JP7264043B2 - Single crystal growth method and single crystal growth apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、チョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶育成方法および単結晶育成装置に関する。 The present invention relates to a single crystal growing method and a single crystal growing apparatus for growing a single crystal by the Czochralski method.
シリコン単結晶などの単結晶の製造方法として、チョクラルスキー法(以下、CZ法という。)と呼ばれる方法が知られている。CZ法では、ルツボ内のシリコン融液の液面に種結晶を着液させ、種結晶を上方に引き上げることにより単結晶の製造が行われる。 A method called the Czochralski method (hereinafter referred to as the CZ method) is known as a method for producing single crystals such as silicon single crystals. In the CZ method, a single crystal is produced by placing a seed crystal on the liquid surface of a silicon melt in a crucible and lifting the seed crystal upward.
CZ法により製造されるシリコン単結晶に含まれる結晶欠陥の種類や分布は、シリコン単結晶の成長速度(引き上げ速度)Vと、融点から1300℃までの結晶成長界面近傍における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Gとの比V/Gに依存することが知られている。
V/Gが大きい場合には空孔が過剰となり、その凝集体であるボイド欠陥が発生する。ボイド欠陥は一般的にCOP(Crystal Originated Particle)と称される結晶欠陥である。一方、V/Gが小さい場合には格子間シリコン原子が過剰となり、その凝集体を起因とした転位クラスターが発生する。したがって、COPや転位クラスターを含まない単結晶を製造するためには、V/Gを厳密に制御しなければならない。現在では、結晶引き上げ速度Vを制御することによって、COPや転位クラスターを含まない300mmウェーハ用のシリコン単結晶が量産されている。
The type and distribution of crystal defects contained in the silicon single crystal manufactured by the CZ method are determined by the growth rate (pulling rate) V of the silicon single crystal and the crystal growth in the direction of the pulling axis near the crystal growth interface from the melting point to 1300 ° C. It is known to depend on the ratio V/G to the temperature gradient G.
When V/G is large, vacancies become excessive, and void defects, which are aggregates thereof, occur. A void defect is a crystal defect generally called COP (Crystal Originated Particle). On the other hand, when V/G is small, interstitial silicon atoms become excessive, and dislocation clusters are generated due to their aggregates. Therefore, V/G must be strictly controlled in order to produce single crystals that do not contain COPs or dislocation clusters. At present, by controlling the crystal pulling speed V, silicon single crystals for 300 mm wafers free of COPs and dislocation clusters are mass-produced.
しかしながら、V/Gを制御して引き上げられたシリコン単結晶から切り出されたCOP及び転位クラスターを含まないシリコンウェーハであっても、その全面は必ずしも均質ではなく、熱処理された場合の挙動が異なる複数の領域を含んでいる。例えば、COPが発生する領域と転位クラスターが発生する領域との間には、V/Gが大きいほうから順に、OSF領域、Pv領域、Pi領域の三つの領域が存在する。 However, even a silicon wafer containing no COPs and dislocation clusters cut out from a silicon single crystal pulled by controlling V/G does not necessarily have a homogeneous surface on its entire surface and behaves differently when heat-treated. contains the region of For example, between the region where COPs occur and the region where dislocation clusters occur, there are three regions, the OSF region, the Pv region, and the Pi region, in descending order of V/G.
OSF領域とは、as-grown状態でOSF核を含んでおり、1000~1200℃の高温下で1~10時間の熱酸化処理した場合にOSF(Oxidation induced Stacking Fault:酸化誘起積層欠陥)が発生する領域である。Pv領域とは、as-grown状態で酸素析出核を含んでおり、低温及び高温の2段階の熱処理を施した場合に酸素析出物が発生しやすい領域である。Pi領域とは、as-grown状態で酸素析出核をほとんど含んでおらず、熱処理を施しても酸素析出物が発生しにくい領域である。 The OSF region contains OSF nuclei in an as-grown state, and when thermally oxidized at a high temperature of 1000 to 1200° C. for 1 to 10 hours, an OSF (Oxidation induced Stacking Fault) occurs. This is the area where The Pv region is a region in which oxygen precipitate nuclei are included in the as-grown state, and oxygen precipitates are likely to occur when two-step heat treatment at low temperature and high temperature is performed. The Pi region is a region that contains almost no oxygen precipitate nuclei in the as-grown state and is less likely to generate oxygen precipitates even when subjected to heat treatment.
結晶欠陥が少ないシリコン単結晶を製造する方法として、例えば特許文献1には、シリコン結晶を囲むように設置した冷却部とその上方に加熱部を有する製造装置を用い、結晶凝固温度から結晶温度1300℃までの冷却勾配2℃/mm以上とし、その後結晶温度が1200℃以上凝固温度以下での保持領域が200mm以上となる条件での結晶引き上げを行うことが記載されている。特許文献1に記載のシリコン単結晶の製造方法によれば、COP欠陥又は転位欠陥が著しく少なく、酸化膜耐圧特性、PN接合リーク電流特性などのデバイス特性に優れたCZシリコン単結晶を製造することが可能である。 As a method for producing a silicon single crystal with few crystal defects, for example, in Patent Document 1, a manufacturing apparatus having a cooling unit installed so as to surround the silicon crystal and a heating unit above it is used, and the crystal solidification temperature is set to 1300 to the crystal temperature. It is described that the cooling gradient to °C is set to 2 °C/mm or more, and then the crystal is pulled under the conditions that the holding area at the crystal temperature is 1200 °C or more and the solidification temperature or less is 200 mm or more. According to the method for producing a silicon single crystal described in Patent Document 1, it is possible to produce a CZ silicon single crystal having extremely few COP defects or dislocation defects and excellent device characteristics such as oxide film withstand voltage characteristics and PN junction leakage current characteristics. is possible.
