another embodiment of the method, the crystallization agent can be separately introduced into the high temperature atmosphere 42 simultaneously with the internal quartz powder 44 from a predetermined hopper. The valve for controlling the flow rate of the contents discharged from the internal powder hopper and the agent hopper is opened so that both of them can flow at the same time as the above-mentioned valve.

【0031】さらに、他の例において、結晶化剤は、例
えば水酸化バリウム(Ba(OH)2)又は塩化バリウ
ム(BaCl2)などの液状物でもよい。液状溶液は高
温雰囲気24中に内部用石英粉44を導入する前又は同
時に内部用石英粉44中に導入される。
In yet another example, the crystallizing agent may be a liquid such as barium hydroxide (Ba (OH) 2 ) or barium chloride (BaCl 2 ). The liquid solution is introduced into the internal quartz powder 44 before or simultaneously with the introduction of the internal quartz powder 44 into the high temperature atmosphere 24.

【0032】液状溶液は高温雰囲気中に内部用石英粉4
4を導入すると同時に直接導入できる。例えば高温雰囲
気42に隣接する流量管40の端末近くに配置したイン
ゼェクターから導入できる。液状溶液は選択された溶媒
がインゴットの潜在的汚染源とならない限り水溶液でも
有機溶液でもよい。液状溶液中の結晶化剤はまた溶融前
に形成した粉末層に供給できる。結晶化剤の有機化合
物、有機溶液または水溶液は形成した粉末層49にスプ
レーできる。この剤の適用利点は層の特定の領域に結晶
化剤を配置できることである。例えば、結晶化剤を側壁
部4又は底部6の内側のみに、側壁4又は底部6の全内
面(側及び底)に、または予期したメルトライン以下の
側壁4の内側(メルトラインは溶融シリコンがメルトダ
ウン後ルツボ内部壁と接触するラインである)に適用で
きる。
The liquid solution is a quartz powder for internal use 4 in a high temperature atmosphere.
4 can be directly introduced at the same time. For example, it can be introduced from an injector arranged near the end of the flow pipe 40 adjacent to the high temperature atmosphere 42. The liquid solution may be an aqueous solution or an organic solution as long as the selected solvent does not represent a potential source of ingot contamination. The crystallizing agent in the liquid solution can also be fed to the powder layer formed before melting. The organic compound, organic solution or aqueous solution of the crystallization agent can be sprayed onto the powder layer 49 formed. The application advantage of this agent is that the crystallization agent can be placed in specific areas of the layer. For example, the crystallization agent may be applied only to the inside of the side wall 4 or the bottom 6, to the entire inner surface (side and bottom) of the side wall 4 or the bottom 6, or to the inside of the side wall 4 below the expected melt line (the melt line is It is a line that comes into contact with the inner wall of the crucible after meltdown).

【0033】結晶化剤は内部用石英粉と同時ではある
が、別々に導入する上記方法において、中間層用石英粉
48はまた内部用石英粉44としても使用できる。例え
ば中間層用石英粉48は前述のように中間層18を形成
するため高温雰囲気42中に導入される。中間層粉末ホ
ッパーの流れを止めて、中間層用石英粉48とバリウム
化合物やアルミニウム化合物を同時に高温雰囲気42中
に導入することで内層16が形成できる。
In the above method in which the crystallization agent is introduced simultaneously with the internal quartz powder, but separately, the intermediate layer quartz powder 48 can also be used as the internal quartz powder 44. For example, the intermediate layer quartz powder 48 is introduced into the high temperature atmosphere 42 to form the intermediate layer 18 as described above. The inner layer 16 can be formed by stopping the flow of the intermediate layer powder hopper and simultaneously introducing the intermediate layer quartz powder 48 and the barium compound or aluminum compound into the high temperature atmosphere 42.

【0034】同様な態様において、純粋な内部用石英粉
44が最初に述べたように導入され、次いで炭酸バリウ
ムや硝酸アルミニムが導入中の内部用石英粉44と同時
に流入され、炭酸バリウムや硝酸アルミニムを有する内
層16が形成される。炭酸バリウムや硝酸アルミニムの
流量速度は内表面からバルク層14まで炭酸バリウムや
硝酸アルミニムの量に勾配ができように変えることがで
きる。かかる態様のルツボはバルク層14、中間層18
及び内層16を有するルツボと同等となる。そして、内
層16はバルク層の近くでは剤の含有量が低く、ルツボ
の内部キャビティ12の近くの領域では高くなる勾配で
炭酸バリウムや硝酸アルミニムを含有できる。
In a similar manner, pure internal quartz powder 44 is introduced as first described, and then barium carbonate or aluminum nitrate is introduced at the same time as the internal quartz powder 44 being introduced, and barium carbonate or aluminum nitrate is introduced. An inner layer 16 having is formed. The flow rate of barium carbonate or aluminum nitrate can be varied so that there is a gradient in the amount of barium carbonate or aluminum nitrate from the inner surface to the bulk layer 14. The crucible of this mode includes the bulk layer 14 and the intermediate layer 18.
And a crucible having the inner layer 16. The inner layer 16 can contain barium carbonate or aluminum nitrate with a gradient such that the content of the agent is low near the bulk layer and is high near the inner cavity 12 of the crucible.

【0035】ドープ層を有するルツボの操作法 内層16で使用するドープ元素の選択は所望する操作法
により決まる。それぞれの結晶化剤は特有の結晶化促進
力を有し、剤のドープレベルに応じて、内層16中の石
英結晶化速度及び程度が制御できる。操作法についての
説明及びそのための各種剤の使用法はCZ法で使用する
ルツボの内表面にみられるロゼット現象を調査すること
から始まる。シリコンインゴットの形成にルツボを使用
する場合、融液と接触する内層の表面を第一に平滑にし
ておくことが望ましい。それ故、以下の説明において
は、ルツボの“内層”と“内表面”は本操作上、内層で
もっとも重要な部分であることに注意されるべきであ
る。
Method of Operating Crucible Having Doped Layer The choice of doping element used in the inner layer 16 depends on the desired method of operation. Each crystallization agent has a unique crystallization promoting power, and the crystallization rate and degree of quartz in the inner layer 16 can be controlled according to the doping level of the agent. The explanation of the operating method and the usage of various agents therefor begin by investigating the rosette phenomenon observed on the inner surface of the crucible used in the CZ method. When using a crucible to form a silicon ingot, it is desirable to first smooth the surface of the inner layer that comes into contact with the melt. Therefore, in the following description, it should be noted that the "inner layer" and "inner surface" of the crucible are the most important parts of the inner layer in the present operation.

【0036】もっと詳しくは、ロゼット現象は図10〜
14に示す先行技術のルツボの内表面に観察される。図
10はシリコン融液と接触し、内表面に多数のロゼット
が形成したルツボの内表面50を示す。ロゼットは一般
的にリング52を有し、リング及びリングの内の領域は
クリストバライト56である。
More specifically, the rosette phenomenon is shown in FIGS.
Observed on the inner surface of a prior art crucible shown at 14. FIG. 10 shows an inner surface 50 of the crucible which is in contact with the silicon melt and has a large number of rosettes formed on the inner surface. Rosettes generally have a ring 52, and the ring and the area within the ring are cristobalite 56.

