JP2008162829A - Apparatus and method for manufacturing silicon single crystal - Google Patents

Apparatus and method for manufacturing silicon single crystal Download PDF

Info

Publication number
JP2008162829A
JP2008162829A JP2006352731A JP2006352731A JP2008162829A JP 2008162829 A JP2008162829 A JP 2008162829A JP 2006352731 A JP2006352731 A JP 2006352731A JP 2006352731 A JP2006352731 A JP 2006352731A JP 2008162829 A JP2008162829 A JP 2008162829A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
melt
single crystal
rotating magnetic
crucible
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.)
Withdrawn
Application number
JP2006352731A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Filar Piotr
フィーラ ピヨトール
Atsushi Ikari
敦 碇
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.)
Siltronic AG
Original Assignee
Siltronic AG
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
Application filed by Siltronic AG filed Critical Siltronic AG
Priority to JP2006352731A priority Critical patent/JP2008162829A/en
Publication of JP2008162829A publication Critical patent/JP2008162829A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and method for manufacturing a silicon single crystal, with which the distribution of impurities in a grown single crystal ingot can be improved, and it becomes possible to pull the single crystal ingot at high speed, and which is excellent in cost performance. <P>SOLUTION: The apparatus 1 for manufacturing the silicon single crystal is equipped with a control device 13 for controlling the relative position in the pulling shaft direction of a rotating magnetic field device 6 and a crucible 4 so that when the depth of a silicon melt 15 is defined as H, the position in the silicon melt 15 of the maximum intensity of a magnetic field generated by the rotating magnetic field device 6 is located within a depth of 0.3H from the surface of the melt 15. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、チョクラルスキ法(以下、「CZ法」とする。)によるシリコン単結晶製造技術に関し、特に、磁場中引上法(以下、「MCZ法」とする。)により結晶育成を行うシリコン単結晶の製造装置及び製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon single crystal manufacturing technique by the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”), and more particularly, a silicon single crystal for crystal growth by a magnetic field pull-up method (hereinafter referred to as “MCZ method”). The present invention relates to a crystal manufacturing apparatus and a manufacturing method.

MCZ法は、磁場を印加することによってシリコン融液の対流を制御した状態で結晶を育成する方法であり、坩堝から生じた酸素を含む融液の流れを制御することができるため、シリコン単結晶中の酸素濃度の制御に有効な方法である。   The MCZ method is a method of growing a crystal in a state in which the convection of the silicon melt is controlled by applying a magnetic field. Since the flow of the melt containing oxygen generated from the crucible can be controlled, the silicon single crystal This is an effective method for controlling the oxygen concentration in the inside.

MCZ法において印加する磁場には、静磁場として横型(HMCZ)、縦型(VMCZ)、およびそれら2つの特徴を併せ持つカプス型、そして動磁場として回転磁場がある。   Magnetic fields to be applied in the MCZ method include a horizontal type (HMCZ) and a vertical type (VMCZ) as a static magnetic field, a capsule type having both of these characteristics, and a rotating magnetic field as a dynamic magnetic field.

回転磁場によるMCZ法は、坩堝の回転方向に対して、同方向あるいは反対方向に回転する回転磁場を印加し、且つ、その回転磁場の強度を変化させることにより、融液の対流を制御し、酸素濃度の制御が可能である(たとえば、特許文献1)。   The MCZ method using a rotating magnetic field controls the convection of the melt by applying a rotating magnetic field that rotates in the same direction or in the opposite direction with respect to the rotating direction of the crucible, and changing the strength of the rotating magnetic field, The oxygen concentration can be controlled (for example, Patent Document 1).

そして、シリコン単結晶中の不純物濃度分布を均一にすべく、融液の組成を均一とするための撹拌を目的として、融液の下部もしくは深さ方向の中間部に回転磁場を印加する方法も知られている(たとえば、特許文献2)。
特開昭59−73491号公報 特開昭63−60189号公報
In order to make the impurity concentration distribution in the silicon single crystal uniform, there is also a method of applying a rotating magnetic field to the lower part of the melt or the intermediate part in the depth direction for the purpose of stirring to make the composition of the melt uniform. Known (for example, Patent Document 2).
JP 59-73491 A JP 63-60189 A

近年、シリコン単結晶インゴットの大径化が進み、シリコン単結晶を引き上げるために、多大な時間を要するという問題が生じてきている。   In recent years, the diameter of silicon single crystal ingots has increased, and a problem has arisen that it takes a long time to pull up the silicon single crystal.

しかし、特許文献2のような、従来における回転磁場を用いたシリコン単結晶製造技術では、育成されるシリコン単結晶中の不純物分布を均一にしながら、シリコン単結晶を高速で引き上げることができなかった。   However, the conventional silicon single crystal manufacturing technology using a rotating magnetic field such as Patent Document 2 cannot pull up the silicon single crystal at high speed while making the impurity distribution in the grown silicon single crystal uniform. .

また、シリコン単結晶インゴットが大径化するほど大型の回転磁場装置を用いる必要があり、多大なコストを要すこととなるため、大径のシリコン単結晶インゴットの育成に回転磁場を利用することはコスト面及び利便性の面で極めて難しかった。   In addition, as the diameter of the silicon single crystal ingot increases, it is necessary to use a large rotating magnetic field apparatus, which requires a large amount of cost. Therefore, the rotating magnetic field should be used for growing a large diameter silicon single crystal ingot. Was extremely difficult in terms of cost and convenience.

そこで本発明が解決しようとする課題は、シリコン単結晶の高速引き上げ及び均一な不純物分布を実現可能とするための回転磁場を用いた単結晶の製造装置として、特に大型結晶を育成する際の大型引き上げ炉に適用した場合でもコスト面及び利便性で有利な製造装置を提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a single crystal manufacturing apparatus using a rotating magnetic field for realizing high-speed pulling and uniform impurity distribution of a silicon single crystal, particularly when growing a large crystal. Even when applied to a pulling furnace, it is to provide a manufacturing apparatus advantageous in terms of cost and convenience.

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下に説明する事実を見出した。すなわち、回転磁場が融液の流れに与える影響は、当該回転磁場が直接融液に働きかけて磁場の回転方向に融液が流れることはもちろんのことであるが、回転磁場によってできる回転流れが坩堝内壁にぶつかり、その際、坩堝内壁との回転速度の差によって、坩堝内壁に沿った上昇流ができることが重要であるということである。そして、この坩堝壁面に沿った上昇流は融液表面に達すると、今度は融液表面に沿って内側に向かう流れとなって坩堝近傍の熱い融液を結晶の近傍まで運び、結晶近傍の融液内の温度勾配を急峻にすることで高速引き上げを可能とするということである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found the facts described below. That is, the influence of the rotating magnetic field on the flow of the melt is that the rotating magnetic field directly acts on the melt and the melt flows in the direction of rotation of the magnetic field. It hits the inner wall, and at that time, it is important that an upward flow along the inner wall of the crucible is generated due to a difference in rotational speed from the inner wall of the crucible. Then, when the upward flow along the crucible wall surface reaches the melt surface, this time, it flows inward along the melt surface and carries the hot melt near the crucible to the vicinity of the crystal, and melts near the crystal. This means that the temperature can be raised at high speed by making the temperature gradient in the liquid steep.

換言すると、回転磁場を印加することでシリコン単結晶中の不純物分布を均一にする製造方法において、シリコン単結晶の高速引き上げを実現するには、融液表面近傍に磁場を印加することが極めて有効であるということを見出した。   In other words, in a manufacturing method in which the impurity distribution in a silicon single crystal is made uniform by applying a rotating magnetic field, it is extremely effective to apply a magnetic field in the vicinity of the melt surface to achieve high-speed pulling of the silicon single crystal. I found out.

