JP2013010646A - Single crystal pulling apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single crystal pulling apparatus capable of restraining both generation of grow-in defects and dislocation of a crystal in manufacturing a silicon single crystal by the Czochralski method.SOLUTION: This apparatus includes a cooling cylinder 7 which is open at the upper side and the under side and installed over a crucible 3 and wrapping and cooling the pulled-up single crystal C. On the inner side of the cooling cylinder 7, there are a plurality of ring-shaped concave parts 7a formed in parallel along the inner circumference. By this construction, radiation heat from the single crystal C is not reflected by the cooling cylinder 7 to the single crystal and effectively absorbed by the plurality of the ring-shaped concave parts 7a, thus the single crystal C can be efficiently cooled.

Description

本発明は、チョクラルスキー法(以下、「CZ法」という)によって単結晶を育成しながら引き上げる単結晶引上装置に関する。   The present invention relates to a single crystal pulling apparatus that pulls up a single crystal while growing it by the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”).

シリコン単結晶の育成に関し、CZ法が広く用いられている。この方法は、図23に示すように、炉内においてヒータ52の熱によりルツボ50内にシリコンの溶融液Mを形成し、その表面に種結晶Pを接触させ、ルツボ50を回転させるとともに、この種結晶Pを反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶Pの下端に単結晶Cを形成していくものである。   The CZ method is widely used for the growth of silicon single crystals. In this method, as shown in FIG. 23, a silicon melt M is formed in the crucible 50 by the heat of the heater 52 in the furnace, the seed crystal P is brought into contact with the surface thereof, the crucible 50 is rotated, By pulling the seed crystal P upward while rotating it in the opposite direction, a single crystal C is formed at the lower end of the seed crystal P.

ところで、単結晶Cの引き上げにあっては、育成している単結晶Cに対する周囲からの輻射熱を遮断し、単結晶Cを所定温度以下に冷却しなければ、結晶の凝固が遅れ、引上速度が低下するため生産効率が悪化するという課題があった。
また、引上速度が低下すると、COP欠陥が発生する中温帯(1200〜1000℃)およびOSF欠陥が発生する低温帯(1050〜850℃)での冷却速度が遅くなり(その温度帯の滞在時間が長くなり)、前記COP欠陥、OSF欠陥などのグローイン欠陥が発生しやすくなるという課題があった。
そのため従来から、育成する単結晶Cの外周面への輻射熱を遮断するために輻射シールド51が設けられている。この輻射シールド51は、単結晶Cの引上領域を囲むように、ルツボの上方に設けられ、これにより、育成した単結晶Cに対するある程度の冷却効果を得ることができる。
By the way, when pulling up the single crystal C, solidification of the crystal is delayed unless the radiant heat from the surroundings to the growing single crystal C is cut off and the single crystal C is not cooled below a predetermined temperature. There is a problem that the production efficiency deteriorates due to a decrease in the production rate.
In addition, when the pulling rate decreases, the cooling rate in the intermediate temperature zone (1200 to 1000 ° C.) where the COP defect occurs and the low temperature zone (1050 to 850 ° C.) where the OSF defect occurs (the residence time in that temperature zone). There is a problem that grow-in defects such as the COP defect and the OSF defect are likely to occur.
Therefore, conventionally, a radiation shield 51 is provided to block radiation heat to the outer peripheral surface of the single crystal C to be grown. This radiation shield 51 is provided above the crucible so as to surround the pull-up region of the single crystal C, whereby a certain degree of cooling effect on the grown single crystal C can be obtained.

しかしながら、前記輻射シールド51のみでは、単結晶Cに対する輻射熱を遮断する能力が充分とは言えず、さらに輻射熱の遮断能力を高めるために、図示するようにシールド内側に筒状の冷却筒53を配置した構成が提案されている(特許文献1参照)。
この冷却筒53は、その内部に例えば単結晶Cを取り囲むように螺旋状に水管(図示せず)が配管され、連続的に冷却水が供給されることによって、その表面が所定温度に維持されている。
このような冷却筒53を設けることにより、輻射シールド51のみの構成よりも効果的に単結晶Cに対する輻射熱を吸収することができる。
However, the radiation shield 51 alone is not sufficient in the ability to cut off the radiant heat to the single crystal C. In order to further enhance the ability to cut off the radiant heat, a cylindrical cooling cylinder 53 is arranged inside the shield as shown in the figure. The structure which did is proposed (refer patent document 1).
The cooling cylinder 53 is provided with a water pipe (not shown) spirally so as to surround the single crystal C, for example, and the surface thereof is maintained at a predetermined temperature by continuously supplying cooling water. ing.
By providing such a cooling cylinder 53, it is possible to absorb the radiant heat to the single crystal C more effectively than the configuration of the radiation shield 51 alone.

特開平11−92272号公報JP-A-11-92272

しかしながら、図示するような冷却筒53の構成にあっては、単結晶Cから発せられる輻射熱が冷却筒53の内周面で反射し、再び単結晶Cに戻るため、冷却効果が不十分になるという課題があった。
一方、冷却能力の向上のために冷却筒53を溶融液面に接近させると、結晶外周近傍の溶融液Mが過分に冷却されることがあり、単結晶Cの有転位化を引き起こすという課題があった。
However, in the configuration of the cooling cylinder 53 as shown in the figure, the radiant heat emitted from the single crystal C is reflected by the inner peripheral surface of the cooling cylinder 53 and returns to the single crystal C again, so that the cooling effect is insufficient. There was a problem.
On the other hand, when the cooling cylinder 53 is brought close to the melt surface for improving the cooling capacity, the melt M near the crystal periphery may be excessively cooled, causing the problem of causing dislocation of the single crystal C. there were.