【0037】CZ法中、ロゼットはその面積を増し、図
11に見るように内層表面50に広がりその割合を増加
する。ロゼットが増加するに従って粗い表面集合組織5
4が中央に現れる。ロゼットの境界内の粗い表面集合組
織域54がルツボの内表面に広がる。図12は従来のC
Z法による典型的なルツボの内表面を示す。ロゼットは
融合し、粗い表面集合組織域54を増大する。前述した
ように粗れた内表面は成長するシリコンインゴットの結
晶構造に強い影響を与える。
During the CZ process, the rosette increases its area and spreads over the inner surface 50 as seen in FIG. 11 increasing its proportion. Rough surface texture 5 as rosettes increase
4 appears in the center. A rough surface texture area 54 within the rosette boundaries extends to the inner surface of the crucible. FIG. 12 shows a conventional C
The inner surface of the typical crucible by Z method is shown. The rosettes fuse and increase the rough surface texture area 54. As described above, the rough inner surface has a strong influence on the crystal structure of the growing silicon ingot.

【0038】先行技術のロゼットの拡大する上面図及び
断面図を図13、14に示す。ロゼットの中心はクリス
トバライト(結晶質シリカ)56で囲まれた粗い表面集
合組織54を有し、内表面50からルツボ壁に広がって
いるように見える。クリストバライトリング52は茶色
の物質で飾られ、通常は使用ルツボの内表面の茶色リン
グとして観察される。先行技術のロゼットの中には小さ
な滑らかな表面境界55が粗い領域54とリング52の
内エッジとの間に存在するものもある。
An enlarged top and cross-sectional view of a prior art rosette is shown in FIGS. The center of the rosette has a rough surface texture 54 surrounded by cristobalite (crystalline silica) 56 and appears to extend from the inner surface 50 to the crucible wall. The cristobalite ring 52 is decorated with a brown substance and is usually observed as a brown ring on the inner surface of the crucible used. In some prior art rosettes, a small smooth surface boundary 55 exists between the rough region 54 and the inner edge of the ring 52.

【0039】ロゼットと附随して起こる表面の粗さに関
し、本発明は、以下で完全法、コロナ法及び平滑法とい
う3つの結晶化法による操作に適したルツボ内層を提供
するため、以下に述べるそれぞれの要素の組合せを採用
する。これらのいずれの方法においても、ルツボは拡張
CZ法での使用に適し、内表面は粗れもまた重大な融解
もない。
With respect to the rosettes and associated surface roughness, the present invention is described below in order to provide a crucible inner layer suitable for operation by the following three crystallization methods: complete method, corona method and smoothing method. Adopt a combination of each element. In both of these methods, the crucible is suitable for use in the extended CZ method, and the inner surface is neither rough nor significantly melted.

【0040】“完全”法:この方法ではルツボの内表面
が加熱されシリコン融液と接触する前にルツボの内表面
が結晶化する。この方法では、ロゼットの発生が押えら
れ、ロゼットがCZ工程中又は後で観察されることがな
い。それ故、完全法のルツボの内表面は加熱後シリコン
がメルトダウンする前にβ−クリストバライトで覆われ
る。その結果、ロゼットはシリコン融液と結晶化シリカ
との反応によって形成されることがない。内表面を粗く
するロゼットの形成がないためルツボ内表面は平滑のま
まである。
"Complete" method: In this method, the inner surface of the crucible is heated and crystallized before it contacts the silicon melt. In this way, rosette generation is suppressed and the rosette is not observed during or after the CZ step. Therefore, the inner surface of the full process crucible is coated with β-cristobalite after heating and before the silicon melts down. As a result, the rosette is not formed by the reaction of the silicon melt with the crystallized silica. The inner surface of the crucible remains smooth because there is no formation of rosettes that roughen the inner surface.

【0041】“コロナ”法:ルツボ内表面を平滑に保持
する第2の方法はロゼットの拡張を抑えることである
(図15、16)。ロゼットのリング52はクリストバ
ライトであり、内層16の石英ガラス中の結晶質シリカ
56を成長させる核生成サイトとして作用する。しかし
ながら、ロゼットの中心域とリング52の周りのコロナ
との間には相転移が拡大する速さに差がある。クリスト
バライトコロナ又は暈はクリストバライトリング52の
成長より早く成長し、リング52が結晶質シリカ56で
囲まれることになる。リング52が結晶質シリカ56で
拘束されることでロゼットの成長速度が少なくとも50
%減少する。この結晶化速度の不均衡さを活かして、リ
ングをコロナ状結晶層“コロナ”で囲み、リングの成長
を止める。その結果、石英ガラスからβ−クリストバラ
イトへの内層16の相転移はゆっくり進み(すなわち、
完全法のように急速な結晶化が起こらない)、最初のガ
ラスの大部分が長期間保持できる。
"Corona" method: The second method of keeping the inner surface of the crucible smooth is to suppress the expansion of the rosette (FIGS. 15 and 16). The rosette ring 52 is cristobalite and acts as a nucleation site for growing the crystalline silica 56 in the quartz glass of the inner layer 16. However, there is a difference in the rate at which the phase transition expands between the central region of the rosette and the corona around the ring 52. The cristobalite corona or halo grows faster than the cristobalite ring 52 and the ring 52 is surrounded by the crystalline silica 56. The ring 52 is constrained by the crystalline silica 56 so that the growth rate of the rosette is at least 50.
%Decrease. Taking advantage of this imbalance in crystallization rate, the ring is surrounded by a corona-shaped crystal layer “corona” to stop the growth of the ring. As a result, the phase transition of the inner layer 16 from quartz glass to β-cristobalite proceeds slowly (ie,
Most of the original glass can be retained for long periods of time, as rapid crystallization does not occur as in the full process).

【0042】“コロナ”ルツボは、大きな滑らかな表面
とゆっくり成長する滑らかなクリストバライト表面56
の結びつきで通常のルツボより長い期間に渡ってガラス
質の内層が維持でき、先行技術のように急速に劣化する
ことがない。
The "corona" crucible has a large smooth surface and a slowly growing smooth cristobalite surface 56.
Because of this, the vitreous inner layer can be maintained for a longer period than a normal crucible and does not deteriorate rapidly as in the prior art.

