JP6834831B2 - Method for manufacturing silicon single crystal - Google Patents

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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.

チョクラルスキー法に用いる単結晶引き上げ装置は、シリコン融液を収容する坩堝の上方においてシリコン単結晶を囲むように設けられ、ヒータから上方に向かって放射される熱を遮断する熱遮蔽体を備えている。熱遮蔽体は、シリコン融液から蒸発するSiOガスに曝されるため劣化しやすい。そこで、このような劣化を抑制するための検討がなされている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、熱遮蔽体の外殻にSiCコートしたグラファイト(黒鉛)を用いることで、SiOガスによる熱遮蔽体の劣化を抑制することが開示されている。
The single crystal pulling device used in the Czochralski method is provided so as to surround the silicon single crystal above the crucible containing the silicon melt, and includes a heat shield that blocks heat radiated upward from the heater. ing. The heat shield is easily deteriorated because it is exposed to SiO gas that evaporates from the silicon melt. Therefore, studies have been made to suppress such deterioration (see, for example, Patent Document 1).
Patent Document 1 discloses that deterioration of the heat shield due to SiO gas is suppressed by using graphite coated with SiC on the outer shell of the heat shield.

特許第3634867号公報Japanese Patent No. 3634867

しかしながら、特許文献1のような構成では、熱遮蔽体を長期間使用すると、SiCコートが損耗して、黒鉛が露出してしまうおそれがある。この場合、黒鉛は多孔質であるため、チャンバ内に浮遊しているパーティクル(異物)が熱遮蔽体表面の穴に溜まり塊となってシリコン融液に落下してしまい、シリコン単結晶に双晶欠陥や有転位化が発生するおそれがある。 However, in the configuration as in Patent Document 1, if the heat shield is used for a long period of time, the SiC coat may be worn and graphite may be exposed. In this case, since graphite is porous, particles (foreign substances) floating in the chamber collect in holes on the surface of the heat shield and fall into the silicon melt, resulting in twin crystals on the silicon single crystal. Defects and dislocations may occur.

本発明の目的は、高品質のシリコン単結晶を製造可能なシリコン単結晶の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for producing a silicon single crystal capable of producing a high quality silicon single crystal.

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
メインチャンバ内に不活性ガスを導入しつつ、シリコン単結晶を育成する育成工程と、シリコン単結晶をシリコン融液から切り離す切り離し工程と、シリコン融液から切り離されたシリコン単結晶を引き上げながら冷却する冷却工程とを行ってシリコン単結晶を製造することは、一般的に行われている。シリコン融液に向かって流れる不活性ガスは、熱遮蔽体の下端とシリコン融液表面との間の空間(以下、「第1のガス流路」という場合がある)を水平方向に流れ、熱遮蔽体の外側の空間(以下、「第2のガス流路」という場合がある)を上方向に流れ、坩堝の外側やヒータの外側の空間(以下、「第3のガス流路」を下方向に流れて排出される。メインチャンバ外部に排出される。
このような製造工程のうち、育成工程では、シリコン単結晶に欠陥が発生することを抑制するために、第1のガス流路の高さ(以下、「ギャップ」という場合がある)を調整する(以下、「ギャップ調整」という場合がある)ことが行われているが、切り離し工程後の工程においてはギャップ調整が行われていない。
The present inventor has obtained the following findings as a result of repeated diligent research.
A growing step of growing a silicon single crystal while introducing an inert gas into the main chamber, a separating step of separating the silicon single crystal from the silicon melt, and a cooling while pulling up the silicon single crystal separated from the silicon melt. It is common practice to perform a cooling step to produce a silicon single crystal. The inert gas flowing toward the silicon melt flows horizontally in the space between the lower end of the heat shield and the surface of the silicon melt (hereinafter, may be referred to as “first gas flow path”) and heats. It flows upward through the space outside the shield (hereinafter, may be referred to as the "second gas flow path"), and below the space outside the pit and the outside of the heater (hereinafter, the "third gas flow path"). It flows in the direction and is discharged. It is discharged to the outside of the main chamber.
Among such manufacturing steps, in the growing step, the height of the first gas flow path (hereinafter, may be referred to as “gap”) is adjusted in order to suppress the occurrence of defects in the silicon single crystal. (Hereinafter, it may be referred to as "gap adjustment"), but the gap adjustment is not performed in the process after the disconnection process.

切り離し工程後の工程において、不活性ガスの流れに注目すると、第1のガス流路に渦流れが発生する場合がある。渦流れとは、第1のガス流路を流れる不活性ガスの一部が第2のガス流路に流れずに、第1のガス流路内で渦を巻く現象ことをいう。渦流れが発生すると、シリコン融液から蒸発したSiOガスが第1のガス流路に溜まってしまい、黒鉛で構成された熱遮蔽体にSiCコートを施しても、以下の式(1)の反応が起きることで、SiCコートが損耗する。その結果、多孔質の黒鉛が露出し、この露出した黒鉛の穴にメインチャンバ内のパーティクルが溜まってしまう。
SiC(s)+SiO(g)→2Si(s)+CO(g) … (1)
Focusing on the flow of the inert gas in the step after the disconnection step, a vortex flow may occur in the first gas flow path. The vortex flow is a phenomenon in which a part of the inert gas flowing through the first gas flow path does not flow into the second gas flow path but swirls in the first gas flow path. When a vortex flow is generated, the SiO gas evaporated from the silicon melt accumulates in the first gas flow path, and even if the heat shield made of graphite is coated with SiC, the reaction of the following formula (1) Causes the SiC coat to wear. As a result, the porous graphite is exposed, and particles in the main chamber are accumulated in the exposed graphite holes.
SiC (s) + SiO (g) → 2Si (s) + CO (g)… (1)

また、熱遮蔽体にSiCコートが施されていない場合にも、切り離し工程後の第1のガス流路に渦流れが発生すると、以下の式(2)の反応によって当該熱遮蔽体を構成する黒鉛が損耗して穴が大きくなり、当該穴にパーティクルが溜まりやすくなる。
2C(s)+SiO(g)→SiC(s)+CO(g) … (2)
Further, even when the heat shield is not coated with SiC, if a vortex flow is generated in the first gas flow path after the disconnection step, the heat shield is formed by the reaction of the following formula (2). The graphite wears and the holes become large, and particles tend to collect in the holes.
2C (s) + SiO (g) → SiC (s) + CO (g)… (2)

SiCコートが施された熱遮蔽体を用いる場合には、SiCコートが損耗した後、SiCコートが施されていない熱遮蔽体を用いる場合には、熱遮蔽体表面の穴が大きくなった後にシリコン単結晶を製造するに際し、熱遮蔽体表面の穴に溜まったパーティクルがシリコン単結晶の育成中にメインチャンバ外部に排出されにくくなる。この溜まったパーティクルがシリコン融液に落下して、シリコン単結晶の双晶欠陥や有転位化の発生原因となると考えられる。 When using a heat shield with SiC coating, after the SiC coat is worn, when using a heat shield without SiC coating, silicon after the holes on the surface of the heat shield become large. When producing a single crystal, particles accumulated in holes on the surface of the heat shield are less likely to be discharged to the outside of the main chamber during the growth of the silicon single crystal. It is considered that the accumulated particles fall into the silicon melt and cause twin crystal defects and dislocations in the silicon single crystal.

