JP2002137989A - Method of pull up single crystal - Google Patents

Method of pull up single crystal

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JP2002137989A
JP2002137989A JP2000326918A JP2000326918A JP2002137989A JP 2002137989 A JP2002137989 A JP 2002137989A JP 2000326918 A JP2000326918 A JP 2000326918A JP 2000326918 A JP2000326918 A JP 2000326918A JP 2002137989 A JP2002137989 A JP 2002137989A
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JP
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crystal
target value
temperature
pulling
single crystal
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JP2000326918A
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Japanese (ja)
Inventor
Shunji Kuragaki
俊二 倉垣
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Mitsubishi Materials Silicon Corp
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Silicon Corp
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To grow a single crystal with the CZ method at a high speed without generating off specification by corresponding to vicinity of ceiling value of crystal deformation rate of the crystal. SOLUTION: The aimed temperature Tc of fused solution is set necessary to make the deforming rate coincide with the vicinity of the ceiling value, from the relation between the deformation rate of the single crystal 10 and the temperature of the fused solution of a specific point of a vicinity apart by fixed distance away from outermost peripheral part of the single crystal 10. While pulling up, the temperature of the fused solution is measured by a thermometer 13, and the aimed crystal growing speed is controlled so that the measured temperature coincides with the aimed temperature Tc.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン等の単結
晶の製造に使用される、CZ法(チョクラルスキー法)
による単結晶引上げ方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CZ method (Czochralski method) used for producing a single crystal such as silicon.
And a method for pulling a single crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の製造に使用されるシリ
コン単結晶を製造する方法としてCZ法が知られてい
る。この方法によるシリコン単結晶の製造では、ルツボ
内に形成されたシリコンの融液に種結晶を浸漬した後、
ルツボと種結晶を同方向又は逆方向に回転させながら、
種結晶を引上げることにより、種結晶の下方にシリコン
単結晶を育成する。
2. Description of the Related Art The CZ method is known as a method for producing a silicon single crystal used for producing a semiconductor integrated circuit. In the production of a silicon single crystal by this method, after immersing a seed crystal in a melt of silicon formed in a crucible,
While rotating the crucible and the seed crystal in the same or opposite directions,
By pulling up the seed crystal, a silicon single crystal is grown below the seed crystal.

【0003】このような単結晶引上げでは、単結晶の成
長速度が、生産性や結晶面内における欠陥分布の点から
重要視されている。即ち、生産性は結晶成長速度が高速
であるほど向上する。また、デバイスを形成する際の不
良領域の一つであるOSFリングの発生領域は、結晶成
長速度が高速になるほど結晶の外周側へ移動する。これ
らのため、一般的な操業では、結晶成長速度の目標値を
できるだけ大きくすることが多い。
[0003] In such single crystal pulling, the growth rate of the single crystal is regarded as important in terms of productivity and defect distribution in a crystal plane. That is, productivity increases as the crystal growth rate increases. In addition, a region where an OSF ring is generated, which is one of the defective regions when a device is formed, moves toward the outer periphery of the crystal as the crystal growth speed increases. For these reasons, in a general operation, the target value of the crystal growth rate is often increased as much as possible.

【0004】ここで、結晶成長速度は、結晶軸方向にお
いて結晶が成長する速さであり、引上げ装置側から見た
操作量としての引上げ速度と同じ数値となる。この結晶
成長速度は、通常、ルツボを加熱するヒータの出力で制
御される。
Here, the crystal growth speed is the speed at which the crystal grows in the crystal axis direction, and has the same numerical value as the pulling speed as an operation amount viewed from the pulling device side. This crystal growth rate is usually controlled by the output of a heater that heats the crucible.

【0005】即ち、引上げ速度は、結晶直径の制御に使
用され、時々刻々と変化する直径変動に応じてリアルタ
イム的に制御されるが、ある所定時間内の平均引上げ速
度における結晶成長速度の値で見た場合には、予め設定
した結晶成長速度の目標値を大きく外れる場合がある。
この場合、結晶成長速度を所定の目標値に補正すべくヒ
ータ出力が操作される。ヒータ出力を操作すると、結晶
直径が変化することになるが、その変化を抑えるよう
に、引上げ速度が操作されることにより、直径制御に影
響されることなく、結晶成長速度が目標値に制御され
る。
That is, the pulling speed is used for controlling the crystal diameter, and is controlled in real time in accordance with the ever-changing diameter variation. However, the pulling speed is the value of the crystal growth speed at the average pulling speed within a predetermined time. When viewed, there is a case where the target value of the crystal growth rate set in advance largely deviates.
In this case, the heater output is operated to correct the crystal growth rate to a predetermined target value. When the heater output is operated, the crystal diameter changes, but by controlling the pulling speed to suppress the change, the crystal growth rate is controlled to the target value without being affected by the diameter control. You.