【0043】“平滑”法:ルツボの有用性を維持する第
3の方法は粗い表面集合組織域54の発生を防ぐことで
ある。先行技術のルツボ(図10との比較)の壁に形成
されるロゼットと同様に“平滑”法のルツボ(図17)
の内表面上にもロゼットが形成される。“平滑”法のル
ツボのロゼットは先行技術のルツボの内表面50におけ
ると同様に成長し、融合し続ける(図18、19)。そ
れにも拘わらず、内層16中の石英ガラスの結晶化は
“完全”法や“コロナ”法のルツボのいずれよりもゆっ
くりと進行する。内層16が急速な相転移をしないこと
から、ガラス質石英層は従来の好ましくない失透(すな
わち粗さと潜在的劣化)をすることがない。“平滑”法
のルツボ内表面60は平滑な表面集合組織62のままで
ある。図20、21は“平滑”法のルツボの内表面に成
長するロゼットの平面図及び拡大断面図である。ロゼッ
トはロゼットの外界面のリング52からなり、その中に
クリストバライト56がみられる。クリストバライト5
6は内層16にも伸びている。先行技術のルツボ内表面
50(図13、14)と対象に、“平滑”法のルツボは
リング52及びロゼット内も平滑な表面を保持する。
“平滑”法のルツボ表面が合体したリングに覆われても
粗さは従来のルツボと比較しても阻止できる。
"Smooth" Method: A third way of maintaining the usefulness of the crucible is to prevent the formation of rough surface texture areas 54. A "smooth" crucible (Fig. 17) similar to a rosette formed on the wall of a prior art crucible (compare Fig. 10).
Rosettes are also formed on the inner surface of the. The "smooth" crucible rosette grows and continues to coalesce as it does on the inner surface 50 of prior art crucibles (FIGS. 18, 19). Nevertheless, the crystallization of the quartz glass in the inner layer 16 proceeds more slowly than either the "perfect" or "corona" crucibles. Because the inner layer 16 does not undergo a rapid phase transition, the vitreous quartz layer does not suffer from the conventional undesired devitrification (ie roughness and potential degradation). The inner surface 60 of the “smooth” crucible remains a smooth surface texture 62. 20 and 21 are a plan view and an enlarged sectional view of a rosette that grows on the inner surface of the crucible of the "smooth" method. The rosette consists of a ring 52 at the outer interface of the rosette, in which cristobalite 56 can be seen. Cristoba light 5
6 also extends to the inner layer 16. In contrast to prior art inner crucible surface 50 (FIGS. 13 and 14), the "smooth" method crucible retains a smooth surface in the ring 52 and rosette.
Even if the crucible surface of the “smooth” method is covered with a united ring, the roughness can be prevented as compared with the conventional crucible.

【0044】操作法の選択と制御 本発明は上記3つの方法の中から所望の方法を選択す
る。ルツボは結晶化剤自体やそのレベル、剤の高温雰囲
気中への導入法、ルツボの溶融後の取扱の様子をも含め
た多数の因子に基づいて上記3つの操作法の1つで操作
され構築される。
Selection and Control of Operating Method The present invention selects a desired method from the above three methods. The crucible is constructed by operating in one of the above three operating methods based on a number of factors including the crystallizing agent itself and its level, the method of introducing the agent into a high temperature atmosphere, and the handling of the crucible after melting. To be done.

【0045】結晶化剤とクリストバライト形成の制御 クリストバライトの成長速度を最初の手段として上記方
法の選択がなされる。結晶化は“完全”で最も速く、次
いで“コロナ”法、最後が“平滑”法である。石英ガラ
スの結晶化促進の強さのおいては、周期律表の2Aのグ
ループの元素が最強で、続いて3Bのグループの元素、
A4のグループの元素である。しかしながら、同じドー
ピングレベルでの前記結晶化剤の強さは、最強がストロ
ンチウム(3Bグループ)で、次いでバリウム(2Aグ
ループ)、アルミニウム(3Bグループ)、チタン4A
グループ)となる。これら元素の2つ以上の混合物又は
多層ルツボのコンビネーションも使用される。アルカリ
元素(すなわち、Li、Na、Kなどの1Aグループ)
は使用できるが、拡散し易くドープ層内に限定されない
ので好ましくない。平滑法においては、結晶化剤はチタ
ンやアルミニウムがよい。内層に分布するチタンは50
〜130ppmの範囲、好ましくは70〜130ppm
の範囲がよい。また、アルミニウムは50〜150pp
mの範囲、好ましくは75〜150ppmの範囲がよ
い。石英の結晶化はまた結晶化剤のレベルに影響され
る。一般的に、より高いドーピングレベルではクリスト
バライトの成長速度が速くなる。例としてアルミニウム
を使用すると、クリストバライトの形成は25ppmド
ープした層より250ppmドープした層において遥か
に早く進行する。クリストバライトの成長速度はより薄
い層を用いることで増大する。0.2mmの厚さの内層
16を形成したルツボは1.2mmの厚さの層を有する
ルツボより相転移が早く行なわれる。速いクリストバラ
イトの成長は一般的に不均一ドーピングによる。特に結
晶質の石英粉(石英)よりむしろ合成石英粉(アモロフ
ァス)を含む混合物を使用する不均一ドーピングにおい
て顕著である。
Control of Crystallizing Agent and Cristobalite Formation The above method is selected with the growth rate of cristobalite as a first measure. Crystallization is "perfect" and fastest, followed by the "corona" method and finally the "smooth" method. Regarding the strength of crystallization promotion of quartz glass, the elements of the 2A group of the periodic table are the strongest, followed by the elements of the 3B group,
It is an element of the A4 group. However, regarding the strength of the crystallization agent at the same doping level, the strongest is strontium (3B group), then barium (2A group), aluminum (3B group), titanium 4A.
Group). Mixtures of two or more of these elements or combinations of multilayer crucibles are also used. Alkaline element (ie 1A group such as Li, Na, K)
Can be used, but is not preferred because it is easily diffused and is not limited to the doped layer. In the smoothing method, the crystallizing agent is preferably titanium or aluminum. The titanium distributed in the inner layer is 50
~ 130 ppm range, preferably 70-130 ppm
The range is good. Also, aluminum is 50 to 150 pp
The range of m is preferably 75 to 150 ppm. Crystallization of quartz is also affected by the level of crystallization agent. Higher doping levels generally result in faster cristobalite growth rates. Using aluminum as an example, cristobalite formation proceeds much faster in the 250 ppm doped layer than in the 25 ppm doped layer. The growth rate of cristobalite is increased by using thinner layers. The crucible having the inner layer 16 having a thickness of 0.2 mm has a faster phase transition than the crucible having a layer having a thickness of 1.2 mm. Fast cristobalite growth is generally due to non-uniform doping. It is especially noticeable in heterogeneous doping using a mixture containing synthetic quartz powder (Amorphophus) rather than crystalline quartz powder (quartz).

【0046】上述のように、上記因子は“完全”法、
“コロナ”法又は“平滑”法のいずれかの方法によるル
ツボの製造において制限される。簡単のため、次の例で
は内層16の例を示すが外部層19についても同じ原理
が応用できる。
As mentioned above, the above factors are the "perfect" method,
Limited in the production of crucibles by either the "corona" method or the "smooth" method. For simplicity, the inner layer 16 is shown in the following example, but the same principle can be applied to the outer layer 19.

