JP6593401B2 - Method for producing silicon single crystal - Google Patents

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Description

本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal.

シリコン単結晶中のCsは、デバイス工程においてCiとなり、Oiと結合してCiOi欠陥を形成する。CiOi欠陥は、デバイス不良を引き起こす原因となる。
ここで、結晶中の炭素濃度は、炉内のヒーター、黒鉛ルツボ等の高温炭素部材から原料融液中に混入するCOの汚染速度と、原料融液からのCOの蒸発速度を制御することによって低減することが知られている。なお、高温炭素部材からのCO(gas)は、下記反応式に基づいて発生する。
SiO(gas)+2C(solid)→CO(gas)+SiC(solid)
Cs in the silicon single crystal becomes Ci in the device process and combines with Oi to form a CiOi defect. The CiOi defect causes a device failure.
Here, the carbon concentration in the crystal is controlled by controlling the contamination rate of CO mixed into the raw material melt from the high-temperature carbon member such as a heater in the furnace and the graphite crucible, and the evaporation rate of CO from the raw material melt. It is known to reduce. Note that CO (gas) from the high-temperature carbon member is generated based on the following reaction formula.
SiO (gas) + 2C (solid) → CO (gas) + SiC (solid)

このため、特許文献1には、原料溶融時からシリコン単結晶の引き上げ開始時までの黒鉛ルツボの上端位置が、ヒーターの上端から上方に5mm以上、95mm以下になるように制御し、かつ、シリコン単結晶の原料溶融時から引き上げ終了時まで、輻射シールド下端と融液表面との隙間の排気流路の排気断面積が、内筒と外筒とによって形成される排気流路の断面積未満となるように制御する技術が開示されている。   Therefore, in Patent Document 1, the upper end position of the graphite crucible from the time of melting the raw material to the start of pulling of the silicon single crystal is controlled so as to be 5 mm or more and 95 mm or less upward from the upper end of the heater, and silicon From the time of melting the single crystal material to the end of pulling, the exhaust cross-sectional area of the exhaust flow path in the gap between the lower end of the radiation shield and the melt surface is less than the cross-sectional area of the exhaust flow path formed by the inner cylinder and the outer cylinder. A technique for controlling the above is disclosed.

特開2016−56026号公報JP-A-2006-56026

しかしながら、前記特許文献1に記載の技術では、黒鉛ルツボとヒーターの相対位置は、ホットゾーンに固有のものであり、最適な範囲がホットゾーン毎に異なる。このため、結晶中の炭素濃度を低減する最適な範囲を一義的に決定することができないという課題がある。   However, in the technique described in Patent Document 1, the relative positions of the graphite crucible and the heater are unique to the hot zone, and the optimum range differs for each hot zone. For this reason, there exists a subject that the optimal range which reduces the carbon concentration in a crystal cannot be determined uniquely.

本発明の目的は、シリコン単結晶中の炭素濃度を、確実に低減することのできるシリコン単結晶の製造方法を提供することにある。   The objective of this invention is providing the manufacturing method of the silicon single crystal which can reduce the carbon concentration in a silicon single crystal reliably.

本発明者らは、シリコン単結晶中の炭素濃度に影響を与える可能性のある制御因子を複数設定し、これらについて実験計画法に基づいて要因分析を行った。この結果、本発明者らは、シリコン融液面と、シリコン融液面上に配置される遮蔽板との距離を制御することにより、確実にシリコン単結晶中の炭素濃度を低減できることを知見した。   The inventors set a plurality of control factors that may affect the carbon concentration in the silicon single crystal, and conducted a factor analysis on these based on the experimental design method. As a result, the present inventors have found that the carbon concentration in the silicon single crystal can be reliably reduced by controlling the distance between the silicon melt surface and the shielding plate disposed on the silicon melt surface. .