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、チョクラルスキー法によってルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置において、育成する単結晶を効果的に冷却し、グローイン欠陥の発生を抑制すると共に、結晶の有転位化を抑制することができる単結晶引上装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made under the circumstances described above. In a single crystal pulling apparatus that pulls a silicon single crystal from a crucible by the Czochralski method, the single crystal to be grown is effectively cooled, An object of the present invention is to provide a single crystal pulling apparatus capable of suppressing generation of defects and suppressing dislocation formation of crystals.

前記課題を解決するためになされた、本発明に係る単結晶引上装置は、ヒータの加熱によりルツボ内にシリコン溶融液を形成し、前記ルツボからチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置であって、前記ルツボの上方に設けられ、上部と下部とが開口形成されて、引き上げられる単結晶の周囲を包囲すると共に、前記単結晶を冷却する冷却筒を備え、前記冷却筒の内周面側には、複数の環状凹部が周方向に沿って並列状に形成されていることに特徴を有する。
尚、前記環状凹部は、その断面底部が放物線状または円弧状に形成されていることが望ましい。
また、上下に隣り合う前記環状凹部は隙間無く隣接し、その隣接部は尖形形状となされていることが望ましい。
また、前記断面底部が放物線状または円弧状に形成された環状凹部において、その開口部の単結晶引上軸方向の幅寸法をhとし、前記開口部の幅方向の中点と該環状凹部の底部頂点とを結ぶ線分の長さをtとし、前記線分の延長線と単結晶引上軸との交差角度をαとすると、前記幅寸法hは1〜100mm、前記線分長さtは10mm以上、前記交差角度αは、10°〜170°の範囲内でそれぞれ規定されることが望ましい。
また、前記冷却筒は、下方に向けて縮径するように形成されていることが望ましい。
A single crystal pulling apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above problems, forms a silicon melt in a crucible by heating a heater, and pulls the silicon single crystal from the crucible by the Czochralski method. A pulling device, provided above the crucible, having an upper portion and a lower portion with an opening, surrounding a single crystal to be pulled up, and having a cooling cylinder for cooling the single crystal, the cooling cylinder On the inner peripheral surface side, a plurality of annular recesses are formed in parallel along the circumferential direction.
In addition, as for the said annular recessed part, it is desirable for the cross-sectional bottom part to be formed in the parabolic shape or the circular arc shape.
Moreover, it is desirable that the annular recesses adjacent to each other in the vertical direction are adjacent to each other without a gap, and the adjacent portions have a pointed shape.
Further, in the annular recess in which the bottom of the cross section is formed in a parabolic shape or an arc shape, the width dimension of the opening in the single crystal pulling axial direction is h, and the midpoint of the opening in the width direction and the annular recess The width dimension h is 1 to 100 mm, and the line segment length t is t, where t is the length of the line connecting the bottom vertices and α is the intersection angle between the extended line and the single crystal pulling axis. Is preferably 10 mm or more, and the crossing angle α is preferably defined within a range of 10 ° to 170 °.
Further, it is desirable that the cooling cylinder is formed so as to reduce the diameter downward.

このように構成することにより、引上軸に沿ってルツボから単結晶が引き上げられる工程において、単結晶からの輻射熱は前記冷却筒によって単結晶に向けて反射されることが無く、複数の環状凹部において効果的に吸収される。
これにより、単結晶を効率よく冷却することができ、所定の引上速度を維持して単結晶を育成することができる。その結果、COP、OSF等のグローイン欠陥が発生する中低温帯の通過時間(滞在時間)を大幅に低減し、その発生を抑制することができる。
また、冷却筒と溶融液面との距離を一定に保持した状態で、より速い速度で単結晶の引き上げを行うことができるため、溶融液の過冷却を抑制して結晶の有転位化の発生を抑制し、生産性を向上することができる。
With this configuration, in the step of pulling up the single crystal from the crucible along the pulling-up axis, radiant heat from the single crystal is not reflected toward the single crystal by the cooling cylinder, and a plurality of annular recesses Is effectively absorbed.
Thereby, the single crystal can be efficiently cooled, and the single crystal can be grown while maintaining a predetermined pulling speed. As a result, the transit time (stay time) in the medium and low temperature zone where glow-in defects such as COP and OSF are generated can be greatly reduced, and the generation thereof can be suppressed.
In addition, since the single crystal can be pulled up at a higher speed while the distance between the cooling cylinder and the melt surface is kept constant, the occurrence of dislocation of the crystal is suppressed by suppressing the supercooling of the melt. Can be suppressed and productivity can be improved.

本発明によれば、チョクラルスキー法によってルツボからシリコン単結晶を引上げる単結晶引上装置において、育成する単結晶を効果的に冷却し、グローイン欠陥の発生を抑制すると共に、結晶の有転位化を抑制することのできる単結晶引上装置を得ることができる。   According to the present invention, in a single crystal pulling apparatus that pulls a silicon single crystal from a crucible by the Czochralski method, the single crystal to be grown is effectively cooled, the occurrence of glow-in defects is suppressed, and the dislocations of the crystal A single crystal pulling apparatus capable of suppressing the conversion can be obtained.

