JP6369352B2 - Crystal growth method - Google Patents

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本発明は、チョクラルスキー法(Czochralski method、以下、CZ
法と略称する)による結晶育成方法に関する。
The present invention relates to the Czochralski method (hereinafter referred to as CZ).
(Hereinafter abbreviated as “method”).

CZ法ではルツボに原料を仕込みこれを溶融したメルト(シリコン溶融液)から結晶を育成する。結晶の育成に伴い、ルツボ内のメルト量は減少する。この減少を補う方法として結晶育成後に原料を追加した後、再度結晶を育成するリチャージ法や、結晶成長中に原料を追加する連続チャージが考案されている(例えば非特許文献1)。   In the CZ method, a raw material is charged into a crucible and crystals are grown from a melt (silicon melt) obtained by melting the raw material. As the crystal grows, the amount of melt in the crucible decreases. As a method for compensating for this decrease, a recharge method for growing a crystal again after adding a raw material after crystal growth and a continuous charge for adding a raw material during crystal growth have been devised (for example, Non-Patent Document 1).

リチャージ法は結晶育成中に原料を追加するのではないので、原料投入に起因する、単結晶の有転位化の問題がほとんどないというメリットがある。しかし、抵抗調整用に投入される不純物(ドーパント)が、偏析現象により結晶成長に伴い濃度が高くなり、抵抗率が低下してしまう。このため偏析係数の比較的大きいBに比べ、Pなどの偏析係数が小さいドーパントでは、抵抗率規格を満足する結晶長さが短くなり、歩留まりが低下する。IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などパワー用などに用いられるスイッチングデバイスでは主にPなど偏析係数が小さい金属をドーパントとしたN型結晶が用いられるので、高コストとなってしまう。   Since the recharge method does not add a raw material during crystal growth, there is an advantage that there is almost no problem of dislocation of a single crystal due to the input of the raw material. However, the concentration of impurities (dopants) input for resistance adjustment increases with crystal growth due to the segregation phenomenon, and the resistivity decreases. For this reason, a dopant having a small segregation coefficient, such as P, compared to B, which has a relatively large segregation coefficient, shortens the crystal length that satisfies the resistivity standard and decreases the yield. A switching device used for power, such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor), uses an N-type crystal with a dopant having a small segregation coefficient such as P as a dopant, resulting in high cost.

これに対し結晶成長中に原料を追加する連続チャージ法では、偏析現象によるドーパントの高濃度化を原料の追加により抑制することが可能であり、抵抗率が均一な結晶ができるというメリットがある。しかし連続チャージ法では単結晶を引上げながら、原料を供給しなければならないので有転位化という問題がある。   On the other hand, the continuous charge method in which a raw material is added during crystal growth has an advantage that a high concentration of dopant due to a segregation phenomenon can be suppressed by the addition of the raw material, and a crystal having a uniform resistivity can be obtained. However, the continuous charge method has a problem of dislocation formation because the raw material must be supplied while pulling up the single crystal.

これを抑制するため2重ルツボを使う技術が開示されている(例えば特許文献1)。この2重ルツボの内側で単結晶の育成をして、外側に原料が供給される。投入される原料は粒状又は小片状であり、多くは引上げ機外側に設けた供給装置から適量を制御しながら投入される(例えば特許文献2)。しかし2重ルツボは高価であるという問題がある。そこで高価な2重ルツボを用いない方法が開示されている。例えば特許文献3ではメルトに原料供給する管の先端に不活性ガスの排気管を備えた隔離管を設けている。この様な装置で2重ルツボを用いなくとも有転位化を抑制できる可能性がある。しかしやはり装置的には複雑な構造である。また、主目的は品質向上であるが、磁場を印加して対流を制御する技術も開示されている(例えば特許文献4、5)。このように磁場を印加することで対流を抑制できるので、追加原料起因の有転位化を減らす効果がある可能性も考えられる。   In order to suppress this, a technique using a double crucible is disclosed (for example, Patent Document 1). A single crystal is grown inside the double crucible, and the raw material is supplied to the outside. The raw materials to be charged are granular or small pieces, and many are charged while controlling an appropriate amount from a supply device provided outside the puller (for example, Patent Document 2). However, there is a problem that the double crucible is expensive. Therefore, a method that does not use an expensive double crucible is disclosed. For example, in Patent Document 3, an isolation pipe having an inert gas exhaust pipe is provided at the tip of a pipe for supplying raw material to the melt. There is a possibility that dislocations can be suppressed without using a double crucible with such an apparatus. However, it is also a complicated structure in terms of equipment. Moreover, although the main purpose is quality improvement, a technique for controlling convection by applying a magnetic field is also disclosed (for example, Patent Documents 4 and 5). Since the convection can be suppressed by applying the magnetic field in this way, there is a possibility that there is an effect of reducing dislocation due to the additional raw material.

また粒状の原料を誘導加熱等により溶解した後、供給する方法が開示されている(例えば特許文献6、7)。しかし粒状ポリを制御しながら投入するためには、特許文献2に開示されているような供給装置が必要であり、装置的に簡単とはいえない。   Moreover, the method of supplying, after melt | dissolving a granular raw material by induction heating etc. is disclosed (for example, patent document 6, 7). However, in order to feed granular poly while controlling it, a supply device as disclosed in Patent Document 2 is necessary, and it cannot be said that the device is simple.

そこで粒状ポリによる供給ではなく、原料棒を用いた供給法が特許文献8などに開示されている。このような原料棒による供給であれば、粒状ポリのような供給装置が不要となり装置的には簡単にできる可能性がある。しかし特許文献8等に開示されている技術は、原料棒を溶解した後、溶融液として供給する方法である。このためルツボを加熱するためのメインヒータに加え、原料棒を溶解するための加熱源が必要となってしまい、やはり装置が複雑になるという問題があった。   Therefore, a supply method using a raw material rod instead of supply using granular poly is disclosed in Patent Document 8 and the like. With such a raw material supply, there is a possibility that a supply device such as granular poly is not necessary and the device can be simplified. However, the technique disclosed in Patent Document 8 is a method of dissolving a raw material rod and then supplying it as a melt. For this reason, in addition to the main heater for heating the crucible, a heating source for melting the raw material rod is required, and there is a problem that the apparatus becomes complicated.

特開昭63−233092号公報JP-A 63-233092 特開平3−60489号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-60489 実開平4−84362号公報Japanese Utility Model Publication No. 4-84362 特開平6−92776号公報JP-A-6-92776 特開2010−30860号公報JP 2010-30860 A 特開平5−279166号公報JP-A-5-279166 特開平8−183688号公報JP-A-8-183688 特開平2−279582号公報JP-A-2-279582

Fumio Shimura, Semiconductor Silicon Crystal Technology, P178−183, 1989Fumio Shimura, Semiconductor Silicon Crystal Technology, P178-183, 1989

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、偏析現象によるドーパントの高濃度化及び結晶の有転位化を簡便に抑制することができる結晶育成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a crystal growth method that can easily suppress an increase in dopant concentration due to a segregation phenomenon and dislocation of crystals. .

上記目的を達成するために、本発明では、CZ法において、結晶育成中のルツボ内のメルトに原料を供給しながら結晶を育成する方法であって、前記原料としてロッド状原料を用い、該ロッド状原料を固体のまま育成中の結晶とルツボ壁との間のメルトに接触させ、連続的又は断続的に前記ロッド状原料を挿入し、溶解しながら、前記結晶を育成することを特徴とする結晶育成方法を提供する。   In order to achieve the above object, in the present invention, in the CZ method, a method for growing a crystal while supplying a raw material to a melt in a crucible during crystal growth, using the rod-shaped raw material as the raw material, the rod The solid raw material is brought into contact with the melt between the growing crystal and the crucible wall, and the rod-like raw material is inserted continuously or intermittently to grow the crystal while melting. A crystal growth method is provided.

このような結晶育成方法であれば、結晶成長中に原料を追加することにより、偏析現象によるドーパントの高濃度化を防ぐことができる。また、ロッド状原料を固体のままメルトに接触させることで、従来法の粒状原料の投下による液滴のハネや、溶融液の投入によるメルト表面の振動などにより育成中の結晶が有転位化する問題がほとんど無くなる。   With such a crystal growth method, it is possible to prevent an increase in dopant concentration due to a segregation phenomenon by adding a raw material during crystal growth. In addition, by bringing the rod-shaped raw material into contact with the melt in a solid state, the crystal being grown is dislocated due to the splashing of the droplets caused by the dropping of the granular raw material of the conventional method or the vibration of the melt surface caused by the introduction of the melt. The problem is almost gone.

また、前記ロッド状原料を引上げ炉内に挿入する際、前記ロッド状原料を上下動可能な可動部を具備する挿入機を用い、前記ロッド状原料を前記可動部により前記引上げ炉内に挿入することが好ましい。   Further, when the rod-shaped raw material is inserted into the pulling furnace, the rod-shaped raw material is inserted into the pulling furnace by the movable part using an insertion machine having a movable part capable of moving the rod-shaped raw material up and down. It is preferable.

このような挿入機を用いることで、ロッド状原料を引上げ炉内に容易に挿入することができる。   By using such an insertion machine, the rod-shaped raw material can be easily inserted into the pulling furnace.

この場合、前記ロッド状原料を追加する際、該追加を、前記挿入機として更に前記引上げ炉内と炉外を隔絶することができるゲートバルブを有する挿入部を具備するものを用い、前記ゲートバルブにより前記引上げ炉内と炉外を隔絶した後に行うことが好ましい。   In this case, when the rod-shaped raw material is added, the addition is performed by using the one having an insertion portion having a gate valve that can further isolate the inside of the pulling furnace from the outside as the insertion machine. It is preferable to carry out after isolating the inside of the pulling furnace from the outside of the furnace.

