JP2783624B2 - Single crystal manufacturing method - Google Patents
Single crystal manufacturing methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、シリコン、ゲルマニウム等に代表される単
結晶の製造方法に関し、特に引上げ法(チョクラルスキ
ー法)を応用した連続引上げ法により単結晶を製造する
方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a single crystal typified by silicon, germanium, etc., and more particularly to a method for producing a single crystal by a continuous pulling method to which a pulling method (Czochralski method) is applied. The present invention relates to a method for producing a crystal.
(従来の技術) 現在、集積回路(IC)、大規模集積回路(LSI)など
のデバイスとして工業的に広く用いられている半導体と
しては、シリコン、ゲルマニウム等が知られている。(Prior Art) At present, silicon, germanium, and the like are known as semiconductors widely used industrially as devices such as integrated circuits (ICs) and large-scale integrated circuits (LSIs).
このような半導体産業にて用いられるシリコン、ゲル
マニウム等の単結晶は、多結晶を原料として、多結晶棒
に誘導加熱で溶融帯を作りこれを種結晶側から移動させ
て単結晶を成長させる浮遊帯溶融法(Floating Zone
法、以下FZ法と略称)、あるいは、多結晶をルツボに入
れて加熱溶融し種結晶を溶融液に浸漬してから引き上げ
て丸棒の単結晶を成長させる引上げ法(Czochralski
法、以下CZ法と略称)によって製造されている。Single crystals such as silicon and germanium used in the semiconductor industry use a polycrystal as a raw material, create a molten zone by induction heating on a polycrystal rod, move it from the seed crystal side, and float it to grow a single crystal. Floating Zone
(Hereinafter abbreviated as FZ method) or a pulling method (Czochralski) in which a polycrystal is placed in a crucible and heated and melted, and a seed crystal is immersed in a melt and pulled up to grow a single crystal of a round bar.
Method, hereinafter abbreviated as CZ method).
これらの製法は単結晶の用途によって選択され、FZ法
により製造された単結晶は高抵抗率の用途、CZ法により
製造された単結晶は低〜中抵抗率の用途に供されるが、
近年、LSI製造技術の進歩により1個の電子回路がます
ます微小化する一方、加工基板となる単結晶ウェハーの
面積を大きくして1回のプロセスでウェハー中に形成さ
れる回路数の増大を図ることにより、1つの回路当たり
のコストの低減が図られている。このため単結晶製造技
術に対し、大直径化が絶えず要求されており、同時に、
単結晶製造時の時間当たりの生産性を高めるために1本
の単結晶の長さを長くする方法も追求されている。上述
したCZ法は、大径の単結晶インゴッドが得やすいという
長所を備えているのみならず、自動直径制御や、原料多
結晶のリチャージによる半連続化等の技術改良が進んで
コスト面でもFZ法を凌いでいるのが実情である。These production methods are selected according to the use of the single crystal, the single crystal manufactured by the FZ method is used for high resistivity applications, and the single crystal manufactured by the CZ method is used for low to medium resistivity applications.
In recent years, one electronic circuit has become smaller and smaller due to advances in LSI manufacturing technology. On the other hand, the area of a single crystal wafer to be processed has been increased to increase the number of circuits formed in the wafer in one process. By doing so, the cost per circuit is reduced. For this reason, single crystal manufacturing technology is constantly required to have a large diameter, and at the same time,
A method of increasing the length of one single crystal is also being pursued in order to increase the productivity per unit time during the production of a single crystal. The above-mentioned CZ method not only has the advantage that a large-diameter single crystal ingot can be easily obtained, but also advances in technological improvements such as automatic diameter control and semi-continuous operation by recharging the raw material polycrystal, and the FZ method is cost-effective. The fact is that it surpasses the law.
従来のCZ法による単結晶の製造は、シリコンを例にと
れば、原料となる多結晶シリコンまたは多結晶シリコン
とドーパント(添加物)をチャンバ内に支持台により支
持された石英製ルツボ内に入れた後、アルゴン雰囲気の
下、石英製ルツボの周囲に配設された加熱ヒータによっ
て原料を溶解し、ルツボの上方に設けられた引上げ装置
のチャックにシリコン単結晶からなる細い種結晶を取り
付け、これをルツボ内の原料溶融液に浸漬した後に、引
上げ軸をルツボに対して相対的に回転させながら所定の
速度で引き上げる。すると、引上げ軸に取り付けられた
種結晶の下端に順次単結晶が成長することになる。ドー
パントを添加したときは、その濃度により、所望の抵抗
値を有する単結晶インゴットを得るこができる。Conventional single-crystal production by the CZ method, in the case of silicon, for example, places polycrystalline silicon as a raw material or polycrystalline silicon and a dopant (additive) in a quartz crucible supported by a support stand in a chamber. After that, under an argon atmosphere, the raw material was melted by a heater arranged around the quartz crucible, and a thin seed crystal made of silicon single crystal was attached to a chuck of a pulling device provided above the crucible, and Is immersed in the raw material melt in the crucible, and then pulled up at a predetermined speed while rotating the pulling shaft relatively to the crucible. Then, a single crystal grows sequentially at the lower end of the seed crystal attached to the pulling shaft. When a dopant is added, a single crystal ingot having a desired resistance value can be obtained depending on the concentration.
