JP2009274920A - Production method of silicon single crystal - Google Patents

Production method of silicon single crystal Download PDF

Info

Publication number
JP2009274920A
JP2009274920A JP2008128684A JP2008128684A JP2009274920A JP 2009274920 A JP2009274920 A JP 2009274920A JP 2008128684 A JP2008128684 A JP 2008128684A JP 2008128684 A JP2008128684 A JP 2008128684A JP 2009274920 A JP2009274920 A JP 2009274920A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
silicon
raw material
quartz crucible
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.)
Pending
Application number
JP2008128684A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Watanabe
英樹 渡邉
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.)
Sumco Corp
Original Assignee
Sumco Corp
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 Sumco Corp filed Critical Sumco Corp
Priority to JP2008128684A priority Critical patent/JP2009274920A/en
Publication of JP2009274920A publication Critical patent/JP2009274920A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method of a silicon single crystal, by which excellent production efficiency is achieved in pulling a silicon single crystal having a large diameter and the crystal quality is made stable. <P>SOLUTION: The production method of a silicon single crystal comprises melting a silicon raw material in a quartz crucible initially charged with the raw material at a charging rate of 40 to 60%, additionally charging the crucible with the silicon raw material to satisfy a target charge amount, and pulling a single crystal from the melt formed in the quartz crucible, wherein preferably, the crucible is additionally charged with the silicon raw material at least twice until satisfying the target charge amount. Thereby, the volume of the quartz crucible used is effectively used, the dissolving time of the silicon raw material supplied in the initial charging is decreased, and a damaged part of the liquid surface is newly formed. This method is optimal upon pulling a silicon single crystal having a diameter of 450 mm by using a quartz crucible in a size of 36 inches (914 mm) to 44 inches (1,118 mm). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、チョクラルスキー法(以下、「CZ法」という)による大口径のシリコン単結晶を製造する方法に関し、さらに詳しくは、大口径のシリコン単結晶を引き上げる場合であっても、生産の効率化と結晶品質の安定化を達成することができるシリコン単結晶の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a large-diameter silicon single crystal by the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”), and more specifically, even when a large-diameter silicon single crystal is pulled up, The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal capable of achieving efficiency and stabilization of crystal quality.

現在、半導体デバイス製造における主要な基板材料としてシリコン単結晶が用いられており、この製造方法としてCZ法が広く採用されている。CZ法によってシリコン単結晶を育成させる場合、多結晶のシリコン原料を溶融用ルツボ内に装入し、その中で溶融させる。シリコン原料を完全に溶融させた後、これを結晶原料として種結晶をシリコンの融液に浸しシリコン単結晶を引上げていく。   Currently, a silicon single crystal is used as a main substrate material in semiconductor device manufacturing, and the CZ method is widely adopted as this manufacturing method. When a silicon single crystal is grown by the CZ method, a polycrystalline silicon raw material is charged into a melting crucible and melted therein. After the silicon raw material is completely melted, the seed crystal is immersed in a silicon melt using this as a crystal raw material to pull up the silicon single crystal.

図1は、CZ法によるシリコン単結晶の製造に適用される引上げ装置の要部構成を示す断面図である。図1に示すように、この引上げ装置はルツボ1内に供給される半導体用のシリコン原料を加熱し、溶融状態に保持するためのヒーター2と断熱材3が内部に配置されたメインチャンバー4と、引き上げられた単結晶を一旦収納するプルチャンバー5と、これら両チャンバー4、5を接続するトップチャンバー6とを有している。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main configuration of a pulling apparatus applied to the production of a silicon single crystal by the CZ method. As shown in FIG. 1, the pulling apparatus heats a silicon raw material for semiconductor supplied in a crucible 1 and maintains a molten state with a heater 2 and a main chamber 4 in which a heat insulating material 3 is disposed. And a pull chamber 5 for temporarily storing the pulled single crystal, and a top chamber 6 for connecting both the chambers 4 and 5.

結晶原料を溶融するルツボ1は、二重構造からなり、有底円筒状をなす石英製の内層保持容器(以下、「石英ルツボ」という)1aと、その石英ルツボ1aの外側を保持する黒鉛製の外層保持容器(以下、「黒鉛ルツボ」という)1bとから構成されており、回転および昇降が可能な支持軸7の上端部に固定されている。   A crucible 1 for melting a crystal raw material is made of a double-layered quartz inner layer holding container (hereinafter referred to as “quartz crucible”) 1a having a bottomed cylindrical shape and a graphite holding the outside of the quartz crucible 1a. The outer layer holding container (hereinafter referred to as “graphite crucible”) 1b is fixed to the upper end portion of the support shaft 7 that can be rotated and moved up and down.

ヒーター2と断熱材3はルツボ1の外側に概ね同心円状に配設されており、石英ルツボ1a内に投入された半導体用シリコン原料、すなわち、塊状または粒状の多結晶シリコンは溶融され、結晶原料となる融液8が形成される。   The heater 2 and the heat insulating material 3 are disposed substantially concentrically outside the crucible 1, and the silicon raw material for semiconductor put into the quartz crucible 1 a, that is, bulk or granular polycrystalline silicon is melted to obtain a crystal raw material. A melt 8 is formed.

融液8が充填された石英ルツボ1aの中心軸上には、支持軸7と同一軸上で逆方向または同方向に所定の速度で回転する引上げワイヤー9が配設されており、引上げワイヤー9の巻取り部10がプルチャンバー5の上方に取り付けられている。引上げワイヤー9の下端には種結晶11が保持されている。   On the central axis of the quartz crucible 1 a filled with the melt 8, a pulling wire 9 that rotates on the same axis as the support shaft 7 in the reverse direction or in the same direction at a predetermined speed is disposed. The winding part 10 is attached above the pull chamber 5. A seed crystal 11 is held at the lower end of the pulling wire 9.