このような結晶育成方法であれば、用いる結晶育成装置が大掛かりなものとならず、簡単に追加のロッド状原料を投入することができ、製造コストを削減することができる。   With such a crystal growth method, the crystal growth apparatus to be used does not become large, and an additional rod-shaped raw material can be introduced easily, and the manufacturing cost can be reduced.

また、前記ロッド状原料の断面積を育成する結晶の1/10以下、10mm以上とすることが好ましい。 The cross-sectional area of the rod-shaped raw material is preferably 1/10 or less and 10 mm 2 or more of the crystal for growing.

このようなロッド状原料を用いることで、結晶が育成され減少したメルト量を十分に補うことができる。また、このようなロッド状原料は容易に溶かすことができる。   By using such a rod-shaped raw material, it is possible to sufficiently compensate for the melt amount that has been reduced by growing crystals. Moreover, such a rod-shaped raw material can be easily dissolved.

また、前記ロッド状原料の本数を複数本とすることができる。   Moreover, the number of the rod-shaped raw materials can be plural.

このように複数本のロッド状原料を用いることで、結晶育成中に減少するメルト量を容易に補うことができる。   By using a plurality of rod-shaped raw materials in this way, the amount of melt that decreases during crystal growth can be easily compensated.

また、前記メルトに中心磁場強度500−6000Gの磁場を印加することが好ましい。   Moreover, it is preferable to apply a magnetic field having a central magnetic field strength of 500 to 6000 G to the melt.

このような中心磁場強度の磁場を印加することで、ロッド状原料を溶解して生成された比較的低温のメルトが、育成中の結晶に大量に届いてしまうのを防ぐことができる。   By applying a magnetic field having such a central magnetic field strength, it is possible to prevent a relatively low temperature melt generated by melting the rod-shaped raw material from reaching a large amount in the growing crystal.

また、前記メルトを前記ルツボの周りに配したヒータを用いて加熱し、前記ヒータの発熱部の上端を前記メルトの表面である湯面より上にすることが好ましい。   Moreover, it is preferable to heat the said melt using the heater arrange | positioned around the said crucible, and to make the upper end of the heat generating part of the said heater above the molten metal surface which is the surface of the said melt.

このようにヒータ発熱部を位置させることで、ロッド状原料に輻射熱を与えることができ、より効率的に溶解することができる。   By positioning the heater heating portion in this way, radiant heat can be applied to the rod-shaped raw material, and dissolution can be performed more efficiently.

また、メルト中に固化層を形成することが好ましい。   Moreover, it is preferable to form a solidified layer in the melt.

このようにメルト中に固化層を形成することにより、抵抗率の制御性をより高めることができる。   By forming the solidified layer in the melt as described above, the controllability of resistivity can be further improved.

また、前記ロッド状原料をノンドープの原料又は初期メルトの導電型と同じ導電型の原料とし、前記ロッド状原料の溶解比率αを(1−k)/10≦α≦1(ここでαは一定時間内においてメルトから結晶化した質量に対する、ロッド状原料をメルトに溶解した質量であり、kは抵抗率制御のためにメルトに投入されているドーパントの偏析係数である。)とすることが好ましい。   The rod-shaped raw material is a non-doped raw material or a raw material having the same conductivity type as that of the initial melt, and the dissolution ratio α of the rod-shaped raw material is (1-k) / 10 ≦ α ≦ 1 (where α is constant) It is preferable that the rod-shaped raw material is dissolved in the melt with respect to the mass crystallized from the melt within the time, and k is the segregation coefficient of the dopant introduced into the melt for resistivity control. .

このようなロッド状原料を用い、溶解比率αを上記の範囲内とすることで、抵抗率の低下をある程度抑えることができる。   By using such a rod-shaped raw material and setting the dissolution ratio α within the above range, a decrease in resistivity can be suppressed to some extent.

また、前記育成中の結晶の成長速度V(mm/min)を、0.01≦V≦15000/D+0.45(ここでDは育成中の結晶直径(単位:mm)である。)とすることが好ましい。 The growth rate V (mm / min) of the growing crystal is 0.01 ≦ V ≦ 15000 / D 2 +0.45 (where D is the diameter of the growing crystal (unit: mm)). It is preferable that

このような結晶育成方法であれば、ロッド状原料を結晶の横に挿入しても、メルト表面に固化が発生しない。   With such a crystal growth method, solidification does not occur on the melt surface even if the rod-shaped raw material is inserted beside the crystal.

また、前記ロッド状原料の挿入を、育成中の結晶における製品部分の育成の開始からスリップバック長さ分育成した後に開始することができる。   Moreover, the insertion of the rod-shaped raw material can be started after growing for the slipback length from the start of the growth of the product part in the growing crystal.

このような結晶育成方法であれば、直胴長さが比較的短い部分で有転位化した場合も、従来通り再溶融することが可能となる。   With such a crystal growth method, even when dislocation is generated in a portion where the length of the straight cylinder is relatively short, it can be remelted as usual.

また、前記結晶を育成した後、次の結晶育成前に原料をリチャージし、再度次の結晶育成において上記本発明の結晶育成方法を用いて、次の結晶を育成することにより、ひとつの石英ルツボから複数の結晶を育成することができる。   In addition, after growing the crystal, the raw material is recharged before the next crystal growth, and the next crystal is grown again in the next crystal growth by using the crystal growth method of the present invention. A plurality of crystals can be grown.

このような結晶育成方法であれば、ロッド状原料をα=1の溶解比率より小さい比率で溶解させる場合であっても、ひとつの石英ルツボから複数の結晶を育成するマルチプーリングをすることが可能である。   With such a crystal growth method, it is possible to perform multi-pooling for growing a plurality of crystals from one quartz crucible even when the rod-shaped raw material is dissolved at a ratio smaller than the dissolution ratio of α = 1. It is.

また、前記ロッド状原料の導電型を初期メルトの導電型と同じとし、前記ロッド状原料のドーパント濃度を初期メルト濃度に対して±10%以内とし、前記ロッド状原料の溶解比率αを0.9≦α≦1.1以内(ここでαは一定時間内においてメルトから結晶化した質量に対する、ロッド状原料をメルトに溶解した質量である。)とすることが好ましい。   Further, the conductivity type of the rod-shaped raw material is the same as the conductivity type of the initial melt, the dopant concentration of the rod-shaped raw material is within ± 10% with respect to the initial melt concentration, and the dissolution ratio α of the rod-shaped raw material is 0. It is preferably within 9 ≦ α ≦ 1.1 (where α is the mass of the rod-shaped raw material dissolved in the melt with respect to the mass crystallized from the melt within a certain time).

このようにαが1程度であれば、メルト量がほぼ一定でありメルト表面の高さもほぼ一定であるため、すなわち、通常のCZ法の様に結晶成長に伴いメルト表面の高さ位置が低下しないため、ルツボを上昇させる必要がない。また、ロッド状原料のドーパント濃度を初期メルト濃度、すなわち、結晶育成開始前までに溶融した原料と投入したドーパント(主ドーパント)量から決まる初期メルト中のドーパント濃度と同等程度とすることで、結晶中の抵抗率を一定に保つことができる。   Thus, if α is about 1, the amount of melt is almost constant and the height of the melt surface is almost constant, that is, the height position of the melt surface decreases with crystal growth as in the normal CZ method. There is no need to raise the crucible. Further, the dopant concentration of the rod-shaped raw material is set to the initial melt concentration, that is, the same as the dopant concentration in the initial melt determined by the raw material melted before the start of crystal growth and the amount of added dopant (main dopant). The resistivity inside can be kept constant.

また、前記ロッド状原料をノンドープの原料とし、前記ロッド状原料の溶解比率αを(1−k)/10から1−kの間(ここでαは一定時間内においてメルトから結晶化した質量に対する、ロッド状原料をメルトに溶解した質量であり、kは抵抗率制御のためにメルトに投入されているドーパントの偏析係数である。)とすることが好ましい。   Further, the rod-shaped raw material is a non-doped raw material, and the dissolution ratio α of the rod-shaped raw material is between (1-k) / 10 and 1-k (where α is relative to the mass crystallized from the melt within a certain time) , And is a mass obtained by dissolving the rod-shaped raw material in the melt, and k is a segregation coefficient of the dopant introduced into the melt for resistivity control.

このようにαが(1−k)/10から1−kの間の場合、メルト量は減少するので、メルト表面高さをある程度一定に保つため、ルツボを上昇させる必要がある(熱環境を一定に保つことはできない)ものの、結晶長さ方向の抵抗率を一定に保つことができる。また、α=1の場合のように多くのロッド状原料を同時に溶解しなくてもよい。   Thus, when α is between (1-k) / 10 and 1-k, the amount of melt decreases, so the crucible needs to be raised in order to keep the melt surface height to a certain degree (the thermal environment is reduced). Although it cannot be kept constant, the resistivity in the crystal length direction can be kept constant. Moreover, it is not necessary to dissolve many rod-shaped raw materials at the same time as in the case of α = 1.

本発明の結晶育成方法であれば、偏析現象によるドーパントの高濃度化及び原料チャージに伴う結晶の有転位化を簡便に抑制することができる。また、育成結晶の抵抗率を正確に制御することができるので、製品部分の長さを長くでき、歩留まりを向上させることができる。これにより、パワーデバイスなどに用いられるスイッチングデバイスやダイオード用のシリコン単結晶を低コストで製造することができる。   With the crystal growth method of the present invention, it is possible to easily suppress the increase in dopant concentration due to the segregation phenomenon and the dislocation of crystals accompanying the charge of the raw material. In addition, since the resistivity of the grown crystal can be accurately controlled, the length of the product portion can be increased and the yield can be improved. Thereby, a switching device used for a power device or the like and a silicon single crystal for a diode can be manufactured at low cost.

