JP2020100516A - Method for manufacturing single crystal silicon ingot, and silicon single crystal pulling apparatus - Google Patents

Method for manufacturing single crystal silicon ingot, and silicon single crystal pulling apparatus Download PDF

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Abstract

To provide a method for manufacturing a single crystal silicon ingot which is capable of manufacturing a single crystal silicon ingot having low carbon concentration at high yield.SOLUTION: A method for manufacturing a single crystal silicon ingot of the present invention in which, in a raw material melting process and a crystal growth process, gas in a chamber is collected, CO gas concentration in the collected gas is intermittently measured, measured CO gas concentration is multiplied by a flow rate of inert gas supplied into the chamber to calculate a CO gas generation rate, and the CO gas generation rate which has been calculated is monitored.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、単結晶シリコンインゴットの製造方法及びシリコン単結晶引上げ装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a single crystal silicon ingot and a silicon single crystal pulling apparatus.

半導体デバイスの基板として使用されるシリコンウェーハは、シリコン単結晶のインゴットを薄くスライスし、平面研削(ラッピング)工程、エッチング工程および鏡面研磨(ポリッシング)工程を経て最終洗浄することにより製造される。そして、300mm以上の大口径のシリコン単結晶は、チョクラルスキー(Czochralski,CZ)法により製造するのが一般的である。 A silicon wafer used as a substrate of a semiconductor device is manufactured by thinly slicing an ingot of a silicon single crystal, followed by a surface grinding (lapping) step, an etching step and a mirror polishing (polishing) step, and finally cleaning. A large-diameter silicon single crystal having a diameter of 300 mm or more is generally manufactured by the Czochralski (CZ) method.

図4は、CZ法により単結晶シリコンインゴットを製造する従来のシリコン単結晶引上げ装置400を示している。シリコン単結晶引上げ装置400は、その外郭をチャンバ10で構成され、その中心部にルツボ16が配置される。ルツボ16は二重構造を有しており、内側の石英ルツボ16Aと、外側の黒鉛ルツボ16Bとから構成され、シャフト駆動機構20により回転および昇降が可能なシャフト18の上端部に固定される。 FIG. 4 shows a conventional silicon single crystal pulling apparatus 400 for manufacturing a single crystal silicon ingot by the CZ method. The silicon single crystal pulling apparatus 400 has a chamber 10 having an outer shell, and the crucible 16 is arranged at the center thereof. The crucible 16 has a double structure, is composed of an inner quartz crucible 16A and an outer graphite crucible 16B, and is fixed to an upper end of a shaft 18 which can be rotated and moved up and down by a shaft drive mechanism 20.

ルツボ16の外側には、ルツボ16を囲むように抵抗加熱式の筒状ヒータ24が配設され、その外側には、チャンバ10の内側面に沿って断熱体26が配設される。また、ルツボ16の上方には、種結晶Sを保持するシードチャック28を下端で保持する引上げワイヤ30がシャフト18と同軸上に配置され、ワイヤ昇降機構32が、引上げワイヤ30をシャフト18と逆方向または同一方向に所定の速度で回転させつつ昇降させる。 A resistance heating type tubular heater 24 is arranged outside the crucible 16 so as to surround the crucible 16, and a heat insulator 26 is arranged outside the crucible 16 along the inner surface of the chamber 10. Further, a pulling wire 30 holding a seed chuck 28 holding a seed crystal S at its lower end is arranged above the crucible 16 coaxially with the shaft 18, and a wire elevating mechanism 32 reverses the pulling wire 30 from the shaft 18. It moves up and down while rotating at a predetermined speed in the same direction or the same direction.

チャンバ10内には、ルツボ16の上方で育成中の単結晶シリコンインゴットIを囲むように筒状の熱遮蔽体22が配置される。この熱遮蔽体22は、育成中のインゴットIに対する、ルツボ16内のシリコン融液Mやヒータ24やルツボ16の側壁からの高温の輻射熱の入射量を調整したり、結晶成長界面近傍の熱の拡散量を調整するものであり、単結晶シリコンインゴットIの中心部および外周部の引上げ軸X方向の温度勾配を制御する役割を担っている。 A cylindrical heat shield 22 is arranged in the chamber 10 so as to surround the single crystal silicon ingot I being grown above the crucible 16. The heat shield 22 adjusts the incident amount of high-temperature radiant heat from the silicon melt M in the crucible 16, the heater 24, and the side wall of the crucible 16 to the growing ingot I, and the heat of the vicinity of the crystal growth interface. The amount of diffusion is adjusted, and it has a role of controlling the temperature gradient in the pulling axis X direction at the central portion and the outer peripheral portion of the single crystal silicon ingot I.

チャンバ10の上部には、Arガスなどの不活性ガスをチャンバ10内に導入するガス導入口12が設けられる。また、チャンバ10の底部には、図示しない真空ポンプの駆動によりチャンバ10内の気体を吸引して排出するガス排出口14が設けられる。ガス導入口12からチャンバ10内に導入された不活性ガスは、育成中の単結晶シリコンインゴットIと熱遮蔽体22との間を下降し、熱遮蔽体22の下端とシリコン融液Mの液面との隙間を流れた後、熱遮蔽体22の外側、さらにはルツボ16の外側に向けて流れ、その後ルツボ16の外側を下降してガス排出口14から排出される。 A gas introduction port 12 for introducing an inert gas such as Ar gas into the chamber 10 is provided in the upper portion of the chamber 10. Further, at the bottom of the chamber 10, a gas discharge port 14 for sucking and discharging the gas in the chamber 10 by driving a vacuum pump (not shown) is provided. The inert gas introduced into the chamber 10 through the gas inlet 12 descends between the growing single crystal silicon ingot I and the heat shield 22, and the lower end of the heat shield 22 and the liquid of the silicon melt M. After flowing through the gap with the surface, it flows toward the outside of the heat shield 22 and further toward the outside of the crucible 16, and then descends outside the crucible 16 and is discharged from the gas discharge port 14.

このシリコン単結晶引上げ装置400を用いて、チャンバ10内を減圧下のArガス雰囲気に維持した状態で、ルツボ16内に充填した多結晶シリコンなどのシリコン原料をヒータ24の加熱により溶融させ、シリコン融液Mを形成する。次いで、ワイヤ昇降機構32によって引上げワイヤ30を下降させて、種結晶Sをシリコン融液Mに着液し、ルツボ16および引上げワイヤ30を所定の方向に回転させながら、引上げワイヤ30を上方に引き上げ、種結晶Sの下方にインゴットIを育成する。なお、インゴットIの育成が進行するにつれて、シリコン融液Mの量は減少するが、ルツボ16を上昇させて、融液面のレベルを維持する。 Using this silicon single crystal pulling apparatus 400, a silicon raw material such as polycrystalline silicon filled in the crucible 16 is melted by heating with a heater 24 while maintaining the chamber 10 in an Ar gas atmosphere under reduced pressure, and silicon A melt M is formed. Next, the pulling wire 30 is lowered by the wire lifting mechanism 32 to deposit the seed crystal S on the silicon melt M, and the pulling wire 30 is pulled upward while rotating the crucible 16 and the pulling wire 30 in a predetermined direction. , An ingot I is grown below the seed crystal S. Although the amount of the silicon melt M decreases as the growth of the ingot I progresses, the crucible 16 is raised to maintain the level of the melt surface.

チャンバ10の上部の開口部34にはCCDカメラ36が設けられる。CCDカメラ36は、結晶Iと融液Mとの境界部近傍を撮像する。結晶と融液との境界部に形成されるメニスカスは、結晶および融液よりも高輝度で撮像されるため、画像中のメニスカスは、リング状の高輝度帯(以下、「フュージョンリング」と称する。)として顕在化する。このフュージョンリングの間隔を結晶直径と認識して、この結晶直径が所望の一定値となるように、結晶引上げ速度と融液温度を制御する。 A CCD camera 36 is provided in the opening 34 at the top of the chamber 10. The CCD camera 36 images the vicinity of the boundary between the crystal I and the melt M. Since the meniscus formed at the boundary between the crystal and the melt is imaged with higher brightness than the crystal and the melt, the meniscus in the image has a ring-shaped high brightness band (hereinafter referred to as “fusion ring”). .). The distance between the fusion rings is recognized as the crystal diameter, and the crystal pulling rate and the melt temperature are controlled so that the crystal diameter has a desired constant value.

このようなシリコン単結晶引上げ装置を用いた単結晶シリコンインゴットの製造においては、チャンバ内でCOガスが発生することが知られている。その原因の一つとして、シリコン融液から発生したSiOガスと、チャンバ内に存在する黒鉛材(例えば、筒状ヒータ)との反応により、COガスが発生することが挙げられる。このチャンバ内COガスの濃度を測定する技術として、特許文献1がある。 In the production of a single crystal silicon ingot using such a silicon single crystal pulling apparatus, it is known that CO gas is generated in the chamber. One of the causes is that CO gas is generated by the reaction between the SiO gas generated from the silicon melt and the graphite material (for example, a cylindrical heater) existing in the chamber. As a technique for measuring the concentration of CO gas in the chamber, there is Patent Document 1.

特許文献1には、「チョクラルスキー法により原料を加熱溶融した原料融液から単結晶を引き上げる単結晶の製造方法であって、前記原料を石英ルツボに収容し、該石英ルツボに収容された原料を加熱溶融しながら原料溶融中に排出される排ガスに含まれる一酸化炭素濃度を測定し、測定された原料溶融中における排ガスに含まれる一酸化炭素濃度測定結果に基づき、原料の溶融が完了したと判定し、その後、前記原料融液から単結晶を引き上げることを特徴とする単結晶の製造方法(請求項6)」が記載されている。 Patent Document 1 describes "a method for producing a single crystal in which a single crystal is pulled from a raw material melt obtained by heating and melting a raw material by the Czochralski method, in which the raw material is housed in a quartz crucible and then housed in the quartz crucible. The carbon monoxide concentration in the exhaust gas discharged during the melting of the raw material is measured while heating and melting the raw material, and the melting of the raw material is completed based on the measured result of the concentration of carbon monoxide contained in the exhaust gas during the melting of the raw material. It is determined that the single crystal is produced, and then the single crystal is pulled from the raw material melt.