また特許文献2には、インゴットが成長している間に、インゴットにおける真性点欠陥の凝集が起こる温度TA(例えば1050℃)よりも低い温度にインゴットのどの部分も冷却しないようにインゴットの温度を調整することにより、凝集真性点欠陥を実質的に有さない単結晶シリコンインゴットを成長させることが記載されている。この方法では、凝集反応が生じる温度TAより高い温度に単結晶が滞在する時間を十分に与えて、格子間シリコン原子及び空孔を対消滅させるか、あるいは外方拡散させることで、少なくとも定直径部分が凝集真性点欠陥を実質的に有さない単結晶シリコンインゴットを成長させる。
Also, in
ところで、結晶直径は、大径化の一途を辿っているが、径が大きくなるに従って結晶外周部に比べて結晶中心部が冷えにくくなり、引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Gが小さくなるとともに、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内の前記温度勾配Gの分布が不均一になりやすい。これにより、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内の全面をPv領域又はPi領域にすることができるV/Gの許容幅が非常に狭くなり、結晶引き上げ速度Vの制御が急激に難しくなるという問題がある。 By the way, the diameter of the crystal is increasing, but as the diameter increases, the central portion of the crystal becomes more difficult to cool than the outer peripheral portion of the crystal, and the temperature gradient G in the crystal in the direction of the pulling axis becomes smaller. The distribution of the temperature gradient G within the cross section of the silicon single crystal perpendicular to the pulling axis direction tends to be uneven. As a result, the allowable range of V/G that allows the entire surface of the silicon single crystal cross section perpendicular to the pulling axis direction to be the Pv region or the Pi region becomes extremely narrow, and the control of the crystal pulling speed V suddenly becomes difficult. There is a problem of becoming
したがって、本発明の目的は、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内の全面をPv領域又はPi領域にすることができる結晶引き上げ速度Vの許容幅(以下、「PvPiマージン」という)を拡大してCOPおよび転位クラスターを含まない直径300mm以上の大口径シリコン単結晶の製造歩留まりを高め、これによりCOPおよび転位クラスターを含まない直径300mm以上の大径シリコンウェーハの生産性を向上させることが可能な単結晶育成方法および単結晶育成装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a permissible range (hereinafter referred to as "PvPi margin") of the crystal pulling speed V that allows the entire surface in the cross section of the silicon single crystal perpendicular to the pulling axis direction to become the Pv region or the Pi region. It is possible to increase the production yield of large-diameter silicon single crystals with a diameter of 300 mm or more that do not contain COPs and dislocation clusters, thereby improving the productivity of large-diameter silicon wafers that do not contain COPs and dislocation clusters and have a diameter of 300 mm or more. An object of the present invention is to provide a single crystal growth method and a single crystal growth apparatus capable of achieving this.
なお、本発明はCOPおよび転位クラスターを含まない直径300mm以上の大口径シリコン単結晶の製造に好適であるが、直径300mm未満の比較的小径のシリコン単結晶の製造であっても、COPおよび転位クラスターを含まないシリコン単結晶の製造歩留まりを高める効果がある。以下、COPおよび転位クラスターを含まないシリコン単結晶を無欠陥のシリコン単結晶、COPおよび転位クラスターを含まないシリコンウェーハを無欠陥ウェーハと称す。 The present invention is suitable for producing large-diameter silicon single crystals with a diameter of 300 mm or more that do not contain COPs and dislocation clusters. This has the effect of increasing the production yield of silicon single crystals containing no clusters. Hereinafter, a silicon single crystal containing no COPs and dislocation clusters will be referred to as a defect-free silicon single crystal, and a silicon wafer containing no COPs and dislocation clusters will be referred to as a defect-free wafer.
本発明の単結晶育成方法は、チョクラルスキー法により、ショルダー部、ボディ部、およびテール部からなるシリコン単結晶を育成する単結晶育成方法であって、前記シリコン単結晶の前記ボディ部を引き上げる引き上げ工程と、前記引き上げ工程の実行中に、前記シリコン単結晶を囲繞するように設置され、前記シリコン単結晶の外周側から前記シリコン単結晶の冷却を促進させる冷却体を昇降させて、前記冷却体の下端とシリコン融液の液面との距離を変化させる冷却体昇降工程を有することを特徴とする。 A single crystal growing method of the present invention is a single crystal growing method for growing a silicon single crystal comprising a shoulder portion, a body portion and a tail portion by the Czochralski method, wherein the body portion of the silicon single crystal is pulled up. A pulling step, and during the pulling step, a cooling body installed to surround the silicon single crystal and promoting cooling of the silicon single crystal from the outer peripheral side of the silicon single crystal is moved up and down to perform the cooling. It is characterized by having a cooling body raising/lowering step for changing the distance between the lower end of the body and the liquid surface of the silicon melt.
