JP4907396B2 - Single crystal manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、単結晶の製造方法に関し、特にチョクラルスキー(CZ)法による単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a single crystal, and more particularly to a method for producing a single crystal by the Czochralski (CZ) method.

単結晶、例えばシリコン単結晶の製造方法として、いわゆるチョクラルスキー法(CZ)法が知られている。この方法では、チャンバ内に設置されたルツボに原料塊を収容し、ヒータを高温加熱してルツボ内の原料を融液とする。そして、原料融液面に種結晶を着液させ、引上げられる種結晶の下方に所望の直径と品質とを有するシリコン単結晶を育成する。   A so-called Czochralski method (CZ) method is known as a method for producing a single crystal, for example, a silicon single crystal. In this method, a raw material lump is accommodated in a crucible installed in a chamber, and a heater is heated at a high temperature to use the raw material in the crucible as a melt. Then, a seed crystal is deposited on the surface of the raw material melt, and a silicon single crystal having a desired diameter and quality is grown below the pulled seed crystal.

CZ法で単結晶を育成する場合、育成中に単結晶が有転位化してしまう現象が生じる場合がある。単結晶育成初期における有転位化では、単結晶を再溶融することで、再び無転位の単結晶育成を試みることができる。しかしながら、この場合には単結晶再溶融による時間ロスや電力費・人件費増大等が製造コストの上昇を招くため好ましくない。さらに、育成後期に有転位化が発生した場合には、再溶融すると上記の製造コストの上昇が甚大になる。このため、単結晶を最溶融しないで有転位化したまま育成を続行することもありえる。この場合には、当然、有転位化した部分は製品として出荷することは不能となる。したがって、可能な限り単結晶の有転位化を防止し、単結晶を無転位のまま安定して育成する製造方法が切望されている。   When a single crystal is grown by the CZ method, a phenomenon may occur in which the single crystal undergoes dislocation during the growth. In dislocation formation in the initial stage of single crystal growth, dislocation-free single crystal growth can be attempted again by remelting the single crystal. However, in this case, time loss due to remelting of the single crystal, increase in electric power cost and labor cost, etc. cause an increase in manufacturing cost, which is not preferable. Further, when dislocations occur in the later stage of growth, the re-melting increases the manufacturing cost. For this reason, it is possible to continue the growth with dislocations without melting the single crystal. In this case, as a matter of course, the dislocation portion cannot be shipped as a product. Therefore, a manufacturing method that prevents the dislocation of the single crystal as much as possible and stably grows the single crystal with no dislocations is desired.

単結晶の有転位化の原因としては、幾つかの要因が考えられる。例えば、単結晶の内部温度差に起因する熱応力や、ルツボ内の原料融液中の異物の存在等である。原料融液中に存在する異物は、ルツボへの原料充填時に混入したものや、石英ルツボ内面が劣化して剥離したもの、あるいは、単結晶製造装置内部の周辺部材から混入したもの、あるいは、原料融液表面から蒸発によって発生したまま排除されずに残留したもの等が考えられる。
熱応力に起因して結晶構造が乱れる結果生じる有転位化については、単結晶の製造条件、特に熱環境の最適化を図ることにより対策が進められている。
また、異物に起因する有転位化を防止するためにも様々な技術が提案されている。例えば、特許文献1では、輻射シールドの周囲に断熱材を設けることにより、原料融液表面から蒸発によって発生するSiO異物を、ルツボに混入しない位置に付着させる技術が開示されている。また、特許文献2には、単結晶製造装置のチャンバ内の圧力を適正化することにより輻射シールドや石英ルツボに起因する異物の発生を防止する技術が開示されている。
特開平5−294784号公報 特許3787452号公報
There are several possible causes for the dislocation of the single crystal. For example, thermal stress caused by the internal temperature difference of the single crystal, presence of foreign matter in the raw material melt in the crucible, and the like. The foreign material present in the raw material melt is mixed when the raw material is charged into the crucible, the inner surface of the quartz crucible is deteriorated and peeled off, the mixed foreign material in the single crystal manufacturing apparatus, or the raw material. The thing etc. which remain | survived without being excluded while being generated by evaporation from the melt surface can be considered.
Countermeasures for dislocations resulting from the disorder of the crystal structure due to thermal stress are being promoted by optimizing the production conditions of the single crystal, particularly the thermal environment.
Various techniques have also been proposed to prevent dislocation caused by foreign matter. For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a heat insulating material is provided around a radiation shield so that SiO foreign matter generated by evaporation from a raw material melt surface is attached to a position where it does not enter the crucible. Patent Document 2 discloses a technique for preventing the generation of foreign matter due to a radiation shield or a quartz crucible by optimizing the pressure in the chamber of the single crystal manufacturing apparatus.
JP-A-5-294784 Japanese Patent No. 3787452

もっとも、従来提案されている異物に起因する有転位化を防止する技術は、異物の発生や、異物のルツボ内への落下を抑制することに主眼が置かれている。しかしながら、異物の発生や、異物のルツボ内への落下を完全に抑制することは困難である。そして、異物に起因する有転位化がいったん生ずると、再溶融をおこなったとしても、同一の異物に起因して再度有転位化が生ずるおそれが高い。   However, the conventionally proposed technique for preventing dislocation caused by the foreign material is focused on suppressing the generation of the foreign material and the falling of the foreign material into the crucible. However, it is difficult to completely suppress the generation of foreign matter and the fall of foreign matter into the crucible. And once the dislocation due to the foreign matter occurs, there is a high possibility that the dislocation occurs again due to the same foreign matter even if remelting is performed.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、ルツボ内に異物が落下したとしても、この異物を除去することによって単結晶の有転位化を防止し、単結晶の生産性を向上させ、製造コストを低減することを可能とする単結晶の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances. The object of the present invention is to prevent dislocation of a single crystal by removing the foreign matter even if the foreign matter falls into the crucible. An object of the present invention is to provide a method for producing a single crystal that can improve the productivity of crystals and reduce the production cost.

本発明の第1の態様の単結晶の製造方法は、チョクラルスキー(CZ)法による単結晶の製造方法であって、ルツボに充填した原料を溶融し原料融液とする工程と、前記原料融液から単結晶を引上げる工程を有し、前記原料を溶融し原料融液とする工程と、前記単結晶を引上げる工程との間に、前記原料融液表面に不活性ガスを流す工程が設けられ、前記不活性ガスを流す工程において、前記原料融液表面の、前記ルツボ中心から前記ルツボ外周に向かう前記不活性ガスの流速を、8m/秒以上12m/秒以下とし、前記不活性ガスを流す工程における、前記原料融液表面が前記ルツボ内壁に接する部分の高さが、前記単結晶を引上げる工程における、前記原料融液表面が前記ルツボ内壁に接する部分の高さよりも、2mm以上高くなるように前記ルツボの回転数を制御することを特徴とする。
The method for producing a single crystal according to the first aspect of the present invention is a method for producing a single crystal by a Czochralski (CZ) method, comprising melting a raw material filled in a crucible into a raw material melt, and the raw material A step of pulling a single crystal from the melt, and a step of flowing an inert gas on the surface of the raw material melt between the step of melting the raw material into a raw material melt and the step of pulling the single crystal It is provided, in the step of flowing the inert gas, the raw material melt surface, the flow velocity of the inert gas toward the crucible periphery from the crucible center, and 8m / sec 12m / sec, the non In the step of flowing active gas, the height of the portion where the raw material melt surface is in contact with the crucible inner wall is higher than the height of the portion where the raw material melt surface is in contact with the crucible inner wall in the step of pulling up the single crystal. 2mm or higher And controlling the rotational speed of the crucible.