特開2017−114709号公報JP, 2017-114709, A

本発明者らは、従来のシリコン単結晶引上げ装置で製造された単結晶シリコンインゴット中には、その育成過程においてカーボンが混入し、その結果、当該インゴットから作製したシリコンウェーハのカーボン濃度が意図せず高くなってしまうという課題に着目した。シリコンウェーハ中のカーボン濃度が高くなると、デバイス熱処理工程中にキラー欠陥と呼ばれる電気的に活性なカーボン起因の欠陥が発生し、ウェーハのライフタイムを低下させてしまう問題が生じる。また、高濃度のカーボンは酸素析出物の形成を促進させるため、仮に酸素析出物がデバイスの表面に存在した場合はリーク不良が生じ、歩留まり低下の原因となる。このように、単結晶シリコンインゴット中へのカーボンのコンタミは、半導体デバイスの作製工程において悪影響を及ぼす。そのため、単結晶シリコンインゴット中の炭素濃度はデバイスの種類に応じて規格で厳しく制限される。 The present inventors, in the single crystal silicon ingot manufactured by the conventional silicon single crystal pulling apparatus, carbon is mixed in the growing process, as a result, the carbon concentration of the silicon wafer produced from the ingot is intended. We paid attention to the problem that it would be higher. When the carbon concentration in a silicon wafer becomes high, a defect called a killer defect caused by electrically active carbon occurs during the device heat treatment step, which causes a problem that the lifetime of the wafer is reduced. Further, since carbon of high concentration promotes the formation of oxygen precipitates, if oxygen precipitates are present on the surface of the device, leak failure will occur, resulting in a decrease in yield. Thus, carbon contamination in the single crystal silicon ingot has an adverse effect on the manufacturing process of the semiconductor device. Therefore, the carbon concentration in the single crystal silicon ingot is strictly limited by the standard according to the type of device.

結晶中のカーボン濃度が上昇する理由は、チャンバ内で発生したCOガスがシリコン融液に取り込まれることであると考えられる。特許文献1では、原料溶融工程において原料が全て溶融する時にチャンバ内のガス中のCOガス濃度が最大となることに着目して、COガス濃度を測定し、この測定値に基づいて原料溶融工程の終了(メルト完了)を判定している。しかしながら、特許文献1では、メルト完了の正確な検知によって、プロセスタイムを短縮化することと石英ルツボの変形を防止することに着目しているに過ぎず、COガスのシリコン融液への取り込みや、これに起因する結晶中のカーボン濃度の上昇については、何ら着目していない。 It is considered that the carbon concentration in the crystal rises because the CO gas generated in the chamber is taken into the silicon melt. In Patent Document 1, paying attention to the fact that the CO gas concentration in the gas in the chamber becomes maximum when all the raw materials are melted in the raw material melting step, the CO gas concentration is measured, and the raw material melting step is performed based on the measured value. The end of (melt completion) is determined. However, Patent Document 1 merely focuses on shortening the process time and preventing the deformation of the quartz crucible by accurately detecting the completion of the melt, and taking in the CO gas into the silicon melt or However, no attention is paid to the increase in carbon concentration in the crystal resulting from this.

上記課題に鑑み、本発明は、カーボン濃度が低い単結晶シリコンインゴットを高い歩留まりで製造することが可能な単結晶シリコンインゴットの製造方法及びシリコン単結晶引上げ装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a method for producing a single crystal silicon ingot and a silicon single crystal pulling apparatus capable of producing a single crystal silicon ingot having a low carbon concentration with a high yield.

上記課題を解決すべく本発明者らは、チャンバ内ガス中のCOガス濃度をモニターすることに代えて、COガス発生レート(単位時間当たりのCOガス発生量)をモニターすることを着想した。すなわち、COガスのシリコン融液への取り込み量は、単位時間当たりのCOガスの発生量と正の相関があるものと考えられる。一方で、COガス濃度は、単位時間当たりのCOガス発生量が同じであっても、チャンバ内の不活性ガスの流量が大きい場合には小さくなり、チャンバ内の不活性ガスの流量が小さい場合には大きくなる。実際、原料溶融工程と結晶育成工程では不活性ガスの流量は異なるし、結晶育成工程中においても不活性ガスの流量は変動する。このため、COガス濃度は、COガスのシリコン融液への取り込み量を評価する指標としてモニターするのには適切ではない。本発明者らは、チャンバ内のCOガス濃度を測定し、この測定値に、チャンバ内の不活性ガス流量を乗ずることでCOガス発生レートを算出し、このCOガス発生レートをモニターすることで、COガスのシリコン融液への取り込み量、ひいては結晶中のカーボン濃度を適切に評価できることを見出した。 In order to solve the above problems, the present inventors have conceived to monitor the CO gas generation rate (CO gas generation amount per unit time) instead of monitoring the CO gas concentration in the gas in the chamber. That is, it is considered that the amount of CO gas taken into the silicon melt has a positive correlation with the amount of CO gas generated per unit time. On the other hand, the CO gas concentration decreases when the flow rate of the inert gas in the chamber is high, and decreases when the flow rate of the inert gas in the chamber is low, even if the CO gas generation amount per unit time is the same. To grow. In fact, the flow rate of the inert gas is different between the raw material melting step and the crystal growing step, and the flow rate of the inert gas also changes during the crystal growing step. Therefore, the CO gas concentration is not suitable for monitoring as an index for evaluating the amount of CO gas taken into the silicon melt. The present inventors measure the CO gas concentration in the chamber, calculate the CO gas generation rate by multiplying this measured value by the flow rate of the inert gas in the chamber, and monitor this CO gas generation rate. It has been found that the amount of CO gas taken into the silicon melt, and thus the carbon concentration in the crystal, can be appropriately evaluated.

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
(1)不活性ガスを導入するガス導入口を上部に有し、前記不活性ガスを含む炉内ガスを排出するガス排出口を底部に有するチャンバと、
前記チャンバ内に位置するルツボと、
前記チャンバ内で前記ルツボを囲うように位置する筒状のヒータと、
を有するシリコン単結晶引上げ装置を用いて行う単結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
前記チャンバ内を減圧下で前記不活性ガスの雰囲気に維持しつつ、前記ルツボ内に投入したシリコン原料を前記ヒータにより加熱、溶融させて前記ルツボ内にシリコン融液を形成する原料溶融工程と、
引き続き、前記チャンバ内を減圧下で前記不活性ガスの雰囲気に維持しつつ、前記シリコン融液を前記ヒータにより加熱、維持して、前記シリコン融液から単結晶シリコンインゴットを引き上げる結晶育成工程と、
を有し、前記原料溶融工程及び前記結晶育成工程において、
前記炉内ガスを採取し、
前記採取したガス中のCOガス濃度をガス分析装置により間欠的に測定し、
測定したCOガス濃度に、前記チャンバ内に供給する不活性ガスの流量を乗ずることにより、COガス発生レートを算出し、
算出した前記COガス発生レートをモニターすることを特徴とする単結晶シリコンインゴットの製造方法。
The present invention has been completed based on the above findings, and its gist configuration is as follows.
(1) A chamber having a gas inlet for introducing an inert gas in its upper portion and a gas outlet for discharging an in-furnace gas containing the inert gas in its bottom,
A crucible located in the chamber,
A cylindrical heater positioned so as to surround the crucible in the chamber,
A method for manufacturing a single crystal silicon ingot performed using a silicon single crystal pulling apparatus having:
While maintaining the atmosphere of the inert gas under reduced pressure in the chamber, a raw material melting step of forming a silicon melt in the crucible by heating and melting the silicon raw material charged in the crucible by the heater,
Subsequently, while maintaining the atmosphere of the inert gas under reduced pressure in the chamber, the silicon melt is heated and maintained by the heater, and a crystal growing step of pulling a single crystal silicon ingot from the silicon melt.
In the raw material melting step and the crystal growing step,
Collecting the gas in the furnace,
The CO gas concentration in the collected gas is intermittently measured by a gas analyzer,
The CO gas generation rate is calculated by multiplying the measured CO gas concentration by the flow rate of the inert gas supplied into the chamber,
A method for producing a single crystal silicon ingot, which comprises monitoring the calculated CO gas generation rate.

(2)前記原料溶融工程におけるCOガス発生レートの最大値をA(mol/h)、前記結晶育成工程中の直胴工程におけるCOガス発生レートの最大値をB(mol/h)として、前記原料溶融工程及び前記結晶育成工程は、A/B≦10を満たす条件下で行う、上記(1)に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。 (2) The maximum value of the CO gas generation rate in the raw material melting step is A (mol/h), and the maximum value of the CO gas generation rate in the straight body step in the crystal growing step is B (mol/h). The method for producing a single crystal silicon ingot according to (1) above, wherein the raw material melting step and the crystal growing step are performed under conditions satisfying A/B≦10.

(3)前記炉内ガスの採取は、前記ガス排出口から延びる排気配管を介して行う、上記(1)又は(2)に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。 (3) The method for producing a single crystal silicon ingot according to (1) or (2), wherein the in-furnace gas is collected through an exhaust pipe extending from the gas outlet.

(4)前記炉内ガスは、前記ルツボの上方に前記単結晶シリコンインゴットを囲むように設けられた筒状の熱遮蔽体と、前記ルツボとの間の空間から採取する、上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。 (4) The in-furnace gas is collected from a space between the crucible and a cylindrical heat shield provided above the crucible so as to surround the single crystal silicon ingot. The method for producing a single crystal silicon ingot according to any one of (3).

(5)前記ガス分析装置が四重極型質量分析装置である、上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。 (5) The method for producing a single crystal silicon ingot according to any one of (1) to (4) above, wherein the gas analyzer is a quadrupole mass spectrometer.