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコン原料が投入される石英ルツボと、前記石英ルツボ中のシリコン単結晶を溶融するヒーターと、前記石英ルツボの上部に配置され
る熱遮蔽体とを備えた引き上げ装置を用い、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン原料の溶融時に、前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との距離を、86mm以上、132mm以下に維持した状態で前記シリコン原料の溶融を行うことを特徴とする
本発明では、前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との距離
を、100mm以上、125mm以下に維持するのが好ましい。
The method for producing a silicon single crystal according to the present invention includes a quartz crucible into which a silicon raw material is charged, a heater for melting the silicon single crystal in the quartz crucible, and a heat shield disposed above the quartz crucible. A silicon single crystal manufacturing method for manufacturing a silicon single crystal by the Czochralski method using the pulled-up device, wherein the silicon raw material in the quartz crucible is melted and the heat shielding is performed when the silicon raw material is melted. The silicon raw material is melted in a state where the distance from the lower end of the body is maintained at 86 mm or more and 132 mm or less .
In the present invention, it is preferable to maintain the distance between the surface of the silicon melt in the quartz crucible and the lower end of the thermal shield at 100 mm or more and 125 mm or less.

この発明によれば、シリコン原料の溶融工程において、シリコン融液の液面および熱遮蔽体との距離を前記の範囲に維持する。これにより、融液表面に存在するCO(gas)を効率的に排除することができるので、引き上げられたシリコン単結晶の炭素濃度を確実に低減することができる。   According to this invention, in the melting process of the silicon raw material, the distance between the surface of the silicon melt and the heat shield is maintained in the above range. As a result, CO (gas) existing on the melt surface can be efficiently eliminated, so that the carbon concentration of the pulled silicon single crystal can be reliably reduced.

本発明では、前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との距離は、前記石英ルツボのルツボ高さと、前記石英ルツボの上端および前記ヒーターの上端位置との距離と、前記石英ルツボ内のシリコン融液の液面および前記熱遮蔽体の下端との距離と、前記石英ルツボ内に供給されるアルゴンガスの流量とを制御因子として、実験計画法により求められるのが好ましい。
この発明によれば、CO(gas)のシリコン融液への混入を低減することのできる複数の制御因子の中から、最も効果の高い制御因子を、少ない数の実験数で見出すことができるため、効率的に制御すべき制御因子を取得することができる。
In the present invention, the distance between the liquid level of the silicon melt in the quartz crucible and the lower end of the thermal shield is the distance between the crucible height of the quartz crucible, the upper end of the quartz crucible and the upper end position of the heater. And the distance between the liquid surface of the silicon melt in the quartz crucible and the lower end of the heat shield and the flow rate of the argon gas supplied into the quartz crucible are determined by an experimental design method. Is preferred.
According to the present invention, the most effective control factor can be found with a small number of experiments from among a plurality of control factors that can reduce the mixing of CO (gas) into the silicon melt. The control factor that should be controlled efficiently can be acquired.

本発明では、シリコン原料の溶融は、シリコン原料を前記石英ルツボ中に投入して溶融させた後、シリコン溶融液面に、吊り下げられたロッド状のシリコン原料を順次着液させて行うのが好ましい。
この発明によれば、前述したシリコン融液の液面と熱遮蔽体の下端との距離を維持した状態で、投入可能な少量のシリコン原料を溶融させ、その後、ロッド状のシリコン原料を吊り下げた状態で着液させて溶融させる。したがって、シリコン原料の溶融中、シリコン融液の液面と、熱遮蔽体の下端との距離を維持した状態でロッド状のシリコン原料を投入することができる。
In the present invention, the melting of the silicon raw material is performed by putting the silicon raw material into the quartz crucible and melting it, and then sequentially suspending the suspended rod-shaped silicon raw material on the silicon melt surface. preferable.
According to the present invention, a small amount of silicon raw material that can be charged is melted while maintaining the distance between the liquid surface of the silicon melt and the lower end of the heat shield, and then the rod-shaped silicon raw material is suspended. In the wet state, let it melt and melt. Therefore, during the melting of the silicon raw material, the rod-shaped silicon raw material can be charged while maintaining the distance between the surface of the silicon melt and the lower end of the heat shield.