このように構成された引上げ装置を用いてシリコン単結晶の引き上げを行う際には、石英ルツボ1a内に所定量のシリコン原料を投入し、減圧下の不活性ガス雰囲気中でこのシリコン原料をルツボ1の周囲に配設したヒーター2により加熱、溶融した後、形成された融液8の表面近傍に引上げワイヤー9の下端に保持された種結晶11を浸漬する。続いて、ルツボ1および引上げワイヤー9を回転させつつワイヤー9をリール10aで巻き取って引き上げ、種結晶11の下端面に単結晶12を成長させる。   When pulling up the silicon single crystal using the pulling apparatus configured as described above, a predetermined amount of silicon raw material is put into the quartz crucible 1a and the silicon raw material is put into the crucible in an inert gas atmosphere under reduced pressure. After heating and melting by the heater 2 disposed around 1, the seed crystal 11 held at the lower end of the pulling wire 9 is immersed in the vicinity of the surface of the formed melt 8. Subsequently, while rotating the crucible 1 and the pulling wire 9, the wire 9 is taken up by the reel 10 a and pulled up, and the single crystal 12 is grown on the lower end surface of the seed crystal 11.

ところで、近年の半導体デバイスの高集積化、低コスト化および生産性の向上等に対応して、ウェーハも大口径化が要請されており、現行の直径300mmのウェーハに替わる直径400mm〜450mmウェーハに対応できる、大口径のシリコン単結晶の製造技術の開発が急務になっている。   By the way, in response to the recent high integration, low cost, and improved productivity of semiconductor devices, wafers are also required to have a large diameter. To replace the current 300 mm diameter wafer, the diameter of the wafer is 400 mm to 450 mm. There is an urgent need to develop a technology that can handle large-diameter silicon single crystals.

大口径のシリコン単結晶を製造するのに必要な技術として、石英ルツボの大容量化やシリコン原料の充填量アップが大きな課題となる。従来から、大口径のシリコン単結晶の製造技術の開発に直接関連するものではないが、これらの石英ルツボの大容量化やシリコン原料の充填量に関し個別の提案がなされている。   As technologies necessary for producing a large-diameter silicon single crystal, increasing the capacity of the quartz crucible and increasing the filling amount of the silicon raw material are major issues. Conventionally, although not directly related to the development of a manufacturing technique for a large-diameter silicon single crystal, individual proposals have been made for increasing the capacity of these quartz crucibles and filling amounts of silicon raw materials.

例えば、特許文献1では、石英ルツボの大容量化にともない、ルツボ内の原料を加熱、溶融するヒーターも必然的に大型になり、自重によるヒーター自身の撓み(変形)や、それによる破損が生じるという問題があり、これらを解消するため、従来からの電極によるヒーター支持部位に加え、別の部位でヒーターを支持するヒーター支持具を備えたCZ結晶製造装置が提案されている。   For example, in Patent Document 1, as the capacity of a quartz crucible increases, the heater for heating and melting the raw material in the crucible also inevitably increases in size, and the heater itself bends (deforms) due to its own weight and is damaged thereby. In order to solve these problems, there has been proposed a CZ crystal manufacturing apparatus provided with a heater support that supports a heater at another part in addition to a conventional heater support part by an electrode.

また、シリコン原料の充填量の増量に関し、特許文献2では、シリコン単結晶を製造する過程で、多結晶原料をルツボに追加充填する工程と、ルツボに追加充填した多結晶原料を溶融して原料融液とする工程とを繰り返すことにより、充填量の増量を図る方法が提案されている。ただし、提案の方法は、シリコン単結晶の育成後にルツボに多結晶原料を追加充填することで、1つのルツボから複数本の単結晶棒を製造するマルチプーリング法に限定されるものである。   Regarding the increase in the filling amount of the silicon raw material, in Patent Document 2, in the process of manufacturing a silicon single crystal, a step of additionally filling the crucible with the polycrystalline raw material, and a raw material obtained by melting the polycrystalline raw material additionally filled in the crucible There has been proposed a method of increasing the filling amount by repeating the step of forming a melt. However, the proposed method is limited to the multi-pooling method in which a plurality of single crystal rods are manufactured from one crucible by additionally filling a crucible with a polycrystalline raw material after growing a silicon single crystal.

大口径のシリコン単結晶を製造するに際し、石英ルツボの大容量化について解決すべき課題は、前記ヒーターの撓み(変形)と、それに起因するヒーターの破損等の問題に留まるものではない。また、充填量の増量に関する課題を解決するために、マルチプーリング法で採用されるシリコン原料の充填技術をそのまま適用するのは困難である。このため、大口径のシリコン単結晶の製造技術の開発には、新たな観点から石英ルツボの大容量化やシリコン原料の充填量アップに関する課題に取り組む必要がある。   When manufacturing a large-diameter silicon single crystal, the problems to be solved for increasing the capacity of the quartz crucible are not limited to problems such as bending (deformation) of the heater and damage to the heater resulting therefrom. In addition, in order to solve the problem related to the increase in the filling amount, it is difficult to directly apply the silicon raw material filling technique employed in the multi-pooling method. For this reason, in order to develop a manufacturing technique for a large-diameter silicon single crystal, it is necessary to tackle issues related to increasing the capacity of the quartz crucible and increasing the filling amount of the silicon raw material from a new viewpoint.

