JP2008143742A - Single crystal pulling apparatus and method of manufacturing single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チョクラルスキー法(以下、「CZ法」という)によって単結晶を育成しながら引上げる単結晶引上装置及び単結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a single crystal pulling apparatus and a single crystal manufacturing method for pulling up while growing a single crystal by the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”).
シリコン単結晶の育成に関し、CZ法が広く用いられている。この方法は、石英ガラスルツボ内に収容されたシリコンの溶融液から単結晶を育成しながら引上げるものである。
具体的には、図6に示すように、炉体50内に鉛直軸回りに回転可能なルツボ51が設けられ、ルツボ51の周囲にはシリコン溶融液Mを加熱するためのヒータ52が設けられる。
The CZ method is widely used for the growth of silicon single crystals. This method pulls up a single crystal while growing it from a silicon melt contained in a quartz glass crucible.
Specifically, as shown in FIG. 6, a
そして、溶融液Mの表面に引上げ用ワイヤ53に取り付けられた種結晶Pを接触させ、ルツボ51を回転させるとともに、この種結晶Pを反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶Pの下端にシリコン単結晶Cが形成される。
Then, the seed crystal P attached to the pulling
一般に、引上げ開始に先立ち、溶融液Mの温度が安定した後、図7に示すように、種結晶Pを溶融液Mに接触させて種結晶Pの先端部を溶解するネッキングを行う。ネッキングとは、種結晶Pと溶融液Mとの接触で発生するサーマルショックによりシリコン単結晶に生じる転位を除去するための不可欠の工程である。このネッキングによりネック部P1が形成される。また、このネック部P1は、一般的に、直径が3〜4mmで、その長さが30〜40mm以上必要とされている。 In general, prior to the start of pulling, after the temperature of the melt M is stabilized, as shown in FIG. 7, necking is performed in which the seed crystal P is brought into contact with the melt M to dissolve the tip of the seed crystal P. Necking is an indispensable process for removing dislocations generated in the silicon single crystal due to thermal shock generated by contact between the seed crystal P and the melt M. The neck portion P1 is formed by this necking. The neck portion P1 is generally required to have a diameter of 3 to 4 mm and a length of 30 to 40 mm or more.
また、引上げ開始後の工程としては、ネッキング終了後、直胴部直径にまで結晶を広げるクラウン工程、製品となる単結晶を育成する直胴工程、直胴工程後の単結晶直径を徐々に小さくするテール工程が行われる。
尚、このCZ法を用いたシリコン単結晶の製造方法については、例えば特許文献1に記載されている。
A method for producing a silicon single crystal using this CZ method is described in, for example, Patent Document 1.
ところで前記CZ法において、ルツボ51内にシリコン溶融液Mを形成するには、先ず図8(a)に示すようにルツボ51内に塊状の原料シリコンSを装填し、ヒータ52の加熱により溶融する作業を行なう。この加熱工程によって図8(b)に示すように、原料シリコンSは徐々に溶融液Mとなる。
By the way, in the CZ method, in order to form the silicon melt M in the
しかしながら、殆どの原料シリコンSが溶融され、ルツボ51内に溶融液Mが生成されても、図8(c)に示すようにルツボ51の内周面には、原料シリコンSが溶融せずに溶着して残り、これを完全に溶融するためにヒータ52の加熱量(ヒータ52への供給電流)を増加させなければならなかった。
その結果、ルツボ51の変形や溶融時間の延長を引き起こし、操業効率が低下するという課題があった。
However, even if most of the raw material silicon S is melted and the melt M is generated in the
As a result, there is a problem that the
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、チョクラルスキー法によってルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置において、原料シリコン溶融時間を短縮し、操業効率を向上することのできる単結晶引上装置及び単結晶の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made under the circumstances as described above. In a single crystal pulling apparatus that pulls a silicon single crystal from a crucible by the Czochralski method, the raw material silicon melting time is shortened and the operation efficiency is improved. An object of the present invention is to provide a single crystal pulling apparatus and a method for manufacturing a single crystal.