そして本発明者等は、上記の事実に基づき本発明を完成するに至った。   And the present inventors came to complete this invention based on said fact.

すなわち、本発明は、チョクラルスキ法によりシリコン単結晶を製造する装置において、シリコン融液を収容した坩堝と、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内に回転する回転磁場を印加する回転磁場装置とを備え、かつ、前記回転磁場により印加される融液内の磁場の最大強度となる位置が、融液の表面近傍に位置するように制御されることを特徴とする、シリコン単結晶の製造装置及び製造方法に関する。   That is, the present invention relates to a crucible containing a silicon melt and a rotating magnetic field that applies a rotating magnetic field that rotates in a plane perpendicular to the pulling direction of the silicon single crystal in an apparatus for manufacturing a silicon single crystal by the Czochralski method. And a position where the maximum intensity of the magnetic field in the melt applied by the rotating magnetic field is controlled to be located near the surface of the melt. The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method.

また、本発明は、チョクラルスキ法によりシリコン単結晶を製造する装置において、シリコン融液を収容した坩堝と、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内に回転する回転磁場を印加する回転磁場装置と、シリコン融液の深さをHとしたときに、前記回転磁場装置の発生する磁場がシリコン融液内で最大強度となる位置を、融液の表面から深さ0.3H以内に存在させるべく、前記回転磁場装置と前記坩堝の引き上げ軸方向の相対位置を調節する制御装置とを備えたことを特徴とする、前記製造装置に関する。   The present invention also relates to a crucible containing a silicon melt and a rotating magnetic field that applies a rotating magnetic field that rotates in a plane perpendicular to the pulling direction of the silicon single crystal in an apparatus for producing a silicon single crystal by the Czochralski method. When the depth of the apparatus and the silicon melt is H, the position where the magnetic field generated by the rotating magnetic field apparatus has the maximum intensity in the silicon melt exists within a depth of 0.3 H from the surface of the melt. In order to achieve this, the present invention relates to the manufacturing apparatus, comprising the rotating magnetic field device and a control device that adjusts a relative position of the crucible in the pulling-up axis direction.

また、本発明は、前記制御装置は、前記坩堝の内壁とシリコン融液との界面における回転磁場の引き上げ軸方向の強度分布において、当該強度が100〜50%となる領域を、前記シリコン融液の表面から深さ0.5H以内に存在させるべく、前記回転磁場装置と前記坩堝の引き上げ軸方向の相対位置を調節することを特徴とする、前記製造装置に関する。   Further, according to the present invention, in the control device, the region in which the strength is 100% to 50% in the strength distribution in the axial direction of the rotating magnetic field at the interface between the inner wall of the crucible and the silicon melt is defined as the silicon melt. The relative position of the rotating magnetic field device and the crucible in the pulling axis direction is adjusted so as to be within a depth of 0.5H from the surface of the manufacturing method.

また、本発明は、前記回転磁場装置のコアの引き上げ軸方向の幅が、引き上げ開始時のシリコン融液の深さをHとして、0.3H以下であり、かつ、当該コアの中心の位置が融液表面から深さ0.3H以内にあることを特徴とする、前記製造装置に関する。 Further, the present invention, the width of the pulling axis direction of the core of the rotating magnetic field device, the depth of the silicon melt during pulling start as H 0, and the 0.3H 0 or less, and, in the center of the core The present invention relates to the manufacturing apparatus, wherein the position is within a depth of 0.3 H from the melt surface.

また、本発明は、前記回転磁場は、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内における回転の向きと回転周波数と磁場強度のうち、少なくとも回転周波数が異なる複数の回転磁場であることを特徴とする、前記製造装置に関する。   According to the present invention, the rotating magnetic field is a plurality of rotating magnetic fields having at least different rotating frequencies among a rotating direction, a rotating frequency, and a magnetic field strength in a plane perpendicular to the pulling direction of the silicon single crystal. The present invention relates to the manufacturing apparatus.

さらに、本発明は、チョクラルスキ法によるシリコン単結晶の製造方法において、坩堝に収容されたシリコン融液に、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内に回転する回転磁場を印加しながら単結晶の引き上げを行い、シリコン融液の深さをHとしたときに、前記回転磁場装置の発生する磁場がシリコン融液内で最大強度となる位置が、融液表面から深さ0.3H以内に存在するように、制御されることを特徴とする、シリコン単結晶の製造方法に関する。   Further, according to the present invention, in a method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method, a rotating magnetic field rotating in a plane perpendicular to the pulling direction of the silicon single crystal is applied to the silicon melt accommodated in the crucible. When the crystal is pulled up and the depth of the silicon melt is H, the position where the magnetic field generated by the rotating magnetic field device has the maximum intensity in the silicon melt is within 0.3H from the melt surface. It is related with the manufacturing method of the silicon single crystal characterized by being controlled so that it may exist.

また、発明は、前記坩堝の内壁とシリコン融液との界面における回転磁場の引き上げ軸方向の強度分布において、当該強度が100〜50%となる領域が、前記シリコン融液の表面から0.5H以内に存在するように、制御されることを特徴とする、前記製造方法に関する。   Further, according to the present invention, in the strength distribution in the pulling axis direction of the rotating magnetic field at the interface between the inner wall of the crucible and the silicon melt, the region where the strength is 100 to 50% is 0.5H from the surface of the silicon melt. It is controlled so that it exists within the range.

また、本発明は、前記回転磁場は、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内における回転の向きと回転周波数と磁場強度のうち、少なくとも回転周波数が異なる複数の回転磁場であることを特徴とする、前記製造方法に関する。   According to the present invention, the rotating magnetic field is a plurality of rotating magnetic fields having at least different rotating frequencies among a rotating direction, a rotating frequency, and a magnetic field strength in a plane perpendicular to the pulling direction of the silicon single crystal. The present invention relates to the manufacturing method.

また、本発明は、前記坩堝及びシリコン単結晶の回転の向きが前記回転磁場の回転の向きと反対であり、前記坩堝の回転速度が1rpm〜12rpmであり、かつ、前記シリコン単結晶の回転速度が0.1rpm〜20rpmであることを特徴とする、前記製造方法に関する。   Further, in the present invention, the rotation direction of the crucible and the silicon single crystal is opposite to the rotation direction of the rotating magnetic field, the rotation speed of the crucible is 1 to 12 rpm, and the rotation speed of the silicon single crystal Is about 0.1-20 rpm, it is related with the said manufacturing method characterized by the above-mentioned.

本発明にかかる製造装置および製造方法によれば、従来の回転磁場を用いない製造方法に比べて、育成されるシリコン単結晶中の不純物分布を均一にしながら、シリコン単結晶を高速に引き上げることができる。   According to the manufacturing apparatus and the manufacturing method of the present invention, it is possible to pull up the silicon single crystal at a high speed while making the impurity distribution in the grown silicon single crystal uniform, compared to the conventional manufacturing method that does not use a rotating magnetic field. it can.

また、本発明にかかる製造装置及び製造方法によれば、上記効果を奏するための最適な融液対流を作り出すために、融液全体に均一な磁場を印加することを必要としないため、大径のシリコン単結晶を育成する大型育成炉に適用しても回転磁場装置を低コストで簡便なものとすることができる。   In addition, according to the manufacturing apparatus and the manufacturing method of the present invention, it is not necessary to apply a uniform magnetic field to the entire melt in order to create an optimum melt convection for achieving the above-described effects. Even when applied to a large growth furnace for growing silicon single crystals, the rotating magnetic field apparatus can be made low-cost and simple.

以下、本発明を、実施の形態に即して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments.