本発明の実施形態に係るシリコン単結晶の引き上げ装置の構造を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the pulling apparatus of the silicon single crystal which concerns on embodiment of this invention. 前記実施形態における実験計画法の制御因子を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the control factor of the experiment design method in the said embodiment. 前記実施形態における制御因子とシリコン単結晶中の炭素濃度の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the carbon concentration in the control factor and silicon single crystal in the said embodiment. 前記実施形態におけるシリコン融液の液面および熱遮蔽体の下端の距離とシリコン融液中の炭素濃度の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the liquid level of the silicon melt in the said embodiment, the distance of the lower end of a heat shield, and the carbon concentration in a silicon melt. 前記実施形態におけるシリコン融液の液面および熱遮蔽体の下端の距離が大きい場合のガス流れの状態を表す模式図。The schematic diagram showing the state of the gas flow in case the distance of the liquid level of the silicon melt in the said embodiment and the lower end of a heat shield is large. 前記実施形態におけるシリコン融液の液面および熱遮蔽体の下端の距離が小さい場合のガス流れの状態を表す模式図。The schematic diagram showing the state of the gas flow in case the distance of the liquid level of the silicon melt in the said embodiment and the lower end of a heat shield is small. 前記実施形態におけるシリコン融液の液面および熱遮蔽体の下端の距離が適切な場合のガス流れの状態を表す模式図。The schematic diagram showing the state of the gas flow in case the distance of the liquid level of the silicon melt in the said embodiment and the lower end of a heat shield is appropriate. 前記実施形態におけるロッド状のシリコン原料の吊り下げ治具の構造を示す側面図。The side view which shows the structure of the hanging jig | tool of the rod-shaped silicon raw material in the said embodiment. 前記実施形態におけるロッド状のシリコン原料を吊り下げた状態でシリコン融液に着液させることを説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating making a silicon melt melt in the state which suspended the rod-shaped silicon raw material in the said embodiment.

[1]シリコン単結晶の引き上げ装置1の構造
図1には、本発明の実施形態に係るシリコン単結晶の製造方法を適用できるシリコン単結晶の引き上げ装置1の構造の一例を表す模式図が示されている。引き上げ装置1は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶10を引き上げる装置であり、外郭を構成するチャンバ2と、チャンバ2の中心部に配置されるルツボ3とを備える。
ルツボ3は、内側の石英ルツボ3Aと、外側の黒鉛ルツボ3Bとから構成される二重構造であり、回転および昇降が可能な支持軸4の上端部に固定されている。
[1] Structure of Silicon Single Crystal Pulling Device 1 FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the structure of a silicon single crystal pulling device 1 to which the silicon single crystal manufacturing method according to the embodiment of the present invention can be applied. Has been. The pulling device 1 is a device that pulls up the silicon single crystal 10 by the Czochralski method, and includes a chamber 2 that constitutes an outline and a crucible 3 that is disposed at the center of the chamber 2.
The crucible 3 has a double structure composed of an inner quartz crucible 3A and an outer graphite crucible 3B, and is fixed to the upper end of a support shaft 4 that can rotate and move up and down.

ルツボ3の外側には、ルツボ3を囲む抵抗加熱式のヒーター5が設けられ、その外側には、チャンバ2の内面に沿って断熱材6が設けられている。
ルツボ3の上方には、支持軸4と同軸上で逆方向または同一方向に所定の速度で回転するワイヤなどの引き上げ軸7が設けられている。この引き上げ軸7の下端には種結晶8が取り付けられている。
A resistance heating heater 5 surrounding the crucible 3 is provided outside the crucible 3, and a heat insulating material 6 is provided along the inner surface of the chamber 2 outside the crucible 3.
Above the crucible 3, a lifting shaft 7 such as a wire that rotates coaxially with the support shaft 4 in the reverse direction or in the same direction at a predetermined speed is provided. A seed crystal 8 is attached to the lower end of the pulling shaft 7.

チャンバ2内には、筒状の熱遮蔽体12が配置されている。
熱遮蔽体12は、育成中のシリコン単結晶10に対して、ルツボ3内のシリコン融液9やヒーター5やルツボ3の側壁からの高温の輻射熱を遮断するとともに、結晶成長界面である固液界面の近傍に対しては、外部への熱の拡散を抑制し、単結晶中心部および単結晶外周部の引き上げ軸方向の温度勾配を制御する役割を担う。
また、熱遮蔽体12は、シリコン融液9からの蒸発部を炉上方から導入した不活性ガスにより、炉外に排気する整流筒としての機能もある。
A cylindrical heat shield 12 is disposed in the chamber 2.
The heat shield 12 shields high temperature radiant heat from the silicon melt 9 in the crucible 3, the heater 5, and the side wall of the crucible 3 from the growing silicon single crystal 10, and at the same time, a solid liquid that is a crystal growth interface. For the vicinity of the interface, it plays the role of suppressing the diffusion of heat to the outside and controlling the temperature gradient in the pulling axis direction of the single crystal central part and the single crystal outer peripheral part.
The heat shield 12 also has a function as a rectifying cylinder that exhausts the evaporation portion from the silicon melt 9 to the outside of the furnace with an inert gas introduced from above the furnace.