特開平10−167876号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-167876 特開20004−315256号公報Japanese Patent Laid-Open No. 20004315256 最新シリコンデバイスと結晶技術、リアライズ理工センター発行、238〜256頁 「7.次世代大口径ウェーハ結晶成長・加工・エピタキシャル」、2005年12月Latest silicon device and crystal technology, published by Realize Science and Technology Center, pp. 238-256 “7. Next-generation large-diameter wafer crystal growth, processing, and epitaxial”, December 2005

大口径のシリコン単結晶の製造技術に関連して、石英ルツボの大容量化から大型ルツボの製作が必須となる。育成する結晶と石英ルツボの径の比は、経験則より1:3程度であるが、経済性を考慮し、直径200mmの単結晶に対しては22インチ(56cm)、直径300mmの単結晶に対しては32インチ(81cm)の石英ルツボが多用されている。このことから、非特許文献1では、単結晶の直径と石英ルツボとの関係をこれまでの推移と今後採用されるであろう予想サイズについて、表1に示すように報告している。   In connection with the technology for producing large-diameter silicon single crystals, the production of large-sized crucibles is indispensable due to the increased capacity of quartz crucibles. The ratio of the diameter of the crystal to be grown and the diameter of the quartz crucible is about 1: 3 based on empirical rules. However, in consideration of economy, the single crystal with a diameter of 200 mm is 22 inches (56 cm) and the single crystal with a diameter of 300 mm. On the other hand, a quartz crucible of 32 inches (81 cm) is frequently used. For this reason, Non-Patent Document 1 reports the relationship between the diameter of the single crystal and the quartz crucible as shown in Table 1 regarding the transition so far and the expected size that will be adopted in the future.

Figure 2009274920
Figure 2009274920

ところが、大口径のシリコン単結晶を製造するに際し、大型石英ルツボを導入すると、それにともない引上げ装置を構成する各パーツが大型になり、且つ重量が増大することになる。このため、石英ルツボの大型化により作業性や取り扱い性が大幅に低下することが予測される。したがって、上記表1に示されるルツボサイズに拘泥されることなく、シリコン単結晶の操業過程における作業効率、さらに生産効率の観点から適正なルツボサイズを検討する必要がある。   However, when a large-sized quartz crucible is introduced in the production of a large-diameter silicon single crystal, the parts constituting the pulling device are increased in size and the weight is increased. For this reason, it is anticipated that workability and handling will be significantly reduced by increasing the size of the quartz crucible. Therefore, it is necessary to examine an appropriate crucible size from the viewpoint of work efficiency and production efficiency in the operation process of the silicon single crystal without being bound by the crucible size shown in Table 1 above.

また、シリコン単結晶の大口径化にともない石英ルツボが大型になり、多量のシリコン原料を溶融するようになると、その溶解時間も長時間になる。シリコン原料の溶解時間が長くなると、石英ルツボの内表面は融液によって長時間に亘り高温に晒され、特に融液の表面に接するルツボ表面が劣化し易くなる。ルツボ表面に劣化が生じると、石英ルツボに含まれる不純物が融液中に溶出し、また、石英(Si酸化物)剥離が起こるおそれがある。これらが融液から結晶中に取り込まれると、育成される単結晶を有転位化させることになる。   In addition, when the diameter of the silicon single crystal is increased, the quartz crucible becomes larger, and when a large amount of silicon raw material is melted, the melting time becomes longer. When the melting time of the silicon raw material becomes long, the inner surface of the quartz crucible is exposed to a high temperature for a long time by the melt, and in particular, the crucible surface in contact with the melt surface is likely to deteriorate. When the surface of the crucible is deteriorated, impurities contained in the quartz crucible are eluted into the melt, and there is a possibility that the quartz (Si oxide) is peeled off. When these are taken into the crystal from the melt, the grown single crystal is dislocated.

本発明は、このような大口径のシリコン単結晶の製造技術の開発における新たな課題に鑑みなされたものであり、シリコン単結晶の操業過程における作業効率および生産効率に優れるとともに、引き上がられるシリコン単結晶の品質を安定させることができるシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of a new problem in the development of manufacturing technology for such a large-diameter silicon single crystal, and is excellent in work efficiency and production efficiency in the operation process of the silicon single crystal, and is pulled up. It aims at providing the manufacturing method of the silicon single crystal which can stabilize the quality of a silicon single crystal.

上記の課題を解決するために、本発明者らは、大型石英ルツボを用いた大口径のシリコン単結晶の引上げ挙動について、数値シミュレーションによる検証を行った。従来から、育成する結晶と石英ルツボの径の比は、経験則より1:3程度であるとされていたが、検証の結果、直径が450mmのシリコン単結晶を引き上げる場合には、前記表1に示されるルツボサイズより小さな36インチ(914mm)〜44インチ(1118mm)の石英ルツボを用いるのが有効であることを見出した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors verified the pulling behavior of a large-diameter silicon single crystal using a large quartz crucible by numerical simulation. Conventionally, the ratio of the diameter of the crystal to be grown and the quartz crucible has been determined to be about 1: 3 from an empirical rule. However, as a result of verification, when pulling up a silicon single crystal having a diameter of 450 mm, Table 1 It has been found effective to use a quartz crucible of 36 inches (914 mm) to 44 inches (1118 mm) smaller than the crucible size shown in FIG.

すなわち、大サイズの石英ルツボを用いると、融液内の対流が一段と激しくなり、結晶の育成に支障が生じるようになる。また、前述の通り、大サイズの石英ルツボを用いて多量のシリコン原料を溶融するようになると、溶解時間が長くなり易く、ルツボ表面の劣化が顕著になる。   That is, when a large-sized quartz crucible is used, the convection in the melt becomes more intense, which hinders crystal growth. Further, as described above, when a large amount of silicon raw material is melted using a large-sized quartz crucible, the melting time tends to be long, and deterioration of the crucible surface becomes remarkable.

図2は、石英ルツボ内でのシリコン原料の溶融状態を説明する図であり、(a)は初期チャージの状態を示し、(b)は溶融の中期乃至後期の状態を示している。石英ルツボ1aに充填されたシリコン原料13は、ルツボの外側に配置されたヒーターによって溶融されることから、石英ルツボ1aの内表面に近い箇所、すなわち、シリコン原料13の側方および下方から溶融していく。   2A and 2B are diagrams for explaining the melting state of the silicon raw material in the quartz crucible. FIG. 2A shows the initial charge state, and FIG. 2B shows the middle to late state of melting. Since the silicon raw material 13 filled in the quartz crucible 1a is melted by a heater disposed outside the crucible, the silicon raw material 13 is melted from a location close to the inner surface of the quartz crucible 1a, that is, from the side and below the silicon raw material 13. To go.

