JP6881214B2 - Method for manufacturing 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. CiOi defects cause device failure.
Here, the carbon concentration in the crystal is determined by controlling the contamination rate of CO mixed in the raw material melt from a high-temperature carbon member such as a heater in a furnace and a graphite crucible and the evaporation rate of CO from the raw material melt. It is known to reduce. 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、引き上げ装置の上方からアルゴンガス等の不活性ガスを石英ルツボ内に導入し、COを含むガスを、ヒーターの上端より上方、および下端より下方に導き、引き上げ装置の下方から排出する技術が開示されている。
Therefore, in
しかしながら、前記特許文献1に記載の技術では、上方の排気口が高い位置にあるため、上方の排気口による排気が十分に行われず、必ずしも効率的にCOを含むガスを排気できるとはいえない。したがって、シリコン単結晶中のCsを十分に低減することができないという課題がある。
However, in the technique described in
本発明は、COを含むガスを効率的に排気して、シリコン単結晶中のCsを低減することが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。 An object of the present invention is to provide a method for producing a silicon single crystal capable of efficiently exhausting a gas containing CO to reduce Cs in the silicon single crystal.
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、チャンバと、前記チャンバ内に設けられる石英ルツボと、前記石英ルツボを囲むように配置され、前記石英ルツボを加熱するヒーターとを備えた引き上げ装置を用い、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、前記引き上げ装置には、前記引き上げ装置内に導入されたガスを前記ヒーターの上部から排気する上部排気口、および前記ヒーターの下部から排気する下部排気口が形成され、1:3≦前記上部排気口からのガスの排気量:前記下部排気口からのガスの排気量≦6:1とすることを特徴とする。
本発明では、1:2≦前記上部排気口からのガスの排気量:前記下部排気口からのガスの排気量≦3:1とするのが好ましい。
The method for producing a silicon single crystal of the present invention uses a pulling device provided with a chamber, a quartz rubbing provided in the chamber, and a heater arranged so as to surround the quartz rubbing and heating the quartz rubbing. It is a method for producing a silicon single crystal for producing a silicon single crystal, and the pulling device includes an upper exhaust port for exhausting gas introduced into the pulling device from the upper part of the heater and exhaust from the lower part of the heater. The lower exhaust port is formed, and the gas exhaust amount from the upper exhaust port is 1: 3 ≦ the gas exhaust amount from the lower exhaust port ≦ 6: 1.
In the present invention, it is preferable that 1: 2 ≦ the amount of gas discharged from the upper exhaust port: the amount of gas discharged from the lower exhaust port ≦ 3: 1.
この発明によれば、上部排気口から排気されるガスの排気量を、1:3≦上部排気口からのガスの排気量:下部排気口からのガスの排気量≦6:1とすることにより、上部排気口からの排気を優先して行うことができる。したがって、石英ルツボ内のシリコン融液表面に流れ込んだCOを含むガスを効率的に排出することができ、シリコン単結晶中のCsを低減することができる。
特に、1:2≦上部排気口からのガスの排気量:下部排気口からのガスの排気量≦3:1とすることにより、石英ルツボ内のCOを含むガスを効率的に排出することができる。
According to the present invention, the amount of gas exhausted from the upper exhaust port is set to 1: 3 ≤ the amount of gas exhausted from the upper exhaust port: the amount of gas exhausted from the lower exhaust port ≤ 6: 1. , Exhaust from the upper exhaust port can be given priority. Therefore, the gas containing CO that has flowed into the surface of the silicon melt in the quartz crucible can be efficiently discharged, and Cs in the silicon single crystal can be reduced.
In particular, by setting 1: 2 ≤ gas displacement from the upper exhaust port: gas displacement from the lower exhaust port ≤ 3: 1, the gas containing CO in the quartz crucible can be efficiently discharged. it can.