前記冷却体昇降工程において、前記冷却体を、前記ボディ部の引き上げ開始時(ボディ部開始位置)における位置から降下させることが好ましい。 In the cooling body raising/lowering step, it is preferable that the cooling body is lowered from a position at the start of pulling up the body (body starting position).
前記冷却体昇降工程において、前記冷却体を、前記ボディ部の引き上げ開始時における位置から降下させた後、上昇させることが好ましい。 In the cooling body raising/lowering step, it is preferable that the cooling body is lowered from a position at the start of pulling up of the body portion and then raised.
上記単結晶育成方法において、前記引き上げ工程では、前記ボディ部を、トップ領域とミドル領域とボトム領域との三つの領域の順に引き上げ、前記冷却体昇降工程では、前記ミドル領域の引き上げ中における前記距離が、前記ボディ部の引き上げ開始時における前記距離と、前記ボディ部の引き上げ終了時(予め設定されたボディ部終了位置)における前記距離よりも小さくなるように、前記冷却体を昇降させることが好ましい。 In the single crystal growing method, in the pulling step, the body portion is pulled up in order of the top region, the middle region, and the bottom region. is smaller than the distance at the start of pulling up the body portion and the distance at the end of pulling up the body portion (preset end position of the body portion). .
上記単結晶育成方法において、前記冷却体昇降工程では、前記ボディ部の引き上げ率20%~30%で前記冷却体を降下させ、前記ボディ部の引き上げ率70%~90%で前記冷却体を上昇させることが好ましい。
ここで、前記ボディ部の引き上げ率とは、単結晶の製造にあたって、予め設定されたボディ部の長さを100%として、ボディ部の開始位置を0%として定義される、結晶長手方向の位置である。通常、装置上のトラブルなく、単結晶の有転位化もなく、正常に単結晶の育成が行われた場合、育成されたボディ部の長さは予め設定されたボディ部の長さと同じになる。
In the single crystal growing method, in the cooling body elevating step, the cooling body is lowered at a lifting rate of the body portion of 20% to 30%, and the cooling body is raised at a lifting rate of the body portion of 70% to 90%. It is preferable to let
Here, the pulling rate of the body portion is defined as a position in the longitudinal direction of the crystal defined as 100% for the length of the body portion set in advance in the production of the single crystal and 0% for the start position of the body portion. is. Normally, when the single crystal is grown normally without troubles in the apparatus and without dislocations in the single crystal, the length of the grown body portion is the same as the preset length of the body portion. .
本発明の単結晶育成装置は、チョクラルスキー法により、ショルダー部、ボディ部、およびテール部からなるシリコン単結晶を育成する単結晶育成装置であって、シリコン融液を保持するルツボと、前記シリコン単結晶を囲繞するように設置され、昇降可能であり、外周側から前記シリコン単結晶の冷却を促進させる冷却体と、少なくとも前記冷却体を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記冷却体を昇降させて、前記冷却体の下端と前記シリコン融液の液面との距離を変化させる冷却体制御部を有することを特徴とする。 A single crystal growth apparatus of the present invention is a single crystal growth apparatus for growing a silicon single crystal comprising a shoulder portion, a body portion and a tail portion by the Czochralski method, comprising: a crucible for holding a silicon melt; a cooling body installed so as to surround a silicon single crystal, capable of moving up and down, and promoting cooling of the silicon single crystal from the outer peripheral side; and a controller controlling at least the cooling body, wherein the controller comprises and a cooling body control unit for moving the cooling body up and down to change the distance between the lower end of the cooling body and the liquid surface of the silicon melt.
上記単結晶育成装置において、前記ボディ部をトップ領域とミドル領域とボトム領域との三つの領域の順に引き上げるとすると、前記冷却体制御部は、前記ミドル領域の引き上げ中における前記冷却体と前記シリコン融液の液面との距離が、前記ボディ部の引き上げ開始時における前記距離と、前記ボディ部の引き上げ終了時における前記距離よりも小さくなるように、前記冷却体を昇降させるように前記冷却体を制御することが好ましい。 In the above-described single crystal growth apparatus, if the body portion is pulled up in order of the top region, the middle region, and the bottom region, the cooling body control unit controls the cooling body and the silicon during the pulling of the middle region. The cooling body is moved up and down so that the distance from the liquid surface of the melt is smaller than the distance at the start of pulling up the body part and the distance at the end of pulling up the body part. is preferably controlled.
上記単結晶育成装置において、育成される前記シリコン単結晶の直径をDとすると、前記冷却体制御部は、前記冷却体の最も高い位置と最も低い位置との差Hdが、0.1×D<Hdを満たすように前記冷却体を昇降させるように構成されていることが好ましい。 In the above-described single crystal growth apparatus, if the diameter of the silicon single crystal to be grown is D, the cooling body control unit controls the difference Hd between the highest position and the lowest position of the cooling body to be 0.1×D. It is preferable that the cooling body is moved up and down so as to satisfy <Hd.