一方、切り離し工程後の第1のガス流路に渦流れが発生せずに、不活性ガスが第2,第3のガス流路を通過してメインチャンバ外部に排出されれば、シリコン融液から蒸発したSiOガスも第1のガス流路に溜まらずに不活性ガスの流れに乗って排出され、上記(1),(2)の反応が起こらず、SiCコートや黒鉛の損耗を抑制できる。その結果、熱遮蔽体表面の穴にパーティクルが溜まることを抑制できる。
本発明者は、切り離し工程後の工程における第1のガス流路の渦流れの発生を抑制するための検討を行った結果、ギャップ調整を適切に行うことによって上記渦流れの発生を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
On the other hand, if the inert gas passes through the second and third gas flow paths and is discharged to the outside of the main chamber without generating a vortex flow in the first gas flow path after the disconnection step, the silicon melt The SiO gas evaporated from the gas is also discharged along the flow of the inert gas without accumulating in the first gas flow path, the reactions (1) and (2) above do not occur, and the wear of the SiC coat and graphite can be suppressed. .. As a result, it is possible to suppress the accumulation of particles in the holes on the surface of the heat shield.
As a result of the study for suppressing the generation of the vortex flow in the first gas flow path in the process after the disconnection step, the present inventor has found that the generation of the vortex flow can be suppressed by appropriately adjusting the gap. The heading has completed the present invention.

すなわち、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、坩堝と、前記坩堝を昇降させる坩堝駆動部と、前記坩堝を加熱してシリコン融液を生成するヒータと、前記坩堝の上方においてシリコン単結晶を囲むように設けられ、黒鉛により形成された熱遮蔽体と、前記坩堝、前記ヒータおよび前記熱遮蔽体を収容するメインチャンバと、前記メインチャンバ内に不活性ガスを導入する導入部とを備える単結晶引き上げ装置を用い、前記メインチャンバ内に不活性ガスを導入しつつ、種結晶を前記シリコン融液に接触させた後に引き上げることで、シリコン単結晶を育成する育成工程と、前記シリコン単結晶を前記シリコン融液から切り離す切り離し工程と、前記シリコン融液から切り離されたシリコン単結晶を引き上げながら冷却する冷却工程とを備え、前記切り離し工程後の工程において、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記熱遮蔽体の下端と前記シリコン融液表面との間隔を10mm以上150mm以下に調整することを特徴とする。 That is, the method for producing a silicon single crystal of the present invention is a method for producing a silicon single crystal by the Chokralsky method, in which the crucible, the crucible driving unit for raising and lowering the crucible, and the crucible are heated to form a silicon melt. A heater for generating the crucible, a heat shield provided so as to surround a silicon single crystal above the crucible and formed of graphite, a main chamber accommodating the crucible, the heater and the heat shield, and the main By using a single crystal pulling device provided with an introduction part for introducing an inert gas into the chamber, the seed crystal is brought into contact with the silicon melt and then pulled while introducing the inert gas into the main chamber. The separation step includes a growing step of growing a silicon single crystal, a separating step of separating the silicon single crystal from the silicon melt, and a cooling step of pulling up and cooling the silicon single crystal separated from the silicon melt. In a later step, the distance between the lower end of the heat shield and the surface of the silicon melt is adjusted to 10 mm or more and 150 mm or less by moving the crucible up and down.

本発明によれば、切り離し工程後の工程における第1のガス流路のギャップが150mm以下になるようにギャップ調整を行うことで、第1のガス流路における不活性ガスの渦流れの発生を抑制でき、不活性ガスを第2,第3のガス流路を介してメインチャンバ外部に排出することができる。その結果、上記式(2)の反応が抑制され、熱遮蔽体表面、特に下端の損耗が抑制され、当該表面にパーティクルが溜まりにくくなる。また、第1のガス流路のギャップを10mm以上にすることで、第1のガス流路内のガス流れが安定するのでシリコン融液表面の波立ちが抑えられ、シリコン融液と熱遮蔽体との接触を抑制でき、また、何らかの理由により(例えば、地震)シリコン融液表面が波立つことがあっても、シリコン融液と熱遮蔽体との接触を抑制できる。
したがって、双晶欠陥や有転位化が存在しない高品質なシリコン単結晶を製造できる。
According to the present invention, the generation of the vortex flow of the inert gas in the first gas flow path is generated by adjusting the gap so that the gap of the first gas flow path in the step after the disconnection step is 150 mm or less. It can be suppressed and the inert gas can be discharged to the outside of the main chamber via the second and third gas flow paths. As a result, the reaction of the above formula (2) is suppressed, the wear of the surface of the heat shield, particularly the lower end is suppressed, and particles are less likely to accumulate on the surface. Further, by setting the gap of the first gas flow path to 10 mm or more, the gas flow in the first gas flow path is stabilized, so that the waviness of the surface of the silicon melt is suppressed, and the silicon melt and the heat shield are formed. The contact between the silicon melt and the heat shield can be suppressed even if the surface of the silicon melt may undulate for some reason (for example, an earthquake).
Therefore, it is possible to produce a high-quality silicon single crystal free of twin defects and dislocations.

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化するように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する低温冷却工程を備え、前記製造方法は、前記低温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、前記閉塞工程後に前記メインチャンバを開放する開放工程とを備え、前記切り離し工程後の工程において、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を40mm以上に調整することが好ましい。 In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, the single crystal pulling device including a pull chamber connected to the upper part of the main chamber via a gate valve is used, and the cooling step is performed so that the silicon melt is solidified. The manufacturing method includes a low-temperature cooling step of cooling the silicon single crystal while adjusting the power of the heater, and the manufacturing method closes the gate valve when the silicon single crystal cooled in the low-temperature cooling step is housed in the pull chamber. It is preferable that the closing step is provided and the opening step of opening the main chamber after the closing step is provided, and in the step after the disconnecting step, the interval is adjusted to 40 mm or more by moving the pit up and down. ..

切り離し工程後において、低温冷却工程におけるヒータの調整によってシリコン融液が固化すると、すなわち、ヒータのパワーを下げることにより坩堝内のシリコン融液の温度が低下してシリコン融液が固化すると、その固化物が膨張して表面が盛り上がり、熱遮蔽体に接触するおそれがある。
本発明によれば、ギャップ調整における第1のガス流路の高さを40mm以上にすることによって、固化物と熱遮蔽体とが接触することを抑制でき、熱遮蔽体の破損を抑制できる。
なお、低温冷却工程における少なくともシリコン融液の表面の固化が始まる時点、および、それ以降において、第1のガス流路の高さが40mm以上となっていることが好ましい。
After the disconnection step, when the silicon melt is solidified by adjusting the heater in the low temperature cooling step, that is, when the temperature of the silicon melt in the pit is lowered by lowering the power of the heater and the silicon melt is solidified, the silicon melt is solidified. The object may expand and the surface may rise and come into contact with the heat shield.
According to the present invention, by setting the height of the first gas flow path in the gap adjustment to 40 mm or more, it is possible to suppress contact between the solidified material and the heat shield, and it is possible to suppress damage to the heat shield.
It is preferable that the height of the first gas flow path is 40 mm or more at least at the time when the surface of the silicon melt starts to solidify in the low temperature cooling step and after that.

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化するように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する低温冷却工程を備え、前記製造方法は、前記低温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、前記閉塞工程後に前記メインチャンバを開放する開放工程とを備え、前記切り離し工程後の工程において、前記ヒータのパワーの調整によって前記シリコン融液の表面が固化するまでの間、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を10mm以上150mm以下に調整することが好ましい。 In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, the single crystal pulling device including a pull chamber connected to the upper part of the main chamber via a gate valve is used, and the cooling step is performed so that the silicon melt is solidified. The manufacturing method includes a low-temperature cooling step of cooling the silicon single crystal while adjusting the power of the heater, and the manufacturing method closes the gate valve when the silicon single crystal cooled in the low-temperature cooling step is housed in the pull chamber. A closing step and an opening step of opening the main chamber after the closing step are provided, and in the step after the disconnecting step, the silicon melt surface is solidified by adjusting the power of the heater. It is preferable to adjust the distance to 10 mm or more and 150 mm or less by moving the 坩 堝 up and down.