(6)不活性ガスを導入するガス導入口を上部に有し、前記不活性ガスを含む炉内ガスを排出するガス排出口を底部に有するチャンバと、
前記チャンバ内に位置し、シリコン融液を収容するルツボと、
前記ルツボの上方に、前記シリコン融液から引き上げられる単結晶シリコンインゴットを囲むように設けられた筒状の熱遮蔽体と、
前記チャンバ内で前記ルツボを囲うように位置し、前記シリコン融液を加熱する筒状のヒータと、
前記ガス排出口から延びる排気配管と、
前記排気配管に接続され、前記チャンバ内を減圧するとともに、前記炉内ガスを前記排気配管へと吸引するメインポンプと、
前記排気配管に設けられ、前記チャンバ内を減圧する際に開となるメインバルブと、
前記排気配管の前記メインバルブよりも上流の部位、及び、前記熱遮蔽体と前記ルツボとの間の空間、の一方又は両方に設けられたガス採取口と、
前記ガス採取口から延び、前記排気配管の前記メインバルブより下流の部位に連結されるサブ配管と、
前記サブ配管に設けられ、前記炉内ガスを前記サブ配管へと吸引するサブポンプと、
前記サブ配管の前記サブポンプより上流に設けられ、前記サブ配管に吸引されたガス中のCOガス濃度を間欠的に測定するガス分析装置と、
前記サブ配管の前記ガス分析装置より上流に設けられ、前記ガス分析装置に供給するガスの流量を調整する流量調整バルブと、
前記サブ配管の前記流量調整バルブより上流に設けられ、前記サブ配管に吸引されたガス中のSiO粉を除去するフィルタと、
前記サブ配管の前記ガス採取口の近傍に設けられ、前記炉内ガスを前記サブ配管へと吸引する際に開となる取り込みバルブと、
を有し、さらに、
前記ガス分析装置により測定したCOガス濃度に、前記チャンバ内に供給する不活性ガスの流量を乗ずることにより、COガス発生レートを算出する演算部と、
算出した前記COガス発生レートを出力する出力装置と、
を有することを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。
(6) A chamber having a gas inlet for introducing an inert gas in the upper part and a gas outlet for discharging the in-furnace gas containing the inert gas in the bottom,
A crucible located in the chamber and containing a silicon melt;
Above the crucible, a cylindrical heat shield provided so as to surround the single crystal silicon ingot pulled up from the silicon melt,
A cylindrical heater that is positioned so as to surround the crucible in the chamber and that heats the silicon melt,
An exhaust pipe extending from the gas outlet,
A main pump that is connected to the exhaust pipe, reduces the pressure in the chamber, and sucks the in-furnace gas into the exhaust pipe;
A main valve provided in the exhaust pipe and opened when decompressing the chamber,
A portion of the exhaust pipe upstream of the main valve, and a space between the heat shield and the crucible, and a gas sampling port provided in one or both of them.
A sub-pipe extending from the gas sampling port and connected to a part of the exhaust pipe downstream of the main valve;
A sub-pump provided in the sub-pipe, for sucking the in-furnace gas into the sub-pipe,
A gas analyzer provided upstream of the sub-pump in the sub-pipe, and intermittently measuring the CO gas concentration in the gas sucked into the sub-pipe;
A flow rate adjustment valve that is provided upstream of the gas analysis device in the sub-pipe and that adjusts the flow rate of the gas supplied to the gas analysis device,
A filter that is provided upstream of the flow rate adjusting valve of the sub-pipe and removes SiO powder in the gas sucked into the sub-pipe;
An intake valve which is provided in the vicinity of the gas sampling port of the sub-pipe and which opens when the in-furnace gas is sucked into the sub-pipe,
And further,
An operation unit for calculating a CO gas generation rate by multiplying the CO gas concentration measured by the gas analyzer by the flow rate of the inert gas supplied into the chamber,
An output device for outputting the calculated CO gas generation rate;
A silicon single crystal pulling apparatus comprising:

(7)前記ガス採取口が、前記排気配管の前記メインバルブよりも上流の部位に設けられた、上記(6)に記載のシリコン単結晶引上げ装置。 (7) The silicon single crystal pulling apparatus according to (6), wherein the gas sampling port is provided in a portion of the exhaust pipe upstream of the main valve.

(8)前記ガス採取口が、前記熱遮蔽体と前記ルツボとの間の空間に位置する、上記(6)又は(7)に記載のシリコン単結晶引上げ装置。 (8) The silicon single crystal pulling apparatus according to (6) or (7), wherein the gas sampling port is located in a space between the heat shield and the crucible.

(9)前記ガス分析装置が四重極型質量分析装置である、上記(6)〜(8)のいずれか一項に記載のシリコン単結晶引上げ装置。 (9) The silicon single crystal pulling device according to any one of (6) to (8), wherein the gas analyzer is a quadrupole mass spectrometer.

本発明の単結晶シリコンインゴットの製造方法及びシリコン単結晶引上げ装置によれば、カーボン濃度が低い単結晶シリコンインゴットを高い歩留まりで製造することが可能である。 According to the method for producing a single crystal silicon ingot and the silicon single crystal pulling apparatus of the present invention, it is possible to produce a single crystal silicon ingot having a low carbon concentration with a high yield.

本発明の第1の実施形態によるシリコン単結晶引上げ装置100の構成を模式的に示す、引上げ軸Xに沿った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the pulling axis X, which schematically shows the configuration of the silicon single crystal pulling apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態によるシリコン単結晶引上げ装置200の構成を模式的に示す、引上げ軸Xに沿った断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view taken along a pulling axis X, which schematically shows the configuration of a silicon single crystal pulling apparatus 200 according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態によるシリコン単結晶引上げ装置300の構成を模式的に示す、引上げ軸Xに沿った断面図である。It is sectional drawing along the pulling axis X which shows typically the structure of the silicon single crystal pulling apparatus 300 by the 3rd Embodiment of this invention. 従来のシリコン単結晶引上げ装置400の構成を模式的に示す、引上げ軸Xに沿った断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the pulling axis X, which schematically shows the configuration of a conventional silicon single crystal pulling apparatus 400. No.1における、原料溶融工程及び結晶育成工程中のCOガス発生レートの推移を示すグラフである。No. 3 is a graph showing changes in the CO gas generation rate during the raw material melting step and the crystal growing step in FIG. チャンバ内から採取したガス中のSiO粉末の粒度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the particle size distribution of SiO powder in the gas extracted from the inside of a chamber.

(シリコン単結晶引上げ装置)
図1〜3を参照して、本発明の実施形態によるシリコン単結晶引上げ装置100,200,300に共通する基本的構成について説明する。なお、これらの共通する基本的構成については、図1〜3において同一の符号を付している。
(Silicon single crystal pulling device)
A basic configuration common to the silicon single crystal pulling apparatus 100, 200, 300 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about these common basic structures, the same code|symbol is attached|subjected in FIGS.

シリコン単結晶引上げ装置100,200,300は、チャンバ10、ルツボ16、シャフト18、シャフト駆動機構20、筒状の熱遮蔽体22、筒状のヒータ24、筒状の断熱体26、シードチャック28、引上げワイヤ30、ワイヤ昇降機構32、CCDカメラ36、排気配管40、およびメインポンプ42を有する。 The silicon single crystal pulling apparatus 100, 200, 300 includes a chamber 10, a crucible 16, a shaft 18, a shaft drive mechanism 20, a tubular heat shield 22, a tubular heater 24, a tubular heat insulator 26, and a seed chuck 28. , A pulling wire 30, a wire lifting mechanism 32, a CCD camera 36, an exhaust pipe 40, and a main pump 42.

チャンバ10の上部には、Arガスなどの不活性ガスをチャンバ10内に導入するガス導入口12が設けられる。また、チャンバ10の底部には、メインポンプ42(真空ポンプ)の駆動によりチャンバ10内の気体(以下、「炉内ガス」と称する。)を吸引して排出するガス排出口14が設けられる。 A gas introduction port 12 for introducing an inert gas such as Ar gas into the chamber 10 is provided in the upper portion of the chamber 10. Further, at the bottom of the chamber 10, a gas exhaust port 14 for sucking and exhausting gas (hereinafter, referred to as “furnace gas”) in the chamber 10 by driving the main pump 42 (vacuum pump) is provided.

ルツボ16は、チャンバ10の中心部に配置され、シリコン融液Mを収容する。ルツボ16は、石英ルツボ16Aと黒鉛ルツボ16Bの二重構造を有する。石英ルツボ16Aは、シリコン融液Mを内面で直接支持する。黒鉛ルツボ16Bは、石英ルツボ16Aの外側で石英ルツボ16Aを支持する。図1〜3に示すように、石英ルツボ16Aの上端は黒鉛ルツボ16Bの上端よりも高くなっており、すなわち、石英ルツボ16Aの上端部は黒鉛ルツボ16Bの上端から突出している。 The crucible 16 is arranged in the center of the chamber 10 and contains the silicon melt M. The crucible 16 has a double structure of a quartz crucible 16A and a graphite crucible 16B. The quartz crucible 16A directly supports the silicon melt M on its inner surface. The graphite crucible 16B supports the quartz crucible 16A outside the quartz crucible 16A. As shown in FIGS. 1 to 3, the upper end of the quartz crucible 16A is higher than the upper end of the graphite crucible 16B, that is, the upper end of the quartz crucible 16A projects from the upper end of the graphite crucible 16B.

シャフト18は、チャンバ10の底部を鉛直方向に貫通して、ルツボ16を上端で支持する。そして、シャフト駆動機構20は、シャフト18を介してルツボ16を回転させつつ昇降させる。 The shaft 18 vertically penetrates the bottom of the chamber 10 and supports the crucible 16 at the upper end. Then, the shaft drive mechanism 20 raises and lowers the crucible 16 while rotating the crucible 16 via the shaft 18.

