CN113574213A

CN113574213A - 单晶制造装置

Info

Publication number: CN113574213A
Application number: CN201980094084.0A
Authority: CN
Inventors: 小林拓生; 柳濑和也; 冈井笃志; 园川将; 岩崎淳
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-10-29
Also published as: US20220136130A1; DE112019006883T5; WO2020188947A1; JP6614380B1; US11821104B2; JP2020152612A; KR20210134667A

Abstract

本发明是一种单晶制造装置，其基于切克劳斯基法，具备：主腔室(2)，其容纳收纳原料融液(5)的坩埚(6)、(7)及对原料融液(5)进行加热的加热器(8)；提拉腔室(3)，其连接设置于主腔室(2)的上部，收纳从原料融液(5)提拉的单晶(4)；冷却筒(12)，其以包围单晶(4)的方式从主腔室(2)的顶部朝向原料融液(5)的表面延伸；以及冷却辅助筒(19)，其嵌合于冷却筒(12)的内侧，还具备嵌合于冷却辅助筒(19)的直径扩大部件(20)，冷却辅助筒(19)具有沿轴向贯穿的裂缝，且通过按入直径扩大部件(20)从而直径扩大而与冷却筒(12)紧密贴合。由此，能够高效地冷却生长中的单晶，并实现该单晶的生长速度的高速化。

Description

单晶制造装置

技术领域

本发明涉及一种利用切克劳斯基法(Czochralski Method，以下简称为CZ法)的单晶制造装置。

背景技术

以下对于现有的利用切克劳斯基法的单晶制造装置，以单晶硅的生长为例进行说明。

图8表示现有的单晶制造装置的例子。

在用CZ法制造单晶硅时使用的单晶制造装置101一般而言连接设置有收纳有原料融液105且能够升降活动的坩埚106、107以及提拉腔室103，其中，以包围该坩埚106、107的方式配置的加热器108配置于生长单晶104的主腔室102内，该提拉腔室103用于收纳在该主腔室102的上部生长的单晶104并将其取出。当使用这样的单晶制造装置101制造单晶104时，将晶种116浸渍于原料融液105，一边使其旋转一边轻轻地向上方提拉而使棒状的单晶104生长，另一方面，为了获得期望的直径和结晶品质，以融液面的高度始终保持恒定的方式配合结晶的生长而使坩埚106、107上升。

而且，当使单晶104生长时，使安装于种保持器117的晶种116浸渍于原料融液105后，利用提拉机构(未图示)使晶种116向期望的方向旋转，并且轻轻地卷绕线115，使单晶104在晶种116的前端部生长，但是为了消灭晶种116着液于融液时所产生的位错，临时使生长初期的结晶变细至3～5mm左右，在位错消失处使直径扩大到期望的直径，而生长出目标品质的单晶104。或者，提出了以下的方法：当生长大直径结晶时，例如，使用晶种116，其是与硅融液接触的前端部的形状为尖锐的形状或者切除了尖锐的前端的形状，首先使该晶种116的前端与硅融液轻轻地接触，之后使该晶种116低速下降，从而晶种116的前端部熔融到期望的粗度，之后，使该晶种116缓慢地上升，在不进行缩颈的情况下使期望直径的单晶硅棒生长(参照专利文献1)。

此时，单晶104的具有恒定的直径的定径部的提拉速度取决于提拉的单晶104的直径，是0.4～2.0mm/min左右的非常缓慢的速度，如果要强制地快速提拉，则生长中的单晶104变形而不能获得具有恒定直径的圆柱状产品。或者，出现在单晶104中产生滑移位错，或者单晶104从融液分离而不能成为产品等问题，对于实现结晶生长速度的高速化存在界限。

但是，在利用所述CZ法制造单晶104的过程中，为了提高生产率并使成本降低，使单晶104的生长速度高速化是一个重要的手段，至今为止也为了实现单晶104的生长速度的高速化而进行了很多改善。

单晶104的生长速度由生长中的单晶104的热量收支确定，要使其高速化，已知只要有效地去除从单晶104的表面排出的热量即可。此时，如果能够提高单晶104的冷却效果，则能够更高效地制造单晶104。而且，已知结晶的品质根据单晶104的冷却速度而变化。例如，在单晶硅中在单晶生长中形成的内生(Grown-in)缺陷能够用结晶内温度梯度与单晶的提拉速度(生长速度)之比来控制，通过对此进行控制也能够使无缺陷的单晶104生长(参照专利文献2)。因而，不管是制造无缺陷结晶，还是使单晶104的生长速度高速化来提高生产率，提高生长中的单晶104的冷却效果都是重要的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开平10-203898号公报