本発明の結晶育成方法の手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the procedure of the crystal growth method of this invention. 本発明の結晶育成方法に使用できる結晶育成装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the crystal growth apparatus which can be used for the crystal growth method of this invention. 実施例1,2及び比較例で育成した結晶の軸方向抵抗率分布を評価した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having evaluated the axial direction resistivity distribution of the crystal | crystallization grown by Example 1, 2 and the comparative example.

以下、本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

上記のように、偏析現象によるドーパントの高濃度化及び結晶の有転位化を簡便に抑制することができる結晶育成方法が求められている。   As described above, there is a need for a crystal growth method that can easily suppress the concentration of dopants and the dislocation of crystals due to segregation.

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。その結果、結晶育成中のルツボ内のメルトに供給される原料をロッド状原料とする結晶育成方法が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。   The inventor has intensively studied to achieve the above object. As a result, the inventors have found that a crystal growth method using a raw material supplied to the melt in the crucible during crystal growth as a rod-shaped raw material can solve the above problems, and completed the present invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

図2は本発明の結晶育成方法に使用できる結晶育成装置の一例を示す概略図である。図2に示すように、結晶育成装置(引上げ炉)100は、メインチャンバー1と、メインチャンバー1の天井部(トップチャンバー11)に接続され、育成した結晶棒3を収納する引上げチャンバー2とを具備する。引上げチャンバー2の上部に結晶棒3をワイヤーで引上げる機構(不図示)が設けられている。   FIG. 2 is a schematic view showing an example of a crystal growth apparatus that can be used in the crystal growth method of the present invention. As shown in FIG. 2, a crystal growth apparatus (pulling furnace) 100 includes a main chamber 1 and a pulling chamber 2 connected to the ceiling (top chamber 11) of the main chamber 1 and containing the grown crystal rod 3. It has. A mechanism (not shown) for pulling up the crystal rod 3 with a wire is provided above the pulling chamber 2.

メインチャンバー1内には、メルト(原料融液)4を収容する石英ルツボ5とその石英ルツボ5を支持する黒鉛ルツボ6が設けられ、これらのルツボ5、6は駆動機構(不図示)によって回転昇降自在にルツボ軸で支持されている。そして、ルツボ5、6を囲繞するように、原料を溶融させるための加熱ヒータ(メインヒータ)7が配置されている。この加熱ヒータ7の外側には、断熱部材8がその周囲を取り囲むように設けられている。   A quartz crucible 5 for containing a melt (raw material melt) 4 and a graphite crucible 6 for supporting the quartz crucible 5 are provided in the main chamber 1, and these crucibles 5 and 6 are rotated by a drive mechanism (not shown). It is supported by a crucible shaft so that it can move up and down. A heater (main heater) 7 for melting the raw material is disposed so as to surround the crucibles 5 and 6. A heat insulating member 8 is provided outside the heater 7 so as to surround the periphery thereof.

また、引上げチャンバー2の上部にガス導入口10が設けられており、アルゴンガス等の不活性ガスが導入され、メインチャンバー1の下部のガス流出口9から排出されるようになっている。更にメルト4と対向するように遮熱部材13が設けられ、メルト4の表面からの輻射をカットするとともにメルト4の表面を保温するようにしている。   A gas inlet 10 is provided at the upper part of the pulling chamber 2, and an inert gas such as argon gas is introduced and discharged from the gas outlet 9 at the lower part of the main chamber 1. Further, a heat shield member 13 is provided so as to face the melt 4 so as to cut radiation from the surface of the melt 4 and to keep the surface of the melt 4 warm.

更に、メルト4の上方には、ガスパージ筒12が設けられ、ガス導入口10から導入された不活性ガスにより結晶棒3の周囲をパージすることができる構成になっている。   Further, a gas purge cylinder 12 is provided above the melt 4 so that the periphery of the crystal rod 3 can be purged by the inert gas introduced from the gas inlet 10.

トップチャンバー11には、可動部を具備する挿入機14が設けられ、ロッド状原料15をメルト4中に挿入できる構成になっている。この挿入機14には、通常、挿入部が設けられ、この挿入部には引上げ炉内と炉外を隔絶することができるゲートバルブを設けることが好ましい。   The top chamber 11 is provided with an inserter 14 having a movable part, and is configured so that the rod-shaped raw material 15 can be inserted into the melt 4. This insertion machine 14 is usually provided with an insertion portion, and it is preferable to provide a gate valve capable of isolating the inside of the pulling furnace from the outside of the furnace.

次に、本発明の結晶育成方法について説明する。本発明は、図2のような装置を用いたCZ法において、結晶育成中のルツボ5内のメルト4に原料を供給しながら結晶3を育成する方法であって、前記原料としてロッド状原料15を用い、該ロッド状原料15を固体のまま育成中の結晶3とルツボ5の内壁との間のメルト4に接触させ、連続的又は断続的に前記ロッド状原料15を挿入し、溶解しながら、前記結晶3を育成する結晶育成方法である。   Next, the crystal growth method of the present invention will be described. The present invention is a method for growing a crystal 3 while supplying a raw material to a melt 4 in a crucible 5 during crystal growth in the CZ method using an apparatus as shown in FIG. The rod-shaped raw material 15 is brought into contact with the melt 4 between the growing crystal 3 and the inner wall of the crucible 5 while being solid, and the rod-shaped raw material 15 is inserted continuously or intermittently while being melted. A crystal growth method for growing the crystal 3.

このように、ロッド状の原料(以下、ロッド状原料という)を固体のままメルトに溶融する場合、従来法の粒状原料の投下による液滴のハネや、溶融液の投入によるメルト表面の振動などにより育成中の結晶が有転位化する問題がほとんど無くなる。またロッド状原料を用いるので、これを挿入する速度を制御するだけでよく、粒状ポリのような原料の投入量を制御するための供給装置や、原料を溶解して溶融液とするための加熱装置を用いる必要も無い。   In this way, when a rod-shaped raw material (hereinafter referred to as a rod-shaped raw material) is melted into a melt as a solid, droplets are splashed by dropping a granular raw material in the conventional method, or vibration of the melt surface is caused by introducing a molten liquid. This eliminates the problem of dislocation of the growing crystal. Also, since a rod-shaped raw material is used, it is only necessary to control the speed at which it is inserted, a supply device for controlling the amount of raw material such as granular poly, and heating for dissolving the raw material into a molten liquid There is no need to use a device.

一般にCZ法ではルツボの周りに溶融液を加熱するためのヒータがあるので、ルツボ内の温度分布は外周ほど高く中心ほど低い。この温度の低い中心部分で結晶を育成する一方で、温度が高めである結晶とルツボ壁との間でロッド状原料を溶解することが可能である。更にロッド状原料のある部分はロッド状原料によりヒータからの直接輻射が当たらないので、結晶が冷えやすいという利点もある。   In general, in the CZ method, since there is a heater for heating the melt around the crucible, the temperature distribution in the crucible is higher at the outer periphery and lower at the center. While the crystal is grown in the central portion having this low temperature, it is possible to dissolve the rod-shaped raw material between the crystal having a higher temperature and the crucible wall. Furthermore, since a portion of the rod-shaped raw material is not directly radiated from the heater by the rod-shaped raw material, there is an advantage that the crystal is easily cooled.

図1は本発明の結晶育成方法の手順の一例を示すフローチャートである。以下、図1のフローチャートの各工程について詳述する。まず、図1に示すように、ロッド状原料の準備をする。本発明において結晶育成中のルツボ内のメルトに供給される原料はロッド状原料であれば特に限定されない。例えば、角柱又は円柱形状のシリコン単結晶又は多結晶シリコンとすることができる。この場合、一つのロッド状原料の大きさや一つの結晶を育成する際に用いるロッド状原料の合計量は特に限定されず、ルツボサイズ、育成する結晶の直径、導電型、抵抗率範囲、重量等を考慮して適宜決定することができる。なお、ロッド状原料はドーパントを含むものでも、ノンドープの原料でもよい。   FIG. 1 is a flowchart showing an example of the procedure of the crystal growth method of the present invention. Hereafter, each process of the flowchart of FIG. 1 is explained in full detail. First, as shown in FIG. 1, a rod-shaped raw material is prepared. In the present invention, the raw material supplied to the melt in the crucible during crystal growth is not particularly limited as long as it is a rod-shaped raw material. For example, it can be a prism or columnar silicon single crystal or polycrystalline silicon. In this case, the size of one rod-shaped raw material and the total amount of rod-shaped raw materials used when growing one crystal are not particularly limited, such as crucible size, diameter of crystal to be grown, conductivity type, resistivity range, weight, etc. Can be appropriately determined in consideration of the above. The rod-shaped raw material may include a dopant or a non-doped raw material.

また、ロッド状原料の断面積を育成する結晶の1/10以下、10mm以上とすることが望ましい。 Moreover, it is desirable that the cross-sectional area of the rod-shaped raw material is 1/10 or less and 10 mm 2 or more of the crystal for growing.

ロッド状原料を育成中の結晶の横に挿入するので、例えば育成中の結晶と同じ太さの原料を溶かすことは容易ではない。そこで、ロッド状原料の1本あたりの断面積は、育成中の結晶の1/10以下であることが好ましい。一方で、結晶が育成され減少したメルト量をある程度補うためには、ロッド状原料があまりに細くては、いくら高速で溶融しても効果が小さい。従って、10mm以上の断面積があることが望ましい。 Since the rod-shaped raw material is inserted beside the crystal being grown, it is not easy to melt a material having the same thickness as the crystal being grown, for example. Therefore, the cross-sectional area per rod-shaped raw material is preferably 1/10 or less of the crystal being grown. On the other hand, if the rod-shaped raw material is too thin, the effect is small no matter how fast it is melted in order to compensate for the melt amount reduced by growing crystals. Therefore, it is desirable that the cross-sectional area is 10 mm 2 or more.