本発明のシリコン単結晶製造装置並びに製造方法の特徴は、上記のような構成とすることで、育成されるシリコン単結晶中の不純物分布を均一にするべく整った融液流れを実現すると共に、シリコン単結晶の高速引き上げを可能とするものである。   The feature of the silicon single crystal manufacturing apparatus and the manufacturing method of the present invention is that the above-described configuration realizes a melt flow arranged to make the impurity distribution in the grown silicon single crystal uniform, This enables high-speed pulling of a silicon single crystal.

ここで、本発明のシリコン単結晶製造装置並びに製造方法は、種々の単結晶インゴットの製造に適用することが可能であり、すなわち、目的とする単結晶インゴットに関して、サイズ(重量、直径等)の制限は特になく、要求されるシリコンウエハの種類等によって適宜選択することが可能であるが、回転磁場装置の小型化が可能であるという観点から、特に、大径の単結晶インゴット製造に適するものである。また、種々の元素のドープの有無に関しても、制限は特になく、要求されるシリコンウエハの性能等に合わせて、適宜ドープすることが可能である。   Here, the silicon single crystal production apparatus and production method of the present invention can be applied to the production of various single crystal ingots, that is, the size (weight, diameter, etc.) of the target single crystal ingot. There is no particular limitation, and it can be selected as appropriate depending on the type of silicon wafer required, etc., but is particularly suitable for manufacturing large-diameter single crystal ingots from the viewpoint that the rotating magnetic field apparatus can be reduced in size. It is. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the presence or absence of dope of various elements, According to the performance etc. of the required silicon wafer, it can dope suitably.

本発明の特徴は、回転磁場により印加される磁場が融液内で最大強度となる位置が、融液の表面近傍に存在するように制御されることである。   The feature of the present invention is that the position where the magnetic field applied by the rotating magnetic field has the maximum intensity in the melt is controlled so as to exist in the vicinity of the surface of the melt.

ここで、一般的な回転磁場装置から発生する磁場は、その強度が引き上げ軸方向に不均一であり、回転磁場装置により発生する磁場が最大強度となる位置は、概ね当該回転磁場装置のコアの引き上げ軸方向の中心位置と一致し、融液内の磁場が最大強度となる位置も同様である。したがって、融液表面位置と回転磁場装置のコアの中心位置とを基に、坩堝及び回転磁場装置の相対位置を調節することで、融液内でのおよその最大強度の位置の調節が可能である。さらに、詳細な磁場分布については、市販の汎用磁場解析ソフト(たとえば、米ANYSYS Inc.社製ANYSYS、日本総合研究所社製JMAG、ANSOFT社製Maxwell3D、エルフ社製ELF/MAGIC等)を用いることにより、高い精度で計算することが可能である。   Here, the strength of the magnetic field generated from a general rotating magnetic field device is not uniform in the direction of the pulling-up axis, and the position where the magnetic field generated by the rotating magnetic field device has the maximum strength is approximately the position of the core of the rotating magnetic field device. The same is true for the position where the magnetic field in the melt reaches the maximum intensity in line with the center position in the pulling-up axis direction. Therefore, by adjusting the relative position of the crucible and the rotating magnetic field device based on the position of the melt surface and the center position of the rotating magnetic field device, the position of the approximate maximum intensity in the melt can be adjusted. is there. Furthermore, for detailed magnetic field distribution, commercially available general-purpose magnetic field analysis software (for example, ANYSYS manufactured by ANYSYS Inc., JMAG manufactured by Japan Research Institute, Maxwell 3D manufactured by ANSOFT, ELF / MAGIC manufactured by Elf, etc.) is used. Therefore, it is possible to calculate with high accuracy.

単結晶の不純物分布を均一にする整った融液流れと、高速引き上げを可能にする温度分布を作り出すためには、回転磁場装置により発生する磁場が融液内で最大強度となる位置を、融液の表面から深さ0.3H以内に存在させれば良い。一方、同じ装置を用い、同じ回転磁場を印加した場合において、最大強度となる位置が、表面から0.3Hよりも深い位置にある場合、0.3H以内にある場合に得られる効果(整った融液流れ)が得にくくなる。したがって、同じ効果を得ようとすると、磁場の強度を強くする必要があるため無駄が多くなる。また、単結晶育成過程全般に亘って磁場を有効利用することを考えると、直胴部の形成中は常に、最大強度となる位置が深さ0.3H以内に存在することが好ましい。   In order to create a uniform melt flow that makes the single crystal impurity distribution uniform and a temperature distribution that enables high-speed pulling, the position where the magnetic field generated by the rotating magnetic field device has the maximum intensity in the melt is melted. What is necessary is just to exist within the depth of 0.3H from the surface of a liquid. On the other hand, when the same apparatus is used and the same rotating magnetic field is applied, the effect obtained when the position where the maximum intensity is at a position deeper than 0.3H from the surface is within 0.3H (arranged) It is difficult to obtain a melt flow). Therefore, if the same effect is to be obtained, the strength of the magnetic field needs to be increased, resulting in increased waste. In consideration of the effective use of the magnetic field throughout the single crystal growth process, it is preferable that the position where the maximum strength is always present within the depth of 0.3H during the formation of the straight body portion.

また、本発明において、回転磁場装置により発生する磁場が融液内で最大強度となる位置を、融液の表面から深さ0.3H以内にあり、かつ、坩堝の内壁とシリコン融液との界面における回転磁場の引き上げ軸方向の強度分布において、当該強度が100〜50%となる領域が、前記シリコン融液の表面から深さ0.5H以内に存在させることが好ましい。このように、融液内に印加される磁場の大半が表面近傍に存在することとなり、より効率的な磁場の活用(整った融液流れと高速引き上げに適した温度分布)ができることとなる。また、この際も単結晶の直胴部を形成中常に、強度が100〜50%となる領域が、係る範囲に存在するように制御されていることが、磁場の有効利用という観点からより好ましい。   In the present invention, the position where the magnetic field generated by the rotating magnetic field device has the maximum intensity in the melt is within a depth of 0.3 H from the surface of the melt, and the inner wall of the crucible and the silicon melt In the strength distribution in the pulling-up axis direction of the rotating magnetic field at the interface, it is preferable that a region where the strength is 100 to 50% exists within a depth of 0.5 H from the surface of the silicon melt. In this way, most of the magnetic field applied in the melt exists in the vicinity of the surface, and more efficient use of the magnetic field (a well-equipped melt flow and a temperature distribution suitable for high-speed pulling up) can be performed. Also in this case, it is more preferable from the viewpoint of effective use of the magnetic field that the region where the strength is 100% to 50% is always controlled during the formation of the single crystal straight body portion. .

また、本発明においては、回転磁場装置として、引き上げ開始時のシリコン融液の深さをHとして、コアの引き上げ軸方向の幅が0.3H以下のものを用いることが好ましい。回転磁場装置のコアの大きさは、当該回転磁場装置が発生できる磁場の最大強度に依存する。従来における、坩堝の高さと同等の幅を有する回転磁場装置によって奏される効果と同程度の効果(融液流れ)を、本発明によって得るには、コアの幅はこの程度でも十分である。これにより、本発明では回転磁場装置のコスト面、利便性の面でも有利となる。 In the present invention, it is preferable to use a rotating magnetic field apparatus having a depth of silicon melt at the start of pulling of H 0 and a core pulling axis width of 0.3 H 0 or less. The size of the core of the rotating magnetic field device depends on the maximum intensity of the magnetic field that can be generated by the rotating magnetic field device. In order to obtain an effect (melt flow) comparable to that obtained by a conventional rotating magnetic field apparatus having a width equivalent to the height of the crucible by the present invention, this width is sufficient. Accordingly, the present invention is advantageous in terms of cost and convenience of the rotating magnetic field device.

