JP2020055718A - Method for supplying raw material and method for manufacturing silicon single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原料供給方法およびシリコン単結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a raw material supply method and a method for producing a silicon single crystal.
従来、CZ(チョクラルスキー)法により複数のシリコン単結晶を連続して製造するに際し、2本目以降のシリコン単結晶を製造するための固形原料を坩堝内のシリコン融液にリチャージする方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1の方法は、固形原料をシリコン融液に投下する前に、シリコン融液の表面を固化させる工程を備えている。当該固化させる工程は、シリコン融液の全表面の80%に相当する領域が固化するまでの時間と坩堝の内径とが、所定の関係を満たすように、坩堝を加熱するヒータのパワーを設定している。
Conventionally, when continuously producing a plurality of silicon single crystals by the CZ (Czochralski) method, a method of recharging a solid raw material for producing a second or subsequent silicon single crystal into a silicon melt in a crucible is known. (For example, see Patent Document 1).
The method of
しかしながら、特許文献1のような方法では、シリコン融液の表面の固化が想定以上に進んでしまい、例えば固形原料を投下したときに当該固化部分が沈むことによって、石英坩堝を破損してしまうおそれがある。また、シリコン融液の表面の固化が想定以上に進まず、固化工程の時間が長くなるおそれがある。
However, in the method described in
本発明の目的は、石英坩堝を破損することなくチャージを適切に行える原料供給方法およびシリコン単結晶の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method of supplying a raw material and a method of manufacturing a silicon single crystal that can appropriately charge a quartz crucible without damaging the quartz crucible.
本発明の原料供給方法は、チョクラルスキー法により1個の石英坩堝を用いてシリコン単結晶を製造するに際し、固形原料を前記石英坩堝内のシリコン融液にチャージする原料供給方法であって、前記石英坩堝を加熱するヒータのパワーを調整して、前記シリコン融液の表面を固化する固化工程と、前記表面の固化部分に前記固形原料を投下する投下工程と、前記固化部分および前記固形原料を融解する融解工程とを備え、前記固化工程は、従前のシリコン単結晶の製造時において、種結晶を前記シリコン融液に着液させる着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該固化工程のヒータのパワーを調整することを特徴とする。
なお、「種結晶を前記シリコン融液に着液させる工程を実施したときの前記ヒータのパワー」とは、種結晶を着液後かつ引き上げる直前(例えば引き上げる1秒前)のパワーを意味するものであり、着液後、引き上げ前にパワーの調整を行った場合には、調整後のパワーを意味する。
The raw material supply method of the present invention is a raw material supply method for charging a solid raw material to a silicon melt in the quartz crucible when producing a silicon single crystal using one quartz crucible by the Czochralski method, Adjusting the power of a heater for heating the quartz crucible to solidify the surface of the silicon melt; dropping the solid material onto a solidified portion of the surface; and solidifying the solid material and the solid material. A solidifying step, during the production of a conventional silicon single crystal, the value of the power of the heater when performing a liquid contacting step of contacting the seed crystal to the silicon melt. On the basis of this, the power of the heater in the solidification step is adjusted.
The “power of the heater when the step of dipping the seed crystal into the silicon melt” means the power after dipping the seed crystal and immediately before pulling up (for example, one second before pulling up). When the power is adjusted after the liquid is applied and before the liquid is pulled up, the power after the adjustment is meant.
本発明の原料供給方法において、前記投下工程は、従前のシリコン単結晶の製造時における着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該投下工程のヒータのパワーを調整することが好ましい。 In the raw material supply method of the present invention, the dropping step adjusts the power of the heater in the dropping step based on a value of the power of the heater at the time of performing the liquid contacting step in the production of the conventional silicon single crystal. Is preferred.
本発明の原料供給方法において、前記融解工程は、従前のシリコン単結晶の製造時における着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該融解工程のヒータのパワーを調整することが好ましい。 In the raw material supply method of the present invention, the melting step adjusts the power of the heater in the melting step based on the value of the power of the heater when the liquid contacting step in the production of the conventional silicon single crystal is performed. Is preferred.
本発明の原料供給方法において、前記固化工程は、前記着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーが着液工程基準値よりも大きい場合、前記固化工程のヒータのパワーを固化工程基準値よりも大きくすることが好ましい。 In the raw material supply method of the present invention, in the solidifying step, when the power of the heater when the liquid contacting step is performed is larger than a liquid contacting step reference value, the power of the heater in the solidifying step is set to be larger than the solidifying step reference value. Is also preferably increased.
本発明の原料供給方法において、前記固化工程は、前記着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーが着液工程基準値よりも小さい場合、前記固化工程のヒータのパワーを固化工程基準値よりも小さくすることが好ましい。 In the raw material supply method of the present invention, in the solidifying step, when the power of the heater at the time of performing the liquid contacting step is smaller than the liquid contacting step reference value, the power of the heater in the solidifying step is set to be smaller than the solidifying step reference value. Is also preferably reduced.
本発明の原料供給方法において、前記固化工程は、以下の式(1)に基づいて、前記ヒータのパワーを調整することが好ましい。
A=B−α×(C−D) … (1)
A:調整後のヒータのパワー
B:固化工程基準値
C:着液工程基準値
D:前記着液工程を実施したときのヒータのパワー
α:調整用パラメータ
なお、固化工程基準値Bとは、シリコン融液表面の固化速度が目標値となるようなヒータのパワーの値である。また、着液工程基準値Cとは、シリコン融液表面の固化速度が目標値となる単結晶引き上げ装置における「種結晶をシリコン融液に着液させる工程を実施したときのヒータのパワー」であり、種結晶を着液後かつ引き上げる直前(例えば引き上げる1秒前)のパワーを意味するものである。着液後、引き上げ前にヒータパワーの調整を行った場合には、調整後のヒータパワーを意味する。すなわち、着液工程基準値Cは、固化速度が目標値となる単結晶引き上げ装置における着液工程を実施したときのヒータのパワーDに相当し、固化速度が目標値となる単結晶引き上げ装置においては、(D―C)=0となる。
また、調整用パラメータαは、1に近い正の値である。具体的には、0<α≦2の範囲内の値とすることができる。この調整用パラメータαを用いることにより、単結晶引き上げ装置毎の特性に応じたパワー調整をすることができる。
In the raw material supply method of the present invention, it is preferable that the solidifying step adjusts the power of the heater based on the following equation (1).
A = B−α × (C−D) (1)
A: power of heater after adjustment B: reference value of solidification process C: reference value of immersion process D: power of heater when the above-mentioned immersion process is performed α: parameter for adjustment Note that the reference value of solidification process B is This is the value of the power of the heater such that the solidification rate of the silicon melt surface becomes the target value. The liquid contacting process reference value C is the “power of the heater when the step of contacting the seed crystal with the silicon melt” is performed in the single crystal pulling apparatus in which the solidification rate of the silicon melt surface becomes the target value. This means the power after the seed crystal is immersed and immediately before it is pulled up (for example, one second before it is pulled up). When the heater power is adjusted after the liquid is applied and before the liquid is pulled up, the adjusted heater power means the adjusted heater power. That is, the liquid contacting process reference value C is equivalent to the power D of the heater when the liquid contacting step is performed in the single crystal pulling device in which the solidification speed is the target value, and in the single crystal pulling device in which the solidification speed is the target value. Is (DC) = 0.
The adjustment parameter α is a positive value close to 1. Specifically, it can be a value within the range of 0 <α ≦ 2. By using the adjustment parameter α, power adjustment can be performed according to the characteristics of each single crystal pulling apparatus.
本発明の原料供給方法において、前記固化工程、前記投下工程、および、前記融解工程は、それぞれ2回以上の同じ回数だけ繰り返して実施され、前記固化工程基準値は、当該繰り返しの回数が増えるほど小さい値に設定されていることが好ましい。 In the raw material supply method of the present invention, the solidification step, the dropping step, and the melting step are each repeatedly performed twice or more the same number of times, and the solidification step reference value is increased as the number of times of the repetition increases. Preferably, it is set to a small value.
