JP2009184917A - Apparatus for preventing contamination of silicon melt - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱遮蔽体からシリコン融液への塵の落下によってシリコン融液が汚染されることを防止するシリコン融液の汚染防止装置に関する。 The present invention relates to a silicon melt contamination prevention device for preventing silicon melt from being contaminated by the fall of dust from a heat shield to the silicon melt.
図1は単結晶シリコン引き上げ装置の模式図である。
単結晶引き上げ装置10の炉体1の内部には、炉体1の内壁面の内側に配置され炉体内外の熱伝達を遮断する断熱材2と、多結晶シリコンのようなシリコン材料を保持しこのシリコン原料溶解後のシリコン融液を貯留するルツボ3と、ルツボ3を囲繞するように配置されルツボ3を介してシリコン材料を熱するヒータ4と、単結晶シリコン8の引き上げ経路を囲繞するようにルツボ3の上方に配置される熱遮蔽体5と、が設けられる。
FIG. 1 is a schematic view of a single crystal silicon pulling apparatus.
Inside the furnace body 1 of the single crystal pulling apparatus 10, a heat insulating material 2 disposed inside the inner wall surface of the furnace body 1 to block heat transfer outside the furnace body and a silicon material such as polycrystalline silicon are held. The
また単結晶シリコン8の引き上げ経路を囲繞するようにルツボ3の上方に冷却コイル6が設けられる場合もある。冷却コイル6は、冷却水が流れる管路が螺旋状に巻回されて形成されており、全体の形状が筒状である。冷却コイル6は結晶の引き上げ経路が螺旋の内側に位置するようにルツボ3の上方に配置される。冷却コイル6によって単結晶シリコン8の冷却速度が速められると、単結晶シリコン8に含まれる空孔状の欠陥所謂COPのサイズが小さくなるため結晶品質が向上する。また単結晶シリコン8の製造サイクルが早まるため製造効率が向上する。なお単結晶シリコン8の酸素析出物を制御する場合や酸化膜耐圧を改善する場合があり、冷却コイル6の位置とほぼ同位置に冷却コイルではなく筒状の加熱ヒータやパージチューブが設けられることもある。
Further, the
ここで単結晶引き上げ装置10を用いた単結晶シリコン製造処理の手順を簡単に説明する。ルツボ3にシリコン材料を投入しヒータ4を起動する。するとシリコン材料が加熱され溶解しシリコン融液が生成される。生成されたシリコン融液にシリコンの種結晶を浸漬する。この種結晶を引き上げると種結晶の回りには単結晶シリコン8が育成される。単結晶シリコン8の引き上げの際には引き上げ速度や熱遮蔽体5の位置等を調整する。さらに冷却コイル6の管路に冷却水を流して単結晶シリコン8を強制的に冷却する。
Here, the procedure of the single crystal silicon manufacturing process using the single crystal pulling apparatus 10 will be briefly described. Silicon material is put into the
単結晶シリコン8の育成時には炉体1内の上方からArガスが供給される。図5は一般的な炉体内のガス流を示す図である。図5(a)では単結晶シリコンの育成初期のガス流が示されており、図5(b)では単結晶シリコンの育成初期後のガス流が示されている。
Ar gas is supplied from above in the furnace body 1 when the
図5(a)で示されるように、単結晶シリコン8の育成初期は、炉体1内の上方から供給されるArガスが冷却コイル6の内側を通過してシリコン融液近傍まで下降する。さらにルツボ3とヒータ4の間隙を下降し、炉体1の下部に設けられたガス排出口1aから炉体1の外部に流出する。また炉体1内の上方から供給されるArガスの一部は冷却コイル6の内側を通過した後に、冷却コイル6の下端6aと熱遮蔽体5の間隙を通過して冷却コイル6と熱遮蔽体5の間隙を上昇し、炉体1の上方から供給されるArガスと合流する。
As shown in FIG. 5A, at the initial stage of growth of the
図5(b)で示されるように、単結晶シリコン8の育成初期後は、炉体1内の上方から供給されるArガスの一部が冷却コイル6の内側すなわち冷却コイル6と単結晶シリコン8の間隙を通過してシリコン融液近傍まで下降する。さらにルツボ3とヒータ4の間隙を下降し、炉体1の下部に設けられたガス排出口1aから炉体1の外部に流出する。また炉体1内の上方から供給されるArガスの一部は冷却コイル6と熱遮蔽体5の間隙を下降して冷却コイル6の下端6aと熱遮蔽体5の間隙を通過し、冷却コイル6の内側を通過してきたArガスと合流する。
As shown in FIG. 5B, after the initial growth of the
図5(a)、(b)で示されるように、単結晶シリコン8の育成初期とその後とでは冷却コイル6の下端6aと熱遮蔽体5の間隙を流れるArガスの進行方向が変化する。このとき流速の変化量が大きいと熱遮蔽体5に付着する塵が剥離する場合がある。剥離した塵は熱遮蔽体5に沿って落ち、シリコン融液に落下する。
また炉体1の上部に付着する塵が落下する場合もある。塵は熱遮蔽体5に落下し、熱遮蔽体5に沿って落ち、シリコン融液に落下する。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the traveling direction of Ar gas flowing through the gap between the