本発明では、前記上部排気口および前記下部排気口からのガスの排気量は、それぞれの排気口の開口面積を変更することにより調整されるのが好ましい。
この発明によれば、上部排気口および下部排気口の開口面積を変更するだけで、それぞれの排気口のガスの排気量を調整することができるため、簡単に上部排気口および下部排気口からのガスの排気量を調整することができる。
In the present invention, it is preferable that the amount of gas exhausted from the upper exhaust port and the lower exhaust port is adjusted by changing the opening area of each exhaust port.
According to the present invention, the amount of gas exhausted from each exhaust port can be adjusted simply by changing the opening areas of the upper exhaust port and the lower exhaust port, so that the gas exhaust amount from the upper exhaust port and the lower exhaust port can be easily adjusted. The amount of gas exhaust can be adjusted.
本発明では、前記引き上げ装置は、前記チャンバ内に配置され、前記上部排気口および前記下部排気口が形成され、カーボン部材から構成される排気流路を備えているのが好ましい。
この発明によれば、引き上げ装置が排気流路を備えていることにより、COを含むガスが他の部位に漏れ出すことなく排気することができるため、引き上げられたシリコン単結晶中のCsを確実に低減することができる。
In the present invention, it is preferable that the pulling device is arranged in the chamber, the upper exhaust port and the lower exhaust port are formed, and an exhaust flow path composed of a carbon member is provided.
According to the present invention, since the pulling device is provided with an exhaust flow path, the gas containing CO can be exhausted without leaking to other parts, so that Cs in the pulled silicon single crystal can be reliably ensured. Can be reduced to.
[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
The
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の内面に沿って外筒となる断熱材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
Above the
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
The
Further, the
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
The inert gas introduced into the
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
[2]排気流路の構造
図2および図3には、前述した引き上げ装置1に形成された排気流路の構造が示されている。図2は、垂直方向断面図であり、図3は、水平方向断面図である。
排気ダクト15は、図3に示すように断面C字状の長尺部材から構成され、ヒーター5の外側に配置される内筒16に、排気ダクト15のC字のフランジ先端が接合されている。排気ダクト15は、内筒16の周りに4箇所設けられ、石英ルツボ3Aの中心を中心として、隣り合う排気ダクト15は90°の角度をなすように配置されている。
[2] Structure of the exhaust flow path FIG. 2 and FIG. 3 show the structure of the exhaust flow path formed in the above-mentioned
As shown in FIG. 3, the
内筒16は、グラファイト等のカーボン部材から構成される円筒状体である。内筒16には、図2に示すように、ヒーター5の上端の上方に、上部排気口16Aが、ヒーター5の下端の下方に、下部排気口16Bが形成されている。
4本の排気ダクト15の4つの上部排気口16Aのガスの排気量および下部排気口16Bのガスの排気量は、1:3≦上部排気口16Aからのガスの排気量:下部排気口16Bのガスの排気量≦6:1、好ましくは、1:2≦上部排気口16Aからのガスの排気量:下部排気口16Bのガスの排気量≦3:1とされる。
The
The amount of gas exhausted from the four
なお、本実施形態では排気ダクト15を4箇所設けているが、これに限られるわけではなく、3箇所でもよく、また8箇所でもよく、複数の排気ダクト15があればよい。また、上部排気口16Aおよび下部排気口16Bのガスの排気量は、上部排気口16Aおよび下部排気口16Bの開口面積を変更することにより調整することができる。
In the present embodiment, the
このような排気流路では、石英ルツボ3Aの上部のガス導入口13(図1参照)から導入された不活性ガスは、シリコン融液9の融液表面に沿って、外側に拡散し、COを含むガスは、石英ルツボ3Aの内周面に沿って上昇する。
そして、COを含むガスの一部は、図2に示すように、内筒16および熱遮蔽体12により囲まれた空間に流れ込み、高COガス濃度雰囲気領域を形成する。この高COガス濃度雰囲気領域内のCOを含むガスは、上部排気口16Aから排気ダクト15の内部に入り、下方に流れて排気口14から排出される。