本発明シリコン単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法により1個の石英坩堝を用いて複数のシリコン単結晶を連続して製造するシリコン単結晶の製造方法であって、種結晶をシリコン融液に着液させる着液工程と、前記種結晶を引き上げてシリコン単結晶を育成する育成工程と、2本目以降のシリコン単結晶を製造するための固形原料を石英坩堝内のシリコン融液にリチャージするに際し、上述の原料供給方法を行うリチャージ工程とを備え、前記リチャージ工程における前記固化工程は、同じ石英坩堝を用いたいずれかのシリコン単結晶の製造時において前記着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該固化工程のヒータのパワーを調整することを特徴とする。 The method for producing a silicon single crystal according to the present invention is a method for producing a silicon single crystal by continuously producing a plurality of silicon single crystals by using one quartz crucible by the Czochralski method, wherein a silicon melt is used as a seed crystal. And a growing step of pulling up the seed crystal to grow a silicon single crystal, and recharging a solid raw material for producing the second and subsequent silicon single crystals to a silicon melt in a quartz crucible. A recharging step of performing the above-described raw material supply method, wherein the solidification step in the recharging step is performed when the liquid contacting step is performed during the production of any silicon single crystal using the same quartz crucible. The power of the heater in the solidification process is adjusted based on the value of the power of the heater.
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、固形原料が収容された石英坩堝を加熱して、シリコン融液を生成する初期融液生成工程と、上述の原料供給方法を用いて、固形原料を前記石英坩堝内のシリコン融液に追加チャージする追加チャージ工程とを備え、前記追加チャージ工程における前記固化工程は、他の石英坩堝を用いた直前のシリコン単結晶の製造時において前記着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該固化工程のヒータのパワーを調整することが好ましい。 In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, an initial melt generation step of heating a quartz crucible containing a solid raw material to generate a silicon melt, and using the above-described raw material supply method, An additional charging step of additionally charging the silicon melt in the quartz crucible, wherein the solidifying step in the additional charging step performs the liquid contacting step at the time of producing a silicon single crystal immediately before using another quartz crucible. It is preferable to adjust the power of the heater in the solidification step based on the value of the power of the heater at that time.
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法により1個の石英坩堝を用いて1本のシリコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法であって、固形原料が収容された石英坩堝を加熱して、シリコン融液を生成する初期融液生成工程と、上述の原料供給方法を用いて、固形原料を前記石英坩堝内のシリコン融液に追加チャージする追加チャージ工程と、種結晶をシリコン融液に着液させる着液工程と、前記種結晶を引き上げてシリコン単結晶を育成する育成工程とを備え、前記追加チャージ工程における前記固化工程は、他の石英坩堝を用いた直前のシリコン単結晶の製造時において前記着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該固化工程のヒータのパワーを調整す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 one silicon single crystal using one quartz crucible by the Czochralski method, wherein the quartz containing a solid raw material is contained. An initial melt generating step of heating the crucible to generate a silicon melt; an additional charging step of additionally charging a solid raw material to the silicon melt in the quartz crucible using the above-described raw material supply method; And a growing step of growing the silicon single crystal by pulling up the seed crystal, wherein the solidifying step in the additional charging step is performed immediately before using another quartz crucible. The method is characterized in that the power of the heater in the solidification step is adjusted based on the value of the power of the heater when the liquid contacting step is performed during the production of the silicon single crystal.
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記着液工程と前記育成工程との間に、前記シリコン融液の温度が所定温度となるように前記ヒータのパワーを調整する着液パワー調整工程を備えていることが好ましい。 In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, a liquid-adhesion power adjusting step of adjusting the power of the heater so that the temperature of the silicon melt becomes a predetermined temperature between the liquid-immersion step and the growing step. Preferably, it is provided.
以上の本発明によれば、石英坩堝を破損することなくチャージを適切に行える原料供給方法およびシリコン単結晶の製造方法を提供できる。 According to the present invention described above, it is possible to provide a method for supplying a raw material and a method for manufacturing a silicon single crystal, which can appropriately charge a quartz crucible without damaging the quartz crucible.
[本発明の関連技術]
まず、本発明の関連技術を図面に基づいて説明する。
〔単結晶引き上げ装置の構成〕
図1に示すように、単結晶引き上げ装置1は、CZ法(Czochralski法)に用いられる装置であって、引き上げ装置本体2と、メモリ3と、制御部4とを備えている。
引き上げ装置本体2は、チャンバ21と、このチャンバ21内に配置された坩堝22と、この坩堝22を加熱するヒータ23と、引き上げ部24と、熱遮蔽体25と、断熱材26と、坩堝駆動部27とを備えている。
なお、単結晶引き上げ装置1は、二点鎖線で示すように、MCZ(Magnetic field applied Czochralski)法に用いられる装置であって、チャンバ21の外側において坩堝22を挟んで配置された一対の電磁コイル28を有していてもよい。
[Related Art of the Present Invention]
First, the related art of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Structure of single crystal pulling device]
As shown in FIG. 1, the single
The lifting device
The single
チャンバ21は、メインチャンバ211と、このメインチャンバ211の上部にゲートバルブ212を介して接続されたプルチャンバ213とを備えている。プルチャンバ213には、Arガスなどの不活性ガスをメインチャンバ211内に導入するガス導入口21Aが設けられている。メインチャンバ211の下部には、当該メインチャンバ211内の気体を排出するガス排気口21Bが設けられている。
The
坩堝22は、固形原料S(図3(B)参照)を融解してシリコン融液Mとするものである。坩堝22は、石英坩堝221と、この石英坩堝221を収容する黒鉛坩堝222とを備えている。石英坩堝221は、1本あるいは複数のシリコン単結晶SMを育成するごとに交換される。一方、黒鉛坩堝222は、シリコン単結晶SMを1本製造するごとには交換されず、石英坩堝221を適切に支持できなくなったと考えられた時点で交換される。
The
ヒータ23は、坩堝22の周囲に配置されており、坩堝22内のシリコンを融解する。なお、坩堝22の下方に、二点鎖線で示すようなボトムヒータ231をさらに設けてもよい。
引き上げ部24は、一端に種結晶SCが取り付けられるケーブル241と、このケーブル241を昇降および回転させる引き上げ駆動部242とを備えている。
熱遮蔽体25は、シリコン単結晶SMを囲むように設けられ、ヒータ23から上方に向かって放射される輻射熱を遮断する。
坩堝駆動部27は、黒鉛坩堝222を下方から支持する支持軸271を備え、坩堝22を所定の速度で回転および昇降させる。
なお、単結晶引き上げ装置1におけるホットゾーンは、チャンバ21、坩堝22、ヒータ23、ケーブル241、熱遮蔽体25、断熱材26、支持軸271、シリコン融液M、シリコン単結晶SMなどである。
The
The pulling
The
The
The hot zones in the single
メモリ3は、チャンバ21内のガス流量や炉内圧、ヒータ23に投入する電力、坩堝22やシリコン単結晶SMの回転数など、シリコン単結晶SMの製造に必要な各種情報を記憶している。
制御部4は、メモリ3に記憶された各種情報や、作業者の操作に基づいて、シリコン単結晶SMを製造する。
The
The control unit 4 manufactures the silicon single crystal SM based on various information stored in the
〔シリコン単結晶の製造方法〕
次に、マルチ引き上げ法によるシリコン単結晶SMの製造方法について説明する。マルチ引き上げ法とは、1個の石英坩堝221を用いて複数のシリコン単結晶SMを連続して製造する方法のことである。
まず、図2に示すように、坩堝22に収容されたシリコン融液Mに種結晶SCを着液する(ステップS1:着液工程)。
次に、制御部4は、種結晶SCを引き上げてシリコン単結晶SMを育成する(ステップS2:育成工程)。この育成工程は、種結晶SCを引き上げるとともに、坩堝22を回転させつつ上昇させる工程(引き上げ工程)と、シリコン単結晶SMのテール部をシリコン融液Mから切り離す工程(切り離し工程)と、シリコン融液Mから切り離されたシリコン単結晶SMを引き上げながら冷却する工程(冷却工程)と、冷却されたシリコン単結晶SMがプルチャンバ213に収容されたらゲートバルブ212を閉塞する工程(閉塞工程)と、プルチャンバ213からシリコン単結晶SMを取り出す工程(取り出し工程)とを備えている。
[Production method of silicon single crystal]
Next, a method of manufacturing the silicon single crystal SM by the multi-pulling method will be described. The multi-pulling method is a method of continuously manufacturing a plurality of silicon single crystals SM using one
First, as shown in FIG. 2, the seed crystal SC is immersed in the silicon melt M stored in the crucible 22 (step S1: immersion step).