チャンバ2の上部には、アルゴンガス(以下、Arガスと称す)などの不活性ガスをチャンバ2内に導入するガス導入口13が設けられている。チャンバ2の下部には、図示しない真空ポンプの駆動によりチャンバ2内の気体を吸引して排出する排気口14が設けられている。
ガス導入口13からチャンバ2内に導入された不活性ガスは、育成中のシリコン単結晶10と熱遮蔽体12との間を下降し、熱遮蔽体12の下端とシリコン融液9の液面との隙間を経た後、熱遮蔽体12の外側、さらにルツボ3の外側に向けて流れ、その後にルツボ3の外側を下降し、排気口14から排出される。
A gas inlet 13 for introducing an inert gas such as argon gas (hereinafter referred to as Ar gas) into the chamber 2 is provided at the top of the chamber 2. In the lower part of the chamber 2, there is provided an exhaust port 14 through which a gas in the chamber 2 is sucked and discharged by driving a vacuum pump (not shown).
The inert gas introduced into the chamber 2 from the gas inlet 13 descends between the growing silicon single crystal 10 and the heat shield 12, and the lower end of the heat shield 12 and the liquid surface of the silicon melt 9. After passing through the gap, the air flows toward the outside of the heat shield 12 and further toward the outside of the crucible 3, and then descends outside the crucible 3 and is discharged from the exhaust port 14.

このような引き上げ装置1を用いてシリコン単結晶10を製造する際、チャンバ2内を減圧下の不活性ガス雰囲気に維持した状態で、ルツボ3に充填した多結晶シリコンなどの固形原料をヒーター5の加熱により溶融させ、シリコン融液9を形成する。ルツボ3内にシリコン融液9が形成されると、引き上げ軸7を下降させて種結晶8をシリコン融液9に浸漬し、ルツボ3および引き上げ軸7を所定の方向に回転させながら、引き上げ軸7を徐々に引き上げ、これにより種結晶8に連なったシリコン単結晶10を育成する。   When the silicon single crystal 10 is manufactured using such a pulling apparatus 1, a solid material such as polycrystalline silicon filled in the crucible 3 is heated to the heater 5 while the chamber 2 is maintained in an inert gas atmosphere under reduced pressure. The silicon melt 9 is formed by melting by heating. When the silicon melt 9 is formed in the crucible 3, the pulling shaft 7 is lowered to immerse the seed crystal 8 in the silicon melt 9, and the crucible 3 and the pulling shaft 7 are rotated in a predetermined direction while the pulling shaft 7 is gradually pulled up to grow the silicon single crystal 10 connected to the seed crystal 8.

[2]シリコン融液9の液面と、熱遮蔽体12の下端との距離Gapの特定
[2-1]実験計画法による制御因子の特定
まず、本発明者らは、図2(A)、(B)に示すように、黒鉛ルツボ3Bの上端位置に対する石英ルツボ3Aの上端位置の高さとなるルツボ高さ、黒鉛ルツボ3Bおよびヒーター5の上端位置の距離CP、石英ルツボ3A内に供給されるArガスの流量、および石英ルツボ3A内のシリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の下端の距離Gapを制御因子として、実験計画法により、どの制御因子がシリコン原料の溶融中のシリコン融液9内のカーボン濃度に影響を及ぼすかの検討を行った。各制御因子と、各制御因子の水準を表1に示す。なお、シリコン融液9の深さは自由に設定することができるようにして、CPおよびGapは独立して変化させた。また、炉内圧は、4000Pa(30Torrを換算した値)一定とした。
[2] Identification of the distance Gap between the liquid surface of the silicon melt 9 and the lower end of the heat shield 12 [2-1] Identification of the control factor by the experimental design method First, the present inventors are shown in FIG. , (B), the crucible height which is the height of the upper end position of the quartz crucible 3A relative to the upper end position of the graphite crucible 3B, the distance CP between the upper end positions of the graphite crucible 3B and the heater 5, and the quartz crucible 3A As a control factor, the flow rate of Ar gas, and the distance Gap between the surface of the silicon melt 9 in the quartz crucible 3A and the lower end of the heat shield 12, which control factor determines which silicon is being melted by the silicon raw material It was examined whether the carbon concentration in the melt 9 was affected. Table 1 shows each control factor and the level of each control factor. The depth of the silicon melt 9 can be set freely, and CP and Gap were changed independently. The furnace pressure was constant at 4000 Pa (value converted to 30 Torr).