本発明の第2の態様の単結晶の製造方法は、チョクラルスキー(CZ)法による単結晶の製造方法であって、ルツボに充填した原料を溶融し原料融液とする工程と、前記原料融液から単結晶を引上げる工程を有し、前記単結晶が有転位化した場合に、前記単結晶を再溶融する工程と、前記再溶融が完了した時点で、前記再溶融後の原料融液表面に不活性ガスを流す工程と、前記不活性ガスを流す工程の後に、前記再溶融後の原料融液から単結晶を引上げる工程が設けられ、前記不活性ガスを流す工程において、前記再溶融後の原料融液表面の、前記ルツボ中心から前記ルツボ外周に向かう前記不活性ガスの流速を、8m/秒以上12m/秒以下とし、前記不活性ガスを流す工程における、前記再溶融後の原料融液表面が前記ルツボ内壁に接する部分の高さが、前記再溶融後の原料融液から単結晶を引上げる工程における、前記再溶融後の原料融液表面が前記ルツボ内壁に接する部分の高さよりも、2mm以上高くなるように前記ルツボの回転数を制御することを特徴とする。
The method for producing a single crystal according to the second aspect of the present invention is a method for producing a single crystal by a Czochralski (CZ) method, wherein a raw material filled in a crucible is melted to form a raw material melt, and the raw material A step of pulling the single crystal from the melt, and when the single crystal has undergone dislocation, the step of re-melting the single crystal and the melting of the raw material after the re-melting when the re-melting is completed. In the step of flowing an inert gas on the liquid surface and the step of flowing the inert gas, a step of pulling a single crystal from the remelted raw material melt is provided, and in the step of flowing the inert gas, The remelting in the step of flowing the inert gas at a flow rate of the inert gas from the center of the crucible toward the outer periphery of the crucible on the surface of the raw material melt after remelting is 8 m / second or more and 12 m / second or less. The surface of the subsequent raw material melt contacts the inner wall of the crucible The height of the portion is 2 mm or more higher than the height of the portion where the surface of the raw material melt after remelting is in contact with the inner wall of the crucible in the step of pulling the single crystal from the raw material melt after remelting. The number of revolutions of the crucible is controlled .

本発明によれば、ルツボ内に異物が落下したとしても、この異物を除去することによって単結晶の有転位化を防止し、単結晶の生産性を向上させ、製造コストを低減することを可能とする単結晶の製造方法を提供することが可能になる。   According to the present invention, even if foreign matter falls into the crucible, it is possible to prevent the dislocation of the single crystal by removing the foreign matter, improve the productivity of the single crystal, and reduce the manufacturing cost. It becomes possible to provide the manufacturing method of the single crystal.

発明者らは、鋭意検討を続けた結果、単結晶育成工程において、単結晶製造装置内を流れる不活性ガスのガス流れ条件を最適化することで、原料融液中に存在する異物の中で、特に原料融液表面に浮遊する異物の除去が可能となることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させるに至った。
以下、本発明に係る単結晶の製造方法についての実施の形態につき、単結晶としてシリコンを製造する場合を例にして、添付図面に基づき説明する。
As a result of continual investigation, the inventors have optimized the gas flow conditions of the inert gas flowing in the single crystal production apparatus in the single crystal growth process, so that the foreign substances existing in the raw material melt can be reduced. In particular, it has been found that foreign substances floating on the surface of the raw material melt can be removed, and the present invention has been completed based on this finding.
Hereinafter, embodiments of a method for producing a single crystal according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings by taking silicon as a single crystal as an example.

[第1の実施の形態]
本実施の形態のシリコン単結晶の製造方法は、CZ法によるシリコン単結晶の製造方法であり、単結晶を引上げる工程中に、ルツボ内の原料融液表面を流れる不活性ガスの、ルツボ中心からルツボ外周に向かう流速を4m/秒以上12m/秒以下とすることを特徴とする。
[First embodiment]
The method for producing a silicon single crystal according to the present embodiment is a method for producing a silicon single crystal by the CZ method. During the step of pulling up the single crystal, the center of the crucible of the inert gas flowing on the surface of the raw material melt in the crucible The flow rate from 4 m / second to 12 m / second is directed to the outer periphery of the crucible.

以下、図1ないし図4を用いて、本実施の形態のシリコン単結晶の製造方法について説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the silicon single crystal of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

最初に、図1をもちいて、本実施の形態で用いられうるシリコン単結晶製造装置の構成の一態様について簡単に説明する。
図1には、本実施の形態で用いられうるシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面が示されている。
図1に示すシリコン単結晶製造装置100は、原料となる固形状多結晶シリコンが充填されるルツボ101、103、固形状多結晶シリコンを加熱、溶融しシリコン融液105とするための主ヒータ107、および、下部ヒータ109がチャンバ111内に格納されている。そして、チャンバ111上部には、育成されたシリコン単結晶150を引上げる引上げ機構141が設けられている。
チャンバ111の上部に取り付けられた引上げ機構141からは引上げ用のワイヤ129が巻き出されており、その先端には、種結晶を取り付けるための種ホルダ(図示せず)が接続されている。
First, with reference to FIG. 1, one aspect of the configuration of a silicon single crystal manufacturing apparatus that can be used in this embodiment will be briefly described.
FIG. 1 shows a schematic longitudinal section of a silicon single crystal manufacturing apparatus that can be used in the present embodiment.
A silicon single crystal manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1 includes crucibles 101 and 103 filled with solid polycrystalline silicon as a raw material, and a main heater 107 for heating and melting the solid polycrystalline silicon to form a silicon melt 105. The lower heater 109 is stored in the chamber 111. A pulling mechanism 141 for pulling up the grown silicon single crystal 150 is provided above the chamber 111.
A pulling wire 129 is unwound from a pulling mechanism 141 attached to the upper portion of the chamber 111, and a seed holder (not shown) for mounting a seed crystal is connected to the tip of the pulling wire 129.

なお、上記ルツボ101、103は、内側にシリコン融液105を直接収容する石英ルツボ101と、石英ルツボ101を外側で支持するためのカーボンルツボ103とから構成されている。ルツボ101、103は、シリコン単結晶製造装置の下部に取り付けられた回転駆動機能(図示せず)によって回転昇降自在なルツボシャフト113によって支持されている。
ルツボ101、103を取り囲むように主ヒータ107および、下部ヒータ109が配置されており、主ヒータ107の外側には、主ヒータ107からの熱がチャンバ111に直接輻射されるのを防止するための第1の保温材115、第2の保温材117が主ヒータ107の周囲を取り囲むように設けられている。加えて、シリコン融液105やルツボ101、103からの熱がチャンバ111に直接輻射されるのを防止するための第3の保温材119、第4の保温材121が設けられている。そして、シリコン融液105やルツボ101、103からの熱が引上げシリコン単結晶150の冷却を阻害しないように輻射シールド125が、シリコン融液105、ルツボ101、103とシリコン単結晶150間に設けられている。なお、保温材115、117の材質については、特に保温性に優れているものを使用することが望ましく、通常成形断熱材が用いられている。保温材119、121の材質については、例えば、成形断熱材、カーボン、あるいはカーボンの表面を炭化ケイ素で被覆したものが用いられている。輻射シールド125については、輻射熱を調整する役目を果たしているので、例えば、モリブデン、タングステン、タンタル等の金属や、カーボン、カーボンの表面を炭化ケイ素で被覆したもの及びこれらの内側に成形断熱材を設置したものが用いられる。
The crucibles 101 and 103 are composed of a quartz crucible 101 that directly accommodates the silicon melt 105 on the inside and a carbon crucible 103 for supporting the quartz crucible 101 on the outside. The crucibles 101 and 103 are supported by a crucible shaft 113 that can be rotated up and down by a rotational drive function (not shown) attached to the lower part of the silicon single crystal manufacturing apparatus.
A main heater 107 and a lower heater 109 are disposed so as to surround the crucibles 101 and 103, and the heat from the main heater 107 is prevented from being directly radiated to the chamber 111 outside the main heater 107. A first heat insulating material 115 and a second heat insulating material 117 are provided so as to surround the main heater 107. In addition, a third heat insulating material 119 and a fourth heat insulating material 121 for preventing heat from the silicon melt 105 and the crucibles 101 and 103 from being directly radiated to the chamber 111 are provided. A radiation shield 125 is provided between the silicon melt 105, the crucibles 101, 103 and the silicon single crystal 150 so that the heat from the silicon melt 105 and the crucibles 101, 103 is not pulled up and hinders the cooling of the silicon single crystal 150. ing. In addition, about the material of the heat insulating materials 115 and 117, it is desirable to use the thing especially excellent in heat retention property, and the shaping | molding heat insulating material is normally used. As the material of the heat insulating materials 119 and 121, for example, a molded heat insulating material, carbon, or a material whose surface is covered with silicon carbide is used. The radiation shield 125 plays the role of adjusting the radiant heat. For example, a metal such as molybdenum, tungsten, or tantalum, carbon, carbon whose surface is covered with silicon carbide, and a molded heat insulating material are installed inside these. Used.