Next, the control unit 4 raises the seed crystal SC to grow the silicon single crystal SM (Step S2: growing step). The growing step includes raising the seed crystal SC and raising the
育成工程の終了後あるいは実施中に、制御部4は、次のシリコン単結晶SMの育成を行うか否かを判断する(ステップS3)。
このステップS3において、制御部4は、事前に設定された本数のシリコン単結晶SMの育成が終了し、次の育成を行わないと判断した場合、処理を終了する。一方、ステップS3において、事前に設定された本数のシリコン単結晶SMの育成が終了しておらず、次の育成を行うと判断した場合、制御部4は、ヒータ23のパワーを予め設定された固化工程基準値に設定し、シリコン融液Mの表面を固化させる(ステップS4:固化工程)。この固化工程によって、図3(A)に示すように、シリコン融液Mの表面全体が固化して、固化部分M1が形成される。固化速度の目標値としては、これまでの実験の結果、14mm/min以上20mm/min以下の値を例示でき、好ましい値として17mm/minを挙げることができる。
After or during the growing step, the control unit 4 determines whether or not to grow the next silicon single crystal SM (step S3).
In step S3, when the control unit 4 determines that the growth of the predetermined number of silicon single crystals SM is completed and determines that the next growth is not performed, the control unit 4 ends the process. On the other hand, in step S3, when the growth of the predetermined number of silicon single crystals SM is not completed and it is determined that the next growth is to be performed, the control unit 4 sets the power of the
その後、制御部4は、図3(A)に実線で示すように、適切な直径および厚さの固化部分M1が形成されると、図3(B)に示すように、固化部分M1上に固形原料Sを投下する(ステップS5:投下工程)。この投下工程では、制御部4は、ヒータ23のパワーを固化工程基準値よりも大きい投下工程基準値に設定して固化を抑制した後、原料供給装置5を用いてチャンク管方式で固形原料Sを投下する。原料供給装置5は、固形原料Sを充填したチャンク管と称される円筒状の石英管51を、固化部分M1上まで下降させた後、石英管51の下端開口部に装着されている底蓋52を下方に移動させ、石英管51の下端開口部を開くことにより、固化部分M1に固形原料Sを投下する。
なお、固化工程から投下工程への移行は、作業者による目視確認結果や撮影手段の撮影結果に基づいて行ってもよい。
Thereafter, as shown by a solid line in FIG. 3A, the control unit 4 forms the solidified portion M1 having an appropriate diameter and thickness, as shown in FIG. 3B, on the solidified portion M1. The solid raw material S is dropped (step S5: dropping step). In this dropping step, the control unit 4 sets the power of the
The transition from the solidifying step to the dropping step may be performed based on a result of a visual check by an operator or a result of photographing by the photographing means.
この後、固形原料Sの投下が終了すると、ヒータ23のパワーを投下工程基準値と同じ融解工程基準値に設定して、すなわちパワーを維持したまま、固形原料Sを融解する工程(ステップS6:融解工程)に移行する。
次に、制御部4は、固形原料Sの融解が終了すると、リチャージを終了するか否かを判断する(ステップS7)。
このステップS7において、制御部4は、事前に設定された回数の投下工程が実施され、リチャージを終了すると判断した場合、ステップS1に戻り、次のシリコン単結晶SMの製造を開始する。
一方、ステップS5において、事前に設定された回数の投下工程が実施されておらず、リチャージを継続すると判断した場合、ステップS4に戻る。
以上の処理によって、複数のシリコン単結晶SMが連続して製造される。
Thereafter, when the dropping of the solid raw material S is completed, the power of the
Next, when the melting of the solid raw material S is completed, the control unit 4 determines whether or not to end the recharging (Step S7).
In step S7, when the controller 4 determines that the dropping process is performed a preset number of times and ends the recharge, the process returns to step S1 and starts the production of the next silicon single crystal SM.
On the other hand, if it is determined in step S5 that the dropping process has not been performed the preset number of times and the recharge is to be continued, the process returns to step S4.
Through the above processing, a plurality of silicon single crystals SM are continuously manufactured.
[本発明を導くに至った経緯]
本発明者は鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
単結晶引き上げ装置1の保温性は、ホットゾーンの構成要素の形状や配置の公差あるいは劣化などによって異なる場合がある。ホットゾーンの構成要素としては、チャンバ21、坩堝22、ヒータ23、ケーブル241、熱遮蔽体25、断熱材26、支持軸271、シリコン融液M、シリコン単結晶SMなどが例示できる。
本発明者は、このような単結晶引き上げ装置1の保温性の変化によって、シリコン融液M表面の固化の進行状態も変わってしまい、予期しない石英坩堝221の破損が発生したり、固化工程の時間が長くなる可能性があると推定した。
そこで、以下の実験を行った。
[History leading to the present invention]
The inventor has earnestly studied and obtained the following findings.
The heat retaining property of the single
The inventor of the present invention has found that such a change in the heat retaining property of the single
Therefore, the following experiment was performed.
まず、上述の単結晶引き上げ装置1を用い、ヒータ23のパワーを着液工程基準値に設定してから、種結晶SCをシリコン融液Mに着液した。着液工程基準値としては、例えば、過去に実施した着液工程におけるパワーの平均値が例示できるが、他の基準で設定した値であってもよい。例えば、着液工程基準値として、後述する図4に示すような「種結晶SCの着液時のヒータパワーの調整値」と「シリコン融液Mの固化速度」との関係(近似線L)を把握しておき、固化速度が目標値となる場合の種結晶SCの着液時のヒータパワーを用いることができる。
そして、種結晶SC着液後の状態に基づいて、ヒータ23のパワーを調整した。この調整では、単結晶引き上げ装置1の保温性が低いためシリコン融液Mの温度が想定以上に低くなり、成長が早く進んでしまいそうな場合、パワーを大きくした。一方、単結晶引き上げ装置1の保温性が高いためシリコン融液Mの温度が想定以上に高くなり、種結晶SCがシリコン融液M内で溶けてしまいそうな場合、パワーを小さくした。さらに、単結晶引き上げ装置1の保温性が所定範囲内であり、育成工程が適切に行えそうな場合、パワーを維持した。
その後、図2に示すステップS3,S4,S5,S6,S7の処理を行い複数のシリコン単結晶SMを製造し、1本目のシリコン単結晶SM製造後の固化工程(以下、「1回目の固化工程」という場合がある)における固化速度を確認した。
First, using the above-described single
Then, the power of the
Thereafter, the processes of steps S3, S4, S5, S6, and S7 shown in FIG. 2 are performed to manufacture a plurality of silicon single crystals SM, and a solidification process after manufacturing the first silicon single crystal SM (hereinafter, referred to as “first solidification”). Solidification rate in the “process”).
この後、異なる単結晶引き上げ装置1で同様の実験を行い、着液時におけるパワーの調整値と、1回目の固化工程における固化速度との関係を確認した。全実験において、1回目の固化、投下工程、融解工程における固化、投下、融解工程基準値を同じ値に設定した。
着液時のパワーの調整値とシリコン融液Mの固化速度との関係を図4に示す。図4の横軸は、着液工程基準値を基準にしたパワーの調整値の比率を示す。
Thereafter, a similar experiment was performed using a different single
FIG. 4 shows the relationship between the adjusted value of the power at the time of liquid contact and the solidification rate of the silicon melt M. The horizontal axis of FIG. 4 shows the ratio of the power adjustment value based on the liquid landing process reference value.