このようなCZ法による単結晶の引き上げを連続的に行
なう手法も既に知られているが、この連続引上げ法によ
れば、引上げ方向のドーパント濃度の均一化を図ること
ができると共に、溶融液面を一定に保つことができ、製
造された単結晶の歩留りを向上させることができる。A method of continuously pulling a single crystal by such a CZ method is already known. However, according to the continuous pulling method, the dopant concentration in the pulling direction can be made uniform and the surface of the molten liquid can be improved. Can be kept constant, and the yield of the manufactured single crystal can be improved.
特公昭59−33,551号公報(特開昭57−179,096号公
報)には、連続引き上げ法による単結晶の製造方法が開
示されている。この製造方法は、まず第8図に示すよう
に、引上げ軸1に取り付けられた種結晶2の先端を溶融
液3に浸漬し、溶融液3の温度および/または引上げ速
度を制御しつつ、引上げ軸1を上昇させる。このとき、
種結晶2の下端部に連続して単結晶C1が育成されるが、
必要な長さの引上げを終了すると、再び溶液3の温度お
よび/または引上げ速度を制御して単結晶C1の下端部の
形状を細径化し(細径部N1)、この部分N1をそのまま第
2番目の単結晶C2のための種結晶に供する(第9図参
照)。この操作を順次繰り返すことによって、下端部に
細径部が形成された単結晶が連続して製造されるが、第
10図に示された状態で、引上げ軸1と同期し、かつ中心
軸が引上げ軸1に一致して回転し、しかも引上げ軸1と
同一速度で移動する支持装置4により単結晶C2の側面を
支持する。ついで、同図に示すように、単結晶C1と単結
晶C2との間の細径部N1をレーザー切断装置6により切断
し、単結晶C1を回収する。また、第2番目以降の単結晶
C2,C3,C4…を回収するために、支持装置4と同様に構成
され、引上げ軸1と同期しかつ中心軸が引上げ軸1に一
致して回転し、しかも引上げ軸1と同一速度で移動する
他の支持装置5が設けられ、前述した支持装置4と協働
して第n番目の単結晶Cnと第(n+1)番目の単結晶Cn
+1とを支持することにより、連続引上げを行ないなが
ら単結晶の回収を行なうことができるようになっている
(第11〜12図参照)。JP-B-59-33,551 (JP-A-57-179,096) discloses a method for producing a single crystal by a continuous pulling method. In this manufacturing method, first, as shown in FIG. 8, the tip of a seed crystal 2 attached to a pulling shaft 1 is immersed in a melt 3 to pull up while controlling the temperature and / or pulling speed of the melt 3. Raise axis 1. At this time,
A single crystal C1 is grown continuously at the lower end of the seed crystal 2,
When the pulling of the required length is completed, the temperature of the solution 3 and / or the pulling speed are controlled again to reduce the diameter of the lower end of the single crystal C1 (small diameter portion N1). The seed crystal for the second single crystal C2 is provided (see FIG. 9). By successively repeating this operation, a single crystal having a small diameter portion formed at the lower end is continuously produced.
In the state shown in FIG. 10, the side surface of the single crystal C2 is rotated by the supporting device 4 which is synchronized with the pulling shaft 1 and whose central axis rotates coincident with the pulling shaft 1 and moves at the same speed as the pulling shaft 1. To support. Next, as shown in the figure, the narrow portion N1 between the single crystal C1 and the single crystal C2 is cut by the laser cutting device 6, and the single crystal C1 is collected. In addition, the second and subsequent single crystals
In order to collect C2, C3, C4..., It is configured in the same manner as the support device 4 and rotates in synchronization with the pulling shaft 1 and the center axis coincides with the pulling shaft 1, and moves at the same speed as the pulling shaft 1. Is provided, and the n-th single crystal Cn and the (n + 1) -th single crystal Cn cooperate with the support device 4 described above.
By supporting +1, single crystals can be recovered while performing continuous pulling (see FIGS. 11 and 12).
