CN106029958A

CN106029958A - 单晶硅制造装置

Info

Publication number: CN106029958A
Application number: CN201580008300.7A
Authority: CN
Inventors: 柳町隆弘; 秋叶雅弘; 德江润也; 园川将
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2035-02-03
Also published as: DE112015000435T5; US20160333496A1; JP2015151283A; KR102241284B1; WO2015122145A1; CN106029958B; US10036100B2; JP6197680B2; KR20160120725A; DE112015000435B4

Abstract

本发明是一种单晶硅制造装置，其是基于CZ法的单晶硅制造装置，具备在内部具有加热原料的加热器的腔室以及通过冷却介质来冷却腔室的装置，所述单晶硅制造装置具备：供冷却所述腔室的冷却介质在腔室内流通的流路上的入口温度、出口温度及流量的测定装置；基于入口温度、出口温度及流量的测定值来计算从腔室去除的去除热量的运算装置；以及基于计算出的去除热量来控制加热器功率的加热器功率控制装置。由此，提供一种单晶硅制造装置，其基于由冷却介质的温度及流量的测定值计算出的从腔室去除的去除热量来控制加热器功率，由此能够以更接近目标值的结晶直径及结晶提拉速度来进行单晶的提拉。

Description

单晶硅制造装置

技术领域

本发明涉及一种基于切克劳斯基法(以下称为CZ法)的单晶硅的制造装置，尤其涉及一种准确设定结晶提拉中的加热器功率值的技术。

背景技术

近年来，在单晶硅的无缺陷结晶的制造中，必须使结晶直径及结晶提拉速度按目标来进行提拉。在现有的单晶硅的直径控制中，基于过去结晶提拉时的加热器功率值的实绩数据，来设定基础的加热器功率值来进行结晶提拉，若结晶提拉中的结晶直径比目标粗或者结晶提拉速度比目标快，则相对于设定好的加热器功率值，提高加热器功率值，或者在相反的情况下降低加热器功率值，以此方式来控制加热器功率值。

然而，在这种现有的直径控制中，由于在结晶直径从目标值变动后或者结晶提拉速度从目标值变动变动后，将使加热器功率有所变化，因此直至结晶成长界面的温度变化为止将浪费较长时间，尤其是在大口径结晶中该时间将在30分以上，因此存在从结晶直径或结晶提拉速度向加热器功率的反馈过慢的问题。

另外，根据石英坩埚中的原料熔液的深度、培养中的结晶的长度、腔室内的石墨材料的位置关系、以及氧化物对单晶制造装置的腔室表面的附着程度，从腔室去除的去除热量会有所变动，由此最佳的加热器功率值也有所偏差，因此仅通过过去的结晶提拉实绩数据难以设定最佳的加热器功率值。

另外，作为基于除结晶直径、结晶提拉速度以外的数据来进行直径控制的技术，在专利文献1及专利文献2中公开了一种将通过冷却水从腔室去除的去除热量反馈给结晶提拉速度的技术，但是这些技术在加热器功率值偏离最佳值的情况下，存在难以以目标的提拉速度或目标的结晶直径来进行单晶提拉的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2008-127216号公报

专利文献2：日本专利公开2008-105873号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种单晶硅制造装置，其基于由冷却介质的温度及流量的测定值计算出的从腔室中去除的去除热量来控制加热器功率，从而能够以更接近目标值的结晶直径以及结晶提拉速度来进行单晶提拉。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种单晶硅制造装置，其是基于CZ法的单晶硅制造装置，具备在内部具有加热原料的加热器的腔室以及通过冷却介质来冷却所述腔室的装置，所述单晶硅制造装置具备：

供冷却所述腔室的冷却介质在腔室内流通的流路上的入口温度、出口温度及流量的测定装置；

基于所述入口温度、所述出口温度及所述流量的测定值来计算从所述腔室去除的去除热量的运算装置；以及，

基于所述计算出的去除热量来控制加热器功率的加热器功率控制装置。

若是这样的单晶硅制造装置，则通过基于由冷却介质的温度及流量的测定值计算出的从腔室去除的去除热量来控制加热器功率，从而能够以更接近目标值的结晶直径及结晶提拉速度来进行单晶提拉。

另外，此时，所述单晶硅制造装置优选具备测定直体工序(直胴工程)中的结晶直径的装置、以及基于所述结晶直径的测定值来计算所述加热器功率的校正值的装置。

若具备这样的装置，则不只是基于去除热量，还将基于结晶直径的测定值来进行加热器功率的控制。

另外，此时，所述加热器功率控制装置优选具备如下功能：基于在单晶硅提拉后得到的从所述腔室去除的去除热量的操作实绩数据，来计算下次提拉时的直体工序中的加热器功率的设定值曲线。