Figure 0006593401
Figure 0006593401

実験計画法による要因分析の結果により、図3に示すように、ルツボ高さ、CP、Arガス流量については、水準を変更しても大きな変化は認められず、シリコン融液9の内部のカーボン濃度に大きな影響を与えるものではないことが確認された。
一方、石英ルツボ3A内のシリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の下端の距離Gapについては、Gap=100mm〜120mmの範囲でシリコン融液9の内部のカーボン濃度が大きく低減していることが確認された。
すなわち、シリコン融液9の内部のカーボン濃度は、石英ルツボ3A内のシリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の下端の距離Gapの影響を受けることが確認された。
As shown in FIG. 3, the results of the factor analysis by the experimental design method showed no significant changes in the crucible height, CP, and Ar gas flow rate even if the level was changed, and the carbon inside the silicon melt 9 was not changed. It was confirmed that there was no significant effect on the concentration.
On the other hand, regarding the distance Gap between the liquid surface of the silicon melt 9 in the quartz crucible 3A and the lower end of the heat shield 12, the carbon concentration inside the silicon melt 9 is greatly reduced in the range of Gap = 100 mm to 120 mm. It was confirmed.
That is, it was confirmed that the carbon concentration inside the silicon melt 9 is affected by the distance Gap between the liquid surface of the silicon melt 9 in the quartz crucible 3A and the lower end of the heat shield 12.

[2-2]シミュレーションによる最適範囲の特定
次に、本発明者らは、STR社の熱流動解析プログラムCGSimを用いて、石英ルツボ3A内のシリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の下端の距離Gapを変更し、その際の化学反応モデル、およびガス流れについて、シミュレーションを行った。結果を表2および図4に示す。
[2-2] Identification of optimal range by simulation Next, the present inventors use the thermal flow analysis program CGSim of STR, and the level of the silicon melt 9 in the quartz crucible 3A and the thermal shield 12 The distance Gap at the lower end was changed, and the chemical reaction model and the gas flow at that time were simulated. The results are shown in Table 2 and FIG.

Figure 0006593401
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表2および図4からわかるように、石英ルツボ3A内のシリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の下端の距離Gapが、86mm以上、132mm以下の範囲で、シリコン融液9の内部のカーボン濃度が、著しく低減していることが確認された。特に、100mm以上、125mm以下の範囲では、カーボン濃度の低減の効果が著しい。   As can be seen from Table 2 and FIG. 4, the distance Gap between the liquid surface of the silicon melt 9 in the quartz crucible 3A and the lower end of the heat shield 12 is in the range of 86 mm or more and 132 mm or less. It was confirmed that the carbon concentration was significantly reduced. In particular, in the range of 100 mm or more and 125 mm or less, the effect of reducing the carbon concentration is remarkable.