专利文献2：日本专利公开平11-157996号公报

专利文献3：日本专利公告昭57-40119号公报

专利文献4：日本专利公开昭64-65086号公报

专利文献5：国际公开第WO01/57293号小册子

专利文献6：日本专利公开平6-199590号公报

专利文献7：日本专利公开2009-161416号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

要在CZ法中高效地冷却单晶104，以下的方法是有效的，即，不向结晶直接照射来自加热器108的辐射且使腔室等强制冷却的物体吸收来自单晶104的辐射热量。作为能够实现该方法的装置的结构而举出过滤网结构(参照专利文献3)。但是，在该结构中，如果设置为回避由于坩埚106、107上升造成的与该坩埚106、107的上端接触那种过滤网形状，则需要缩小过滤网上部的内径，其结果为，存在难以冷却结晶的缺点。另外，在结晶提拉中为了防止由氧化性气体引起的污染而使惰性气体流动，但是这样的过滤网形状也存在不能期待单晶104的冷却效果的问题。

因此，提出了一种结构，其具有用于整流惰性气体的整流筒114和用于对该整流筒114遮蔽来自加热器108、原料融液105的直接辐射的隔热环(参照专利文献4)。在该方法中，能够期待惰性气体产生的单晶104的冷却效果，但是在使冷却腔室吸收来自单晶104的辐射热量方面，其冷却能力不高。

因此，作为解决所述的过滤网、整流筒114的问题点并高效地进行冷却的方法，而提出了在结晶周围配置用水冷却的冷却筒112的方法(参照专利文献5)。在该方法中，由石墨材料等的保护罩等冷却筒保护材料保护冷却筒112的外侧，并能够从冷却筒112的内侧高效地去除单晶104的热量。但是，为了安全而不将冷却筒112伸到融液面附近，单晶104到冷却筒112的冷却效果稍弱。

另外，在专利文献6中举出使石墨材料等嵌合于冷却筒112中延伸的方法。但是，在该方法中，冷却筒112及延伸的石墨接受来自外侧的热量而不能产生出充分的冷却效果，冷却筒112与石墨材料难以接触，不能高效地从石墨材料向冷却筒112导热。

图9表示现有的单晶制造装置的另一例。

该例与图8的例子比较，还具有冷却辅助筒119的特征。例如，在专利文献7中，举出以下方法：具有嵌合于冷却筒112的冷却辅助筒119，冷却辅助筒119具有沿轴向贯穿的裂缝，并朝向原料融液105的表面延伸。在该方法中，从单晶104产生的热量经由冷却辅助筒119向冷却筒112传递，从而能够提高单晶104的提拉速度。另外，通过使冷却辅助筒119的外径与冷却筒112的内径相同，从而能够使二者紧密贴合。

但是，随着近年来单晶制造装置的大型化，为了将冷却辅助筒119顺畅地嵌合于冷却筒112，而需要在设置时在二者间设置规定的间隙，也就是说需要使冷却辅助筒119的外径比冷却筒112的内径小。由于此时的尺寸公差，冷却筒112与冷却辅助筒119不能完全地紧密贴合，存在热量从冷却辅助筒119向冷却筒112的传递效率降低的问题。

本发明为了解决上述问题而做出，其目的在于提供一种单晶制造装置，该装置通过高效地冷却生长中的单晶，从而能够实现该单晶生长速度的高速化。

(二)技术方案

为了实现上述目的，在本发明中提供一种单晶制造装置，其基于切克劳斯基法，具备：主腔室，其容纳收纳原料融液的坩埚及对所述原料融液加热的加热器；提拉腔室，其连接设置于该主腔室的上部，收纳从所述原料融液提拉的单晶；冷却筒，其以包围所述单晶的方式从所述主腔室的顶部朝向所述原料融液的表面延伸；以及冷却辅助筒，其嵌合于所述冷却筒的内侧，其特征在于，还具备嵌合于所述冷却辅助筒的直径扩大部件，所述冷却辅助筒具有沿轴向贯穿的裂缝，且通过按入所述直径扩大部件从而直径扩大而与所述冷却筒紧密贴合。