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来の単結晶の製造方法に
よれば、第10図に示すように、第(n+1)番目の単結
晶Cn+1を支持装置4により支持した状態で第n番目の
単結晶Cnの細径部Nnを決断すると、切断による振動が第
(n+2)番目の単結晶Cn+2の成長部分にまで伝播
し、この第(n+2)番目の単結晶Cn+2が有転位化す
るという不具合が発生した。(Problems to be Solved by the Invention) However, according to such a conventional method for manufacturing a single crystal, as shown in FIG. 10, the (n + 1) th single crystal Cn + 1 is supported by the support device 4. When the small diameter portion Nn of the n-th single crystal Cn is determined by the above, the vibration caused by the cutting propagates to the growth portion of the (n + 2) -th single crystal Cn + 2, and the (n + 2) -th single crystal Cn + 2 is present. The problem of dislocation occurred.
そこで本発明者らは、有転位化は成長している結晶内
の温度勾配の大きさや温度分布のむらに起因する反面、
細径部においては無転位状態の安定性が高く、しかも、
成長の初めに種絞り(細径化)の操作を入れると有転位
化した単結晶であっても容易に無転位化する、いわゆる
ダッシュ効果を有するという知見に基づき、切断による
振動の伝播を是認した上で鋭意研究した結果、第(n+
1)番目の単結晶に細径部を形成するときに、第n番目
以前に育成された単結晶を切断すれば、仮に切断振動が
伝播したとしても第(n+2)番面の単結晶は有転位化
し難く、また、たとえ細径部が有転位化した場合にあっ
ても容易に無転位化することを見出だし、本発明を完成
するに至った。Thus, the present inventors have proposed that dislocations are caused by the size of the temperature gradient and uneven temperature distribution in the growing crystal,
In the small diameter part, the stability of the non-dislocation state is high, and
Based on the finding that if a seed crystal (diameter reduction) operation is performed at the beginning of growth, even a dislocated single crystal has a so-called dash effect, even dislocation-free single crystals, the propagation of vibration due to cutting is approved. After extensive research, the (n +
If a single crystal grown before the n-th is cut at the time of forming a small diameter portion in the 1) -th single crystal, the (n + 2) -th single crystal is present even if the cutting vibration is propagated. It has been found that dislocation is difficult to occur, and even when the small-diameter portion is dislocated, dislocation is easily eliminated, and the present invention has been completed.
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、単結晶を有転位化することなく連続し
て引上げることにより、品質および材料歩留りを向上さ
せると共に、生産性を高めることを目的とする。The present invention has been made in view of such problems of the related art, and improves the quality and the material yield by continuously pulling a single crystal without causing dislocation, thereby improving productivity. The purpose is to increase.
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するための本発明は、原料を溶融し、
この溶融液に種結晶を浸漬させた後にこの種結晶を引き
上げることにより種結晶の後端部に単結晶を育成させる
単結晶の製造方法があって、第n番目の単結晶を育成さ
せた後、この第n番目の単結晶を溶融液から引き離すこ
となく当該単結晶の後端部に細径部を形成すると共に、
さらに、この細径部に連続して第(n+1)番目の単結
晶を育成させ、順次この工程を繰り返すことにより細径
部を有する単結晶を連続して製造する方法において、 第(n+1)番目以降の単結晶の後端部に細径部を形成
する際に、第n番目以前に育成された単結晶を切断して
回収することを特徴とする単結晶の製造方法である。(Means for Solving the Problems) The present invention for achieving the above object melts raw materials,
There is a single crystal manufacturing method in which a single crystal is grown at the rear end of the seed crystal by pulling up the seed crystal after dipping the seed crystal in the melt, and after growing the n-th single crystal. Forming a small-diameter portion at the rear end of the single crystal without separating the n-th single crystal from the melt,
Further, in the method of continuously producing a (n + 1) th single crystal having the small diameter portion by continuously growing the (n + 1) th single crystal on the small diameter portion and repeating this process, A method for producing a single crystal, characterized in that when forming a small-diameter portion at the rear end of the subsequent single crystal, the single crystal grown before the n-th is cut and collected.
(作用) このように構成した本発明にあっては、第(n+1)
番目以降の単結晶の後端部に細径部を形成する際に、第
n番目以前に育成された単結晶を切断するように構成し
ていることから、切断時の振動は、溶融液表面にて成長
しつつある細径部に伝播する。かかる細径部において
は、結晶内の温度勾配の差や温度分布のむらが少なく、
単結晶の無転位状態の安定性が極めて高いため、有転位
化を防止することができる。しかも、細径部において、
単結晶の有転位化が生じたとしても、いわゆるダッシュ
効果により容易に無転位化することから、無転位の状態
で単結晶を連続して引き上げることができる。(Operation) In the present invention configured as above, the (n + 1) th
Since the single crystal grown before the n-th is cut when forming the small diameter portion at the rear end of the single crystal after the n-th, the vibration at the time of cutting is caused by the surface of the melt. And propagates to the growing small diameter portion. In such a small diameter portion, there is little difference in temperature gradient and unevenness of temperature distribution in the crystal,
Since the stability of the dislocation-free state of the single crystal is extremely high, dislocations can be prevented. Moreover, in the small diameter part,
Even if dislocation of the single crystal occurs, the single crystal can be continuously pulled up in a dislocation-free state because dislocation is easily caused by the so-called dash effect.