図1は、本発明に係る単結晶引上装置の主要部構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part configuration of a single crystal pulling apparatus according to the present invention. 図2は、図1の単結晶引上装置が備える冷却筒の一部拡大断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a cooling cylinder provided in the single crystal pulling apparatus of FIG. 図3は、図2の冷却筒が有する環状凹部の断面形状を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional shape of an annular recess included in the cooling cylinder of FIG. 図4は、図2の冷却筒が有する環状凹部の断面形状の変形例を示す断面図である。4 is a cross-sectional view showing a modification of the cross-sectional shape of the annular recess of the cooling cylinder of FIG. 図5は、本発明に係る実施例における実験1の結果を示す結晶温度分布のグラフである。FIG. 5 is a graph of the crystal temperature distribution showing the results of Experiment 1 in the example according to the present invention. 図6は、本発明に係る実施例における実験1の結果を示す結晶温度分布のグラフである。FIG. 6 is a graph of the crystal temperature distribution showing the results of Experiment 1 in the example according to the present invention. 図7は、本発明に係る実施例における実験1の結果を示すグラフであって、結晶軸方向の温度勾配を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the results of Experiment 1 in the example according to the present invention, and showing the temperature gradient in the crystal axis direction. 図8は、本発明に係る実施例における実験1の結果を示すグラフであって、COP発生領域通過時間を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the result of Experiment 1 in the embodiment according to the present invention, and is a graph showing the COP generation region passage time. 図9は、本発明に係る実施例における実験1の結果を示すグラフであって、OSF発生領域通過時間を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the results of Experiment 1 in the embodiment according to the present invention, and is a graph showing the OSF generation region passage time. 図10は、本発明に係る実施例における実験2において用いた冷却筒の形状を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the shape of the cooling cylinder used in Experiment 2 in the embodiment according to the present invention. 図11は、本発明に係る実施例における実験2の結果を示すグラフであって、結晶軸方向の温度勾配を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the results of Experiment 2 in the example according to the present invention and showing the temperature gradient in the crystal axis direction. 図12は、本発明に係る実施例における実験2の結果を示すグラフであって、COP発生領域通過時間を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the result of Experiment 2 in the embodiment according to the present invention, and is a graph showing the COP generation region passage time. 図13は、本発明に係る実施例における実験2の結果を示すグラフであって、OSF発生領域通過時間を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the results of Experiment 2 in the embodiment according to the present invention, and is a graph showing the OSF generation region passage time. 図14は、本発明に係る実施例における実験3の結果を示すグラフであって、結晶軸方向の温度勾配を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the results of Experiment 3 in the example according to the present invention and showing the temperature gradient in the crystal axis direction. 図15は、本発明に係る実施例における実験3の結果を示すグラフであって、COP発生領域通過時間を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing the results of Experiment 3 in the example according to the present invention, and is a graph showing the COP generation region passage time. 図16は、本発明に係る実施例における実験3の結果を示すグラフであって、OSF発生領域通過時間を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing the results of Experiment 3 in the example according to the present invention, and is a graph showing the OSF generation region passage time. 図17は、本発明に係る実施例における実験4の結果を示すグラフであって、結晶軸方向の温度勾配を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing the results of Experiment 4 in the example according to the present invention, and showing the temperature gradient in the crystal axis direction. 図18は、本発明に係る実施例における実験4の結果を示すグラフであって、COP発生領域通過時間を示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing the results of Experiment 4 in the embodiment according to the present invention, and is a graph showing the COP generation region passage time. 図19は、本発明に係る実施例における実験4の結果を示すグラフであって、OSF発生領域通過時間を示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing the results of Experiment 4 in the embodiment according to the present invention and is a graph showing the OSF generation region passage time. 図20は、本発明に係る実施例における実験5の結果を示すグラフであって、結晶軸方向の温度勾配を示すグラフである。FIG. 20 is a graph showing the results of Experiment 5 in the example according to the present invention and showing the temperature gradient in the crystal axis direction. 図21は、本発明に係る実施例における実験5の結果を示すグラフであって、COP発生領域通過時間を示すグラフである。FIG. 21 is a graph showing the results of Experiment 5 in the example according to the present invention, and is a graph showing the COP generation region passage time. 図22は、本発明に係る実施例における実験5の結果を示すグラフであって、OSF発生領域通過時間を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing the results of Experiment 5 in the example according to the present invention, and is a graph showing the OSF generation region passage time. 従来の単結晶引上装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the conventional single crystal pulling apparatus.

以下、本発明に係る単結晶引上装置の実施の形態について図面に基づき説明する。図1は本発明に係る単結晶引上装置の主要部構成を示す断面図である。
この単結晶引上装置1は、円筒形状のメインチャンバ2aの上にプルチャンバ2bを重ねて形成された炉体2と、炉体2内に設けられたルツボ3と、ルツボ3の内面に装填された半導体原料(原料ポリシリコン)を溶融してシリコンの溶融液Mとする抵抗加熱ヒータ4(以下、単にヒータと呼ぶ)と、育成される単結晶Cを引上げワイヤ5により引上げる引上げ機構(図示せず)とを有している。
Embodiments of a single crystal pulling apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part configuration of a single crystal pulling apparatus according to the present invention.
This single crystal pulling apparatus 1 is loaded on a furnace body 2 formed by superposing a pull chamber 2b on a cylindrical main chamber 2a, a crucible 3 provided in the furnace body 2, and an inner surface of the crucible 3. A resistance heater 4 (hereinafter simply referred to as a heater) that melts a semiconductor raw material (raw material polysilicon) to form a silicon melt M, and a pulling mechanism for pulling up a single crystal C to be grown by a pulling wire 5 (see FIG. Not shown).