根据这样的单晶制造装置，由于冷却辅助筒具有沿轴向贯穿的裂缝，因此当直径扩大部件被按入冷却辅助筒时，该冷却辅助筒的直径扩大。另外，通过扩大冷却辅助筒的直径，从而冷却辅助筒与包围其外周的冷却筒紧密贴合。因而，提拉的单晶的热量从冷却辅助筒高效地向冷却筒传递。即，通过高效地冷却生长中的单晶，从而实现该单晶的生长速度(结晶提拉速度)的高速化，能够实现提高生产率。

优选地，所述直径扩大部件具有楔子形状，且通过嵌合于所述冷却辅助筒的裂缝的一部分或者全部而被按入，从而能够扩大所述冷却辅助筒的直径。

这样，通过直径扩大部件具有楔子的作用，从而能够扩大冷却辅助筒的直径。在此，如果考虑朝向扩大冷却辅助筒的直径的方向作用的力的向量、利用该反作用收缩冷却辅助筒的直径的力(按回的力)，则直径扩大部件的楔子角度优选是45°以下。另外，为了使得直径扩大部件朝向冷却辅助筒的按入力减小并易于向冷却辅助筒按入直径扩大部件，楔子角度更优选是5°以上且20°以下。

另外，为了具有作为楔子的功能，设置于冷却辅助筒的沿轴向贯穿的裂缝的间隔相对于冷却辅助筒的直径而言优选是1％以上且70％以下。如果考虑楔子的按入力、冷却辅助筒的直径扩大效果，则该间隔相对于该直径而言更优选是5％以上且20％以下。

作为向冷却辅助筒按入直径扩大部件的方法，由于能够通过在冷却辅助筒上形成裂缝(切缝)从而容易使该冷却辅助筒变形，因此也能够采用通过人力按入直径扩大部件的方法。但是，在将难变形材料用于冷却辅助筒的情况下，要扩大冷却辅助筒的直径并将其确实地与冷却筒紧密贴合，可以采用使用锤子等器具打入直径扩大部件的方法。

此外，虽然冷却辅助筒越长且越厚则越具有热容，但是如果吸收来自提拉的单晶的热量的冷却辅助筒的内表面远离冷却筒，则该单晶的冷却效果降低。因此，从冷却筒向其下方突出的冷却辅助筒的长度优选是250mm以下，冷却筒辅助筒的壁厚优选是60mm以下。

另外，直径扩大部件的长度(轴向的长度)越长则冷却辅助筒的直径扩大效果越大，但是如果考虑按入时的直径扩大部件的强度，则优选长度是冷却辅助筒的长度的10％以上且60％以下。直径扩大部件的壁厚与冷却辅助筒同样地，优选是60mm以下。此时，在设置于冷却辅助筒的沿轴向贯穿的裂缝的间隔较大的情况下，例如，可以在直径扩大部件的楔子前端连接与冷却辅助筒的裂缝的间隔一致的长方体。

优选地，所述冷却辅助筒具有内径向下方变小的锥形状，所述直径扩大部件具有外径向下方变小的锥形状，且通过嵌合于所述冷却辅助筒的内侧而被按入，从而能够扩大所述冷却辅助筒的直径。

这样，通过冷却辅助筒及直径扩大部件都具有锥形状，且该直径扩大部件被按入冷却辅助筒的内侧，从而冷却辅助筒被直径扩大部件从内侧张开，该冷却辅助筒的直径能够扩大。在此，如果考虑朝向扩大冷却辅助筒的直径的方向作用的力的向量、利用该反作用收缩冷却辅助筒的直径的力(按回的力)，则直径扩大部件的锥形角度优选是45°以下。另外，要使得直径扩大部件朝向冷却辅助筒的按入力缓和并易于向冷却辅助筒按入直径扩大部件，锥形角度更优选是5°以上且20°以下。

作为向冷却辅助筒按入直径扩大部件的方法，由于能够通过在冷却辅助筒上形成沿轴向贯穿的裂缝从而易于使其变形，因此通过分割冷却辅助筒从而能够更容易扩大直径，因此能够采用通过人力按入直径扩大部件的方法。但是，要扩大冷却辅助筒的直径并将其确实地与冷却筒紧密贴合，可以采用使用锤子等器具打入直径扩大部件的方法。

另外，直径扩大部件的按入量取决于冷却筒的内径与冷却辅助筒的外径的间隔(差)，例如，如果考虑石墨材料的机械强度，则在内径为430mm的冷却筒中，优选为20mm以下的按入量。另外，为了直径扩大部件在冷却辅助筒的内侧与该冷却辅助筒接触，并提高直径扩大效果，冷却辅助筒的锥上部的内径与直径扩大部件的锥下部的外径之差优选是20mm以上且70mm以下。