【0047】[0047]

【実施例】実施例1:“完全”法のルツボ 完全”法で操作する模範的なルツボにおいて、比較的強
い結晶化剤又は比較的高いドーピングレベルを使用す
る。例えば、天然内部用石英粉44をバリウムでドープ
し、約70ppmの結晶化剤レベルの内層16を形成す
るように導入した。逆に、バリウムドープ天然内部用石
英粉と純粋の合成石英粉を混合し、約20ppmのバリ
ウムが分布する内層を形成した。“完全”法のルツボの
内層16は典型的な厚さ0.2〜1.2mmを有する。
内層16の正確な厚さは石英粉、特定の結晶化剤及びそ
の導入法との関連で決めねばならない。“完全”法のル
ツボにおいて結晶化剤をドープする代わりに被覆した内
部用石英粉44を溶融して製造することができる。被覆
内部用石英粉44を使用することで、内層16内には結
晶化剤が不均質に分布する。同じように、内部用石英粉
44と結晶化剤とを実質的に同時に流したところ、溶融
層16中には結晶化剤が不均質に分布した。
Examples Example 1: Crucible of "perfect" process In a typical crucible operating in the "complete" process, a relatively strong crystallization agent or a relatively high doping level is used, eg natural internal quartz powder 44. Was doped with barium and introduced to form an inner layer 16 with a crystallization agent level of about 70 ppm. Conversely, barium-doped natural internal quartz powder and pure synthetic quartz powder were mixed to give about 20 ppm of barium distributed. The inner layer 16 of the "perfect" method crucible has a typical thickness of 0.2-1.2 mm.
The exact thickness of the inner layer 16 must be determined in relation to the quartz powder, the particular crystallization agent and its method of introduction. Instead of doping the crystallizing agent in a "perfect" process crucible, the coated internal quartz powder 44 can be produced by melting. By using the quartz powder 44 for the inside of the coating, the crystallization agent is unevenly distributed in the inner layer 16. Similarly, when the internal quartz powder 44 and the crystallization agent were made to flow substantially simultaneously, the crystallization agent was distributed inhomogeneously in the molten layer 16.

【0048】実施例2:“コロナ”法のルツボ “コロナ”法で操作する模範的なルツボは、ドーピング
レベルを穏やかにするため低いレベルで中位の結晶化促
進力を有する結晶化剤を内層に含有させる。例えば、ア
ルミニウムがドープした天然石英粉44で内層16を形
成する。好ましい内層16内のアルミニウムの含有量は
50〜150ppmである。ドープ層の厚さは約0.2
〜1.2mmである。この方法において全内層に急速な
結晶化力を与えないようにするため、バリウムやストロ
ンチウムのような強い結晶化促進力を有する剤を使用す
るのは好ましくない。同じように、内層用石英粉44と
して天然石英粉が合成石英粉より優れて好ましい。しか
しながら、合成石英粉をドープ内層用粉44(又はドー
プ合成石英粉の使用)に加えることはより弱い結晶化剤
の使用が可能となる。
Example 2: "Corona" Crucible An exemplary crucible operating in the "Corona" method has an inner layer of crystallization agent that has a moderate level of moderate crystallization promoting power to moderate doping levels. Contained in. For example, the inner layer 16 is formed of natural quartz powder 44 doped with aluminum. The preferable aluminum content in the inner layer 16 is 50 to 150 ppm. The thickness of the doped layer is about 0.2
~ 1.2 mm. In this method, it is not preferable to use an agent having a strong crystallization promoting ability such as barium or strontium so as not to give a rapid crystallization ability to the entire inner layer. Similarly, as the inner layer quartz powder 44, natural quartz powder is preferable as compared with synthetic quartz powder. However, adding the synthetic quartz powder to the dope inner layer powder 44 (or use of the doped synthetic quartz powder) enables the use of a weaker crystallization agent.

【0049】同じように、ドープ石英粉は結晶化促進剤
が内層16の中に均一に分布するので、被覆石英粉又は
同時導入より好ましい。この利点は、前述のように内層
16に結晶化剤が勾配をもって分布する場合にもよい。
Similarly, doped quartz powder is preferred over coated quartz powder or co-introduced because the crystallization promoter is evenly distributed in the inner layer 16. This advantage is also good when the crystallization agent is distributed in the inner layer 16 with a gradient as described above.

【0050】実施例3:“平滑”法のルツボ: この方法で操作したルツボは側壁4及び底部6の内側の
石英ガラスの結晶化がゆっくり進み滑らかな表面が残
る。平滑”法のルツボの内層16は、結晶化促進力を中
庸とする弱い結晶化剤を用いるのがよい。結晶化剤とし
ては、例えばチタンは溶融天然内部用石英粉で得たドー
プ層内に100ppm分布するのがよい。選択された特
定の結晶化剤および合成内部用石英粉44の使用によ
り、有効に操作できる薄い内層が形成できる。ルツボの
設計は予定するCZ法の条件、特にプロセスの加熱計画
と合わせるべきである。
Example 3: Crucible of "smooth" method: In the crucible operated by this method, the crystallization of the quartz glass inside the side wall 4 and the bottom 6 proceeds slowly, and a smooth surface remains. The inner layer 16 of the crucible of the "smooth" method should preferably use a weak crystallization agent having a moderate crystallization accelerating power. As the crystallization agent, for example, titanium is used in the dope layer obtained by using fused natural internal quartz powder. A distribution of 100 ppm is preferable.A thin inner layer that can be effectively operated can be formed by using a specific crystallizing agent selected and synthetic internal quartz powder 44. The crucible design is based on the conditions of the intended CZ method, especially the process. It should be combined with the heating plan.

【0051】実施例4:アルミニウムドープルツボ 本発明のルツボ4つA、B、C及びDを同じ大きさに製
造した。ルツボPが先行技術により製造された。各ルツ
ボの大きさは22インチである。ルツボAの内層16が
アルミニウムをドープした内部用石英粉との混合物で作
成された。105ppmのレベルにドープした内部用石
英粉と天然のアルミニウム含量が約8ppmの純粋な内
部用石英粉を混合した。混合した内部用石英粉44は5
4:46の割合の混合であり、60ppmの平均アルミ
ニウムを含有した。
Example 4: Aluminum-doped crucible Four crucibles A, B, C and D of the present invention were manufactured to have the same size. Crucible P was manufactured by the prior art. The size of each crucible is 22 inches. The inner layer 16 of crucible A was made of a mixture with aluminum-doped internal quartz powder. An internal quartz powder doped to a level of 105 ppm and a pure internal quartz powder with a natural aluminum content of about 8 ppm were mixed. The mixed internal quartz powder 44 is 5
Mixing ratio of 4:46 and contained 60 ppm average aluminum.

【0052】ルツボBは同じようにドープした内層16
を有するように作成された。このルツボの内層16を作
成するのに使用した混合物は105ppmのアルミニウ
ムドープ内部用石英粉と純粋な合成石英粉からなり、後
者のアルミニウム含有量は0.5ppm以下である。ド
ープした及び純粋な内部用石英粉は1:2の割合で混合
された。その結果、この混合物の平均アルミニウム含有
量は35ppmとなった。
Crucible B is a similarly doped inner layer 16
Was created to have. The mixture used to make the inner layer 16 of the crucible consisted of 105 ppm aluminum-doped internal quartz powder and pure synthetic quartz powder, the latter having an aluminum content of 0.5 ppm or less. Doped and pure internal quartz powder were mixed in a ratio of 1: 2. As a result, the average aluminum content of this mixture was 35 ppm.