前記した課題を解決するために、本発明に係る単結晶引上装置は、炉体内のルツボで原料シリコンを溶融し、チョクラルスキー法によって前記ルツボから単結晶を引上げる単結晶引上装置において、前記ルツボを鉛直軸回りに回転させる回転手段と、前記ルツボの上方において単結晶の周囲を包囲するよう上部と下部が開口形成され、単結晶に対する輻射熱を遮蔽する輻射シールドと、前記輻射シールドを下方から支持する支持手段と、前記輻射シールドを上昇移動させ、前記支持手段による支持を解除する昇降手段と、前記輻射シールドの裏面に設けられ、自重により下方に回動自在に設けられた処理治具とを備え、前記処理治具は、前記輻射シールドが前記支持手段により支持された状態で輻射シールドの裏面に固定され、前記輻射シールドが前記昇降手段により上昇移動された状態で下方に回動し、前記回転手段により回転する前記ルツボの内周面に対し摺接することに特徴を有する。
尚、前記処理治具は、板状の石英により形成されていることが望ましい。
In order to solve the above problems, a single crystal pulling apparatus according to the present invention is a single crystal pulling apparatus that melts raw silicon with a crucible in a furnace and pulls the single crystal from the crucible by the Czochralski method. A rotating means for rotating the crucible around a vertical axis; a radiation shield for shielding radiation heat to the single crystal; and a radiation shield for shielding the radiant heat from the single crystal; A supporting means that is supported from below, an elevating means that lifts and moves the radiation shield and releases the support by the supporting means, and a treatment treatment that is provided on the back surface of the radiation shield and is pivotable downward by its own weight. The processing jig is fixed to the back surface of the radiation shield in a state where the radiation shield is supported by the support means, Pivoted downward in a state where de is moved upward by the elevating means, characterized in that the sliding contact to the inner peripheral surface of the crucible which is rotated by said rotating means.
The processing jig is preferably made of plate-like quartz.
このように構成すれば、原料シリコン溶融時においては、輻射シールドを支持手段から上昇移動させることにより、処理治具を下方に回動させ、回転するルツボの内周面に摺接させることができる。
このため、原料シリコン溶融時においてルツボ内周面に原料シリコンの溶着が発生しても、処理治具によって取り除くことができる。
したがって、従来のように原料シリコンを溶解するためヒータの加熱力を増大させる必要がなく、溶融時間を短縮し、操業効率を向上することができる。
また、ヒータの加熱力増大によるルツボの変形も回避することができる。
According to this structure, when the raw material silicon is melted, the processing jig can be rotated downward by sliding the radiation shield upward from the support means, and can be brought into sliding contact with the inner peripheral surface of the rotating crucible. .
For this reason, even if welding of the raw material silicon occurs on the inner peripheral surface of the crucible when the raw material silicon is melted, it can be removed by the processing jig.
Therefore, it is not necessary to increase the heating power of the heater in order to dissolve the raw material silicon as in the prior art, and the melting time can be shortened and the operation efficiency can be improved.
Further, deformation of the crucible due to an increase in the heating power of the heater can be avoided.
また、前記輻射シールドは、自重により回動した前記処理治具と係合する係止部を備え、前記係止部により処理治具が所定回動位置に固定されることが望ましい。
このように係止部を設けることによって、処理治具をルツボの内周面に対し適切な圧力で押し当てることができる。
Further, it is desirable that the radiation shield includes a locking portion that engages with the processing jig rotated by its own weight, and the processing jig is fixed at a predetermined rotation position by the locking portion.
By providing the locking portion in this manner, the processing jig can be pressed against the inner peripheral surface of the crucible with an appropriate pressure.