【0006】しかしながら、前述したように結晶育成速
度を大きくすると、結晶の変形が顕著になり、その結
果、結晶断面が真円から大きく外れて一部で製品径を保
てなくなるとか、品質外れを生じるといった弊害が生
じ、場合によっては結晶が液面から分離することもあ
る。このため、引上げ速度を、下式で示される変形率に
基づいて制御する技術が、特開平6−263584号公
報により提案されている。 変形率(%)=(最大直径−最小直径)/平均直径×1
00
However, when the crystal growth rate is increased as described above, the deformation of the crystal becomes remarkable, and as a result, the crystal cross section deviates greatly from a perfect circle, and the product diameter cannot be maintained in a part, or the quality is degraded. The crystal may separate from the liquid surface in some cases. For this reason, a technique for controlling the pulling speed based on the deformation rate represented by the following equation has been proposed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-263584. Deformation rate (%) = (maximum diameter−minimum diameter) / average diameter × 1
00

【0007】即ち、特開平6−263584号公報に示
された技術では、引上げ中に結晶直径を測定してその変
形率を求め、これが0.3〜1.5%に維持されるよう
に引上げ速度が制御される。より正確には、算出された
変形率が0.3〜1.5%に維持されるように結晶成長
速度の目標値が補正され、これによりヒータの出力及び
引上げ速度が変更されて、所定の結晶直径を維持しつつ
変形率が0.3〜1.5%に維持される。
That is, according to the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-263584, the crystal diameter is measured during the pulling to determine the deformation ratio, and the pulling is performed so that the deformation is maintained at 0.3 to 1.5%. Speed is controlled. More precisely, the target value of the crystal growth rate is corrected so that the calculated deformation rate is maintained at 0.3 to 1.5%, whereby the output of the heater and the pulling rate are changed to a predetermined value. The deformation rate is maintained at 0.3 to 1.5% while maintaining the crystal diameter.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、引上げ中に
結晶変形率を0.3〜1.5%の範囲内に維持すること
は比較的容易である。しかし、その変形率を上限値(こ
こでは1.5%)の近傍に維持し、この上限値に対応す
る最大の成長速度の近傍で安定的に引上げを行うこと
は、実際の操業では困難である。
By the way, it is relatively easy to maintain the crystal deformation ratio in the range of 0.3 to 1.5% during pulling. However, it is difficult in an actual operation to maintain the deformation rate near the upper limit value (1.5% in this case) and perform stable pulling near the maximum growth rate corresponding to the upper limit value. is there.

【0009】なぜなら、実測された結晶直径から変形率
を算出し、これが上限値になるように結晶成長速度の目
標値を補正すると、結晶成長速度の目標値の変更が変形
率の変化に反映されるまでに、引上げ長で例えば25m
m程度の遅れが発生し、この応答遅れのため、変形率が
上限値を超えるオーバーシュートを生じることがあるか
らである。オーバーシュートが発生すると、その部分は
製品スペックを外れ、不良部となる。
The reason is that, when the deformation rate is calculated from the actually measured crystal diameter and the target value of the crystal growth rate is corrected so that it becomes the upper limit, the change in the target value of the crystal growth rate is reflected in the change in the deformation rate. By pulling length, for example, 25m
This is because a delay of about m occurs, and the response delay may cause an overshoot in which the deformation ratio exceeds the upper limit. When an overshoot occurs, the portion deviates from the product specifications and becomes a defective portion.

【0010】従って、実際の操業では、オーバーシュー
トが生じないように、変形率の目標値を上限値よりかな
り小さい値(例えば1%程度)に設定することになり、
その結果として、結晶成長速度も遅くなり、期待どおり
に生産性を向上させることも、OSFリングの発生領域
を結晶外周部へ排除することも困難となる。
Therefore, in an actual operation, the target value of the deformation rate is set to a value (for example, about 1%) which is considerably smaller than the upper limit value so that overshoot does not occur.
As a result, the crystal growth speed becomes slow, and it becomes difficult to improve the productivity as expected and to exclude the region where the OSF ring occurs from the outer peripheral portion of the crystal.

【0011】本発明の目的は、スペック外れを生じるこ
となく、結晶変形率の上限値近傍に対応する結晶育成速
度を安定的に維持することができる単結晶引上げ方法を
提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a single crystal pulling method capable of stably maintaining a crystal growth rate corresponding to the vicinity of an upper limit of a crystal deformation rate without deviating from specifications.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】ところで、CZ炉内での
熱源は、ルツボの周囲に配置されたヒータである。ヒー
タは、周囲からほぼ均一な輻射を内側のルツボに与え
る。このとき、ルツボ内のシリコン融液は、主にヒータ
で加熱されることにより外周側で温度が上昇し、熱対流
を生じる。また、ルツボが回転することにより強制対流
を生じる。これらの対流により攪拌のため、部分部分の
融液温度は時間毎に刻々と変動を繰り返している。しか
し、巨視的に、また時間軸で平均してみると、融液表面
の温度はヒータに近いルツボ側壁側で最も高温となり、
ヒータから離れたルツボ内の中心部で最も低温となる傾
向を示す。
Means for Solving the Problems The heat source in the CZ furnace is a heater arranged around the crucible. The heater provides substantially uniform radiation from the surroundings to the inner crucible. At this time, the temperature of the silicon melt in the crucible rises on the outer peripheral side mainly by being heated by the heater, and generates thermal convection. In addition, forced convection is generated by rotation of the crucible. Because of the agitation by these convections, the temperature of the melt in the partial portion repeatedly fluctuates with time. However, when macroscopically and averaged over the time axis, the temperature of the melt surface becomes the highest on the side of the crucible side wall near the heater,
The temperature tends to be the lowest at the center of the crucible away from the heater.