In such an exhaust flow path, the inert gas introduced from the gas introduction port 13 (see FIG. 1) at the upper part of the
Then, as shown in FIG. 2, a part of the gas containing CO flows into the space surrounded by the
一方、COを含むガスの他の一部は、ヒーター5の内側を流れ、図2に示すように、ルツボ3の下方に高COガス濃度雰囲気領域を形成する。このCOガス濃度雰囲気領域内のCOを含むガスは、下部排気口16Bから排気ダクト15の内部に入り、下方に流れて排気口14から排出される。
そして、上部排気口16Aから排気されるガスの排気量と、下部排気口16Bから排気されるガスの排気量を調整することにより、石英ルツボ3A内のシリコン融液9の表面に流れ込んだCOを含むガスを効率的に排出することができ、結果的に引き上げられたシリコン単結晶10中のCsを低減することができる。
On the other hand, the other part of the gas containing CO flows inside the
Then, by adjusting the displacement of the gas exhausted from the
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下で説明する実施例に限定されるものではない。
[1]排気位置によるシリコン単結晶10のカーボン濃度の変化
実施形態で説明したシリコン単結晶10の引き上げ装置1を使用して、上部排気口16A、下部排気口16Bからの排気流路を変更し、シリコン単結晶10を引き上げ、引き上げられたシリコン単結晶10中のカーボン濃度を測定した。
Next, examples of the present invention will be described. The present invention is not limited to the examples described below.
[1] Change in Carbon Concentration of
実施例:上部排気口16Aを開、下部排気口16Bを開とした。なお、上部排気口16Aからのガスの排気量:下部排気口16Bからのガスの排気量=4:1とした。
比較例1:上部排気口16Aを閉、下部排気口16Bを開とした。
比較例2:上部排気口16Aを開、下部排気口16Bを閉とした。
なお、実施例および比較例1、2において、原料チャージ量は400kgとし、390kgのシリコン単結晶10を引き上げた。また、アルゴンガス流量は、200L/minとし、炉内圧を4000Pa(30Torrを換算した値)とした。結果を図4に示す。
Example: The
Comparative Example 1: The
Comparative Example 2: The
In Examples 1 and 2, the raw material charge amount was 400 kg, and 390 kg of the silicon
図4からわかるように、比較例1の下排気のみの場合と比較して、実施例の上+下排気の場合、シリコン単結晶10中のカーボン濃度が大幅に低減されていることが確認できた。
一方、比較例2の上排気のみの場合は、比較例1の下排気のみよりもシリコン単結晶10中のカーボン濃度が増加した。これは、石英ルツボ3Aおよび黒鉛ルツボ3Bの反応によって生成したCOガスを全て上部に吸い上げてしまうため、シリコン融液9近傍のCO濃度が上昇し、結果としてシリコン単結晶10中のカーボン濃度上昇につながったものと考えられる。
As can be seen from FIG. 4, it can be confirmed that the carbon concentration in the silicon
On the other hand, in the case of only the upper exhaust of Comparative Example 2, the carbon concentration in the silicon
[2]上部排気口16Aおよび下部排気口16Bのガスの排気量の比率
次に、STR社の熱流動解析プログラムCGSimを用い、上部排気口16Aおよび下部排気口16Bのガスの排気量の比率を変化させ場合に、シリコン融液9中のカーボン濃度がどのように変化するかを、シミュレーションした。結果を表1および図5に示す。
[2] Ratio of gas exhaust amount of
表1および図5からわかるように、上部排気口16Aのガスの排気量:下部排気口16Bのガスの排気量=1:3において、シリコン融液9中のカーボン濃度が、5×1015(atoms/cm3)以下に低減した。
一方、上部排気口16Aのガスの排気量:下部排気口16Bのガスの排気量=6:1までは、5×1015(atoms/cm3)以下に低減させることができることを確認できた。
特に、1:2≦上部排気口16Aのガスの排気量:下部排気口16Bのガスの排気量≦3:1の範囲では、4×1015(atoms/cm3)以下まで低減することができ、シリコン融液9中のカーボン濃度を大きく低減することができた。
したがって、上部排気口16Aのガスの排気量:下部排気口16Bのガスの排気量を適切に変化させることにより、シリコン融液9中のカーボン濃度を低減させることができるため、引き上げられたシリコン単結晶10中の炭素濃度を低減することができることを確認することができた。
As can be seen from Table 1 and FIG. 5, the carbon concentration in the silicon melt 9 is 5 × 10 15 (at the displacement of gas in the
On the other hand, it was confirmed that the gas displacement of the
In particular, in the range of 1: 2 ≤ gas displacement of the
Therefore, the carbon concentration in the