シリコン融液の表面が固化すると、シリコン融液からSiOガスが蒸発しなくなるため、渦流れが発生していても、上記式(1),(2)の反応が起こらない。
そのため、熱遮蔽体表面の損耗を抑制できる。
When the surface of the silicon melt solidifies, the SiO gas does not evaporate from the silicon melt, so that the reactions of the above formulas (1) and (2) do not occur even if a vortex flow is generated.
Therefore, wear of the surface of the heat shield can be suppressed.

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化しないように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する高温冷却工程を備え、前記製造方法は、前記高温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、次のシリコン単結晶の育成のために、前記閉塞工程後に前記坩堝にシリコン原料をチャージするリチャージ工程と、前記リチャージ工程後に前記次のシリコン単結晶を育成する工程とを備え、前記切り離し工程後の工程において、少なくとも前記ゲートバルブを閉塞するまでの間、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を10mm以上150mm以下に調整することが好ましい。 In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, the single crystal pulling device including a pull chamber connected to the upper part of the main chamber via a gate valve is used, and the cooling step is performed so that the silicon melt does not solidify. The manufacturing method includes a high-temperature cooling step of cooling the silicon single crystal while adjusting the power of the heater, and the manufacturing method closes the gate valve when the silicon single crystal cooled in the high-temperature cooling step is housed in the pull chamber. A recharging step of charging the crucible with a silicon raw material after the closing step and a step of growing the next silicon single crystal after the recharging step are provided for the closing step and the growing of the next silicon single crystal. In the step after the disconnection step, it is preferable to adjust the interval to 10 mm or more and 150 mm or less by moving the crucible up and down at least until the gate valve is closed.

本発明によれば、切り離し工程から閉塞工程に至る長時間において渦流れの発生を抑制でき、熱遮蔽体表面の損耗抑制効果を高めることができる。 According to the present invention, the generation of vortex flow can be suppressed in a long time from the disconnection step to the closing step, and the effect of suppressing wear on the surface of the heat shield can be enhanced.

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、表面にSiCコートが施された前記熱遮蔽体を用いることが好ましい。 In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, it is preferable to use the heat shield having a surface coated with SiC.

本発明によれば、SiCコートが施され、黒鉛が露出していない熱遮蔽体を用いることで、熱遮蔽体表面にパーティクルが溜まることを抑制でき、シリコン単結晶の双晶欠陥や有転位化の発生を抑制できる。 According to the present invention, by using a heat shield in which SiC coating is applied and graphite is not exposed, it is possible to suppress the accumulation of particles on the surface of the heat shield, resulting in twin defects and dislocations of silicon single crystals. Can be suppressed.

本発明の第1,第2実施形態に係る単結晶引き上げ装置の模式図。The schematic diagram of the single crystal pulling apparatus which concerns on 1st and 2nd Embodiment of this invention. 前記第1,第2実施形態におけるシリコン単結晶の製造方法の説明図。The explanatory view of the manufacturing method of the silicon single crystal in the 1st and 2nd embodiments. 本発明の実施例における実験1の結果を示し、ギャップと渦流れの発生状況との関係を示す図。The figure which shows the result of Experiment 1 in the Example of this invention, and shows the relationship between the gap and the generation state of a vortex flow. 前記実施例における実験3の結果を示し、熱遮蔽体の使用時間とパーティクルの付着状況との関係を示すグラフ。The graph which shows the result of Experiment 3 in the said Example, and shows the relationship between the usage time of a heat shield and the adhesion state of particles.

[実施形態]
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。
[Embodiment]
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

{単結晶引き上げ装置の構成}
図1に示すように、単結晶引き上げ装置1は、CZ法(チョクラルスキー法)に用いられる装置であって、引き上げ装置本体2と、制御部3とを備えている。
引き上げ装置本体2は、チャンバ21と、坩堝22と、坩堝駆動部23と、ヒータ24と、引き上げ部25と、熱遮蔽体26とを備えている。
{Structure of single crystal pulling device}
As shown in FIG. 1, the single crystal pulling device 1 is a device used in the CZ method (Czochralski method), and includes a pulling device main body 2 and a control unit 3.
The pulling device main body 2 includes a chamber 21, a crucible 22, a crucible driving unit 23, a heater 24, a pulling unit 25, and a heat shield 26.

チャンバ21は、坩堝22、ヒータ24、熱遮蔽体26を収容するメインチャンバ211と、このメインチャンバ211の上部にゲートバルブ212を介して接続されたプルチャンバ213とを備えている。プルチャンバ213には、Arガスなどの不活性ガスをメインチャンバ211内に導入する導入部としてのガス導入口213Aが設けられている。メインチャンバ211の下部には、当該メインチャンバ211内の気体を排出するガス排気口211Aが設けられている。
坩堝22は、多結晶のシリコン原料を融解し、シリコン融液Mとするものである。坩堝22は、坩堝駆動部23の駆動によって所定の速度で回転および昇降が可能に構成されている。
The chamber 21 includes a main chamber 211 that houses a crucible 22, a heater 24, and a heat shield 26, and a pull chamber 213 that is connected to the upper part of the main chamber 211 via a gate valve 212. The pull chamber 213 is provided with a gas introduction port 213A as an introduction portion for introducing an inert gas such as Ar gas into the main chamber 211. A gas exhaust port 211A for discharging the gas in the main chamber 211 is provided below the main chamber 211.
The crucible 22 melts a polycrystalline silicon raw material to obtain a silicon melt M. The crucible 22 is configured to be able to rotate and move up and down at a predetermined speed by driving the crucible driving unit 23.

ヒータ24は、坩堝22の周囲に配置されており、坩堝22内のシリコン原料を融解する。
引き上げ部25は、一端に種結晶が取り付けられる引き上げケーブル251と、この引き上げケーブル251を昇降および回転させる引き上げ駆動部252とを備えている。
熱遮蔽体26は、坩堝22の上方においてシリコン単結晶SMを囲むように設けられ、黒鉛により形成されている。熱遮蔽体26の表面には、SiCコート261が施されている。SiCコート261の厚さは、40μm以上200μm以下であることが好ましい。40μm未満の場合、SiCコート261が損傷しやすくなり、200μmを超える場合、SiCコート261が割れる可能性があるからである。熱遮蔽体26は、ヒータ24から上方に向かって放射される輻射熱を遮断する。
The heater 24 is arranged around the crucible 22 and melts the silicon raw material in the crucible 22.
The pull-up unit 25 includes a pull-up cable 251 to which a seed crystal is attached to one end, and a pull-up drive unit 252 that raises and lowers and rotates the pull-up cable 251.
The heat shield 26 is provided above the crucible 22 so as to surround the silicon single crystal SM, and is formed of graphite. A SiC coat 261 is applied to the surface of the heat shield 26. The thickness of the SiC coat 261 is preferably 40 μm or more and 200 μm or less. This is because if it is less than 40 μm, the SiC coat 261 is easily damaged, and if it exceeds 200 μm, the SiC coat 261 may be cracked. The heat shield 26 blocks radiant heat radiated upward from the heater 24.

{シリコン単結晶の製造方法}
次に、第1実施形態におけるシリコン単結晶の製造方法について説明する。第1実施形態では、1本のシリコン単結晶を製造するごとに、メインチャンバ211を開放してメンテナンスを行う方法を説明する。
なお、第1実施形態および後述する第2実施形態において製造するシリコン単結晶の抵抗率は、シリコン融液Mに添加されたドーパントによって所定の値に調整されていることが好ましい。また、シリコン単結晶の直胴部の外周研削後の直径は、200m、300mm、450mmなどいずれの値であってもよい。
{Manufacturing method of silicon single crystal}
Next, the method for producing a silicon single crystal in the first embodiment will be described. In the first embodiment, a method of opening the main chamber 211 for maintenance each time a single silicon single crystal is manufactured will be described.
It is preferable that the resistivity of the silicon single crystal produced in the first embodiment and the second embodiment described later is adjusted to a predetermined value by the dopant added to the silicon melt M. Further, the diameter of the straight body portion of the silicon single crystal after grinding the outer circumference may be any value such as 200 m, 300 mm, 450 mm.