更にはロッド状原料の本数を複数本とすることができる。   Furthermore, the number of rod-shaped raw materials can be plural.

前述のように、成長中の結晶の横のメルトにロッド状原料を挿入するので、あまり太い原料を溶融することは難しい。そこで原料を細くするが、細くすると減少するメルト量を補うことが難しくなる。そこで、ロッド状原料を複数本溶融することで、減少するメルト量を補うことが好ましい。   As described above, since the rod-shaped raw material is inserted into the melt next to the growing crystal, it is difficult to melt the thick material. Therefore, the raw material is thinned, but if it is thinned, it is difficult to compensate for the amount of melt that decreases. Therefore, it is preferable to compensate for the decreasing amount of melt by melting a plurality of rod-shaped raw materials.

更には先述したように、ロッド状原料の影になる部分は、ヒータからの直接輻射が遮られて冷えるので、例えば複数本のロッド状原料を結晶の周りに同心円状に配置して、ロッド状原料の溶融と育成結晶の冷却を同時に促進させて結晶育成速度の高速化を図ることも可能である。なお、複数本のロッド状原料を結晶の周りに同心円状に配置する方法としては、図2に示す挿入機14を結晶の周りに同心円状に複数配置する方法を挙げることができる。なお、一つの挿入機に順次ロッド状原料を追加することで、ロッド状原料を複数本溶融してもよい。さらに一つの挿入機に複数本のロッド状原料を同時に装填してもよい。   Further, as described above, the shadowed portion of the rod-shaped raw material cools by blocking direct radiation from the heater, so that, for example, a plurality of rod-shaped raw materials are arranged concentrically around the crystal to form a rod-shaped material. It is also possible to increase the crystal growth rate by simultaneously promoting melting of the raw material and cooling of the grown crystal. An example of a method of arranging a plurality of rod-shaped raw materials concentrically around the crystal is a method of arranging a plurality of inserters 14 shown in FIG. 2 concentrically around the crystal. Note that a plurality of rod-shaped raw materials may be melted by sequentially adding rod-shaped raw materials to one insertion machine. Further, a plurality of rod-shaped raw materials may be simultaneously loaded in one insertion machine.

次に、図1に示すように、ロッド状原料を溶解しつつ結晶の育成を行う。本発明では、上記のようにして準備したロッド状原料を固体のまま育成中の結晶とルツボ壁との間のメルトに接触させ、連続的又は断続的にロッド状原料を挿入し、溶解しながら、結晶を育成する。   Next, as shown in FIG. 1, crystals are grown while the rod-shaped raw material is dissolved. In the present invention, the rod-shaped raw material prepared as described above is brought into contact with the melt between the growing crystal and the crucible wall as a solid, and the rod-shaped raw material is inserted or melted continuously or intermittently. , Grow crystals.

具体的には、結晶育成前にルツボに原料(ここでいう原料はロッド状原料に限定されない)をチャージし、ルツボの周りに配したヒータで原料を加熱して溶融し、メルトを形成した後、結晶を育成するときにロッド状原料を挿入し、溶解しながら行う。ここで、本発明において育成することができる結晶としては、シリコン単結晶、化合物半導体単結晶等を挙げることができる。   Specifically, before the crystal growth, after charging the raw material (the raw material here is not limited to the rod-shaped raw material) to the crucible, heating the raw material with a heater disposed around the crucible, and forming a melt When the crystal is grown, the rod-shaped raw material is inserted and melted. Here, examples of the crystal that can be grown in the present invention include a silicon single crystal and a compound semiconductor single crystal.

本発明では、図2に示すメインチャンバー1の外周部に磁場印加装置(不図示)を設けることで、MCZ法(磁場印加CZ法)によって結晶を育成することができる。この際、メルトに中心磁場強度500−6000Gの磁場を印加することが好ましい。   In the present invention, a crystal can be grown by the MCZ method (magnetic field application CZ method) by providing a magnetic field application device (not shown) on the outer periphery of the main chamber 1 shown in FIG. At this time, it is preferable to apply a magnetic field having a central magnetic field strength of 500 to 6000 G to the melt.

特許文献4、5には連続チャージ法において、メルトに磁場を印加する技術が開示されている。これらの主目的は育成する結晶の品質の均一化ではあるが、磁場印加により対流を抑制している。本発明の場合、育成中の結晶の横でロッド状原料を溶解している。ここで生成された比較的低温のメルトが、育成中の結晶に大量に届いてしまうと、固化が発生し有転位化してしまうことがある。それを防止するためにはメルトに磁場を印加することが有効である。   Patent Documents 4 and 5 disclose techniques for applying a magnetic field to the melt in the continuous charge method. Although these main purposes are to make the quality of the crystal to be grown uniform, convection is suppressed by applying a magnetic field. In the case of the present invention, the rod-shaped raw material is dissolved beside the crystal being grown. If the relatively low-temperature melt produced here reaches a large amount in the growing crystal, solidification may occur and dislocation may occur. In order to prevent this, it is effective to apply a magnetic field to the melt.

磁場強度は中心磁場強度で500G以上6000G以下が好ましい。500G以上の中心磁場強度であれば、対流を十分抑制することができる。6000G以下の中心磁場強度であれば、磁場を発生させる装置は大型とならず、周囲への漏れ磁場の問題も発生しにくい。またあまりに強い磁場強度下では育成される結晶の品質も悪化する可能性も否定できないので、6000G以下の中心磁場強度とすることが好ましい。   The magnetic field strength is preferably 500 G or more and 6000 G or less as the central magnetic field strength. If the central magnetic field intensity is 500 G or more, convection can be sufficiently suppressed. If the intensity of the central magnetic field is 6000 G or less, the apparatus for generating the magnetic field is not large, and the problem of the leakage magnetic field to the surroundings hardly occurs. Further, since it is impossible to deny the possibility that the quality of the crystal to be grown deteriorates under a very strong magnetic field strength, it is preferable to set the central magnetic field strength to 6000 G or less.

また、上記のように本発明では、メルトをルツボの周りに配したヒータを用いて加熱することが好ましい。この場合、ヒータの発熱部の上端をメルトの表面である湯面より上にすることが好ましい。   Further, as described above, in the present invention, it is preferable to heat using a heater in which the melt is arranged around the crucible. In this case, it is preferable that the upper end of the heat generating portion of the heater be above the molten metal surface that is the surface of the melt.

本発明においては、ロッド状原料を溶解するために加熱源を新たに用意する必要はない。基本的にはルツボの周りに配したメインヒータで加熱されたメルトに、ロッド状原料を挿入することで溶解させる。この際、ロッド状原料にヒータからの輻射熱を与えることで、ロッド状原料がより溶解しやすくなる。シリコンは低温では赤外線を透過してしまうので輻射による加熱は低効率であるが、本発明におけるロッド状原料はメルト直上に至る間に高温になっており、ヒータからの直接輻射を十分吸収可能である。そこでヒータ(メインヒータ)の発熱部の上端をメルト表面より上にすることで、ロッド状原料に輻射熱を与えることができ、より効率的に溶解することができる。   In the present invention, it is not necessary to newly prepare a heating source in order to dissolve the rod-shaped raw material. Basically, a rod-shaped raw material is inserted into a melt heated by a main heater arranged around a crucible, and dissolved. At this time, the rod-shaped material is more easily dissolved by applying radiant heat from the heater to the rod-shaped material. Since silicon transmits infrared rays at low temperatures, heating by radiation is inefficient, but the rod-shaped raw material in the present invention is at a high temperature while directly above the melt, and can sufficiently absorb direct radiation from the heater. is there. Therefore, by setting the upper end of the heat generating portion of the heater (main heater) above the melt surface, radiant heat can be applied to the rod-shaped raw material, and dissolution can be performed more efficiently.

ここでヒータの発熱部とは、例えば黒鉛ヒータにおいてスリットが入っている部分である。一般に黒鉛ヒータでは、形状を上下から交互にスリットを切った形状とし、1本又は2本の回路を有し、電流が端子から端子へ流れる構造となっている。一般的なヒータでは上から入れたスリットと下から入れたスリットが隣り合って、高さ方向で重なっている部分が、最も細くなっており、電気的な抵抗が高い部分である。この高抵抗である部分が電気を流した際に最も強く発熱する部分であり、発熱部などと呼ばれている。ここで言う発熱部は一般的な黒鉛ヒータの場合であれば、上下のスリットが隣り合い高さ方向で重なっている部分である。また一般的な構造でない場合には、周囲に比較して抵抗率が高めであり、発熱し易い部分ということを意味する。   Here, the heat generating portion of the heater is, for example, a portion having a slit in a graphite heater. In general, a graphite heater has a structure in which slits are alternately cut from the top and bottom, one or two circuits, and a current flows from the terminal to the terminal. In a general heater, a slit that is inserted from above and a slit that is inserted from below are adjacent to each other and overlap each other in the height direction, which is the thinnest part and has a high electrical resistance. This high resistance portion is the portion that generates the strongest heat when electricity is applied, and is called a heat generating portion. In the case of a general graphite heater, the heat generating portion referred to here is a portion where the upper and lower slits are adjacent to each other and overlap in the height direction. Further, when the structure is not a general structure, the resistivity is higher than that of the surrounding area, which means that the portion is likely to generate heat.

また、メルト中に固化層を形成することが好ましい。   Moreover, it is preferable to form a solidified layer in the melt.

メルト中、主には石英ルツボの底に固化層を形成する手法はDLCZ(Double Layer CZ)法と呼ばれ、抵抗率の制御を行うための方法として知られている。この方法はメルトの表面で単結晶を育成させる一方で、メルト中に形成した固化層を溶解させることでメルト中のドーパント濃度の均一化を図るものである。固化層の制御がうまくできれば抵抗率の均一化が図れ、酸素濃度の制御にも応用可能な技術である。   In the melt, a method of forming a solidified layer mainly on the bottom of the quartz crucible is called a DLCZ (Double Layer CZ) method and is known as a method for controlling resistivity. In this method, a single crystal is grown on the surface of the melt, while a solidified layer formed in the melt is dissolved to make the dopant concentration in the melt uniform. If the solidified layer can be controlled well, the resistivity can be made uniform, and this technology can be applied to control the oxygen concentration.