前記ヒータ4には、ルツボ3を囲むように円筒状のスリット部4aが発熱部として設けられている。
また、ルツボ3は二重構造であり、内側が石英ガラスルツボ3a、外側が黒鉛ルツボ3bで構成されている。このルツボ3は、回転モータ(図示せず)により引上げ軸周りに回転制御されると共に、単結晶Cの引上げ(育成)に伴い、昇降装置(図示せず)によりメインチャンバ2a内で上昇可能となされている。
また、前記引上げ機構により引き上げられる引上げワイヤ5の先端には、種結晶Pが取り付けられている。
The heater 4 is provided with a cylindrical slit portion 4 a as a heat generating portion so as to surround the crucible 3.
The crucible 3 has a double structure, and the inner side is constituted by a quartz glass crucible 3a and the outer side is constituted by a graphite crucible 3b. The crucible 3 is controlled to rotate around a pulling shaft by a rotary motor (not shown), and can be raised in the main chamber 2a by a lifting device (not shown) as the single crystal C is pulled (grown). Has been made.
A seed crystal P is attached to the tip of the pulling wire 5 pulled up by the pulling mechanism.

また、メインチャンバ2a内において、ルツボ3の上方且つ近傍には、単結晶Cの周囲を包囲する輻射シールド6が配置されている。この輻射シールド6は、上部と下部が開口形成され、筒状の形状をなし、育成中の単結晶Cへのヒータ4等からの余計な輻射熱を遮蔽すると共に、炉内のガス流を整流するものである。
尚、輻射シールド6は、炉体2内において位置固定されるが、輻射シールド6下端と溶融液面との間の距離寸法(ギャップ)は、単結晶Cの育成に伴いルツボ3を上昇させることにより、所定の距離を維持するよう制御される。
In the main chamber 2a, a radiation shield 6 surrounding the periphery of the single crystal C is disposed above and in the vicinity of the crucible 3. The radiation shield 6 has an opening at the top and bottom, has a cylindrical shape, shields excess radiation heat from the heater 4 and the like to the growing single crystal C, and rectifies the gas flow in the furnace. Is.
Although the radiation shield 6 is fixed in position in the furnace body 2, the distance dimension (gap) between the lower end of the radiation shield 6 and the molten liquid surface increases the crucible 3 with the growth of the single crystal C. Thus, the predetermined distance is controlled.

また、本実施形態において、輻射シールド6の内側には筒状の冷却筒7が設けられている。この冷却筒7は、単結晶Cを取り囲むように上部と下部とが開口し、下方に向けて縮径している。このように冷却筒7が、下方に向けて縮径していることにより、その下部ほど単結晶Cとの距離が短くなり、固化して間もない単結晶Cの下部を効果的に冷却することができる。   In the present embodiment, a cylindrical cooling cylinder 7 is provided inside the radiation shield 6. The cooling cylinder 7 has an upper portion and a lower portion that open so as to surround the single crystal C, and the diameter of the cooling tube 7 is reduced downward. Thus, the diameter of the cooling cylinder 7 is reduced downward, so that the distance from the single crystal C becomes shorter at the lower part, and the lower part of the single crystal C that has just solidified is effectively cooled. be able to.

また、冷却筒7の内周面側には、複数の環状凹部7a(溝)が周方向に沿って並列状に形成されている。各環状凹部7aの断面は、図1に示すように、その底部が放物線状に形成されている。また、上下に隣り合う環状凹部7aは隙間無く隣接し、その隣接部は尖形形状となされている。このため、図示するように冷却筒7の内周面側の断面は鋸歯状となっている。   A plurality of annular recesses 7 a (grooves) are formed in parallel along the circumferential direction on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder 7. As shown in FIG. 1, the cross-section of each annular recess 7a has a bottom formed in a parabolic shape. Further, the annular recesses 7a adjacent to each other in the vertical direction are adjacent to each other without a gap, and the adjacent portions are pointed. For this reason, as shown in the drawing, the cross section on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder 7 has a sawtooth shape.

また、図2に示す冷却筒7の内部空間7bには例えば水管(図示せず)が設けられ、その水管の中を所定温度の冷却水が循環することによって、冷却筒7の表面温度を所定温度(30℃)に維持するようになされている。尚、冷却筒7において、水管を設けずに、内部空間7bに直接的に冷却水を循環させることによって冷却筒7の表面を所定温度に維持するようにしてもよい。   Further, for example, a water pipe (not shown) is provided in the internal space 7b of the cooling cylinder 7 shown in FIG. 2, and the surface temperature of the cooling cylinder 7 is set to a predetermined value by circulating cooling water at a predetermined temperature through the water pipe. The temperature is maintained at 30 ° C. In the cooling cylinder 7, the surface of the cooling cylinder 7 may be maintained at a predetermined temperature by directly circulating the cooling water in the internal space 7b without providing a water pipe.