まず、単結晶引き上げ装置1の制御部3は、シリコン単結晶SMの製造条件、例えば加熱温度、Ar流量、炉内圧、坩堝22やシリコン単結晶SMの回転数などを設定する。
次に、制御部3は、坩堝22を加熱することで、当該坩堝22内の固体のシリコン原料を融解させ、シリコン融液Mを生成する。その後、制御部3は、ゲートバルブ212の開放によりプルチャンバ213と連通されたメインチャンバ211を減圧下の不活性雰囲気に維持し、坩堝22を回転させつつ、ネック部SM1、肩部SM2、直胴部SM3、および、テール部SM4(図2参照)を有するシリコン単結晶SMを育成する(育成工程)。この育成の際、制御部3は、熱遮蔽体26の下端とシリコン融液Mの液面との隙間である第1のガス流路R1の高さGP(ギャップGP(熱遮蔽体26の下端とシリコン融液Mの液面との間隔))がほぼ一定になるように、坩堝22の位置を調整する(ギャップ調整する)。
First, the control unit 3 of the single crystal pulling device 1 sets the manufacturing conditions of the silicon single crystal SM, for example, the heating temperature, the Ar flow rate, the furnace pressure, the crucible 22 and the rotation speed of the silicon single crystal SM.
Next, the control unit 3 heats the crucible 22 to melt the solid silicon raw material in the crucible 22 and generate a silicon melt M. After that, the control unit 3 maintains the main chamber 211 communicated with the pull chamber 213 by opening the gate valve 212 in an inert atmosphere under reduced pressure, and while rotating the crucible 22, the neck portion SM1, the shoulder portion SM2, and the straight body. A silicon single crystal SM having a portion SM3 and a tail portion SM4 (see FIG. 2) is grown (growth step). At the time of this training, the control unit 3 receives the height GP of the first gas flow path R1 which is the gap between the lower end of the heat shield 26 and the liquid level of the silicon melt M (gap GP (lower end of the heat shield 26). The position of the crucible 22 is adjusted (gap is adjusted) so that the distance between the silicon melt M and the liquid level of the silicon melt M)) is substantially constant.

次に、図2に示すように、制御部3は、シリコン単結晶SMのテール部SM4をシリコン融液Mから切り離し(切り離し工程)、シリコン融液Mから切り離されたシリコン単結晶SMを引き上げながら冷却する(低温冷却工程)。この低温冷却工程において、制御部3は、シリコン融液Mが固化するようにヒータ24のパワーを下げる。なお、低温冷却工程は、本発明の冷却工程を構成する。
そして、冷却されたシリコン単結晶SMがプルチャンバ213に収容されたら、制御部3は、ゲートバルブ212を閉塞する(閉塞工程)。その後、シリコン単結晶SMがプルチャンバ213から取り出され(取り出し工程)、シリコン融液M全体が固化し、メインチャンバ211内の温度が十分に下がったら、メインチャンバ211を開放して(開放工程)、メンテナンスを行う。
Next, as shown in FIG. 2, the control unit 3 separates the tail portion SM4 of the silicon single crystal SM from the silicon melt M (separation step), and pulls up the silicon single crystal SM separated from the silicon melt M. Cool (low temperature cooling step). In this low temperature cooling step, the control unit 3 reduces the power of the heater 24 so that the silicon melt M solidifies. The low temperature cooling step constitutes the cooling step of the present invention.
Then, when the cooled silicon single crystal SM is housed in the pull chamber 213, the control unit 3 closes the gate valve 212 (closed step). After that, the silicon single crystal SM is taken out from the pull chamber 213 (take-out step), and when the entire silicon melt M is solidified and the temperature in the main chamber 211 is sufficiently lowered, the main chamber 211 is opened (opening step). Perform maintenance.

切り離し工程後の工程において、制御部3は、坩堝22を上下に移動させることにより、図2に二点鎖線で示すように、シリコン融液Mの表面が固化した固化層MLが形成されるまでは、第1のガス流路R1のギャップGPが10mm以上150mm以下になるように、ギャップ調整を行う。さらに、固化層MLが形成された以降は、ギャップGPが40mm以上150mm以下になるようにギャップ調整を行う。
このようなギャップ調整により、不活性ガスGSが第1のガス流路R1、熱遮蔽体26の外側に位置する第2のガス流路R2、坩堝22の外側やヒータ24の外側に位置する第3のガス流路R3を通過して、メインチャンバ211外部に排出される。また、シリコン融液Mから蒸発するSiOガスは、第1のガス流路R1に溜まらずに、不活性ガスGSの流れに乗って、第2,第3のガス流路R2,R3を通過しメインチャンバ211外部に排出される。
In the step after the disconnection step, the control unit 3 moves the crucible 22 up and down until the solidified layer ML in which the surface of the silicon melt M is solidified is formed as shown by the alternate long and short dash line in FIG. Adjusts the gap so that the gap GP of the first gas flow path R1 is 10 mm or more and 150 mm or less. Further, after the solidified layer ML is formed, the gap is adjusted so that the gap GP is 40 mm or more and 150 mm or less.
By such gap adjustment, the inert gas GS is located outside the first gas flow path R1, the second gas flow path R2 located outside the heat shield 26, the outside of the crucible 22, and the outside of the heater 24. It passes through the gas flow path R3 of No. 3 and is discharged to the outside of the main chamber 211. Further, the SiO gas evaporating from the silicon melt M does not accumulate in the first gas flow path R1, but rides on the flow of the inert gas GS and passes through the second and third gas flow paths R2 and R3. It is discharged to the outside of the main chamber 211.

ギャップGPを150mm以下にするギャップ調整は、図2に二点鎖線で示すように、シリコン融液Mの表面が固化した固化層MLが形成されるまで、または、シリコン融液M全体が固化するまで行われることが好ましく、その後にギャップGPを150mmを超える大きさにしてもよい。固化層ML形成後、または、シリコン融液M全体の固化後は、SiOガスが蒸発しなくなり、上記式(1),(2)の反応が起こらないからである。
また、ギャップGPを40mm以上150mm以下に維持したまま、開放工程まで行ってもよい。さらに、固化層ML形成前に、ギャップGPを150mmを超える大きさにしてもよい。
As shown by the alternate long and short dash line in FIG. 2, the gap adjustment to reduce the gap GP to 150 mm or less is performed until the solidified layer ML in which the surface of the silicon melt M is solidified is formed, or the entire silicon melt M is solidified. After that, the gap GP may be made larger than 150 mm. This is because after the solidified layer ML is formed or after the entire silicon melt M is solidified, the SiO gas does not evaporate and the reactions of the above formulas (1) and (2) do not occur.
Further, the opening step may be performed while maintaining the gap GP at 40 mm or more and 150 mm or less. Further, the gap GP may be made larger than 150 mm before forming the solidified layer ML.