Moreover, the dust adhering to the upper part of the furnace body 1 may fall. The dust falls on the
シリコン融液に塵が落下するとシリコン融液が汚染されることになる。特にシリコン融液中の塵が育成される結晶に取り込まれると結晶の単結晶化が阻害され、単結晶シリコンの品質が低下するといった問題が生ずる。したがってシリコン融液への塵の落下を防止する必要がある。 When dust falls on the silicon melt, the silicon melt is contaminated. In particular, when dust in the silicon melt is taken into the crystal to be grown, there is a problem that the single crystallization of the crystal is hindered and the quality of the single crystal silicon is lowered. Therefore, it is necessary to prevent the dust from falling into the silicon melt.
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、シリコン融液への塵の落下を低減し、単結晶シリコンの品質低下を防止することを解決課題とするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to reduce the fall of dust into the silicon melt and prevent the deterioration of the quality of single crystal silicon.
本発明は、
単結晶シリコンの引き上げ経路を囲繞する熱遮蔽体からシリコン融液への塵の落下を防止するシリコン融液の汚染防止装置において、
熱遮蔽体は、下方の開口よりも上方の開口が大きく、上方の開口と下方の開口の間にあって単結晶シリコンの引き上げ経路側に向く斜面を有し、この斜面に高低差が0.5〜10.0mm程度の凹凸を有すること
を特徴とする。
The present invention
In the silicon melt contamination prevention device for preventing dust from falling from the heat shield surrounding the single crystal silicon pulling path to the silicon melt,
The thermal shield has an upper opening larger than the lower opening, and has a slope between the upper opening and the lower opening and facing the pulling path side of the single crystal silicon. It has unevenness of about 10.0 mm.
熱遮蔽体上の塵は、熱遮蔽体表面の凹凸部分に留められシリコン融液に落下しない。凹凸の高低差が大きすぎると熱遮蔽体自体の大型化を招き、小さすぎると塵を留める役割を果たさない。したがって0.5〜10.0mm程度が適切である。 The dust on the heat shield is retained by the uneven portions on the surface of the heat shield and does not fall into the silicon melt. If the height difference of the unevenness is too large, the heat shield itself will be enlarged, and if it is too small, it will not play a role to keep dust. Therefore, about 0.5 to 10.0 mm is appropriate.
本発明によれば、炉体内上部から熱遮蔽体に落下する塵及び熱遮蔽体上の塵を熱遮蔽体に留めることができる。よって熱遮蔽体からシリコン融液への塵の落下が低減され、単結晶シリコンの品質低下が防止される。 According to the present invention, dust falling on the heat shield from the upper part of the furnace body and dust on the heat shield can be retained on the heat shield. Therefore, the fall of the dust from the heat shield to the silicon melt is reduced, and the deterioration of the quality of the single crystal silicon is prevented.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施例1は冷却コイルの下端と熱遮蔽体の間隙を通過するガス流の制御に関し、実施例2、3は熱遮蔽体の形状に関する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Example 1 relates to control of the gas flow passing through the gap between the lower end of the cooling coil and the heat shield, and Examples 2 and 3 relate to the shape of the heat shield.