この冷却筒7に形成された各環状凹部7aの形状は、図2,図3に示すように規定される。
即ち、図3に示すように環状凹部7aにおいて、その開口部の単結晶引上軸方向の幅寸法hは1〜100mm、より好ましくは5〜50mmの範囲内で規定される。
また、前記開口部の幅方向の中点Pt1と環状凹部7aの底部頂点Pt2とを結ぶ線分の長さ寸法tは10mm以上の範囲内で規定される。前記長さ寸法tは好ましくは10mm以上50mm以下の範囲内である。
また、図2,図3に示すように、前記線分の延長線L1と単結晶引上軸L2との交差角度αは10°〜170°、より好ましくは30°〜120°の範囲内で規定される。
このように環状凹部7aの形状を規定することにより、単結晶Cから発せられる輻射熱が冷却筒7の内周面側に反射しても、それが再び単結晶Cに戻り難い構成とすることができる。
The shape of each annular recess 7a formed in the cooling cylinder 7 is defined as shown in FIGS.
That is, as shown in FIG. 3, in the annular recess 7a, the width dimension h of the opening in the single crystal pulling axial direction is defined within the range of 1 to 100 mm, more preferably 5 to 50 mm.
Further, the length dimension t of the line segment connecting the midpoint Pt1 in the width direction of the opening and the bottom vertex Pt2 of the annular recess 7a is defined within a range of 10 mm or more. The length dimension t is preferably in the range of 10 mm to 50 mm.
As shown in FIGS. 2 and 3, the crossing angle α between the extension line L1 of the line segment and the single crystal pulling up axis L2 is in the range of 10 ° to 170 °, more preferably 30 ° to 120 °. It is prescribed.
By defining the shape of the annular recess 7a in this way, even if the radiant heat emitted from the single crystal C is reflected on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder 7, it is difficult to return to the single crystal C again. it can.

このように構成された冷却筒7を備える単結晶引上装置1によれば、ワイヤ5によってルツボ3から単結晶Cを引き上げる工程において、単結晶Cからの輻射熱は冷却筒7によって単結晶Cに向けて反射されることが無く、複数の環状凹部7aにおいて効果的に吸収される。
これにより、単結晶Cを効率よく冷却することができ、所定の引上速度を維持して単結晶Cを育成することができる。その結果、COP、OSF等のグローイン欠陥が発生する中低温帯の通過時間(滞在時間)を大幅に低減し、その発生を抑制することができる。
また、冷却筒7と溶融液面M1との距離を一定に保持した状態で、より速い速度で単結晶Cの引き上げを行うことができるため、溶融液Mの過冷却を抑制して結晶の有転位化の発生を抑制し、生産性を向上することができる。
According to the single crystal pulling apparatus 1 including the cooling cylinder 7 configured as described above, in the step of pulling up the single crystal C from the crucible 3 by the wire 5, the radiant heat from the single crystal C is converted into the single crystal C by the cooling cylinder 7. It is not reflected toward and is effectively absorbed by the plurality of annular recesses 7a.
Thereby, the single crystal C can be efficiently cooled, and the single crystal C can be grown while maintaining a predetermined pulling speed. As a result, the transit time (stay time) in the medium and low temperature zone where glow-in defects such as COP and OSF are generated can be greatly reduced, and the generation thereof can be suppressed.
In addition, since the single crystal C can be pulled up at a higher speed while the distance between the cooling cylinder 7 and the melt surface M1 is kept constant, the supercooling of the melt M can be suppressed and the presence of crystals can be suppressed. The occurrence of dislocation can be suppressed and productivity can be improved.

尚、前記実施の形態にあっては、環状凹部7aの底部断面が放物線状に形成された例を示したが、それに限定されるものではない。
例えば、環状凹部7aの底部断面は円弧状でもよく、或いは、図4(a)に示すように三角形状、もしくは4(b)に示すように矩形状であってもよい。
また、底部断面が放物線状又は円弧状の環状凹部と、三角形状又は矩形状の環状凹部とを組み合わせて構成してもよい。
また、前記実施の形態にあっては、冷却筒7は、下方に向けて縮径する形状としたが、径を一定とした直胴状に形成されたものであってもよい。
In addition, in the said embodiment, although the bottom cross section of the cyclic | annular recessed part 7a was shown in the example formed in the parabola shape, it is not limited to it.
For example, the bottom section of the annular recess 7a may be arcuate, or may be triangular as shown in FIG. 4 (a), or rectangular as shown in 4 (b).
Further, the bottom section may be configured by combining a parabolic or arc-shaped annular recess and a triangular or rectangular annular recess.
Moreover, in the said embodiment, although the cooling cylinder 7 was made into the shape which diameter-reduces toward the downward direction, it may be formed in the shape of a straight cylinder with a constant diameter.

本発明に係る単結晶引上装置について、実施例に基づきさらに説明する。
[実験1]
実験1では、本発明に係る単結晶引上装置の効果について検証した。
具体的には、図1乃至図3に示す前記実施の形態に基づき、表1に示す条件で単結晶引き上げを行った。
尚、表1において、交差角度α、幅寸法h、深さ寸法tは、それぞれ図3に示したパラメータである。また、全ての条件において、直径310mmのシリコン単結晶を100本育成した。ルツボ内径は、788mmであり、ルツボ側方に配されたヒータ発熱部の高さは450mmである。
The single crystal pulling apparatus according to the present invention will be further described based on examples.
[Experiment 1]
In Experiment 1, the effect of the single crystal pulling apparatus according to the present invention was verified.
Specifically, single crystal pulling was performed under the conditions shown in Table 1 based on the embodiment shown in FIGS.
In Table 1, the intersection angle α, the width dimension h, and the depth dimension t are parameters shown in FIG. Moreover, 100 silicon single crystals having a diameter of 310 mm were grown under all conditions. The inner diameter of the crucible is 788 mm, and the height of the heater heating portion arranged on the side of the crucible is 450 mm.