优选地，所述冷却辅助筒的材质是石墨材料、碳复合材料、不锈钢、钼、以及钨中的任一种。

由此，从冷却辅助筒向冷却筒的热传导率提高，因此能够提高结晶的冷却速度。

优选地，所述直径扩大部件的材质是石墨材料、碳复合材料、不锈钢、钼、以及钨中的任一种。

由此，直径扩大部件向冷却辅助筒的热传导率提高，因此能够提高结晶的冷却速度。

(三)有益效果

如上所述，根据本发明，能够提供一种单晶制造装置，其通过高效地冷却生长中的单晶，从而能够实现该单晶的生长速度的高速化。

附图说明

图1是表示本发明的单晶制造装置的例子的剖视图。

图2是表示冷却辅助筒和直径扩大部件的例子的立体图。

图3是表示直径扩大部件嵌合于冷却辅助筒的状态的立体图。

图4是表示本发明的单晶制造装置的另一例的剖视图。

图5是表示冷却辅助筒的一部分和直径扩大部件的例子的立体图。

图6是表示直径扩大部件嵌合于冷却辅助筒的状态的立体图。

图7是表示直径扩大部件嵌合于冷却辅助筒的状态的剖视图。

图8是表示现有的单晶制造装置的例子的剖视图。

图9是表示现有的单晶制造装置的另一例的剖视图。

具体实施方式

如上所述，在利用CZ法的单晶的制造中，为了提高生产率并降低成本，高效地冷却生长中的单晶并使该单晶的生长速度高速化是有效的，因此提出在主腔室内设置包围该单晶的冷却筒的结构。

在利用这样的冷却筒冷却生长中的单晶的结构中，为了防止冷却筒与原料融液接触，不使冷却筒延伸到原料融液的液面附近，取而代之的是在冷却筒的内侧嵌合冷却辅助筒，并使该冷却辅助筒朝向原料融液的液面延伸。在这种情况下，生长中的单晶发出的热量经由冷却辅助筒向冷却筒传递。但是，近年来，随着单晶制造装置的大型化，为了使冷却辅助筒顺畅地嵌合于冷却筒，而将冷却辅助筒的外径设定为比冷却筒的内径小，其结果为，难以使二者紧密贴合，这产生热量从冷却辅助筒向冷却筒的传递效率降低的问题。

本发明人对上述问题进行精心研究，结果着眼于设置于冷却辅助筒上的沿轴向贯穿的裂缝(切缝)。即，通过在冷却辅助筒上设置该裂缝，从而能够扩大冷却辅助筒的直径。例如，为了使冷却辅助筒的设置容易化，即使在冷却筒与冷却辅助筒之间设置规定的间隙，通过在该设置后扩大冷却辅助筒的直径，从而使该冷却辅助筒与冷却筒紧密贴合，也能够提高热量从冷却辅助筒向冷却筒的传递效率。

而且，本发明人等对扩大冷却辅助筒的直径的方法进行了精心研究。即，在冷却辅助筒上设置沿轴向贯穿的裂缝，例如，在利用冷却辅助筒的热量膨胀扩大该冷却辅助筒的直径的方法中，在冷却筒的内径与冷却辅助筒的外径上存在尺寸公差，由于在二者的间隙中也存在偏差，因此也存在要使该冷却辅助筒确实地与冷却筒紧密贴合而不能将该冷却辅助筒的直径扩大充分的量的情况。

因此，本发明人对扩大冷却辅助筒的直径的方法重复认真研究，结果发现了只要通过重新设置嵌合于冷却辅助筒的直径扩大部件并按入该直径扩大部件从而扩大冷却辅助筒的直径，就能够使该冷却辅助筒确实地与冷却筒紧密贴合，进而完成了本发明。

即，本发明是一种单晶制造装置，其基于切克劳斯基法，具备：主腔室，其容纳收纳原料融液的坩埚及对所述原料融液加热的加热器；提拉腔室，其连接设置于该主腔室的上部，收纳从所述原料融液提拉的单晶；冷却筒，其以包围所述单晶的方式从所述主腔室的顶部朝向所述原料融液的表面延伸；以及冷却辅助筒，其嵌合于所述冷却筒的内侧，其特征在于，还具备嵌合于所述冷却辅助筒的直径扩大部件，所述冷却辅助筒具有沿轴向贯穿的裂缝，且通过按入所述直径扩大部件从而直径扩大而与所述冷却筒紧密贴合。