また、前記した課題を解決するために、本発明に係る単結晶の製造方法は、前記請求項1または請求項2に記載の単結晶引上装置を用い、ルツボから単結晶を引上げる単結晶の製造方法において、前記輻射シールドを上昇移動させることにより前記処理治具を下方に回動させ、該処理治具を回転する前記ルツボの内周面に対し摺接させた状態で原料シリコンを溶融するステップと、前記輻射シールドを前記支持手段により支持し、前記処理治具が輻射シールドの裏面に固定された状態で単結晶を引上げるステップとを実行することに特徴を有する。 In order to solve the above-described problem, a method for producing a single crystal according to the present invention uses a single crystal pulling apparatus according to claim 1 or 2 to pull a single crystal from a crucible. In this manufacturing method, the raw material silicon is melted in a state in which the processing jig is rotated downward by moving the radiation shield upward and is in sliding contact with the inner peripheral surface of the rotating crucible. And a step of pulling the single crystal in a state where the radiation shield is supported by the support means and the processing jig is fixed to the back surface of the radiation shield.
このようなステップを実行することにより、原料シリコン溶融時において処理治具により溶着シリコンを取り除き、溶融時間を短縮することができる。
その結果、シリコン単結晶引上げに係る全体の操業時間が短縮され、操業効率を向上することができる。
By executing such steps, the welded silicon can be removed by the processing jig when the raw material silicon is melted, and the melting time can be shortened.
As a result, the entire operation time for pulling the silicon single crystal is shortened, and the operation efficiency can be improved.
本発明によれば、チョクラルスキー法によってルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置において、原料シリコン溶融時間を短縮し、操業効率を向上することのできる単結晶引上装置及び単結晶の製造方法を得ることができる。 According to the present invention, in a single crystal pulling apparatus that pulls a silicon single crystal from a crucible by the Czochralski method, the single crystal pulling apparatus and single crystal that can shorten the raw material silicon melting time and improve the operation efficiency The manufacturing method can be obtained.
以下、本発明に係る単結晶引上装置及び単結晶の製造方法の実施の形態について図面に基づき説明する。図1は本発明に係る単結晶引上装置1の全体構成を示すブロック図である。
この単結晶引上装置1は、円筒形状のメインチャンバ2aの上にプルチャンバ2bを重ねて形成された炉体2と、炉体2内に設けられたルツボ3と、ルツボ3に装填された半導体原料Mを溶融するヒータ4とを有している。ヒータ4の周囲には、ヒータ4の熱を効果的にルツボ3に与えるために、メインチャンバ2aの内壁に沿って保温部材13が設けられている。尚、ルツボ3は二重構造であり、内側が石英ガラスルツボ3a、外側が黒鉛ルツボ3bで構成されている。
Embodiments of a single crystal pulling apparatus and a single crystal manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a single crystal pulling apparatus 1 according to the present invention.
This single crystal pulling apparatus 1 includes a
また、炉体2の上方には、単結晶Cを引上げる引上げ機構5が設けられ、この引上げ機構5は、モータ駆動される巻取り機構5aと、この巻取り機構5aに巻き上げられる引上げワイヤ5bとにより構成される。そして、ワイヤ5bの先端に種結晶Pが取り付けられ、単結晶Cを育成しながら引上げるようになされている。
Further, a