Figure 2013010646
Figure 2013010646

図5のグラフに実施例1と比較例1とにおける結晶温度分布を左右対称に比較して示し(左側が比較例1、右側が実施例1)、図6に実施例2と比較例1とにおける結晶温度分布を左右対称に比較して示す(左側が比較例1、右側が実施例2)。
図5,図6の結晶温度分布に示されるように、実施例1、実施例2において、共に比較例1よりも明らかに単結晶の冷却効果が大きくなり、本発明の効果が確認された。
The graph of FIG. 5 shows the crystal temperature distribution in Example 1 and Comparative Example 1 symmetrically compared (left side is Comparative Example 1 and right side is Example 1), and FIG. 6 shows Example 2 and Comparative Example 1. The crystal temperature distribution is shown symmetrically in comparison with the left and right sides (Comparative Example 1 on the left side and Example 2 on the right side).
As shown in the crystal temperature distribution of FIGS. 5 and 6, the cooling effect of the single crystal was clearly greater in both Example 1 and Example 2 than in Comparative Example 1, and the effect of the present invention was confirmed.

また、図7に各条件における結晶軸方向の温度勾配、図8に各条件におけるCOP発生領域通過時間、図9に各条件におけるOSF発生領域通過時間をグラフで示す。尚、比較例1として、図23に示したように冷却筒の内面側の断面形状において凹凸部が形成されない条件を加えた。また、図7のグラフにおいて、縦軸は温度勾配(K/mm)、横軸は結晶軸方向の位置(mm)である。また、図8、9のグラフにおいて、縦軸は時間(min)、横軸は結晶軸方向の位置(mm)である。
また、前記図7〜図9の結果に基づき、比較例1(従来構成)に対する実施例1の効果(改善率)を表2に示し、比較例1(従来構成)に対する実施例2の効果(改善率)を表3に示す。

Figure 2013010646
Figure 2013010646
FIG. 7 is a graph showing the temperature gradient in the crystal axis direction under each condition, FIG. 8 is a graph showing the COP generation region passage time under each condition, and FIG. 9 is the OSF generation region passage time under each condition. Incidentally, as Comparative Example 1, a condition was added in which an uneven portion is not formed in the cross-sectional shape on the inner surface side of the cooling cylinder as shown in FIG. In the graph of FIG. 7, the vertical axis represents the temperature gradient (K / mm), and the horizontal axis represents the position in the crystal axis direction (mm). 8 and 9, the vertical axis represents time (min) and the horizontal axis represents the position (mm) in the crystal axis direction.
Moreover, based on the results of FIGS. 7 to 9, the effect (improvement rate) of Example 1 with respect to Comparative Example 1 (conventional configuration) is shown in Table 2, and the effect of Example 2 with respect to Comparative Example 1 (conventional configuration) ( Table 3 shows the improvement rate.
Figure 2013010646
Figure 2013010646

この実験1の結果、実施例1,2では、結晶軸方向に沿った温度勾配が比較例1よりも大きくなり、その結果、実施例1では引上速度が比較例1に比べて約3%上昇し、実施例2では引上速度が比較例1に比べて約5%上昇した。
また、実施例1,2では、引上速度の上昇により、COP発生温度領域、およびOSF発生温度領域の滞在時間(通過時間)が短くなり、COP欠陥密度、およびOSF欠陥密度を共に大きく低減することができた。
As a result of Experiment 1, in Examples 1 and 2, the temperature gradient along the crystal axis direction was larger than that in Comparative Example 1, and as a result, the pulling speed in Example 1 was about 3% as compared with Comparative Example 1. In Example 2, the pulling speed increased about 5% compared to Comparative Example 1.
In Examples 1 and 2, the increase in pulling speed shortens the residence time (passing time) in the COP generation temperature region and the OSF generation temperature region, and greatly reduces both the COP defect density and the OSF defect density. I was able to.

[実験2]
実験2では、冷却筒の内周面側に形成すべき凹凸形状について検証した。具体的には、図1に示した冷却筒7の内周面側に、図10(a)に示すように複数の環状凸部7c(断面円弧状)を形成した条件(比較例2)、図10(b)に示すように複数の環状凹部7a(断面円弧状)を形成した条件(実施例3)、図10(c)に示すように環状凹部7a(断面円弧状)と環状凸部7c(断面円弧状)とを交互に形成した条件(比較例3)について、それぞれ検証した。
図11に各条件における結晶軸方向の温度勾配、図12に各条件におけるCOP発生領域通過時間、図13に各条件におけるOSF発生領域通過時間をグラフで示す。尚、図23に示したように冷却筒の内面側の断面形状において凹凸部が形成されない条件(比較例1)を加えた。
[Experiment 2]
In Experiment 2, the uneven shape to be formed on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder was verified. Specifically, conditions (Comparative Example 2) in which a plurality of annular protrusions 7c (circular arc shape) are formed on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder 7 shown in FIG. 1 as shown in FIG. A condition (Example 3) in which a plurality of annular recesses 7a (circular arc shape) are formed as shown in FIG. 10B, and an annular recess 7a (circular arc shape) and an annular convex portion as shown in FIG. 10C. Each of the conditions (Comparative Example 3) in which 7c (circular arc shape) was alternately formed was verified.
FIG. 11 is a graph showing the temperature gradient in the crystal axis direction under each condition, FIG. 12 is a graph showing the COP generation region passage time under each condition, and FIG. 13 is a graph showing the OSF generation region passage time under each condition. In addition, as shown in FIG. 23, the conditions (comparative example 1) which the uneven | corrugated | grooved part is not formed in the cross-sectional shape of the inner surface side of a cooling cylinder were added.