抵抗率の均一化を図るためには結晶成長の序盤では固化層を大きくし、終盤では固化層を小さくしていくという制御が必要である。しかし、一般的に固化層を徐々に溶かしていくための制御は簡単ではなく、初期の固化層の形成に時間が掛かったり、育成結晶に固化層が接触するといった問題がある。   In order to make the resistivity uniform, it is necessary to control that the solidified layer is enlarged in the early stage of crystal growth and the solidified layer is reduced in the final stage. However, in general, the control for gradually dissolving the solidified layer is not easy, and there are problems that it takes time to form the initial solidified layer and that the solidified layer contacts the grown crystal.

そこで、本発明をDLCZ法における固化層の制御の難しさを補う技術として用いることが可能である。例えば、固化層が溶けにくい場面ではロッド状原料を多めに挿入し、固化層が溶けやすい場面ではロッド状原料を挿入しないといった対応によりDLCZ法の抵抗率制御を補完することができる。   Therefore, the present invention can be used as a technique for compensating for the difficulty in controlling the solidified layer in the DLCZ method. For example, it is possible to supplement the resistivity control of the DLCZ method by inserting a larger amount of rod-shaped raw material in a scene where the solidified layer is difficult to dissolve and not inserting a rod-shaped raw material in a scene where the solidified layer is easily dissolved.

このようにすれば、育成される結晶の重量に対して少ないロッド状原料でも抵抗率の均一性が高い結晶を得ることが可能となる。   By doing so, it is possible to obtain a crystal with high uniformity of resistivity even with a rod-shaped raw material that is small relative to the weight of the crystal to be grown.

さらには、メルト中に固化層を形成したまま酸素濃度を所望の値とし、抵抗率制御を主に本発明を用いて行うことも可能である。   Furthermore, it is possible to set the oxygen concentration to a desired value while forming a solidified layer in the melt and to control the resistivity mainly by using the present invention.

ロッド状原料を引上げ炉内に挿入する際、ロッド状原料を上下動可能な可動部を具備する挿入機を用い、ロッド状原料を可動部により引上げ炉内に挿入することが好ましい。   When inserting the rod-shaped raw material into the pulling furnace, it is preferable to insert the rod-shaped raw material into the pulling furnace with the movable part using an insertion machine having a movable part capable of moving the rod-shaped raw material up and down.

このようにロッド状原料を上下動可能な可動部のみで構成された装置で挿入することができる。   In this way, the rod-shaped raw material can be inserted by an apparatus composed of only a movable part that can move up and down.

しかし、通常、結晶径に比較してロッド状原料の径は小さいので、ロッド状原料の長さは長くなりがちである。その分の可動域を設けようとすると、装置が大掛かりになってしまう。   However, since the diameter of the rod-shaped raw material is usually smaller than the crystal diameter, the length of the rod-shaped raw material tends to be longer. If an attempt is made to provide a corresponding range of motion, the apparatus becomes large.

そのため、挿入機における挿入部はゲートバルブ等で引上げ炉内と炉外を隔絶することが可能な構造とすることが望ましい。引上げ炉内と炉外を隔絶したのち、ロッド状原料を追加し、これを先のロッド状原料に引き続き引上げ炉内に挿入すれば、挿入部が長くなってしまうことを防ぐことができる。   Therefore, it is desirable that the insertion portion in the insertion machine has a structure that can isolate the inside of the pulling furnace from the outside of the furnace by a gate valve or the like. After isolating the inside of the pulling furnace from the outside of the furnace, a rod-shaped raw material is added, and if this is inserted into the pulling furnace after the previous rod-shaped raw material, the insertion portion can be prevented from becoming long.

また、ロッド状原料が、育成中の結晶に近すぎると、有転位化の原因となってしまうので、結晶の外周とロッド状原料の外側との距離が少なくとも2cm離れた位置に挿入することが好ましい。一方で石英ルツボに近すぎると、石英ルツボの変形により接触する可能性があるので、石英ルツボの内壁とロッド状原料外側との距離が少なくとも2cm離れた位置に挿入することが好ましい。   Also, if the rod-shaped raw material is too close to the growing crystal, it will cause dislocations, so that the distance between the outer periphery of the crystal and the outside of the rod-shaped raw material may be inserted at a position at least 2 cm away. preferable. On the other hand, if it is too close to the quartz crucible, there is a possibility of contact due to deformation of the quartz crucible. Therefore, it is preferable that the distance between the inner wall of the quartz crucible and the outside of the rod-shaped raw material is at least 2 cm.

上述のようにロッド状原料はドーパントを含むものでも、ノンドープの原料でもよい。また、一定時間内におけるロッド状原料の溶解質量は特に限定されない。例えば、ロッド状原料をノンドープの原料又は初期メルトの導電型と同じ導電型の原料とし、ロッド状原料の溶解比率αを(1−k)/10≦α≦1とすることが好ましい。ここでαは一定時間内においてメルトから結晶化した質量に対する、ロッド状原料をメルトに溶解した質量である。kは抵抗率制御のためにメルトに投入されているドーパントの偏析係数である。   As described above, the rod-shaped raw material may include a dopant or a non-doped raw material. Moreover, the melting mass of the rod-shaped raw material within a certain time is not particularly limited. For example, it is preferable that the rod-shaped raw material is a non-doped raw material or a raw material having the same conductivity type as that of the initial melt, and the dissolution ratio α of the rod-shaped raw material is (1−k) / 10 ≦ α ≦ 1. Here, α is the mass of the rod-shaped raw material dissolved in the melt with respect to the mass crystallized from the melt within a certain time. k is the segregation coefficient of the dopant introduced into the melt for resistivity control.

この場合、ロッド状原料の導電型を初期メルトの導電型と同じとし、ロッド状原料のドーパント濃度を初期メルト濃度に対して±10%以内とし、ロッド状原料の溶解比率αを0.9≦α≦1.1以内とすることがより好ましい。更に、ロッド状原料のドーパント濃度を初期メルト濃度と同等とし、ロッド状原料の溶解比率αを1とすることが特に好ましい。   In this case, the conductivity type of the rod-shaped raw material is the same as the conductivity type of the initial melt, the dopant concentration of the rod-shaped raw material is within ± 10% with respect to the initial melt concentration, and the dissolution ratio α of the rod-shaped raw material is 0.9 ≦ More preferably, α ≦ 1.1 or less. Furthermore, it is particularly preferable that the dopant concentration of the rod-shaped raw material is equal to the initial melt concentration, and the dissolution ratio α of the rod-shaped raw material is 1.

一方、ロッド状原料をノンドープの原料とし、ロッド状原料の溶解比率αを(1−k)/10から1−kの間とすることもできる。   On the other hand, the rod-shaped raw material may be a non-doped raw material, and the dissolution ratio α of the rod-shaped raw material may be between (1-k) / 10 and 1-k.

ロッド状原料は1本だけでなく複数本の場合もあるので、溶解比率αにおけるロッド状原料をメルトに溶解した質量とは、全てのロッド状原料の溶解質量を合わせたものである。また、溶解比率αにおける一定時間とは、ロッド状原料を連続的に投入する場合には非常に短くても良く、基本的にはその瞬間である。一方で断続的に挿入していく場合には少なくとも挿入間隔よりは長い時間のことである。瞬間的にはαは0の場合もあるし、1を超える場合もありえる。特に投入回数の少ない場合には結晶育成の開始から終了までを取る必要がある場合も考えられる。   Since there may be not only one rod-shaped raw material but also a plurality of rod-shaped raw materials, the mass of the rod-shaped raw material dissolved in the melt at the dissolution ratio α is the sum of the dissolved masses of all rod-shaped raw materials. In addition, the fixed time at the dissolution ratio α may be very short when the rod-shaped raw material is continuously added, and is basically the moment. On the other hand, when inserting intermittently, it is a time longer than at least the insertion interval. Momentarily, α may be 0 or may exceed 1. In particular, when the number of times of charging is small, it may be necessary to take from the start to the end of crystal growth.

またここで溶解比率を(1−k)/10≦α≦1とする理由を説明する。なお、以下では、ロッド状原料の導電型を初期メルトの導電型と同じとし、ロッド状原料のドーパント濃度を初期メルト濃度と同等程度とした場合、ロッド状原料の溶解比率αを1程度とすることが好ましい理由及びロッド状原料をノンドープの原料とした場合、ロッド状原料の溶解比率αを(1−k)/10から1−kの間とすることが好ましい理由についても合わせて説明する。   Here, the reason why the dissolution ratio is (1-k) / 10 ≦ α ≦ 1 will be described. In the following description, when the conductivity type of the rod-shaped raw material is the same as the conductivity type of the initial melt and the dopant concentration of the rod-shaped raw material is about the same as the initial melt concentration, the dissolution ratio α of the rod-shaped raw material is about 1. The reason why it is preferable and when the rod-shaped raw material is a non-doped raw material will be described together with the reason why the dissolution ratio α of the rod-shaped raw material is preferably between (1-k) / 10 and 1-k.