本発明の製造装置並びに製造方法において使用する坩堝の形状などに特に制限はなく、一般的なシリコン単結晶の育成装置に用いられるものであれば良い。最も一般的なものとしては、育成される単結晶インゴットの直径に対して、坩堝径が2〜3倍程度、深さが0.2〜2倍程度のものである。   The shape of the crucible used in the production apparatus and production method of the present invention is not particularly limited, and any crucible may be used as long as it is used for a general silicon single crystal growth apparatus. Most commonly, the diameter of the crucible is about 2 to 3 times and the depth is about 0.2 to 2 times the diameter of the single crystal ingot to be grown.

また、引き上げ開始時の融液量などに関しても特に制限はない。目的とするシリコン単結晶インゴットの重量に対して1.1〜1.2倍程度の融液を坩堝に収容するのが一般的である。   There is no particular limitation on the amount of melt at the start of pulling. Generally, a melt of about 1.1 to 1.2 times the weight of the target silicon single crystal ingot is stored in a crucible.

また、坩堝と回転磁場と引き上げ軸方向の相対位置の制御方法に関しても特に制限はない。たとえば、回転磁場を固定設置して坩堝のみを上下させたり、坩堝の高さを固定して回転磁場の高さを上下させることや、両方の高さを上下させて制御することも可能である。一般的な育成装置では、坩堝の昇降機構が設けられており、これに加えて、回転磁場装置の昇降機構を設ければ、両方の高さを上下させることができる。また、単結晶の育成と共に変化する融液の表面位置を把握する必要があるが、この際の方法に関しても特に制限はない。たとえば、引き上げ中の単結晶や融液の重量から深さを求めて表面位置を求めることもできるし、育成炉に液面センサを設置して融液表面位置を測定することなども一般的に行われる。   Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the control method of the relative position of a crucible, a rotating magnetic field, and a raising axis direction. For example, it is possible to fix the rotating magnetic field and move only the crucible up and down, to fix the height of the crucible and raise and lower the rotating magnetic field height, or to control both heights up and down . In a general growing device, a crucible lifting mechanism is provided, and in addition to this, if a lifting mechanism for a rotating magnetic field device is provided, both heights can be raised and lowered. Further, it is necessary to grasp the surface position of the melt that changes as the single crystal grows, but there is no particular limitation on the method at this time. For example, the surface position can be obtained by obtaining the depth from the weight of the single crystal or the melt being pulled, or measuring the melt surface position by installing a liquid level sensor in the growth furnace. Done.

また、本発明の製造装置並びに製造方法に使用する回転磁場装置に関しても特に制限はなく、通常電磁モーターなどに使用される回転磁場装置と同じ構造の回転磁場装置を好ましく使用することができる。なお、複数周波数の磁場装置を使用して、より精緻な融液対流や温度分布を作り出すことも可能である。   Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the rotating magnetic field apparatus used for the manufacturing apparatus and manufacturing method of this invention, The rotating magnetic field apparatus of the same structure as the rotating magnetic field apparatus normally used for an electromagnetic motor etc. can be used preferably. It is also possible to create a more precise melt convection and temperature distribution using a multi-frequency magnetic field device.

さらに、本発明の製造装置並びに製造方法を適用する際のシリコン単結晶の育成条件に関しても特に制限はないが、好ましくは前記汎用磁場解析ソフトにより計算される融液に与える回転磁場の力の強度が0.1〜10N/m、回転周波数が10Hz〜200Hz、坩堝及び単結晶の回転の向きが回転磁場の向きと反対であり、坩堝の回転速度が1rpm〜12rpm、かつ、シリコン単結晶の回転数が0.1rpm〜20rpmの範囲内である。発生する回転磁場の力がかかる範囲より小さいと、熱対流などによる融液の流れを変えることができず、かかる範囲を超えると融液内に極端に速い流れができ、これにより融液表面が波立ってしまうため好ましくない。また、回転磁場の周波数がかかる範囲より小さいと電流電圧の制御が難しく、現実的でない。また、かかる範囲より大きいと融液内に磁場がほとんど浸透せず効果が低下するおそれがある。上記のように、坩堝に沿って流れる上昇流は回転磁場によって作り出される融液の回転と坩堝の回転との差で生じるため、坩堝と回転磁場の方向は反対方向であることが望ましい。また、結晶の回転を回転磁場の方向と反対方向とすることによって、結晶近傍に融液の流れが大きく変わる場所を作ることができ、それによって結晶近傍により急峻な温度勾配が作り出され、高速引き上げが可能となると考えられる。坩堝及びシリコン単結晶の回転数は、いずれも回転磁場を使用しない通常の条件に用いられている範囲である。 Furthermore, there are no particular restrictions on the growth conditions of the silicon single crystal when applying the production apparatus and production method of the present invention, but preferably the strength of the rotating magnetic field force applied to the melt calculated by the general-purpose magnetic field analysis software 0.1 to 10 N / m 3 , the rotation frequency is 10 Hz to 200 Hz, the direction of rotation of the crucible and the single crystal is opposite to the direction of the rotating magnetic field, the rotation speed of the crucible is 1 rpm to 12 rpm, and the silicon single crystal The rotation speed is in the range of 0.1 rpm to 20 rpm. If the generated rotating magnetic field force is smaller than the required range, the flow of the melt due to thermal convection cannot be changed, and if it exceeds this range, an extremely fast flow can be generated in the melt. It is not preferable because it swells. Moreover, if the frequency of the rotating magnetic field is smaller than the range, it is difficult to control the current voltage, which is not practical. On the other hand, if it is larger than this range, the magnetic field hardly penetrates into the melt and the effect may be reduced. As described above, the upward flow that flows along the crucible is generated by the difference between the rotation of the melt created by the rotating magnetic field and the rotation of the crucible, so that the crucible and the rotating magnetic field are preferably in opposite directions. In addition, by making the rotation of the crystal opposite to the direction of the rotating magnetic field, it is possible to create a place where the flow of the melt changes greatly in the vicinity of the crystal, thereby creating a steeper temperature gradient near the crystal and raising it at high speed. Will be possible. The number of revolutions of the crucible and the silicon single crystal is a range that is used under normal conditions in which no rotating magnetic field is used.

以下、図面を参照しながら、さらに詳細に本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
予備的な検討として、引き上げ軸方向に均一な回転磁場と融液表面に局在した磁場との融液流れに与える影響の違いを検討した。即ち、直径28インチ坩堝(711mm)で直径300mmの結晶を、坩堝底から融液表面までの高さ150mmの融液から引き上げるとき、回転磁場を融液全体に印加した際と表面近傍に印加したときの違いを、2次元数値シミュレーションにより検討した。
(Example 1)
As a preliminary study, we investigated the difference in the effect on the melt flow between a rotating magnetic field uniform in the direction of the pulling axis and a magnetic field localized on the melt surface. That is, when a crystal having a diameter of 300 mm in a 28-inch diameter crucible (711 mm) was pulled up from a melt having a height of 150 mm from the bottom of the crucible to the surface of the melt, a rotating magnetic field was applied to the entire melt and in the vicinity of the surface. The difference in time was examined by two-dimensional numerical simulation.

図1に、印加した回転磁場の坩堝端での引き上げ軸方向の分布を示す。   FIG. 1 shows the distribution of the applied rotating magnetic field in the pulling axis direction at the crucible end.