【0013】CZ炉内で結晶成長を行う場合、中心部の
最も温度が低い部分で結晶成長を行うのが一般的であ
る。ここで、結晶が成長(固化)する速度は、固液界面
から結晶側へ流入する熱量と、融液から固液界面へ流入
する熱量との差にほぼ比例する。そこで、結晶の成長
(固化)速度を大きくしようとする場合、固液界面から
結晶側への抜熱量はほぼ一定であるので、融液から固液
界面への流入熱量を少なくする必要がある。このため、
ヒータの出力を操作することによって結晶成長速度が制
御される。
When performing crystal growth in a CZ furnace, it is general to grow the crystal at the lowest temperature in the center. Here, the rate at which the crystal grows (solidifies) is substantially proportional to the difference between the amount of heat flowing from the solid-liquid interface to the crystal side and the amount of heat flowing from the melt to the solid-liquid interface. Therefore, when trying to increase the growth (solidification) rate of the crystal, the amount of heat removed from the solid-liquid interface to the crystal side is almost constant, so it is necessary to reduce the amount of heat flowing from the melt to the solid-liquid interface. For this reason,
By manipulating the output of the heater, the crystal growth rate is controlled.

【0014】本発明者らは、結晶育成時の変形を制御し
また解析するために種々の検討を行ってきた。その結果
として、結晶近傍における融液表面の径方向の温度勾配
が、結晶の変形に大きな影響を与えていることが確認さ
れた。上述したCZ炉内の状況を基にして結晶変形のメ
カニズムを説明する。
The present inventors have conducted various studies to control and analyze deformation during crystal growth. As a result, it was confirmed that the temperature gradient in the radial direction of the melt surface near the crystal had a large effect on the deformation of the crystal. The mechanism of crystal deformation will be described based on the situation in the CZ furnace described above.

【0015】結晶成長速度がある程度遅い場合、結晶は
真円に近い形で成長する。しかし、成長速度を大きくし
ていくと、即ち、ヒータ出力を小さくしていくと、ルツ
ボ内の融液の表面近傍における径方向の温度勾配が小さ
くなる。もともと、シリコン結晶には結晶面方向により
成長速度が異なっており、径方向の温度勾配が小さくな
ることで径方向への成長速度の差が大きくなる。この傾
向が長く続いたとき、結晶の断面形状は真円から外れ、
変形として観測される。
When the crystal growth rate is somewhat slow, the crystal grows in a shape close to a perfect circle. However, as the growth rate increases, that is, as the heater output decreases, the radial temperature gradient near the surface of the melt in the crucible decreases. Originally, the growth rate of a silicon crystal differs depending on the crystal plane direction, and the difference in the growth rate in the radial direction increases as the temperature gradient in the radial direction decreases. When this tendency continues for a long time, the cross-sectional shape of the crystal deviates from a perfect circle,
Observed as deformation.

【0016】即ち、結晶変形のおおもとの原因は、結晶
近傍における融液表面の径方向温度勾配であり、この径
方向温度勾配が緩やかになるに従って、過冷却になった
結晶は変形を増大させる。
That is, the cause of the crystal deformation is mainly the radial temperature gradient of the melt surface near the crystal, and as the radial temperature gradient becomes gentler, the supercooled crystal increases the deformation. Let it.

【0017】ここで、結晶近傍における融液表面の径方
向温度勾配を測定しようとしたとき、普通なら特開平7
−133187号公報に記載のように径方向の2点間の
温度測定が必要と考えがちであるが、結晶成長位置の温
度は現状の引上げ条件のなかでは1412℃で一定と考
えられるので、1点のみの温度測定で結晶近傍における
融液表面の径方向温度勾配を算出できる。また、2点を
測定すると、どうしても測定位置が結晶から遠くなり、
実際に結晶変形に影響する結晶近傍における融液表面の
径方向温度勾配を正確に反映させることができない。
Here, when an attempt is made to measure the temperature gradient in the radial direction of the melt surface in the vicinity of the crystal, it is usually disclosed in
Although it is often considered necessary to measure the temperature between two points in the radial direction as described in JP-A-133187, the temperature at the crystal growth position is considered to be constant at 1412 ° C. under the current pulling conditions. A temperature gradient in the radial direction of the melt surface in the vicinity of the crystal can be calculated by measuring only the temperature of the point. Also, when measuring two points, the measurement position will be far from the crystal,
It is impossible to accurately reflect the temperature gradient in the radial direction of the melt surface near the crystal that actually affects the crystal deformation.

【0018】このような考えをもとに、本発明者らは熱
電対による結晶近傍における融液表面近傍の温度測定を
行いながら結晶成長を行い、結晶が変形するときの融液
表面近傍温度を具体的に測定することができた。その実
験内容は以下のとおりである。
Based on this idea, the present inventors performed crystal growth while measuring the temperature near the melt surface near the crystal with a thermocouple, and determined the temperature near the melt surface when the crystal was deformed. It could be measured specifically. The contents of the experiment are as follows.

【0019】結晶最外周の外側15mmの位置、即ち結
晶半径が105mmのときは中心から120mmの位置
となる液面近傍に熱電対を設置した。結晶が所定径、こ
こでは105mmになった後、結晶成長速度が落ちつく
固化率30%の時点より測定を開始した。この時点での
結晶成長速度は、予め確認しておいた変形率1.5%に
なる速度の90%程度に安定させている。この後、成長
速度を徐々に上昇させ、固化率が60%となった時点で
変形率が1.5%となる成長速度に到達し、その後一定
速度となるプログラムに従って成長速度を変化させた。
このときの結晶成長速度、変形率、融液温度の変化を図
1に示す。
A thermocouple was placed at a position 15 mm outside the outermost periphery of the crystal, that is, near the liquid level which was 120 mm from the center when the crystal radius was 105 mm. After the crystal had a predetermined diameter, here 105 mm, the measurement was started from the point in time when the solidification rate was 30% at which the crystal growth rate was reduced. At this point, the crystal growth rate is stabilized at about 90% of the previously confirmed rate at which the deformation rate becomes 1.5%. Thereafter, the growth rate was gradually increased, and when the solidification rate reached 60%, the growth rate reached a growth rate at which the deformation rate became 1.5%, and thereafter, the growth rate was changed according to a program at a constant rate.
FIG. 1 shows changes in the crystal growth rate, deformation rate, and melt temperature at this time.