{第1実施形態の作用効果}
上記第1実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
切り離し工程後の工程における第1のガス流路R1のギャップGPが150mm以下になるようにギャップ調整を行うため、第2,第3のガス流路R2,R3を介して不活性ガスGSをメインチャンバ211外部に排出することができ、図2に二点鎖線で示すような、第1のガス流路R1における不活性ガスGSの渦流れGWの発生を抑制できる。その結果、シリコン融液MからのSiOガスが第1のガス流路R1に溜まることを抑制でき、上記式(1),(2)の反応を抑制できる。したがって、熱遮蔽体26表面、特に下端のSiCコート261の損耗が抑制され、当該表面にパーティクルが溜まりにくくなる。
したがって、双晶欠陥や有転位化が存在しない高品質なシリコン単結晶SMを製造できる。
{Action and effect of the first embodiment}
According to the first embodiment, the following effects can be obtained.
In order to adjust the gap so that the gap GP of the first gas flow path R1 in the step after the disconnection step is 150 mm or less, the inert gas GS is mainly used via the second and third gas flow paths R2 and R3. It can be discharged to the outside of the chamber 211, and the generation of the vortex flow GW of the inert gas GS in the first gas flow path R1 as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 2 can be suppressed. As a result, the SiO gas from the silicon melt M can be suppressed from accumulating in the first gas flow path R1, and the reactions of the above formulas (1) and (2) can be suppressed. Therefore, the wear of the surface of the heat shield 26, particularly the SiC coat 261 at the lower end, is suppressed, and particles are less likely to accumulate on the surface.
Therefore, it is possible to produce a high-quality silicon single crystal SM that does not have twin defects or dislocations.

固化層ML形成後、または、シリコン融液M全体の固化後まで、ギャップGPが150mm以下になるようにギャップ調整を行えば、切り離し工程後における上記式(1),(2)の反応を確実に抑制でき、熱遮蔽体26の損耗をより抑制できる。 If the gap is adjusted so that the gap GP is 150 mm or less until after the solidified layer ML is formed or after the entire silicon melt M is solidified, the reactions of the above formulas (1) and (2) after the separation step are ensured. It is possible to further suppress the wear of the heat shield 26.

ギャップGPが40mm以上になるようにギャップ調整を行えば、シリコン融液M全体が固化して膨張しても、その固化物との接触による熱遮蔽体26の破損を抑制できる。 If the gap is adjusted so that the gap GP is 40 mm or more, even if the entire silicon melt M solidifies and expands, damage to the heat shield 26 due to contact with the solidified material can be suppressed.

SiCコート261が施された熱遮蔽体26を用いているため、熱遮蔽体26表面にパーティクルが溜まることを抑制でき、シリコン単結晶SMの双晶欠陥や有転位化の発生を抑制できる。 Since the heat shield 26 coated with the SiC coat 261 is used, it is possible to suppress the accumulation of particles on the surface of the heat shield 26, and it is possible to suppress the occurrence of twin crystal defects and dislocations of the silicon single crystal SM.

〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について図面を参照して説明する。
第2実施形態では、第1実施形態と同じ単結晶引き上げ装置1を用い、1本のシリコン単結晶を製造するごとに、シリコン原料をリチャージしてからシリコン単結晶を製造する方法を説明する。
なお、第2実施形態で行う各工程は、特に言及がない限り、第1実施形態と同様に行われる。
[Second Embodiment]
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the second embodiment, a method of producing a silicon single crystal after recharging the silicon raw material each time one silicon single crystal is produced using the same single crystal pulling device 1 as in the first embodiment will be described.
Unless otherwise specified, each step performed in the second embodiment is performed in the same manner as in the first embodiment.

まず、制御部3は、第1実施形態と同様の育成工程および切り離し工程を行った後、シリコン融液Mが固化しないようにヒータ24のパワーを制御しつつ、シリコン単結晶SMを引き上げながら冷却する(高温冷却工程)。そして、閉塞工程、取り出し工程が行われた後、制御部3は、次のシリコン単結晶SMの育成のために、坩堝22にシリコン原料をチャージする(リチャージ工程)。なお、高温冷却工程は、本発明の冷却工程を構成する。
リチャージ工程では、まず、制御部3は、ヒータ24のパワーを制御してシリコン融液Mの表面のみを固化させた後、図示しない原料供給装置を用いて固体のシリコン原料を坩堝22に投入する。このとき、固化した表面上にシリコン原料が投入されるため、投入時にシリコン融液Mが飛び散って坩堝22の内周面に付着することを抑制できる。これにより、この付着物がシリコン融液Mに落下して、この付着物に起因するシリコン単結晶SMの双晶欠陥や有転位化の発生を抑制できる。
その後、制御部3は、ヒータ24のパワーを制御してシリコン融液Mの表面およびシリコン原料を溶融し、次のシリコン単結晶の育成を行う。
その後、切り離し工程、高温冷却工程、閉塞工程、取り出し工程、リチャージ工程、育成工程を必要に応じて繰り返し、開放工程を行う前の最後のシリコン単結晶の育成が終了すると、第1実施形態と同様に、切り離し工程、低温冷却工程、閉塞工程、取り出し工程、開放工程を行う。
First, after performing the same growing step and separating step as in the first embodiment, the control unit 3 cools while pulling up the silicon single crystal SM while controlling the power of the heater 24 so that the silicon melt M does not solidify. (High temperature cooling process). Then, after the closing step and the taking-out step are performed, the control unit 3 charges the crucible 22 with a silicon raw material in order to grow the next silicon single crystal SM (recharge step). The high temperature cooling step constitutes the cooling step of the present invention.
In the recharging step, first, the control unit 3 controls the power of the heater 24 to solidify only the surface of the silicon melt M, and then puts a solid silicon raw material into the crucible 22 using a raw material supply device (not shown). .. At this time, since the silicon raw material is charged onto the solidified surface, it is possible to prevent the silicon melt M from scattering and adhering to the inner peripheral surface of the crucible 22 at the time of charging. As a result, the deposits fall on the silicon melt M, and the occurrence of twin defects and dislocations of the silicon single crystal SM caused by the deposits can be suppressed.
After that, the control unit 3 controls the power of the heater 24 to melt the surface of the silicon melt M and the silicon raw material, and grows the next silicon single crystal.
After that, the separation step, the high temperature cooling step, the closing step, the taking-out step, the recharging step, and the growing step are repeated as necessary, and when the growing of the last silicon single crystal before the opening step is completed, the same as in the first embodiment. In addition, a separation process, a low temperature cooling process, a closing process, a taking-out process, and an opening process are performed.

切り離し工程後の工程において、高温冷却工程を行う場合、シリコン融液Mが固化せず、その固化物の表面が盛り上がらないため、制御部3は、第1のガス流路R1のギャップGPが10mm以上150mm以下になるようにギャップ調整を行う。また、低温冷却工程を行う場合、制御部3は、第1実施形態と同様に、固化層MLが形成されるまでは、ギャップGPが10mm以上150mm以下になるようにギャップ調整を行い、固化層MLが形成された以降は、40mm以上150mm以下になるようにギャップ調整を行う。
このようなギャップ調整は、少なくとも閉塞工程においてゲートバルブ212が閉塞されるまで行われることが好ましく、その後にギャップGPを150mmを超える大きさにしてもよい。
また、ギャップGPを40mm以上150mm以下に維持したまま、取り出し工程まで行ってもよい。さらに、閉塞工程前に、ギャップGPを150mmを超える大きさにしてもよい。
When the high temperature cooling step is performed in the step after the disconnection step, the silicon melt M does not solidify and the surface of the solidified product does not rise. Therefore, in the control unit 3, the gap GP of the first gas flow path R1 is 10 mm. Adjust the gap so that it is 150 mm or less. Further, when the low temperature cooling step is performed, the control unit 3 adjusts the gap so that the gap GP is 10 mm or more and 150 mm or less until the solidified layer ML is formed, as in the first embodiment, and the solidified layer is formed. After the ML is formed, the gap is adjusted so that it is 40 mm or more and 150 mm or less.
Such gap adjustment is preferably performed at least until the gate valve 212 is closed in the closing step, after which the gap GP may be made larger than 150 mm.
Further, the take-out step may be performed while maintaining the gap GP at 40 mm or more and 150 mm or less. Further, the gap GP may be made larger than 150 mm before the closing step.