(実施例) 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1〜5図は本発明の一実施例に係る製造方法を示す
断面図、第6図は同実施例の工程図、第7図は同実施例
にて使用する引上げ装置を示す断面図である。1 to 5 are sectional views showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a process diagram of the embodiment, and FIG. 7 is a sectional view showing a pulling device used in the embodiment. is there.
本発明は、従来知られた連続引当げ装置を用いて実施
することができる。例えば、本実施例における連続引上
げ装置は、第7図に示すように、加熱チャンバ11と引上
げチャンバ12とからなるチャンバ10を有している。加熱
チャンバ11内には黒鉛製受け皿に支持された黒鉛製ルツ
ボ13および石英製ルツボ14が設けられ、この黒鉛製ルツ
ボ13および石英製ルツボ14は回転軸15を介して駆動装置
16により回転するようになっている。略円筒状に形成さ
れた黒鉛製ルツボ13および石英製ルツボ14の周囲には、
加熱ヒータ17が設けられて石英製ルツボ14内に収容した
多結晶原料を溶融するようになっている。加熱ヒータ17
は、抵抗加熱法によるものであっても、あるいは誘導加
熱法によるものであっても用いることができるが、大型
の連続引上げ装置に適用する場合には経済性を考慮して
抵抗加熱ヒータとすることが好ましい。The present invention can be implemented using a conventionally known continuous allocation device. For example, the continuous pulling apparatus in the present embodiment has a chamber 10 including a heating chamber 11 and a pulling chamber 12, as shown in FIG. A graphite crucible 13 and a quartz crucible 14 supported by a graphite pan are provided in the heating chamber 11, and the graphite crucible 13 and the quartz crucible 14 are driven by a driving device via a rotating shaft 15.
16 to rotate. Around a graphite crucible 13 and a quartz crucible 14 formed in a substantially cylindrical shape,
A heater 17 is provided to melt the polycrystalline raw material contained in the quartz crucible 14. Heater 17
Can be used either by a resistance heating method or by an induction heating method, but when applied to a large continuous pulling device, a resistance heating heater is used in consideration of economy. Is preferred.
石英製ルツボ14内には、環状に形成された隔壁18が設
けられ、これにより石英製ルツボ14は溶融ゾーン19と疑
固ゾーン20とに仕切られているが、この隔壁18の下端縁
に開設された連通口(不図示)を介して両ゾーン19,20
は連通している。溶融ゾーン19には、原料供給装置21か
らノズル22を介して原料である多結晶または多結晶とド
ーパントが供給される。なお、「23」は加熱ヒータ17か
らの熱の放散を防止するための断熱板である。In the quartz crucible 14, an annularly formed partition wall 18 is provided, whereby the quartz crucible 14 is divided into a melting zone 19 and a suspected zone 20. Both zones 19 and 20 through the communication opening (not shown)
Are communicating. To the melting zone 19, polycrystal or polycrystal as a raw material and a dopant are supplied from a raw material supply device 21 via a nozzle 22. Note that “23” is a heat insulating plate for preventing heat from being radiated from the heater 17.
引上げチャンパ12の上部には、引上げ装置24が設けら
れ、引上げ軸である引上げワイヤ1を回転させると共に
昇降させるように構成されている。引上げワイヤ1の先
端には、チャック25が取り付けられて、このチャック25
に種結晶2を把持せしめ、引上げ装置24を駆動させて引
上げワイヤ1を種結晶2の先端が石英製ルツボ14内の溶
融液3に所定量だけ浸漬するまで下降させた後に、引上
げワイヤ1を引上げ速度を制御しながら上昇させれば、
種結晶2の下端に単結晶Cが成長することになる。A pulling device 24 is provided on the upper part of the pulling champ 12 so that the pulling wire 1 serving as a pulling shaft is rotated and moved up and down. A chuck 25 is attached to the tip of the pulling wire 1, and this chuck 25
After the seed crystal 2 is gripped, the pulling device 24 is driven to lower the pulling wire 1 until the tip of the seed crystal 2 is immersed by a predetermined amount in the melt 3 in the crucible 14 made of quartz. If you raise while controlling the pulling speed,
The single crystal C grows at the lower end of the seed crystal 2.
本実施例においては、チャンバ10内であって、成長し
た単結晶Cが所定温度まで冷却する位置に、2つの支持
装置4,5および切断装置6を設けている。これら支持装
置4,5および切断装置6の取り付け位置は、第7図に示
す位置に限定されることはなく、引上げられた単結晶C
を支持装置4により把持し得る程度に単結晶Cが冷却し
た状態である位置に設定すれば良い。In this embodiment, two supporting devices 4, 5 and a cutting device 6 are provided in the chamber 10 at a position where the grown single crystal C is cooled to a predetermined temperature. The mounting positions of these supporting devices 4, 5 and cutting device 6 are not limited to the positions shown in FIG.