シリコン原料13の溶融が進展し中期乃至後期に至ると、図2(b)に示すように、未溶解のシリコン原料13が融液8中に浮遊する状態になる。このとき、融液の表面8aは、ルツボ表面と一定の高さ位置で接触し、未溶解のシリコン原料13がなくなるまでその高さ位置が維持される。
以下の説明で、ルツボ表面が融液の表面8aと一定の高さ位置で接触して損傷を受ける現象を「液面ダメージ」とし、融液の表面8aと接触するルツボ表面の部位を「液面ダメージ部」という。
When the melting of the silicon raw material 13 progresses and reaches the middle to late stage, the undissolved silicon raw material 13 enters a state of floating in the melt 8 as shown in FIG. At this time, the surface 8a of the melt is in contact with the crucible surface at a certain height position, and the height position is maintained until the undissolved silicon raw material 13 disappears.
In the following description, the phenomenon that the crucible surface is damaged by contact with the melt surface 8a at a certain height is referred to as “liquid level damage”, and the portion of the crucible surface that is in contact with the melt surface 8a is defined as “liquid level damage”. It is called “surface damage part”.

ルツボ表面が融液の表面8aと接触し、液面ダメージ部の形成が長時間に亘り継続されると、融液の表面8aに接するルツボ表面での液面ダメージによる損傷が著しくなり、不純物の溶出や石英(Si酸化物)剥離を生じ易くなる。これらが引上げ過程で結晶中に取り込まれることにより、単結晶の有転位化の要因となる。   If the surface of the crucible is in contact with the melt surface 8a and the formation of the liquid surface damage portion is continued for a long time, damage caused by the liquid surface damage on the surface of the crucible in contact with the melt surface 8a becomes significant. Elution and quartz (Si oxide) peeling easily occur. These are incorporated into the crystal during the pulling process, thereby causing dislocation of the single crystal.

初期チャージとしてルツボ内に投入されるシリコン原料13は、ロッド状、塊状、または粒状等の各種形状の多結晶シリコンが用いられ、それぞれが単独、または複合して供給され、シリコン単結晶を育成する融液8の原料となる。前記図2(a)に示す初期チャージは、複合して供給された状態を示す。   The silicon raw material 13 to be charged into the crucible as the initial charge is made of polycrystalline silicon having various shapes such as rod, lump, or granular, and each is supplied alone or in combination to grow a silicon single crystal. It becomes a raw material of the melt 8. The initial charge shown in FIG. 2 (a) shows a state in which it is supplied in combination.

通常、シリコン単結晶の育成では、使用するシリコン原料は多種多様な形をしているため、ルツボ内にチャージ可能な固形原料量には制限があり、初期チャージでは目標の充填量(最終チャージ量)を投入することができない。大口径のシリコン単結晶の製造においては、その傾向がより顕著なものとなる。   Normally, when growing silicon single crystals, the silicon raw material used has a wide variety of shapes, so there is a limit to the amount of solid raw material that can be charged in the crucible, and the target charge amount (final charge amount) is the initial charge. ) Cannot be entered. In the production of large-diameter silicon single crystals, this tendency becomes more prominent.

一方、初期チャージ量が増加すると、前記図2(b)に示すような、未溶解のシリコン原料が融液中に浮遊する状態が継続し、長時間に亘り液面ダメージ部を形成する。
このような問題を解消し、結晶原料となる融液の不足分を補充して所望の融液量を確保するとともに、長時間に亘る液面ダメージ部の形成を回避するため、石英ルツボへの初期チャージ後に、固形原料を追加供給する「追加チャージ」を適用することができる。
On the other hand, when the initial charge amount increases, the state where the undissolved silicon raw material floats in the melt as shown in FIG. 2B continues and forms a liquid level damaged portion for a long time.
In order to solve such a problem and replenish the shortage of the melt serving as a crystal raw material to ensure a desired amount of melt, and avoid the formation of a liquid level damaged portion over a long period of time, After the initial charge, an “additional charge” for additionally supplying solid raw materials can be applied.

図3は、追加チャージによる融液面の挙動を説明する図であり、(a)は追加チャージの操作を示し、(b)は追加チャージによる融液面の挙動を示している。図3(a)に示すように、追加チャージでは、ルツボ内に初期チャージされたシリコン原料を溶融した後、形成された融液8にシリコン原料13をさらに追加投入することによって、石英ルツボ1a内の融液量8を増加させる。   3A and 3B are diagrams for explaining the behavior of the melt surface due to the additional charge. FIG. 3A shows the operation of the additional charge, and FIG. 3B shows the behavior of the melt surface due to the additional charge. As shown in FIG. 3 (a), in the additional charge, after the silicon material initially charged in the crucible is melted, the silicon material 13 is further added to the formed melt 8 so that the quartz crucible 1a is filled. The melt amount 8 is increased.

図3(b)に示すように、追加チャージされたシリコン原料13は、未溶解のまま融液8中に浮遊する状態になるが、直ちに、融液の表面8aの高さ位置を上昇させ、初期チャージと異なった位置に液面ダメージ部を形成する。新たに形成された液面ダメージ部は、未溶解のシリコン原料13が溶融するまで継続する。   As shown in FIG. 3B, the additionally charged silicon raw material 13 is in a state of floating in the melt 8 while remaining undissolved, but immediately increases the height position of the surface 8a of the melt, A liquid level damage portion is formed at a position different from the initial charge. The newly formed liquid level damage portion continues until the undissolved silicon raw material 13 is melted.