{第2実施形態の作用効果}
上記第2実施形態によれば、切り離し工程から高温冷却工程または低温冷却工程を経て閉塞工程に至るまで、第1のガス流路R1のギャップGPに40mm以上150mm以下にすることで、切り離し工程から閉塞工程に至る長時間において渦流れGWの発生を抑制でき、SiCコート261の損耗抑制効果を高めることができる。
{Action and effect of the second embodiment}
According to the second embodiment, from the disconnection step to the closing step through the high temperature cooling step or the low temperature cooling step, the gap GP of the first gas flow path R1 is set to 40 mm or more and 150 mm or less from the disconnection step. The generation of eddy current GW can be suppressed in a long time until the closing step, and the effect of suppressing wear of the SiC coat 261 can be enhanced.

[変形例]
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
[Modification example]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and design changes can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、第1,第2実施形態において、SiCコート261が施されていない熱遮蔽体26を用いてもよい。このような構成によれは、上記式(2)の反応によって熱遮蔽体26を構成する黒鉛が損耗し、熱遮蔽体26表面の穴が大きくなることを抑制できる。したがって、熱遮蔽体26表面にパーティクルが溜まりにくくなり、パーティクルに起因する双晶欠陥や有転位化の発生を抑制できる。 For example, in the first and second embodiments, the heat shield 26 without the SiC coat 261 may be used. With such a configuration, it is possible to prevent the graphite constituting the heat shield 26 from being worn by the reaction of the above formula (2) and the holes on the surface of the heat shield 26 from becoming large. Therefore, particles are less likely to accumulate on the surface of the heat shield 26, and the occurrence of twin defects and dislocations due to the particles can be suppressed.

次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実験1:ギャップと渦流れの発生状況との関係調査]
電子計算機によるガス流れシミュレーションを用いて、切り離し工程後、シリコン融液が固化するまでの間における第1のガス流路R1付近の不活性ガスの流れを調べた。このとき、図3に示すように、ギャップGPを280mm(比較例1)、170mm(比較例2)、150mm(実施例1)、100mm(実施例2)にした。
比較例1,2では、一部の不活性ガスGSが第1,第2のガス流路R1,R2を通過してメインチャンバから排出される一方で、第1のガス流路R1において渦流れGWが発生することがわかった。一方、実施例1,2では、全ての不活性ガスGSが第1,第2のガス流路R1,R2を通過してメインチャンバから排出されることがわかった。
以上のことから、ギャップGPを150mm以下にすることで、渦流れGWの発生を抑制できることが確認できた。
[Experiment 1: Investigation of the relationship between the gap and the occurrence of eddy currents]
Using a gas flow simulation using a computer, the flow of the inert gas near the first gas flow path R1 was investigated after the separation step until the silicon melt solidified. At this time, as shown in FIG. 3, the gap GP was set to 280 mm (Comparative Example 1), 170 mm (Comparative Example 2), 150 mm (Example 1), and 100 mm (Example 2).
In Comparative Examples 1 and 2, while a part of the inert gas GS passes through the first and second gas flow paths R1 and R2 and is discharged from the main chamber, the vortex flow in the first gas flow path R1. It was found that GW occurs. On the other hand, in Examples 1 and 2, it was found that all the inert gas GS passed through the first and second gas flow paths R1 and R2 and was discharged from the main chamber.
From the above, it was confirmed that the generation of vortex flow GW can be suppressed by setting the gap GP to 150 mm or less.

[実験2:熱遮蔽体におけるSiCコートの有無とギャップと双晶欠陥発生率との関係調査]
〔サンプルの製造〕
{比較例3}
第1実施形態の単結晶引き上げ装置1と同様の装置に、新しい熱遮蔽体を取り付けた。比較例3の熱遮蔽体は、SiCコートが施されていない黒鉛のみで構成されたものである。
そして、第1実施形態と同様の製造方法によってシリコン単結晶を製造した。ギャップ調整は、切り離し工程後、シリコン融液が固化するまでの間、第1のガス流路のギャップが280mmになるように行った。1つの熱遮蔽体を用い、同様の方法によって100本のシリコン単結晶を製造した。
[Experiment 2: Investigation of the relationship between the presence or absence of SiC coating in the heat shield, the gap, and the incidence of twin defects]
[Sample production]
{Comparative example 3}
A new heat shield was attached to the same device as the single crystal pulling device 1 of the first embodiment. The heat shield of Comparative Example 3 is composed only of graphite without SiC coating.
Then, a silicon single crystal was produced by the same production method as in the first embodiment. The gap adjustment was performed so that the gap of the first gas flow path was 280 mm after the disconnection step until the silicon melt solidified. Using one heat shield, 100 silicon single crystals were produced by the same method.

{比較例4}
比較例3と同じ構成の新しい熱遮蔽体に、厚さが60μmのSiCコートを施したものを用いたこと以外は、比較例3と同じ方法で100本のシリコン単結晶を製造した。
{Comparative example 4}
100 silicon single crystals were produced by the same method as in Comparative Example 3 except that a new heat shield having the same configuration as that in Comparative Example 3 was coated with SiC having a thickness of 60 μm.

{実施例3〜6}
比較例3と同じ構成を有する新しい熱遮蔽体を用い、ギャップ調整における第1のガス流路のギャップを、実施例3では150mm、実施例4では100mmにしたこと以外は、比較例3と同じ方法でそれぞれ100本ずつのシリコン単結晶を製造した。
比較例4と同じ構成を有する新しい熱遮蔽体を用い、ギャップ調整における第1のガス流路のギャップを、実施例5では150mm、実施例6では100mmにしたこと以外は、比較例4と同じ方法でそれぞれ100本ずつのシリコン単結晶を製造した。
{Examples 3 to 6}
Same as Comparative Example 3 except that a new heat shield having the same configuration as that of Comparative Example 3 was used and the gap of the first gas flow path in the gap adjustment was 150 mm in Example 3 and 100 mm in Example 4. By the method, 100 silicon single crystals were produced for each.
Same as Comparative Example 4 except that a new heat shield having the same configuration as that of Comparative Example 4 was used and the gap of the first gas flow path in the gap adjustment was 150 mm in Example 5 and 100 mm in Example 6. By the method, 100 silicon single crystals were produced for each.

〔評価〕
比較例3のシリコン単結晶のうち双晶欠陥が発生している本数を調べ、双晶欠陥が発生している本数を比較例3の総本数で除した値を双晶欠陥発生率として求めた。比較例4、実施例3〜6についても、同様にして、双晶欠陥発生率を求めた。そして、比較例3の双晶欠陥発生率を100%にしたときの比較例3,4、実施例3〜6の割合を、規格化した双晶欠陥発生率(以下、「規格化欠陥発生率」という)として算出した。その結果を表1に示す。
[Evaluation]
The number of silicon single crystals in Comparative Example 3 in which twin defect occurred was investigated, and the value obtained by dividing the number in which twin defect occurred by the total number in Comparative Example 3 was obtained as the twin defect occurrence rate. .. In Comparative Example 4 and Examples 3 to 6, the twinning defect occurrence rate was determined in the same manner. Then, when the twinning defect occurrence rate of Comparative Example 3 is set to 100%, the ratios of Comparative Examples 3 and 4 and Examples 3 to 6 are standardized as the twinning defect occurrence rate (hereinafter, "standardized defect occurrence rate"). ”). The results are shown in Table 1.