距離Gap=187mmにおけるガス流れを確認してみると、図5に示すようなガス流れを呈していた。シリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の下端が離れている場合、シリコン融液9上のArガスの流速が低下し、シリコン融液9上のCOガスの排出がされにくくなり、シリコン融液9内のカーボン濃度が上昇してしまう。なお、図5から図7において、線で繋がれた丸は、ガス流れを模式的に表したものである。
距離Gapを大きくすると、排気効果が弱まりシリコン融液9の上方に渦が発生する。この渦が滞留すると、渦でのCOガスが高濃度となり、拡散によりシリコン融液9へのCOガス混入量が増加する。
距離Gap=67mmにおけるガス流れを確認してみると、図6に示すようなガス流れを呈していた。シリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の下端が接近している場合、熱遮蔽体12の下端から発生するCOガスによって、シリコン融液9内のカーボン濃度が上昇してしまう。
距離Gapを小さくすると、熱遮蔽体12からシリコン融液9へのCOガス混入量が増加する。
When the gas flow at the distance Gap = 187 mm was confirmed, the gas flow as shown in FIG. 5 was exhibited. When the liquid surface of the silicon melt 9 and the lower end of the heat shield 12 are separated from each other, the flow rate of Ar gas on the silicon melt 9 is reduced, and it is difficult for the CO gas on the silicon melt 9 to be discharged. The carbon concentration in the melt 9 will increase. In FIGS. 5 to 7, circles connected by lines schematically represent the gas flow.
When the distance Gap is increased, the exhaust effect is weakened and a vortex is generated above the silicon melt 9. When this vortex stays, the CO gas in the vortex becomes high in concentration, and the amount of CO gas mixed into the silicon melt 9 increases due to diffusion.
When the gas flow at the distance Gap = 67 mm was confirmed, the gas flow as shown in FIG. 6 was exhibited. When the liquid level of the silicon melt 9 and the lower end of the heat shield 12 are close to each other, the carbon concentration in the silicon melt 9 is increased by the CO gas generated from the lower end of the heat shield 12.
When the distance Gap is reduced, the amount of CO gas mixed from the heat shield 12 into the silicon melt 9 increases.

距離Gap=122mmにおけるガス流れを確認してみると、図7に示すようなガス流れを呈していた。シリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の下端の間の距離が適切に設定されているため、シリコン融液9上のArガスの流速が低下することなく、シリコン融液9上のCOガスを適切に排出することができ、熱遮蔽体12の下端から発生するCOガスがシリコン融液9内に浸透することも少ない。   When the gas flow at the distance Gap = 122 mm was confirmed, the gas flow as shown in FIG. 7 was exhibited. Since the distance between the liquid level of the silicon melt 9 and the lower end of the heat shield 12 is set appropriately, the flow rate of Ar gas on the silicon melt 9 does not decrease, and the CO on the silicon melt 9 decreases. The gas can be appropriately discharged, and the CO gas generated from the lower end of the heat shield 12 hardly penetrates into the silicon melt 9.

[3]シリコン原料の溶融方法
以上のシミュレーション結果から、シリコン原料の溶融時には、シリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の距離Gapを86mm以上、132mm以下とするのが好ましいことがわかった。
しかしながら、一般に石英ルツボ3A内へのシリコン原料の投入は、シリコンチャンクを石英ルツボ3A内に投入して行われる。この際、熱遮蔽体12を上昇させる必要があるため、シリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の距離Gapを上記範囲に維持することができない。
[3] Silicon raw material melting method From the above simulation results, it was found that the distance Gap between the surface of the silicon melt 9 and the heat shield 12 is preferably 86 mm or more and 132 mm or less when the silicon raw material is melted. .
However, in general, the silicon raw material is introduced into the quartz crucible 3A by introducing silicon chunks into the quartz crucible 3A. At this time, since the heat shield 12 needs to be raised, the distance Gap between the liquid surface of the silicon melt 9 and the heat shield 12 cannot be maintained in the above range.

そこで、本実施形態では、まず、シリコン原料の溶融工程において、シリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の距離Gapを上記範囲に維持した状態で投入できる量のシリコン原料を投入し、これを溶融させた後、吊り下げられたロッド状のシリコン原料を、シリコン融液9の液面に着液させることによりシリコン融液9の量を増加していく。
吊り下げ治具20は、図8に示すように、ボックス金物21、ねじ切り丸棒22、吊り下げプレート23、ナット24、一対のフック25、および幅調整プレート26を備える。
Therefore, in this embodiment, first, in the silicon raw material melting step, an amount of silicon raw material that can be charged in a state where the distance Gap between the liquid surface of the silicon melt 9 and the heat shield 12 is maintained in the above range is charged. Then, the amount of the silicon melt 9 is increased by causing the suspended rod-shaped silicon raw material to adhere to the surface of the silicon melt 9.
As shown in FIG. 8, the hanging jig 20 includes a box hardware 21, a threaded round bar 22, a hanging plate 23, a nut 24, a pair of hooks 25, and a width adjusting plate 26.