なお、チャンバ111は、ステンレス等の耐熱性、熱伝導性に優れた金属により形成されており、冷却管(図示せず)を通して水冷されている。
さらに、チャンバ111上部にはゲートバルブ(図示せず)を介して、シリコン融液105から引上げられたシリコン単結晶150を保持して取り出すためのサブチャンバ127が設けられている。また、サブチャンバ上端は天板147により封鎖されており、引上げられたシリコン単結晶150を取り出し可能にするサブチャンバ127の蓋(図示せず)がサブチャンバ上方側面に設けられている。
The chamber 111 is made of a metal having excellent heat resistance and thermal conductivity, such as stainless steel, and is water-cooled through a cooling pipe (not shown).
Further, a sub chamber 127 for holding and taking out the silicon single crystal 150 pulled up from the silicon melt 105 is provided at the upper portion of the chamber 111 through a gate valve (not shown). The upper end of the sub-chamber is sealed with a top plate 147, and a lid (not shown) of the sub-chamber 127 that makes it possible to take out the pulled silicon single crystal 150 is provided on the upper side surface of the sub-chamber.

そして、単結晶製造装置100には、チャンバ111に不活性ガスを供給する供給パイプ501、および、チャンバ111内に供給された不活性ガスを排出する排出パイプ505が設けられている。この供給パイプ501は、一端がサブチャンバ127の側面に接続され、他端が不活性ガスを貯留するタンク(図示せず)に接続されている。そして、この供給パイプには、不活性ガスの流量を調整する第1の流量調整弁502が設けられている。また、排出パイプ505は、一端がチャンバ111の下面に接続され、他端が真空ポンプ(図示せず)に接続されている。そして、排出パイプ505には、不活性ガスの排出量を調整する第2の流量調整弁506が設けられている。   The single crystal manufacturing apparatus 100 is provided with a supply pipe 501 for supplying an inert gas to the chamber 111 and a discharge pipe 505 for discharging the inert gas supplied into the chamber 111. The supply pipe 501 has one end connected to the side surface of the sub-chamber 127 and the other end connected to a tank (not shown) that stores an inert gas. The supply pipe is provided with a first flow rate adjustment valve 502 for adjusting the flow rate of the inert gas. The discharge pipe 505 has one end connected to the lower surface of the chamber 111 and the other end connected to a vacuum pump (not shown). The discharge pipe 505 is provided with a second flow rate adjustment valve 506 that adjusts the discharge amount of the inert gas.

次に、上記単結晶製造装置100を用いた本実施の形態のシリコン単結晶の製造方法について、具体的に説明する。   Next, the silicon single crystal manufacturing method of the present embodiment using the single crystal manufacturing apparatus 100 will be specifically described.

まず、図2に示すように、石英ルツボ101の内部に固形状多結晶シリコン原料155を投入しておく。そして、シリコン単結晶製造装置100は、ゲートバルブ135(図示せず)を開き、サブチャンバ127の上方側面に設けられた蓋(図示せず)を閉じた状態にしておく。   First, as shown in FIG. 2, the solid polycrystalline silicon raw material 155 is put into the quartz crucible 101. Then, the silicon single crystal manufacturing apparatus 100 opens the gate valve 135 (not shown) and keeps the lid (not shown) provided on the upper side surface of the sub chamber 127 closed.

次に、チャンバ111およびサブチャンバ127の内部を不活性ガスで置換した後、供給パイプ501から、例えばアルゴン(Ar)ガス等の不活性ガスを流した状態で低圧に保つ。その後、ヒータ107,109を加熱することにより、予め石英ルツボ101の内部に投入されている固形状多結晶シリコン原料155溶融し、シリコン融液とする。   Next, after the inside of the chamber 111 and the sub chamber 127 is replaced with an inert gas, the supply pipe 501 is maintained at a low pressure in a state where an inert gas such as argon (Ar) gas is supplied. Thereafter, by heating the heaters 107 and 109, the solid polycrystalline silicon raw material 155 previously charged in the quartz crucible 101 is melted to obtain a silicon melt.

次に、図3に示すように、ゲートバルブ135を閉め、チャンバ111とサブチャンバ127とを遮断する。これにより、チャンバ111内を不活性雰囲気に保持しシリコン融液105の酸化を防止した状態で、サブチャンバ127を常圧に戻す。その後、サブチャンバ127の蓋(図示せず)を開き、ワイヤ129の下端に種結晶131を吊り下げる。ワイヤ129の下端に種結晶131を吊り下げた後、サブチャンバ127の蓋(図示せず)を閉じ、サブチャンバ127を密閉する。
その後、サブチャンバ127を減圧し、サブチャンバ127内部をアルゴンガス等の不活性雰囲気で満たす。次に、ゲートバルブ135を開き、チャンバ111とサブチャンバ127を連通する。この状態で、種結晶131はシリコン融液105の真上に位置するため、シリコン融液105の輻射熱により予熱される。
Next, as shown in FIG. 3, the gate valve 135 is closed, and the chamber 111 and the sub-chamber 127 are shut off. Thereby, the sub chamber 127 is returned to normal pressure in a state where the inside of the chamber 111 is maintained in an inert atmosphere and oxidation of the silicon melt 105 is prevented. Thereafter, the lid (not shown) of the sub chamber 127 is opened, and the seed crystal 131 is suspended from the lower end of the wire 129. After the seed crystal 131 is suspended from the lower end of the wire 129, the lid (not shown) of the sub chamber 127 is closed, and the sub chamber 127 is sealed.
Thereafter, the subchamber 127 is depressurized, and the subchamber 127 is filled with an inert atmosphere such as argon gas. Next, the gate valve 135 is opened, and the chamber 111 and the sub-chamber 127 are communicated. In this state, since the seed crystal 131 is located immediately above the silicon melt 105, it is preheated by the radiant heat of the silicon melt 105.

次に、図1に示すように、引上げ装置141を駆動し、ワイヤ129下端に吊り下げられた種結晶131を降下させ、種結晶131の少なくとも一部をシリコン融液105に浸す。そして、種結晶131を引上げながら、いったん結晶径を細めたネック部152を形成し、転位が抜けた後に所望の結晶径まで広げ、下方に徐々にシリコン単結晶150を成長する。   Next, as shown in FIG. 1, the pulling device 141 is driven, the seed crystal 131 suspended from the lower end of the wire 129 is lowered, and at least a part of the seed crystal 131 is immersed in the silicon melt 105. Then, while pulling up the seed crystal 131, a neck portion 152 whose crystal diameter is once narrowed is formed. After dislocations are removed, the neck portion 152 is expanded to a desired crystal diameter, and a silicon single crystal 150 is gradually grown downward.