May be set to a position where the single crystal C is in a cooled state so that the single crystal C can be gripped by the support device 4.
支持装置4,5は、何れも単結晶Cの側面を把持する把
持部とこの把持部を開閉して単結晶Cを把持する位置と
単結晶Cを開放する位置とに作動させる駆動部とから構
成され、さらに引上げ装置24に同期して昇降し得るよう
に構成されている。また、両支持装置4,5の間には切断
装置6が設けられて、単結晶を切断して回収する。本実
施例においては、支持装置4を加熱チャンバ11内に設
け、支持装置5と切断装置6は引上げチャンバ12内に設
けている。さらに、図示はしないが、切断装置6により
切断された単結晶Cは、引上げチャンバ12に開設した回
収用扉から取り出されるようになっている。Each of the supporting devices 4 and 5 includes a gripper that grips the side surface of the single crystal C, and a driving unit that opens and closes the gripper to operate the position where the single crystal C is gripped and the position where the single crystal C is opened. The lifting device 24 is configured to be able to move up and down in synchronization with the lifting device 24. Further, a cutting device 6 is provided between the two supporting devices 4 and 5 to cut and collect the single crystal. In this embodiment, the support device 4 is provided in the heating chamber 11, and the support device 5 and the cutting device 6 are provided in the pulling chamber 12. Further, although not shown, the single crystal C cut by the cutting device 6 is taken out from a collection door opened in the pulling chamber 12.
次に、上述した連続引上げ装置を用いた本実施例に係
る単結晶の製造方法を説明する。本発明の製造方法は、
シリコン結晶、ゲルマニウム結晶、ガリウム−ヒ素結晶
の他、金属結晶、金属酸化物結晶に適用することができ
る。Next, a method of manufacturing a single crystal according to the present embodiment using the above-described continuous pulling apparatus will be described. The production method of the present invention
The present invention can be applied to a silicon crystal, a germanium crystal, a gallium-arsenic crystal, a metal crystal, and a metal oxide crystal.
以下、ドーパントを添加したシリコン単結晶の製造例
について説明する。Hereinafter, a production example of a silicon single crystal to which a dopant is added will be described.
まず、原料供給装置21から所定量の多結晶原料とこれ
に添加すべきドーパントとを石英製ルツボ14内の溶融ゾ
ーン19に供給し、加熱ヒータ17を作動させて溶融させ
る。溶解ゾーン19にて溶解した原料は、環状隔壁18の連
通口を通過して凝固ゾーン20に流れる。なお、引上げを
開始する前にルツボ14内に溶融液3を充満させる場合に
は、凝固ゾーン20および溶融ゾーン19の両方に多結晶と
ドーパントを供給することも可能である。引上げを行な
う際には、加熱ゾーン11内にアルゴンガスを吹き込み、
加熱ゾーン11を減圧アルゴン雰囲気にする。First, a predetermined amount of a polycrystalline raw material and a dopant to be added thereto are supplied from a raw material supply device 21 to a melting zone 19 in a quartz crucible 14, and the heater 17 is operated to be melted. The raw material dissolved in the dissolving zone 19 flows to the solidification zone 20 through the communication port of the annular partition wall 18. When the crucible 14 is filled with the melt 3 before starting the pulling, the polycrystal and the dopant can be supplied to both the solidification zone 20 and the melt zone 19. When pulling up, blow argon gas into the heating zone 11,
The heating zone 11 is set to a reduced pressure argon atmosphere.
ついで、引上げ軸1のチャック25に面方位の定まった
種結晶2を取り付け、引上げ装置24を作動させて引上げ
軸を種結晶2の下端部が溶融液3に浸漬するまで降下さ
せる。Next, the seed crystal 2 having a predetermined plane orientation is attached to the chuck 25 of the pulling shaft 1, and the pulling device 24 is operated to lower the pulling shaft until the lower end of the seed crystal 2 is immersed in the melt 3.
引上げの最初においては、第1図に示すように、引上
げ速度を速く設定し、かつ/または溶融液温度を高くす
ることにより、種結晶2の径を3〜4mmφ、長さ50〜150
mm程度に細く絞り、転位を種結晶2の表面に追い出して
無転位化する(第6図における高速引上げ工程30)。続
いて、引上げ速度および/または溶解液温度を下げるこ
とにより、所望の径を有する単結晶C1を成長させる(第
6図における低速引上げ工程31)。この場合、駆動装置
16により石英製ルツボ14を回転させると共に、引上げ軸
1はこの回転と反対方向に回転させ、溶融液3の撹拌と
溶融液温度の均一化を図ることが好ましい。At the beginning of the pulling, as shown in FIG. 1, the diameter of the seed crystal 2 is set to 3 to 4 mmφ and the length is set to 50 to 150 mm by setting a high pulling speed and / or increasing the melt temperature.