以下基于附图对本发明的实施方式进行具体说明，但是本发明并不限于此。

图1表示本发明的单晶制造装置的例子。

在单晶制造装置1中，石英坩埚6收纳原料融液(例如，硅融液)5，加热器8对原料结晶(例如，多结晶硅)进行加热、融解，生成原料融液5，并且将原料融液5保持为适当温度。在提拉线15的前端连接有用于安装晶种16的种保持器17。

石英坩埚6在由石墨坩埚7保持的状态下设置，该石墨坩埚7被在底部中心旋转并上下活动的坩埚旋转轴(支撑轴)18支撑。在主腔室2的上方设置有提拉腔室3，该提拉腔室3设置有取出从原料融液5提拉的单晶(例如，单晶硅)4的开口门。

在提拉腔室3设置有用于导入气氛气体(例如，Ar气)的气体导入口11，在主腔室2的底部设置有用于排出导入的气氛气体的气体流出口10。而且，一边从气体导入口11导入气氛气体一边将晶种16浸入原料融液5，并且一边使提拉线15旋转一边进行卷绕来提拉单晶4。

石英坩埚6及石墨坩埚7能够经由坩埚旋转轴18沿结晶生长轴向上升/下降，并以补充在结晶生长中结晶化而下降的原料融液5的液面的下降部分的方式上升。另外，隔热部件9包围加热器8的外侧(坩埚6、7侧的相反侧)，防止来自加热器8的热量直接辐射于主腔室2，并且防止熔融的原料融液5的热量损失。

另外，为了提高单晶4的生长速度，而需要对该单晶4进行急速冷却，因此设置有冷却筒12。冷却筒12例如是金属制成的，呈同轴状包围提拉的单晶4。另外，冷却筒12的结构的内部是空洞的，从冷却介质导入口13导入的冷却介质(例如水等)在冷却筒12的该空洞内循环而对冷却筒12进行了冷却后，向外部排出。

整流筒14呈同轴状包围提拉的单晶4，并从冷却筒12的下端朝向该冷却筒12的下方延伸。整流筒14通过具有从气体导入口11导入的惰性气体的整流效果，并且遮挡来自加热器8及原料融液5的辐射热量，从而提高单晶4的冷却效果。另外，整流筒14通过与冷却筒12的下端部相比位于更下方，从而也具有防止冷却筒12与原料融液5接触而引起水蒸气爆炸的效果。

冷却辅助筒19嵌合于冷却筒12的内侧。冷却辅助筒19的作用之一在于，吸收来自提拉的单晶4的辐射，并将其向冷却筒12传递。因此，冷却辅助筒19呈同轴状包围提拉的单晶4，并且比冷却筒12的下端更向下方延伸。在这种情况下，冷却辅助筒19能够包围单晶4直到下方，能够经由冷却辅助筒19有效地向冷却筒12传递来自单晶4的热量。

此时，为了使单晶4的冷却效果提高到最大限度，使冷却辅助筒19与冷却筒12紧密贴合，并有效地传递从冷却辅助筒19朝向冷却筒12的热量是重要的。因此，在本发明中，采用嵌合于冷却辅助筒19的直径扩大部件20，并通过按入该直径扩大部件20来扩大冷却辅助筒19的直径，使其与冷却筒12紧密贴合。以下对扩大冷却辅助筒19的直径的具体例进行说明。

图2表示冷却辅助筒和直径扩大部件的例子。

冷却辅助筒19具有以轴AX为中心的圆筒形。轴AX与单晶生长时的结晶生长轴大致一致。

冷却辅助筒19具有沿轴向贯穿的裂缝SL。该裂缝SL的上部为呈V字型切入的嵌合部F。裂缝SL具有使冷却辅助筒19的设置容易化的效果。另外，嵌合部F具有通过供直径扩大部件20嵌合从而扩大冷却辅助筒19的直径的效果。在本例中，嵌合部F呈倒三角形的形状，最下端(倒三角形的顶点)上的角度θ1’例如设定为5°以上且20°以下。

直径扩大部件20具有楔子形状，嵌合于嵌合部F的一部分或者全部。具体而言，直径扩大部件20具有越朝向下端宽度越小的倒三角形的形状，最下端(倒三角形的顶点)上的锥形角度(楔子角度)θ1优选例如与嵌合部F上的角度θ1’相同，例如设定为5°以上且20°以下。