図1には3通りの磁場分布が示されている。即ち、深さ方向に均一な所定強度(後記する最大強度と同強度)の磁場、最表面に最大強度を持ち、強度が最大強度の50%となる位置が表面から10mm(0.07H)となる磁場、及び最大強度が表面から深さ5mm(0.03H)であり、強度が最大強度の50%となる位置が深さ15mm(0.1H)となる磁場の分布である。   FIG. 1 shows three magnetic field distributions. That is, a magnetic field having a uniform predetermined intensity in the depth direction (the same intensity as the maximum intensity described later), the maximum intensity on the outermost surface, and the position where the intensity is 50% of the maximum intensity is 10 mm (0.07H) from the surface. And a magnetic field distribution where the maximum intensity is 5 mm (0.03H) from the surface and the position where the intensity is 50% of the maximum intensity is 15 mm (0.1H).

図2は、結晶回転10rpm、坩堝回転6rpm、結晶回転と坩堝回転が同方向であり、回転磁場の回転がそれらと反対方向である場合における融液流れを示す図である。融液全体に均一な磁場がかかった場合(図2A)と同等の流れが、表面に局在したいずれの磁場の場合でもできていることが認められる。(図2B、C)
このことから、本発明では、表面近傍に磁場を印加することで、融液に均一な磁場を印加した時と同等に、不純物分布が均一になることが予測される。
FIG. 2 is a diagram showing the melt flow when the crystal rotation is 10 rpm, the crucible rotation is 6 rpm, the crystal rotation and the crucible rotation are in the same direction, and the rotation of the rotating magnetic field is in the opposite direction. It can be seen that a flow equivalent to the case where a uniform magnetic field is applied to the entire melt (FIG. 2A) is formed in any magnetic field localized on the surface. (Fig. 2B, C)
From this, in the present invention, it is predicted that by applying a magnetic field near the surface, the impurity distribution becomes uniform as when a uniform magnetic field is applied to the melt.

次に以下のような条件で詳細な数値シミュレーションを行い、本発明の効果を調べた。結晶直径は300mm、坩堝直径は28インチ(711mm)である。原料の多結晶シリコン量は350kgであり、融液溶解時の融液表面の高さは坩堝底から420mmである。回転磁場の発生装置のコアの引き上げ軸方向の厚みは100mm、コアの内側直径は1200mm、外径は1800mmである。このコアの上端が融液表面と同じレベルになるように設置した。このとき融液内での磁場が最大となる位置はコアの中心と同じレベルであり、融液表面から50mmの位置となる。また、磁場強度が最大強度の50%となる位置は、引き上げ機のチャンバーなどの影響も含めて考慮して計算した結果、融液表面から200mmとなった。坩堝回転は4rpm、結晶回転は坩堝と同方向に6rpmであり、25Hzの回転磁場を坩堝回転とは逆方向に印加し、融液に誘起される回転方向の力が最大6N/mとなるように電流を調整した。 Next, detailed numerical simulation was performed under the following conditions to investigate the effect of the present invention. The crystal diameter is 300 mm and the crucible diameter is 28 inches (711 mm). The amount of raw material polycrystalline silicon is 350 kg, and the height of the melt surface when the melt is melted is 420 mm from the bottom of the crucible. The thickness of the core of the rotating magnetic field generator in the pulling-up axis direction is 100 mm, the inner diameter of the core is 1200 mm, and the outer diameter is 1800 mm. The core was installed so that the upper end of the core was at the same level as the melt surface. At this time, the position where the magnetic field in the melt is maximized is at the same level as the center of the core, and is 50 mm from the melt surface. Further, the position where the magnetic field strength is 50% of the maximum strength is 200 mm from the melt surface as a result of calculation including the influence of the chamber of the pulling machine. The rotation of the crucible is 4 rpm, the rotation of the crystal is 6 rpm in the same direction as the crucible, and a rotating magnetic field of 25 Hz is applied in the opposite direction to the rotation of the crucible, and the force in the rotation direction induced by the melt is 6 N / m 3 at the maximum. The current was adjusted as follows.

この条件で3次元の融液流動解析を行った。用いたソフトは、Semiconductor Technology Research社製CG−SIMであり、結晶の凝固による固液界面の変動、引き上げ機内に流すガスの影響なども考慮した計算を行った。図3は融液の流れを縦断面で見た結果であり、図4は上方から見た結果である。坩堝全体に大変整った流れを作ることができている。また、図5には融液表面でのインゴットの端部から坩堝壁までの温度勾配分布を示す。回転磁場を用いた場合、図4で示されているように、坩堝壁からインゴット下部にもぐりこむ安定した流れができているため、インゴットの端部で高い温度勾配が得られており、このため高速な結晶成長が可能であると考えられる。   Under these conditions, a three-dimensional melt flow analysis was performed. The software used was a CG-SIM manufactured by Semiconductor Technology Research, and calculations were performed in consideration of the fluctuation of the solid-liquid interface due to the solidification of crystals and the influence of the gas flowing in the pulling machine. FIG. 3 shows the result of viewing the melt flow in a longitudinal section, and FIG. 4 shows the result seen from above. A very well-organized flow can be created throughout the crucible. FIG. 5 shows the temperature gradient distribution from the end of the ingot to the crucible wall on the melt surface. When a rotating magnetic field is used, as shown in FIG. 4, a stable flow is drawn from the crucible wall to the lower part of the ingot, so that a high temperature gradient is obtained at the end of the ingot. It is considered that crystal growth is possible.

一方、回転磁場を使わなかった場合には図6に示すような複雑な流れとなり、また結晶端での温度勾配も小さいため、結晶成長は不純物分布が均一でなく、かつ低速となることがわかった。   On the other hand, when a rotating magnetic field is not used, the flow is complicated as shown in FIG. 6 and the temperature gradient at the crystal edge is small, so that the crystal growth is not uniform and the speed is low. It was.

(実施例2)
次に、本発明にかかる製造装置に関して一例を示す。図7は、本発明に係るシリコン単結晶の製造装置の一例を示す概略図である。また、図8は、図7に示す製造装置1における石英坩堝4aと回転磁場装置6との位置関係及び構造を概念的に示す斜視図である。さらに、図9は一般的な坩堝の形状と融液深さHとの関係を示す概略図である。
(Example 2)
Next, an example is shown regarding the manufacturing apparatus concerning this invention. FIG. 7 is a schematic view showing an example of an apparatus for producing a silicon single crystal according to the present invention. FIG. 8 is a perspective view conceptually showing the positional relationship and structure between the quartz crucible 4a and the rotating magnetic field device 6 in the manufacturing apparatus 1 shown in FIG. Further, FIG. 9 is a schematic view showing the relationship between the shape of a general crucible and the melt depth H.

この製造装置1は、引上炉2と、引上炉2の底部中央を貫通して設けられた坩堝支持軸3と、坩堝支持軸3の上端部に保持された黒鉛坩堝4bと、黒鉛坩堝4b内に装填された石英坩堝4aと、坩堝4a、4bとその周辺を周囲から加熱するべく引上炉2内に配置されたヒータ5と、坩堝4a、4b(4a、4bとを合わせて坩堝4とする)およびヒータ5を同心円状に囲むようにして引上炉2の外部に設けられた回転磁場装置6と、坩堝支持軸3を昇降及び回転させる坩堝支持軸駆動機構7と、種結晶8を保持するシードチャック9と、シードチャック9を釣支する引上ワイヤ10と、ワイヤ巻取り巻き出し機構11と、図示しない回転磁場装置昇降機構と、制御装置13と、を備えている。制御装置13は、回転磁場装置6、坩堝支持軸駆動機構7、ワイヤ巻取り巻きだし機構11、回転磁場装置昇降機構、図示しないヒータ電源、およびガス供給・排出機構の動作を制御する。   The manufacturing apparatus 1 includes a pulling furnace 2, a crucible support shaft 3 provided through the center of the bottom of the pulling furnace 2, a graphite crucible 4 b held at the upper end of the crucible support shaft 3, and a graphite crucible The quartz crucible 4a loaded in 4b, the heater 5 arranged in the pulling furnace 2 to heat the crucibles 4a, 4b and their surroundings from the surroundings, and the crucibles 4a, 4b (4a, 4b together) 4) and a rotating magnetic field device 6 provided outside the pulling furnace 2 so as to surround the heater 5 concentrically, a crucible support shaft drive mechanism 7 for moving the crucible support shaft 3 up and down, and a seed crystal 8 A holding seed chuck 9, a pulling wire 10 that supports the seed chuck 9, a wire winding / unwinding mechanism 11, a rotating magnetic field device lifting / lowering mechanism (not shown), and a control device 13 are provided. The control device 13 controls operations of the rotating magnetic field device 6, the crucible support shaft driving mechanism 7, the wire winding / unwinding mechanism 11, the rotating magnetic field device lifting / lowering mechanism, the heater power supply (not shown), and the gas supply / discharge mechanism.