The diameter is reduced to about mm, and dislocations are driven out to the surface of the seed crystal 2 to eliminate dislocations (high-speed pulling step 30 in FIG. 6). Subsequently, the single crystal C1 having a desired diameter is grown by lowering the pulling rate and / or the temperature of the solution (low-speed pulling step 31 in FIG. 6). In this case, the drive
It is preferable that the quartz crucible 14 is rotated by 16 and the pulling shaft 1 is rotated in a direction opposite to this rotation so as to stir the melt 3 and make the melt temperature uniform.
第2図に示すように、この第1番目の単結晶C1が所望
の長さに成長した際に、再び引上げ速度および/または
溶融液温度を高くして、単結晶C1の後端部を細く絞る
(第6図における高速引上げ工程32)。この細径部N1の
直径は、30mm以下、特に、4〜8mm程度に形成すること
が好ましい。As shown in FIG. 2, when the first single crystal C1 has grown to a desired length, the pulling speed and / or the melt temperature are increased again to make the rear end of the single crystal C1 thin. Squeeze (high-speed pulling process 32 in FIG. 6). The diameter of the small-diameter portion N1 is preferably formed to be 30 mm or less, particularly, about 4 to 8 mm.
なお、第1〜5図には示していないが、本実施例の引
上げ操作を行なっている間は、第7図に示す原料供給装
置21からノズル22を介して石英製ルツボ14の溶融ゾーン
19に多結晶およびドーパントが供給されており、これに
よって溶融液3の液面が常に一定に保たれている。Although not shown in FIGS. 1 to 5, while the pulling operation of the present embodiment is being performed, the melting zone of the quartz crucible 14 from the raw material supply device 21 shown in FIG.
A polycrystal and a dopant are supplied to 19 so that the liquid level of the melt 3 is always kept constant.
ついで、第3図に示すように、再び引上げ速度および
/または溶融液温度を下げて、第2番目の単結晶C2を成
長させる(第6図における低速引上げ工程33)。このと
き、第1番目の単結晶C1の後端部に形成した細径部N1が
種結晶となって第2番目の単結晶が育成される。さら
に、第4図に示すように、この第2番目の単結晶C2が所
望の長さに成長した際に、再び引上げ速度および/また
は溶融液温度を高くして、単結晶C2の後端部を細く絞る
(第6図における高速引上げ工程34)。この細径部N2の
直径は、上述した細径部N1と同様に30mm以下、特に4〜
8mmに形成することが好ましい。Next, as shown in FIG. 3, the pulling rate and / or the temperature of the melt are lowered again to grow the second single crystal C2 (slow pulling step 33 in FIG. 6). At this time, the small-diameter portion N1 formed at the rear end of the first single crystal C1 serves as a seed crystal to grow a second single crystal. Further, as shown in FIG. 4, when the second single crystal C2 has grown to a desired length, the pulling speed and / or the temperature of the melt are increased again to increase the rear end of the single crystal C2. (High-speed pulling step 34 in FIG. 6). The diameter of the small-diameter portion N2 is 30 mm or less similarly to the small-diameter portion N1 described above,
Preferably, it is formed to 8 mm.
ここで、第2番目の単結晶C2の後端部に細径部N2を育
成している際に、支持装置4により第2番目の単結晶C2
の側面を支持し第6図における支持工程35)、引上げ軸
1の上昇速度と等しい速度にて支持装置4を上昇させる
と共に、第1番目の単結晶C1の後端部に形成した細径部
N1を切断装置6を用いて切断する(第6図における切断
工程36)。本実施例は切断装置6としてレーザー切断装
置を用いたが、ダイヤモンドカッターなど周知の装置を
用いることもできる。上述したように、切断装置6によ
り切断された第2番目の単結晶C2は、支持装置4によっ
て支持されており、しかもこの支持装置4は、引上げ軸
1と同様に上昇速度を可変とすることができることか
ら、引上げ軸1と切り離された後においても単結晶C2,C
3,……の引上げ操作を続けることができる。Here, while growing the small-diameter portion N2 at the rear end of the second single crystal C2, the second single crystal C2 is supported by the support device 4.
6), the supporting device 4 is raised at a speed equal to the raising speed of the pulling shaft 1, and the small diameter portion formed at the rear end of the first single crystal C1 is supported.
N1 is cut using the cutting device 6 (cutting step 36 in FIG. 6). In this embodiment, a laser cutting device is used as the cutting device 6, but a known device such as a diamond cutter can be used. As described above, the second single crystal C2 cut by the cutting device 6 is supported by the support device 4, and the support device 4 has a variable ascending speed similar to the pulling shaft 1. The single crystal C2, C even after being separated from the pulling shaft 1.