【0020】図1から分かるように、変形率は結晶成長
速度を反映しているが、その成長速度の変化に対して遅
れて変化する。これは、結晶近傍における融液表面の径
方向温度勾配が変化した後の結晶変形率への影響が、結
晶がある程度(この場合25mm)成長した後にしか現
れないためである。このため、結晶変形率をもとに結晶
成長速度の目標値を変化させた場合は、変形率が遅れて
変化するタイムラグを予想して制御することが必要にな
る。
As can be seen from FIG. 1, the deformation rate reflects the crystal growth rate, but changes later than the change in the growth rate. This is because the influence on the crystal deformation rate after a change in the radial temperature gradient on the melt surface near the crystal appears only after the crystal has grown to some extent (25 mm in this case). For this reason, when the target value of the crystal growth rate is changed based on the crystal deformation rate, it is necessary to predict and control the time lag at which the deformation rate changes with delay.

【0021】これに対し、融液温度は結晶成長速度を反
映し、しかも、その速度変化に素早く応答する。このた
め、融液温度の変化から変形率の変化を予め予測でき、
変形率の制御対象として融液温度はレスポンス面で優れ
る。また、変形率の上限値(ここでは1.5%)に対応
する融液温度(臨界温度)を求めることができる。
On the other hand, the melt temperature reflects the crystal growth rate, and responds quickly to the change in the crystal growth rate. Therefore, a change in the deformation rate can be predicted in advance from a change in the melt temperature,
As a control target of the deformation rate, the melt temperature is excellent in response. Further, the melt temperature (critical temperature) corresponding to the upper limit of the deformation rate (here, 1.5%) can be obtained.

【0022】このような結果を基にして、次に、熱電対
で測定する融液温度の目標値を設定し、その目標値に融
液温度が維持されるように、結晶成長速度の目標値を補
正した。結晶成長速度の目標値は、本来はテーブルで決
められており、そのテーブルどおりに結晶成長速度を制
御すると、固化率とその目標値との関数で逆に融液温度
は一義的に決められ、これを一定に制御することはでき
ない。そこで、ここでは融液温度がその目標値Tcに維
持されるように、結晶成長速度の目標値を補正した。融
液温度の目標値Tcは、変形率の上限値(ここでは1.
5%)に対応する融液温度(臨界温度)の近傍とした。
Based on the above results, a target value of the melt temperature measured by a thermocouple is set, and the target value of the crystal growth rate is maintained so that the target temperature is maintained at the target value. Was corrected. The target value of the crystal growth rate is originally determined by a table, and if the crystal growth rate is controlled according to the table, the melt temperature is determined uniquely by a function of the solidification rate and the target value, This cannot be controlled to be constant. Therefore, here, the target value of the crystal growth rate was corrected so that the melt temperature was maintained at the target value Tc. The target value Tc of the melt temperature is the upper limit value of the deformation rate (here, 1.
5%) near the melt temperature (critical temperature).

【0023】このときの変形率及び融液温度の変化を図
2に示す。結晶近傍の特定点における融液表面近傍温度
を臨界温度の近傍に保つことにより、結晶変形率を上限
値(ここでは1.5%)の近傍に一定に保つことがで
き、変形率を許容範囲内に維持しつつ結晶成長速度を大
きくできることがわかる。
FIG. 2 shows changes in the deformation rate and the melt temperature at this time. By keeping the temperature near the melt surface at a specific point near the crystal near the critical temperature, the crystal deformation rate can be kept constant near the upper limit (here, 1.5%), and the deformation rate is within the allowable range. It can be seen that the crystal growth rate can be increased while maintaining the temperature within the range.

【0024】本発明の単結晶引上げ方法は、かかる知見
に基づいて完成されたものであり、CZ法による単結晶
の引上げにおいて、引上げ中の単結晶の変形率と、結晶
近傍における半径方向の融液温度勾配との関係から、前
記変形率をその目標値に一致させるのに必要な前記融液
温度勾配の目標値を設定しておき、単結晶の引上げ中に
前記融液温度勾配を計測し、計測された融液温度勾配が
その目標値に維持されるように、結晶成長速度の目標値
を補正するものである。
The single crystal pulling method of the present invention has been completed on the basis of this finding. In pulling a single crystal by the CZ method, the deformation rate of the single crystal during pulling and the melting in the radial direction near the crystal are increased. From the relationship with the liquid temperature gradient, a target value of the melt temperature gradient necessary to match the deformation rate to the target value is set, and the melt temperature gradient is measured during pulling of the single crystal. The target value of the crystal growth rate is corrected so that the measured melt temperature gradient is maintained at the target value.

【0025】結晶変形率の目標値は、その変形率の許容
範囲の上限値近傍とするのが、結晶成長速度を大きくで
きることから好ましい。
It is preferable that the target value of the crystal deformation rate is close to the upper limit of the allowable range of the deformation rate because the crystal growth rate can be increased.