熱遮蔽体22は、ルツボ16の上方に、シリコン融液Mから引き上げられる単結晶シリコンインゴットIを囲むように設けられる。具体的には、熱遮蔽体22は、逆円錐台形状のシールド本体22Aと、このシールド本体22Aの下端部から引上げ軸X側(内側)に向かって水平方向に延設された内側フランジ部22Bと、シールド本体22Aの上端部からチャンバ側(外側)に向かって水平方向に延設された外側フランジ部22Cとを有し、外側フランジ部22Cは断熱体26に固定されている。熱遮蔽体22の機能は背景技術の欄において説明したとおりである。 The heat shield 22 is provided above the crucible 16 so as to surround the single crystal silicon ingot I pulled up from the silicon melt M. Specifically, the heat shield 22 includes an inverted frustoconical shield body 22A, and an inner flange portion 22B extending horizontally from the lower end portion of the shield body 22A toward the pulling axis X side (inner side). And an outer flange portion 22C extending horizontally from the upper end of the shield body 22A toward the chamber side (outer side), and the outer flange portion 22C is fixed to the heat insulator 26. The function of the heat shield 22 is as described in the background art section.

筒状のヒータ24は、チャンバ10内でルツボ16を囲うように位置する。ヒータ24は、カーボンを素材とする抵抗加熱式ヒータであり、ルツボ16内に投入されるシリコン原料を溶融してシリコン融液Mを形成し、さらに、形成したシリコン融液Mを維持するための加熱を行う。 The cylindrical heater 24 is positioned in the chamber 10 so as to surround the crucible 16. The heater 24 is a resistance heating type heater made of carbon, and melts the silicon raw material charged in the crucible 16 to form the silicon melt M, and further maintains the formed silicon melt M. Heating.

筒状の断熱体26は、熱遮蔽体22の上端よりも下方で、チャンバ10の内側面に沿って設けられる。本実施形態では、さらに、チャンバ内の底部にも断熱体が配置される。これらの断熱体を構成する断熱材は特に限定されないが、例えばカーボン、アルミナ、及びジルコニアを挙げることができる。断熱体26は、チャンバ10内の特に熱遮蔽体22よりも下方の領域に保熱効果を付与し、ルツボ16内のシリコン融液Mを維持しやすくする機能を有する。断熱体26の厚さは、特に限定されず、従来と同等の一般的な厚さとすることができ、直径300mmの結晶を育成する引上げ装置においては30〜90mm程度、直径450mmの結晶を育成する引上げ装置においては45〜100mm程度とすることができる。 The tubular heat insulator 26 is provided below the upper end of the heat shield 22 and along the inner surface of the chamber 10. In this embodiment, a heat insulator is also arranged at the bottom of the chamber. The heat insulating material constituting these heat insulating materials is not particularly limited, and examples thereof include carbon, alumina, and zirconia. The heat insulator 26 has a function of imparting a heat retaining effect to a region inside the chamber 10 particularly below the heat shield 22 and making it easier to maintain the silicon melt M in the crucible 16. The thickness of the heat insulator 26 is not particularly limited and may be a general thickness equivalent to the conventional one. In a pulling device for growing a crystal having a diameter of 300 mm, a crystal having a diameter of about 30 to 90 mm and a diameter of 450 mm is grown. In the pulling device, it can be about 45 to 100 mm.

ルツボ16の上方には、種結晶Sを保持するシードチャック28を下端で保持する引上げワイヤ30がシャフト18と同軸上に配置され、ワイヤ昇降機構32が、引上げワイヤ30をシャフト18と逆方向または同一方向に所定の速度で回転させつつ昇降させる。 Above the crucible 16, a pulling wire 30 holding a seed chuck 28 holding the seed crystal S at its lower end is arranged coaxially with the shaft 18, and a wire lifting mechanism 32 moves the pulling wire 30 in the opposite direction to the shaft 18 or. Raise and lower while rotating at the same speed in the same direction.

チャンバ10の上部の開口部34にはCCDカメラ36が設けられる。CCDカメラ36は、結晶Iと融液Mとの境界部近傍を撮像する。得られる画像中のフュージョンリングの間隔を結晶直径として、この結晶直径が所望の一定値となるように、結晶引上げ速度と融液温度を制御する。 A CCD camera 36 is provided in the opening 34 at the top of the chamber 10. The CCD camera 36 images the vicinity of the boundary between the crystal I and the melt M. The distance between the fusion rings in the obtained image is defined as the crystal diameter, and the crystal pulling rate and the melt temperature are controlled so that the crystal diameter becomes a desired constant value.

排気配管40は、ガス排出口14から延びる。メインポンプ42は、例えばドライポンプ等の真空ポンプとすることができ、排気配管40に接続され、チャンバ10内を5〜100Torr程度に減圧するとともに、炉内ガスを排気配管40へと吸引する役割を果たす。メインバルブ44は、排気配管40に設けられ、チャンバ10内の圧力を常圧および減圧に切り替える役割を果たす。すなわち、チャンバ10内を大気開放する際や、チャンバ10内の構造物を設置・交換する際など、チャンバ10内が常圧となる時には、メインバルブ44は閉となる。一方、原料溶融工程および結晶育成工程を含むチャンバ10内が減圧となる時には、メインバルブ44は開となる。 The exhaust pipe 40 extends from the gas outlet 14. The main pump 42 may be, for example, a vacuum pump such as a dry pump, is connected to the exhaust pipe 40, reduces the pressure in the chamber 10 to about 5 to 100 Torr, and sucks the in-furnace gas into the exhaust pipe 40. Fulfill. The main valve 44 is provided in the exhaust pipe 40 and plays a role of switching the pressure inside the chamber 10 between normal pressure and reduced pressure. That is, the main valve 44 is closed when the inside of the chamber 10 is at normal pressure, such as when the inside of the chamber 10 is opened to the atmosphere and when the structure inside the chamber 10 is installed or replaced. On the other hand, when the pressure in the chamber 10 including the raw material melting step and the crystal growing step is reduced, the main valve 44 is opened.

ここで、原料溶融工程および結晶育成工程では、チャンバ10内でCOガスが発生する。その第1の原因は、以下のとおりである。すなわち、ルツボ16内のシリコン融液Mからは、シリコン融液Mが石英ルツボ16A内面と反応することでSiOガスが発生する。SiOガスは、不活性ガスの流れに乗ってヒータ24に到達し、以下の反応式に示すように、ヒータの素材であるカーボンとの反応によりCOガスが発生する。
SiO(g) + 2C(s) → CO(g) + SiC(s)
なお、副生成物として生成するSiCはヒータ24の表面に析出する。
Here, in the raw material melting step and the crystal growing step, CO gas is generated in the chamber 10. The first cause is as follows. That is, SiO gas is generated from the silicon melt M in the crucible 16 as the silicon melt M reacts with the inner surface of the quartz crucible 16A. The SiO gas reaches the heater 24 along with the flow of the inert gas, and CO gas is generated by the reaction with carbon, which is a material of the heater, as shown in the following reaction formula.
SiO(g) + 2C(s) → CO(g) + SiC(s)
The SiC produced as a by-product is deposited on the surface of the heater 24.

第2の原因は、以下のとおりである。すなわち、互いに接触する石英ルツボ16Aと黒鉛ルツボ16Bとが反応することにより、COガスが発生する。
SiO2(s) + 3C(s) → 2CO(g) + SiC(s)
なお、副生成物として生成するSiCは、石英ルツボ16Aの外周面と黒鉛ルツボ16Bの内周面との間に析出する。
The second cause is as follows. That is, CO gas is generated by the reaction between the quartz crucible 16A and the graphite crucible 16B which are in contact with each other.
SiO 2 (s) + 3C(s) → 2CO(g) + SiC(s)
SiC produced as a by-product is deposited between the outer peripheral surface of the quartz crucible 16A and the inner peripheral surface of the graphite crucible 16B.

本発明の各実施形態は、上記のようにしてチャンバ10内に発生したCOガスに関して、その単位時間当たりの発生量(すなわち、COガス発生レート)をモニターするものである。以下、そのための装置構成を説明する。 Each embodiment of the present invention monitors the amount of CO gas generated in the chamber 10 as described above per unit time (that is, the CO gas generation rate). The device configuration for that purpose will be described below.

[第1の実施形態]
図1を参照して、本実施形態では、排気配管40のメインバルブ44よりも上流の部位から分岐して、メインバルブ44よりも下流の部位に連結されたサブ配管52を有する。すなわち、ガス採取口46は、排気配管40のメインバルブ44よりも上流の部位に設けられる。サブ配管52には、その上流から順に、取り込みバルブ54、フィルタ58、流量調整バルブ60、ガス分析装置62、及びサブポンプ64が取り付けられている。なお、本明細書において、排気配管40及びサブ配管52の「上流」及び「下流」とは、各配管内を通過するガスの流れに関するものとする。
[First Embodiment]
With reference to FIG. 1, in the present embodiment, the exhaust pipe 40 has a sub pipe 52 branched from a portion upstream of the main valve 44 and connected to a portion downstream of the main valve 44. That is, the gas sampling port 46 is provided in the exhaust pipe 40 at a location upstream of the main valve 44. An intake valve 54, a filter 58, a flow rate adjusting valve 60, a gas analyzer 62, and a sub pump 64 are attached to the sub pipe 52 in this order from the upstream side. In this specification, the terms “upstream” and “downstream” of the exhaust pipe 40 and the sub-pipe 52 refer to the flow of gas passing through each pipe.

サブポンプ64は、サブ配管52に設けられ、炉内ガス(厳密には、排気配管に吸引されたガス)を、ガス採取口46を介してサブ配管52へと吸引する。サブポンプ64は、例えばロータリーポンプとターボ分子ポンプを組み合わせた真空ポンプ装置により構成することができる。既述のとおり、チャンバ10内は5〜100Torr程度の減圧雰囲気であり、この減圧雰囲気からサブ配管52にガスを吸引するためには、より低い減圧雰囲気をサブ配管52内に作る必要がある。この観点から、サブポンプ64の駆動により、サブ配管52内の圧力(フィルタ58よりも上流の箇所)を1Torr以下とすることが好ましい。 The sub pump 64 is provided in the sub pipe 52, and sucks the in-furnace gas (strictly speaking, the gas sucked by the exhaust pipe) into the sub pipe 52 through the gas sampling port 46. The sub-pump 64 can be configured by, for example, a vacuum pump device in which a rotary pump and a turbo molecular pump are combined. As described above, the inside of the chamber 10 has a reduced pressure atmosphere of about 5 to 100 Torr, and in order to suck gas from the reduced pressure atmosphere to the sub pipe 52, it is necessary to create a lower reduced pressure atmosphere in the sub pipe 52. From this point of view, it is preferable to drive the sub-pump 64 so that the pressure in the sub-pipe 52 (the location upstream of the filter 58) is 1 Torr or less.