図11に示すように冷却筒の内周面側に複数の環状凹部7aが形成された実施例3において最も温度勾配が大きくなった。そのため、従来の冷却筒の構成(比較例1)に比べ引上速度が最も上昇した。
また、図12、図13に示すように、実施例3においてCOP発生温度領域、およびOSF発生温度領域の滞在時間(通過時間)が短くなり、COP欠陥密度、およびOSF欠陥密度を共に低減することができた。
この実験2の結果により、冷却筒の内周面側には、実施例3のように複数の環状凹部を形成することが好ましいと確認した。ただし、環状凸部が交互に形成した条件は、効果が低いものであった。
As shown in FIG. 11, the temperature gradient was the largest in Example 3 in which a plurality of annular recesses 7a were formed on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder. Therefore, the pulling-up speed increased most compared with the conventional cooling cylinder configuration (Comparative Example 1).
In addition, as shown in FIGS. 12 and 13, the stay time (passing time) in the COP generation temperature region and the OSF generation temperature region is shortened in Example 3, and both the COP defect density and the OSF defect density are reduced. I was able to.
From the results of Experiment 2, it was confirmed that it is preferable to form a plurality of annular recesses on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder as in Example 3. However, the conditions under which the annular convex portions were alternately formed had a low effect.

[実験3]
実験3では、冷却筒の内周面側に環状凹部を形成する場合の、その好ましい断面形状について検証した。
具体的には、図1に示した冷却筒7の内周面側の凹部7aの断面形状が、図4(a)に示したように三角形状に形成された条件(実施例4)、図4(b)に示したように矩形状に形成された条件(実施例5)、図1に示したように放物線状に形成された条件(実施例6)について、それぞれ検証した。
図14に各条件における結晶軸方向の温度勾配、図15に各条件におけるCOP発生領域通過時間、図16に各条件におけるOSF発生領域通過時間をグラフで示す。尚、図23に示したように冷却筒の内面側の断面形状において凹凸部が形成されない条件(比較例1)を加えた。
[Experiment 3]
In Experiment 3, the preferred cross-sectional shape when an annular recess was formed on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder was verified.
Specifically, a condition (Example 4) in which the cross-sectional shape of the recess 7a on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder 7 shown in FIG. 1 is formed in a triangular shape as shown in FIG. The conditions (Example 5) formed in a rectangular shape as shown in FIG. 4B and the conditions (Example 6) formed in a parabolic shape as shown in FIG. 1 were verified.
FIG. 14 is a graph showing the temperature gradient in the crystal axis direction under each condition, FIG. 15 is a graph showing the COP generation region passage time under each condition, and FIG. 16 is a graph showing the OSF generation region passage time under each condition. In addition, as shown in FIG. 23, the conditions (comparative example 1) which the uneven | corrugated | grooved part is not formed in the cross-sectional shape of the inner surface side of a cooling cylinder were added.

図14に示すように冷却筒の内周面側の凹部断面形状が放物線状の実施例6において最も温度勾配が大きくなった。そのため、従来の冷却筒の構成(比較例1)に比べ引上速度が最も上昇した。
また、図15、図16に示すように、実施例6においてCOP発生温度領域、およびOSF発生温度領域の滞在時間(通過時間)が最も短くなり、COP欠陥密度、およびOSF欠陥密度を共に低減することができた。
この実験3の結果により、冷却筒の内周面側の凹部断面形状は、放物線状であることが最も好ましいと確認した。
As shown in FIG. 14, the temperature gradient was the largest in Example 6 in which the concave section on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder had a parabolic shape. Therefore, the pulling-up speed increased most compared with the conventional cooling cylinder configuration (Comparative Example 1).
Further, as shown in FIGS. 15 and 16, in Example 6, the stay time (passing time) in the COP generation temperature region and the OSF generation temperature region is the shortest, and both the COP defect density and the OSF defect density are reduced. I was able to.
From the result of Experiment 3, it was confirmed that the recess cross-sectional shape on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder is most preferably a parabolic shape.

[実験4]
実験4では、冷却筒の内周面側に断面放物線状の環状凹部を設ける場合、表4の条件に基づき、図3において定義した凹部7aの深さtについて検証した。

Figure 2013010646
[Experiment 4]
In Experiment 4, when an annular recess having a parabolic cross section was provided on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder, the depth t of the recess 7a defined in FIG.
Figure 2013010646

各条件(実施例7〜11)における結晶軸方向の温度勾配を図17に示し、COP発生温度領域の通過時間を図18に示し、OSF発生温度領域の通過時間を図19に示す。
図17に示すように深さ寸法tが大きいほど温度勾配が大きくなり、特に深さ寸法tが10mm以上となると顕著に温度勾配が上昇した。また、図18、図19に示すように、深さ寸法tが大きいほどCOP発生温度領域、およびOSF発生温度領域の滞在時間(通過時間)が短くなった。
これらの結果から、深さ寸法tは10mm以上であることが好ましいと考えられる。
[実験5]
実験5では、表5の条件に基づき、図3において定義した交差角αについて検証した。