在使用这样的冷却辅助筒19和直径扩大部件20的情况下，当直径扩大部件20嵌合于冷却辅助筒19且被按入时，如图3所示，直径扩大部件20的按入压力转换为扩大冷却辅助筒19的直径的力，该冷却辅助筒19的直径扩大。其结果为，冷却辅助筒19确实地与冷却筒12紧密贴合(参照图1)。此外，冷却辅助筒19及直径扩大部件20的材质优选是耐热性优良、热传导率及辐射率高的材质，例如是石墨材料、碳复合材料(CC材料)、不锈钢、钼、以及钨中的任意一种。

图4示出本发明的单晶制造装置的另一例。

该图所示的单晶制造装置1’与图1的单晶制造装置1相比，除了冷却辅助筒19及直径扩大部件20不同之外，与图1的单晶制造装置1相同。因此，以下对冷却辅助筒19及直径扩大部件20进行说明，对于除此以外的构件，通过标注与图1相同的附图标记而省略其详细的说明。

图5表示冷却辅助筒的一部分和直径扩大部件的例子。图6及图7表示直径扩大部件嵌合于冷却辅助筒的状态。

冷却辅助筒19具有沿轴向贯穿的四个裂缝SL，且冷却辅助筒19被这四个裂缝SL截断成四个部分A、B、C、D。即，如果组合这四个部分A、B、C、D，则冷却辅助筒19成为以轴AX为中心的圆筒形。此外，图5所示的冷却辅助筒19与图6的四个部分A、B、C、D中的一个对应。

如图7所示，冷却辅助筒19具有锥形状，在其上部内表面倾斜且内径向下方变小，即截面宽度朝向上端变窄。另一方面，直径扩大部件20具有嵌合于冷却辅助筒19的内侧的环形状。另外，直径扩大部件20具有锥形状，在其下部外表面倾斜且外径向下方变小，即截面宽度朝向下端变窄。

另外，当将冷却辅助筒19的内表面与外表面所成的角度设定为锥形角度θ2时，该锥形角度θ2例如设定为5°以上且20°以下。同样，当将直径扩大部件20的内表面与外表面所成的角度设定为锥形角度θ2’时，该锥形角度θ2’优选与冷却辅助筒19的锥形角度θ2相同，例如设定为5°以上且20°以下。

在使用这样的冷却辅助筒19和直径扩大部件20的情况下，当直径扩大部件20嵌合于冷却辅助筒19且被按入，则如图6及图7所示，直径扩大部件20的按入压力转换为扩大冷却辅助筒19的直径的力，该冷却辅助筒19的直径扩大。其结果为，冷却辅助筒19确实地与冷却筒12紧密贴合(参照图4)。此外，冷却辅助筒19及直径扩大部件20的材质优选是耐热性优良、热传导率及辐射率高的材质，例如是石墨材料、碳复合材料(CC材料)、不锈钢、钼、以及钨的任意一种。

如以上那样，根据本发明的单晶制造装置，由于冷却辅助筒19具有沿轴向贯穿的裂缝SL，因此当直径扩大部件20被按入冷却辅助筒19时，该冷却辅助筒19的直径扩大。另外，通过扩大冷却辅助筒19的直径，从而冷却辅助筒19与包围其外周的冷却筒12紧密贴合。因而，提拉的单晶4的热量高效地从冷却辅助筒19向冷却筒12传递。即，通过高效地冷却生长中的单晶4，从而实现该单晶4的生长速度(结晶提拉速度)的高速化，能够实现提高生产率。

实施例

以下举出本发明的实施例来详细说明本发明，但是它们并不限定本发明。

(实施例1)

在实施例1中，使用通过以下的条件设置的图1的单晶制造装置1进行单晶4的生长，验证了能够获得期望品质的单晶4的结晶提拉速度。

生长的单晶4为单晶硅，通过施加磁场切克劳斯基法(MCZ法)制造了直径为12英寸(300mm)的硅结晶。石英坩埚6的直径为32英寸(800mm)。冷却筒12的内径的设计值为430mm，冷却辅助筒19的外径的设计值为429.5mm，其长度为350mm。使用冷却筒12内径与冷却辅助筒19的外径的公差分别为±0.4mm、±0.1mm的部件。