若具备这样的功能，则能够基于单晶提拉后得到的数据来设定下次提拉时的加热器功率曲线。

另外，此时，所述下次提拉时的直体工序中的加热器功率的设定值曲线也可以是将与所述计算出的去除热量同等的功率值作为加热器功率的设定值而得到的。

另外，此时，所述下次提拉时的直体工序中的加热器功率的设定值曲线也可以是使通过下式求出的加热器功率曲线校正值W反馈给加热器功率的设定值而得到的。

W＝W^s-(H^a-H^b)

(式中，W表示加热器功率的曲线校正值，W^s表示直体工序开始时的加热器功率值，H^a表示直体工序开始时的去除热量，H^b表示计算出的直体工序中的去除热量。)

若是这样，则能够根据计算出的去除热量，计算下次提拉时的直体工序中的加热器功率的设定值曲线。

(三)有益效果

如上所述，如果为本发明的单晶硅制造装置，不但基于结晶直径的测定值，还基于由冷却介质的温度及流量的测定值计算出的从腔室去除的去除热量来控制加热器功率，由此能够以更接近目标值的结晶直径及结晶提拉速度来进行单晶提拉。进而，根据基于单晶提拉后得到的数据计算出的去除热量，能够设定下次提拉时的加热器功率。因此，能够使得到的单晶达到所期望的品质，能够提高单晶的制造良率、生产性。

附图说明

图1是表示本发明的单晶硅制造装置一例的示意图。

图2是表示从入口温度、出口温度及流量的测定装置到加热器功率控制装置的流程的流程图。

图3是表示具备计算设定功率曲线的功能的本发明的单晶硅制造装置一例的示意图。

图4是表示加热器功率运算流程一例的流程图。

图5是表示实施例的顺序的流程图。

图6是表示实施例的实际加热器功率值和实际去除热量的图表。

图7是表示实施例中的实际去除热量和根据去除热量进行校正而得到的设定功率曲线的图表。

图8是对实施例中的基础的设定功率曲线和根据去除热量进行校正而得到的设定功率曲线进行比较的图表。

图9是表示实施例的结晶直径变动的图表。

图10是表示比较例中使用的现有的单晶硅制造装置的示意图。

图11是表示比较例的顺序的流程图。

图12是表示比较例的实际加热器功率值的图表。

图13是表示比较例的结晶直径变动的图表。

具体实施方式

如上所述，一直以来寻求开发一种即使在加热器功率值偏离最佳值的情况下，也能够以更接近目标值的结晶直径及结晶提拉速度来进行单晶提拉的单晶硅制造装置。

本发明人对上述技术问题反复深入研究，结果发现：为了在直体工序中按照目标直径及目标提拉速度对结晶进行提拉所需要的加热器功率值，最后与各直体位置处的从单晶硅制造装置的腔室去除的去除热量平衡。进而，由此发现，通过计算直体工序提拉中的从单晶硅制造装置的腔室去除的去除热量，将计算出的去除热量与加热器功率值进行比较，从而能够准确掌握正在加热的加热器功率值是否为适当的值，在去除热量与加热器功率值不平衡的情况下，通过校正加热器功率值使得加热器功率值与去除热量相同，从而能够按照目标直径及目标结晶提拉速度进行结晶制造，从而完成了本发明。

即，本发明是一种单晶硅制造装置，其是基于CZ法的单晶硅制造装置，具备在内部具有加热原料的加热器的腔室以及通过冷却介质来冷却所述腔室的装置，所述单晶硅制造装置具备：

供冷却所述腔室的冷却介质在腔室内流通的流路上的入口温度、出口温度、以及流量的测定装置；

下面，参照附图对本发明进行详细说明，但是本发明并不限定于此。

图1是表示本发明的单晶硅制造装置一例的示意图。

在本发明的单晶硅制造装置1中，从通过腔室2内部的加热器3加热的原料熔液4提拉单晶硅5。腔室2通过冷却装置6来冷却，供用于冷却的冷却介质流通的流路上的入口温度、出口温度、流量分别通过入口温度测定装置7、出口温度测定装置8、流量测定装置9来测定。在去除热量运算装置10中，基于入口温度、出口温度、流量的测定值来计算去除热量，进而通过基于去除热量的加热器功率运算部11计算加热器功率的校正值。另外，通过结晶直径测定装置12来测定提拉中的单晶硅5的结晶直径，通过基于结晶直径的加热器功率运算部13由测定值来计算加热器功率的校正值。加热器功率输出部15基于这些校正值来控制直流电源14的功率值，由此控制加热器3的输出。