この製造装置1を用いて単結晶棒を育成する際には、引上ワイヤ10の先端にあるシードチャック9の先端に取り付けられた種結晶8を、ワイヤ巻取り巻出し機構11によりワイヤを巻き出してその先端を原料融液15に接融させ、その後、種結晶9と原料融液を満たした坩堝4とを回転させながらワイヤ10を静かに巻き取ることにより、種結晶の下方に単結晶12を形成する。   When a single crystal rod is grown using the manufacturing apparatus 1, the seed crystal 8 attached to the tip of the seed chuck 9 at the tip of the pulling wire 10 is wound by the wire winding / unwinding mechanism 11. The tip is brought into contact with the raw material melt 15, and then the wire 10 is gently wound while rotating the seed crystal 9 and the crucible 4 filled with the raw material melt, so that a single crystal is formed below the seed crystal. 12 is formed.

この製造装置1では、図8に示すように、融液の深さをHとしたときに、当該回転磁場装置6のコアの中心位置が、融液の表面から深さ0.1Hになるように坩堝4の高さが制御装置13によって制御される。つまり、引き上げ開始時は、引き上げ開始時の融液の深さをHとして、回転磁場装置6のコアの中心は融液表面から0.1Hに位置するように坩堝4と回転磁場装置6の相対位置が、制御装置13によって調節されている。 In the manufacturing apparatus 1, as shown in FIG. 8, when the melt depth is H, the center position of the core of the rotating magnetic field apparatus 6 is 0.1 H from the melt surface. The height of the crucible 4 is controlled by the control device 13. In other words, pulling at the start, as H 0 the depth of the melt at the pulling start, the center of the core of the rotating field apparatus 6 and the crucible 4 to be positioned from the melt surface 0.1H 0 rotational magnetic field apparatus 6 Is adjusted by the control device 13.

単結晶インゴットの育成が進むにつれて、融液の表面は低下する。たとえば、融液の表面が0.02H減少することによって、回転磁場装置6のコアの中心の位置が融液表面から0.08Hの位置になったとする。この時、製造装置1では、融液表面を一定の位置とするため、坩堝4が0.02H上昇する。さらに、このときの融液深さHは0.98Hとなるため、コア中心の位置は、融液表面から0.098H(=0.1H)となるように、回転磁場装置6が0.002Hだけ上昇する。この様に、この製造装置1では、単結晶育成、特に直胴部の形成中は常に、回転磁場装置6により印加される磁場の融液内の最大強度位置が0.1Hにあるように、坩堝4及び回転磁場装置6の高さが制御される。このため、回転磁場の有効利用が可能となる。なお、本例では融液深さHと回転磁場装置6のコア中心位置との比が常に0.1となるように設定したが、この値は0.3以内の範囲で変動するようにしても良い。 As the growth of the single crystal ingot proceeds, the surface of the melt decreases. For example, it is assumed that the position of the center of the core of the rotating magnetic field device 6 becomes 0.08H 0 from the surface of the melt by reducing the surface of the melt by 0.02H 0 . At this time, in the manufacturing apparatus 1, the crucible 4 is raised by 0.02H 0 in order to keep the melt surface at a certain position. Further, since the melt depth H at this time is 0.98H 0 , the rotating magnetic field device 6 is 0 so that the position of the core center is 0.098H 0 (= 0.1H) from the melt surface. Ascending by .002H 0 . In this way, in this manufacturing apparatus 1, during the growth of a single crystal, particularly during the formation of the straight body portion, the maximum intensity position in the melt of the magnetic field applied by the rotating magnetic field apparatus 6 is always 0.1H. The heights of the crucible 4 and the rotating magnetic field device 6 are controlled. For this reason, the rotating magnetic field can be effectively used. In this example, the ratio between the melt depth H and the core center position of the rotating magnetic field device 6 is set to be always 0.1, but this value should be varied within 0.3. Also good.

次に、上で説明した装置に用いられる回転磁場装置6に関して説明する。図10は、回転磁場装置の構造を例示する構成図である。   Next, the rotating magnetic field apparatus 6 used in the apparatus described above will be described. FIG. 10 is a configuration diagram illustrating the structure of the rotating magnetic field device.

回転磁場装置6は坩堝4を包囲するようにして同心円状に固定して配置されている。回転磁場装置6は、図7に示すように、略円筒状の電磁石コア21を有し、コア21の内周面に、放射状に外周面に向うスロットが周方向に24個、等ピッチで形成されている。コア21は、内歯付平板リング形の薄電磁鋼板を積層したものである。コア21の外周縁には縦断面が「コ」の字型である略リング型の銅製の巻芯22が装着されており、電気コイルC1〜C24がコア21の各スロットに案内され、さらに巻芯22の外側面を巻き回されて、コア21に胴巻きされている。(コイルNo.は、C1から時計廻りに順にC24までである。)なお、コア21,巻芯22および電気コイルC1〜C24はステンレス製のカバ−23で被覆されている。コア21の各スロット間の歯が磁極でありその端面が、炉壁および黒鉛坩堝4bを介して石英坩堝4aの外周面に対向している。なお、この例では、コアの引き上げ軸方向の幅が0.2Hとなるように設計されている。 The rotating magnetic field device 6 is arranged concentrically so as to surround the crucible 4. As shown in FIG. 7, the rotating magnetic field device 6 has a substantially cylindrical electromagnet core 21, and 24 slots radially extending toward the outer peripheral surface are formed on the inner peripheral surface of the core 21 at equal pitches in the circumferential direction. Has been. The core 21 is formed by laminating thin electromagnetic steel plates having a flat ring shape with internal teeth. A substantially ring-shaped copper winding core 22 having a vertical “U” shape is attached to the outer peripheral edge of the core 21, and the electric coils C <b> 1 to C <b> 24 are guided to the slots of the core 21 and further wound. The outer surface of the core 22 is wound around and wound around the core 21. (Coil No. is from C1 to C24 in the clockwise direction.) The core 21, the winding core 22, and the electric coils C1 to C24 are covered with a stainless steel cover 23. The teeth between the slots of the core 21 are magnetic poles, and the end faces thereof are opposed to the outer peripheral surface of the quartz crucible 4a through the furnace wall and the graphite crucible 4b. In this example, the width of the pulling axis direction of the core is designed to be 0.2 H 0.

各電気コイルC1〜C24の内には、電源端子TU〜TWを介して所定周波数の3相交流電圧を発生する高周波電源回路25(以下、電源回路25)が接続されている。   In each of the electric coils C1 to C24, a high frequency power supply circuit 25 (hereinafter referred to as a power supply circuit 25) that generates a three-phase AC voltage having a predetermined frequency is connected via power supply terminals TU to TW.