上記単結晶育成装置において、前記冷却体制御部は、前記ボディ部の引き上げ率20%~30%で前記冷却体を降下させ、前記ボディ部の引き上げ率70%~90%で前記冷却体を上昇させるように前記冷却体を昇降させることが好ましい。 In the above single crystal growth apparatus, the cooling body control unit lowers the cooling body at a lifting rate of the body portion of 20% to 30%, and raises the cooling body at a lifting rate of the body portion of 70% to 90%. It is preferable to raise and lower the cooling body so as to
上記単結晶育成装置において、前記冷却体は上下方向に2分割されており、下方の冷却体のみを昇降させることが好ましい。 In the single crystal growth apparatus, it is preferable that the cooling body is vertically divided into two, and that only the lower cooling body is moved up and down.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
〔単結晶育成装置〕
図1は、本発明の実施形態に係る単結晶育成装置1の概略断面図である。
単結晶育成装置1は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶Sを引き上げ、育成を行う装置である。図1に示されるように、単結晶育成装置1は、外郭を構成する水冷式のチャンバ2と、チャンバ2の中心部に配置されるルツボ3と、ルツボ3を支持する回転シャフト4と、回転シャフト4を回転及び昇降させるシャフト駆動機構5と、ヒーター6と、ルツボ3の上方に配置された熱遮蔽体7と、制御装置8と、を備える。
また、単結晶育成装置1は、育成されるシリコン単結晶Sを囲繞するように設置され、シリコン単結晶Sの外周側からシリコン単結晶Sの冷却を促進するための円筒形状の冷却体12(水冷体)を備える。
Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
[Single crystal growth device]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a single crystal growth apparatus 1 according to an embodiment of the invention.
A single crystal growth apparatus 1 is an apparatus for pulling and growing a silicon single crystal S by the Czochralski method. As shown in FIG. 1, a single crystal growth apparatus 1 includes a water-cooled
Further, the single crystal growth apparatus 1 is installed so as to surround the silicon single crystal S to be grown, and has a cylindrical cooling body 12 ( water cooling body).
チャンバ2は、メインチャンバ10と、メインチャンバ10の上部開口10Aに連結された円筒形状のプルチャンバ11とから構成されている。ルツボ3、ヒーター6、熱遮蔽体7、及び冷却体12は、メインチャンバ10内に配置されている。
The
ルツボ3は、鉛直方向上方から見て円形をなし、シリコン融液Mが貯留される容器である。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る。ルツボ3は、回転および昇降が可能で鉛直方向に延びる回転シャフト4の上端部に固定されている。回転シャフト4の下端部は、チャンバ2の底部を貫通してチャンバ2の外側に設けられたシャフト駆動機構5に接続されている。
The
ヒーター6は、ルツボ3内のシリコン融液Mを加熱する加熱装置である。ヒーター6は、円筒形状をなし、ルツボ3の外周側に配置されている。ヒーター6は、抵抗加熱式の所謂カーボンヒーターである。ヒーター6の外側には、チャンバ2の内面に沿って断熱材9が設けられている。
The
ルツボ3の上方には、シリコン単結晶の引き上げ軸であるワイヤー16と、ワイヤー16を巻き取るワイヤー巻き取り機構17が設けられている。ワイヤー巻き取り機構17はワイヤー16とともにシリコン単結晶Sを回転させる機能を有している。
ワイヤー巻き取り機構17は制御装置8によって制御される。ワイヤー巻き取り機構17はプルチャンバ11の上方に配置されている。ワイヤー16は、ワイヤー巻き取り機構17からプルチャンバ11内を通って下方に延びており、ワイヤー16の先端部はメインチャンバ10の内部空間まで達している。
図1には、育成途中のシリコン単結晶Sがワイヤー16に吊設された状態が示されている。シリコン単結晶Sの引き上げ時にはルツボ3とシリコン単結晶Sとをそれぞれ回転させながらワイヤー16を徐々に引き上げることによりシリコン単結晶Sを成長させる。
Above the
The
FIG. 1 shows a state in which a silicon single crystal S in the middle of growth is suspended from a
熱遮蔽体7は、筒状をなし、ルツボ3内のシリコン融液Mの上方で育成中のシリコン単結晶Sを囲む。
熱遮蔽体7は、シリコン融液Mの温度変動を抑制して結晶成長界面近傍に適切な熱環境を形成するとともに、ヒーター6およびルツボ3からの輻射熱によるシリコン単結晶Sの加熱を防止するために設けられている。熱遮蔽体7は略円筒状の黒鉛製の部材であり、シリコン単結晶Sの引き上げ経路を除いたシリコン融液Mの上方の領域を覆うように設けられている。
The
The
プルチャンバ11には、ガス導入口14が設けられている。ガス導入口14は、アルゴンガスなどの不活性ガスをチャンバ2内に導入する。メインチャンバ10の下部には、排気口15が設けられている。排気口15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。ガス導入口14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Sと熱遮蔽体7との間を下降する。次いで、不活性ガスは、熱遮蔽体7の下端とシリコン融液Mの液面との隙間を経た後、熱遮蔽体7の外側、さらにルツボ3の外側に向けて流れる。その後、不活性ガスは、ルツボ3の外側を下降し、排気口15から排出される。