図4の近似線Lで示すように、着液時のパワーの調整値が大きくなるほど、シリコン融液Mの固化速度が速くなることが確認できた。この結果は、着液時のパワーの調整値が大きく、単結晶引き上げ装置1の保温性が低い場合には、固化工程における固化速度が速くなり、パワーの調整値が小さく、単結晶引き上げ装置1の保温性が高い場合には、固化速度が遅くなることを表していると考えられる。
As shown by the approximate line L in FIG. 4, it was confirmed that the solidification rate of the silicon melt M was increased as the power adjustment value at the time of liquid landing was increased. This result indicates that when the adjusted value of the power at the time of liquid contact is large and the heat retaining property of the single
以上のことから、着液時のヒータ23のパワー調整によって単結晶引き上げ装置1の保温性を推定でき、この推定結果に基づいて、固化、投下、融解工程時のヒータ23のパワーを調整することで、シリコン融液M表面の固化を適切に行うことができ、リチャージを適切に行えると考えられる。
例えば、着液時のパワーが着液工程基準値よりも大きい場合には、固化、投下、融解工程時のパワーを固化、投下、融解工程基準値よりも大きくする。
固化工程時のパワーを固化工程基準値よりも大きくすることで、固化速度を遅くすることができ、固化速度が速すぎることによる不具合、例えば固化が想定以上に進んでしまい、石英坩堝221を破損してしまうという不具合を抑制できると考えられる。
また、投下工程時のパワーを投下工程基準値よりも大きくすることで、固形原料Sを投下したときの固化部分M1の温度低下を抑制することができ、固化部分M1が大きくなったり厚くなったりしてしまい、石英坩堝221を破損してしまうという不具合を抑制できると考えられる。
さらに、融解工程時のパワーを融解工程基準値よりも大きくすることで、融解工程完了時の融液温度を高温化することができ、次の原料を投入する際の固化速度を目標値(例えば14mm/min以上)に調整することができる。
From the above, it is possible to estimate the heat retention of the single
For example, when the power at the time of the liquid landing is larger than the reference value of the liquid landing step, the power at the time of the solidification, dropping and melting step is made larger than the reference value of the solidification, dropping and melting step.
By setting the power in the solidification step to be larger than the solidification step reference value, the solidification rate can be reduced, and a problem caused by the solidification rate being too fast, for example, solidification proceeds more than expected and the
Further, by making the power in the dropping process larger than the reference value in the dropping process, it is possible to suppress the temperature drop of the solidified portion M1 when the solid raw material S is dropped, and the solidified portion M1 becomes large or thick. It is considered that the problem of causing the
Further, by setting the power at the time of the melting step to be higher than the reference value of the melting step, the temperature of the melt at the time of completion of the melting step can be increased, and the solidification rate at the time of charging the next raw material can be set to the target value (for example, 14 mm / min or more).
一方、着液時のパワーが着液工程基準値よりも小さい場合には、固化、投下、融解工程時のパワーを固化、投下、融解工程基準値よりも小さくする。固化工程時のパワーを固化工程基準値よりも小さくすることで、固化速度を速くすることができ、固化速度が遅すぎることによる不具合、例えば固化が想定以上に進まず、固化工程の時間が長くなるという不具合を抑制できると考えられる。
また、投下工程時のパワーを投下工程基準値よりも小さくすることで、固化部分M1の融解速度を遅くすることができ、固形原料Sが直接シリコン融液Mに投下されることを抑制でき、当該シリコン融液Mが飛散することを抑制できると考えられる。
さらに、融解工程時のパワーを融解工程基準値よりも小さくすることで、融解工程完了時の融液温度を低温化することができ、次の原料を投入する際の固化速度を目標値(例えば20mm/min以下)に調整することができる。
On the other hand, when the power at the time of the liquid landing is smaller than the reference value of the liquid landing step, the power at the time of the solidification, dropping and melting step is made smaller than the reference value of the solidification, dropping and melting step. By setting the power during the solidification process to be smaller than the solidification process reference value, the solidification speed can be increased, and a problem caused by the solidification speed being too slow, for example, solidification does not proceed more than expected, and the solidification process takes a long time It can be considered that the problem of becoming irrelevant can be suppressed.
Further, by making the power at the time of the dropping step smaller than the reference value of the dropping step, the melting rate of the solidified portion M1 can be reduced, and the solid material S can be prevented from being directly dropped into the silicon melt M, It is considered that the silicon melt M can be prevented from scattering.
Further, by making the power at the time of the melting step smaller than the reference value of the melting step, the melt temperature at the time of completion of the melting step can be lowered, and the solidification rate at the time of charging the next raw material is set to the target value (for example, 20 mm / min or less).
[第1実施形態]
次に、本発明の第1実施形態に係るマルチ引上げ法によるシリコン単結晶SMの製造方法について説明する。第1実施形態および後述する第2実施形態で説明する製造方法において、シリコン単結晶SMは、円筒研削後の直胴部の直径が200mm、300mm、450mmあるいは他の大きさであってもよい。また、抵抗率調整用のドーパントをシリコン融液Mに添加してもよいし、しなくてもよい。
なお、第1実施形態では、図2に示す上記関連技術の製造方法と異なる工程を詳細に説明し、同じ工程については同じ符号を付し、説明を簡略にする。また、以下の工程のうち、ステップS12,S4,S5,S6,S7が本発明の原料供給方法を用いたリチャージ工程に該当する。
[First Embodiment]
Next, a method of manufacturing the silicon single crystal SM by the multi-pulling method according to the first embodiment of the present invention will be described. In the manufacturing method described in the first embodiment and a second embodiment described below, the silicon single crystal SM may have a diameter of a straight body after cylindrical grinding of 200 mm, 300 mm, 450 mm, or another size. Further, a dopant for adjusting the resistivity may or may not be added to the silicon melt M.
In the first embodiment, steps different from the manufacturing method of the related art shown in FIG. 2 will be described in detail, and the same steps will be denoted by the same reference numerals and the description will be simplified. Steps S12, S4, S5, S6, and S7 of the following steps correspond to the recharging step using the material supply method of the present invention.
まず、図5に示すように、シリコン融液Mに種結晶SCを着液する(ステップS1:着液工程)。この着液工程では、制御部4は、ヒータ23のパワーを着液工程基準値に設定してから、種結晶SCをシリコン融液Mに着液する。
First, as shown in FIG. 5, the seed crystal SC is immersed in the silicon melt M (step S1: immersion step). In the liquid-contacting step, the control section 4 sets the power of the
この後、制御部4は、育成工程を適切に行うために、種結晶SC着液後の状態に基づいて、ヒータ23のパワーを調整する(ステップS11:着液パワー調整工程)。この着液パワー調整工程では、上述の本発明を導くに至った経緯で説明したように、種結晶SCの状態に基づいて、単結晶引き上げ装置1の保温性が低い場合、パワーを大きくし、保温性が高い場合、パワーを小さくし、保温性が所定範囲内の場合、パワーを維持する。この調整によって、引き上げ工程直前のシリコン融液Mの温度を所定温度にすることができる。
Thereafter, the control unit 4 adjusts the power of the
次に、制御部4は、種結晶SCを引き上げてシリコン単結晶SMを育成し(ステップS2:育成工程)、育成工程の終了後あるいは実施中に、制御部4は、次のシリコン単結晶SMの育成を行うか否かを判断する(ステップS3)。
このステップS3において、制御部4は、次の育成を行わないと判断した場合、処理を終了し、次の育成を行うと判断した場合、同じ石英坩堝221を用いてシリコン単結晶SMを育成したときの着液時のヒータ23のパワーに基づいて、ヒータ23のパワーを設定する(ステップS12:着液時パワーに基づく固化パワー、投下パワー、融解パワー設定工程)。
この固化パワー、投下パワー、融解パワー設定工程では、制御部4は、調整用パラメータαを1とした下式(1)に基づいて、設定後のヒータ23のパワーA(kW)を算出する。
A=B−α×(C−D)
=B−1×(C−D) … (1)
B:固化、投下、融解工程基準値(kW)
C:着液工程基準値(kW)
D:着液パワー調整工程における調整後のヒータ23のパワー(kW)
Next, the control unit 4 pulls up the seed crystal SC and grows the silicon single crystal SM (step S2: growing step). After the growing step is completed or during execution, the control unit 4 sets the next silicon single crystal SM. It is determined whether or not to grow (step S3).