また、メインチャンバ2a内において、ルツボ3の上方且つ近傍には、単結晶Cの周囲を包囲するよう上部と下部が開口形成され、育成中の単結晶Cにヒータ4等からの余計な輻射熱を与えないようにするための輻射シールド6が設けられている。
この輻射シールド6は、外側が水平環状部6a、内側が傾斜環状部6bにより形成され、傾斜環状部6bは図示するように中心方向下方に向け直線状に傾斜している。
Further, in the main chamber 2a, an upper portion and a lower portion are formed so as to surround the periphery of the single crystal C above and in the vicinity of the
The
また、輻射シールド6は昇降駆動部7(昇降手段)によるワイヤ7a(昇降手段)の巻き上げ、巻き戻しにより上下移動可能に構成されている。
即ち、原料シリコン溶融時において輻射シールド6は、ルツボ3上方に上昇移動して配置され、単結晶引上げ時においては、図1に示すように、その下端がルツボ3内に位置するよう配置される。また、単結晶引上げ時において輻射シールド6は、保温部材13の上端部に設けられた支持部材14(支持手段)上に水平環状部6aが載置され支持される。
The
That is, when the raw material silicon is melted, the
さらに、この輻射シールド6について図2、図3に基づき説明する。図2は輻射シールド6の平面図、図3は輻射シールド6の一部拡大図である。
図2、図3に示すように、輻射シールド6の裏面側には、周方向に所定幅を有し、水平環状部6a及び傾斜環状部6bに沿って径方向に延設された処理治具15が設けられている。尚、この処理治具15は、所定の厚さ寸法を有する板状体であって、その材質は石英である。
Further, the
As shown in FIGS. 2 and 3, a processing jig having a predetermined width in the circumferential direction on the back side of the
また処理治具15は、水平環状部6bの下面に形成された支軸6cによって自重により下方に回動自在に設けられるが、図3(a)に示すように、輻射シールド6が支持部材14上に載置された状態では、輻射シールド6の水平環状部6a及び傾斜環状部6bの裏面に密着して固定されるように構成されている。
即ち、輻射シールド6が支持部材14上に載置される際、支軸6cを中心に下方に回動する処理治具15は、支持部材14に押し上げられると共に、水平環状部6bと支持部材14との間に挟まれた状態で固定される。
Further, the
That is, when the
一方、原料シリコンSの溶融時において、輻射シールド6は昇降駆動部7によりルツボ3上方に移動しているが、そのとき処理治具15は、支持部材14による支持が解除されているため、図3(b)に示すように自重によって下方に回動し、その先端を含む所定領域が石英ガラスルツボ3aの内面に当接する状態となされる。
On the other hand, when the raw material silicon S is melted, the
即ち、原料シリコン溶融時には、ルツボ3が回転動作され、回転するルツボ3の内周面に対して処理治具15が摺接するように構成されている。
尚、処理治具15が設けられた水平環状部6aの周縁部には、回動した処理治具15の後端と係合し、処理治具15の回動度を制限する係止部6dが形成されている。
That is, when the raw material silicon is melted, the
A locking
また、単結晶引上装置1は、図1に示すようにシリコン融液Mの温度を制御するヒータ4の供給電力量を制御するヒータ制御部9と、石英ガラスルツボ3を回転させるモータ10(回転手段)と、モータ10の回転数を制御するモータ制御部10aとを備えている。さらには、石英ガラスルツボ3の高さを制御する昇降装置11と、昇降装置11を制御する昇降装置制御部11aと、成長結晶の引上げ速度と回転数を制御するワイヤリール回転装置制御部12とを備えている。これら各制御部9、10a、11a、12と前記昇降駆動部7はコンピュータ8の演算制御装置8bに接続されている。
Further, as shown in FIG. 1, the single crystal pulling apparatus 1 includes a heater control unit 9 that controls the amount of power supplied to the
このように構成された単結晶引上装置1を用いた単結晶引上げ工程においては、先ず、原料シリコンMの溶融工程が行なわれる。
炉体2内には、所定の不活性ガス流が形成され、ルツボ3に原料シリコンSが装填される。次いで、コンピュータ8の記憶装置8aに記憶されたプログラムに基づき、先ず、演算制御装置8bの指令によりヒータ制御部9を作動させてヒータ4を加熱し、ルツボ3の原料シリコンSの溶融作業が開始される。
尚、原料シリコンSの溶融時においてはモータ制御部10aによりモータ10の駆動が制御され、ルツボ3は所定の回転速度で回転する。
In the single crystal pulling process using the single crystal pulling apparatus 1 configured as described above, first, a raw material silicon M melting process is performed.