Figure 2013010646
The temperature gradient in the crystal axis direction under each condition (Examples 7 to 11) is shown in FIG. 17, the passage time in the COP generation temperature region is shown in FIG. 18, and the passage time in the OSF generation temperature region is shown in FIG.
As shown in FIG. 17, the temperature gradient increases as the depth dimension t increases, and the temperature gradient increases remarkably when the depth dimension t is 10 mm or more. Further, as shown in FIGS. 18 and 19, the residence time (passing time) in the COP generation temperature region and the OSF generation temperature region is shorter as the depth dimension t is larger.
From these results, it is considered that the depth dimension t is preferably 10 mm or more.
[Experiment 5]
In Experiment 5, the crossing angle α defined in FIG. 3 was verified based on the conditions in Table 5.
Figure 2013010646

各条件(実施例12〜16)における結晶軸方向の温度勾配を図20に示し、COP発生温度領域の通過時間を図21に示し、OSF発生温度領域の通過時間を図22に示す。
図20に示すように、交差角度αが50°付近において最も温度勾配が大きくなった。また、図21、図22に示すように、交差角度αが50°付近においてCOP発生温度領域、およびOSF発生温度領域の滞在時間(通過時間)が最も短くなり、より好ましいことを確認した。
The temperature gradient in the crystal axis direction under each condition (Examples 12 to 16) is shown in FIG. 20, the passage time in the COP generation temperature region is shown in FIG. 21, and the passage time in the OSF generation temperature region is shown in FIG.
As shown in FIG. 20, the temperature gradient became the largest when the crossing angle α was around 50 °. Further, as shown in FIGS. 21 and 22, it was confirmed that the stay time (passing time) in the COP generation temperature region and the OSF generation temperature region was the shortest when the crossing angle α was around 50 °, which was more preferable.

以上の実施例の結果より、本発明に係る単結晶引上装置によれば、育成する単結晶に対し効果的に冷却することができ、グローイン欠陥の発生を抑制し、また、結晶の有転位化を抑制できることを確認した。   From the results of the above examples, according to the single crystal pulling apparatus according to the present invention, it is possible to effectively cool the single crystal to be grown, suppress the occurrence of glow-in defects, and dislocations of the crystal It was confirmed that crystallization could be suppressed.

1 単結晶引上装置
2 炉体
3 ルツボ
4 ヒータ
4a スリット部
5 ワイヤ
6 輻射シールド
7 冷却筒
7a 環状凹部
C 単結晶
M シリコン溶融液
P 種結晶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single crystal pulling apparatus 2 Furnace body 3 Crucible 4 Heater 4a Slit part 5 Wire 6 Radiation shield 7 Cooling cylinder 7a Annular recessed part C Single crystal M Silicon melt P Seed crystal

Claims (5)

ヒータの加熱によりルツボ内にシリコン溶融液を形成し、前記ルツボからチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置であって、
前記ルツボの上方に設けられ、上部と下部とが開口形成されて、引き上げられる単結晶の周囲を包囲すると共に、前記単結晶を冷却する冷却筒を備え、
前記冷却筒の内周面側には、複数の環状凹部が周方向に沿って並列状に形成されていることを特徴とする単結晶引上装置。
A single crystal pulling apparatus for forming a silicon melt in the crucible by heating a heater and pulling up the silicon single crystal from the crucible by the Czochralski method,
Provided above the crucible, the upper and lower portions are formed as openings to surround the single crystal to be pulled up, and includes a cooling cylinder for cooling the single crystal,
A single crystal pulling apparatus characterized in that a plurality of annular recesses are formed in parallel along the circumferential direction on the inner peripheral surface side of the cooling cylinder.
前記環状凹部は、その断面底部が放物線状または円弧状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載された単結晶引上装置。   The single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein the annular recess has a bottom section in a parabolic shape or an arc shape. 上下に隣り合う前記環状凹部は隙間無く隣接し、その隣接部は尖形形状となされていることを特徴とする請求項2に記載された単結晶引上装置。   The single crystal pulling apparatus according to claim 2, wherein the annular recesses adjacent to each other in the vertical direction are adjacent to each other without a gap, and the adjacent portions have a pointed shape. 前記断面底部が放物線状または円弧状に形成された環状凹部において、その開口部の単結晶引上軸方向の幅寸法をhとし、前記開口部の幅方向の中点と該環状凹部の底部頂点とを結ぶ線分の長さをtとし、前記線分の延長線と単結晶引上軸との交差角度をαとすると、
前記幅寸法hは5〜50mm、前記線分長さtは10mm以上、前記交差角度αは、30°〜120°の範囲内でそれぞれ規定されることを特徴とする請求項2または請求項3に記載された単結晶引上装置。
In the annular recess in which the bottom of the cross section is formed in a parabolic shape or an arc shape, the width dimension in the single crystal pulling axial direction of the opening is h, and the center point in the width direction of the opening and the apex of the bottom of the annular recess Where t is the length of the line connecting the two and the α is the intersection angle between the extension of the line and the single crystal pulling axis.
The width dimension h is 5 to 50 mm, the line segment length t is 10 mm or more, and the crossing angle α is defined within a range of 30 ° to 120 °, respectively. The single crystal pulling apparatus described in 1.
前記冷却筒は、下方に向けて縮径するように形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載された単結晶引上装置。   The single crystal pulling apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the cooling cylinder is formed so as to reduce in diameter downward.
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