本実施形態の装置構成は図1で示される単結晶引き上げ装置10と同じであるが、熱遮蔽体5と冷却コイル6と単結晶シリコン8の引き上げ経路の配置が後述する面積S1、S2を基にして決定されているという点で異なる。
The apparatus configuration of the present embodiment is the same as that of the single crystal pulling apparatus 10 shown in FIG. 1, but the arrangement of the pulling paths of the
熱遮蔽体5と冷却コイル6と単結晶シリコン8の引き上げ経路の相対的な位置は、冷却コイル6の下端6aと熱遮蔽体5の間隙を通過するガスの流速が熱遮蔽体5から塵を剥離させない程度となるように調整される。その位置は、例えば単結晶引き上げ装置10の製造段階で、各構成要素のサイズ・形状に応じて後述する面積比S2/S1を求め決定される。
The relative position of the
また冷却コイル6と熱遮蔽体5のうちの少なくとも一方を昇降動作自在にし、冷却コイル6と熱遮蔽体5の相対的な位置を適宜変化させてもよい。この場合、冷却コイル6と熱遮蔽体5の昇降動作は図示しないコントローラで制御される。なお本実施形態では単結晶シリコン8の引き上げ経路を囲繞する筒状体を冷却コイル6として説明するが、冷却コイル6の代わりに加熱ヒータやパージチューブが設けられる場合にも本発明を適用することが可能である。
Further, at least one of the cooling
図2は本実施形態で用いる面積S1、S2を示す図である。
本実施形態では単結晶シリコン8の引き上げ経路と冷却コイル6と熱遮蔽体5の相対的な位置の調整を面積S1、S2という要素に基づいて行う。
FIG. 2 is a diagram showing the areas S1 and S2 used in the present embodiment.
In the present embodiment, the relative positions of the pulling path of the
単結晶シリコン8の側面と冷却コイル6の内壁面との間には環状空間21が形成される。環状空間21において、軸と直交する平面に含まれる断面部分の断面21aを図2(b)で示す。この断面21aの面積をS1とする。次に冷却コイル6が下方に延在する場合を想定する。このような場合に冷却コイル6の下方には筒状空間22が想定される。この筒状空間22において、冷却コイル6と熱遮蔽体5との間に形成される部分22aを図2(c)で示す。この部分22aの周面の面積をS2とする。
An annular space 21 is formed between the side surface of the
面積S1は引き上げる単結晶シリコン8の径と冷却コイル6の径に応じて決まる。面積S2は熱遮蔽体5の形状と冷却コイル6の径、また熱遮蔽体5及び冷却コイル6の位置に応じて決まる。ここで重要なのは面積S1、S2の値ではなく、その比S2/S1(又はS1/S2)である。
The area S1 is determined according to the diameter of the
表1に面積比S2/S1に関する本発明者の実験データを示す。表1は直径200mmの結晶を引き上げた場合のデータである。 Table 1 shows the inventor's experimental data regarding the area ratio S2 / S1. Table 1 shows data when a crystal having a diameter of 200 mm is pulled up.