表1に示すように、SiCコートが施されていない熱遮蔽体を用いた場合、ギャップが150mmを超える比較例3の規格化欠陥発生率は、ギャップが150mm以下の実施例3,4の1.5倍以上であることが確認できた。
また、SiCコートが施された熱遮蔽体を用いた場合、ギャップが150mmを超える比較例4の規格化欠陥発生率は、ギャップが150mm以下の実施例5,6の2倍以上であることが確認できた。
比較例3,4の規格化双晶欠陥発生率が実施例3〜6よりも高い理由は、以下のように考えられる。
As shown in Table 1, when a heat shield having no SiC coating is used, the standardized defect occurrence rate of Comparative Example 3 having a gap of more than 150 mm is 1 of Examples 3 and 4 having a gap of 150 mm or less. It was confirmed that it was more than 5.5 times.
Further, when a SiC-coated heat shield is used, the normalized defect occurrence rate of Comparative Example 4 having a gap of more than 150 mm is more than twice that of Examples 5 and 6 having a gap of 150 mm or less. It could be confirmed.
The reason why the normalized twin defect occurrence rate of Comparative Examples 3 and 4 is higher than that of Examples 3 to 6 is considered as follows.

比較例3,4では、図3に示す比較例1の図と同様に、熱遮蔽体とシリコン融液表面との間の第1のガス流路において渦流れが発生し、この渦流れの発生領域にシリコン融液から蒸発したSiOガスが溜まってしまう。そして、この溜まったSiOガスによって、比較例3では上記式(2)の反応が、比較例4では上記式(1),(2)の反応が起きてSiCコートや熱遮蔽体表面が損耗し、その表面の穴に、メインチャンバ内のパーティクルが溜まりやすくなる。 In Comparative Examples 3 and 4, a vortex flow is generated in the first gas flow path between the heat shield and the surface of the silicon melt, and the vortex flow is generated, as in the case of Comparative Example 1 shown in FIG. SiO gas evaporated from the silicon melt accumulates in the region. Then, the accumulated SiO gas causes the reaction of the above formula (2) in Comparative Example 3 and the reaction of the above formulas (1) and (2) in Comparative Example 4, and the SiC coat and the surface of the heat shield are worn. , Particles in the main chamber tend to collect in the holes on the surface.

一方、実施例3〜6では、図3に示す実施例1,2の図と同様に、比較例3,4のような渦流れが発生しないため、熱遮蔽体とシリコン融液表面との間の第1のガス流路にSiOガスが溜まることが抑制される。その結果、上記式(1),(2)の反応が起きにくくなり、SiCコートや熱遮蔽体表面の損耗が抑制され、その表面にパーティクルが溜まりにくくなる。その結果、双晶欠陥が発生しにくくなると考えられる。 On the other hand, in Examples 3 to 6, similar to the drawings of Examples 1 and 2 shown in FIG. 3, the vortex flow as in Comparative Examples 3 and 4 does not occur, so that between the heat shield and the surface of the silicon melt. It is suppressed that SiO gas is accumulated in the first gas flow path of the above. As a result, the reactions of the above formulas (1) and (2) are less likely to occur, wear of the surface of the SiC coat and the heat shield is suppressed, and particles are less likely to accumulate on the surface. As a result, it is considered that twin defect is less likely to occur.

以上のことから、切り離し工程後の工程において、ギャップを150mm以下にすることで、双晶欠陥が発生しにくくなることが確認できた。
また、実施例3と実施例4との間、あるいは、実験例5と実験例6との間で規格化欠陥発生率に差がなかったことから、ギャップが150mm以下であれば、その大きさにかかわらず双晶欠陥の発生しにくさはあまり変わらないことが確認できた。
さらに、比較例3と比較例4とを比べると、SiCコートが施されていない比較例3の方が双晶欠陥発生率が高かった。このことから、SiCコートに双晶欠陥の発生抑制効果があることが確認できた。
From the above, it was confirmed that twinning defects are less likely to occur by setting the gap to 150 mm or less in the step after the cutting step.
Further, since there was no difference in the normalization defect occurrence rate between Example 3 and Example 4 or between Experimental Example 5 and Experimental Example 6, if the gap is 150 mm or less, the size thereof. Regardless, it was confirmed that the difficulty of twinning defects did not change much.
Further, when Comparative Example 3 and Comparative Example 4 were compared, the twin crystal defect occurrence rate was higher in Comparative Example 3 in which the SiC coating was not applied. From this, it was confirmed that the SiC coat has an effect of suppressing the occurrence of twinning defects.

[実験3:熱遮蔽体の使用時間とパーティクルの付着状況との関係調査]
{比較例5}
比較例4と同じ構成を有する新しい比較例5の熱遮蔽体を用い、比較例4と同じ条件(ギャップは280mm)で複数のシリコン単結晶を製造した。そして、比較例5の熱遮蔽体を使用し始めてからの所定の経過時間ごとに、熱遮蔽体下端の周方向に沿った16箇所におけるパーティクルの付着量を測定した。パーティクルの測定には、RION社製の気中パーティクルカウンタ(型式KC−03A)を用い、測定対象を0.3μm以上のパーティクルとした。
[Experiment 3: Investigation of the relationship between the usage time of the heat shield and the state of particle adhesion]
{Comparative example 5}
Using the new thermal shield of Comparative Example 5 having the same configuration as that of Comparative Example 4, a plurality of silicon single crystals were produced under the same conditions as in Comparative Example 4 (gap is 280 mm). Then, the amount of adhesion of particles was measured at 16 points along the circumferential direction of the lower end of the heat shield at each predetermined elapsed time from the start of using the heat shield of Comparative Example 5. For the measurement of particles, an aerial particle counter (model KC-03A) manufactured by RION was used, and the measurement target was particles of 0.3 μm or more.

{実施例7}
比較例5と同じ構成を有する新しい実施例7の熱遮蔽体を用い、ギャップを80mmにしたこと以外は比較例5と同じ条件で、複数の比較例シリコン単結晶を製造した。そして、比較例5と同様に、熱遮蔽体を使用し始めてからの所定の経過時間ごとに、パーティクルの付着量を測定した。
{Example 7}
Using the new heat shield of Example 7 having the same configuration as that of Comparative Example 5, a plurality of Comparative Example silicon single crystals were produced under the same conditions as in Comparative Example 5 except that the gap was set to 80 mm. Then, as in Comparative Example 5, the amount of particles adhering was measured at predetermined elapsed times from the start of using the heat shield.

{評価}
比較例5、実施例7の熱遮蔽体における使用時間とパーティクルの付着量との関係を図4に示す。この結果から、実施例7では、使用時間が10000時間を超えてもパーティクルが13cmあたり6個以下であったのに対し、比較例5では、実施例7とほぼ同じ使用時間で平均して13cmあたり約2500個であった。
また、比較例5、実施例7の熱遮蔽体の上記使用時間における下端を確認したところ、比較例5では変色が見られるが、実施例7では変色が見られなかった。
このことから、切り離し工程後の工程において、ギャップを150mmを超える大きさにすると、渦流れによってSiCコートが損耗し、この損耗によってパーティクルが溜まりやすくなり、この溜まったパーティクルがシリコン融液に落下することで、双晶欠陥や有転位化が発生しやすくなると考えられる。
一方、ギャップを150mm以下にすると、渦流れが発生しないため、SiCコートの損耗が抑制され、熱遮蔽体にパーティクルが溜まりにくくなり、シリコン融液へのパーティクルの落下に起因する双晶欠陥や有転位化が発生しにくくなると考えられる。
{Evaluation}
FIG. 4 shows the relationship between the usage time of the heat shield of Comparative Examples 5 and 7 and the amount of particles adhered to the heat shield. From this result, in Example 7, the number of particles was 6 or less per 13 cm 2 even if the usage time exceeded 10,000 hours, whereas in Comparative Example 5, the average usage time was almost the same as that of Example 7. There were about 2500 pieces per 13 cm 2.
Further, when the lower ends of the heat shields of Comparative Examples 5 and 7 at the above-mentioned usage time were confirmed, discoloration was observed in Comparative Example 5, but no discoloration was observed in Example 7.
From this, if the gap is made larger than 150 mm in the step after the separation step, the SiC coat is worn by the vortex flow, and the wear tends to cause particles to collect, and the collected particles fall into the silicon melt. Therefore, it is considered that twin defect and dislocation are likely to occur.
On the other hand, when the gap is set to 150 mm or less, vortex flow does not occur, so that the wear of the SiC coat is suppressed, particles are less likely to accumulate in the heat shield, and twin defect or presence is caused by the fall of particles into the silicon melt. It is considered that dislocation is less likely to occur.