如图2所示，使用具有沿轴向贯穿的裂缝SL，且裂缝SL的上部为呈V字型切入的嵌合部F的部件作为冷却辅助筒19。另外，使用具有嵌合于该嵌合部F的一部分或者全部的楔子形状的部件作为直径扩大部件20。具体而言，直径扩大部件20为越朝向下端宽度越小的倒三角形的形状，将最下端处的锥形角度θ1设定为10°。冷却辅助筒19的嵌合部F也同样为倒三角形的形状，将最下端处的角度θ1’设定为10°。

在这样的单晶制造装置1中，刚刚设置冷却辅助筒19后的冷却筒12的内径与冷却辅助筒19的外径的间隔(差)是0.8mm，通过在该冷却辅助筒19中嵌合直径扩大部件20且按入直径扩大部件20，从而冷却辅助筒19扩大到期望的直径，冷却筒12的内径与冷却辅助筒19的外径的间隔成为0mm。即，能够使冷却辅助筒19完全与冷却筒12紧密贴合。此外，作为冷却辅助筒19及直径扩大部件20的材质，使用了热传导率与金属比较同等且辐射率比金属高的石墨材料。

而且，在利用直径扩大部件20使冷却筒12与冷却辅助筒19紧密贴合的状态下进行单晶4的生长，并求出了全部为无缺陷结晶的生长速度。关于用于获得无缺陷结晶的生长速度，由于其裕度非常窄，因此通过从提拉的单晶4中切出样本，并确认是否为无缺陷结晶，从而易于判断用于获得全部为无缺陷结晶的单晶4的适当的生长速度。在实施例1中，基于该样本，通过选择蚀刻来确认是否成为无缺陷结晶，并求出了全部为无缺陷结晶的生长速度。

(比较例1)

在比较例1中，使用图8的单晶制造装置101求出了全部为无缺陷结晶的单晶104的生长速度。即，比较例1对使用了没有冷却辅助筒的单晶制造装置101的情况下的生长速度进行了评价。

此外，在比较例1中，除了使用了图8的单晶制造装置以外，以与实施例1相同的条件制造单晶104且进行了与实施例1同样的评价。

另外，在图8中，102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、以及118分别对应图1中的主腔室2、提拉腔室3、单晶4、原料融液5、石英坩埚6、石墨坩埚7、加热器8、隔热部件9、气体流出口10、气体导入口11、冷却筒12、冷却介质导入口13、整流筒14、提拉线15、晶种16、种保持器17、以及坩埚旋转轴18。

(比较例2)

在比较例2中，使用图9的单晶制造装置101求出了全部为无缺陷结晶的单晶104的生长速度。即，比较例2对使用了具有冷却辅助筒却没有直径扩大部件的单晶制造装置101的情况下的生长速度进行了评价。

此外，在比较例2中，除了使用了图9的单晶制造装置以外，以与实施例1相同的条件制造单晶104且进行了与实施例1同样的评价。

另外，在图9中，在与图8相同的构件上标注相同的附图标记。另外，在图9中，119对应图1中的冷却辅助筒19。

表1对实施例1、比较例1、以及比较例2示出了提拉的单晶的全部为无缺陷结晶的结晶提拉速度(生长速度)。

[表1]

实施例1，比较例1以及比较例2的结晶提拉速度的比较

结构	结晶提拉速度
		没有冷却辅助筒(比较例1)	1.000
仅有冷却辅助筒(比较例2)	1.058
		冷却辅助筒+直径扩大部件(实施例1)	1.105

如根据表1所明确的，在实施例1中，与未使用冷却辅助筒的比较例1相比，实现了约10.5％的生长速度的高速化。另外，在实施例1中，与虽然使用冷却辅助筒但未使用直径扩大部件的比较例2相比，实现了约4.4％的生长速度的高速化。

(实施例2)

在实施例2中，使用通过以下的条件设置的图4的单晶制造装置1’进行单晶4的生长，验证了能够获得期望品质的单晶4的结晶提拉速度。

生长的单晶4为单晶硅，除了使用了图5所示的冷却辅助筒19及直径扩大部件20以外，以与实施例1同样的条件制造单晶，且进行了与实施例1同样的评价。即，冷却筒12的内径的设计值为430mm，冷却辅助筒19的外径的设计值为429.5mm，其长度为350mm。另外，使用冷却筒12内径与冷却辅助筒19的外径的公差分别为±0.4mm、±0.1mm的部件。