ガス分析装置62は、サブ配管52のサブポンプ64より上流に設けられ、サブ配管に吸引されたガス中のCOガス濃度を間欠的に測定する。ガス分析装置62としては、四重極型質量分析装置及びガスクロマトグラフィー装置を挙げることができる。四重極型質量分析装置の場合、COガス濃度の測定間隔は1秒程度と短い。一方、現在市販されているガスクロマトグラフィー装置の場合、COガス濃度の測定間隔は最短でも15分程度である。よって、本実施形態では、四重極型質量分析装置を用いることが好ましい。 The gas analyzer 62 is provided upstream of the sub pump 64 of the sub pipe 52, and intermittently measures the CO gas concentration in the gas sucked into the sub pipe. Examples of the gas analyzer 62 include a quadrupole mass spectrometer and a gas chromatography device. In the case of a quadrupole mass spectrometer, the CO gas concentration measurement interval is as short as about 1 second. On the other hand, in the case of a gas chromatography apparatus currently on the market, the CO gas concentration measurement interval is about 15 minutes at the shortest. Therefore, in this embodiment, it is preferable to use a quadrupole mass spectrometer.

流量調整バルブ60は、サブ配管52のガス分析装置62より上流に設けられ、開閉度の調整により、ガス分析装置62に供給するガスの流量を調整する役割を果たす。これにより、適当な流量の炉内ガスをガス分析装置62に供給することができる。ガス分析装置62に供給するガスの流量は4×10-1〜4×10-4Pa・L/分とすることが好ましい。 The flow rate adjusting valve 60 is provided upstream of the gas analyzer 62 in the sub-pipe 52 and plays a role of adjusting the flow rate of the gas supplied to the gas analyzer 62 by adjusting the degree of opening and closing. As a result, the in-furnace gas having an appropriate flow rate can be supplied to the gas analyzer 62. The flow rate of the gas supplied to the gas analyzer 62 is preferably 4×10 −1 to 4×10 −4 Pa·L/min.

フィルタ58は、サブ配管52の流量調整バルブ60より上流に設けられ、サブ配管52に吸引されたガス中のSiO粉を除去する役割を果たす。当該ガス中には、シリコン融液Mから発生するSiOガスが冷却されて、固化して形成されるSiO粉が含まれる。図6に、一般的なチャンバ内から採取したガス中のSiO粉末の粒度分布を示すグラフを示す。図6に示すように、SiO粉の一般的な平均粒径は13μm程度であり、一般的な最小粒径は1μmである。よって、本実施形態では、粒径1μm以上の粒子を99質量%以上除去できる、ナノメートルオーダーのメッシュサイズを有するガスフィルタを用いることが好ましい。このようなガスフィルタとしては、日本インテグリス株式会社製 ウェハーガード IISF インラインガスフィルター、日本精線株式会社 NAS Cleanプロセスガスライン用小流量フィルター等を挙げることができる。フィルタ58が流量調整バルブ60より上流に設けられることにより、SiO粉に起因する流量調整バルブ60の開閉不具合が回避され、また、SiO粉がガス分析装置62内に混入することも回避される。 The filter 58 is provided upstream of the flow rate adjusting valve 60 of the sub pipe 52, and plays a role of removing SiO powder in the gas sucked into the sub pipe 52. The SiO gas generated from the silicon melt M is cooled and solidified to form SiO powder in the gas. FIG. 6 shows a graph showing a particle size distribution of SiO powder in a gas taken from a general chamber. As shown in FIG. 6, a typical average particle size of SiO powder is about 13 μm, and a typical minimum particle size is 1 μm. Therefore, in the present embodiment, it is preferable to use a gas filter having a mesh size of nanometer order, which can remove 99% by mass or more of particles having a particle size of 1 μm or more. Examples of such a gas filter include a wafer guard IISF in-line gas filter manufactured by Nippon Entegris Co., Ltd., and a small flow rate filter for NAS Clean process gas line manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd. By providing the filter 58 upstream of the flow rate adjusting valve 60, it is possible to avoid the open/close malfunction of the flow rate adjusting valve 60 due to the SiO powder, and also to prevent the SiO powder from being mixed into the gas analyzer 62.

取り込みバルブ54は、サブ配管52のガス採取口46の近傍に設けられ、炉内ガスをサブ配管52へと吸引する際に開となる。本実施形態では、原料溶融工程および結晶育成工程中に常にCOガス濃度の測定及びCOガス発生レートのモニターを行うので、取り込みバルブ54は常に開となる。これにより、排気配管に吸引されたガスは、その一部がサブ配管52に取り込まれる。 The intake valve 54 is provided in the vicinity of the gas sampling port 46 of the sub pipe 52, and opens when the in-furnace gas is sucked into the sub pipe 52. In this embodiment, since the CO gas concentration is constantly measured and the CO gas generation rate is monitored during the raw material melting step and the crystal growing step, the intake valve 54 is always open. As a result, a part of the gas sucked into the exhaust pipe is taken into the sub pipe 52.

演算部66は、ガス分析装置62により測定したCOガス濃度に、チャンバ10内に供給する不活性ガスの流量を乗ずることにより、COガス発生レートを算出する。演算部66は、一般的な中央演算処理装置(CPU)やマイクロ処理ユニット(MPU)により構成することができる。なお、チャンバ10内に供給する不活性ガスの流量としては、ガス流量設定値を用いればよい。 The calculation unit 66 calculates the CO gas generation rate by multiplying the CO gas concentration measured by the gas analyzer 62 by the flow rate of the inert gas supplied into the chamber 10. The arithmetic unit 66 can be configured by a general central processing unit (CPU) or a micro processing unit (MPU). The gas flow rate set value may be used as the flow rate of the inert gas supplied into the chamber 10.

出力装置68は、演算部66により算出されたCOガス発生レートを出力する。出力装置68は、一般的なディスプレイ、プロジェクタ、プリンタ、スピーカー等により構成することができる。 The output device 68 outputs the CO gas generation rate calculated by the calculation unit 66. The output device 68 can be configured by a general display, projector, printer, speaker, or the like.

本実施形態では、上記の構成により、炉内ガスのCOガス濃度に代えて、炉内ガスのCOガス発生レートを、リアルタイムでモニターすることができる。このように、その場(in-situ)でCOガス発生レートをモニターすることで、COガスのシリコン融液への取り込み量、ひいては結晶中のカーボン濃度を適切に評価できる。 In the present embodiment, with the above configuration, the CO gas generation rate of the furnace gas can be monitored in real time, instead of the CO gas concentration of the furnace gas. In this way, by monitoring the CO gas generation rate in-situ, the amount of CO gas taken into the silicon melt, and thus the carbon concentration in the crystal, can be appropriately evaluated.

[第2の実施形態]
図2を参照して、本実施形態では、ガス採取口48が、熱遮蔽体22とルツボ16との間の空間に位置するものである。すなわち、チャンバ10の上部からサンプリング管50を垂らして、その先端のガス採取口48を、熱遮蔽体22とルツボ16との間の空間に位置させる。サンプリング管50は、チャンバ10の外部でサブ配管52と連結する。取り込みバルブ56は、サブ配管52の上流側先端の近傍に設けられる。
[Second Embodiment]
With reference to FIG. 2, in the present embodiment, the gas sampling port 48 is located in the space between the heat shield 22 and the crucible 16. That is, the sampling tube 50 is hung from the upper part of the chamber 10 and the gas sampling port 48 at the tip thereof is positioned in the space between the heat shield 22 and the crucible 16. The sampling pipe 50 is connected to the sub pipe 52 outside the chamber 10. The intake valve 56 is provided near the upstream end of the sub pipe 52.

第1の実施形態では、排気配管52を介して炉内ガスを採取するのに対して、本実施形態は、熱遮蔽体22とルツボ16との間の空間から炉内ガスを採取するものである。サブ配管52に設置されたフィルタ58、流量調整バルブ60、ガス分析装置62、及びサブポンプ64、並びに演算部66及び出力装置68については、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。 In the first embodiment, the in-furnace gas is collected via the exhaust pipe 52, whereas in the present embodiment, the in-furnace gas is collected from the space between the heat shield 22 and the crucible 16. is there. The filter 58, the flow rate adjusting valve 60, the gas analyzer 62, the sub pump 64, the calculation unit 66, and the output device 68 installed in the sub pipe 52 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted. ..

本実施形態では、炉内ガスを石英ルツボの上縁から直接採取する。そのため、石英ルツボとカーボンルツボとの反応で生成するCOガスを直接採取することができる。その結果、COガス発生レートをより高精度にモニターすることができる。 In this embodiment, the gas in the furnace is directly collected from the upper edge of the quartz crucible. Therefore, CO gas generated by the reaction between the quartz crucible and the carbon crucible can be directly collected. As a result, the CO gas generation rate can be monitored with higher accuracy.

[第3の実施形態]
図3を参照して、本実施形態は、第1の実施形態の構成と第2の実施形態の構成とを組み合わせたものである。すなわち、炉内ガスの採取は、排気配管52を介して行い、かつ、熱遮蔽体22とルツボ16との間の空間からも行う。
[Third Embodiment]
With reference to FIG. 3, the present embodiment is a combination of the configuration of the first embodiment and the configuration of the second embodiment. That is, the collection of the in-furnace gas is performed through the exhaust pipe 52 and also from the space between the heat shield 22 and the crucible 16.