In step S3, when determining that the next growth is not to be performed, the control unit 4 terminates the process, and when determining that the next growth is to be performed, grows the silicon single crystal SM using the
In the setting step of the solidification power, the dropping power, and the melting power, the control unit 4 calculates the power A (kW) of the
A = B-α × (CD)
= B-1 × (CD) (1)
B: Solidification, dropping, melting process standard value (kW)
C: Standard value of immersion process (kW)
D: Power (kW) of
このとき、制御部4は、以下の表1に示す固化、投入、融解工程基準値をそれぞれ式(1)のBに代入して、固化工程、投下工程、融解工程のそれぞれのパワーAを算出する。表1の固化工程基準値は、シリコン融液Mの表面を固化させるために、投下工程基準値および融解工程基準値であるパワーP(kW)よりも小さい値(例えば、投下回数が1回目のときの固化工程基準値Bは、パワーPの0.5倍)に設定されている。また、固化工程基準値Bは、固化工程から融解工程に至る工程の繰り返し回数が増えるほど、小さくなるように設定されている。また、パワーPは、単結晶引き上げ装置1の保温性により異なるため、前記固化速度目標値である14mm/min以上20mm/min以下の値になるよう調整を行う。例えばある構造の単結晶引き上げ装置1に対して調整後のパワーPが100kWだった場合、投下回数1回目の固化工程基準値Bは50kW、投下、融解工程基準値Bは100kWとなる。
式(1)に基づき得られるパワーAは、単結晶引き上げ装置1の保温性が低く、着液パワー調整工程における調整後のヒータ23のパワーDが着液工程基準値Cよりも大きい場合、固化、投下、融解工程基準値Bよりも大きくなり、単結晶引き上げ装置1の保温性が高い場合、固化、投下、融解工程基準値Bよりも小さくなる。
At this time, the control unit 4 calculates the respective powers A of the solidification step, the dropping step, and the melting step by substituting the solidification, injection, and melting step reference values shown in Table 1 below into B in Equation (1). I do. In order to solidify the surface of the silicon melt M, the solidification process reference value in Table 1 is smaller than the power P (kW) that is the dropping process reference value and the melting process reference value (for example, the number of times of dropping is the first time). The solidification process reference value B at this time is set to 0.5 times the power P). Further, the solidification step reference value B is set to be smaller as the number of times of repeating the steps from the solidification step to the melting step increases. Further, since the power P varies depending on the heat retention of the single
The power A obtained based on the formula (1) is solidified when the single
この後、制御部4は、ヒータ23のパワーを固化工程基準値に基づきステップS12で設定されたパワーAに調整し、シリコン融液Mの表面を固化させる(ステップS4:固化工程)ことによって、図3(A)に示すように、シリコン融液Mに固化部分M1を形成する。
このとき、単結晶引き上げ装置1の保温性が低く、固化速度が速くなりやすい条件の場合でも、固化工程基準値Bよりも大きいパワーAで固化工程を行うため、固化速度が速くなりすぎることを抑制できる。したがって、図3(A)に二点鎖線で示すように、固化部分M1が厚くなりすぎる前に、後述する投入工程に容易に移行することができる。その結果、厚くなった固化部分M1が固形原料Sの投下によって沈んでしまい、石英坩堝221を破損したり傷つけたりすることを抑制できる。
一方、単結晶引き上げ装置1の保温性が高く、固化速度が遅くなりやすい条件の場合でも、固化工程基準値Bよりも小さいパワーAで固化工程を行うため、固化速度が遅くなりすぎることを抑制できる。したがって、固化工程の時間が長くなりすぎることを抑制できる。
Thereafter, the control unit 4 adjusts the power of the
At this time, even if the heat retention of the single
On the other hand, even in the condition where the single
その後、制御部4は、適切な直径および厚さの固化部分M1が形成されると、ヒータ23のパワーを投下工程基準値に基づきステップS12で設定されたパワーAに調整し、固化部分M1上に固形原料Sを投下する(ステップS5:投下工程)。
このとき、単結晶引き上げ装置1の保温性が低く、固形原料を投下したときの固化部分の温度が低下しやすい条件の場合でも、投下工程基準値Bよりも大きいパワーAで投下工程を行うため、固化部分M1が大きくなったり厚くなったりしてしまい、石英坩堝221を破損したり傷つけたりすることを抑制できる。
一方、単結晶引き上げ装置1の保温性が高く、固化部分M1が融解しやすい条件の場合でも、投下工程基準値Bよりも小さいパワーAで投下工程を行うため、固化部分M1の融解に伴い固形原料Sが直接シリコン融液Mに投下されることを抑制でき、シリコン融液Mが飛散することを抑制できる。
なお、固化工程から投下工程への移行は、作業者による目視確認結果や撮影手段の撮影結果に基づいて行ってもよいが、式(1)に基づくパワーAの設定によって、単結晶引き上げ装置1の保温性に関係なく、固化工程におけるシリコン融液Mの温度のばらつきが小さくなり、固化部分M1が所望の厚さになるまでの時間のばらつきも小さくなるため、固化工程開始から予め設定された時間の経過後に行ってもよい。
Thereafter, when the solidified portion M1 having an appropriate diameter and thickness is formed, the control unit 4 adjusts the power of the
At this time, the dropping process is performed with the power A larger than the dropping process reference value B even under the condition that the heat retaining property of the single
On the other hand, even when the single
Note that the transition from the solidification step to the dropping step may be performed based on the result of a visual check by an operator or the result of photographing by the photographing means. Irrespective of the heat retention, the dispersion of the temperature of the silicon melt M in the solidification step is reduced, and the dispersion of the time until the solidified portion M1 reaches a desired thickness is also reduced. It may be performed after a lapse of time.
この後、固形原料Sの投下が終了すると、ヒータ23のパワーを融解工程基準値に基づきステップS12で設定されたパワーAに調整し、すなわち、ヒータ23のパワーを維持したまま、固形原料Sを融解する工程(ステップS6:融解工程)に移行する。
このとき、単結晶引き上げ装置1の保温性が低く、固化部分M1が融解しにくい条件の場合でも、融解工程基準値Bよりも大きいパワーAで融解工程を行うため、融解工程の時間が長くなるという不具合を抑制できる。さらに、融解工程完了時の融液温度を高温化することができ、次の原料を投入する際の固化速度を目標値(例えば14mm/min以上)に調整することができる。
一方、単結晶引き上げ装置1の保温性が高く、固化部分M1が融解しやすい条件の場合でも、融解工程基準値Bよりも小さいパワーAで融解工程を行うため、融解工程完了時の融液温度を低温化することができ、次の原料を投入する際の固化速度を目標値(例えば20mm/min以下)に調整することができる。
Thereafter, when the dropping of the solid raw material S is completed, the power of the
At this time, even when the single
On the other hand, even when the single
次に、制御部4は、固形原料Sの融解が終了すると、リチャージを終了するか否かを判断し(ステップS7)、事前に設定された回数、本実施形態では4回の投下工程が実施され、リチャージを終了すると判断した場合、ステップS1に戻り、次のシリコン単結晶SMの製造を開始する。
一方、ステップS7において、リチャージを継続すると判断した場合、ステップS12に戻り、固化工程、投下工程、融解工程のヒータ23のパワーAを設定する。2回目以降のステップS12の処理において、制御部4は、表1の設定に基づいて、固化工程から融解工程に至る工程の繰り返し回数に応じた固化、投下、融解工程基準値Bを式(1)に代入し、パワーAを設定する。
Next, when the melting of the solid raw material S is completed, the control unit 4 determines whether or not to end the recharging (step S7), and executes a predetermined number of times, in this embodiment, four dropping steps. If it is determined that recharging is to be ended, the process returns to step S1 to start manufacturing the next silicon single crystal SM.