【0053】ルツボCのアルミニウムをドープした内層
16はアルミニウム被覆の粗い天然石英粉を用いて製造
した。この内部用粉末の平均アルミニウム含有量は85
ppmで、粉末の42%が200μmより大きいサイズ
であった。
The aluminum-doped inner layer 16 of the crucible C was produced using coarse natural quartz powder coated with aluminum. The average aluminum content of this internal powder is 85
In ppm, 42% of the powder was larger than 200 μm in size.

【0054】上記完全法、コロナ法、平滑法を採用しア
ルミニウムをドープした内層16を有するルツボA〜C
を作成した。3つのルツボを取り出し最終工程にする前
に5分間型内で冷却した。
Crucibles A to C having the inner layer 16 doped with aluminum, which adopts the above-mentioned perfect method, corona method and smoothing method.
It was created. The three crucibles were taken out and cooled in the mold for 5 minutes before the final step.

【0055】先行技術のルツボPは直径22インチであ
る。製造方法ではアルミニウムドープ内部用石英粉の代
わりに純粋な天然石英粉を使用した。この天然石英粉は
概ね8ppmのアルミニウムを含有する。
The prior art crucible P is 22 inches in diameter. In the manufacturing method, pure natural quartz powder was used instead of the aluminum-doped internal quartz powder. This natural quartz powder contains approximately 8 ppm of aluminum.

【0056】ルツボA〜Pのルツボを用いて120時間
のCZ法に使用した。すなわち、シリコン基板の溶融後
の選択した温度に120時間使用した。これらの結果を
表1に示す。
Crucibles A to P were used in the CZ method for 120 hours. That is, the silicon substrate was used at the selected temperature after melting for 120 hours. The results are shown in Table 1.

【0057】[0057]

【表1】 [Table 1]

【0058】ロゼット52がルツボAの内表面50及び
内層16にみられた。これらのロゼットはルツボAの内
表面を覆う程高い割合でなかった。それ故、この例のル
ツボではシリカ結晶の広がりを阻止することで内表面の
平滑さが保持されている。
Rosettes 52 were found on the inner surface 50 and inner layer 16 of crucible A. These rosettes were not high enough to cover the inner surface of crucible A. Therefore, in the crucible of this example, the smoothness of the inner surface is maintained by preventing the silica crystals from spreading.

【0059】ルツボA及びCの内表面50にみれるロゼ
ットはロゼットリングの側面及び中間の両方(図20、
21)がクリストバライトで囲まれていた。ロゼット内
の内表面50は平滑さが維持されていた。
The rosettes found on the inner surface 50 of the crucibles A and C are located on both sides and in the middle of the rosette ring (FIG. 20, FIG.
21) was surrounded by cristobalite. The inner surface 50 in the rosette remained smooth.

【0060】ルツボBを120時間のCZ法に同様に使
用した。ロゼットが内層16に形成され、内表面50の
大部分を覆うように広がり、融合していた。最初の表面
がほとんど残っていないにもかかわらず、ロゼット中の
内表面は平滑な面を有していた。CZ法中、引き上げら
れたシリコン結晶インゴットはこの態様の内層16中に
形成したロゼットやその広がりで害されることがなかっ
た。
Crucible B was similarly used in the 120 hour CZ process. Rosettes were formed in the inner layer 16 and spread and fused to cover most of the inner surface 50. The inner surface in the rosette had a smooth surface, although very little of the initial surface remained. During the CZ method, the pulled silicon crystal ingot was not damaged by the rosette formed in the inner layer 16 of this embodiment and its spread.

【0061】Dのルツボは本発明の完全法で作成した。
ルツボDは1400〜1600℃で1分間保持されその
後上述と同様にして冷却、すなわち約5分間の冷却がな
された以外、ルツボCと同様にして作成した。
The crucible of D was prepared by the complete method of the present invention.
Crucible D was prepared in the same manner as crucible C except that it was held at 1400 to 1600 ° C. for 1 minute and then cooled in the same manner as described above, that is, about 5 minutes.

【0062】ルツボDを120時間のCZ法に適用した
のち内層16を調べた。内表面50は結晶質シリカから
本質的になり、ロゼットパターンが明確にみられなかっ
た。
After the crucible D was applied to the CZ method for 120 hours, the inner layer 16 was examined. The inner surface 50 consisted essentially of crystalline silica and no rosette pattern was clearly visible.

【0063】先行技術のルツボPを同じく120時間の
CZ法で使用された。しかしながら、約80時間で初期
のシリコンインゴットには結晶構造を破壊する粉末境界
欠陥が起こった。この欠陥でCZ法を強制的に取り止
め、意図した用途に合するシリコン結晶ができなかっ
た。
A prior art crucible P was also used in the CZ method for 120 hours. However, at about 80 hours, powder boundary defects that destroy the crystal structure occurred in the initial silicon ingot. Due to this defect, the CZ method was forcibly stopped and a silicon crystal suitable for the intended use could not be obtained.

【0064】ルツボPの内表面を調べたところ、ほとん
ど全体がロゼットで覆われ、最初のガラス質の表面が残
っていないことがわかった。ロゼットリング中表面は粗
い集合組織でシリコン結晶干渉(interferen
ce)の原因となっていた。
When the inner surface of the crucible P was examined, it was found that almost the entire surface was covered with the rosette, and the initial vitreous surface was not left. During the rosette ring, the surface has a rough texture and silicon crystal interference (interferen).
ce).

【0065】上述の方法は、失透促進剤でルツボ内表面
を被覆するよりルツボ内層内に結晶化剤を分布するもの
で、ドーピング層は通常の被覆法に比べて幾つかの長所
を有する。
The above method distributes the crystallization agent in the inner layer of the crucible rather than coating the inner surface of the crucible with the devitrification accelerator, and the doping layer has several advantages as compared with the usual coating method.

【0066】本発明では内層16又は外部層19の結晶
化剤レベルを詳細に制御できる。前述の態様において、
内部用石英粉44はその導入、溶融前にバリウム又はア
ルミニウムでドープされる。ドープ粉末に含まれる結晶
化剤の量は前以てなされた分析で正確に決定される。内
層16内の結晶化剤の含有量は例えばドープ石英粉と純
粋の石英粉をホッパー内で混合して正確に制御する。
In the present invention, the crystallization agent level of the inner layer 16 or the outer layer 19 can be controlled in detail. In the above aspect,
The internal quartz powder 44 is doped with barium or aluminum before its introduction and melting. The amount of crystallization agent contained in the dope powder is accurately determined by the analysis done previously. The content of the crystallization agent in the inner layer 16 is accurately controlled by, for example, mixing doped quartz powder and pure quartz powder in the hopper.