1…単結晶引き上げ装置、22…坩堝、23…坩堝駆動部、24…ヒータ、26…熱遮蔽体、211…メインチャンバ、211A…ガス排気口、212…ゲートバルブ、213…プルチャンバ、213A…ガス導入口(導入部)、261…SiCコート、GS…不活性ガス、M…シリコン融液、SM…シリコン単結晶。 1 ... Single crystal pulling device, 22 ... Crucible, 23 ... Crucible drive, 24 ... Heater, 26 ... Heat shield, 211 ... Main chamber, 211A ... Gas exhaust port, 212 ... Gate valve, 213 ... Pull chamber, 213A ... Gas Introduction port (introduction part), 261 ... SiC coat, GS ... inert gas, M ... silicon melt, SM ... silicon single crystal.

Claims (5)

チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
坩堝と、
前記坩堝を昇降させる坩堝駆動部と、
前記坩堝を加熱してシリコン融液を生成するヒータと、
前記坩堝の上方においてシリコン単結晶を囲むように設けられ、黒鉛により形成された熱遮蔽体と、
前記坩堝、前記ヒータおよび前記熱遮蔽体を収容するメインチャンバと、
前記メインチャンバ内に不活性ガスを導入する導入部とを備える単結晶引き上げ装置を用い、
前記メインチャンバ内に不活性ガスを導入しつつ、種結晶を前記シリコン融液に接触させた後に引き上げることで、シリコン単結晶を育成する育成工程と、
前記シリコン単結晶を前記シリコン融液から切り離す切り離し工程と、
前記シリコン融液から切り離されたシリコン単結晶を引き上げながら冷却する冷却工程とを備え、
前記切り離し工程後の工程において、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記熱遮蔽体の下端と前記シリコン融液表面との間隔を10mm以上150mm以下に調整して、前記熱遮蔽体の下端と前記シリコン融液の液面との隙間である第1のガス流路における前記不活性ガスの渦流れの発生を抑制することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
A method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method.
Crucible and
The crucible drive unit that raises and lowers the crucible,
A heater that heats the crucible to produce a silicon melt,
A heat shield provided above the crucible so as to surround a silicon single crystal and formed of graphite,
A main chamber accommodating the crucible, the heater and the heat shield,
Using a single crystal pulling device including an introduction part for introducing the inert gas into the main chamber,
A growing step of growing a silicon single crystal by bringing the seed crystal into contact with the silicon melt and then pulling it up while introducing an inert gas into the main chamber.
A separation step of separating the silicon single crystal from the silicon melt, and
It is provided with a cooling step of cooling while pulling up a silicon single crystal separated from the silicon melt.
In the step after the separation step, the distance between the lower end of the heat shield and the surface of the silicon melt is adjusted to 10 mm or more and 150 mm or less by moving the crucible up and down, and the lower end of the heat shield and the lower end of the heat shield are adjusted. A method for producing a silicon single crystal, which comprises suppressing the generation of a vortex flow of the inert gas in the first gas flow path which is a gap between the silicon melt and the liquid surface.
請求項1に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、
前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化するように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する低温冷却工程を備え、
前記製造方法は、
前記低温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、
前記閉塞工程後に前記メインチャンバを開放する開放工程とを備え、
前記切り離し工程後の工程において、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を40mm以上に調整することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
In the method for producing a silicon single crystal according to claim 1,
Using the single crystal pulling device including a pull chamber connected to the upper part of the main chamber via a gate valve.
The cooling step includes a low-temperature cooling step of cooling the silicon single crystal while adjusting the power of the heater so that the silicon melt solidifies.
The manufacturing method is
A closing step of closing the gate valve when the silicon single crystal cooled in the low temperature cooling step is housed in the pull chamber.
It is provided with an opening step of opening the main chamber after the closing step.
A method for producing a silicon single crystal, which comprises adjusting the distance to 40 mm or more by moving the crucible up and down in a step after the cutting step.
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、
前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、
前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化するように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する低温冷却工程を備え、
前記製造方法は、
前記低温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、
前記閉塞工程後に前記メインチャンバを開放する開放工程とを備え、
前記切り離し工程後の工程において、前記ヒータのパワーの調整によって前記シリコン融液の表面が固化するまでの間、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を10mm以上150mm以下に調整することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
In the method for producing a silicon single crystal according to claim 1 or 2.
Using the single crystal pulling device including a pull chamber connected to the upper part of the main chamber via a gate valve.
The cooling step includes a low-temperature cooling step of cooling the silicon single crystal while adjusting the power of the heater so that the silicon melt solidifies.
The manufacturing method is
A closing step of closing the gate valve when the silicon single crystal cooled in the low temperature cooling step is housed in the pull chamber.
It is provided with an opening step of opening the main chamber after the closing step.
In the step after the disconnection step, the interval is adjusted to 10 mm or more and 150 mm or less by moving the crucible up and down until the surface of the silicon melt is solidified by adjusting the power of the heater. A characteristic method for producing a silicon single crystal.
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、
前記メインチャンバの上部にゲートバルブを介して接続されたプルチャンバを備える前記単結晶引き上げ装置を用い、
前記冷却工程は、前記シリコン融液が固化しないように前記ヒータのパワーを調整しつつ、前記シリコン単結晶を冷却する高温冷却工程を備え、
前記製造方法は、
前記高温冷却工程で冷却されたシリコン単結晶が前記プルチャンバに収容されたら前記ゲートバルブを閉塞する閉塞工程と、
次のシリコン単結晶の育成のために、前記閉塞工程後に前記坩堝にシリコン原料をチャージするリチャージ工程と、
前記リチャージ工程後に前記次のシリコン単結晶を育成する工程とを備え、
前記切り離し工程後の工程において、少なくとも前記ゲートバルブを閉塞するまでの間、前記坩堝を上下に移動させることにより、前記間隔を10mm以上150mm以下に調整することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
In the method for producing a silicon single crystal according to claim 1 or 2.
Using the single crystal pulling device including a pull chamber connected to the upper part of the main chamber via a gate valve.
The cooling step includes a high-temperature cooling step of cooling the silicon single crystal while adjusting the power of the heater so that the silicon melt does not solidify.
The manufacturing method is
A closing step of closing the gate valve when the silicon single crystal cooled in the high temperature cooling step is housed in the pull chamber.
In order to grow the next silicon single crystal, a recharge step of charging the crucible with a silicon raw material after the closing step and a recharge step of charging the crucible with a silicon raw material.
After the recharge step, the step of growing the next silicon single crystal is provided.
A method for producing a silicon single crystal, which comprises adjusting the interval to 10 mm or more and 150 mm or less by moving the crucible up and down at least until the gate valve is closed in the step after the disconnection step. ..
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
表面にSiCコートが施された前記熱遮蔽体を用いることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
In the method for producing a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 4.
A method for producing a silicon single crystal, which comprises using the heat shield having a surface coated with SiC.
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