On the other hand, when it is determined in step S7 that recharging is to be continued, the process returns to step S12, and the power A of the
ここで、固化工程基準値は、表1に示すように、固化工程から融解工程に至る工程の繰り返し回数が増えるほど小さくなることが好ましい。当該繰り返し回数に関係なく固化工程基準値を同じ値にすると、繰り返し回数が増えるほど、シリコン融液Mが増えて坩堝22の保温性が高くなり。その結果、式(1)に基づき得られるパワーが適切なパワーよりも大きくなり、固化速度が遅すぎることによる不具合が発生するおそれがある。本実施形態のように、繰り返し回数が増えるほど固化工程基準値を小さくすることで、式(1)に基づき得られたパワーを適切なパワーとほぼ同じにすることができ、固化速度が遅すぎることによる不具合を抑制できる。
Here, as shown in Table 1, the solidification step reference value preferably decreases as the number of repetitions of the steps from the solidification step to the melting step increases. If the solidification step reference value is set to the same value regardless of the number of repetitions, the more the number of repetitions increases, the more the silicon melt M increases, and the higher the heat retention of the
なお、2回目以降のステップS12の処理において、式(1)に代入するヒータ23のパワーDとして、常に1本目のシリコン単結晶SM製造時における着液パワー調整工程で得られた値を用いてもよいし、直前や2本前あるいは3本前のシリコン単結晶SM製造時(例えば、5本目のシリコン単結晶SM製造においては4本目または3本目あるいは2本目のシリコン単結晶SM製造時)における着液パワー調整工程で得られた値を用いてもよい。石英坩堝221を交換しなければ、シリコン単結晶SMの連続生産中、単結晶引き上げ装置1の保温性はほとんど変化しないため、常に1本目のシリコン単結晶SM製造時の値を用いれば、容易にステップS12の処理を行うことができる。
In the processing of step S12 for the second and subsequent times, the value obtained in the liquid contacting power adjustment step in manufacturing the first silicon single crystal SM is always used as the power D of the
[第1実施形態の作用効果]
上記第1実施形態によれば、同じ石英坩堝221を用いてシリコン単結晶SMを育成したときの着液時のヒータ23のパワー調整値によって、単結晶引き上げ装置1の保温性を推定でき、この推定結果に基づいて、固化工程時のヒータ23のパワーを調整することで、シリコン融液M表面の固化を適切に行うことができ、石英坩堝221を破損してしまうという不具合や、固化工程の時間が長くなるという不具合を抑制できる。
また、式(1)に各値を代入するだけの簡単な方法で、固化時のパワーを設定することができる。
[Operation and Effect of First Embodiment]
According to the first embodiment, the heat retaining property of the single
Further, the power at the time of solidification can be set by a simple method simply by substituting each value into the equation (1).
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るシングル引上げ法によるシリコン単結晶SMの製造方法について説明する。シングル引き上げ法とは、1個の石英坩堝221を用いて1本のシリコン単結晶SMを製造する方法のことである。
なお、第2実施形態では、図5に示す第1実施形態の製造方法と異なる工程を詳細に説明し、同じ工程については同じ符号を付し、説明を簡略にする。また、以下の工程のうち、ステップS22,S4,S5,S6,S23が本発明の原料供給方法を用いた追加チャージ工程に該当する。
[Second embodiment]
Next, a method for manufacturing a silicon single crystal SM by a single pulling method according to the second embodiment of the present invention will be described. The single pulling method is a method of manufacturing one silicon single crystal SM using one
In the second embodiment, steps different from those in the manufacturing method of the first embodiment shown in FIG. 5 will be described in detail, and the same steps will be denoted by the same reference numerals and the description will be simplified. Steps S22, S4, S5, S6, and S23 of the following steps correspond to the additional charging step using the material supply method of the present invention.
まず、図6に示すように、固形原料Sが収容された坩堝22を加熱して、シリコン融液Mを生成する(ステップS21:初期融液生成工程)。
この後、制御部4は、他の石英坩堝221を用いて直前にシリコン単結晶SMを育成したときの着液時のヒータ23のパワーに基づいて、ヒータ23のパワーを設定する(ステップS22:着液時パワーに基づく固化パワー、投下パワー、融解パワー設定工程)。
この固化パワー、投下パワー、融解パワー設定工程では、制御部4は、上述の式(1)に基づいて、設定後のヒータ23のパワーA(kW)を算出する。
First, as shown in FIG. 6, the
Thereafter, the control unit 4 sets the power of the
In the setting step of the solidification power, the dropping power, and the melting power, the control unit 4 calculates the power A (kW) of the
このとき、制御部4は、上述の表1に示す固化、投下、融解工程基準値を式(1)のBにそれぞれ代入して、固化工程、投下工程、融解工程のそれぞれのパワーAを算出する。制御部4は、式(1)に代入するヒータ23のパワーDとして、他の石英坩堝221を用いた直前のシリコン単結晶SM育成時における、後述する着液パワー調整工程で得られた値を用いる。
なお、表1における投下回数や、固化、投下、融解工程基準値は、第1実施形態と全て同じであってもよいし、少なくとも1つが異なっていてもよい。しかし、固化工程基準値は、固化工程から融解工程に至る工程の繰り返し回数が増えるほど、小さくなるように設定されていることが好ましい。このような固化工程基準値の設定によって、式(1)に基づき得られたパワーを適切なパワーとほぼ同じにすることができ、固化速度が遅すぎることによる不具合を抑制できる。
At this time, the control unit 4 calculates the power A of each of the solidification step, the dropping step, and the melting step by substituting the solidification, dropping, and melting step reference values shown in Table 1 above into B of Equation (1). I do. The control unit 4 uses, as the power D of the
Note that the number of drops and the solidification, drop, and melting process reference values in Table 1 may all be the same as in the first embodiment, or at least one may be different. However, it is preferable that the solidification step reference value is set to be smaller as the number of times of repeating the steps from the solidification step to the melting step increases. By setting such a solidification process reference value, the power obtained based on the equation (1) can be made substantially the same as an appropriate power, and a trouble due to an excessively low solidification speed can be suppressed.
この後、制御部4は、ヒータ23のパワーをステップS22で設定されたパワーAに調整し、シリコン融液Mの表面を固化させる(ステップS4:固化工程)。このようなヒータ23のパワー設定によって、単結晶引き上げ装置1の保温性に関係なく、石英坩堝221を破損したり傷つけたり、固化工程の時間が長くなりすぎることを抑制できる。
その後、制御部4は、固化部分M1上に固形原料Sを投下し(ステップS5:投下工程)、固形原料Sを融解する(ステップS6:融解工程)。この投下工程および融解工程では、制御部4は、ヒータ23のパワーをステップS22で設定されたパワーAに設定する。
Thereafter, the controller 4 adjusts the power of the
Thereafter, the control unit 4 drops the solid raw material S onto the solidified portion M1 (step S5: dropping step) and melts the solid raw material S (step S6: melting step). In the dropping step and the melting step, the control unit 4 sets the power of the
次に、制御部4は、固形原料Sの融解が終了すると、追加チャージを終了するか否かを判断し(ステップS23)、事前に設定された回数の投下工程が実施されておらず、追加チャージを継続すると判断した場合、ステップS22に戻り、固化工程のヒータ23のパワーAを設定する。2回目以降のステップS22の処理において、制御部4は、表1の設定に基づいて、固化工程から融解工程に至る工程の繰り返し回数に応じた固化、投下、融解工程基準値Bを式(1)に代入し、パワーAを設定する。
一方、ステップS23において、追加チャージを終了すると判断した場合、シリコン単結晶SMの製造を開始する。
Next, when the melting of the solid raw material S is completed, the control unit 4 determines whether or not to terminate the additional charge (Step S23). If it is determined that the charging is continued, the process returns to step S22, and the power A of the
On the other hand, when it is determined in step S23 that the additional charge is to be ended, the manufacture of the silicon single crystal SM is started.