ボックス金物21は、有底の箱状体から構成され、底部中央には、孔21Aが形成されている。孔21Aには、ねじ切り丸棒22が挿通されている。
ねじ切り丸棒22は、外周に雄ねじ溝が形成された棒状体から構成され、孔21Aに挿通された部分にナット22Aが螺合され、ボックス金物21の下面から下方に垂下する。
ねじ切り丸棒22の下端には、吊り下げプレート23が挿通され、さらにその下部には、ナット24が螺合している。
吊り下げプレート23には、端部に複数の孔23Aが形成されており、それぞれの孔23Aには、フック25の基端部が挿通されている。
The box metal 21 is composed of a bottomed box-like body, and a hole 21A is formed at the center of the bottom. A threaded round bar 22 is inserted through the hole 21A.
The threaded round bar 22 is composed of a rod-like body having a male thread groove formed on the outer periphery, and a nut 22A is screwed into a portion inserted through the hole 21A, and hangs downward from the lower surface of the box metal 21.
A hanging plate 23 is inserted into the lower end of the threaded round bar 22, and a nut 24 is screwed into the lower part thereof.
A plurality of holes 23 </ b> A are formed at the end portions of the hanging plate 23, and the base end portions of the hooks 25 are inserted into the respective holes 23 </ b> A.

一対のフック25のそれぞれは、上端部がボルト形状に拡径しており、吊り下げプレート23の孔23Aに挿通された状態で吊り下げプレート23に係止されている。一対のフック25の先端は、水平方向に屈曲しており、先端に形成される係止爪25Aが、互いに向かい合うように配置される。
幅調整プレート26は、一対のフック25の中間部分に挿通されている。フック25が挿通される孔26Aは、一対のフック25の向き合う方向に延びる長孔として形成されている。
Each of the pair of hooks 25 has an upper end that is enlarged in a bolt shape, and is locked to the suspension plate 23 while being inserted into the hole 23 </ b> A of the suspension plate 23. The ends of the pair of hooks 25 are bent in the horizontal direction, and the locking claws 25A formed at the ends are arranged so as to face each other.
The width adjustment plate 26 is inserted through an intermediate portion between the pair of hooks 25. The hole 26A through which the hook 25 is inserted is formed as a long hole extending in the direction in which the pair of hooks 25 face each other.

このような吊り下げ治具20は、ナット24を回転させて上方に引き上げると、吊り下げプレート23が引き上げられ、これに伴い、フック25も上方に移動する。フック25が上方に移動すると、相対的に幅調整プレート26がフック25の下方側に移動し、不一対のフック25は互いに接近して、それぞれの係止爪25Aの間隔が狭くなる。これにより、ロッド状シリコン原料Srd(図9参照)を吊り下げることが可能となる。   When such a hanging jig 20 is rotated upward by rotating the nut 24, the hanging plate 23 is pulled up, and the hook 25 is also moved upward accordingly. When the hook 25 moves upward, the width adjustment plate 26 relatively moves to the lower side of the hook 25, the non-paired hooks 25 approach each other, and the interval between the respective locking claws 25A becomes narrow. Thereby, it becomes possible to suspend the rod-shaped silicon raw material Srd (see FIG. 9).

シリコン溶融時におけるシリコン原料は、まず、熱遮蔽体12の引き上げ用の開口から少量のチャンクのシリコンを投入できる量だけ投入し、シリコン原料の溶融を開始する。
シリコン原料が溶融したら、図9に示すように、ロッド状シリコン原料Srdを吊り下げ治具20で挟み込み、吊り下げた状態で、熱遮蔽体12のシリコン単結晶10の引き上げ用開口から下方に移動させ、シリコン融液9の液面に着液させる。そして、この操作を、順次繰り返し、引き上げに必要なシリコン融液9の量を溶融させる。
The silicon raw material at the time of melting the silicon is first charged in an amount that allows a small amount of chunk of silicon to be charged from the opening for pulling up the thermal shield 12, and the melting of the silicon raw material is started.
When the silicon raw material is melted, as shown in FIG. 9, the rod-shaped silicon raw material Srd is sandwiched by the hanging jig 20 and moved downward from the opening for pulling up the silicon single crystal 10 of the thermal shield 12 in the suspended state. The liquid is then deposited on the surface of the silicon melt 9. Then, this operation is sequentially repeated to melt the amount of the silicon melt 9 necessary for pulling up.