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、15…排気ダクト、16…内筒、16A…上部排気口、16B…下部排気口。 1 ... Pulling device, 2 ... Chamber, 3 ... Crucible, 3A ... Quartz crucible, 3B ... Graphite crucible, 4 ... Support shaft, 5 ... Heater, 6 ... Insulation material, 7 ... Pulling shaft, 8 ... Seed crystal, 9 ... Silicon Melt, 10 ... silicon single crystal, 12 ... heat shield, 13 ... gas inlet, 14 ... exhaust port, 15 ... exhaust duct, 16 ... inner cylinder, 16A ... upper exhaust port, 16B ... lower exhaust port.
Claims (4)
前記引き上げ装置には、前記チャンバ内に配置され、前記引き上げ装置内に導入されたガスを排気する排気流路が形成され、
前記排気流路には、前記ヒーターの上部から前記排気流路に前記ガスを導入する上部排気口と、前記ヒーターの下部から前記排気流路に前記ガスを導入する下部排気口と、前記上部排気口および前記下部排気口から導入された前記ガスを排出する排気口と、が形成され、
1:3≦前記上部排気口からのガスの排気量:前記下部排気口からのガスの排気量≦6:1とし、
前記上部排気口および前記下部排気口からのガスの排気量は、前記上部排気口および前記下部排気口の開口面積をそれぞれ変更することにより調整されることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 Manufacture of a silicon single crystal for producing a silicon single crystal by using a lifting device including a chamber, a quartz crucible provided in the chamber, and a heater arranged so as to surround the quartz crucible and heating the quartz crucible. It ’s a method,
Wherein the pulling device, the disposed in the chamber, an exhaust passage to exhaust the introduced gas into the pulling apparatus is formed,
The exhaust flow path includes an upper exhaust port for introducing the gas from the upper part of the heater into the exhaust flow path, a lower exhaust port for introducing the gas from the lower part of the heater into the exhaust flow path, and the upper exhaust. An exhaust port and an exhaust port for discharging the gas introduced from the lower exhaust port are formed.
1: 3 ≤ Gas displacement from the upper exhaust port: Gas displacement from the lower exhaust port ≤ 6: 1 .
A method for producing a silicon single crystal , wherein the amount of gas exhausted from the upper exhaust port and the lower exhaust port is adjusted by changing the opening areas of the upper exhaust port and the lower exhaust port, respectively.
1:2≦前記上部排気口からのガスの排気量:前記下部排気口からのガスの排気量≦3:1と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,
1: 2 ≤ Gas displacement from the upper exhaust port: A method for producing a silicon single crystal, characterized in that the gas displacement from the lower exhaust port is ≤ 3: 1.
前記上部排気口および前記下部排気口からのガスの排気量の比率は、前記上部排気口および前記下部排気口からのガスの排気量の比率を変化させ、シリコン融液中のカーボン濃度を、シミュレーションした結果から調整され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.
The ratio of the gas exhaust amount from the upper exhaust port and the lower exhaust port changes the ratio of the gas exhaust amount from the upper exhaust port and the lower exhaust port, and simulates the carbon concentration in the silicon melt. A method for producing a silicon single crystal, which is characterized by being adjusted from the results obtained.
前記排気流路は、カーボン部材から構成され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 3.
The exhaust passage, the method for manufacturing a silicon single crystal, wherein the benzalkonium consists of carbon members.
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