すなわち、図3に示す追加チャージを適用することによって、使用する石英ルツボ1aの容積を有効に活用でき、初期チャージされるシリコン原料13の溶解時間を短縮できるとともに、液面ダメージ部を新たに形成することができる。これにより、シリコン単結晶の製造における作業効率および生産効率の向上が図れ、同時に液面ダメージ部の形成時間に依存する石英ルツボ1aの表面劣化を抑制することができる。   That is, by applying the additional charge shown in FIG. 3, the volume of the quartz crucible 1a to be used can be effectively utilized, the melting time of the initially charged silicon raw material 13 can be shortened, and a liquid level damaged portion is newly formed. can do. Thereby, the working efficiency and production efficiency in the production of the silicon single crystal can be improved, and at the same time, the surface deterioration of the quartz crucible 1a depending on the formation time of the liquid level damaged portion can be suppressed.

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、下記(1)〜(3)のシリコン単結晶の製造方法を要旨としている。
(1)CZ法により大口径のシリコン単結晶を製造する方法であって、石英ルツボに充填率が40〜60%で初期チャージされたシリコン原料を溶融し、さらに目標の充填量を満たすまでシリコン原料を追加チャージした後、前記石英ルツボ内に形成された融液から単結晶を引き上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法である。ただし、充填率は(初期チャージ量/目標の充填量)×100(%)で示す。
The present invention has been made on the basis of such findings, and the gist thereof is the following methods (1) to (3) for producing a silicon single crystal.
(1) A method for producing a large-diameter silicon single crystal by the CZ method, in which a silicon raw material initially charged in a quartz crucible at a filling rate of 40 to 60% is melted, and silicon is further filled until a target filling amount is satisfied. After the raw material is additionally charged, the single crystal is pulled up from the melt formed in the quartz crucible. However, the filling rate is represented by (initial charge amount / target filling amount) × 100 (%).

(2)上記(1)のシリコン単結晶の製造方法では、前記石英ルツボに初期チャージされたシリコン原料を溶融し、さらに目標の充填量を満たすまで少なくとも2回に亘りシリコン原料を追加チャージした後、前記石英ルツボ内に形成された融液から単結晶を引き上げるのが望ましい。 (2) In the method for producing a silicon single crystal according to (1) above, after the silicon material initially charged in the quartz crucible is melted, and further, the silicon material is additionally charged at least twice until the target filling amount is satisfied. It is desirable to pull up the single crystal from the melt formed in the quartz crucible.

(3)さらに、上記(1)、(2)のシリコン単結晶の製造方法は、直径が450mmのシリコン単結晶を36インチ(914mm)〜44インチ(1118mm)の石英ルツボを用いて引き上げる場合に最適な製造方法である。 (3) Further, in the method for producing a silicon single crystal of (1) and (2) above, when a silicon single crystal having a diameter of 450 mm is pulled using a quartz crucible of 36 inches (914 mm) to 44 inches (1118 mm). It is an optimal manufacturing method.

本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、結晶直径が400mm、450mmという、大口径のシリコン単結晶の製造技術に適用することにより、シリコン単結晶の操業過程における作業効率および生産効率の向上が図れ、初期チャージされるシリコン原料の溶解時間を短縮し、液面ダメージ部でのルツボ表面での劣化を抑制し、不純物の溶出や石英(Si酸化物)剥離に起因する有転位化を防止できる。   According to the method for producing a silicon single crystal of the present invention, it is applied to a technique for producing a large-diameter silicon single crystal having crystal diameters of 400 mm and 450 mm, thereby improving work efficiency and production efficiency in the operation process of the silicon single crystal. Therefore, the melting time of the initially charged silicon raw material is shortened, the deterioration of the crucible surface at the liquid surface damage portion is suppressed, and the dislocation caused by the elution of impurities and the separation of quartz (Si oxide) is prevented. it can.

これにより、大口径のシリコン単結晶を引き上げる場合であっても、高い生産性を確保できるとともに、得られるシリコン単結晶の品質を安定させることができる。   Thereby, even when pulling up a large-diameter silicon single crystal, high productivity can be secured and the quality of the obtained silicon single crystal can be stabilized.

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、CZ法により大口径のシリコン単結晶を製造する方法であって、石英ルツボに充填率が40〜60%で初期チャージされたシリコン原料を溶融し、さらに目標の充填量を満たすまでシリコン原料を追加チャージした後、前記石英ルツボ内に形成された融液から単結晶を引き上げることを特徴とする。   The method for producing a silicon single crystal of the present invention is a method for producing a large-diameter silicon single crystal by a CZ method, wherein a silicon raw material initially charged in a quartz crucible with a filling rate of 40 to 60% is melted, After the silicon raw material is additionally charged until the target filling amount is satisfied, the single crystal is pulled up from the melt formed in the quartz crucible.

本発明の製造方法では、引上げ直径を450mmとするシリコン単結晶を対象とできる。直径が450mmのシリコン単結晶を引き上げる場合に、直胴部(ボディ部)長さを1800mm〜2500mmで育成すると想定すれば、引上げ総重量は800kg〜1100kg程度になる。   In the manufacturing method of the present invention, a silicon single crystal having a pulling diameter of 450 mm can be targeted. When pulling up a silicon single crystal having a diameter of 450 mm, assuming that the length of the straight body part (body part) is 1800 mm to 2500 mm, the total weight of the pulling is about 800 kg to 1100 kg.

直径が450mmのシリコン単結晶を引き上げるため、シリコン原料を溶融する石英ルツボは、36インチ(914mm)〜44インチ(1118mm)とするのが有効である。石英ルツボ内での融液の対流を適正に制御できるとともに、後述するように、シリコン原料の投入および溶融を効率的に実施することができる。   In order to pull up a silicon single crystal having a diameter of 450 mm, it is effective that the quartz crucible for melting the silicon raw material is 36 inches (914 mm) to 44 inches (1118 mm). It is possible to appropriately control the convection of the melt in the quartz crucible and to efficiently carry in and melt the silicon raw material as will be described later.

本発明の製造方法では、追加チャージを適用する。具体的には、初期チャージされたシリコン原料を溶融し、さらに目標の充填量を満たすまでシリコン原料を追加チャージした後、石英ルツボ内に形成された融液から単結晶を引き上げる。   In the manufacturing method of the present invention, an additional charge is applied. Specifically, the initially charged silicon raw material is melted, and the silicon raw material is additionally charged until the target filling amount is satisfied, and then the single crystal is pulled up from the melt formed in the quartz crucible.