ここで、単結晶150を引上げる際に、第1の流量調整弁502を開き、供給パイプ501を介して貯留タンク(図示せず)から、例えば、アルゴンガス等の不活性ガスをチャンバ111内へ供給する。そして、チャンバ111内へ供給された不活性ガスは、シリコン単結晶150側面と輻射シールド125の間を通って、下降し、ルツボ内のシリコン融液105表面を、ルツボ中心からルツボ外周に向かって流れる。そして、不活性ガスは、石英ルツボ103壁と輻射シールド125の間を通って、排出パイプ505からチャンバ111外へ排出される。
このとき、シリコン融液105表面をルツボ中心から前記ルツボ外周に向かって流れる不活性ガスの流速を4m/秒以上12m/秒以下となるように制御し維持することが本実施の形態の最大の特徴である。
なお、不活性ガスの流速の制御および維持は、不活性ガス供給量・排出量の第1、第2の流量調整弁502、506による調整、チャンバ111内部の圧力の調整、輻射シールド125とシリコン融液105表面の距離の調整等で行うことが可能である。
Here, when pulling up the single crystal 150, the first flow rate adjustment valve 502 is opened, and an inert gas such as argon gas is supplied into the chamber 111 from a storage tank (not shown) via the supply pipe 501. To supply. Then, the inert gas supplied into the chamber 111 moves down between the side surface of the silicon single crystal 150 and the radiation shield 125 and moves down the surface of the silicon melt 105 in the crucible from the crucible center toward the outer periphery of the crucible. Flowing. Then, the inert gas passes between the wall of the quartz crucible 103 and the radiation shield 125 and is discharged from the discharge pipe 505 to the outside of the chamber 111.
At this time, the maximum flow rate of the present embodiment is to control and maintain the flow rate of the inert gas flowing on the surface of the silicon melt 105 from the center of the crucible toward the outer periphery of the crucible so as to be 4 m / second or more and 12 m / second or less. It is a feature.
The flow rate of the inert gas is controlled and maintained by adjusting the inert gas supply / discharge amount by the first and second flow rate adjusting valves 502 and 506, adjusting the pressure inside the chamber 111, the radiation shield 125 and silicon. It is possible to adjust the distance on the surface of the melt 105 or the like.

シリコン融液表面の不活性ガスの流速を上げていくと、シリコン融液表層に、不活性ガス流に押されて、石英ルツボ中心領域から、石英ルツボ内壁方向へ向かう対流が生じる。シリコン融液表面に浮遊する異物が存在していると、異物はこの対流によってシリコン融液表面外周部へ追いやられ、石英ルツボ中心部の単結晶育成領域へ近づくことが出来ない。これによって、シリコン融液表面に浮遊する異物が育成中の単結晶に付着することによるシリコン単結晶の有転位化の発生を防止できる。
なお、ここでシリコン融液表面の不活性ガスの流速とは、上記シリコン融液表層の対流に直接影響を与えうる表面近傍の不活性ガスの流速をいう。例えば、シリコン融液表層の対流に直接影響を与えない輻射シールド下端の不活性ガスの流速は、シリコン融液表面の不活性ガスの流速の範囲には入らない。
When the flow rate of the inert gas on the surface of the silicon melt is increased, the surface of the silicon melt is pushed by the inert gas flow to generate convection from the central region of the quartz crucible toward the inner wall of the quartz crucible. If there is a foreign substance floating on the surface of the silicon melt, the foreign substance is driven to the outer periphery of the silicon melt surface by this convection and cannot approach the single crystal growth region at the center of the quartz crucible. Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of dislocations in the silicon single crystal due to the foreign matters floating on the surface of the silicon melt adhering to the growing single crystal.
Here, the flow rate of the inert gas on the surface of the silicon melt means the flow rate of the inert gas in the vicinity of the surface that can directly affect the convection of the surface layer of the silicon melt. For example, the flow rate of the inert gas at the lower end of the radiation shield that does not directly affect the convection of the silicon melt surface layer does not fall within the range of the flow rate of the inert gas on the surface of the silicon melt.

このとき、シリコン融液表面を通過する不活性ガスの流速が遅すぎると、シリコン融液表面に浮遊する異物を効果的に除去することが出来ない。したがって、上記のように不活性ガスの流速は4m/秒以上であることが望ましい。また、不活性ガスの流速が速すぎると、シリコン融液の対流を、シリコン単結晶の不純物・酸素濃度等の規格を満足させるために制御することが困難となる。また流速の速すぎる不活性ガスがシリコン融液表面を激しく振動させるようになり、単結晶育成を困難にしてしまう場合もある。したがって、上記のように、不活性ガスの流速は12m/秒以下であることが望ましい。
そして、単結晶育成をさらに安定化させるためには、不活性ガスの流速は8m/秒以下であることがより望ましい。
At this time, if the flow rate of the inert gas passing through the surface of the silicon melt is too slow, foreign matters floating on the surface of the silicon melt cannot be effectively removed. Therefore, as described above, the flow rate of the inert gas is desirably 4 m / second or more. In addition, if the flow rate of the inert gas is too high, it becomes difficult to control the convection of the silicon melt in order to satisfy the standards such as the impurity and oxygen concentration of the silicon single crystal. In addition, an inert gas having a too high flow rate vibrates the silicon melt surface vigorously, which may make it difficult to grow a single crystal. Therefore, as described above, the flow rate of the inert gas is desirably 12 m / second or less.
In order to further stabilize the single crystal growth, the flow rate of the inert gas is more preferably 8 m / second or less.

その後、やはり、上記不活性ガスの流速を保ちながら、シリコン単結晶150が成長するに従い、所定速度でワイヤ129を引上げることにより、所望の直径および長さを有するシリコン単結晶150を引上げる。   Thereafter, the silicon single crystal 150 having a desired diameter and length is pulled up by pulling the wire 129 at a predetermined speed as the silicon single crystal 150 grows while maintaining the flow rate of the inert gas.

そして、成長したシリコン単結晶150を、図4に示すようにサブチャンバ127まで上昇させる。そして、ゲートバルブ135を閉じ、チャンバ111とサブチャンバ127とを遮断する。この後、チャンバ111内を不活性雰囲気に保持し、シリコン融液105の酸化を防止した状態で、サブチャンバ127を常圧に戻す。その後、サブチャンバ127の蓋を開き、シリコン単結晶150を取り出す。このようにして、シリコン単結晶150の製造工程が終了する。   Then, the grown silicon single crystal 150 is raised to the subchamber 127 as shown in FIG. Then, the gate valve 135 is closed, and the chamber 111 and the sub-chamber 127 are shut off. Thereafter, the inside of the chamber 111 is maintained in an inert atmosphere, and the sub-chamber 127 is returned to normal pressure in a state where oxidation of the silicon melt 105 is prevented. Thereafter, the lid of the sub chamber 127 is opened, and the silicon single crystal 150 is taken out. In this way, the manufacturing process of the silicon single crystal 150 is completed.

本実施の形態により、例えチャンバ内で異物が発生し、シリコン融液中に落下した場合であっても、シリコン融液表面に浮遊する異物を効果的に排除して単結晶を育成することにより有転位化率を低減させることが出来る。よって、単結晶の生産性を向上させ、製造コストを低減することを可能とする単結晶の製造方法を提供することが可能になる。   According to the present embodiment, even when foreign matter is generated in the chamber and falls into the silicon melt, the foreign matter floating on the surface of the silicon melt is effectively eliminated to grow the single crystal. The rate of dislocation can be reduced. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a single crystal that can improve the productivity of the single crystal and reduce the manufacturing cost.

[第2の実施の形態]
本実施の形態のシリコン単結晶の製造方法は、CZ法によるシリコン単結晶の製造方法であり、ルツボに充填した原料を溶融し原料融液とする工程と、原料融液から単結晶を引上げる工程との間に、原料融液表面に不活性ガスを流す工程を設け、この不活性ガスを流す工程の際に、ルツボ内の原料融液表面を流れる不活性ガスの、ルツボ中心からルツボ外周に向かう流速を、8m/秒以上12m/秒以下とすることを特徴とする。
[Second Embodiment]
The method for producing a silicon single crystal according to the present embodiment is a method for producing a silicon single crystal by a CZ method, and a step of melting a raw material filled in a crucible into a raw material melt, and pulling the single crystal from the raw material melt A step of flowing an inert gas on the surface of the raw material melt is provided between the steps, and the outer periphery of the crucible from the crucible center of the inert gas flowing on the surface of the raw material melt in the crucible during the flow of the inert gas. The flow velocity toward is set to 8 m / second or more and 12 m / second or less.