【0026】融液温度勾配は、結晶成長位置における融
液温度を結晶融点として、結晶最外周から所定距離離れ
た結晶近傍の特定点における融液の表面もしくは表面近
傍の測定温度から算出するのが好ましい。
The melt temperature gradient is calculated from the measured temperature of the surface of the melt at a specific point near the crystal at a predetermined distance from the outermost periphery of the crystal, with the melt temperature at the crystal growth position as the crystal melting point. preferable.

【0027】即ち、実操業では、融液温度勾配を特に考
慮する必要はなく、引上げ中の単結晶の変形率と、結晶
最外周から所定距離離れた結晶近傍の特定点における融
液温度との関係から、前記変形率をその目標値に一致さ
せるのに必要な前記融液温度の目標値を設定しておき、
単結晶の引上げ中に前記融液温度を計測し、計測された
融液温度がその目標値に維持されるように、結晶成長速
度の目標値を補正すればよい。
That is, in the actual operation, it is not necessary to particularly consider the melt temperature gradient. From the relationship, a target value of the melt temperature required to match the deformation rate to the target value is set,
The melt temperature may be measured during the pulling of the single crystal, and the target crystal growth rate may be corrected so that the measured melt temperature is maintained at the target value.

【0028】融液温度を測定する温度計は、融液に浸漬
する熱電対でもよいが、2色温度計のような非接触式温
度計のほうが好ましい。熱電対は融液の表面近傍温度を
測定するが、2色温度計は融液のほぼ表面温度を測定す
る。その差の補正を行えば、2色温度計や他の非接触式
温度計も結晶変形率を指標とする成長速度の制御に使用
可能である。熱電対は融液に直接接触させるため、汚染
や耐久性の点で問題があるが、非接触式温度計にはこれ
らの問題がない。2色温度計を使用するときは、融液表
面からの乱反射による迷光の除去や観測角度の設定、結
晶径の変動に対する調整等を行うのが精度向上のために
有効である。
The thermometer for measuring the melt temperature may be a thermocouple immersed in the melt, but a non-contact thermometer such as a two-color thermometer is more preferable. A thermocouple measures the temperature near the surface of the melt, while a two-color thermometer measures approximately the surface temperature of the melt. If the difference is corrected, a two-color thermometer or another non-contact thermometer can be used for controlling the growth rate using the crystal deformation rate as an index. Since the thermocouple is brought into direct contact with the melt, there are problems in terms of contamination and durability, but the non-contact type thermometer does not have these problems. When a two-color thermometer is used, it is effective to remove stray light due to irregular reflection from the melt surface, set an observation angle, and adjust for a change in crystal diameter, etc. for improving accuracy.

【0029】なお、融液温度の目標値は、具体的には、
変形率の上限値の80〜95%に対応する融液温度が好
ましい。また、結晶最外周から測定点までの距離は、結
晶直径の110〜115%(8インチ径の場合で230
〜240mm)が好ましい。ちなみみ、変形率の上限値
は1.0〜1.5%である。
The target value of the melt temperature is, specifically,
A melt temperature corresponding to 80 to 95% of the upper limit of the deformation rate is preferred. The distance from the outermost periphery of the crystal to the measurement point is 110 to 115% of the crystal diameter (230 mm for an 8-inch diameter).
To 240 mm). Incidentally, the upper limit of the deformation rate is 1.0 to 1.5%.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図3は本発明の単結晶引上げ方法を
実施するのに適した引上げ装置の構成図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a configuration diagram of a pulling apparatus suitable for performing the single crystal pulling method of the present invention.

【0031】図3に示された引上げ装置は、CZ炉の炉
体としてメインチャンバー1及びプルチャンバー2を備
えている。メインチャンバー1内の中心部にはルツボ3
が配置されており、その外周側にはヒータ4が配置され
ている。ルツボ3は、石英ルツボとその外側の黒鉛ルツ
ボからなり、シリコンの融液10を保持する。このルツ
ボ3は、ペディスタルと呼ばれる支持軸5上に載置さ
れ、支持軸5の昇降及び回転により上下方向及び周方向
に駆動される。
The pulling apparatus shown in FIG. 3 has a main chamber 1 and a pull chamber 2 as a furnace body of a CZ furnace. Crucible 3 in the center of main chamber 1
Are arranged, and the heater 4 is arranged on the outer peripheral side. The crucible 3 includes a quartz crucible and a graphite crucible outside the quartz crucible, and holds the silicon melt 10. The crucible 3 is placed on a support shaft 5 called a pedestal, and is driven vertically and circumferentially by the elevation and rotation of the support shaft 5.

【0032】プルチャンバー2は、メインチャンバー1
の中心部上に重ねられている。プルチャンバー2の最上
部には引上げ機構6が設けられている。プルチャンバー
2内の中心部には、引上げ軸としてのワイヤ7が引上げ
機構6から垂下されている。ワイヤ7の下端部には、種
結晶を保持するシードチャック8が連結されている。引
上げ機構6は、ワイヤ7を所定の速度で回転させながら
引上げる。
The pull chamber 2 includes the main chamber 1
On top of the center. A pulling mechanism 6 is provided at the top of the pull chamber 2. At the center in the pull chamber 2, a wire 7 as a pulling shaft is hung from a pulling mechanism 6. A seed chuck 8 for holding a seed crystal is connected to a lower end of the wire 7. The pulling mechanism 6 pulls up while rotating the wire 7 at a predetermined speed.