追加チャージを適用することによって、初期チャージされるシリコン原料を制限でき、溶解時間を短縮できるとともに、直ちに融液の表面を上昇させ、ルツボ表面の異なった位置に液面ダメージ部を形成することができる。これにより、シリコン単結晶の製造における作業効率および生産効率の向上が図れ、同時に石英ルツボの表面劣化を抑制することができる。   By applying an additional charge, it is possible to limit the initially charged silicon raw material, shorten the melting time, and immediately raise the surface of the melt, thereby forming liquid level damaged portions at different positions on the crucible surface. it can. Thereby, the working efficiency and production efficiency in the production of the silicon single crystal can be improved, and at the same time, the surface deterioration of the quartz crucible can be suppressed.

石英ルツボへの初期チャージに際しては、その充填率を40〜60%とする。ただし、本発明で規定する充填率は、(初期チャージ量/目標の充填量)×100(%)で示す。   In the initial charge to the quartz crucible, the filling rate is set to 40 to 60%. However, the filling rate defined in the present invention is represented by (initial charge amount / target filling amount) × 100 (%).

通常、30インチ(762mm)以下の石英ルツボを用いてシリコン単結晶を引き上げる場合には、充填率は60〜70%とされる。しかし、この充填率を36インチ以上の大口径の石英ルツボに適用すると、シリコン原料の溶解時間が著しく長時間になる。このため、充填率の上限を60%とする。   Usually, when pulling up a silicon single crystal using a quartz crucible of 30 inches (762 mm) or less, the filling rate is 60 to 70%. However, when this filling rate is applied to a quartz crucible having a large diameter of 36 inches or more, the melting time of the silicon raw material becomes extremely long. For this reason, the upper limit of the filling rate is set to 60%.

一方、充填率が40%未満であると、初期チャージ量が過小となり追加チャージ回数の増加にともない生産効率が低下するおそれがある。また、初期チャージ量が過小な状態で石英ルツボを高温に晒すことから、石英ルツボの撓み(変形)が懸念される。このため、充填率の下限を40%とする。   On the other hand, if the filling rate is less than 40%, the initial charge amount becomes too small and the production efficiency may decrease as the number of additional charges increases. Further, since the quartz crucible is exposed to a high temperature in a state where the initial charge amount is excessively small, there is a concern about the bending (deformation) of the quartz crucible. For this reason, the lower limit of the filling rate is set to 40%.

本発明の製造方法では、前記石英ルツボに初期チャージされたシリコン原料を溶融し、さらに目標の充填量を満たすまで少なくとも2回の追加チャージを行うのが望ましい。2回以上の追加チャージを行うことにより、36インチ以上の大口径の石英ルツボを用いる場合であっても、目標の充填量を達成するためのシリコン原料の投入および溶融を効率的に実施できる。特に、初期チャージされたシリコン原料の溶解時間を短縮でき、生産性の確保が図れるとともに、石英ルツボの表面劣化の抑制に有効である。   In the manufacturing method of the present invention, it is desirable that the silicon material initially charged in the quartz crucible is melted and further charged at least twice until the target filling amount is satisfied. By performing the additional charging twice or more, even when a quartz crucible having a large diameter of 36 inches or more is used, the silicon raw material can be charged and melted efficiently in order to achieve the target filling amount. In particular, the melting time of the initially charged silicon raw material can be shortened, the productivity can be ensured, and the surface degradation of the quartz crucible is effective.

本発明の製造方法では、追加チャージの上限となる回数は定めないが、追加チャージの回数が過度に多くなると生産効率が低下することから、追加チャージは5回以下とするのが目安となる。   In the manufacturing method of the present invention, the upper limit of the additional charge is not determined, but if the number of additional charges is excessively increased, the production efficiency is lowered. Therefore, the additional charge is set to 5 times or less.

本発明の内容を、前記図1に示す引上げ装置構成であり、使用する石英ルツボに応じて36インチおよび44インチのホットゾーン構成を前提として、数値シミュレーションによる検証結果に基づいて説明する。   The contents of the present invention will be described based on the verification results obtained by numerical simulation, assuming the configuration of the pulling apparatus shown in FIG. 1 and assuming the hot zone configuration of 36 inches and 44 inches according to the quartz crucible to be used.

(実施例1:直径450mm×重量800kg単結晶引上げ)
直径が450mmで直胴部の長さを1800mmとし、引上げ後の総重量が約800kgとなるシリコン単結晶を育成した。使用した石英ルツボは36インチ(口径が914mm、ルツボ高さが600mm)とした。36インチの石英ルツボでは高さ590mmまで融液を形成すると、結晶原料の重量は約800kgとなる。
(Example 1: 450 mm diameter x 800 kg weight single crystal pulling)
A silicon single crystal having a diameter of 450 mm, a straight body length of 1800 mm, and a total weight of about 800 kg after pulling was grown. The quartz crucible used was 36 inches (caliber 914 mm, crucible height 600 mm). When a melt is formed to a height of 590 mm in a 36-inch quartz crucible, the weight of the crystal raw material is about 800 kg.

初期チャージの充填率を40%、50%、60%および70%と変動させた。それぞれ準備した石英ルツボに、初期チャージとしてロッド状、塊状、または粒状の多結晶シリコンを複合して投入した。石英ルツボに充填されたシリコン原料は、ヒーターによって加熱され、シリコン原料の側方および下方から溶融し、未溶解のシリコン原料が融液中に浮遊する状態から、未溶解のシリコン原料がなくなるまで溶解した。このときの溶解時間を表2に示す。   The filling rate of the initial charge was varied as 40%, 50%, 60% and 70%. In each prepared quartz crucible, rod-shaped, lump-shaped, or granular polycrystalline silicon was compounded as an initial charge. The silicon raw material filled in the quartz crucible is heated by a heater, melted from the side and bottom of the silicon raw material, and dissolved from the state in which the undissolved silicon raw material floats in the melt until there is no undissolved silicon raw material. did. The dissolution time at this time is shown in Table 2.