A
冷却体12は、内部に流通される水などの冷却液により、シリコン単結晶Sを強制的に冷却する。冷却体12は、例えば、銅などの熱伝導性の良好な金属からなり、内面側は吸熱効率を上げるため、黒色処理を施し、さらに外面側についてはクロームメッキ処理を施すことができる。
The cooling
冷却体12は、育成中のシリコン単結晶Sの冷却を促進することで、単結晶中心部および単結晶外周部の引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Gを制御する役割を担う。冷却体12はシリコン単結晶Sの外周部から熱を奪うため、シリコン単結晶Sと冷却体12が正対する部位は、シリコン単結晶Sの外周部はシリコン単結晶Sの中心部よりも冷却体12の影響を強く受ける。一方、シリコン単結晶Sと冷却体12が正対しない部位は、シリコン単結晶Sの中心部はシリコン単結晶Sの外周部よりも冷却体12の影響を相対的に強く受ける。そのため、冷却体12を結晶成長界面近傍から遠ざけたり近づけたりすることにより、結晶成長界面近傍における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Gの結晶内半径方向分布を変化させることができる。
The cooling
冷却体12は、シリコン単結晶Sの引き上げ経路を取り囲むように、育成されるシリコン単結晶Sの外周側に配置される。
冷却体12は、メインチャンバ10の上部開口10Aに接続された第1冷却体12Aと、第1冷却体12Aの下方に配置され、昇降可能な第2冷却体12Bとから構成されている。すなわち、本実施形態の冷却体12は上下方向に2分割されており、下方の第2冷却体12Bのみを昇降させる構成となっている。
The cooling
The cooling
冷却体12を上下方向に2分割して、下方の第2冷却体12Bのみを昇降させる構成にすることにより、昇降荷重能力の低い昇降機構(例えば、モーターの小さな昇降機構)でも第2冷却体12Bを昇降させることができるので昇降機構をコンパクトにすることができる。また、下方の第2冷却体12Bは、シリコン単結晶内の結晶欠陥の種類や分布に強く影響を与える、融点から1300℃までの結晶成長界面の近くに配置される。そのため、第2冷却体12Bのみを昇降させて、結晶成長界面から遠ざけたり近づけたりすることは、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内(結晶内半径方向)の前記温度勾配Gの分布を制御し、前記断面内(結晶内半径方向)の欠陥分布を制御する上で効率的である。
育成されるシリコン単結晶Sと冷却体12との間隔は小さいことが好ましく、シリコン単結晶Sの直径のマージンを考慮して適切に決定される。
By dividing the cooling
The distance between the silicon single crystal S to be grown and the cooling
図2は、育成されるシリコン単結晶S周辺の拡大断面図である。図2に示されるように、単結晶育成装置1によって育成されるシリコン単結晶Sの直径をD、第1冷却体12Aおよび第2冷却体12Bの内径をIDとすると、第1冷却体12Aおよび第2冷却体12Bは、内径IDが1.05×D以上1.3×D以下となるように形成されている。例えば、育成されるシリコン単結晶Sの直径Dを310mmとし、冷却体12の内径IDを350mmとすることができる。なお、第1冷却体12Aと第2冷却体12Bの内径は同一とする必要はない。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of the silicon single crystal S to be grown. As shown in FIG. 2, where D is the diameter of the silicon single crystal S grown by the single crystal growth apparatus 1 and ID is the inner diameter of the
第2冷却体12Bは、図示しない昇降機構により、上下方向に移動可能である。第2冷却体12Bの昇降機構は、制御装置8の冷却体制御部8Aによって制御される。
第2冷却体12Bは、可能な限り第1冷却体12Aに近づく位置(上端)と、可能な限りシリコン融液Mの液面MAに近づく位置(下端)との間で昇降が可能である。第2冷却体12Bを昇降させることによって、シリコン単結晶Sにおける冷却を促進させる部位を変更することができる。
第2冷却体12B用の昇降機構は、例えば、ラックとピニオンとモータからなる機構や、直動シリンダ等から構成することができる。
The
The
The elevating mechanism for the
制御装置8は、シリコン融液Mの液面MAと熱遮蔽体7の下端との間の距離G1(ギャップ)が一定になるようにシャフト駆動機構5を制御してルツボ3を上昇させる。すなわち、シリコン単結晶Sの成長に伴い、ルツボ3内のシリコン融液Mの量が減少しても距離G1は一定に保たれる。
これにより、シリコン融液Mの温度変動を抑制するとともに、液面MA近傍を流れる不活性ガスの流速を一定にしてシリコン融液Mからのドーパントの蒸発量を制御することができる。したがって、シリコン単結晶Sの引き上げ軸方向の結晶欠陥分布、酸素濃度分布、抵抗率分布等の安定性を向上させることができる。
The
As a result, the temperature fluctuation of the silicon melt M can be suppressed, and the amount of evaporation of the dopant from the silicon melt M can be controlled by keeping the flow velocity of the inert gas flowing near the liquid surface MA constant. Therefore, the stability of the crystal defect distribution, oxygen concentration distribution, resistivity distribution, etc. in the direction of the pulling axis of the silicon single crystal S can be improved.