以下、図1ないし図5を用いて、本実施の形態のシリコン単結晶の製造方法について説明する。
なお、本実施の形態で用いられる単結晶製造装置は、第1の実施の形態と同様であるので、記述を省略する。
また、石英ルツボの内部に固形状多結晶シリコン原料を投入し、このシリコン原料を溶融してシリコン融液とするまでは図1および図2を用いて説明した第1の実施の形態と同様である。
Hereinafter, a method for manufacturing a silicon single crystal according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Note that the single crystal manufacturing apparatus used in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
In addition, the solid polycrystalline silicon raw material is charged into the quartz crucible and the silicon raw material is melted to form a silicon melt, which is the same as that of the first embodiment described with reference to FIGS. is there.

次に、図5に示すように、シリコン原料が溶融した状態で、第1の流量調整弁502を開き、供給パイプ501を介して貯留タンク(図示せず)から、例えば、アルゴンガス等の不活性ガスをチャンバ111内へ供給する。そして、チャンバ111内へ供給された不活性ガスは、輻射シールド125の内側を通って、下降し、石英ルツボ101内のシリコン融液105表面を、石英ルツボ101中心から外周に向かって流れる。そして、不活性ガスは、石英ルツボ101壁と輻射シールド125の間を通って、排出パイプ505からチャンバ111外へ排出される。
このとき、シリコン融液105表面を石英ルツボ101中心から外周に向かって流れる不活性ガスの流速を、8m/秒以上12m/秒以下に制御し一定時間維持することが本実施の形態の最大の特徴である。
なお、不活性ガスの流速の制御および維持は、不活性ガス供給量・排出量の第1、第2の流量調整弁502、506による調整、チャンバ111内部の圧力の調整、輻射シールド125とシリコン融液105表面の距離の調整等で行うことが可能であることは第1の実施の形態と同様である。
Next, as shown in FIG. 5, in a state where the silicon raw material is melted, the first flow rate adjustment valve 502 is opened and, for example, argon gas or the like is discharged from a storage tank (not shown) via the supply pipe 501. An active gas is supplied into the chamber 111. Then, the inert gas supplied into the chamber 111 descends through the inside of the radiation shield 125 and flows on the surface of the silicon melt 105 in the quartz crucible 101 from the center of the quartz crucible 101 toward the outer periphery. Then, the inert gas passes between the wall of the quartz crucible 101 and the radiation shield 125 and is discharged out of the chamber 111 from the discharge pipe 505.
At this time, the maximum flow rate of the present embodiment is that the flow rate of the inert gas flowing on the surface of the silicon melt 105 from the center of the quartz crucible 101 toward the outer periphery is controlled to 8 m / second or more and 12 m / second or less and maintained for a certain time. It is a feature.
The flow rate of the inert gas is controlled and maintained by adjusting the inert gas supply / discharge amount by the first and second flow rate adjusting valves 502 and 506, adjusting the pressure inside the chamber 111, the radiation shield 125 and silicon. It can be performed by adjusting the distance on the surface of the melt 105, as in the first embodiment.

その後、図3に示すように、種結晶131を吊り下げ、図1に示すように、種結晶131を引上げながら、シリコン単結晶150を成長させる点については、第1の実施の形態と同様である。
ただし、不活性ガスの流速については、第1の実施の形態とは異なり、2m/秒程度になるように設定されている。
そして、成長したシリコン単結晶150を、図4に示すように上昇させ、取り出すことによって、シリコン単結晶150の製造工程が終了する。
Thereafter, the seed crystal 131 is suspended as shown in FIG. 3, and the silicon single crystal 150 is grown while pulling up the seed crystal 131 as shown in FIG. 1, as in the first embodiment. is there.
However, unlike the first embodiment, the flow rate of the inert gas is set to be about 2 m / second.
Then, the grown silicon single crystal 150 is lifted and taken out as shown in FIG. 4 to complete the manufacturing process of the silicon single crystal 150.

第1の実施の形態では、単結晶引上げ中の不活性ガスの流速を増加させることにより、シリコン融液表面に浮遊する異物を効果的に排除するシリコン単結晶の製造方法を説明した。もっとも、所望の単結晶品質を実現する上で、引き上げ条件によっては、単結晶引上げ中の不活性ガスの流速を増加させることが困難な場合がある。
本実施の形態においては、単結晶引上げ中の、不活性ガスの流速は、異物除去効果を考慮せず、その他の単結晶品質を実現するために最適化する。
そして、シリコン原料溶融後、単結晶引上げに先立ち、シリコン融液表面に対し流速の速い不活性ガスを流すことで、シリコン融液表面の異物を除去する。すなわち、流速の速い不活性ガスを融液表面に流すことにより、シリコン融液表面に浮遊している異物が融液表面外周部へ強く追いやられ、その結果石英ルツボ内壁へ付着し捕獲される。一度、石英ルツボ内壁に付着した異物は石英ルツボ内表面から剥離し難く、浮遊異物の再発生を抑制することが出来る。このようにして、シリコン融液表面に浮遊する異物を無くしてから、その後の単結晶引上げを開始することで、浮遊異物起因の有転位化を抑制することが可能となる。
In the first embodiment, a method for producing a silicon single crystal has been described in which foreign matter floating on the surface of the silicon melt is effectively eliminated by increasing the flow rate of the inert gas during pulling the single crystal. However, depending on the pulling conditions, it may be difficult to increase the flow rate of the inert gas during pulling the single crystal in order to achieve the desired single crystal quality.
In the present embodiment, the flow rate of the inert gas during pulling of the single crystal is optimized in order to realize other single crystal qualities without considering the foreign substance removal effect.
Then, after the silicon raw material is melted, prior to pulling the single crystal, an inert gas having a high flow rate is passed over the surface of the silicon melt to remove foreign matters on the surface of the silicon melt. That is, by flowing an inert gas having a high flow velocity over the surface of the melt, foreign matters floating on the surface of the silicon melt are strongly driven to the outer peripheral portion of the melt surface, and as a result, are attached to and trapped on the inner wall of the quartz crucible. Once the foreign matter adhered to the inner wall of the quartz crucible is difficult to peel off from the inner surface of the quartz crucible, the reoccurrence of floating foreign matters can be suppressed. In this way, by eliminating foreign matters floating on the surface of the silicon melt and then starting the subsequent single crystal pulling, it is possible to suppress dislocation caused by the floating foreign matters.

なお、本実施の形態において、単結晶引上げ時の前に、原料融液表面に8m/秒以上12m/秒以下の不活性ガスを流すことで、シリコン融液表面の、少なくとも外周部の浮遊異物は、石英ルツボ内壁に付着・捕獲されることが期待される。もっとも、不活性ガスの流速が、8m/秒より遅くなると、浮遊異物を石英ルツボ内壁まで十分押しやることが出来ない可能性があり好ましくない。また、12m/秒より早くすると、シリコン融液表面を流れる高速の不活性ガスによってシリコン融液表面が激しく振動してしまい、その結果、石英ルツボ内壁とシリコン融液表面との接触箇所も激しく上下に変動するようになる。このようになると、一度石英ルツボ内壁に付着・捕獲された浮遊異物が、石英ルツボ内壁とシリコン融液表面との接触箇所の上下振動の際に再び石英ルツボ内壁から解離してしまうことがあり、浮遊異物の除去効果が十分に発揮されなくなってしまうため好ましくない。   In this embodiment, before the single crystal is pulled, an inert gas of 8 m / second or more and 12 m / second or less is allowed to flow on the surface of the raw material melt, so that floating foreign matters on at least the outer peripheral portion of the silicon melt surface. Is expected to be attached and captured on the inner wall of the quartz crucible. However, if the flow rate of the inert gas is slower than 8 m / second, it is not preferable because the suspended foreign matter may not be sufficiently pushed to the inner wall of the quartz crucible. Also, if the speed is faster than 12 m / sec, the silicon melt surface vibrates violently due to the high-speed inert gas flowing on the silicon melt surface, and as a result, the contact point between the quartz crucible inner wall and the silicon melt surface also fluctuates up and down. To fluctuate. When this happens, suspended foreign matter once attached to and trapped on the inner wall of the quartz crucible may be dissociated from the inner wall of the quartz crucible again when the quartz crucible inner wall and the silicon melt surface contact with each other in the vertical vibration. This is not preferable because the effect of removing the floating foreign matter is not sufficiently exhibited.