初期チャージのシリコン原料を溶解したのち、粒状の多結晶シリコンを主体に2回から3回に亘り追加チャージを実施した。このときの追加チャージの投入状況を表2に示す。   After melting the initial charge silicon raw material, additional charge was performed twice to three times mainly using granular polycrystalline silicon. Table 2 shows the charging status of the additional charge at this time.

Figure 2009274920
Figure 2009274920

表2の結果から、初期チャージの充填率が60%を超え70%になると、シリコン原料の溶解時間が著しく長時間となり、融液表面(液面ダメージ部)での石英ルツボの表面損傷が著しくなり、引き上げられる単結晶に有転位化が発生することが予測される。   From the results shown in Table 2, when the initial charge filling rate exceeds 60% and reaches 70%, the melting time of the silicon raw material becomes extremely long, and the surface damage of the quartz crucible on the melt surface (liquid surface damage portion) is remarkable. Therefore, it is predicted that dislocations will occur in the pulled single crystal.

(実施例2:直径450mm×重量1100kg単結晶引上げ)
直径が450mmで直胴部の長さを2500mmとし、引上げ後の総重量が約1100kgとなるシリコン単結晶を育成した。使用した石英ルツボは44インチ(口径が1118mm、ルツボ高さが625mm)とした。44インチの石英ルツボでは高さ563mmまで融液を形成すると、結晶原料の重量は約1100kgとなる。
(Example 2: 450 mm diameter x 1100 kg weight single crystal pulling)
A silicon single crystal having a diameter of 450 mm, a length of the straight body portion of 2500 mm, and a total weight after pulling of about 1100 kg was grown. The quartz crucible used was 44 inches (diameter 1118 mm, crucible height 625 mm). When a melt is formed to a height of 563 mm in a 44-inch quartz crucible, the weight of the crystal raw material is about 1100 kg.

実施例1と同様に、初期チャージの充填率を40%、50%、60%および70%と変動させ、それぞれ準備した石英ルツボに、初期チャージとして多結晶シリコンを投入した。石英ルツボに充填されたシリコン原料は、ヒーターによって加熱され、未溶解のシリコン原料がなくなるまで溶解し、溶解時間を表3に示す。   As in Example 1, the filling rate of the initial charge was changed to 40%, 50%, 60%, and 70%, and polycrystalline silicon was charged as the initial charge into each prepared quartz crucible. The silicon raw material filled in the quartz crucible is heated by a heater and dissolved until there is no undissolved silicon raw material, and the dissolution time is shown in Table 3.

初期チャージのシリコン原料を溶解したのち、粒状の多結晶シリコンを主体に2回から3回に亘り追加チャージを実施した。このときの追加チャージの投入状況を表3に示す。   After melting the initial charge silicon raw material, additional charge was performed twice to three times mainly using granular polycrystalline silicon. Table 3 shows the state of charging the additional charge at this time.

Figure 2009274920
Figure 2009274920

表3の結果から、初期チャージの充填率が60%を超え70%になると、シリコン原料の溶解時間が著しく長時間となり、融液表面で石英ルツボの表面損傷が著しくなり、引き上げられる単結晶に有転位化が発生することが予測される。   From the results shown in Table 3, when the initial charge filling rate exceeds 60% and reaches 70%, the melting time of the silicon raw material becomes extremely long, and the surface damage of the quartz crucible becomes remarkable on the melt surface. It is predicted that dislocations will occur.

本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、結晶直径が400mm、450mmという、大口径のシリコン単結晶の製造技術に適用することにより、シリコン単結晶の操業過程における作業効率および生産効率の向上が図れ、初期チャージされるシリコン原料の溶解時間を短縮し、融液表面(液面ダメージ部)によるルツボ表面での劣化を抑制し、不純物の溶出や石英(Si酸化物)剥離に起因する有転位化を防止できる。   According to the method for producing a silicon single crystal of the present invention, it is applied to a technique for producing a large-diameter silicon single crystal having crystal diameters of 400 mm and 450 mm, thereby improving work efficiency and production efficiency in the operation process of the silicon single crystal. This shortens the dissolution time of the silicon raw material that is initially charged, suppresses deterioration on the surface of the crucible due to the melt surface (liquid surface damage portion), and is effective due to impurity elution and quartz (Si oxide) peeling. Dislocation can be prevented.

これにより、大口径のシリコン単結晶を引き上げる場合であっても、高い生産性を確保でき、同時に得られるシリコン単結晶の品質を安定させることができることから、直径が450mmのシリコン単結晶の引上げに際し好適に利用することができる。   As a result, even when pulling up a large-diameter silicon single crystal, high productivity can be secured and the quality of the obtained silicon single crystal can be stabilized at the same time. It can be suitably used.

CZ法によるシリコン単結晶の製造に適用される引上げ装置の要部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part structure of the pulling apparatus applied to manufacture of the silicon single crystal by CZ method. 石英ルツボ内でのシリコン原料の溶融状態を説明する図であり、(a)は初期チャージの状態を示し、(b)は溶融の中期乃至後期の状態を示している。It is a figure explaining the fusion | melting state of the silicon raw material in a quartz crucible, (a) shows the state of an initial charge, (b) has shown the state of the intermediate | middle to the latter stage of melting. 追加チャージによる融液面の挙動を説明する図であり、(a)は追加チャージの操作を示し、(b)は追加チャージによる融液面の挙動を示している。It is a figure explaining the behavior of the melt surface by additional charge, (a) shows operation of the additional charge, (b) has shown the behavior of the melt surface by the additional charge.