第1冷却体12Aの高さをH1とすると、第1冷却体12Aは、0.9×D<H1<1.5×Dとなるように形成されている。同様に、第2冷却体12Bの高さをH2とすると、第2冷却体12Bは、0.9×D<H2<1.5×Dとなるように形成されている。
第2冷却体12Bの高さH2は、第1冷却体12Aの高さH1よりも小さくすることが好ましい。
また、第1冷却体12Aおよび第2冷却体12Bは、第2冷却体12Bの上下方向のストロークをSTとすると、2×G1<ST<4×G1となるように形成されていることが好ましい。換言すれば、第1冷却体12Aおよび第2冷却体12Bは、第2冷却体12Bが最も高い位置にある場合、第2冷却体12Bの下端と液面MAとの距離が、2×G1より大きく4×G1より小さくなるように形成されている。
Assuming that the height of the
The height H2 of the
Further, the
具体的には、ギャップG1を80mmとし、育成されるシリコン単結晶Sの直径を310mmとする場合、第1冷却体12Aと第2冷却体12Bの高さは、350mm程度とすることが好ましく、第1冷却体12Aと第2冷却体12Bの内径は、350mm程度とすることが好ましく、第2冷却体12BのストロークSTは、200mm程度とすることが好ましい。
Specifically, when the gap G1 is 80 mm and the diameter of the grown silicon single crystal S is 310 mm, the height of the
〔結晶引き上げ速度Vと結晶内温度勾配Gとの比V/Gと結晶品質との関係〕
次に、結晶引き上げ速度Vと結晶内温度勾配Gとの比V/Gと結晶品質との関係について説明する。
シリコン単結晶Sに含まれる結晶欠陥の種類や分布は、結晶引き上げ速度Vと結晶内温度勾配Gとの比V/Gに依存するため、シリコン単結晶S中の結晶品質を制御するためにはV/Gを制御する必要がある。
[Relationship between the ratio V/G of the crystal pulling speed V and the temperature gradient G in the crystal and the crystal quality]
Next, the relationship between the crystal quality and the ratio V/G between the crystal pulling speed V and the temperature gradient G in the crystal will be described.
The type and distribution of crystal defects contained in the silicon single crystal S depend on the ratio V/G between the crystal pulling speed V and the temperature gradient G within the crystal. V/G must be controlled.
図3は、シリコン単結晶Sの縦断面図であり、V/Gと結晶欠陥の種類及び分布との一般的な関係を示す図である。
図3に示すように、V/Gが大きい場合には空孔が過剰となり、空孔の凝集体であるボイド欠陥(COP)が発生する。一方、V/Gが小さい場合には格子間シリコン原子が過剰となり、格子間シリコンの凝集体を起因とした転位クラスターが発生する。さらに、COPが発生する領域と転位クラスターが発生する領域との間には、V/Gが大きいほうから順に、OSF領域、Pv領域、Pi領域の三つの領域が存在する。シリコン単結晶が無欠陥結晶であると言うためには、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内の全面が無欠陥領域であることが必要である。ここで「無欠陥領域」とは、Grown-in欠陥のCOPおよび転位クラスターを含まない領域のことをいう。また、無欠陥結晶のうち、評価熱処理後にOSFリングが発生せず、Pv領域又はPi領域のみで構成される単結晶は、より完全な無欠陥結晶とされる。本発明は、無欠陥結晶の製造だけでなく、Pv領域又はPi領域のみで構成される、より完全な無欠陥結晶の製造にも有効である。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a silicon single crystal S, showing a general relationship between V/G and types and distributions of crystal defects.
As shown in FIG. 3, when V/G is large, vacancies become excessive and void defects (COP), which are aggregates of vacancies, occur. On the other hand, when V/G is small, interstitial silicon atoms become excessive, and dislocation clusters are generated due to aggregates of interstitial silicon. Furthermore, between the region where COPs occur and the region where dislocation clusters occur, there are three regions, the OSF region, the Pv region, and the Pi region, in descending order of V/G. In order to say that the silicon single crystal is a defect-free crystal, it is necessary that the entire surface in the cross section of the silicon single crystal perpendicular to the pulling axis direction is a defect-free region. Here, the term “defect-free region” refers to a region that does not contain grown-in defect COPs and dislocation clusters. Among defect-free crystals, single crystals in which OSF rings do not occur after the evaluation heat treatment and are composed only of Pv regions or Pi regions are regarded as more perfect defect-free crystals. The present invention is effective not only for manufacturing defect-free crystals, but also for manufacturing more perfect defect-free crystals composed only of Pv regions or Pi regions.
結晶引き上げ速度Vを制御して無欠陥結晶を高い歩留まりで育成するためには、PvPiマージン(引き上げ速度マージン)を指標として、PvPiマージンをできるだけ広くするように、引き上げ中の単結晶を取り巻く熱環境を制御することが好ましい。
ここでPvPiマージンとは、広義には、シリコン単結晶S中の任意の領域をPv領域又はPi領域とすることができる結晶引き上げ速度Vの許容幅のことを言うが、狭義には、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内のPvPiマージンの最小値(PvPi面内マージン)のことを言う。通常、結晶内温度勾配Gは大きく変化しないため、PvPiマージンは図3におけるPv-OSF境界からPi-転位クラスター境界までのV/Gの幅の広さにほぼ比例する。
In order to control the crystal pulling speed V and grow a defect-free crystal with a high yield, the PvPi margin (pulling speed margin) is used as an index, and the thermal environment surrounding the single crystal during pulling is adjusted so as to make the PvPi margin as wide as possible. is preferably controlled.