The lifting operation of 3, ... can be continued.
また、第2番目の単結晶C2を支持装置4により支持し
ていると言えども、切断装置6にて切断する際の振動は
溶融液面にも伝播し、有転位化を引き起こす要因となる
が、本実施例にあっては、振動が伝播する際の溶融液面
からは細径部N2が引上げられている状態であり、かかる
細径部においては、結晶内の温度勾配の差や温度分布の
むらが少なく、単結晶の無転位状態の安定性が極めて高
いため、有転位化を防止することができる。しかも、細
径部において、単結晶の有転位化が生じたとしても、い
わゆるダッシュ効果により容易に無転位化することか
ら、無転位の状態で単結晶を連続して引き上げることが
できる。Further, although it can be said that the second single crystal C2 is supported by the support device 4, the vibration at the time of cutting by the cutting device 6 also propagates to the melt surface and causes dislocations. However, in the present embodiment, the small-diameter portion N2 is pulled up from the melt surface when the vibration propagates, and in such a small-diameter portion, the difference in temperature gradient and the temperature distribution in the crystal. And the stability of the single crystal in a dislocation-free state is extremely high, so that dislocations can be prevented. In addition, even if dislocation of the single crystal occurs in the small-diameter portion, the single crystal can be continuously pulled up in a dislocation-free state because dislocation is easily caused by a so-called dash effect.
なお、上述したように、本実施例においては、切断部
分を細径部N1としているが、本発明の切断部は細径部に
限定されることなく、他の部分であっても良い。As described above, in the present embodiment, the cut portion is the small-diameter portion N1, but the cut portion of the present invention is not limited to the small-diameter portion, and may be another portion.
第5図を参照して、第2番目以降に引上げられた単結
晶を一般化して説明する。ここで、第n番目に育成され
た単結晶をCn、第(n+1)番目に育成された単結晶を
Cn+1…、と称し、また第n番目の単結晶の後端部に形
成された細径部をNn、第(n+1)番目の単結晶の後端
部に形成された細径部をNn+1と称する。With reference to FIG. 5, the second and subsequent single crystals are generalized and described. Here, the n-th grown single crystal is Cn, and the (n + 1) -th grown single crystal is
.., The small diameter portion formed at the rear end of the n-th single crystal is referred to as Nn, and the small diameter portion formed at the rear end of the (n + 1) -th single crystal is referred to as Nn + 1. .
第4図に示す状態から、第1番目の単結晶C1を回収し
た後は、第2番目の単結晶C2は支持装置4にて支持され
ており、この支持装置4の上昇にともなって第3番目の
単結晶C3を育成しつつ第2番目の単結晶C2も上昇する
が、支持装置4の上昇限(第7図に示す加熱チャンバ11
の上部)まで当該支持装置4が上昇すると、他の支持装
置5が降下してこの単結晶C2を支持すると共に支持装置
4は単結晶C2の支持を解除して原位置まで降下する。こ
のように連続して製造される単結晶の支持を2つの支持
装置4,5により交互に行なうことにより、支持装置5は
第1番目の単結晶C1を引上げる際の引上げ軸1の機能を
果たすことになる。したがって、第n番目の単結晶Cnが
支持装置5によって支持され、一方、第(n+1)番目
の単結晶Cn+1が支持装置4により支持されている状態
において、2つの支持装置4,5を同期させながら上昇さ
せ、第(n+1)番目の単結晶Cn+1の後端部に細径部
Nn+1を育成している際に、切断装置6にて第n番目の
単結晶Cnを切断し、回収する。この切断による振動は、
第(n+1)番目の単結晶Cn+1を介して溶融液面に伝
播するが、この液面から成長している単結晶は細径であ
ることから、かかる細径部Nn+1においては、結晶内の
温度勾配の差や温度分布のむらが少なく、単結晶の無転
位状態の安定性が極めて高いため、有転位化を防止する
ことができる。しかも、細径部において、単結晶の有転
位化が生じたとしても、いわゆるダッシュ効果により容
易に無転位化することから、無転位の状態で単結晶を連
続して引き上げることができる。また、第n番目の単結
晶Cnの後端部に形成した細径部Nnが種結晶となって第
(n+1)番目の単結晶Cn+1が育成される。After recovering the first single crystal C1 from the state shown in FIG. 4, the second single crystal C2 is supported by the support device 4, and the third single crystal C2 While growing the second single crystal C3, the second single crystal C2 also rises, but the ascending limit of the supporting device 4 (the heating chamber 11 shown in FIG. 7).