シリコン融液中の塵は単結晶シリコンの品質に影響を及ぼす。具体的には塵は結晶の単結晶化を阻害する。シリコン融液中に塵が多いほど生成された結晶の単結晶化率は低くなり、逆に多結晶化率が高くなる。面積比S2/S1を1.15とした場合に生成された結晶は単結晶化率が低く、製品として許容できなかった。面積比S2/S1を1.15未満とした場合(1.01、0.8)に生成された結晶は単結晶化率が高い。本発明者は、面積比S2/S1を1.15とした場合に生成される結晶の単結晶化率が、製品として許容できるか否かの閾値であると考えている。よって面積比S2/S1が1.15未満となるように熱遮蔽体5と冷却コイル6と単結晶シリコン8の引き上げ経路の相対的な位置を調整すれば、製品として良好な結晶を生成することができる。
Dust in the silicon melt affects the quality of single crystal silicon. Specifically, dust inhibits single crystallization of crystals. The greater the amount of dust in the silicon melt, the lower the single crystallization rate of the generated crystal, and the higher the polycrystallization rate. Crystals produced when the area ratio S2 / S1 was 1.15 had a low rate of single crystallization and were not acceptable as a product. Crystals produced when the area ratio S2 / S1 is less than 1.15 (1.01, 0.8) have a high single crystallization rate. The present inventor believes that the single crystallization rate of crystals generated when the area ratio S2 / S1 is 1.15 is a threshold value as to whether or not the product is acceptable. Therefore, if the relative positions of the pulling paths of the
表1は直径200mmのデータであるが、他の径の結晶であっても同じ様な結果が得られる。 Table 1 shows data with a diameter of 200 mm, but similar results can be obtained with crystals of other diameters.
図3は本実施形態による炉体内のガス流を示す図である。図3(a)では単結晶シリコンの育成初期のガス流が示されており、図3(b)では単結晶シリコンの育成初期後のガス流が示されている。
単結晶シリコン引き上げ装置の炉体内上方からArガスを供給すると、Arガスは単結晶シリコン8の引き上げ経路に沿って下降する。図3で示されるように、面積比S2/S1が適当な値であると、冷却コイル6の下端6aと熱遮蔽体5の間隙を通過するガスの流速が小さくなる。冷却コイル6の下端6aと熱遮蔽体5の間隙を通過するArガスの流速が小さければArガスの進行方向の変化があっても流速の変化量は小さい。したがってArガスの進行方向の変化に起因する熱遮蔽体5からの塵の落下が抑制される。
FIG. 3 is a view showing a gas flow in the furnace according to the present embodiment. FIG. 3A shows a gas flow at the initial stage of single crystal silicon growth, and FIG. 3B shows a gas flow after the initial stage of single crystal silicon growth.
When Ar gas is supplied from above the furnace body of the single crystal silicon pulling apparatus, the Ar gas descends along the pulling path of the
本実施形態によれば、冷却コイルなどの筒状体の下端と熱遮蔽体の間隙を通過するArガスの流速を小さくすることができる。このためガス流の変化に起因する熱遮蔽体表面からの塵の剥離が低減される。よってシリコン融液への塵の落下が低減され、単結晶シリコンの品質低下が防止される。 According to the present embodiment, the flow rate of Ar gas passing through the gap between the lower end of a cylindrical body such as a cooling coil and the heat shield can be reduced. For this reason, the separation of dust from the surface of the heat shield due to the change of the gas flow is reduced. Therefore, the fall of the dust to a silicon melt is reduced, and the quality fall of a single crystal silicon is prevented.
図4は熱遮蔽体の断面の模式図である。
熱遮蔽体55において、単結晶シリコン58側の表面55aは凹凸状である。凹凸の高低差は熱遮蔽体55の表面55aに沿って落ちる塵を留められる程度である。具体的には、0.5〜10.0mm程度である。
FIG. 4 is a schematic view of a cross section of the heat shield.
In the
本実施形態によれば、炉体内上部から熱遮蔽体に落下する塵及び熱遮蔽体上の塵を熱遮蔽体に留めることができる。よって熱遮蔽体からシリコン融液への塵の落下が低減され、単結晶シリコンの品質低下が防止される。 According to this embodiment, dust falling on the heat shield from the upper part of the furnace body and dust on the heat shield can be retained on the heat shield. Therefore, the fall of the dust from the heat shield to the silicon melt is reduced, and the deterioration of the quality of the single crystal silicon is prevented.