符号の説明Explanation of symbols

1:石英ルツボ、 1a:石英ルツボ
1b:黒鉛ルツボ、 2:ヒーター
3:断熱材、 4:メインチャンバー
5:プルチャンバー、 6:トップチャンバー
7:支持軸、 8:融液
8a:融液表面、 9:引上げワイヤー
10:巻取り部、 10a:リール
11:種結晶、 12:シリコン単結晶
13:シリコン原料
1: quartz crucible, 1a: quartz crucible 1b: graphite crucible, 2: heater 3: heat insulating material, 4: main chamber 5: pull chamber, 6: top chamber 7: support shaft, 8: melt 8a: melt surface, 9: Pull-up wire 10: Winding part 10a: Reel 11: Seed crystal 12: Silicon single crystal 13: Silicon raw material

Claims (3)

チョクラルスキー法により大口径のシリコン単結晶を製造する方法であって、
石英ルツボに充填率が40〜60%で初期チャージされたシリコン原料を溶融し、さらに目標の充填量を満たすまでシリコン原料を追加チャージした後、前記石英ルツボ内に形成された融液から単結晶を引き上げることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
ここで、充填率は(初期チャージ量/目標の充填量)×100(%)で示す
A method for producing a large-diameter silicon single crystal by the Czochralski method,
After melting the silicon raw material initially charged in the quartz crucible with a filling rate of 40 to 60% and further charging the silicon raw material until the target filling amount is satisfied, a single crystal is obtained from the melt formed in the quartz crucible. A method for producing a silicon single crystal, characterized by pulling up.
Here, the filling rate is expressed as (initial charge amount / target filling amount) × 100 (%).
前記石英ルツボに初期チャージされたシリコン原料を溶融し、さらに目標の充填量を満たすまで少なくとも2回に亘りシリコン原料を追加チャージした後、前記石英ルツボ内に形成された融液から単結晶を引き上げることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶の製造方法。   The silicon material initially charged in the quartz crucible is melted, and the silicon material is additionally charged at least twice until the target filling amount is satisfied, and then the single crystal is pulled up from the melt formed in the quartz crucible. The method for producing a silicon single crystal according to claim 1. 直径が450mmのシリコン単結晶を引き上げる際に、36インチ(914mm)〜44インチ(1118mm)の石英ルツボを用いることを特徴とする請求項1または2に記載のシリコン単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon single crystal according to claim 1 or 2, wherein a quartz crucible of 36 inches (914 mm) to 44 inches (1118 mm) is used when pulling up the silicon single crystal having a diameter of 450 mm.
JP2008128684A 2008-05-15 2008-05-15 Production method of silicon single crystal Pending JP2009274920A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008128684A JP2009274920A (en) 2008-05-15 2008-05-15 Production method of silicon single crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008128684A JP2009274920A (en) 2008-05-15 2008-05-15 Production method of silicon single crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009274920A true JP2009274920A (en) 2009-11-26

Family

ID=41440684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008128684A Pending JP2009274920A (en) 2008-05-15 2008-05-15 Production method of silicon single crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009274920A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010241620A (en) * 2009-04-02 2010-10-28 Sumco Corp Method for melting polycrystalline silicon raw material in cz method
JP2011162380A (en) * 2010-02-08 2011-08-25 Sumco Corp Melting method and feeder for silicon raw material
CN103757691A (en) * 2014-01-10 2014-04-30 英利集团有限公司 Polysilicon material re-putting method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000211994A (en) * 1999-01-21 2000-08-02 Mitsubishi Materials Silicon Corp Melting of polycrystalline silicon before silicon single crystal growth and apparatus for growing silicon single crystal

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000211994A (en) * 1999-01-21 2000-08-02 Mitsubishi Materials Silicon Corp Melting of polycrystalline silicon before silicon single crystal growth and apparatus for growing silicon single crystal

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010241620A (en) * 2009-04-02 2010-10-28 Sumco Corp Method for melting polycrystalline silicon raw material in cz method
JP2011162380A (en) * 2010-02-08 2011-08-25 Sumco Corp Melting method and feeder for silicon raw material
CN103757691A (en) * 2014-01-10 2014-04-30 英利集团有限公司 Polysilicon material re-putting method
CN103757691B (en) * 2014-01-10 2016-04-20 英利集团有限公司 Polycrystalline silicon material throws method again

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5909276B2 (en) Growth of uniformly doped silicon ingot by doping only the first charge
JP2009292659A (en) Method for forming shoulder in growing silicon single crystal
JP2009091233A (en) Method for growing silicon ingot
JP6631460B2 (en) Method for producing silicon single crystal and silicon single crystal
JP6579046B2 (en) Method for producing silicon single crystal
JP5272247B2 (en) Method for melting polycrystalline silicon raw material in CZ method
JP2005336020A (en) Silicon single crystal puller and method of manufacturing silicon single crystal
JP2009274920A (en) Production method of silicon single crystal
JP3760769B2 (en) Method for producing silicon single crystal
JP2011105537A (en) Method for producing silicon single crystal
JP2008266090A (en) Silicon crystal material and method for manufacturing fz (floating-zone) silicon single crystal using the material
JP5167942B2 (en) Method for producing silicon single crystal
JP5051033B2 (en) Method for producing silicon single crystal
JP2009292662A (en) Method for forming shoulder in growing silicon single crystal
JP2010030867A (en) Method for growing silicon single crystal
JP2010064930A (en) Method for pulling up silicon single crystal, and doping apparatus used for the same
JP4899608B2 (en) Semiconductor single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method
JP4314974B2 (en) Silicon single crystal manufacturing method and silicon single crystal
JP5262346B2 (en) Method for producing silicon single crystal
JP2007145666A (en) Method for manufacturing silicon single crystal
WO2021162046A1 (en) Method for producing silicon single crystal
JP2009292702A (en) Method for growing silicon single crystal
WO2024024155A1 (en) Silicon single crystal
KR101023318B1 (en) Method for melting solid raw material for single crystal growth
JP4341379B2 (en) Single crystal manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110502

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120406

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120508

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120706

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20121120