本実施形態では、サブ配管52は、第1サブ配管52B、第2サブ配管52C、及び第3サブ配管52Dからなる。第1サブ配管52Bは、排気配管40のメインバルブ44よりも上流の部位から分岐する。第2サブ配管52Cは、サンプリング管50の上端と連結し、チャンバの上部から延在する。第3サブ配管52Dは、第1サブ配管52Bと第2サブ配管52Cとが合流してなる。サンプリング管50及び取り込みバルブについては、第2の実施形態と同様である。サブ配管52Cに設置されたフィルタ58、流量調整バルブ60、ガス分析装置62、及びサブポンプ64、並びに演算部66及び出力装置68については、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。 In the present embodiment, the sub pipe 52 includes a first sub pipe 52B, a second sub pipe 52C, and a third sub pipe 52D. The first sub pipe 52B branches from a portion of the exhaust pipe 40 upstream of the main valve 44. The second sub pipe 52C is connected to the upper end of the sampling pipe 50 and extends from the upper part of the chamber. The third sub pipe 52D is formed by joining the first sub pipe 52B and the second sub pipe 52C. The sampling tube 50 and the intake valve are the same as those in the second embodiment. The filter 58, the flow rate adjusting valve 60, the gas analyzer 62, the sub pump 64, and the calculation unit 66 and the output device 68 installed in the sub pipe 52C are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted. ..

本実施形態では、取り込みバルブ54と取り込みバルブ56とを適当なタイミングで切り替えてCOガス濃度を測定することで、COガス発生の位置依存性を確認することができる。具体的には、各々の位置で測定したCO濃度の差分をとることで、石英ルツボと黒鉛ルツボとの反応で発生するCOガス濃度と、SiOガスと黒鉛との反応で発生するCOガス濃度とを切り分けられる。 In the present embodiment, the position dependency of CO gas generation can be confirmed by switching the intake valve 54 and the intake valve 56 at appropriate timings and measuring the CO gas concentration. Specifically, by taking the difference between the CO concentrations measured at each position, the CO gas concentration generated by the reaction between the quartz crucible and the graphite crucible and the CO gas concentration generated by the reaction between the SiO gas and the graphite are obtained. Can be divided.

(単結晶シリコンインゴットの製造方法)
本発明の実施形態による単結晶シリコンインゴットの製造方法は、上記で説明したシリコン単結晶引上げ装置100,200,300を用いて好適に実施することができる。そこで、図1〜3を参照しつつ、本発明の一実施形態による単結晶シリコンインゴットの製造方法を説明する。まず、ルツボ16内に多結晶シリコンナゲットなどのシリコン原料を充填し、メインバルブ44が開の状態でメインポンプ42を駆動してチャンバ10内を減圧下でArガス等の不活性ガス雰囲気に維持する。この時、ルツボ16は、シリコン原料が熱遮蔽体22に接触しないようにチャンバ10内の下方に位置する。その後、ルツボ16内のシリコン原料をヒータ24で加熱し溶融し、シリコン融液Mを形成する。その後、ルツボ16を引き上げ開始位置まで上昇させる。本明細書において「原料溶融工程」は、ヒータ24による加熱を開始した時点から、ルツボの上昇が完了した時点までの期間と定義する。原料溶融工程において、不活性ガスの流量は10〜400L/分とすることが好ましい。
(Method of manufacturing single crystal silicon ingot)
The method for manufacturing a single crystal silicon ingot according to the embodiment of the present invention can be suitably implemented using the silicon single crystal pulling apparatus 100, 200, 300 described above. Therefore, a method for manufacturing a single crystal silicon ingot according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the crucible 16 is filled with a silicon raw material such as polycrystalline silicon nugget, and the main pump 42 is driven with the main valve 44 opened to maintain the inside of the chamber 10 under a reduced pressure in an inert gas atmosphere such as Ar gas. To do. At this time, the crucible 16 is located below the chamber 10 so that the silicon raw material does not contact the heat shield 22. After that, the silicon raw material in the crucible 16 is heated by the heater 24 and melted to form the silicon melt M. Then, the crucible 16 is raised to the pulling start position. In the present specification, the “raw material melting step” is defined as a period from the time when the heating by the heater 24 is started to the time when the crucible is completely lifted. In the raw material melting step, the flow rate of the inert gas is preferably 10 to 400 L/min.

次いで、ワイヤ昇降機構32によって引上げワイヤ30を下降させて、種結晶Sをシリコン融液Mに着液する。その後、ルツボ16および引上げワイヤ30を所定の方向に回転させながら、引上げワイヤ30を上方に引き上げ、種結晶Sの下方にインゴットIを育成する。なお、インゴットIの育成が進行するにつれて、シリコン融液Mの量は減少するが、ルツボ16を上昇させて、融液面のレベルを維持する。本明細書において「結晶育成工程」は、引上げワイヤ30の下降を開始した時点から、インゴットIの育成(引上げワイヤ30の上昇)が完了した時点までの期間と定義する。 Next, the pulling wire 30 is lowered by the wire elevating mechanism 32 to deposit the seed crystal S on the silicon melt M. Thereafter, while pulling the crucible 16 and the pulling wire 30 in a predetermined direction, the pulling wire 30 is pulled upward to grow an ingot I below the seed crystal S. Although the amount of the silicon melt M decreases as the growth of the ingot I progresses, the crucible 16 is raised to maintain the level of the melt surface. In the present specification, the “crystal growing step” is defined as a period from the time when the pulling wire 30 is started to descend to the time when the growing of the ingot I (the raising of the pulling wire 30) is completed.

結晶育成工程では、まず単結晶を無転位化するためダッシュ法によるシード絞り(ネッキング)を行い、ネック部Inを形成する。次に、必要な直径のインゴットを得るためにショルダー部Isを育成し、シリコン単結晶が所望の直径になったところで直径を一定にして直胴部Ibを育成する。直胴部Ibを所定の長さまで育成した後、無転位の状態で単結晶をシリコン融液Mから切り離すためにテール絞り(テール部の形成)を行なう。本明細書において、直胴部Ibの育成期間を「直胴工程」と称する。 The crystal growth step, performed aperture seed (necking) First by Dash method for dislocation-free single crystal to form a neck portion I n. Next, foster shoulder portion I s to obtain an ingot of the required diameter, the silicon single crystal to grow a cylindrical body portion I b and a constant diameter upon reaching the desired diameter. After growing the straight body part I b to a predetermined length, tail drawing (formation of the tail part) is performed to separate the single crystal from the silicon melt M in a dislocation-free state. In the present specification, the growing period of the straight body part I b is referred to as “straight body process”.

結晶育成工程において、不活性ガスの流量は50〜300L/分とすることが好ましい。なお、結晶育成工程において、不可性ガスの流量は、上記範囲内で経時的に増減(変動)させている。 In the crystal growing step, the flow rate of the inert gas is preferably 50 to 300 L/min. In addition, in the crystal growing step, the flow rate of the impenetrable gas is increased (decreased) with time within the above range.

本実施形態では、原料溶融工程及び結晶育成工程において、以下の工程を行うことを特徴とする。まず、炉内ガスを採取する。この工程は、図1〜3に示すように、ガス採取口46及びガス採取口48の一方又は両方から、炉内ガスをサブ配管52へと吸引することにより行う。 The present embodiment is characterized in that the following steps are performed in the raw material melting step and the crystal growing step. First, the furnace gas is sampled. This step is performed by sucking the in-furnace gas into the sub-pipe 52 from one or both of the gas sampling port 46 and the gas sampling port 48, as shown in FIGS.

次に、採取したガス中のCOガス濃度をガス分析装置62により間欠的に測定する。そして、演算部66が、測定したCOガス濃度に、チャンバ10内に供給する不活性ガスの流量を乗ずることにより、COガス発生レートを算出する。そして、出力装置68が、算出したCOガス発生レートを出力する。本実施形態では、炉内ガスのCOガス濃度に代えて、炉内ガスのCOガス発生レートを、リアルタイムでモニターすることができる。このように、その場(in-situ)でCOガス発生レートをモニターすることで、COガスのシリコン融液への取り込み量、ひいては結晶中のカーボン濃度を適切に評価できる。なお、既述のとおり、チャンバ10内に供給する不活性ガスの流量は、原料溶融工程と結晶育成工程とで異なり、また、結晶育成工程中においても変動するが、モニター時のガス流量設定値を用いればよい。 Next, the CO gas concentration in the collected gas is intermittently measured by the gas analyzer 62. Then, the calculation unit 66 calculates the CO gas generation rate by multiplying the measured CO gas concentration by the flow rate of the inert gas supplied into the chamber 10. Then, the output device 68 outputs the calculated CO gas generation rate. In the present embodiment, the CO gas generation rate of the furnace gas can be monitored in real time instead of the CO gas concentration of the furnace gas. In this way, by monitoring the CO gas generation rate in-situ, the amount of CO gas taken into the silicon melt, and thus the carbon concentration in the crystal, can be appropriately evaluated. As described above, the flow rate of the inert gas supplied into the chamber 10 is different between the raw material melting step and the crystal growing step, and also varies during the crystal growing step. Can be used.

本実施形態では、原料溶融工程におけるCOガス発生レートの最大値をA(mol/h)、結晶育成工程中の直胴工程におけるCOガス発生レートの最大値をB(mol/h)として、原料溶融工程及び結晶育成工程は、A/B≦10を満たす条件下で行うことが好ましい。A/B≦10を満たす条件下では、結晶固化率が0.75以下の全部位においてカーボン濃度(Cs)が2×1015atoms/cm3以下となる単結晶シリコンインゴットを製造することができる。すなわち、カーボン濃度が低い単結晶シリコンインゴットを高い歩留まりで製造することができる。なお、結晶固化率(%)は、引上げ中の結晶質量/原料の仕込み質量の百分率で定義される。なお、原料溶融工程のうち最初の10時間は、チャンバ内パーツからの脱ガスが原因でCOガス発生レートが安定しない。そこで、本明細書では、原料溶融工程のうち初期の10時間を除いた期間の最大値をAとして採用する。 In the present embodiment, the maximum value of the CO gas generation rate in the raw material melting step is A (mol/h), and the maximum value of the CO gas generation rate in the straight body step during the crystal growth step is B (mol/h). The melting step and the crystal growing step are preferably performed under the condition that A/B≦10 is satisfied. Under the condition of satisfying A/B≦10, it is possible to manufacture a single crystal silicon ingot having a carbon concentration (Cs) of 2×10 15 atoms/cm 3 or less at all sites where the crystal solidification rate is 0.75 or less. .. That is, a single crystal silicon ingot having a low carbon concentration can be manufactured with a high yield. The crystal solidification rate (%) is defined by the percentage of the mass of crystal during pulling/the mass of raw material charged. In the first 10 hours of the raw material melting process, the CO gas generation rate is not stable due to degassing from the parts inside the chamber. Therefore, in the present specification, the maximum value of the period excluding the initial 10 hours in the raw material melting step is adopted as A.