【0067】内層16の厚さはまた内部石英粉の導入速
度及び時間を変えることで操作できる。製造時の結晶化
促進剤の損失、例えば昇華による損失はない。実質的に
導入された剤全てが内層16内に固定される。その上、
3次元層のドーピングでも先行技術と比較して結晶化剤
をより少なくできる。高温雰囲気やルツボの内表面域に
導入された結晶化剤の量は計算できる。本発明の方法に
より構築したルツボは先行技術の表面被覆ルツボで使用
された“失透促進剤”の約10分の1で効果的な操作が
てきることがデータ的に判明している。
The thickness of the inner layer 16 can also be manipulated by changing the introduction rate and time of the internal quartz powder. There is no loss of crystallization promoter during manufacture, eg due to sublimation. Substantially all of the introduced agent is fixed within the inner layer 16. Moreover,
The doping of the three-dimensional layer also requires less crystallization agent compared to the prior art. The amount of crystallization agent introduced into the high temperature atmosphere or the inner surface area of the crucible can be calculated. It has been shown in the data that crucibles constructed by the method of the present invention operate effectively with about one tenth of the "devitrification promoter" used in prior art surface coated crucibles.

【0068】結晶化剤が石英ガラス内に分布し溶融され
るため、ルツボはまた寸法的に安定し、クリーニングや
エッチングなど通常の純粋の石英ルツボと同様に扱うこ
とができる。追加的な製造法やルツボの特定の取扱も必
要がない。例えば、通常のルツボの外側に残る未溶融粉
末はサンドブラスト法できれいに除去でき、水で洗浄さ
れる。ルツボを特定の大きさにカットしたのち、希弗酸
でエッチング、純水で洗浄してきれいにされる。ルツボ
は次いでクリーンエア浴中で乾燥され、包装され、出荷
のために箱に入れられる。
Since the crystallizing agent is distributed and melted in the quartz glass, the crucible is also dimensionally stable and can be treated like a normal pure quartz crucible for cleaning and etching. No additional manufacturing methods or specific handling of crucibles are required. For example, unmelted powder remaining on the outside of a normal crucible can be removed cleanly by a sand blast method and washed with water. After cutting the crucible to a specific size, it is cleaned by etching with dilute hydrofluoric acid and washing with pure water. The crucible is then dried in a clean air bath, packaged and boxed for shipping.

【0069】本発明の方法で構築されたルツボは内層1
6又は外部層19から結晶化剤が移動することがなく扱
いやすい。
The crucible constructed by the method of the present invention has an inner layer 1
6 or the crystallization agent does not move from the outer layer 19 and is easy to handle.

【0070】当業者であればこの文献の記載で本発明を
実施できるでしょう。本発明を理解するために多くの説
明がなされた。他の例として、よく知られた特徴は本発
明を不必要に曖昧にしないため詳細な記述をしなかっ
た。
Those skilled in the art will be able to implement the present invention by the description of this document. Much has been given to understand the invention. As another example, well-known features have not been described in detail so as not to unnecessarily obscure the present invention.

【0071】発明が好ましい形態で開示されているとと
もに、特定の態様が開示され、説明されており、限定的
な意味に解すべきでない。本当に、発明が多くの方法で
修正できることが、現在の記述で当業者に自明であろ
う。本発明者は、発明の主題が色々の要素、特徴、機能
及び/又は性質の全ての結合及び副結合を含むものと考
える。
While the invention has been disclosed in preferred form, and particular embodiments have been disclosed and described, they should not be construed in a limiting sense. Indeed, it will be apparent to those skilled in the art from the present description that the invention can be modified in many ways. The inventor regards the subject matter of the invention to include all combinations and subcombinations of the various elements, features, functions and / or properties.

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明のルツボは、内層、バルク層を有
し、その内層に結晶化剤が分布し、結晶化し、内層がシ
リコン融液と接触してもルツボ内表面の平滑さが維持で
き、また結晶化によりルツボの寸法安定性が高くなり長
時間のシリコン単結晶の引上げができる。該ルツボは、
従来公知の製造方法を用いて結晶化剤をドープした内層
をバルク層の内表面に形成する方法ことで製造でき、工
業的価値が高いものである。
The crucible of the present invention has an inner layer and a bulk layer, and the crystallization agent is distributed and crystallized in the inner layer to maintain the smoothness of the inner surface of the crucible even when the inner layer comes into contact with the silicon melt. In addition, the crystallization can increase the dimensional stability of the crucible and can pull the silicon single crystal for a long time. The crucible is
It can be manufactured by a method of forming an inner layer doped with a crystallization agent on the inner surface of the bulk layer using a conventionally known manufacturing method, and has high industrial value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の石英ガラスルツボの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a quartz glass crucible of the present invention.

【図2】図1の石英ガラスルツボの壁部の拡大部分断面
図である。
FIG. 2 is an enlarged partial sectional view of a wall portion of the quartz glass crucible of FIG.

【図3】本発明の石英ガラスルツボの最初の態様の壁部
の拡大部分断面図である。
FIG. 3 is an enlarged partial sectional view of a wall portion of the first mode of the quartz glass crucible of the present invention.

【図4】本発明の石英ガラスルツボの第二の態様の壁部
の拡大部分断面図である。
FIG. 4 is an enlarged partial sectional view of a wall portion of a second embodiment of the quartz glass crucible of the present invention.

【図5】本発明による石英ガラスルツボの製造方法の説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory view of a method for manufacturing a quartz glass crucible according to the present invention.

【図6】本発明による石英ガラスルツボの製造方法の説
明図である。
FIG. 6 is an explanatory view of a method for manufacturing a quartz glass crucible according to the present invention.

【図7】本発明による石英ガラスルツボの製造方法の説
明図である。
FIG. 7 is an explanatory view of a method for manufacturing a silica glass crucible according to the present invention.

【図8】本発明による石英ガラスルツボの製造方法の説
明図である。
FIG. 8 is an explanatory view of a method for manufacturing a quartz glass crucible according to the present invention.

【図9】本発明による石英ガラスルツボの製造方法の説
明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a silica glass crucible according to the present invention.

【図10】CZ法中に起こるロゼットの発生を示す従来
の石英ガラスルツボの内表面の部分平面図である。
FIG. 10 is a partial plan view of the inner surface of a conventional quartz glass crucible showing the generation of rosettes during the CZ method.

【図11】CZ法中に起こるロゼットの発生を示す従来
の石英ガラスルツボの内表面の部分平面図である。
FIG. 11 is a partial plan view of the inner surface of a conventional silica glass crucible showing the generation of rosettes during the CZ method.

【図12】CZ法中に起こるロゼットの発生を示す従来
の石英ガラスルツボの内表面の部分平面図である。
FIG. 12 is a partial plan view of the inner surface of a conventional silica glass crucible showing the generation of rosettes during the CZ method.

【図13】図10で示した従来のルツボ壁の拡大部分上
面及び断面図である。
13 is an enlarged partial top view and cross-sectional view of the conventional crucible wall shown in FIG.

【図14】図10で示した従来のルツボ壁の拡大部分上
面及び断面図である。
14 is an enlarged partial top view and cross-sectional view of the conventional crucible wall shown in FIG.

【図15】本発明のコロナ法による石英ガラスルツボの
内表面の拡大部分上面及び断面図である。
FIG. 15 is an enlarged top view and a cross-sectional view of an inner surface of a quartz glass crucible according to the corona method of the present invention.