原料を結晶成長中に連続的に投入していく連続チャージ法におけるメリットのひとつは先に述べた抵抗率の均一化であるが、もうひとつは熱環境の均一化である。結晶化した質量と同量の原料を溶解させる、つまりα=1であると、メルト量が一定でありメルト表面の高さも一定である、すなわち、通常のCZ法の様に結晶成長に伴いメルト表面の高さ位置が低下しない。従って、ルツボを上昇させることでメルト表面をほぼ一定の高さに保つ必要がない。このため結晶長さ方向に対してルツボ位置やヒータ発熱状態を同じ状態で保つことが可能である。従って均一な品質の結晶を得やすくなる。この場合α=1であることが最も好ましい。   One of the merits of the continuous charge method in which raw materials are continuously added during crystal growth is the above-described uniform resistance, and the other is the uniform thermal environment. When the raw material of the same amount as the crystallized mass is dissolved, that is, α = 1, the melt amount is constant and the height of the melt surface is constant, that is, the melt accompanies crystal growth as in the normal CZ method. The height position of the surface does not decrease. Therefore, it is not necessary to keep the melt surface at a substantially constant height by raising the crucible. For this reason, it is possible to keep the crucible position and the heater heat generation state in the same state with respect to the crystal length direction. Therefore, it becomes easy to obtain crystals of uniform quality. In this case, it is most preferable that α = 1.

このとき、結晶育成開始前までに溶融した原料と投入したドーパント(主ドーパント)量から決まる初期メルト中のドーパント濃度と、同じ導電型で同濃度のロッド状原料を溶解することで、結晶中の抵抗率を一定に保つことができる。もちろん同濃度のロッド状原料を溶解するということは、低濃度原料と高濃度原料など複数の原料を同時に溶解して、その平均値が初期メルト濃度と同等であるようにしてもよい。   At this time, by dissolving the rod-shaped raw material having the same conductivity type and the same concentration as the dopant concentration in the initial melt determined from the raw material melted before the start of crystal growth and the amount of added dopant (main dopant), The resistivity can be kept constant. Of course, dissolving the rod-shaped raw material with the same concentration may mean simultaneously dissolving a plurality of raw materials such as a low-concentration raw material and a high-concentration raw material so that the average value is equal to the initial melt concentration.

以上が最も好ましい製法であるが、本発明はロッド状原料を育成中の結晶の横で溶解するため、溶解比率α=1で溶解するためには多くのロッド状原料を同時に溶解することになり、難しい場合がある。そこで次に好ましいのは、ドーパントの含まれていないノンドープのロッド状原料を溶解比率α=(1−k)で投入することである。これにより、最も重要な目的である結晶長さ方向の抵抗率を一定に保つことができる。   Although the above is the most preferable production method, since the present invention dissolves the rod-shaped raw material beside the growing crystal, in order to dissolve at a dissolution ratio α = 1, many rod-shaped raw materials are dissolved simultaneously. It can be difficult. Therefore, it is preferable to add a non-doped rod-shaped raw material containing no dopant at a dissolution ratio α = (1−k). Thereby, the resistivity in the crystal length direction, which is the most important purpose, can be kept constant.

ただこの場合α=1ではなく、メルト量は減少するので、メルト表面高さをある程度一定に保つため、ルツボを上昇させる必要がある。従って熱環境を一定に保つことはできないが、全く投入しない通常のCZ法の場合に比較すれば均一化される方向である。もちろん全くドーパントの含まれていないロッド状原料でなく、初期メルトに投入したものと同じ導電型のドーパントが入っていればそれに応じて、αを(1−k)より大きく1までの間で調整することによって、長さ方向の抵抗率を一定に保つことができる。なおこのときルツボの上昇速度はメルト面高さがほぼ一定高さに保たれるようにαの値に応じて制御されることが好ましい。   However, in this case, α is not 1, and the amount of melt decreases. Therefore, it is necessary to raise the crucible in order to keep the melt surface height constant. Therefore, although the thermal environment cannot be kept constant, it is in a direction in which it is made uniform as compared with the case of a normal CZ method in which no heat is input. Of course, if it is not a rod-shaped raw material containing no dopant at all, but a dopant having the same conductivity type as that added to the initial melt, α is adjusted to be larger than (1-k) to 1 By doing so, the resistivity in the length direction can be kept constant. At this time, it is preferable that the ascending speed of the crucible is controlled according to the value of α so that the melt surface height is maintained at a substantially constant height.

更には長さ方向に抵抗率が一定でなくとも、抵抗率の低下をある程度抑えるだけでも、製品部分の長さを長くでき、歩留まりを大幅に向上させることができる。特にドーパントの偏析係数が小さく抵抗率の低下が激しいN型結晶では、製品部分に対する、製品部分に至るまでに作製する拡径部(コーン部)や製品部分の後に形成する縮径部(丸め部)などの非製品部分の割合が高いので、製品部分を数十%長くしただけでも効果が大きい。この様な効果を享受できるにはα≧(1−k)/10であることが好ましい。   Furthermore, even if the resistivity is not constant in the length direction, the length of the product portion can be increased and the yield can be greatly improved by suppressing the decrease in resistivity to some extent. In particular, in N-type crystals where the segregation coefficient of the dopant is small and the resistivity is drastically reduced, a diameter-enlarged portion (cone portion) produced before reaching the product portion and a diameter-reduced portion (rounded portion) formed after the product portion. ) And other non-product parts are high, so even if the product part is made several tens of percent longer, the effect is great. In order to enjoy such an effect, it is preferable that α ≧ (1-k) / 10.

以上の観点から、ロッド状原料の溶解比率αを(1−k)/10から1の間とすることが好ましい。またここではロッド状原料中のドーパントを初期に投入した主ドーパントと同じ導電型で、ノンドープから初期メルト濃度と同等濃度程度までを想定した。しかし、これに限るものではなく、ロッド状原料中のドーパント濃度がこれより高い場合でも、導電型の異なる副ドーパントを含んだ場合にも応用することができる。さらにはメルト中に固化層を形成した場合にも応用できる。もちろんこの場合、最適範囲が溶解比率(1−k)/10≦α≦1からはみ出す場合も考えられる。従ってより正確には、投入されるロッド状原料の平均濃度やメルト中に形成された固化層の状況に応じてαの最適値を決めることが重要であるが、おおよそ(1−k)/10≦α≦1であれば良い。   From the above viewpoint, it is preferable that the dissolution ratio α of the rod-shaped raw material is between (1−k) / 10 and 1. Here, the same conductivity type as the main dopant initially introduced with the dopant in the rod-shaped raw material was assumed, from non-doping to a concentration equivalent to the initial melt concentration. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied even when the dopant concentration in the rod-shaped raw material is higher than this, or when sub-dopants having different conductivity types are included. Furthermore, it can be applied to the case where a solidified layer is formed in the melt. Of course, in this case, it may be considered that the optimum range protrudes from the dissolution ratio (1-k) / 10 ≦ α ≦ 1. Therefore, more accurately, it is important to determine the optimum value of α according to the average concentration of the rod-shaped raw material to be charged and the state of the solidified layer formed in the melt, but it is approximately (1-k) / 10. It is sufficient if ≦ α ≦ 1.

本発明において育成中の結晶の成長速度は特に限定されないが、育成中の結晶の成長速度V(mm/min)を、0.01≦V≦15000/D+0.45とすることが好ましい。ここでDは育成中の結晶直径(単位:mm)である。 In the present invention, the growth rate of the crystal being grown is not particularly limited, but the growth rate V (mm / min) of the crystal being grown is preferably 0.01 ≦ V ≦ 15000 / D 2 +0.45. Here, D is the crystal diameter (unit: mm) during growth.

連続チャージに関する多くの特許文献が挙げられるような15−30年前に、今回開示したロッド状原料の連続チャージが行われなかったのは、当時の結晶成長速度が原因のひとつと考えられる。当時は現在のようにデバイス技術や品質評価技術や進んでいなかったため、シリコン単結晶の品質は現在ほど重視されておらず、生産性や歩留まりが重視されていた。このため結晶の成長速度は一般的に速かった。成長速度を高速化するには、結晶を冷却する必要があり、ヒータパワーを低めにして結晶を育成する。このためルツボ内のメルト温度が低めになり、今回開示したようなロッド状原料を結晶の横に挿入すれば、固化が発生し、単結晶化が困難であった可能性がある。   The reason why the continuous charging of the rod-shaped raw material disclosed this time was not performed 15-30 years ago, in which many patent documents related to continuous charging can be cited, is considered to be one of the causes. At that time, device technology and quality evaluation technology were not as advanced as they are now, so the quality of silicon single crystals was not as important as it is now, and productivity and yield were emphasized. For this reason, the crystal growth rate was generally high. In order to increase the growth rate, it is necessary to cool the crystal, and the crystal is grown with a lower heater power. For this reason, the melt temperature in the crucible becomes lower, and if a rod-shaped raw material as disclosed herein is inserted beside the crystal, solidification occurs and it may be difficult to make a single crystal.

しかしデバイス・評価技術の進化と共にGrown−in欠陥の低減が要求され、これに伴い結晶の成長速度は低速化してきた。これによりヒータパワーは高めになり、ルツボ内のメルト温度は高めになった。これによりロッド状原料を結晶の横に挿入しても、固化が発生せず、単結晶が得られるようになった、という側面もある。   However, along with the advancement of devices and evaluation techniques, reduction of Grown-in defects is required, and accordingly, the crystal growth rate has been reduced. This increased the heater power and the melt temperature in the crucible. As a result, even when the rod-shaped raw material is inserted beside the crystal, solidification does not occur, and a single crystal can be obtained.

以上より、本発明はGrown−in欠陥の低減を図っているような操業に適用するのが好ましい。その成長速度の範囲は結晶の直径に依存しており、おおよそ15000/D+0.45以下の範囲である。一方で成長速度が0.01mm/min以上であれば、生産性を維持することができる。従って本発明を適用する範囲(育成中の結晶の成長速度の範囲)は0.01≦V≦15000/D+0.45とすることが好ましい。 As described above, the present invention is preferably applied to an operation in which a Grown-in defect is reduced. The range of the growth rate depends on the diameter of the crystal, and is approximately 15000 / D 2 +0.45 or less. On the other hand, if the growth rate is 0.01 mm / min or more, productivity can be maintained. Therefore, the range to which the present invention is applied (the range of the growth rate of the growing crystal) is preferably 0.01 ≦ V ≦ 15000 / D 2 +0.45.