图2是表示从入口温度、出口温度及流量的测定装置到加热器功率控制装置的流程的流程图。如图2所示，在本发明的单晶硅制造装置中，通过入口温度、出口温度及流量的测定装置来测定入口温度、出口温度及流量，基于测定值通过去除热量运算装置来计算从腔室去除的去除热量，基于通过加热器功率运算部计算出的去除热量来计算加热器功率的校正值，通过加热器功率输出部来控制加热器功率。此外，在本发明中，将加热器功率运算部和加热器功率输出部集合在一起，称为加热器功率控制装置。

(入口温度、出口温度及流量的测定装置)

为了使腔室2开闭而将其分隔，冷却装置6设置在每个被分隔的腔室中。因此，对每个被分隔的腔室的流路测定冷却介质的流路的入口温度、出口温度及流量。

作为冷却介质的流路的入口温度及出口温度的测定装置，并无特别限定，可列举有例如热电偶及测温电阻体等。

另外，作为流量的测定装置，并无特别限定，可列举有例如电磁流量计、涡流流量计、科氏质量流量计、超声波流量计等。

(去除热量运算装置)

接着，基于入口温度、出口温度及流量的测定值来计算从腔室去除的去除热量。在本发明中，通过下式来表示从腔室去除的去除热量H。

H＝ΔT×L×C×ρ，

ΔT＝T_out-T_in

(式中，H为去除热量(kW)，T_out为冷却介质的出口温度(K)，T_in为冷却介质的入口温度(K)，L为冷却介质的流量(l/sec)，C为冷却介质的比热(kJ/kg·K)，在为水的情况下，C＝4.1868，ρ为冷却介质的密度(kg/l)，在为25℃/大气压下的水的情况下，ρ＝0.9970。)

(加热器功率控制装置)

接着，通过基于去除热量的加热器功率运算部，根据如上所述般计算出的去除热量来计算加热器功率的校正值。通过下式求取校正值。

加热器功率的校正值＝加热器功率值-去除热量(H)。

另外，作为本发明的单晶硅制造装置，优选具备测定直体工序中的结晶直径的装置、以及基于结晶直径的测定值来计算加热器功率的校正值的装置。

若具备这样的装置，则不仅有上述的基于去除热量的加热器功率的校正值，还能够通过基于结晶直径的加热器功率运算部根据结晶提拉中的结晶直径的测定值来计算加热器功率的校正值。通过并用这些校正值来进行加热器功率的控制，由此能够以更接近目标值的结晶直径及结晶提拉速度来进行单晶的提拉。

接着，基于如上所述般计算出的校正值，通过加热器功率输出部来实际进行加热器功率的控制。

这样，若为本发明的单晶硅制造装置，则不但基于结晶直径的测定值，还基于由冷却介质的温度及流量的测定值计算出的从腔室去除的去除热量来控制加热器功率，由此能够以更接近目标值的结晶直径及结晶提拉速度来进行单晶提拉。

更优选地，作为本发明的单晶硅制造装置，上述的加热器功率控制装置具备如下功能：基于单晶硅提拉后得到的从腔室去除的去除热量的操作实绩数据，来计算下次提拉时的直体工序中的加热器功率的设定值曲线。

将具备这样的功能的单晶硅制造装置的例子示于图3。

在本发明的单晶硅制造装置1’中，与上述的图1所示的单晶硅制造装置相同地进行单晶硅5的提拉。单晶提拉后得到的去除热量数据被存储于操作实绩数据库21中，通过基于去除热量的曲线计算部22基于该数据来计算下次提拉时的直体工序中的加热器功率的设定值的曲线(下面称为设定功率曲线)。

此时，设定功率曲线也可以是将与计算出的去除热量同等的功率值作为加热器功率的设定值来计算出的，或者使通过下式求出的加热器功率的曲线校正值W反馈给加热器功率的设定值来计算出的。

W＝W^s-(H^a-H^b)

将计算设定功率曲线时的加热器功率运算流程的一例示于图4。

在计算出曲线校正值W并使其反馈的情况下，可以按照图4所示的流程求出各直体位置的曲线校正值W，并基于此值计算设定功率曲线。

这样，若具备计算设定功率曲线的功能，则能够基于单晶提拉后得到的数据设定下次提拉时的加热器功率。

如上所述，如果为本发明的单晶硅制造装置，则不但基于结晶直径的测定值，还基于由冷却介质的温度及流量的测定值计算出的从腔室去除的去除热量来控制加热器功率，由此能够以更接近目标值的结晶直径及结晶提拉速度来进行单晶提拉。进而，也能够根据基于单晶提拉后得到的数据而计算出的去除热量来设定下次提拉时的加热器功率。因此，所得到的单晶的品质也能够达到所期望的品质，能够提高单晶的制造良率、生产性。

实施例

下面，利用实施例及比较例来对本发明进行具体说明，但是本发明并不限定于此。

(实施例)