A predetermined inert gas flow is formed in the
When the raw material silicon S is melted, the drive of the
ここで、図4に示すように輻射シールド6はルツボ3上方に配置され、これにより処理治具15は下方に回動し、その先端を含む所定領域が石英ガラスルツボ3bの内周面に摺接した状態となされる。
即ち、処理治具15の所定領域が石英ガラスルツボ3bの内周面に対し摺接し、図4に示すようにルツボ内周面に原料シリコンSが溶着していたとしても、処理治具15によって全て取り除かれ、溶融液M内に落とされる。
Here, as shown in FIG. 4, the
That is, even if the predetermined region of the
このようにしてシリコン溶融液Mが生成されると、単結晶引上げ作業が開始される。
即ち、演算制御装置8bの指令により、さらに昇降装置制御部11aと、ワイヤリール回転装置制御部12とが作動し、回転するルツボ3の高さ位置が調整されると共に、巻取り機構5aが作動してワイヤ5bが降ろされる。
そして、ワイヤ5bに取付けられた種結晶Pがシリコン融液Mに接触され、種結晶Pの先端部を溶解するネッキングが行われてネック部P1が形成される。
When the silicon melt M is generated in this way, the single crystal pulling operation is started.
That is, the elevator controller 11a and the wire reel rotating
Then, the seed crystal P attached to the
しかる後、演算制御装置8bの指令によりヒータ4への供給電力や、単結晶引上げ速度(通常、毎分数ミリの速度)などをパラメータとして引上げ条件が調整され、クラウン工程、直胴工程、テール部工程等の単結晶引上工程が順に行われる。
Thereafter, the pulling conditions are adjusted by parameters of the power supplied to the
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、原料シリコン溶融時においては、輻射シールド6は支持部材14による支持が解除されているため、処理治具6が下方に回動し、回転するルツボ3の内周面に摺接するようになされる。
このため、原料シリコン溶融時においてルツボ3内周面に原料シリコンの溶着が発生しても、処理治具6によって取り除かれ、溶融液M内に落とされる。
したがって、従来のように原料シリコンを溶解するためヒータ4の加熱力を増大させる必要がなく、原料シリコン溶融時間を短縮し、操業効率を向上することができる。
また、ヒータ4の加熱力増大によるルツボ3の変形も回避することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, when the raw material silicon is melted, since the
For this reason, even if welding of the raw material silicon occurs on the inner peripheral surface of the
Therefore, it is not necessary to increase the heating power of the
Further, deformation of the
続いて、本発明に係る単結晶引上装置及び単結晶の製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示した構成の単結晶引上装置を用い、実際に実験を行うことにより、その効果を検証した。 Subsequently, the single crystal pulling apparatus and the single crystal manufacturing method according to the present invention will be further described based on examples. In this example, the effect was verified by actually performing an experiment using the single crystal pulling apparatus having the configuration described in the above embodiment.
この実験では、直径24インチの石英ガラスルツボに、150gの原料シリコン(多結晶シリコン)を充填し、前記実施の形態と同様の処理治具を用いた溶融実験を10回実施した。
実験の結果、10回中3回、ルツボ内周面に溶着シリコンが発生したが、処理治具により全て取り除くことができた。
また、従来、150kgの原料シリコンを完全に溶融するために平均8時間必要であったが、溶着シリコンを溶解する処理が必要ないため、10回の実験において平均30分溶融時間が短縮した。
また、ヒータの加熱力を増大させる必要がないため、ルツボの変形も生じなかった。
In this experiment, a silica glass crucible with a diameter of 24 inches was filled with 150 g of raw silicon (polycrystalline silicon), and a melting experiment using the same processing jig as in the above embodiment was performed 10 times.
As a result of the experiment, welded silicon was generated on the inner peripheral surface of the
Conventionally, although it took 8 hours on average to completely melt 150 kg of raw material silicon, the melting time was shortened on average 30 minutes in 10 experiments because no treatment to dissolve the deposited silicon was required.
Further, since it is not necessary to increase the heating power of the heater, the crucible was not deformed.
以上の実施例の実験結果から、本発明の単結晶引上装置を用いることにより、ヒータの加熱力を増大させる(電流を増加する)ことなくルツボ内周面に溶着した原料シリコンを取り除くことができ、短時間で原料シリコンを溶融できることを確認した。 From the experimental results of the above examples, by using the single crystal pulling apparatus of the present invention, it is possible to remove the raw silicon deposited on the inner peripheral surface of the crucible without increasing the heating power of the heater (increasing the current). It was confirmed that the raw material silicon could be melted in a short time.