【0033】操業では、炉体内を所定の雰囲気に維持し
た状態で、ルツボ3内に所定量の融液10を形成する。
シードチャック8に保持された種結晶を融液10に漬け
た状態から、ワイヤ7を所定の速度で回転させながら引
上げる。これにより、種結晶の下方にシリコンの単結晶
11を育成する。
In operation, a predetermined amount of the melt 10 is formed in the crucible 3 while maintaining a predetermined atmosphere in the furnace.
While the seed crystal held by the seed chuck 8 is immersed in the melt 10, the wire 7 is pulled up while rotating at a predetermined speed. Thus, a silicon single crystal 11 is grown below the seed crystal.

【0034】育成中の直径制御及び成長速度制御のため
に、メインチャンバー1の外周部上方には、単結晶11
の直径を測定するためにカメラ12が設置されると共
に、融液10の表面温度を測定するために2色温度計等
の非接触式温度計13が設置されている。
For controlling the diameter and the growth rate during the growth, a single crystal 11 is placed above the outer peripheral portion of the main chamber 1.
A camera 12 is installed to measure the diameter of the sample, and a non-contact thermometer 13 such as a two-color thermometer is installed to measure the surface temperature of the melt 10.

【0035】カメラ12は、メインチャンバー1の天井
外周部に設けられた窓から、単結晶11の下端外周に生
じるフュージョンリングを撮影し、そのリング直径から
単結晶11の直径を計測する。非接触式温度計13は、
メインチャンバー1の天井外周部に設けられた窓から、
融液10の表面温度、より具体的には、単結晶11の外
周から所定距離離れた特定点における表面温度を非接触
で測定する。これらの測定データは後述する結晶直径及
び成長速度の制御系に入力される。
The camera 12 photographs a fusion ring formed on the outer periphery of the lower end of the single crystal 11 from a window provided on the outer periphery of the ceiling of the main chamber 1, and measures the diameter of the single crystal 11 from the ring diameter. The non-contact thermometer 13
From the window provided on the outer periphery of the ceiling of the main chamber 1,
The surface temperature of the melt 10, more specifically, the surface temperature at a specific point at a predetermined distance from the outer periphery of the single crystal 11 is measured in a non-contact manner. These measurement data are input to a crystal diameter and growth rate control system described later.

【0036】制御系では、カメラ12から入力された直
径計測値と予め設定された直径目標値が比較され、その
偏差を用いたPID制御により、その偏差を0とするの
に必要な成長速度が出力され、成長速度の出力値に基づ
いて引上げ機構6による引上げ速度が操作されることに
より、直径計測値が直径目標値に制御される。
In the control system, the diameter measurement value input from the camera 12 is compared with a preset diameter target value, and the growth rate required to reduce the deviation to 0 is determined by PID control using the deviation. The diameter measurement value is controlled to a target diameter value by operating the pulling speed by the pulling mechanism 6 based on the output value of the growth rate.

【0037】成長速度の出力値はまた、成長速度の目標
値と比較され、その偏差を用いたPID制御により、そ
の偏差を0とするのに必要なヒータ温度の設定値が出力
され、その目標値を得るべくヒータ4の出力が操作され
る。ヒータ4の出力が大きくされた場合は、結晶径が小
さくなり、この径変化を阻止するために、引上げ速度が
下げられる。逆に、ヒータ4の出力が小さくされた場合
は、結晶径が大きくなり、この径変化を阻止するため
に、引上げ速度が上げられる。これにより、結晶直径が
その目標値に制御されつつ、結晶成長速度がその目標値
に制御される。
The output value of the growth rate is also compared with a target value of the growth rate, and a PID control using the deviation outputs a set value of the heater temperature required to reduce the deviation to zero. The output of the heater 4 is operated to obtain a value. When the output of the heater 4 is increased, the crystal diameter becomes smaller, and the pulling speed is reduced to prevent this change in diameter. Conversely, when the output of the heater 4 is reduced, the crystal diameter increases, and the pulling speed is increased to prevent this change in diameter. Thus, the crystal growth rate is controlled to the target value while the crystal diameter is controlled to the target value.

【0038】ここで、結晶成長速度の目標値は、非接触
式温度計13により測定された融液表面温度に基づいて
補正される。より具体的には、単結晶11の変形率と温
度測定点融液表面温度と関係を予め求めておき、この関
係から求めた変形率の上限値近傍に対応する融液表面温
度をその目標値Tcとして、非接触式温度計13による
融液表面温度の測定値がその目標値Tcに維持管理され
るように、結晶成長速度の目標値が補正される。
Here, the target value of the crystal growth rate is corrected based on the melt surface temperature measured by the non-contact type thermometer 13. More specifically, the relationship between the deformation rate of the single crystal 11 and the surface temperature of the melt at the temperature measurement point is determined in advance, and the melt surface temperature corresponding to the vicinity of the upper limit of the deformation rate determined from this relationship is set to the target value. As the Tc, the target value of the crystal growth rate is corrected so that the measured value of the melt surface temperature by the non-contact type thermometer 13 is maintained at the target value Tc.