【図16】本発明のコロナ法による石英ガラスルツボの
内表面の拡大部分上面及び断面図である。
16A and 16B are an enlarged partial top view and a cross-sectional view of an inner surface of a quartz glass crucible according to the corona method of the present invention.

【図17】本発明の平滑法による石英ガラスルツボのの
内表面の拡大部分上面及び断面図である。
FIG. 17 is an enlarged top view and a cross-sectional view of an inner surface of a quartz glass crucible according to the smoothing method of the present invention.

【図18】本発明の平滑法による石英ガラスルツボのの
内表面の拡大部分上面及び断面図である。
FIG. 18 is an enlarged partial top view and a cross-sectional view of the inner surface of a quartz glass crucible according to the smoothing method of the present invention.

【図19】本発明の平滑法による石英ガラスルツボのの
内表面の拡大部分上面及び断面図である。
FIG. 19 is an enlarged top view and a cross-sectional view of an inner surface of a quartz glass crucible according to the smoothing method of the present invention.

【図20】図17に示す拡大部分上面及び断面図で、ロ
ゼットの発生を説明する図である。
FIG. 20 is an enlarged top view and a cross-sectional view of FIG. 17, illustrating the generation of rosettes.

【図21】図17に示す拡大部分上面及び断面図で、ロ
ゼットの発生を説明する図である。
FIG. 21 is an enlarged top view and a cross-sectional view of FIG. 17, illustrating the generation of rosettes.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 石英ガラスルツボ 2 ルツボ壁 4 側壁 6 底部 14 バルク層 16 内層 18 遷移層 19 外部層 20 ルツボ型 22a〜d ホッパー 26a〜d 制御バルブ 28a〜d 攪拌機 32、47 へら 37 電極アセンブリ 42 高温雰囲気 50 ルツボ内表面 52 ロゼットリング 54 表面集合組織 56 クリストバライト 62 平滑な表面集合組織 1 Quartz glass crucible 2 crucible wall 4 side walls 6 bottom 14 Bulk layer 16 inner layer 18 Transition layer 19 Outer layer 20 crucible type 22a-d hopper 26a-d control valve 28a-d stirrer 32, 47 spatula 37 electrode assembly 42 high temperature atmosphere 50 Crucible inner surface 52 Rosette Ring 54 Surface texture 56 Cristobalite 62 smooth surface texture

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート モーシェ アメリカ合衆国 ワシントン州 98684 バンクーバー ナインス サークル 15903 エヌイー (72)発明者 ポール スペンサー アメリカ合衆国 ワシントン州 98684 スチーブンソン ビスタ ドライブ 250 エヌイー Fターム(参考) 4G014 AH02 AH08 4G062 AA01 AA15 BB02 CC01 DA08 DB02 DC01 DD01 DE01 DF01 EA01 EA10 EB01 EC01 ED01 EE01 EF01 EG01 FA01 FB02 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM01 NN40 PP01 PP03 PP04 PP11 4G077 AA02 BA04 CF10 EG02 PD01 PD05    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Robert Moshe             Washington, United States 98684             Vancouver nines circle             15903 N (72) Inventor Paul Spencer             Washington, United States 98684             Stephenson Vista Drive 250               NA F-term (reference) 4G014 AH02 AH08                 4G062 AA01 AA15 BB02 CC01 DA08                       DB02 DC01 DD01 DE01 DF01                       EA01 EA10 EB01 EC01 ED01                       EE01 EF01 EG01 FA01 FB02                       FC01 FD01 FE01 FF01 FG01                       FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01                       GA10 GB01 GC01 GD01 GE01                       HH01 HH03 HH05 HH07 HH09                       HH11 HH13 HH15 HH17 HH20                       JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10                       KK01 KK03 KK05 KK07 KK10                       MM01 NN40 PP01 PP03 PP04                       PP11                 4G077 AA02 BA04 CF10 EG02 PD01                       PD05