制御部4は、ヒータ23のパワーを着液工程基準値に設定してから、シリコン融液Mに種結晶SCを着液し(ステップS1:着液工程)、育成工程を適切に行うために、種結晶SC着液後の状態に基づいて、ヒータ23のパワーを調整する(ステップS11:着液パワー調整工程)。その後、制御部4は、種結晶SCを引き上げてシリコン単結晶SMを育成して(ステップS2:育成工程)、処理を終了する。
The control unit 4 sets the power of the
[第2実施形態の作用効果]
上記第2実施形態によれば、石英坩堝221の交換前後における単結晶引き上げ装置1の保温性はほとんど変化しないため、異なる石英坩堝221を用いて直前にシリコン単結晶SMを育成したときの着液時のヒータ23のパワー調整値によって、単結晶引き上げ装置1の保温性を推定でき、この推定結果に基づいて、固化工程時のヒータ23のパワーを調整することで、シリコン融液M表面の固化を適切に行うことができ、石英坩堝221を破損してしまうという不具合や、固化工程の時間が長くなるという不具合を抑制できる。
[Operation and Effect of Second Embodiment]
According to the second embodiment, since the heat retention of the single
[変形例]
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
[Modification]
It should be noted that the present invention is not limited only to the above embodiment, and various improvements and design changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、図1に二点鎖線で示すように、ヒータ23に代えて、上下に並ぶ複数の分割ヒータ232を用いてもよい。2つの分割ヒータ232を用いる場合、制御部4は、固化パワー、投下パワー、融解パワー設定工程において、調整用パラメータαを0.5とした下式(2)に基づいて、各分割ヒータ232のパワーA1(kW)を算出することが好ましく、上記実施形態と同様に、固化工程基準値B1を固化工程から融解工程に至る工程の繰り返し回数が増えるほど小さくしてもよい。
A1=B1−α×(C1−D1)
=B1−0.5×(C1−D1) … (2)
B1:固化、投下、融解工程基準値(kW)
C1:着液工程基準値(kW)
D1:着液パワー調整工程における調整後の分割ヒータ232のパワー(kW)
For example, as shown by a two-dot chain line in FIG. 1, instead of the
A1 = B1-α × (C1-D1)
= B1-0.5 × (C1-D1) (2)
B1: Solidification, dropping, melting process standard value (kW)
C1: Liquid landing process reference value (kW)
D1: power (kW) of divided
引き上げ工程直前のシリコン融液Mの温度を所定温度にするためのヒータ23のパワーを、例えば従前の製造条件に基づき予め推定できる場合には、ステップS11の処理を行わなくてもよい。
投下工程および融解工程のうち少なくとも一方の工程において、式(1),(2)を用いた着液時パワーに基づくパワー設定工程を行わずに、投下、融解工程基準値にパワーを設定してもよい。
MCZ法の単結晶引き上げ装置1を用いる場合には、着液工程、引き上げ工程、融解工程においてシリコン融液Mに磁場を印加して、固化工程、投下工程において磁場を印加しないようにすればよい。
第1実施形態の1本目のシリコン単結晶SMの製造時に、第2実施形態の追加チャージを行ってもよい。
If the power of the
In at least one of the dropping step and the melting step, the power is set to the dropping and melting step reference value without performing the power setting step based on the power at the time of liquid contact using Equations (1) and (2). Is also good.
When the single
At the time of manufacturing the first silicon single crystal SM of the first embodiment, the additional charge of the second embodiment may be performed.
次に、本発明を実施例および比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
<比較例1>
図1に実線で示すヒータ23を有し、円筒研削後の直胴部の直径が300mmのシリコン単結晶SMを製造するための単結晶引き上げ装置1を準備した。
この単結晶引き上げ装置1を用いて、図5に示す上記実施形態のマルチ引き上げ法のうち、ステップS1,S11,S2,S3の処理を行った後、着液時パワーに基づく固化パワー、投下パワー、融解パワー設定工程(ステップS12)を行うことなく、固化工程(ステップS4)以降の処理を行い、複数のシリコン単結晶SMを製造し、1回目の固化工程におけるシリコン融液Mの固化速度を確認した。この比較例1では、固化、投下、融解工程時のヒータ23のパワーとして、表1に示す固化、投下、融解工程基準値を用いた。
その後、同じ単結晶引き上げ装置1の石英坩堝221を交換して同様の実験を行い、合計50回の実験を行った。
<Comparative Example 1>
A single
Using the single
Thereafter, the same experiment was performed by replacing the
<実施例1>
比較例1と同じ単結晶引き上げ装置1を用い、上記実施形態のマルチ引き上げ法のうち、ステップS1,S11,S2,S3の処理を行った後、さらに、着液時パワーに基づく固化パワー、投下パワー、融解パワー設定工程(ステップS12)を行い、式(1)に基づきヒータ23のパワーを算出した。そして、この算出したパワーで固化工程(ステップS4)、投下工程(ステップS5)、融解工程(ステップS6)を行い、さらにステップS7以降の処理を行うことで複数のシリコン単結晶SMを製造し、1回目の固化工程におけるシリコン融液Mの固化速度を確認した。この実施例1では、式(1)に代入する固化、投下、融解工程基準値として、表1に示す値を用いた。
その後、同じ単結晶引き上げ装置1の石英坩堝221を交換して同様の実験を行い、合計34回の実験結果を得た。
<Example 1>
Using the same single
Thereafter, the same experiment was performed by replacing the
<比較例2>
図1に二点鎖線で示す分割ヒータ232を有し、円筒研削後の直胴部の直径が300mmのシリコン単結晶SMを製造するための単結晶引き上げ装置1を準備した。
この単結晶引き上げ装置1を用いて、比較例1と同様の処理を実施し、1回目の固化工程におけるシリコン融液Mの固化速度を確認した。この比較例2では、固化工程時の分割ヒータ232のパワーとして、表1に示す固化工程基準値と同様に、固化工程から融解工程に至る工程の繰り返し回数が増えるほど、小さくなるように設定された値を用いた。また、投下工程および融解工程時の分割ヒータ232のパワーとして、表1に示す投下、融解工程基準値と同様に、固化工程から融解工程に至る工程の繰り返し回数に関係なく同じ値であり、かつ、固化工程基準値よりも大きい値を用いた。
その後、同じ単結晶引き上げ装置1の石英坩堝221を交換して同様の実験を行い、合計16回の実験を行った。
<Comparative Example 2>
A single
Using the single
Thereafter, the same experiment was performed by replacing the
<実施例2>
比較例2と同じ単結晶引き上げ装置1を用い、実施例1と同様の処理を実施し、1回目の固化工程におけるシリコン融液Mの固化速度を確認した。なお、実施例2では、着液時パワーに基づく固化パワー、投下パワー、融解パワー設定工程において、式(2)に基づき分割ヒータ232のパワーを算出した。この実施例2では、式(2)に代入する固化、投下、融解工程基準値として、比較例2の各基準値と同じ値を用いた。
その後、同じ単結晶引き上げ装置1の石英坩堝221を交換して同様の実験を行い、合計12回の実験結果を得た。
<Example 2>
The same processing as in Example 1 was performed using the same single
Thereafter, the same experiment was performed by replacing the
<評価>
比較例1および実施例1の固化速度を図7に示し、比較例2および実施例2の固化速度を図8に示す。
図7および図8に示すように、実施例1,2の固化速度のばらつきは、比較例1,2のそれよりも小さくなることが確認できた。このことから、着液時パワーに基づく固化パワー設定工程を行うことで、シリコン融液M表面の固化速度のばらつきを抑制できることが確認できた。
特に、固化速度が速くなる方へのばらつきが抑制されており、固化が想定以上に進んでしまい、石英坩堝221を破損してしまうという不具合を抑制できることが確認できた。
<Evaluation>
FIG. 7 shows the solidification rate of Comparative Example 1 and Example 1, and FIG. 8 shows the solidification rate of Comparative Example 2 and Example 2.
As shown in FIGS. 7 and 8, it was confirmed that the variation in the solidification rate in Examples 1 and 2 was smaller than that in Comparative Examples 1 and 2. From this, it was confirmed that by performing the solidification power setting step based on the power at the time of liquid contact, variation in the solidification rate on the surface of the silicon melt M can be suppressed.