[第3の実施の形態]
本実施の形態のシリコン単結晶製造方法は、いったん有転位化したシリコン単結晶を再溶融した場合に、本発明を適用する以外は第2の実施の形態と同様であるので記述を省略する。
[Third embodiment]
Since the silicon single crystal manufacturing method of this embodiment is the same as that of the second embodiment except that the present invention is applied when the dislocation-converted silicon single crystal is once melted, description thereof is omitted.

引上げたシリコン単結晶が有転位化した場合、その有転位化の原因がシリコン融液中の浮遊異物であったとする。この場合、再溶融した後に単結晶の引上げを行ったとしても、再度同一の異物を原因として、有転位化の発生するおそれが高い。
そこで、本実施の形態においては、有転位化したシリコン単結晶を再溶融した後に、第2の実施の形態で、図5を用いて説明したように不活性ガスを流す工程を設けることを特徴とする。その後、再溶融したシリコン融液から、やはり第2の実施の形態と同様にシリコン単結晶引上げを続行する。
When the pulled silicon single crystal is dislocated, it is assumed that the cause of the dislocation is a floating foreign material in the silicon melt. In this case, even if the single crystal is pulled after remelting, there is a high possibility that dislocations will occur due to the same foreign matter again.
Therefore, the present embodiment is characterized in that a step of flowing an inert gas is provided in the second embodiment as described with reference to FIG. 5 after remelting the dislocated silicon single crystal. And Thereafter, pulling of the silicon single crystal is continued from the re-melted silicon melt as in the second embodiment.

本実施の形態によれば、シリコン融液中の浮遊異物に起因して有転位化した場合の再溶融後の引上げであっても、有転位化の原因となった浮遊異物を効果的に除去し、引上げ単結晶の有転位化を防止することが可能となる。   According to the present embodiment, even when pulling after remelting due to dislocation due to floating foreign matter in the silicon melt, the floating foreign matter causing the dislocation is effectively removed. In addition, it is possible to prevent dislocation of the pulled single crystal.

[第4の実施の形態]
本実施の形態のシリコン単結晶製造方法は、流速を上げた不活性ガスを流す工程において、原料融液表面がルツボ内壁に接する部分の高さが、単結晶を引上げる工程における、原料融液表面がルツボ内壁に接する部分の高さよりも高くなるように、ルツボの回転数を制御する以外は第2の実施の形態と同様であるので記述を省略する。
[Fourth embodiment]
In the silicon single crystal manufacturing method of the present embodiment, the height of the portion where the surface of the raw material melt is in contact with the inner wall of the crucible in the step of flowing an inert gas at a high flow rate is the raw material melt in the step of pulling up the single crystal. Except for controlling the number of rotations of the crucible so that the surface is higher than the height of the portion in contact with the inner wall of the crucible, the description is omitted because it is the same as in the second embodiment.

石英ルツボ内に、シリコン融液が存在する状態でルツボ回転数を上昇させていくと、石英ルツボ回転数に追従するようにシリコン融液も回転を始める。その結果、シリコン融液に遠心力が発生し、シリコン融液表面形状が傾斜を有するようになる。すなわち、シリコン融液表面外周部にいくほど、シリコン融液表面が高くなるような傾斜を生ずる。シリコン融液表面の傾斜は、石英ルツボの回転数を高速化するほど促進される傾向がある。この現象を利用して、浮遊異物の除去効果をあげる点が本実施の形態の最大の特徴となる。   When the crucible rotational speed is increased in a state where the silicon melt is present in the quartz crucible, the silicon melt also starts to rotate so as to follow the quartz crucible rotational speed. As a result, centrifugal force is generated in the silicon melt, and the surface shape of the silicon melt has an inclination. In other words, the slope of the silicon melt surface becomes higher as it goes to the outer peripheral portion of the silicon melt surface. The inclination of the silicon melt surface tends to be promoted as the rotational speed of the quartz crucible is increased. The greatest feature of the present embodiment is that this phenomenon is used to improve the effect of removing floating foreign substances.

本実施の形態においては、第2の実施の形態で説明した図5に示すシリコン単結晶引上げ工程の前の不活性ガス供給工程において、石英ルツボの回転を、図1に示すシリコン単結晶引上げ工程のときに予定される回転数より高速化する。そして、図1に示すシリコン単結晶引上げ工程のときよりも、シリコン融液表面が石英ルツボ内壁に接する部分の高さが高くなるように制御する。これにより、石英ルツボ内壁面にシリコン融液中の浮遊異物を付着・捕獲させる。
その後、石英ルツボの回転数を落とし、第2の実施の形態で図3、図1、図5で説明したようにシリコン単結晶150を引上げる。
In the present embodiment, in the inert gas supply step before the silicon single crystal pulling step shown in FIG. 5 described in the second embodiment, the rotation of the quartz crucible is changed to the silicon single crystal pulling step shown in FIG. The speed will be higher than the expected speed. Then, the height of the portion of the silicon melt surface in contact with the inner wall of the quartz crucible is controlled to be higher than that in the silicon single crystal pulling step shown in FIG. Thereby, floating foreign substances in the silicon melt are attached to and captured on the inner wall surface of the quartz crucible.
Thereafter, the rotation speed of the quartz crucible is reduced, and the silicon single crystal 150 is pulled up as described in FIGS. 3, 1, and 5 in the second embodiment.

ここで、本実施の形態では、シリコン単結晶引上げの際の、シリコン融液表面が石英ルツボ内壁に接する部分の高さが、シリコン単結晶150引上げ工程の前の不活性ガス供給工程よりも低くなっている。シリコン単結晶150の引上げに伴いシリコン融液は消費され、当然、シリコン融液表面が石英ルツボ内壁に接する部分の高さは下がっていく。このため、シリコン単結晶150引上げの間、シリコン融液表面が石英ルツボ内壁に接する部分の位置は下がる一方である。したがって、シリコン単結晶150引上げ中、シリコン融液表面は、石英ルツボ内壁に付着・捕獲された浮遊異物に接触することはないため、異物が石英ルツボ内壁から剥離して再び浮遊異物となることはない。したがって、本実施の形態により、浮遊異物の剥離・再発生による有転位化の可能性を撲滅することが可能となる。よって、浮遊異物による有転位化率をさらに減少させることが可能となる。   Here, in the present embodiment, the height of the portion where the silicon melt surface is in contact with the inner wall of the quartz crucible when pulling the silicon single crystal is lower than the inert gas supply step before the silicon single crystal 150 pulling step. It has become. As the silicon single crystal 150 is pulled up, the silicon melt is consumed, and naturally the height of the portion where the surface of the silicon melt contacts the inner wall of the quartz crucible decreases. For this reason, during the pulling of the silicon single crystal 150, the position of the portion where the silicon melt surface is in contact with the inner wall of the quartz crucible is decreasing. Therefore, during the pulling of the silicon single crystal 150, the surface of the silicon melt does not come into contact with the suspended foreign matter adhered to or trapped on the inner wall of the quartz crucible. Absent. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to eliminate the possibility of dislocation due to separation / regeneration of floating foreign matters. Therefore, it is possible to further reduce the dislocation rate due to floating foreign matters.