【0039】即ち、結晶成長速度は、結晶の変形率によ
る制限を受けるが、結晶の変形率を算出して結晶成長速
度の目標値を補正すると、制御遅れが生じ、結晶の変形
率の上限値近傍に対応する結晶成長速度を目標値とする
と、オーバーシュートによるスペック外れが発生する。
このため、結晶成長速度の目標値としては、変形率の上
限値よりかなり小さい値に対応する速度まで下げる必要
がある。
That is, the crystal growth rate is limited by the crystal deformation rate. However, when the crystal deformation rate is calculated and the target value of the crystal growth rate is corrected, a control delay occurs, and the upper limit of the crystal deformation rate is obtained. When the crystal growth rate corresponding to the vicinity is set to the target value, the specification is deviated due to the overshoot.
For this reason, it is necessary to lower the target value of the crystal growth speed to a speed corresponding to a value considerably smaller than the upper limit of the deformation rate.

【0040】しかるに、非接触式温度計13により測定
された融液表面温度に基づいて結晶成長速度の目標値を
補正すると、結晶成長速度の目標値を、結晶の変形率の
上限値近傍に対応するレベルまで上げても、オーバーシ
ュートによるスペック外れを発生じない。
However, when the target value of the crystal growth rate is corrected based on the melt surface temperature measured by the non-contact type thermometer 13, the target value of the crystal growth rate is adjusted to correspond to the vicinity of the upper limit of the crystal deformation rate. Even if it goes up to the level that does, the specification does not deviate due to overshoot.

【0041】なぜなら、結晶の変形率は、結晶近傍にお
ける融液の径方向温度分布と時間遅れなく対応する(図
2参照)。非接触式温度計13による融液表面温度の測
定値は、単結晶11の最外周から一定距離離れた特定点
における融液表面温度であり、単結晶11の最外周にお
ける融液表面温度が一定の結晶融点(1412℃)であ
ることから、結晶近傍における融液の径方向温度分布に
対応する。従って、単結晶11の変形率と特定点におけ
る融液表面温度と関係を予め求めておき、この関係から
求めた変形率の上限値に対応する融液表面温度(臨界温
度)より僅かに小さい融液表面温度をその目標値Tcと
して、非接触式温度計13による融液表面温度の測定値
がその目標値Tcに維持管理されるように、結晶成長速
度の目標値を補正すれば、変形率の上限値にほぼ対応す
る高い結晶成長速度が維持されつつ、変形率が許容範囲
内に管理される。
This is because the deformation rate of the crystal corresponds to the radial temperature distribution of the melt in the vicinity of the crystal without any time delay (see FIG. 2). The measured value of the surface temperature of the melt by the non-contact type thermometer 13 is the surface temperature of the melt at a specific point at a certain distance from the outermost periphery of the single crystal 11, and the surface temperature of the melt at the outermost periphery of the single crystal 11 is constant. Since this is the crystal melting point (1412 ° C.), it corresponds to the radial temperature distribution of the melt near the crystal. Accordingly, the relationship between the deformation rate of the single crystal 11 and the melt surface temperature at a specific point is determined in advance, and the melting temperature slightly lower than the melt surface temperature (critical temperature) corresponding to the upper limit of the deformation rate determined from this relationship. If the target value of the crystal growth rate is corrected so that the liquid surface temperature is set to the target value Tc and the measured value of the melt surface temperature by the non-contact type thermometer 13 is maintained at the target value Tc, the deformation rate While maintaining a high crystal growth rate substantially corresponding to the upper limit of the above, the deformation rate is managed within an allowable range.

【0042】このような手法を用いてCZ法によるシリ
コン単結晶の育成を行った結果を説明する。
The result of growing a silicon single crystal by the CZ method using such a method will be described.

【0043】育成条件は、石英ルツボ径560mm、結
晶直径8インチ、結晶回転数12rpm、ルツボ回転数
6rpm、チャージ量110kg、Ar流量30L、炉
内圧25Torrである。非接触式温度計としては2色
温度計を使用し、結晶最外周から温度測定点までの距離
は15mmとした。結晶変形率の上限値は1.5%、こ
れに対応する融液表面温度(臨界温度)は1420℃で
ある。なお、この臨界温度は温度計の出力に係数をかけ
て得るため実際の温度とは異なる。
The growth conditions are as follows: quartz crucible diameter 560 mm, crystal diameter 8 inches, crystal rotation speed 12 rpm, crucible rotation speed 6 rpm, charge amount 110 kg, Ar flow rate 30 L, furnace pressure 25 Torr. A two-color thermometer was used as the non-contact thermometer, and the distance from the outermost periphery of the crystal to the temperature measurement point was 15 mm. The upper limit of the crystal deformation rate is 1.5%, and the corresponding melt surface temperature (critical temperature) is 1420 ° C. This critical temperature is different from the actual temperature because it is obtained by multiplying the output of the thermometer by a coefficient.

【0044】融液表面温度の目標値Tcを変形率1.4
%に対応する温度として、融液表面温度の測定値が目標
値Tcに維持されるように、結晶成長速度の目標値を補
正した。プロセスタイムは16hrであり、変形率のオ
ーバーシュートによる品質アウト部分の発生率は1%で
あった。
The target value Tc of the melt surface temperature is changed to a deformation ratio of 1.4.
%, The target value of the crystal growth rate was corrected so that the measured value of the melt surface temperature was maintained at the target value Tc. The process time was 16 hours, and the occurrence rate of the quality out part due to the overshoot of the deformation rate was 1%.