A/Bの値は、主に原料溶融工程におけるヒータ24の電力量を制御することにより調整することができる。一般的に、結晶育成工程においては、シリコン融液Mを維持するために必要なヒータ24の電力量は自ずと所定範囲の値に決定され、当該特定の電力量でヒータを駆動してシリコン融液Mを維持する。そのため、結晶育成工程におけるCOガス発生レートは、比較的低く、かつ安定している(大きな変動がない)。これに対して、原料溶融工程では、シリコン原料を溶融させるために大きな電力量でヒータ24を駆動する必要があり、COガス発生レートは、比較的高く、かつ安定しない(大きく変動する)。特に、原料溶融工程の終期(メルト完了時)に、COガス発生レートが大きくなる傾向がある。そこで、原料溶融工程におけるヒータ24の電力量を制御してCOガス発生レートの最大値Aを抑制することで、A/B≦10を実現することができる。ただし、AやBの値は、ヒータ24の電力量によって一義的に決まるものではなく、チャンバ10内の断熱性(すなわち、チャンバの構造、断熱体の量や配置)にも依存するものである。 The value of A/B can be adjusted mainly by controlling the electric energy of the heater 24 in the raw material melting process. Generally, in the crystal growing step, the amount of electric power of the heater 24 required to maintain the silicon melt M is naturally determined to be within a predetermined range, and the heater is driven with the specific amount of electric power to drive the silicon melt. Maintain M. Therefore, the CO gas generation rate in the crystal growing step is relatively low and stable (no large fluctuation). On the other hand, in the raw material melting step, the heater 24 needs to be driven with a large amount of electric power in order to melt the silicon raw material, and the CO gas generation rate is relatively high and unstable (changes greatly). In particular, the CO gas generation rate tends to increase at the end of the raw material melting step (when the melt is completed). Therefore, A/B≦10 can be realized by controlling the electric power amount of the heater 24 in the raw material melting step to suppress the maximum value A of the CO gas generation rate. However, the values of A and B are not uniquely determined by the amount of electric power of the heater 24, but also depend on the heat insulating property in the chamber 10 (that is, the structure of the chamber, the amount and arrangement of the heat insulator). ..

A/Bは1以上とすることが好ましい。A/Bを1未満にすると、シリコン融液が固化してしまい、結晶育成が成立しないおそれがあるからである。 A/B is preferably 1 or more. This is because if A/B is less than 1, the silicon melt may be solidified and crystal growth may not be established.

(実験例1)
図1に示す構成のシリコン単結晶引上げ装置を用いて、表1に示す4水準で単結晶シリコンインゴットの製造を行った。各水準とも、シリコン原料のチャージ量は320kg、インゴットの直径は300mm、直胴長は1800mm、育成速度は1.0mm/分、原料溶融工程においてチャンバ内に供給するArガスの流量は100L/分とした。粒径1μm以上の粒子を99質量%以上除去できる、ナノメートルオーダーのメッシュサイズを有するガスフィルタを用いた。原料溶融工程及び結晶育成工程でのヒータ電力量は、表1に示す値とした。
(Experimental example 1)
Using the silicon single crystal pulling apparatus having the configuration shown in FIG. 1, single crystal silicon ingots were manufactured at four levels shown in Table 1. At each level, the amount of silicon raw material charged was 320 kg, the diameter of the ingot was 300 mm, the straight body length was 1800 mm, the growth rate was 1.0 mm/min, and the flow rate of Ar gas supplied into the chamber during the raw material melting process was 100 L/min. And A gas filter having a mesh size of nanometer order, which can remove 99% by mass or more of particles having a particle size of 1 μm or more, was used. The electric power of the heater in the raw material melting step and the crystal growing step was set to the value shown in Table 1.

ガス分析装置としては四重極型質量分析装置を用いて、原料溶融工程及び結晶育成工程の全過程で、COガス発生レートをモニターした。原料溶融工程におけるCOガス発生レートの最大値A及び直胴工程におけるCOガス発生レートの最大値Bを、表1に示す。また、全水準を代表して、水準No.1でモニターしたCOガス発生レートの推移を、図5に示す。 A quadrupole mass spectrometer was used as a gas analyzer, and the CO gas generation rate was monitored during the entire raw material melting step and crystal growth step. Table 1 shows the maximum value A of the CO gas generation rate in the raw material melting step and the maximum value B of the CO gas generation rate in the straight body step. In addition, the level No. is represented on behalf of all levels. The transition of the CO gas generation rate monitored in 1 is shown in FIG.

各水準において、表1に示す「低カーボン結晶歩留まり」を以下の手順で求めた。まず、各水準で製造した単結晶シリコンインゴットの直胴部から切り出し、加工して多数枚のシリコンウェーハを製造した。各ウェーハの中心1点において、FT−IR装置を用いて、シリコンの結晶位置に置換されたカーボンの濃度(Cs濃度)を測定した。育成した結晶長を分母に、Cs≦2×1015atoms/cm3以下を満たす結晶長を分子にとって結晶歩留まりを求め、「低カーボン結晶歩留まり」とした。結果を表1に示す。 At each level, the "low carbon crystal yield" shown in Table 1 was determined by the following procedure. First, a single crystal silicon ingot manufactured at each level was cut out from a straight body portion and processed to manufacture a large number of silicon wafers. At one point in the center of each wafer, the concentration of carbon (Cs concentration) substituted at the crystal position of silicon was measured using an FT-IR apparatus. With the grown crystal length as a denominator, a crystal yield satisfying Cs≦2×10 15 atoms/cm 3 or less was taken as a molecule, and a crystal yield was determined, which was defined as “low carbon crystal yield”. The results are shown in Table 1.

Figure 2020100516
Figure 2020100516

表1から明らかなとおり、A/B≦10を満たす条件下で行った水準No.1〜4では、低カーボン結晶歩留まりが75%以上と高位であったのに対し、A/B=11の条件下で行った水準No.5では、低カーボン結晶歩留まりが25%と著しく低下した。 As is apparent from Table 1, the level No. performed under the condition that A/B≦10 was satisfied. In Nos. 1 to 4, the low carbon crystal yield was as high as 75% or more, while in the level No. 1 performed under the condition of A/B=11. In No. 5, the low carbon crystal yield was significantly reduced to 25%.

(実験例2)
ガスフィルタの性能や有無に依存して、サブ配管(具体的には、流量調整バルブや、流量調整バルブとガス分析装置との間)が詰まらずにCOガス発生レートのモニターが連続して可能な時間を計測した。単結晶シリコンインゴットの製造条件は、フィルタ以外は実験例1と同様とした。
(Experimental example 2)
Depending on the performance and presence of the gas filter, it is possible to continuously monitor the CO gas generation rate without clogging the sub piping (specifically, the flow rate adjusting valve or between the flow rate adjusting valve and the gas analyzer). I measured the time. The manufacturing conditions of the single crystal silicon ingot were the same as in Experimental Example 1 except for the filter.

水準1として、実験例1と同様に、粒径1μm以上の粒子を99質量%以上除去できる、ナノメートルオーダーのメッシュサイズを有するガスフィルタを用いた。この水準1では、連続して100時間以上、COガス発生レートのモニターが可能であった。 As Level 1, as in Experimental Example 1, a gas filter having a mesh size of nanometer order capable of removing 99% by mass or more of particles having a particle size of 1 μm or more was used. At this level 1, the CO gas generation rate could be continuously monitored for 100 hours or more.

水準2として、粒径10μm以上の粒子を99質量%以上除去できるメッシュサイズを有するガスフィルタを用いた。この水準2では、連続して70時間、COガス発生レートのモニターを行ったところでサブ配管が詰まり、モニター不可となった。 As Level 2, a gas filter having a mesh size capable of removing 99% by mass or more of particles having a particle size of 10 μm or more was used. In this level 2, when the CO gas generation rate was continuously monitored for 70 hours, the sub piping became clogged and monitoring was impossible.

水準3として、ガスフィルタを用いなかった。この水準2では、連続して20時間、COガス発生レートのモニターを行ったところでサブ配管が詰まり、モニター不可となった。 As level 3, no gas filter was used. In this level 2, when the CO gas generation rate was continuously monitored for 20 hours, the sub-pipe was clogged and monitoring was impossible.

本発明の単結晶シリコンインゴットの製造方法及びシリコン単結晶引上げ装置によれば、カーボン濃度が低い単結晶シリコンインゴットを高い歩留まりで製造することが可能である。 According to the method for producing a single crystal silicon ingot and the silicon single crystal pulling apparatus of the present invention, it is possible to produce a single crystal silicon ingot having a low carbon concentration with a high yield.