また、ロッド状原料は結晶育成中に挿入を開始すればよく、挿入のタイミングは特に限定されない。例えば、ロッド状原料の挿入を、育成中の結晶における製品部分の育成の開始からスリップバック長さ分育成した後に開始してもよい。   Further, the rod-shaped raw material may be inserted during crystal growth, and the insertion timing is not particularly limited. For example, the insertion of the rod-shaped raw material may be started after growing for the slipback length from the start of the growth of the product portion in the crystal being grown.

通常CZ法又はMCZ法における単結晶製造では、何らかの要因で単結晶化が阻害され、有転位化がしばしば発生する。有転位化が発生すると、有転位部で発生した転位が、すでに単結晶化しているがまだ高温の状態にある部分に滑っていくスリップバックが起こる。このため、有転位化が発生した長さからスリップバックした長さを差し引いた長さしか、単結晶を得ることができない。更に結晶のトップ部は抵抗率以外の品質、例えば酸素濃度やGrown−in欠陥特性などが、規格値に入らない部分があるので、トップ部からある程度の長さを除いた部分が製品向けに設定されている。従って、結晶が比較的短い長さで有転位化した場合には、トップ部の製品に向かない部分と、スリップバックとによって、全く製品が取れないことになる。このため、有転位化した結晶をメルト中に沈めて再溶融してしまい、再度単結晶製造をやり直すことが行われている。   Usually, in the production of a single crystal in the CZ method or the MCZ method, single crystallization is inhibited for some reason, and dislocations often occur. When dislocations are generated, dislocations generated at the dislocations are slip-backed to a portion that has already been single-crystallized but is still in a high temperature state. For this reason, a single crystal can be obtained only by the length obtained by subtracting the slip-back length from the length at which dislocations have occurred. In addition, the top part of the crystal has a quality other than resistivity, such as oxygen concentration and grown-in defect characteristics, which do not fall within the standard values, so the part excluding a certain length from the top part is set for the product. Has been. Therefore, when the crystal is dislocated with a relatively short length, the product cannot be obtained at all due to the portion not suitable for the top product and the slipback. For this reason, dislocation crystals are submerged in the melt and remelted, and single crystal production is performed again.

ドーパント濃度が初期メルト濃度より低い濃度のロッド状原料の溶解を例えば直胴部成長開始と共に開始した場合、直胴長さが比較的短い部分で有転位化し再溶融すると、それまでに溶解させたロッド状原料の分、メルト中のドーパント濃度が低くなってしまう。これにより抵抗率が狙いより高くなってしまう。そこでロッド状原料の挿入開始を育成中の結晶における製品部分の育成の開始からスリップバック長さ分育成した後としてもよい。さらには、初期メルトだけで抵抗率が規格を満たす範囲内に挿入(すなわち、抵抗率が規格より低くなる前にロッド状原料の挿入)を開始すればなお良い。この様にすることで、直胴長さが比較的短い部分で有転位化した場合も、従来通り再溶融することが可能となる。   For example, when the melting of the rod-shaped raw material having a dopant concentration lower than the initial melt concentration is started together with the start of the growth of the straight body portion, dislocation occurs in a portion where the length of the straight body is relatively short, and then remelted, it has been dissolved until then. The dopant concentration in the melt is lowered by the amount of the rod-shaped raw material. As a result, the resistivity becomes higher than intended. Therefore, the insertion of the rod-shaped raw material may be started after the growth of the slip-back length from the start of the growth of the product portion in the growing crystal. Furthermore, it is more preferable to start the insertion within the range where the resistivity satisfies the standard with only the initial melt (that is, the insertion of the rod-shaped raw material before the resistivity becomes lower than the standard). By doing in this way, even when dislocation is formed in a portion where the length of the straight body is relatively short, it can be remelted as usual.

上記のようにして結晶を育成した後、次の結晶育成前に原料(ここでいう原料はロッド状原料に限定されない)をリチャージし、再度次の結晶育成において上記本発明の結晶育成方法を用いて、次の結晶を育成する、すなわち、ロッド状原料を固体のまま育成中の結晶とルツボ壁との間のメルトに接触させ、連続的又は断続的にロッド状原料を挿入し、溶解しながら、次の結晶を育成することにより、ひとつの石英ルツボから複数の結晶を育成してもよい。   After the crystal is grown as described above, the raw material (the raw material here is not limited to the rod-shaped raw material) is recharged before the next crystal growth, and the crystal growth method of the present invention is used again in the next crystal growth. Then, the next crystal is grown, that is, the rod-shaped raw material is brought into contact with the melt between the growing crystal and the crucible wall while being solid, and the rod-shaped raw material is continuously or intermittently inserted and dissolved. A plurality of crystals may be grown from one quartz crucible by growing the next crystal.

前述したように溶解比率α=1の場合、メルト量は減少しないので、1本の結晶を育成した後、原料をリチャージすることなく次の結晶を育成し始めることができる。しかし本発明には、ロッド状原料をα=1の溶解比率より小さい比率で溶解させることも含まれている。この場合には、1本の結晶を育成し終わった後に、メルト量は初期に比較して減っている。この場合に、リチャージにより原料及び必要なドーパントを投入し溶融して、次の結晶引上げに備えることができる。これにより次の結晶育成においても、ロッド状原料を挿入させながら、育成することができる。もちろん溶解比率αや狙い抵抗率などは、各々の結晶で変えることが可能である。この様なことを繰り返すことにより、ひとつの石英ルツボから複数の結晶を育成するマルチプーリングをすることが可能である。   As described above, when the dissolution ratio α = 1, the amount of melt does not decrease. Therefore, after growing one crystal, it is possible to start growing the next crystal without recharging the raw material. However, the present invention includes dissolving the rod-shaped raw material at a ratio smaller than the dissolution ratio of α = 1. In this case, after the growth of one crystal, the melt amount is reduced compared to the initial stage. In this case, the raw material and the necessary dopant can be added and melted by recharging to prepare for the next crystal pulling. Thereby, it can be grown while inserting the rod-shaped raw material in the next crystal growth. Of course, the dissolution ratio α and the target resistivity can be changed for each crystal. By repeating such a process, it is possible to perform multi-pooling for growing a plurality of crystals from one quartz crucible.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to this Example.

(実施例1)
概略図を図2に示した結晶育成装置を用いて、N型で、抵抗率50Ωcm±7%、直径206mmの結晶を育成した。原料の初期チャージ量を200kgとし、直胴長さ100cmの結晶を中心磁場強度が4000Gの水平磁場を印加して育成した。平均の単結晶成長速度はおおよそ0.7mm/minであった。結晶トップ部は抵抗率以外の品質が入らない場合があるので、直胴10cmで規格上限の53.5Ωcmなるように狙って、P(リン)を初期ドープした。
Example 1
An N-type crystal having a resistivity of 50 Ωcm ± 7% and a diameter of 206 mm was grown using the crystal growth apparatus whose schematic diagram is shown in FIG. The initial charge amount of the raw material was 200 kg, and a crystal having a straight body length of 100 cm was grown by applying a horizontal magnetic field having a central magnetic field strength of 4000 G. The average single crystal growth rate was approximately 0.7 mm / min. Since the crystal top portion may not have quality other than resistivity, P (phosphorus) was initially doped with the aim of a straight body of 10 cm and an upper limit of 53.5 Ωcm.

また4cm角柱形状のロッド状原料を4本、挿入機に装着して、直胴育成中に挿入した。ロッド状原料はドーパントをほとんどドープしていない抵抗率が3000Ωcm以上の高抵抗率の単結晶から切り出して作製した。もちろん、ロッド状原料を切り出す結晶は単結晶である必要は無く、多結晶シリコンを用いることも可能である。   Further, four 4 cm prismatic rod-shaped raw materials were mounted on an insertion machine and inserted during straight body growth. The rod-shaped raw material was produced by cutting out from a single crystal having a high resistivity of 3000 Ωcm or more, which is hardly doped with a dopant. Of course, the crystal from which the rod-shaped raw material is cut does not have to be a single crystal, and polycrystalline silicon can also be used.

ロッド状原料の挿入速度は単結晶成長速度に同期させて制御し、単結晶成長速度の1.5倍とした。これによる溶解比率α(=原料溶解質量/結晶化質量)は約0.288である。ロッド状原料の挿入は直胴の成長開始と同時に開始した。また途中で挿入機についているゲートバルブを閉じて、ロッド状原料を追加しながら結晶を育成した。これにより得られた結晶の中心部における抵抗率を図3に示す。   The insertion speed of the rod-shaped raw material was controlled in synchronization with the single crystal growth speed, and was 1.5 times the single crystal growth speed. The dissolution ratio α (= raw material dissolution mass / crystallization mass) is about 0.288. Insertion of the rod-shaped raw material started at the same time as the growth of the straight body. In addition, the gate valve attached to the insertion machine was closed on the way, and the crystal was grown while adding the rod-shaped raw material. The resistivity at the center of the crystal thus obtained is shown in FIG.