Here, the PvPi margin broadly refers to the permissible width of the crystal pulling speed V that allows any region in the silicon single crystal S to be the Pv region or the Pi region. It means the minimum value of the PvPi margin (PvPi in-plane margin) in the cross section of the silicon single crystal perpendicular to the direction. Since the temperature gradient G in the crystal usually does not change significantly, the PvPi margin is approximately proportional to the width of V/G from the Pv-OSF boundary to the Pi-dislocation cluster boundary in FIG.
シリコン単結晶Sの直径制御は主に引き上げ速度Vを調整することにより行われ、直径変動を抑えるために結晶引き上げ速度Vを適宜変化させており、結晶引き上げ工程中は0.015mm/min程度の速度変動が生じている。すなわち、引き上げ速度Vの変動を完全になくすことはできないため、0.015mm/min程度の速度変動を許容する引き上げ速度マージンが必要となる。 The diameter control of the silicon single crystal S is mainly performed by adjusting the pulling speed V, and the crystal pulling speed V is appropriately changed in order to suppress the diameter fluctuation. Speed fluctuation is occurring. That is, since the fluctuation of the pull-up speed V cannot be completely eliminated, a pull-up speed margin is required to allow a speed fluctuation of about 0.015 mm/min.
PvPiマージンの広さは、融点近傍の温度勾配以外にも、600±200℃の温度域の滞在時間の影響を受け、当該温度域の滞在時間が短いほどPvPiマージンは広くなる。そこで本実施形態においては、シリコン単結晶Sを急冷して600±200℃の温度域の滞在時間を短くするとともに、融点近傍における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Gの分布を均一化して、PvPi面内マージンを拡大させて、無欠陥結晶の製造歩留まりの向上を図る。 The width of the PvPi margin is affected by the residence time in the temperature range of 600±200° C. in addition to the temperature gradient near the melting point, and the shorter the residence time in the temperature range, the wider the PvPi margin. Therefore, in the present embodiment, the silicon single crystal S is quenched to shorten the residence time in the temperature range of 600±200° C., and the distribution of the temperature gradient G in the crystal in the pulling-axis direction near the melting point is made uniform, so that PvPi To improve the manufacturing yield of defect-free crystals by enlarging the in-plane margin.
シリコン融液Mから引き上げられたシリコン単結晶Sは、シリコン融液Mの液面MAから遠ざかるほど温度が低下して冷却され、その冷却過程で600±200℃の温度域を通過するが、このときシリコン単結晶Sが600±200℃の温度域を素早く通過することにより、空孔の凝集を抑えてPvPiマージンを広げることができる。600±200℃の温度域の滞在時間がどのくらい短ければPvPiマージンがどのくらい広くなるかは、空孔及び格子間シリコンの拡散・対消滅を解析する点欠陥数値解析から求めることができる。このように、PvPiマージンが広くなれば、結晶引き上げ速度Vの制御も容易となることから、無欠陥結晶を安定的に育成することが可能となる。 The silicon single crystal S pulled up from the silicon melt M is cooled while the temperature decreases as the distance from the liquid surface MA of the silicon melt M increases. When the silicon single crystal S quickly passes through the temperature range of 600±200° C., it is possible to suppress aggregation of vacancies and widen the PvPi margin. How short the residence time in the temperature range of 600±200° C. is and how wide the PvPi margin is can be obtained from point defect numerical analysis that analyzes the diffusion and pair annihilation of vacancies and interstitial silicon. As described above, if the PvPi margin is widened, the control of the crystal pulling speed V becomes easier, so that it becomes possible to stably grow a defect-free crystal.
〔実施形態の効果〕
本実施形態の単結晶育成装置1は、第1冷却体12Aによって、600±200℃の温度域の滞在時間を短くする。さらに、第2冷却体12Bを移動させて結晶を取り巻く炉内熱環境、特に、結晶成長界面近傍の熱環境を最適化することにより、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内の前記結晶内温度勾配Gの分布を均一化して、PvPiマージンを拡大させることができ、無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができる。
[Effect of Embodiment]
The single crystal growth apparatus 1 of this embodiment shortens the residence time in the temperature range of 600±200° C. by the
なお、第2冷却体12Bの移動によって結晶成長界面近傍の熱環境が変化すると、結晶成長界面の形状も変化するため、第2冷却体12Bの移動が前記結晶内温度勾配Gの分布に与える影響は複雑である。そのため、前記結晶内温度勾配Gを均一化するには、実験あるいが数値シミュレーションといった手段が有効である。
以下、具体的な第2冷却体12Bの制御方法を含む単結晶育成方法について説明する。
When the thermal environment near the crystal growth interface changes due to the movement of the
A single crystal growth method including a specific control method for the
図4は、本実施形態による単結晶育成方法を示すフローチャートである。また、図5および図6は、シリコン単結晶Sのボディ部の引き上げ率と第2冷却体12Bの位置との関係を説明するための模式図である。
ここで、ボディ部の引き上げ率とは、単結晶の製造にあたって、予め設定されたボディ部の長さを100%として、ボディ部の開始位置を0%として定義される、結晶長手方向の位置である。通常、装置上のトラブルなく、単結晶の有転位化もなく、正常に単結晶の育成が行われた場合、育成されたボディ部の長さは予め設定されたボディ部の長さと同じになる。
FIG. 4 is a flow chart showing the single crystal growth method according to this embodiment. 5 and 6 are schematic diagrams for explaining the relationship between the pulling rate of the body portion of the silicon single crystal S and the position of the
Here, the pulling rate of the body portion is the position in the longitudinal direction of the crystal defined as 100% for the length of the body portion set in advance in manufacturing the single crystal and 0% for the start position of the body portion. be. Normally, when the single crystal is grown normally without troubles in the apparatus and without dislocations in the single crystal, the length of the grown body portion is the same as the preset length of the body portion. .