ところで図6で示されるように、実際の冷却コイル6は単結晶シリコン8の引き上げ経路を略中心にして螺旋状に巻かれた冷却パイプ6bを有する。この冷却パイプ6bの内部には冷却媒体である冷却水が、図示しない冷却水供給機構から供給される。このように冷却パイプ6bを螺旋状にして筒状の冷却コイル6を形成した場合に、冷却コイル6の下端6aは平坦にならず、最大でパイプ1本分の高低差L1−L2が生じる。このため冷却コイル6の下端6aと熱遮蔽体5との間隙は場所によって異なることになり、ガス流れの速い箇所と遅い箇所が発生してガス流れの不均一化が発生する。このように冷却コイル6の下端6aと熱遮蔽体5との間隙でガス流れが不均一化すると、単結晶シリコン8の引き上げに伴いガス流れが変化する際に、炉体内の上部に堆積した微小な塵(カーボン等)の落下を誘発することがある。
Incidentally, as shown in FIG. 6, the
本実施形態では、こうした高低差に起因する塵の落下を防止するために、図7(a)で示されるように、冷却コイル6の下端6aの一部に沿ってコイル補完部材61が取り付けられている。コイル補完部材61は冷却コイル6の曲率と同じ曲率を有する。冷却コイル6とコイル補完部材61とは一体化され、ここでは一体化された構造体をコイル体60と称する。コイル補完部材61は冷却コイル6における下端6aの高低差を補完して、コイル体60の下端を略平坦にする。コイル補完部材61の材料は、単結晶シリコン8の形成や品質に支障をきたすことがないのであれば、どのようなものでもよい。
In the present embodiment, in order to prevent the dust from falling due to such a height difference, a
図7(a)で示されるように、冷却コイル6における下端6aの一部にコイル補完部材61が取り付けられるのではなく、図7(b)で示されるように、冷却コイル6における下端6aの全体にコイル補完部材62が取り付けられてもよい。
As shown in FIG. 7A, the
また本実施形態では、コイル補完部材61を筒状の冷却パイプ6に設けているが、これに限らず、コイル補完部材61を螺旋状のパイプに温度調整媒体を流す筒状のコイルに設けてもよい。
In this embodiment, the
本実施形態によれば、冷却コイルのような温度調整コイルの下端にコイル補完部材を取り付けてコイル体を形成するため、コイル体の下端と熱遮蔽体との間隙を全ての部分で一定にすることができる。したがってコイル体と熱遮蔽体との間隙でガス流れの不均一化が発生しなくなる。よって炉体内の上部に堆積した微小な塵の落下を誘発することがなくなり、シリコン融液への塵の落下が低減され、単結晶シリコンの品質低下が防止される。 According to this embodiment, a coil complement member is attached to the lower end of a temperature adjustment coil such as a cooling coil to form a coil body, so that the gap between the lower end of the coil body and the heat shield is constant in all parts. be able to. Therefore, nonuniform gas flow does not occur in the gap between the coil body and the heat shield. Therefore, it does not induce the fall of the minute dust deposited on the upper part of the furnace body, the fall of the dust to the silicon melt is reduced, and the quality deterioration of the single crystal silicon is prevented.
1 炉体
5、45、55 熱遮蔽体
6 冷却コイル
8 単結晶シリコン
10 単結晶引き上げ装置
60 コイル体
61 コイル補完部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
熱遮蔽体は、下方の開口よりも上方の開口が大きく、上方の開口と下方の開口の間にあって単結晶シリコンの引き上げ経路側に向く斜面を有し、この斜面に高低差が0.5〜10.0mm程度の凹凸を有すること
を特徴とするシリコン融液の汚染防止装置。 In the silicon melt contamination prevention device for preventing dust from falling from the heat shield surrounding the single crystal silicon pulling path to the silicon melt,
The thermal shield has an upper opening larger than the lower opening, and has a slope between the upper opening and the lower opening and facing the pulling path side of the single crystal silicon. An apparatus for preventing contamination of silicon melt, which has irregularities of about 10.0 mm.
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