【0045】これに対し、変形率を算出して結晶成長速
度の目標値を補正する場合、品質アウト部分の発生率を
1%程度に抑えるためには、変形率の目標値を上限値近
傍から大幅に低下させる必要があり、その結果、結晶成
長速度が制限され、プロセスタイムが19hrに増大し
た。一方、変形率の目標値を上限値近傍まで大きくした
場合は、プロセスタイムは16hrになるが、変形率の
オーバーシュートによる品質アウト部分の発生率は15
%に達した。
On the other hand, when correcting the target value of the crystal growth rate by calculating the deformation rate, the target value of the deformation rate must be increased from the vicinity of the upper limit in order to suppress the occurrence rate of the quality-out portion to about 1%. It had to be drastically reduced, which limited the crystal growth rate and increased the process time to 19 hours. On the other hand, when the target value of the deformation rate is increased to near the upper limit, the process time becomes 16 hours, but the occurrence rate of the quality out portion due to the overshoot of the deformation rate becomes 15
% Has been reached.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明の単結晶
引上げ方法は、結晶変形率の上限値近傍に対応する結晶
育成速度を安定的に維持することができる。従って、変
形率のオーバーシュートによるスペック外れを生じるこ
となく、生産性を向上させることができる。また、OS
Fリングの発生領域を結晶外周部へ安定的に排除するこ
とができる。
As described above, the single crystal pulling method of the present invention can stably maintain the crystal growth rate corresponding to the vicinity of the upper limit of the crystal deformation rate. Therefore, the productivity can be improved without causing the specification deviation due to the overshoot of the deformation rate. OS
The generation region of the F-ring can be stably excluded from the outer periphery of the crystal.

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

【図1】結晶成長速度を増大させたときの結晶変形率及
び融液温度の変化を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing changes in the crystal deformation rate and the melt temperature when the crystal growth rate is increased.

【図2】融液温度を目標値に一致させるように結晶成長
速度を制御したときの融液温度及び変形率の変化を示す
グラフである。
FIG. 2 is a graph showing changes in the melt temperature and the deformation rate when the crystal growth rate is controlled so that the melt temperature matches a target value.

【図3】本発明の単結晶引上げ方法を実施するのに適し
た単結晶引上げ装置の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a single crystal pulling apparatus suitable for carrying out the single crystal pulling method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 メインチャンバー 2 プルチャンバー 3 ルツボ 4 ヒータ 5 支持軸 6 引上げ機構 7 ワイヤ 8 シードチャック 10 融液 11 単結晶 12 カメラ 13 非接触式温度計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main chamber 2 Pull chamber 3 Crucible 4 Heater 5 Support shaft 6 Pulling mechanism 7 Wire 8 Seed chuck 10 Melt 11 Single crystal 12 Camera 13 Non-contact type thermometer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 CZ法による単結晶の引上げにおいて、
引上げ中の単結晶の変形率と、結晶近傍における半径方
向の融液温度勾配との関係から、前記変形率をその目標
値に一致させるのに必要な前記融液温度勾配の目標値を
設定しておき、単結晶の引上げ中に前記融液温度勾配を
計測し、計測された融液温度勾配がその目標値に維持さ
れるように、結晶成長速度の目標値を補正することを特
徴とする単結晶引上げ方法。
Claims: 1. In pulling a single crystal by a CZ method,
From the relationship between the deformation rate of the single crystal being pulled and the melt temperature gradient in the radial direction near the crystal, a target value of the melt temperature gradient required to make the deformation rate equal to the target value is set. In addition, it is characterized in that the melt temperature gradient is measured during the pulling of the single crystal, and the target value of the crystal growth rate is corrected so that the measured melt temperature gradient is maintained at the target value. Single crystal pulling method.
【請求項2】 前記融液温度勾配を、結晶成長位置にお
ける融液温度を結晶融点として、結晶最外周から所定距
離離れた結晶近傍における融液の表面もしくは表面近傍
の測定温度から算出する請求項1に記載の単結晶引上げ
方法。
2. The melt temperature gradient is calculated from the surface temperature of the melt at or near the crystal at a predetermined distance from the outermost periphery of the crystal, with the melt temperature at the crystal growth position as the crystal melting point. 2. The method for pulling a single crystal according to 1.
【請求項3】 CZ法による単結晶の引上げにおいて、
引上げ中の単結晶の変形率と、結晶最外周から所定距離
離れた結晶近傍の特定点における融液温度との関係か
ら、前記変形率をその目標値に一致させるのに必要な前
記融液温度の目標値を設定しておき、単結晶の引上げ中
に前記融液温度を計測し、計測された融液温度がその目
標値に維持されるように、結晶成長速度の目標値を補正
することを特徴とする単結晶引上げ方法。
3. In the pulling of a single crystal by the CZ method,
From the relationship between the deformation rate of the single crystal during pulling and the melt temperature at a specific point in the vicinity of the crystal at a predetermined distance from the outermost periphery of the crystal, the melt temperature required to match the deformation rate to its target value Is set, and the melt temperature is measured during the pulling of the single crystal, and the target value of the crystal growth rate is corrected so that the measured melt temperature is maintained at the target value. A single crystal pulling method.
【請求項4】 前記変形率の目標値は、その変形率の許
容範囲の上限値近傍である請求項1又は3に記載の単結
晶引上げ方法。
4. The single crystal pulling method according to claim 1, wherein the target value of the deformation rate is near an upper limit of an allowable range of the deformation rate.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2006013828A1 (en) * 2004-08-05 2006-02-09 Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha Method of evaluating quality of silicon single crystal
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