なお、本実施の形態において、流速を上げた不活性ガスを流す工程と、単結晶を引上げる工程との、原料融液表面がルツボ内壁に接する部分の高さの差を2mm以上となることが望ましい。なぜなら、石英ルツボ内壁とシリコン融液の濡れ性や結晶育成条件等によってシリコン融液と石英ルツボ内壁との接触位置が時間的に僅かに変動するため、マージンを確保する観点からである。
また、本実施の形態においては、上記第2の実施の形態に、原料融液表面がルツボ内壁に接する部分の高さの制御を付加する方法について、記載したが、上記第3の実施の形態に、同様の制御を適用することによっても、第3の実施の形態の作用・効果に加えて、本実施の形態と同様の作用・効果を得ることが可能である。
In the present embodiment, the difference in height between the step of flowing an inert gas at a high flow rate and the step of pulling up the single crystal is 2 mm or more at the portion where the surface of the raw material melt contacts the inner wall of the crucible. Is desirable. This is because the contact position between the silicon melt and the quartz crucible inner wall slightly varies with time depending on the wettability of the quartz crucible inner wall and the silicon melt, crystal growth conditions, and the like, from the viewpoint of securing a margin.
Further, in the present embodiment, the method for adding the control of the height of the portion where the surface of the raw material melt contacts the inner wall of the crucible is added to the second embodiment, but the third embodiment is described. In addition, by applying similar control, in addition to the operation and effect of the third embodiment, it is possible to obtain the same operation and effect as the present embodiment.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、単結晶製造装置、単結晶の製造装方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる単結晶製造装置、単結晶の製造装方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
例えば、実施の形態においてはシリコン単結晶を例に説明したが、育成される単結晶は必ずしもシリコン単結晶に限られることなく、例えば、ゲルマニウム(Ge)、インジウムリン(InP)、その他の単結晶であってもかまわない。
また、実施の形態においては、不活性ガスとしてアルゴンガスを例に説明したが、不活性ガスは必ずしもアルゴンガスに限られることはなく、ヘリウムガス、クリプトンガス、その他の不活性ガスを適用することも可能である。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての単結晶の製造方法は、本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. In the description of the embodiment, the single crystal manufacturing apparatus, the manufacturing method of the single crystal, etc. are omitted for the parts that are not directly required for the description of the present invention, but the required single crystal manufacturing apparatus, Elements related to the method of manufacturing a single crystal can be appropriately selected and used.
For example, in the embodiments, a silicon single crystal has been described as an example. However, a single crystal to be grown is not necessarily limited to a silicon single crystal. For example, germanium (Ge), indium phosphide (InP), and other single crystals. It doesn't matter.
In the embodiment, argon gas is described as an example of the inert gas. However, the inert gas is not necessarily limited to argon gas, and helium gas, krypton gas, and other inert gases may be applied. Is also possible.
In addition, any single crystal manufacturing method that includes the elements of the present invention and can be appropriately modified by those skilled in the art is included in the scope of the present invention.

以下、本発明の実施例について説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited by these examples.

(実施例1)
上記第1の実施の形態で説明したシリコン単結晶の製造方法を用いて、直径φ200mmのシリコン単結晶育成を行った。石英ルツボに投入する固形状多結晶シリコンは150kgとした。
そして、不活性ガスであるアルゴンガスの装置供給量、チャンバ内部圧力、輻射シールドとシリコン融液表面の距離を調整して、単結晶引上げ工程中のシリコン融液表面の、ルツボ中心からルツボ外周に向かうアルゴンガスの流速を変化させた。それぞれの条件で計10回のシリコン単結晶引上げを行い、無転位化率を調べた。
ここで、無転位化率とは、無転位のままシリコン単結晶育成が完了した場合は100%とする。そして、シリコン単結晶育成中に有転位化した場合には、シリコン単結晶の無転位部分長(=育成したシリコン結晶から有転位部分と転位の波及部分を除外した完全な無転位結晶部分の長さ)を、無転位化率100%時の単結晶長(引上げ予定単結晶長)で除算し、百分率で表した数値をいう。結果を表1に示す。表1の無転位化率の数値は、10回の平均値を示している。

Figure 0004907396
表1から明らかなように、ガス流速を速くしていくにつれて無転位化率が上昇する傾向が見られる。そして、4m/秒以上では、ほぼ一定となった。無転位化率が100%に達しないのは、浮遊異物以外の有転位化要因が関与しているためと考えられる。 Example 1
A silicon single crystal having a diameter of 200 mm was grown using the method for manufacturing a silicon single crystal described in the first embodiment. The solid polycrystalline silicon charged into the quartz crucible was 150 kg.
Then, adjust the supply amount of argon gas, which is an inert gas, the pressure inside the chamber, the distance between the radiation shield and the surface of the silicon melt, and adjust the distance from the crucible center to the outer periphery of the crucible on the surface of the silicon melt during the single crystal pulling process. The flowing argon gas flow rate was changed. Under each condition, the silicon single crystal was pulled a total of 10 times, and the dislocation-free rate was examined.
Here, the dislocation-free rate is 100% when the silicon single crystal growth is completed without dislocation. When dislocations are generated during the growth of the silicon single crystal, the length of the dislocation-free portion of the silicon single crystal (= the length of the complete dislocation-free crystal portion excluding the dislocation portion and the dislocation portion of the dislocation from the grown silicon crystal) ) Is divided by the single crystal length when the dislocation-free rate is 100% (single crystal length to be pulled), and is expressed as a percentage. The results are shown in Table 1. The numerical value of the dislocation-free rate in Table 1 shows an average value of 10 times.
Figure 0004907396
As is apparent from Table 1, there is a tendency for the dislocation-free rate to increase as the gas flow rate is increased. And it became almost constant at 4 m / sec or more. The reason why the dislocation-free rate does not reach 100% is considered to be because dislocation factors other than floating foreign matters are involved.

(実施例2)
上記第2の実施の形態で説明したシリコン単結晶の製造方法を用いて、シリコン単結晶育成を行った。使用したシリコン単結晶製造装置は実施例1と同様とした。
石英ルツボ内の固形状多結晶シリコンを溶融してシリコン融液とした後に、シリコン単結晶を引上げる工程の前に、不活性ガスであるアルゴンガスを供給し、その状態で5分間保持し、その後、アルゴン流量を、2m/秒に下げた状態で、シリコン単結晶の引上げ工程を行った。
なお、シリコン単結晶を引上げる工程の前に、不活性ガスを流した際、シリコン融液表面と石英ルツボ内壁との接触位置は、後のシリコン単結晶引上げ工程における接触位置と同程度になるように、石英ルツボの回転数を制御した。
そして、アルゴンガスの装置供給量、チャンバ内部圧力、輻射シールドとシリコン融液表面の距離を調整して、シリコン単結晶を引上げる工程の前の、ルツボ中心からルツボ外周に向かうアルゴンガスの流速を変化させた。それぞれの条件で計10回のシリコン単結晶引上げを行い、無転位化率を調べた。結果を表2に示す。

Figure 0004907396
表2から明らかなように、単結晶引上げ工程の、ガス流速を速くしていくにつれて無転位化率が上昇する傾向が見られる。そして、8m/秒未満では無転位化率が低下していく傾向がある。これは、アルゴンガスの流速が不十分であった為、浮遊異物が石英ルツボ内壁に完全に付着・捕獲されず、シリコン融液表面に残留してしまったことによると推測される。もっとも、シリコン単結晶の引上げ工程のアルゴンガス流速の3倍以上、すなわち、6m/秒以上の領域では、実施例1の2m/秒の条件と比較すると、本実施例の場合の有転位化防止効果が有意に認められると判断できる。 (Example 2)
A silicon single crystal was grown using the method for manufacturing a silicon single crystal described in the second embodiment. The silicon single crystal manufacturing apparatus used was the same as in Example 1.
After melting the solid polycrystalline silicon in the quartz crucible to form a silicon melt, before the step of pulling up the silicon single crystal, argon gas, which is an inert gas, is supplied and held in that state for 5 minutes, Thereafter, the silicon single crystal pulling step was performed with the argon flow rate lowered to 2 m / sec.
When an inert gas is flowed before the step of pulling up the silicon single crystal, the contact position between the silicon melt surface and the inner wall of the quartz crucible is approximately the same as the contact position in the subsequent step of pulling the silicon single crystal. Thus, the rotation speed of the quartz crucible was controlled.
Then, the argon gas flow rate from the center of the crucible to the outer periphery of the crucible before the step of pulling up the silicon single crystal is adjusted by adjusting the supply amount of argon gas, the pressure inside the chamber, the distance between the radiation shield and the silicon melt surface. Changed. Under each condition, the silicon single crystal was pulled a total of 10 times, and the dislocation-free rate was examined. The results are shown in Table 2.
Figure 0004907396
As is apparent from Table 2, there is a tendency for the dislocation-free rate to increase as the gas flow rate is increased in the single crystal pulling step. And if it is less than 8 m / sec, there exists a tendency for a dislocation-free rate to fall. This is presumably due to the fact that the flow rate of argon gas was insufficient, so that the suspended foreign matter was not completely attached and trapped on the inner wall of the quartz crucible and remained on the surface of the silicon melt. However, in the region of 3 times or more of the argon gas flow rate in the pulling process of the silicon single crystal, that is, 6 m / second or more, compared with the condition of 2 m / second of Example 1, prevention of dislocation in the case of this example. It can be judged that the effect is significantly recognized.