本発明は、チョクラルスキー法によって単結晶を引上げる単結晶引上装置に関するものであり、半導体製造業界等において好適に用いられる。 The present invention relates to a single crystal pulling apparatus that pulls a single crystal by the Czochralski method, and is suitably used in the semiconductor manufacturing industry and the like.
1 単結晶引上装置
2 炉体
2a メインチャンバ
2b プルチャンバ
3 ルツボ
4 ヒータ
5 引上げ機構
6 輻射シールド
6d 係止部
7 昇降駆動部(昇降手段)
7a ワイヤ(昇降手段)
8 コンピュータ
8a 記憶装置
8b 演算記憶装置
10 モータ(回転手段)
10a モータ制御部
14 支持部材(支持手段)
15 処理治具
C 単結晶
M シリコン融液
P 種結晶
P1 ネック部
S 原料シリコン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single
7a Wire (elevating means)
8
10a
15 Processing jig C Single crystal M Silicon melt P Seed crystal P1 Neck part S Raw material silicon
Claims (4)
前記ルツボを鉛直軸回りに回転させる回転手段と、前記ルツボの上方において単結晶の周囲を包囲するよう上部と下部が開口形成され、単結晶に対する輻射熱を遮蔽する輻射シールドと、前記輻射シールドを下方から支持する支持手段と、前記輻射シールドを上昇移動させ、前記支持手段による支持を解除する昇降手段と、前記輻射シールドの裏面に設けられ、自重により下方に回動自在に設けられた処理治具とを備え、
前記処理治具は、前記輻射シールドが前記支持手段により支持された状態で輻射シールドの裏面に固定され、前記輻射シールドが前記昇降手段により上昇移動された状態で下方に回動し、前記回転手段により回転する前記ルツボの内周面に対し摺接することを特徴とする単結晶引上装置。 In a single crystal pulling apparatus that melts raw silicon with a crucible in a furnace and pulls a single crystal from the crucible by the Czochralski method,
Rotating means for rotating the crucible around a vertical axis, an upper and lower openings are formed so as to surround the periphery of the single crystal above the crucible, and a radiation shield for shielding radiation heat to the single crystal; and the radiation shield below A support means for supporting the radiation shield, an elevating means for lifting and moving the radiation shield and releasing the support by the support means, and a processing jig provided on the back surface of the radiation shield and rotatably provided by its own weight. And
The processing jig is fixed to the back surface of the radiation shield in a state where the radiation shield is supported by the support means, and rotates downward with the radiation shield being lifted and moved by the elevating means. A single crystal pulling apparatus, wherein the single crystal pulling apparatus is brought into sliding contact with an inner peripheral surface of the crucible rotated by the step.
前記係止部により処理治具が所定回動位置に固定されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載された単結晶引上装置。 The radiation shield includes a locking portion that engages with the processing jig rotated by its own weight,
The single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein the processing jig is fixed at a predetermined rotation position by the locking portion.
前記輻射シールドを上昇移動させることにより前記処理治具を下方に回動させ、該処理治具を回転する前記ルツボの内周面に対し摺接させた状態で原料シリコンを溶融するステップと、
前記輻射シールドを前記支持手段により支持し、前記処理治具が輻射シールドの裏面に固定された状態で単結晶を引上げるステップと
を実行することを特徴とする単結晶の製造方法。 In the method for producing a single crystal using the single crystal pulling apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the single crystal is pulled from the crucible.
Melting the raw material silicon in a state in which the processing jig is rotated downward by moving the radiation shield upward and is in sliding contact with the inner peripheral surface of the crucible rotating the processing jig;
And a step of pulling up the single crystal in a state where the radiation shield is supported by the support means and the processing jig is fixed to the back surface of the radiation shield.
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