100,200,300 シリコン単結晶引上げ装置
10 チャンバ
12 ガス導入口
14 ガス排出口
16 ルツボ
16A 石英ルツボ
16B 黒鉛ルツボ
18 シャフト
20 シャフト駆動機構
22 熱遮蔽体
22A シールド本体
22B 内側フランジ部
22C 外側フランジ部
24 ヒータ
26 断熱体
28 シードチャック
30 引上げワイヤ
32 ワイヤ昇降機構
34 開口部
36 CCDカメラ
40 排気配管
42 メインポンプ
44 メインバルブ
46 ガス採取口(排気配管)
48 ガス採取口(チャンバ内)
50 サンプリング管(チャンバ内)
52 サブ配管
52A サブ配管終端
54 取り込みバルブ
56 取り込みバルブ
58 フィルタ
60 流量調整バルブ
62 ガス分析装置
64 サブポンプ
66 演算部
68 出力装置
S 種結晶
M シリコン融液
I 単結晶シリコンインゴット
n ネック部
s ショルダー部
b 直胴部
X 引上げ軸
100, 200, 300 Silicon single crystal pulling apparatus 10 Chamber 12 Gas inlet 14 Gas outlet 16 Crucible 16A Quartz crucible 16B Graphite crucible 18 Shaft 20 Shaft drive mechanism 22 Heat shield 22A Shield body 22B Inner flange 22C Outer flange 24 Heater 26 Heat insulator 28 Seed chuck 30 Pulling wire 32 Wire lifting mechanism 34 Opening 36 CCD camera 40 Exhaust pipe 42 Main pump 44 Main valve 46 Gas sampling port (exhaust pipe)
48 Gas sampling port (inside chamber)
50 Sampling tube (in chamber)
52 sub pipe 52A sub pipe end 54 captures valve 56 capture valve 58 filter 60 flow regulating valve 62 gas analyzer 64 subsidiary pump 66 operation unit 68 output apparatus S seed crystal M silicon melt I monocrystalline silicon ingot I n the neck I s shoulder Part I b Straight body part X Lifting shaft

Claims (9)

不活性ガスを導入するガス導入口を上部に有し、前記不活性ガスを含む炉内ガスを排出するガス排出口を底部に有するチャンバと、
前記チャンバ内に位置するルツボと、
前記チャンバ内で前記ルツボを囲うように位置する筒状のヒータと、
を有するシリコン単結晶引上げ装置を用いて行う単結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
前記チャンバ内を減圧下で前記不活性ガスの雰囲気に維持しつつ、前記ルツボ内に投入したシリコン原料を前記ヒータにより加熱、溶融させて前記ルツボ内にシリコン融液を形成する原料溶融工程と、
引き続き、前記チャンバ内を減圧下で前記不活性ガスの雰囲気に維持しつつ、前記シリコン融液を前記ヒータにより加熱、維持して、前記シリコン融液から単結晶シリコンインゴットを引き上げる結晶育成工程と、
を有し、前記原料溶融工程及び前記結晶育成工程において、
前記炉内ガスを採取し、
前記採取したガス中のCOガス濃度をガス分析装置により間欠的に測定し、
測定したCOガス濃度に、前記チャンバ内に供給する不活性ガスの流量を乗ずることにより、COガス発生レートを算出し、
算出した前記COガス発生レートをモニターすることを特徴とする単結晶シリコンインゴットの製造方法。
A chamber having a gas inlet for introducing an inert gas in the upper portion and a gas outlet for discharging the in-furnace gas containing the inert gas in the bottom;
A crucible located in the chamber,
A cylindrical heater positioned so as to surround the crucible in the chamber,
A method for manufacturing a single crystal silicon ingot performed using a silicon single crystal pulling apparatus having:
While maintaining the atmosphere of the inert gas under reduced pressure in the chamber, a raw material melting step of forming a silicon melt in the crucible by heating and melting the silicon raw material charged in the crucible by the heater,
Subsequently, while maintaining the atmosphere of the inert gas under reduced pressure in the chamber, the silicon melt is heated and maintained by the heater, and a crystal growing step of pulling a single crystal silicon ingot from the silicon melt,
In the raw material melting step and the crystal growing step,
Collecting the gas in the furnace,
The CO gas concentration in the collected gas is intermittently measured by a gas analyzer,
The CO gas generation rate is calculated by multiplying the measured CO gas concentration by the flow rate of the inert gas supplied into the chamber,
A method for producing a single crystal silicon ingot, which comprises monitoring the calculated CO gas generation rate.
前記原料溶融工程におけるCOガス発生レートの最大値をA(mol/h)、前記結晶育成工程中の直胴工程におけるCOガス発生レートの最大値をB(mol/h)として、前記原料溶融工程及び前記結晶育成工程は、A/B≦10を満たす条件下で行う、請求項1に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。 The maximum value of the CO gas generation rate in the raw material melting step is A (mol/h), and the maximum value of the CO gas generation rate in the straight body process in the crystal growing step is B (mol/h). The method for producing a single crystal silicon ingot according to claim 1, wherein the crystal growing step is performed under conditions satisfying A/B≦10. 前記炉内ガスの採取は、前記ガス排出口から延びる排気配管を介して行う、請求項1又は2に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。 The method for manufacturing a single crystal silicon ingot according to claim 1, wherein the in-furnace gas is collected through an exhaust pipe extending from the gas outlet. 前記炉内ガスは、前記ルツボの上方に前記単結晶シリコンインゴットを囲むように設けられた筒状の熱遮蔽体と、前記ルツボとの間の空間から採取する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。 The furnace gas is collected from a space between the crucible and a cylindrical heat shield provided so as to surround the single crystal silicon ingot above the crucible, any one of claims 1 to 3. The method for producing a single crystal silicon ingot according to the item 1. 前記ガス分析装置が四重極型質量分析装置である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。 The method for producing a single crystal silicon ingot according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas analyzer is a quadrupole mass spectrometer. 不活性ガスを導入するガス導入口を上部に有し、前記不活性ガスを含む炉内ガスを排出するガス排出口を底部に有するチャンバと、
前記チャンバ内に位置し、シリコン融液を収容するルツボと、
前記ルツボの上方に、前記シリコン融液から引き上げられる単結晶シリコンインゴットを囲むように設けられた筒状の熱遮蔽体と、
前記チャンバ内で前記ルツボを囲うように位置し、前記シリコン融液を加熱する筒状のヒータと、
前記ガス排出口から延びる排気配管と、
前記排気配管に接続され、前記チャンバ内を減圧するとともに、前記炉内ガスを前記排気配管へと吸引するメインポンプと、
前記排気配管に設けられ、前記チャンバ内を減圧する際に開となるメインバルブと、
前記排気配管の前記メインバルブよりも上流の部位、及び、前記熱遮蔽体と前記ルツボとの間の空間、の一方又は両方に設けられたガス採取口と、
前記ガス採取口から延び、前記排気配管の前記メインバルブより下流の部位に連結されるサブ配管と、
前記サブ配管に設けられ、前記炉内ガスを前記サブ配管へと吸引するサブポンプと、
前記サブ配管の前記サブポンプより上流に設けられ、前記サブ配管に吸引されたガス中のCOガス濃度を間欠的に測定するガス分析装置と、
前記サブ配管の前記ガス分析装置より上流に設けられ、前記ガス分析装置に供給するガスの流量を調整する流量調整バルブと、
前記サブ配管の前記流量調整バルブより上流に設けられ、前記サブ配管に吸引されたガス中のSiO粉を除去するフィルタと、
前記サブ配管の前記ガス採取口の近傍に設けられ、前記炉内ガスを前記サブ配管へと吸引する際に開となる取り込みバルブと、
を有し、さらに、
前記ガス分析装置により測定したCOガス濃度に、前記チャンバ内に供給する不活性ガスの流量を乗ずることにより、COガス発生レートを算出する演算部と、
算出した前記COガス発生レートを出力する出力装置と、
を有することを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。
A chamber having a gas inlet for introducing an inert gas in the upper portion and a gas outlet for discharging the in-furnace gas containing the inert gas in the bottom;
A crucible located in the chamber and containing a silicon melt;
Above the crucible, a cylindrical heat shield provided so as to surround the single crystal silicon ingot pulled up from the silicon melt,
A cylindrical heater that is positioned so as to surround the crucible in the chamber and that heats the silicon melt,
An exhaust pipe extending from the gas outlet,
A main pump that is connected to the exhaust pipe, reduces the pressure in the chamber, and sucks the in-furnace gas into the exhaust pipe;
A main valve provided in the exhaust pipe and opened when decompressing the chamber,
A portion of the exhaust pipe upstream of the main valve, and a space between the heat shield and the crucible, and a gas sampling port provided in one or both of them.
A sub-pipe extending from the gas sampling port and connected to a part of the exhaust pipe downstream of the main valve;
A sub-pump provided in the sub-pipe, for sucking the in-furnace gas into the sub-pipe,
A gas analyzer provided upstream of the sub-pump in the sub-pipe, and intermittently measuring the CO gas concentration in the gas sucked into the sub-pipe;
A flow rate adjustment valve that is provided upstream of the gas analysis device in the sub-pipe and that adjusts the flow rate of the gas supplied to the gas analysis device,
A filter that is provided upstream of the flow rate adjusting valve of the sub-pipe and removes SiO powder in the gas sucked into the sub-pipe;
An intake valve which is provided in the vicinity of the gas sampling port of the sub-pipe and which opens when the in-furnace gas is sucked into the sub-pipe,
And further,
An operation unit for calculating a CO gas generation rate by multiplying the CO gas concentration measured by the gas analyzer by the flow rate of the inert gas supplied into the chamber,
An output device for outputting the calculated CO gas generation rate;
A silicon single crystal pulling apparatus having:
前記ガス採取口が、前記排気配管の前記メインバルブよりも上流の部位に設けられた、請求項6に記載のシリコン単結晶引上げ装置。 The silicon single crystal pulling apparatus according to claim 6, wherein the gas sampling port is provided in a portion of the exhaust pipe upstream of the main valve. 前記ガス採取口が、前記熱遮蔽体と前記ルツボとの間の空間に位置する、請求項6又は7に記載のシリコン単結晶引上げ装置。 The silicon single crystal pulling apparatus according to claim 6 or 7, wherein the gas sampling port is located in a space between the heat shield and the crucible. 前記ガス分析装置が四重極型質量分析装置である、請求項6〜8のいずれか一項に記載のシリコン単結晶引上げ装置。 9. The silicon single crystal pulling apparatus according to claim 6, wherein the gas analyzer is a quadrupole mass spectrometer.
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