(実施例3)
上記第4の実施の形態で説明したシリコン単結晶の製造方法を用いて、シリコン単結晶育成を行った。使用したシリコン単結晶製造装置は実施例1と同様とした。
石英ルツボ内の固形状多結晶シリコンを溶融してシリコン融液とした後に、単結晶引上げ工程前に不活性ガスであるアルゴンガスを供給し、その状態で5分間保持した。このとき、シリコン融液表面と石英ルツボ内壁との接触位置を、後のシリコン単結晶引上げ工程における接触位置よりも2mm上昇するように、石英ルツボの回転数を制御した。その他の条件は、実施例2と同様とした。
そして、実施例2と同様、アルゴンガスの流速を変化させた。それぞれの条件で計10回のシリコン単結晶引上げを行い、無転位化率を調べた。結果を表3に示す。

Figure 0004907396
表3と表2の比較から明らかなように、実施例2に加えて、種結晶の浸漬前の、シリコン融液表面と石英ルツボ内壁との接触位置を、単結晶引上げ工程における接触位置よりも2mm上昇させることにより、実施例2より無転位化率が改善した。 Example 3
A silicon single crystal was grown using the method for manufacturing a silicon single crystal described in the fourth embodiment. The silicon single crystal manufacturing apparatus used was the same as in Example 1.
After melting the solid polycrystalline silicon in the quartz crucible to form a silicon melt, argon gas, which is an inert gas, was supplied before the single crystal pulling step, and kept in that state for 5 minutes. At this time, the rotation speed of the quartz crucible was controlled so that the contact position between the silicon melt surface and the inner wall of the quartz crucible rose by 2 mm from the contact position in the subsequent silicon single crystal pulling step. Other conditions were the same as in Example 2.
Then, similarly to Example 2, the flow rate of argon gas was changed. Under each condition, the silicon single crystal was pulled a total of 10 times, and the dislocation-free rate was examined. The results are shown in Table 3.
Figure 0004907396
As is clear from the comparison between Table 3 and Table 2, in addition to Example 2, the contact position between the silicon melt surface and the inner wall of the quartz crucible before the seed crystal immersion is more than the contact position in the single crystal pulling step. By increasing by 2 mm, the dislocation-free rate was improved from that in Example 2.

第1の実施の形態のシリコン単結晶の製造方法を説明する模式的縦断面図。The typical longitudinal section explaining the manufacturing method of the silicon single crystal of a 1st embodiment. 第1の実施の形態のシリコン単結晶の製造方法を説明する模式的縦断面図。The typical longitudinal section explaining the manufacturing method of the silicon single crystal of a 1st embodiment. 第1の実施の形態のシリコン単結晶の製造方法を説明する模式的縦断面図。The typical longitudinal section explaining the manufacturing method of the silicon single crystal of a 1st embodiment. 第1の実施の形態のシリコン単結晶の製造方法を説明する模式的縦断面図。The typical longitudinal section explaining the manufacturing method of the silicon single crystal of a 1st embodiment. 第2の実施の形態のシリコン単結晶の製造方法を説明する模式的縦断面図。The typical longitudinal section explaining the manufacturing method of the silicon single crystal of a 2nd embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

101 石英ルツボ
105 シリコン融液
111 チャンバ
127 サブチャンバ
129 ワイヤ
131 種結晶
135 ゲートバルブ
141 引上げ機構
150 シリコン単結晶
155 固形状多結晶シリコン原料
501 供給バルブ
502 第1の流量調整弁
505 排出バルブ
506 第2の流量調整弁
101 Quartz crucible 105 Silicon melt 111 Chamber 127 Subchamber 129 Wire 131 Seed crystal 135 Gate valve 141 Lifting mechanism 150 Silicon single crystal
155 Solid polycrystalline silicon raw material 501 Supply valve 502 First flow regulating valve 505 Discharge valve 506 Second flow regulating valve

Claims (2)

チョクラルスキー(CZ)法による単結晶の製造方法であって、
ルツボに充填した原料を溶融し原料融液とする工程と、
前記原料融液から単結晶を引上げる工程を有し、
前記原料を溶融し原料融液とする工程と、前記単結晶を引上げる工程との間に、前記原料融液表面に不活性ガスを流す工程が設けられ、
前記不活性ガスを流す工程において、前記原料融液表面の、前記ルツボ中心から前記ルツボ外周に向かう前記不活性ガスの流速を、8m/秒以上12m/秒以下とし、
前記不活性ガスを流す工程における、前記原料融液表面が前記ルツボ内壁に接する部分の高さが、
前記単結晶を引上げる工程における、前記原料融液表面が前記ルツボ内壁に接する部分の高さよりも、2mm以上高くなるように前記ルツボの回転数を制御することを特徴とする単結晶の製造方法。
A method for producing a single crystal by the Czochralski (CZ) method,
Melting the raw material filled in the crucible into a raw material melt;
Having a step of pulling a single crystal from the raw material melt,
A step of flowing an inert gas on the surface of the raw material melt is provided between the step of melting the raw material to form a raw material melt and the step of pulling up the single crystal;
In the step of flowing the inert gas, a flow rate of the inert gas from the crucible center toward the outer periphery of the crucible on the surface of the raw material melt is set to 8 m / second or more and 12 m / second or less ,
In the flow of the inert gas, the height of the portion where the surface of the raw material melt contacts the inner wall of the crucible,
In the step of pulling up the single crystal, the number of revolutions of the crucible is controlled so that the surface of the raw material melt is 2 mm or more higher than the height of the portion in contact with the inner wall of the crucible. .
チョクラルスキー(CZ)法による単結晶の製造方法であって、
ルツボに充填した原料を溶融し原料融液とする工程と、
前記原料融液から単結晶を引上げる工程を有し、
前記単結晶が有転位化した場合に、
前記単結晶を再溶融する工程と、
前記再溶融が完了した時点で、前記再溶融後の原料融液表面に不活性ガスを流す工程と、
前記不活性ガスを流す工程の後に、前記再溶融後の原料融液から単結晶を引上げる工程が設けられ、
前記不活性ガスを流す工程において、前記再溶融後の原料融液表面の、前記ルツボ中心から前記ルツボ外周に向かう前記不活性ガスの流速を、8m/秒以上12m/秒以下とし、
前記不活性ガスを流す工程における、前記再溶融後の原料融液表面が前記ルツボ内壁に接する部分の高さが、
前記再溶融後の原料融液から単結晶を引上げる工程における、前記再溶融後の原料融液表面が前記ルツボ内壁に接する部分の高さよりも、2mm以上高くなるように前記ルツボの回転数を制御することを特徴とする単結晶の製造方法。
A method for producing a single crystal by the Czochralski (CZ) method,
Melting the raw material filled in the crucible into a raw material melt;
Having a step of pulling a single crystal from the raw material melt,
When the single crystal is dislocated,
Remelting the single crystal;
A step of flowing an inert gas on the surface of the raw material melt after the remelting when the remelting is completed;
After the step of flowing the inert gas, a step of pulling a single crystal from the remelted raw material melt is provided,
In the step of flowing the inert gas, the flow rate of the inert gas from the crucible center toward the outer periphery of the crucible on the surface of the remelted raw material melt is 8 m / second or more and 12 m / second or less ,
In the step of flowing the inert gas, the height of the portion where the surface of the raw material melt after remelting is in contact with the inner wall of the crucible,
In the step of pulling the single crystal from the remelted raw material melt, the rotational speed of the crucible is set so that the surface of the remelted raw material melt surface is 2 mm or more higher than the height of the portion in contact with the inner wall of the crucible. A method for producing a single crystal, characterized by controlling .
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