電源回路25は、制御回路26に接続されている。制御回路26は、制御装置13より入力される周波指示値fに対応した周波数指令値F及び指示電流値iに対応したコイル電圧指令値Vdcを電源回路25に与え、電源回路25は、周波数指令値Fで指示された周波数の3相交流電圧をコイル電圧指令値Vdcに対応した電圧値で電源端子TU〜TWを介して電気コイルC1〜C24の電気コイルに与える。   The power supply circuit 25 is connected to the control circuit 26. The control circuit 26 gives a frequency command value F corresponding to the frequency command value f input from the control device 13 and a coil voltage command value Vdc corresponding to the command current value i to the power circuit 25. The power circuit 25 A three-phase AC voltage having a frequency indicated by the value F is applied to the electric coils C1 to C24 through power supply terminals TU to TW at a voltage value corresponding to the coil voltage command value Vdc.

このようにして単結晶引き上げ軸方向に垂直な面内に回転する所定周波数、所定強度を有する磁場が融液に印加されることとなる。   In this way, a magnetic field having a predetermined frequency and a predetermined intensity rotating in a plane perpendicular to the single crystal pulling axis direction is applied to the melt.

なお、上記の説明では、一つの制御装置13が、回転磁場装置6、坩堝支持軸駆動機構7、ワイヤ巻取り機能11、ヒータ電源、およびガス供給・排出機構のすべての動作を制御する構成としたが、それぞれの制御対象ごとに制御装置を設けてもよいことは言うまでもない。   In the above description, one control device 13 controls all the operations of the rotating magnetic field device 6, the crucible support shaft drive mechanism 7, the wire winding function 11, the heater power supply, and the gas supply / discharge mechanism. However, it goes without saying that a control device may be provided for each control target.

また、回転磁場装置6の構造やスロット数、コイル数、制御方法なども本実施例の構成に制限されるものではない。   Further, the structure, the number of slots, the number of coils, the control method, and the like of the rotating magnetic field device 6 are not limited to the configuration of this embodiment.

図1は、本発明において、印加した回転磁場の坩堝端からの引き上げ軸方向の分布を示す図である。図1において、実線は最表面に最大強度を持ち、かつ最大強度の50%となる位置が表面から10mm(0.07H)となる磁場、一点鎖線は最大強度が表面から深さ5mm(0.03H)であり、かつ最大強度が50%となる位置が深さ15mm(0.1H)となる磁場の分布を示す。また、破線は、深さ方向に均一な所定強度の磁場の分布を示す。FIG. 1 is a diagram showing the distribution of the applied rotating magnetic field in the pulling axis direction from the crucible end in the present invention. In FIG. 1, the solid line has the maximum intensity on the outermost surface, and the position where 50% of the maximum intensity is 10 mm (0.07 H) from the surface, and the alternate long and short dash line has the maximum intensity of 5 mm (0. The distribution of the magnetic field is such that the position where the maximum intensity is 50% and the depth where the maximum intensity is 50% is 15 mm (0.1 H). A broken line indicates a distribution of a magnetic field having a predetermined intensity that is uniform in the depth direction. 図2は、本発明において、結晶回転10rpm、坩堝回転6rpm、結晶回転と坩堝回転が同方向であり、回転磁場の回転がそれらと反対方向である場合における融液流れを示す図(坩堝中心を含む垂直面での断面図)である。図2Aは、図1Bにおける破線の磁場がかかった場合、図2Bは、図1Bにおける実線が示す磁場がかかった合、図2Cは、図1Bにおける一点鎖線が示す磁場がかかった場合を示す。FIG. 2 is a diagram showing the melt flow in the present invention when the crystal rotation is 10 rpm, the crucible rotation is 6 rpm, the crystal rotation and the crucible rotation are in the same direction, and the rotation of the rotating magnetic field is in the opposite direction (center of the crucible). FIG. 2A shows a case where the magnetic field indicated by the broken line in FIG. 1B is applied, FIG. 2B shows a case where the magnetic field indicated by the solid line in FIG. 1B is applied, and FIG. 2C shows a case where the magnetic field indicated by the one-dot chain line in FIG. 図3は、本発明において、詳細に融液流れをシュミレーションした結果を示す図(断面図)である。FIG. 3 is a diagram (cross-sectional view) showing the result of detailed simulation of the melt flow in the present invention. 図4は、図3の融液流れを上方から見た図である。FIG. 4 is a view of the melt flow of FIG. 3 as viewed from above. 図5は、融液表面でのインゴットの端部から坩堝壁までの温度勾配分布を示す。図中、Tは温度(K)、Rは径方向の長さ(cm)を表す。また、●は回転磁場(RMF)を印加しない場合であり、○は表面近傍に回転磁場を印加した場合を表す。FIG. 5 shows the temperature gradient distribution from the end of the ingot to the crucible wall on the melt surface. In the figure, T represents temperature (K), and R represents radial length (cm). Further, ● represents a case where no rotating magnetic field (RMF) was applied, and ○ represents a case where a rotating magnetic field was applied near the surface. 図6は、比較例として回転磁場を印加しない場合の融液流れを示す図(断面図)である。FIG. 6 is a diagram (cross-sectional view) showing a melt flow when a rotating magnetic field is not applied as a comparative example. 図7は、本発明に係るシリコン単結晶の製造装置の一例を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic view showing an example of an apparatus for producing a silicon single crystal according to the present invention. 図8は、図7に示す製造装置1における石英坩堝4aと回転磁場装置6との位置関係及び構造を概念的に示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view conceptually showing the positional relationship and structure between the quartz crucible 4a and the rotating magnetic field device 6 in the manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 図9は、一般的な坩堝形状と融液深さを説明する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a general crucible shape and melt depth. 図10は、回転磁場装置の構造を例示する構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram illustrating the structure of the rotating magnetic field device.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン単結晶製造装置
2 育成炉
3 坩堝支持軸
4 坩堝
4a 石英坩堝
4b 黒鉛坩堝
5 ヒータ
6 回転磁場装置
7 坩堝支持軸駆動機構
8 種結晶
9 シードチャック
10 引き上げワイヤ
11 ワイヤ巻取り巻き出し機構
12 シリコン単結晶インゴット
13 制御装置
15 シリコン融液
21 電磁石コア
22 巻芯
23 ステンレス製のカバー
25 電源回路
26 制御回路
C コイル
H 融液深さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon single crystal manufacturing apparatus 2 Growth furnace 3 Crucible support shaft 4 Crucible 4a Quartz crucible 4b Graphite crucible 5 Heater 6 Rotating magnetic field device 7 Crucible support shaft drive mechanism 8 Seed crystal 9 Seed chuck 10 Pulling wire 11 Wire unwinding and unwinding mechanism 12 Silicon Single crystal ingot 13 Controller 15 Silicon melt 21 Electromagnetic core 22 Winding core 23 Stainless steel cover 25 Power supply circuit 26 Control circuit C Coil H Melt depth

Claims (8)