如图6所示，使用具有沿轴向贯穿的四个裂缝SL，且冷却辅助筒19被这四个裂缝SL截断成四个部分A、B、C、D的部件作为冷却辅助筒19。另外，如图7所示，冷却辅助筒19使用的部件为：在其上部内表面倾斜，且其剖面形状具有越朝向上端宽度越窄的锥形状。另一方面，如图7所示，使用具有嵌合于冷却辅助筒19的内侧的环形状的部件作为直径扩大部件20。另外，直径扩大部件20使用的部件为：在其下部外表面倾斜，且其剖面形状具有越朝向下端宽度越窄的锥形状。

另外，将冷却辅助筒19的内表面与外表面所成的锥形角度θ2、以及直径扩大部件20的内表面与外表面所成的锥形角度θ2’分别设定为10°。

在这样的单晶制造装置1’中，刚刚设置冷却辅助筒19后的冷却筒12的内径与冷却辅助筒19的外径的间隔(差)是0.8mm，通过在该冷却辅助筒19中嵌合直径扩大部件20且按入直径扩大部件20，从而冷却辅助筒19的四个部分分别沿径向移动，通过冷却辅助筒19扩大到期望的直径，从而冷却筒12的内径与冷却辅助筒19的外径的间隔成为0mm。即，能够使冷却辅助筒19完全与冷却筒12紧密贴合。

表2对实施例2、比较例1、以及比较例2示出了提拉的单晶的全部为无缺陷结晶的结晶提拉速度(生长速度)。

[表2]

实施例2、比较例1以及比较例2的结晶提拉速度的比较

结构	结晶提拉速度
		没有冷却辅助筒(比较例1)	1.000
仅有冷却辅助筒(比较例2)	1.058
		冷却辅助筒+直径扩大部件(实施例2)	1.102

如根据表2所明确的，在实施例2中，与未使用冷却辅助筒的比较例1相比，实现了约10.2％的生长速度的高速化。另外，在实施例2中，与虽然使用冷却辅助筒但未使用直径扩大部件的比较例2相比，实现了约4.1％的生长速度的高速化。即，在实施例2中也能够实现与实施例1相同程度的生长速度的高速化。

根据以上的结果可知，在实施例1及2中，与比较例1及2相比，都能够实现单晶4的生长速度的高速化。即，立证了本发明的单晶制造装置1、1’能够高效地冷却生长中的单晶4，能够实现单晶4的生长速度的高速化。

如以上说明的那样，根据本发明，通过将冷却辅助筒19嵌合于直径扩大部件20并按入，从而能够扩大冷却辅助筒19的外径。其结果为，能够提高冷却辅助筒19与冷却筒12的紧密贴合程度，并能够高效地冷却生长中的单晶4。即，通过高效地冷却生长中的单晶4，从而能够实现该单晶4的生长速度的高速化。

另外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为示例说明，凡具有与本发明的权利要求书所记载的技术思想实质上同样的构成并产生相同作用效果的任何方案都包含在本发明的技术范围内。

Claims

1.一种单晶制造装置，其基于切克劳斯基法，其具备：主腔室，其容纳收纳原料融液的坩埚及对所述原料融液进行加热的加热器；提拉腔室，其连接设置于该主腔室的上部，并收纳从所述原料融液提拉的单晶；冷却筒，其以包围所述单晶的方式从所述主腔室的顶部朝向所述原料融液的表面延伸；以及冷却辅助筒，其嵌合于所述冷却筒的内侧，

其特征在于，

还具备嵌合于所述冷却辅助筒的直径扩大部件，

所述冷却辅助筒具有沿轴向贯穿的裂缝，且通过按入所述直径扩大部件从而直径扩大而与所述冷却筒紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的单晶制造装置，其特征在于，

所述直径扩大部件具有楔子形状，且通过嵌合于所述冷却辅助筒的裂缝的一部分或者全部而被按入，从而能够扩大所述冷却辅助筒的直径。

3.根据权利要求1所述的单晶制造装置，其特征在于，

所述冷却辅助筒具有内径向下方变小的锥形状，

所述直径扩大部件具有外径向下方变小的锥形状，且通过嵌合于所述冷却辅助筒的内侧而被按入，从而能够扩大所述冷却辅助筒的直径。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的单晶制造装置，其特征在于，

所述冷却辅助筒的材质是石墨材料、碳复合材料、不锈钢、钼、以及钨中的任一种。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的单晶制造装置，其特征在于，

所述直径扩大部件的材质是石墨材料、碳复合材料、不锈钢、钼、以及钨中的任一种。