(実施例2)
実施例1で結晶を育成した後、リチャージにより原料を追加しルツボ内の原料を200kgとして、2本目の結晶育成を中心磁場強度が4000Gの水平磁場を印加して行った。狙いの抵抗率は実施例1と同じ、N型、50Ωcm±7%である。今回は育成中の結晶における製品部分の育成の開始からスリップバック長さ育成した後に、具体的には製品開始長さ(10cm)+スリップバック長さ(約20cm)=30cmからロッド状原料を追加することとした。そこで、初期のメルト中のドーパント濃度は、製品開始長さの10cmで53.5Ωcmとなる濃度、つまり原料を追加しない場合と同じ濃度となるようにPをリチャージ時に追加ドープした。
(Example 2)
After growing the crystal in Example 1, the raw material was added by recharging, the raw material in the crucible was 200 kg, and the second crystal was grown by applying a horizontal magnetic field with a central magnetic field strength of 4000 G. The target resistivity is the same as in Example 1, N-type, 50 Ωcm ± 7%. This time, after the growth of the slip portion from the start of the growth of the product part in the crystal being grown, the rod-shaped raw material is added from the product start length (10 cm) + slip back length (about 20 cm) = 30 cm. It was decided to. Therefore, the dopant concentration in the initial melt was additionally doped at the time of recharging so that the concentration was 53.5 Ωcm at the product starting length of 10 cm, that is, the same concentration as when no raw material was added.

結晶直径、結晶長さ、成長速度、ロッド状原料形状・本数・材料はそれぞれ実施例1と同じとした。ただし、ロッド状原料の追加を製品部の途中から開始するので、抵抗率規格を満たす製品部長さが実施例1に比較して短めになってしまう。そこでロッド状原料の挿入速度は実施例1より若干速く、単結晶成長速度の1.6倍とした。これによる溶解比率α(=原料溶解質量/結晶化質量)は約0.307である。これにより得られた結晶の中心部における抵抗率を図3に示す。   The crystal diameter, crystal length, growth rate, rod-shaped raw material shape / number and material were the same as those in Example 1. However, since the addition of the rod-shaped raw material is started in the middle of the product portion, the product portion length that satisfies the resistivity standard is shorter than that in the first embodiment. Therefore, the insertion speed of the rod-shaped raw material was slightly higher than that of Example 1 and was 1.6 times the single crystal growth speed. The dissolution ratio α (= raw material dissolution mass / crystallization mass) is about 0.307. The resistivity at the center of the crystal thus obtained is shown in FIG.

(比較例)
ロッド状原料を挿入しないことを除いては実施例2と同じ条件で、結晶引上げを行った。これにより得られた結晶の中心部における抵抗率を図3に示した。
(Comparative example)
Crystal pulling was performed under the same conditions as in Example 2 except that the rod-shaped raw material was not inserted. The resistivity at the center of the crystal thus obtained is shown in FIG.

図3は実施例1,2及び比較例で育成した結晶の軸方向抵抗率分布を評価した結果を示す図である。図3において、縦軸は抵抗率(Ωcm)、横軸は結晶長さ(cm)である。図3に示すように、実施例1では得られた結晶の中心部における抵抗率は、直胴10cmから直胴約97cmまで狙い規格内に入った。また、実施例2では得られた結晶の中心部における抵抗率は図3に示す通りであり、直胴10cmから直胴約80cmまで狙い規格内に入った。一方、図3に示すように、ロッド状原料を挿入しなかった比較例では直胴の10cmから約50cmまでが狙い規格内に入った。しかしこの長さは実施例1、2に比較して大幅に短いものであった。   FIG. 3 is a diagram showing the results of evaluating the axial resistivity distribution of the crystals grown in Examples 1 and 2 and the comparative example. In FIG. 3, the vertical axis represents resistivity (Ωcm), and the horizontal axis represents crystal length (cm). As shown in FIG. 3, the resistivity at the center of the crystal obtained in Example 1 was within the target specification from a straight cylinder of 10 cm to a straight cylinder of about 97 cm. Further, in Example 2, the resistivity at the center of the obtained crystal is as shown in FIG. 3, and it was within the target specification from the straight cylinder of 10 cm to the straight cylinder of about 80 cm. On the other hand, as shown in FIG. 3, in the comparative example in which the rod-shaped raw material was not inserted, the straight body from 10 cm to about 50 cm was within the target standard. However, this length was significantly shorter than in Examples 1 and 2.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

1…メインチャンバー、 2…引上げチャンバー、 3…結晶棒、
4…メルト(原料融液)、 5…石英ルツボ、 6…黒鉛ルツボ、
7…加熱ヒータ(メインヒータ)、 8…断熱部材、 9…ガス流出口、
10…ガス導入口、 11…トップチャンバー、 12…ガスパージ筒、
13…遮熱部材、 14…挿入機、 15…ロッド状原料、
100…結晶育成装置(引上げ炉)。
1 ... main chamber, 2 ... pulling chamber, 3 ... crystal rod,
4 ... Melt (raw material melt), 5 ... Quartz crucible, 6 ... Graphite crucible,
7 ... Heating heater (main heater), 8 ... Heat insulation member, 9 ... Gas outlet,
10 ... Gas inlet, 11 ... Top chamber, 12 ... Gas purge cylinder,
13 ... Heat shield member, 14 ... Inserting machine, 15 ... Rod-shaped raw material,
100: Crystal growth apparatus (pulling furnace).

Claims (10)

CZ法において、結晶育成中のルツボ内のメルトに原料を供給しながら結晶を育成する方法であって、前記原料としてロッド状原料を用い、該ロッド状原料を固体のまま育成中の結晶とルツボ壁との間のメルトに接触させ、連続的又は断続的に前記ロッド状原料を挿入し、溶解しながら、前記結晶を育成し、かつ
前記メルトを前記ルツボの周りに配したヒータを用いて加熱し、前記ヒータの発熱部の上端を前記メルトの表面である湯面より上にして前記ロッド状原料に前記ヒータからの輻射熱を与え、さらに、
前記ロッド状原料をノンドープの原料とし、前記ロッド状原料の溶解比率αを(1−k)/10から1−kの間(ここでαは一定時間内においてメルトから結晶化した質量に対する、ロッド状原料をメルトに溶解した質量であり、kは抵抗率制御のためにメルトに投入されているドーパントの偏析係数である。)とすることを特徴とする結晶育成方法。
In the CZ method, a crystal is grown while supplying a raw material to a melt in a crucible during crystal growth, wherein a rod-shaped raw material is used as the raw material, and the rod-shaped raw material is grown as a solid and a crucible. The rod-shaped raw material is continuously or intermittently inserted into and melted between the walls, and the crystal is grown while being melted, and the melt is heated using a heater arranged around the crucible. And, the upper end of the heat generating part of the heater is above the molten metal surface that is the surface of the melt to give radiant heat from the heater to the rod-shaped raw material ,
The rod-shaped raw material is a non-doped raw material, and the dissolution ratio α of the rod-shaped raw material is between (1-k) / 10 and 1-k (where α is a rod relative to the mass crystallized from the melt within a certain time And a k is a segregation coefficient of a dopant introduced into the melt for resistivity control.) .
前記ロッド状原料を引上げ炉内に挿入する際、前記ロッド状原料を上下動可能な可動部を具備する挿入機を用い、前記ロッド状原料を前記可動部により前記引上げ炉内に挿入することを特徴とする請求項1に記載の結晶育成方法。   When inserting the rod-shaped raw material into the pulling furnace, using an insertion machine having a movable part capable of moving the rod-shaped raw material up and down, and inserting the rod-shaped raw material into the pulling furnace by the movable part. The crystal growth method according to claim 1, wherein the crystal growth method is characterized. 前記ロッド状原料を追加する際、該追加を、前記挿入機として更に前記引上げ炉内と炉外を隔絶することができるゲートバルブを有する挿入部を具備するものを用い、前記ゲートバルブにより前記引上げ炉内と炉外を隔絶した後に行うことを特徴とする請求項2に記載の結晶育成方法。   When the rod-shaped raw material is added, the addition is performed by using the one having an insertion portion having a gate valve capable of isolating the inside of the pulling furnace from the outside of the pulling furnace as the inserting machine. The crystal growth method according to claim 2, which is performed after isolating the inside of the furnace from the outside of the furnace. 前記ロッド状原料の断面積を育成する結晶の1/10以下、10mm以上とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の結晶育成方法。 4. The crystal growth method according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the rod-shaped raw material is 1/10 or less and 10 mm 2 or more of a crystal to be grown. 5. 前記ロッド状原料の本数を複数本とすることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の結晶育成方法。   5. The crystal growth method according to claim 1, wherein the number of the rod-shaped raw materials is plural. 前記メルトに中心磁場強度500−6000Gの磁場を印加することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の結晶育成方法。   The crystal growth method according to any one of claims 1 to 5, wherein a magnetic field having a central magnetic field strength of 500 to 6000 G is applied to the melt. 前記メルト中に固化層を形成したことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の結晶育成方法。   The crystal growing method according to claim 1, wherein a solidified layer is formed in the melt. 前記育成中の結晶の成長速度V(mm/min)を、0.01≦V≦15000/D+0.45(ここでDは育成中の結晶直径(単位:mm)である。)とすることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の結晶育成方法。 The growth rate V (mm / min) of the growing crystal is set to 0.01 ≦ V ≦ 15000 / D 2 +0.45 (where D is the diameter of the growing crystal (unit: mm)). The crystal growth method according to any one of claims 1 to 7 , wherein the crystal growth method is performed. 前記ロッド状原料の挿入を、育成中の結晶における製品部分の育成の開始からスリップバック長さ分育成した後に開始することを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の結晶育成方法。 The insertion of the rod-shaped raw material is started after growing for the slipback length from the start of the growth of the product part in the crystal being grown, The method according to any one of claims 1 to 8 , Crystal growth method. 前記結晶を育成した後、次の結晶育成前に原料をリチャージし、再度次の結晶育成において請求項1から請求項のいずれか1項に記載の結晶育成方法を用いて、次の結晶を育成することにより、ひとつの石英ルツボから複数の結晶を育成することを特徴とする結晶育成方法。 After the crystal is grown, the raw material is recharged before the next crystal growth, and the next crystal is grown again by using the crystal growth method according to any one of claims 1 to 9 in the next crystal growth. A crystal growing method characterized by growing a plurality of crystals from one quartz crucible by growing.
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