チョクラルスキ法によりシリコン単結晶を製造する装置において、
シリコン融液を収容した坩堝と、
シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内に回転する回転磁場を印加する回転磁場装置と、
シリコン融液の深さをHとしたときに、前記回転磁場装置の発生する磁場がシリコン融液内で最大強度となる位置を、融液の表面から深さ0.3H以内に存在させるべく、前記回転磁場装置と前記坩堝の引き上げ軸方向の相対位置を調節する制御装置とを備えたことを特徴とする、シリコン単結晶の製造装置。
In an apparatus for producing a silicon single crystal by the Czochralski method,
A crucible containing a silicon melt;
A rotating magnetic field device that applies a rotating magnetic field that rotates in a plane perpendicular to the pulling direction of the silicon single crystal;
In order to make the position where the magnetic field generated by the rotating magnetic field device has the maximum intensity in the silicon melt within a depth of 0.3 H from the surface of the melt when the depth of the silicon melt is H, An apparatus for producing a silicon single crystal, comprising: the rotating magnetic field device; and a control device for adjusting a relative position of the crucible in the pulling-up axis direction.
前記制御装置は、前記坩堝の内壁とシリコン融液との界面における回転磁場の引き上げ軸方向の強度分布において、当該強度が100〜50%となる領域を、前記シリコン融液の表面から深さ0.5H以内に存在させるべく、前記回転磁場装置と前記坩堝の引き上げ軸方向の相対位置を調節することを特徴とする、請求項1記載の製造装置。   In the intensity distribution in the pulling-axis direction of the rotating magnetic field at the interface between the inner wall of the crucible and the silicon melt, the control device has a depth of 0 to 50% from the surface of the silicon melt. The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the relative position of the rotating magnetic field device and the crucible in the pulling axis direction is adjusted so as to exist within 5 H. 前記回転磁場装置のコアの引き上げ軸方向の幅が、引き上げ開始時のシリコン融液の深さをHとして、0.3H以下であり、かつ、当該コアの中心の位置が融液表面から深さ0.3H以内にあることを特徴とする、請求項1又は2いずれかに記載の製造装置。 The width of the pulling axis direction of the core of the rotating magnetic field device, the depth of the silicon melt during pulling start as H 0, and the 0.3H 0 or less, and, from the position of the center of the core melt surface The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the manufacturing apparatus is within a depth of 0.3H. 前記回転磁場は、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内における回転の向きと回転周波数と磁場強度のうち、少なくとも回転周波数が異なる複数の回転磁場であることを特徴とする、請求項1〜3いずれかに記載の製造装置。   The rotation magnetic field is a plurality of rotation magnetic fields having at least different rotation frequencies among a rotation direction, a rotation frequency, and a magnetic field intensity in a plane perpendicular to a pulling direction of the silicon single crystal. The manufacturing apparatus in any one of 1-3. チョクラルスキ法によるシリコン単結晶の製造方法において、
坩堝に収容されたシリコン融液に、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内に回転する回転磁場を印加しながら単結晶の引き上げを行い、
シリコン融液の深さをHとしたときに、前記回転磁場装置の発生する磁場がシリコン融液内で最大強度となる位置が、融液表面から深さ0.3H以内に存在するように制御されることを特徴とする、シリコン単結晶の製造方法。
In the method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method,
Pulling up the single crystal while applying a rotating magnetic field that rotates in a plane perpendicular to the pulling direction of the silicon single crystal to the silicon melt contained in the crucible,
When the depth of the silicon melt is H, the position where the magnetic field generated by the rotating magnetic field device has the maximum intensity in the silicon melt is controlled to be within a depth of 0.3 H from the melt surface. A method for producing a silicon single crystal, wherein:
前記坩堝の内壁とシリコン融液との界面における回転磁場の引き上げ軸方向の強度分布において、当該強度が100〜50%となる領域が、前記シリコン融液の表面から0.5H以内に存在するように制御されることを特徴とする、請求項5記載の製造方法。   In the intensity distribution in the axial direction of the rotating magnetic field at the interface between the inner wall of the crucible and the silicon melt, a region where the intensity is 100% to 50% is present within 0.5 H from the surface of the silicon melt. The manufacturing method according to claim 5, wherein the manufacturing method is controlled by: 前記回転磁場は、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内における回転の向きと回転周波数と磁場強度のうち、少なくとも回転周波数が異なる複数の回転磁場であることを特徴とする、請求項5又は6記載の製造方法。   The rotation magnetic field is a plurality of rotation magnetic fields having at least different rotation frequencies among a rotation direction, a rotation frequency, and a magnetic field intensity in a plane perpendicular to a pulling direction of the silicon single crystal. The manufacturing method of 5 or 6. 前記坩堝及びシリコン単結晶の回転の向きが前記回転磁場の回転の向きと反対であり、
前記坩堝の回転速度が1rpm〜12rpmであり、
かつ、前記シリコン単結晶の回転速度が0.1rpm〜20rpmであることを特徴とする、請求項5〜7いずれかに記載の製造方法。
The direction of rotation of the crucible and the silicon single crystal is opposite to the direction of rotation of the rotating magnetic field;
The rotational speed of the crucible is 1 rpm to 12 rpm,
And the rotational speed of the said silicon single crystal is 0.1 rpm-20 rpm, The manufacturing method in any one of Claims 5-7 characterized by the above-mentioned.
JP2006352731A 2006-12-27 2006-12-27 Apparatus and method for manufacturing silicon single crystal Withdrawn JP2008162829A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006352731A JP2008162829A (en) 2006-12-27 2006-12-27 Apparatus and method for manufacturing silicon single crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006352731A JP2008162829A (en) 2006-12-27 2006-12-27 Apparatus and method for manufacturing silicon single crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008162829A true JP2008162829A (en) 2008-07-17

Family

ID=39692802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006352731A Withdrawn JP2008162829A (en) 2006-12-27 2006-12-27 Apparatus and method for manufacturing silicon single crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008162829A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010215460A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Sumco Corp Defect analysis method of silicon single crystal

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010215460A (en) * 2009-03-17 2010-09-30 Sumco Corp Defect analysis method of silicon single crystal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4095975B2 (en) Method and apparatus for producing silicon single crystal, silicon single crystal and semiconductor wafer cut from the same
KR101304444B1 (en) Apparatus for manufacturing semiconductor single crystal ingot using magnetic field and Method thereof
KR100798594B1 (en) Method of lifting silicon single crystal
KR100881172B1 (en) Magnetic field application method of pulling silicon single crystal
JP4919343B2 (en) Single crystal pulling device
JP2010100474A (en) Method for optimizing horizontal magnetic field in pulling-up silicon single crystal, and method for manufacturing silicon single crystal
KR101000326B1 (en) Apparatus for pulling silicon single crystal
JP4209325B2 (en) Single crystal semiconductor manufacturing apparatus and manufacturing method
JP5782323B2 (en) Single crystal pulling method
JP3086850B2 (en) Method and apparatus for growing single crystal
EP1908861A1 (en) Silicon single crystal pulling apparatus and method thereof
KR100523405B1 (en) Method of Pulling up Single Crystal Silicon by Applying a Magnetic Field
JP2010030867A (en) Method for growing silicon single crystal
JP2008162829A (en) Apparatus and method for manufacturing silicon single crystal
JP2567539B2 (en) FZ method silicon single crystal ingot growth method and apparatus
JP2009057232A (en) Silicon single crystal growing method and its apparatus
JP2000247787A (en) Method and apparatus for producing single crystal
JP2007022901A (en) Apparatus and method for manufacturing silicon single crystal
JP2008162827A (en) Apparatus and method for manufacturing silicon single crystal
JPH10287488A (en) Pulling up of single crystal
JP2005145724A (en) Method for manufacturing silicon single crystal and silicon single crystal
JP5454625B2 (en) Silicon single crystal wafer obtained from ingot pulled by silicon single crystal pulling method
JP5056603B2 (en) Silicon single crystal pulling method and silicon single crystal wafer obtained from ingot pulled by the method
JP2008019129A (en) Apparatus for producing single crystal, method for producing single crystal, and single crystal
JP2010030860A (en) Method for growing silicon single crystal

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091030

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20101227

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20101228

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20111024

A521 Written amendment

Effective date: 20111116

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Effective date: 20111116

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20120312