In particular, it was confirmed that the dispersion to the one where the solidification speed was increased was suppressed, and it was confirmed that the problem that the solidification progressed more than expected and the
23…ヒータ、221…石英坩堝、232…分割ヒータ(ヒータ)、M…シリコン融液、S…固形原料、SC…種結晶、SM…シリコン単結晶。 23: heater, 221: quartz crucible, 232: divided heater (heater), M: silicon melt, S: solid raw material, SC: seed crystal, SM: silicon single crystal.
Claims (11)
前記石英坩堝を加熱するヒータのパワーを調整して、前記シリコン融液の表面を固化する固化工程と、
前記表面の固化部分に前記固形原料を投下する投下工程と、
前記固化部分および前記固形原料を融解する融解工程とを備え、
前記固化工程は、従前のシリコン単結晶の製造時において、種結晶を前記シリコン融液に着液させる着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該固化工程のヒータのパワーを調整することを特徴とする原料供給方法。 In producing a silicon single crystal using one quartz crucible by the Czochralski method, a raw material supply method for charging a solid raw material to a silicon melt in the quartz crucible,
Adjusting the power of the heater for heating the quartz crucible, a solidifying step of solidifying the surface of the silicon melt;
A dropping step of dropping the solid raw material on the solidified portion of the surface,
A melting step of melting the solidified portion and the solid raw material,
The solidification step is based on a value of the power of the heater at the time of the previous manufacturing of the silicon single crystal, based on a value of the power of the heater at the time of performing the liquid contacting step of contacting the seed crystal with the silicon melt. A raw material supply method comprising adjusting power.
前記投下工程は、従前のシリコン単結晶の製造時における着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該投下工程のヒータのパワーを調整することを特徴とする原料供給方法。 In the raw material supply method according to claim 1,
The method according to claim 1, wherein the dropping step adjusts the power of the heater in the dropping step based on a value of the power of the heater when the liquid landing step in the production of the conventional silicon single crystal is performed. .
前記融解工程は、従前のシリコン単結晶の製造時における着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該融解工程のヒータのパワーを調整することを特徴とする原料供給方法。 In the raw material supply method according to claim 1 or 2,
The raw material supply method, wherein the melting step adjusts the power of the heater in the melting step based on the value of the power of the heater when the liquid contacting step in the production of the conventional silicon single crystal is performed. .
前記固化工程は、前記着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーが着液工程基準値よりも大きい場合、前記固化工程のヒータのパワーを固化工程基準値よりも大きくすることを特徴とする原料供給方法。 In the raw material supply method according to claim 1,
In the solidifying step, when the power of the heater at the time of performing the liquid contacting step is larger than a liquid contacting step reference value, the power of the heater in the solidifying step is set larger than the solidifying step reference value. Raw material supply method.
前記固化工程は、前記着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーが着液工程基準値よりも小さい場合、前記固化工程のヒータのパワーを固化工程基準値よりも小さくすることを特徴とする原料供給方法。 In the raw material supply method according to claim 1 or 4,
The solidifying step is characterized in that, when the power of the heater at the time of performing the liquid contacting step is smaller than a liquid contacting step reference value, the power of the heater in the solidifying step is set smaller than a solidifying step reference value. Raw material supply method.
前記固化工程は、以下の式(1)に基づいて、前記ヒータのパワーを調整することを特徴とする原料供給方法。
A=B−α×(C−D) … (1)
A:調整後のヒータのパワー
B:固化工程基準値
C:着液工程基準値
D:前記着液工程を実施したときのヒータのパワー
α:調整用パラメータ In the raw material supply method according to claim 1,
In the solidifying step, the power of the heater is adjusted based on the following equation (1).
A = B−α × (C−D) (1)
A: Heater power after adjustment B: Solidification process reference value C: Dipping process reference value D: Heater power when the above-mentioned dipping process is performed α: Adjustment parameter
前記固化工程、前記投下工程、および、前記融解工程は、それぞれ2回以上の同じ回数だけ繰り返して実施され、
前記固化工程基準値は、当該繰り返しの回数が増えるほど小さい値に設定されていることを特徴とする原料供給方法。 In the raw material supply method according to claim 6,
The solidification step, the dropping step, and the melting step are each repeatedly performed twice or more the same number of times,
The method according to claim 1, wherein the solidification step reference value is set to a smaller value as the number of repetitions increases.
種結晶をシリコン融液に着液させる着液工程と、
前記種結晶を引き上げてシリコン単結晶を育成する育成工程と、
2本目以降のシリコン単結晶を製造するための固形原料を石英坩堝内のシリコン融液にリチャージするに際し、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の原料供給方法を行うリチャージ工程とを備え、
前記リチャージ工程における前記固化工程は、同じ石英坩堝を用いたいずれかのシリコン単結晶の製造時において前記着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該固化工程のヒータのパワーを調整することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 A method for producing a silicon single crystal by continuously producing a plurality of silicon single crystals using one quartz crucible by the Czochralski method,
A dipping step of dipping the seed crystal into the silicon melt,
A growing step of pulling up the seed crystal and growing a silicon single crystal,
A recharging step of performing the raw material supply method according to any one of claims 1 to 7, when recharging a solid raw material for producing a second or subsequent silicon single crystal to a silicon melt in a quartz crucible, With
The solidifying step in the recharging step is based on a value of the power of the heater when the liquid contacting step is performed during the production of any silicon single crystal using the same quartz crucible. A method for producing a silicon single crystal, comprising adjusting power.
固形原料が収容された石英坩堝を加熱して、シリコン融液を生成する初期融液生成工程と、
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の原料供給方法を用いて、固形原料を前記石英坩堝内のシリコン融液に追加チャージする追加チャージ工程とを備え、
前記追加チャージ工程における前記固化工程は、他の石英坩堝を用いた直前のシリコン単結晶の製造時において前記着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該固化工程のヒータのパワーを調整することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 The method for producing a silicon single crystal according to claim 8,
Heating the quartz crucible containing the solid raw material to generate a silicon melt,
An additional charging step of additionally charging a solid raw material to the silicon melt in the quartz crucible using the raw material supply method according to any one of claims 1 to 7,
The solidification step in the additional charge step, the heater of the solidification step based on the value of the power of the heater at the time of performing the liquid landing step during the production of silicon single crystal immediately before using another quartz crucible A method for producing a silicon single crystal, characterized in that the power of the silicon single crystal is adjusted.
固形原料が収容された石英坩堝を加熱して、シリコン融液を生成する初期融液生成工程と、
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の原料供給方法を用いて、固形原料を前記石英坩堝内のシリコン融液に追加チャージする追加チャージ工程と、
種結晶をシリコン融液に着液させる着液工程と、
前記種結晶を引き上げてシリコン単結晶を育成する育成工程とを備え、
前記追加チャージ工程における前記固化工程は、他の石英坩堝を用いた直前のシリコン単結晶の製造時において前記着液工程を実施したときの前記ヒータのパワーの値に基づいて、当該固化工程のヒータのパワーを調整することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 A method for manufacturing a silicon single crystal, wherein one silicon single crystal is manufactured using one quartz crucible by the Czochralski method,
Heating the quartz crucible containing the solid raw material to generate a silicon melt,
An additional charging step of additionally charging a solid raw material to a silicon melt in the quartz crucible using the raw material supply method according to any one of claims 1 to 7,
A dipping step of dipping the seed crystal into the silicon melt,
A growing step of pulling up the seed crystal and growing a silicon single crystal,
The solidification step in the additional charge step, the heater of the solidification step based on the value of the power of the heater at the time of performing the liquid landing step during the production of silicon single crystal immediately before using another quartz crucible A method for producing a silicon single crystal, characterized in that the power of the silicon single crystal is adjusted.
前記着液工程と前記育成工程との間に、前記シリコン融液の温度が所定温度となるように前記ヒータのパワーを調整する着液パワー調整工程を備えていることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 The method for producing a silicon single crystal according to any one of claims 8 to 10,
A silicon single crystal comprising a liquid-adhesion power adjustment step of adjusting the power of the heater so that the temperature of the silicon melt becomes a predetermined temperature between the liquid-immersion step and the growing step. Manufacturing method.
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