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコン単結晶製造用石英ガラスルツボで
あって、該ルツボが底部と側壁を含む壁を有し、その内
部位にバリウム、アルミニウム、チタン、ストロンチウ
ム及びそれらの混合物からなる群から選ばれた元素を含
む結晶化剤が分布する内層が形成されていることを特徴
とする石英ガラスルツボ。
1. A quartz glass crucible for producing a silicon single crystal, wherein the crucible has a wall including a bottom portion and a side wall, and the inner portion thereof is selected from the group consisting of barium, aluminum, titanium, strontium and a mixture thereof. A quartz glass crucible having an inner layer in which a crystallization agent containing the above-mentioned element is distributed.
【請求項2】ルツボ壁がバルク層と内層との間にさらに
中間層を有することを特徴とする請求項1記載の石英ガ
ラスルツボ。
2. The quartz glass crucible according to claim 1, wherein the crucible wall further has an intermediate layer between the bulk layer and the inner layer.
【請求項3】バルク層の外部位にさらに外部層を有する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の石英ガラスルツ
ボ。
3. The quartz glass crucible according to claim 1, further comprising an outer layer on the outer side of the bulk layer.
【請求項4】内層に結晶化剤が50〜200ppmの範
囲で分布することを特徴とする請求項1ないし3のいず
れか1記載の石英ガラスルツボ。
4. The quartz glass crucible according to any one of claims 1 to 3, wherein the crystallization agent is distributed in the inner layer in the range of 50 to 200 ppm.
【請求項5】結晶化剤が80〜160ppmの範囲で分
布することを特徴とする請求項4記載の石英ガラスルツ
ボ。
5. The quartz glass crucible according to claim 4, wherein the crystallizing agent is distributed in the range of 80 to 160 ppm.
【請求項6】結晶化剤が100〜120ppmの範囲で
分布することを特徴とする請求項5記載の石英ガラスル
ツボ。
6. The quartz glass crucible according to claim 5, wherein the crystallizing agent is distributed in the range of 100 to 120 ppm.
【請求項7】外部層にバリウム、アルミニウム、チタ
ン、ストロンチウム及びそれらの混合物からなる群から
選ばれた元素を含む結晶化剤が分布することを特徴とす
る請求項3記載の石英ガラスルツボ。
7. A quartz glass crucible according to claim 3, wherein a crystallizing agent containing an element selected from the group consisting of barium, aluminum, titanium, strontium and mixtures thereof is distributed in the outer layer.
【請求項8】結晶化剤が100〜500ppmの範囲で
分布することを特徴とする請求項7記載の石英ガラスル
ツボ。
8. The quartz glass crucible according to claim 7, wherein the crystallizing agent is distributed in the range of 100 to 500 ppm.
【請求項9】結晶化剤が120〜500ppmの範囲で
分布することを特徴とする請求項8記載の石英ガラスル
ツボ。
9. The quartz glass crucible according to claim 8, wherein the crystallizing agent is distributed in the range of 120 to 500 ppm.
【請求項10】結晶化剤がアルミニウム元素を含む剤で
あることを特徴とする請求項1又は7記載の石英ガラス
ルツボ。
10. The quartz glass crucible according to claim 1, wherein the crystallizing agent is an agent containing an aluminum element.
【請求項11】内層の厚さが0.2〜1.2mmである
ことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1記載
の石英ガラスルツボ。
11. The quartz glass crucible according to claim 1, wherein the inner layer has a thickness of 0.2 to 1.2 mm.
【請求項12】内層が加熱時に結晶することを特徴とす
る請求項1記載の石英ガラスルツボ。
12. The quartz glass crucible according to claim 1, wherein the inner layer crystallizes when heated.
【請求項13】内層がシリコン装填物と接触する前の加
熱時に結晶することを特徴とする請求項12記載の石英
ガラスルツボ。
13. A quartz glass crucible according to claim 12, wherein the inner layer crystallizes upon heating before contacting with the silicon charge.
【請求項14】ルツボが底部と側壁を含む壁を有し、そ
の内部位に結晶化剤が分布するガラス質の内層が形成さ
れ、加熱時においてもガラス質が保持されα−クリスト
バライトの形成が遅れることを特徴とする石英ガラスル
ツボ。
14. A crucible has a wall including a bottom and a side wall, and a vitreous inner layer in which a crystallizing agent is distributed is formed in an inner portion of the crucible. A quartz glass crucible characterized by being delayed.
【請求項15】結晶化剤がアルミニウム又はチタンであ
ることを特徴とする請求項14記載の石英ガラスルツ
ボ。
15. The quartz glass crucible according to claim 14, wherein the crystallizing agent is aluminum or titanium.
【請求項16】内層にチタンが50〜130ppmの範
囲で分布することを特徴とする請求項15記載の石英ガ
ラスルツボ。
16. The quartz glass crucible according to claim 15, wherein titanium is distributed in the inner layer in the range of 50 to 130 ppm.
【請求項17】内層にチタンが70〜130ppmの範
囲で分布することを特徴とする請求項16記載の石英ガ
ラスルツボ。
17. The quartz glass crucible according to claim 16, wherein titanium is distributed in the inner layer in the range of 70 to 130 ppm.
【請求項18】内層にアルミニウムが50〜150pp
mの範囲で分布することを特徴とする請求項15記載の
石英ガラスルツボ。
18. Aluminum of 50 to 150 pp in the inner layer
The silica glass crucible according to claim 15, wherein the silica glass crucible is distributed in the range of m.
【請求項19】内層にアルミニウムが75〜150pp
mの範囲で分布することを特徴とする請求項18記載の
石英ガラスルツボ。
19. The inner layer contains aluminum of 75 to 150 pp.
The quartz glass crucible according to claim 18, which is distributed in the range of m.
【請求項20】回転するルツボ型の内表面に、シリカ粉
末を導入して底部、側壁を有し、かつ内部キャビティを
画定するバルク粉末層を形成し、その内部キャビティ内
に高温雰囲気を発生させ、次いで内部用粉末と結晶化剤
とを前記高温雰囲気中に導入することを特徴とするシリ
コン単結晶製造用石英ガラスルツボの製造方法。
20. A silica powder is introduced into an inner surface of a rotating crucible to form a bulk powder layer having a bottom and side walls and defining an inner cavity, and a high temperature atmosphere is generated in the inner cavity. Then, a method for producing a quartz glass crucible for producing a silicon single crystal, which comprises introducing an internal powder and a crystallization agent into the high temperature atmosphere.
【請求項21】結晶化剤がバリウム、アルミニウム、チ
タン、ストロンチウム及びそれらの混合物からなる群か
ら選ばれた元素を含むことを特徴とする請求項20記載
のシリコン単結晶製造用石英ガラスルツボの製造方法。
21. The production of a silica glass crucible for producing a silicon single crystal according to claim 20, wherein the crystallizing agent contains an element selected from the group consisting of barium, aluminum, titanium, strontium and mixtures thereof. Method.
【請求項22】結晶化剤が高温雰囲気中で酸化物、ナイ
トライド又はハロゲン化物に転化する化合物であること
を特徴とする請求項21記載のシリコン単結晶製造用石
英ガラスルツボの製造方法。
22. The method for producing a quartz glass crucible for producing a silicon single crystal according to claim 21, wherein the crystallization agent is a compound which is converted into an oxide, a nitride or a halide in a high temperature atmosphere.
【請求項23】内部用粉末が天然又は合成石英であるこ
とを特徴とする請求項20記載のシリコン単結晶製造用
石英ガラスルツボの製造方法。
23. The method for producing a quartz glass crucible for producing a silicon single crystal according to claim 20, wherein the internal powder is natural or synthetic quartz.
【請求項24】内部用粉末が結晶化剤のドープした粉末
であることを特徴とする請求20記載のシリコン単結晶
製造用石英ガラスルツボの製造方法。
24. The method for producing a silica glass crucible for producing a silicon single crystal according to claim 20, wherein the internal powder is a powder doped with a crystallization agent.
【請求項25】純粋の内部用粉末とドープ内部用粉末と
を同時に高温雰囲気中に導入することを特徴とする請求
項20記載のシリコン単結晶製造用石英ガラスルツボの
製造方法。
25. The method for producing a quartz glass crucible for producing a silicon single crystal according to claim 20, wherein the pure internal powder and the dope internal powder are simultaneously introduced into a high temperature atmosphere.
【請求項26】内部用粉末が結晶化剤で被覆した粉末で
あることを特徴とする請求項20記載のシリコン単結晶
製造用石英ガラスルツボの製造方法。
26. The method for producing a quartz glass crucible for producing a silicon single crystal according to claim 20, wherein the internal powder is a powder coated with a crystallization agent.
【請求項27】内部用粉末が純粋の内部用粉末とドープ
内部用粉末との混合物であることを特徴とする請求項2
0記載のシリコン単結晶製造用石英ガラスルツボの製造
方法。
27. The internal powder is a mixture of a pure internal powder and a dope internal powder.
0. A method for producing a quartz glass crucible for producing a silicon single crystal according to 0.
【請求項28】結晶化剤の導入が液状結晶化剤のスプレ
イであることを特徴とする請求項20記載のシリコン単
結晶製造用石英ガラスルツボの製造方法。
28. The method for producing a quartz glass crucible for producing a silicon single crystal according to claim 20, wherein the crystallizing agent is introduced by spraying a liquid crystallizing agent.
【請求項29】回転するルツボ型の内表面に、シリカ粉
末を導入し、底部、側壁を有し、かつ内部キャビティを
画定するバルク粉末層を形成し、次いで形成した内部用
粉末層に結晶化剤を適用し、前記内部ルツボキャビティ
内を高温雰囲気にし、分布する結晶化剤とともに内部用
粉末層を溶融することを特徴とするシリコン単結晶製造
用石英ガラスルツボの製造方法。
29. A silica powder is introduced into an inner surface of a rotating crucible to form a bulk powder layer having a bottom, a side wall and defining an internal cavity, and then crystallized into the formed internal powder layer. A method for producing a quartz glass crucible for producing a silicon single crystal, which comprises applying a chemical agent, making the inside of the internal crucible cavity a high temperature atmosphere, and melting the internal powder layer together with the distributed crystallizing agent.
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