使用图3所示的本发明的单晶硅制造装置，按照图5所示的流程，进行了直径为300mm、直体部长度为1800mm的单晶硅的提拉。

首先，以基于过去结晶提拉时的加热器功率值的实绩数据计算出的基础的设定功率曲线来进行第一次单晶提拉，并将去除热量数据存储于操作实绩数据库中。将第一次提拉时的实际加热器功率值和实际去除热量数据示于图6。如图6所示，可得到实际加热器功率值与实际去除热量的数值几乎一致的结果。

接着，基于所存储的去除热量数据，计算出图7的设定功率曲线。此外，设定功率曲线是将与计算出的去除热量同等的功率值作为加热器功率的设定值来计算出的。另外，此处，将基础的设定功率曲线与计算出的设定功率曲线(图7)进行比较并示于图8。

然后，按照图7的曲线来设定加热器的功率值，再次进行直径为300mm、直体部长度为1800mm的单晶硅的提拉。此外，结晶提拉中的加热器功率的控制，除了现有控制，即基于提拉中的结晶直径的测定值来计算加热器功率的校正值，还将基于由冷却介质的温度及流量而计算出的去除热量来求取加热器功率的校正值，并基于此加热器功率的校正值来进行加热器功率的控制。

对所得到的单晶的各直体位置处的直径进行测定并表示为直径变化量的图表，示于图9。

(比较例)

使用图10所示的现有的单晶硅制造装置100，按照图11所示的流程，进行直径为300mm、直体部长度为1800mm的单晶硅的提拉。

首先，与实施例同样地，通过基础的设定功率曲线进行第一次单晶的提拉，将实际加热器功率值存储于操作实绩数据库21中。将第一次提拉时的实际加热器功率值示于图12。接着，通过基于加热器功率的曲线计算部101基于图12所示的实际加热器功率值来计算出设定功率曲线。

然后，按照计算出的曲线来设定加热器的功率值，再次进行直径为300mm、直体部长度为1800mm的单晶硅的提拉。此外，结晶提拉中的加热器功率的控制是进行的现有的控制，即通过基于结晶直径的加热器功率运算部13基于通过结晶直径测定装置12测定出的提拉中的结晶直径，来计算加热器功率的校正值。

对所得到的单晶的各直体位置处的直径进行测定并表示为直径变化量的图表，示于图13。

如图9及图13所示，在使用本发明的单晶硅制造装置，基于根据去除热量计算出的设定功率曲线来进行单晶的提拉，并进行基于去除热量的提拉中的加热器功率值的校正的实施例(图9)中，与使用现有的单晶硅制造装置来进行单晶提拉，且不进行基于去除热量的设定功率曲线的计算、提拉中的功率值的校正的比较例(图13)相比，抑制了直径从目标直径的发生变动。

综上，可知若为本发明的单晶硅制造装置，则基于由冷却介质的温度及流量的测定值计算出的从腔室去除的去除热量，来控制加热器功率，由此能够以更接近目标值的结晶直径及结晶提拉速度来进行单晶的提拉，另外还能够根据基于单晶提拉后得到的数据计算出的去除热量，设定下次提拉时的加热器功率。因此，能够以高良率、高生产性得到具有所期望品质的单晶。

此外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为例示，具有与本发明的权利要求书中记载的技术思想实质性相同的结构并起到同样作用效果的任何方式，均包含在本发明的技术范围内。

Claims

1.一种单晶硅制造装置，其特征在于，是基于CZ法的单晶硅制造装置，具备在内部具有加热原料的加热器的腔室以及通过冷却介质来冷却所述腔室的装置，所述单晶硅制造装置具备：

2.根据权利要求1所述单晶硅制造装置，其特征在于，所述单晶硅制造装置具备测定直体工序中的结晶直径的装置、以及基于所述结晶直径的测定值来计算所述加热器功率的校正值的装置。

3.根据权利要求1或2所述单晶硅制造装置，其特征在于，所述加热器功率控制装置具备如下功能：基于单晶硅提拉后得到的从所述腔室去除的去除热量的操作实绩数据，来计算下次提拉时的直体工序中的加热器功率的设定值曲线。

4.根据权利要求3所述单晶硅制造装置，其特征在于，所述下次提拉时的直体工序中的加热器功率的设定值曲线是将与所述计算出的去除热量同等的功率值作为加热器功率的设定值而得到的。

5.根据权利要求3所述单晶硅制造装置，其特征在于，所述下次提拉时的直体工序中的加热器功率的设定值曲线是使通过下式求出的加热器功率曲线校正值W反馈给加热器功率的设定值而得到的，

W＝W^s-(H^a-H^b)，

式中，W表示加热器功率的曲线校正值，W^s表示直体工序开始时的加热器功率值，H^a表示直体工序开始时的去除热量，H^b表示计算出的直体工序中的去除热量。