この際、シリコン融液9の液面および熱遮蔽体12の下端の距離Gapは、86mm以上、132mm以下を維持する。なお、シリコン融液9の液面位置を計測する方法としては、たとえば、特許第4784401号公報に開示された融液の液面監視装置を用いて計測する方法を採用することができる。
これにより、シリコン融液9中にCOガスが混入しにくい状態でシリコン原料の溶融を行うことができるため、引き上げられたシリコン単結晶10の内部の炭素濃度を低減することができる。
At this time, the distance Gap between the liquid surface of the silicon melt 9 and the lower end of the heat shield 12 is maintained at 86 mm or more and 132 mm or less. In addition, as a method of measuring the liquid level position of the silicon melt 9, for example, a method of measuring using a melt liquid level monitoring device disclosed in Japanese Patent No. 4784401 can be employed.
Thereby, since the silicon raw material can be melted in a state in which the CO gas is hardly mixed into the silicon melt 9, the carbon concentration inside the pulled silicon single crystal 10 can be reduced.

1…引き上げ装置、2…チャンバ、3…ルツボ、3A…石英ルツボ、3B…黒鉛ルツボ、4…支持軸、5…ヒーター、6…断熱材、7…引き上げ軸、8…種結晶、9…シリコン融液、10…シリコン単結晶、12…熱遮蔽体、13…ガス導入口、14…排気口、20…吊り下げ治具、21…ボックス金物、21A…孔、22…ねじ切り丸棒、22A…ナット、23…吊り下げプレート、23A…孔、24…ナット、25…フック、25A…係止爪、26…幅調整プレート、26A…孔、CP…距離、Gap…距離、Srd…ロッド状シリコン原料。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lifting device, 2 ... Chamber, 3 ... Crucible crucible, 3A ... Quartz crucible, 3B ... Graphite crucible, 4 ... Support shaft, 5 ... Heater, 6 ... Heat insulating material, 7 ... Lifting shaft, 8 ... Seed crystal, 9 ... Silicon Melt, 10 ... Silicon single crystal, 12 ... Thermal shield, 13 ... Gas inlet, 14 ... Exhaust, 20 ... Hanging jig, 21 ... Box hardware, 21A ... Hole, 22 ... Threaded round bar, 22A ... Nut, 23 ... hanging plate, 23A ... hole, 24 ... nut, 25 ... hook, 25A ... locking claw, 26 ... width adjusting plate, 26A ... hole, CP ... distance, Gap ... distance, Srd ... rod-shaped silicon raw material .

Claims (3)

シリコン原料が投入される石英ルツボと、前記石英ルツボ中のシリコン単結晶を溶融するヒーターと、前記石英ルツボの上部に配置される熱遮蔽体とを備えた引き上げ装置を用い、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン原料の溶融時に、前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との距離を、86mm以上、132mm以下に維持した状態で前記シリコン原料の溶融を行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
Using a pulling device comprising a quartz crucible into which a silicon raw material is charged, a heater for melting a silicon single crystal in the quartz crucible, and a heat shield disposed on the quartz crucible, the Czochralski method is used. A method for producing a silicon single crystal for producing a silicon single crystal,
When the silicon raw material is melted, the silicon raw material is melted in a state where the distance between the surface of the silicon melt in the quartz crucible and the lower end of the heat shield is maintained at 86 mm or more and 132 mm or less. A method for producing a silicon single crystal.
請求項1に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との距離を、100mm以上、125mm以下に維持することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
In the manufacturing method of the silicon single crystal of Claim 1 ,
A method for producing a silicon single crystal, wherein a distance between a liquid surface of a silicon melt in the quartz crucible and a lower end of the heat shield is maintained at 100 mm or more and 125 mm or less.
請求項1または請求項2に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
前記シリコン原料の溶融は、シリコン原料を前記石英ルツボ中に投入して溶融させた後、前記シリコン融液の液面に、吊り下げられたロッド状のシリコン原料を順次着液させて行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
In the manufacturing method of the silicon single crystal of Claim 1 or Claim 2,
The melting of the silicon raw material is performed by putting the silicon raw material into the quartz crucible and melting it, and then sequentially suspending the suspended rod-shaped silicon raw material on the surface of the silicon melt. A method for producing a silicon single crystal.
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