When the supporting device 4 rises to (upper portion of) the other supporting device 5 descends to support the single crystal C2, the supporting device 4 releases the support of the single crystal C2 and descends to the original position. By supporting the single crystals continuously manufactured in this way by the two support devices 4 and 5 alternately, the support device 5 functions as the pulling shaft 1 when pulling the first single crystal C1. Will fulfill. Therefore, in a state where the n-th single crystal Cn + 1 is supported by the support device 5 while the (n + 1) -th single crystal Cn + 1 is supported by the support device 4, the two support devices 4 and 5 are synchronized. At the rear end of the (n + 1) -th single crystal Cn + 1.
While growing Nn + 1, the cutting device 6 cuts and collects the n-th single crystal Cn. The vibration caused by this cutting is
The light propagates through the (n + 1) -th single crystal Cn + 1 to the melt surface. Since the single crystal growing from this liquid surface has a small diameter, the temperature inside the crystal at the small-diameter portion Nn + 1 is small. Since the difference in gradient and the unevenness of the temperature distribution are small and the stability of a single crystal in a non-dislocation state is extremely high, dislocation can be prevented. In addition, even if dislocation of the single crystal occurs in the small-diameter portion, the single crystal can be continuously pulled up in a dislocation-free state because dislocation is easily caused by a so-called dash effect. Further, the (n + 1) th single crystal Cn + 1 is grown by using the small diameter portion Nn formed at the rear end of the nth single crystal Cn as a seed crystal.
なお、本発明は上述した実施例に限定されることな
く、本発明の要旨を越えない限りにおいて、種々に改変
することが可能である。The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記実施例においては、第(n+1)番目の
単結晶を支持した状態で、この単結晶の後端部に細径部
を成長させる際に、第n番目の単結晶を切断するように
構成しているが、本発明は上述した実施例に限定される
ことなく、第(n+1)番目以降の単結晶の後端部に細
径部を形成する際に、第n番目以前に育成された単結晶
を切断すれば良い。For example, in the above embodiment, the n-th single crystal is cut while growing a small-diameter portion at the rear end of the (n + 1) -th single crystal while supporting the (n + 1) -th single crystal. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and when forming a small-diameter portion at the rear end of the (n + 1) -th and subsequent single crystals, it is grown before the n-th. The single crystal may be cut.
(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、無転位の状態で単
結晶を連続して引上げることが可能となり、品質および
材料歩留りを向上させることができると共に、生産性を
高めることができる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to continuously pull a single crystal without dislocations, thereby improving quality and material yield and increasing productivity. be able to.
第1〜5図は本発明の一実施例に係る製造方法を示す断
面図、第6図は同実施例の工程図、第7図は同実施例に
て使用する引上げ装置を示す断面図、第8〜12図は従来
の製造方法を示す断面図である。 1……引上げ軸、2……種結晶、 3……溶融液、4,5……支持装置、 6……切断装置、Cn……第n番目の単結晶、 Nn……第n番目の細径部。1 to 5 are cross-sectional views showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a process diagram of the embodiment, FIG. 7 is a cross-sectional view showing a pulling device used in the embodiment, 8 to 12 are sectional views showing a conventional manufacturing method. 1 ... pulling shaft, 2 ... seed crystal, 3 ... melt, 4,5 ... support device, 6 ... cutting device, Cn ... nth single crystal, Nn ... nth fine crystal Diameter.
Claims (2)
させた後にこの種結晶を引き上げることにより種結晶の
後端部に単結晶を育成させる単結晶の製造方法であっ
て、第n番目の単結晶を育成させた後、この第n番目の
単結晶を溶融液から引き離すことなく当該単結晶の後端
部に細径部を形成すると共に、さらに、この細径部に連
続して第(n+1)番目の単結晶を育成させ、順次この
工程を繰り返すことにより細径部を有する単結晶を連続
して製造する方法において、 第(n+1)番目以降の単結晶の後端部に細径部を形成
する際に、第n番目以前に育成された単結晶を切断して
回収することを特徴とする単結晶の製造方法。1. A method for producing a single crystal, comprising melting a raw material, immersing the seed crystal in the melt, and then raising the seed crystal to grow a single crystal at the rear end of the seed crystal. After growing the n-th single crystal, a small-diameter portion is formed at the rear end of the single crystal without separating the n-th single crystal from the melt, and further connected to the small-diameter portion. In this method, the (n + 1) -th single crystal is grown at a rear end of the (n + 1) -th single crystal after the (n + 1) -th single crystal is continuously grown by successively repeating this process. A method for producing a single crystal, comprising cutting and collecting a single crystal grown before the nth one when forming a small diameter portion.
結晶の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the single crystal is silicon.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP31337989A JP2783624B2 (en) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | Single crystal manufacturing method |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH03177390A JPH03177390A (en) | 1991-08-01 |
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CN103290470B (en) * | 2013-05-21 | 2016-06-29 | 杭州海纳半导体有限公司 | The pulling of silicon single crystal growing method of diameter transitions |
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- 1989-12-04 JP JP31337989A patent/JP2783624B2/en not_active Expired - Lifetime
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