図4に示すように、本実施形態の単結晶育成方法は、ルツボ3内のシリコン原料をヒーター6で加熱して融解することによりシリコン融液Mを生成する原料融解工程P1と、ワイヤー16の先端部に取り付けられた種結晶を降下させてシリコン融液Mに着液させる着液工程P2と、シリコン融液Mとの接触状態を維持しながら種結晶を徐々に引き上げて単結晶を育成する引き上げ工程(P3~P5)とを有している。
As shown in FIG. 4, the single crystal growth method of the present embodiment comprises a raw material melting step P1 in which a silicon raw material in a
引き上げ工程では、結晶成長と共に結晶直径が徐々に増加した拡径部であるショルダー部S1を形成するショルダー部引き上げ工程P3と、300mm以上の規定の結晶直径に維持された定径部であるボディ部S2を形成するボディ部引き上げ工程P4Aと、結晶成長と共に結晶直径が徐々に減少した減径部であるテール部S3を形成するテール部引き上げ工程P5とが順に実施される。
また、本実施形態の単結晶育成方法は、ボディ部引き上げ工程P4Aの実行中に、第2冷却体12Bを昇降させて、第2冷却体12Bの下端とシリコン融液Mの液面MAとの距離を変化させる冷却体昇降工程P4Bを有する。
In the pulling step, a shoulder portion pulling step P3 for forming a shoulder portion S1, which is an expanded diameter portion in which the crystal diameter gradually increases with crystal growth, and a body portion, which is a constant diameter portion maintained at a specified crystal diameter of 300 mm or more. A body portion pulling step P4A for forming S2 and a tail portion pulling step P5 for forming a tail portion S3, which is a diameter-reduced portion whose crystal diameter gradually decreases along with crystal growth, are sequentially performed.
In addition, in the single crystal growth method of the present embodiment, the
本発明では、ボディ部S2について、図5および図6に示されるように、ボディ部S2の上方から順に、トップ領域R1(引き上げ率0%~33%)、ミドル領域R2(引き上げ率33%~67%)およびボトム領域R3(引き上げ率67%~100%)の三つの領域を定義する。三つの領域は、ボディ部S2を略均等に3分割する。ボディ部引き上げ工程P4Aでは、ボディ部S2をトップ領域R1、ミドル領域R2、ボトム領域R3の順に引き上げる。
In the present invention, as shown in FIGS. 5 and 6, for the body portion S2, top region R1 (raising
上述したように、本実施形態の単結晶育成方法では、第2冷却体12Bを上下方向に移動させる。具体的には、制御装置8の冷却体制御部8Aは、ミドル領域R2の引き上げ中における距離G2が、ボディ部S2の引き上げ開始時(ボディ部S2の引き上げ率0%、図5、図6参照)における距離G2と、ボディ部S2の引き上げ終了時(ボディ部S2の引き上げ率100%)における距離G2よりも小さくなるように、第2冷却体12Bを昇降させる。距離G2は、第2冷却体12Bの下端とシリコン融液Mの液面MAとの距離である。
すなわち、本実施形態の単結晶育成方法では、ボディ部S2の引き上げ中において、一時的に第2冷却体12Bをシリコン融液Mの液面MA(シリコン単結晶Sとシリコン融液Mとの間の固液界面)に近づける。
As described above, in the single crystal growth method of the present embodiment, the
That is, in the single crystal growth method of the present embodiment, during the pulling of the body portion S2, the
また、制御装置8の冷却体制御部8Aは、第2冷却体12Bの最も高い位置と最も低い位置との差Hdが、0.1×D<Hdを満たすように第2冷却体12Bを昇降させる。
In addition, the cooling
次に、図5および図6に示す模式図を用いて、第2冷却体12Bの昇降制御の詳細を説明する。図5には比較例を示し、図6には実施例を示す。図5に示す比較例は、第2冷却体12Bの下端とシリコン融液Mの液面MAとの距離G2(図2参照)を一定とし、図6に示す実施例は、距離G2を変化させている。
Next, using the schematic diagrams shown in FIGS. 5 and 6, the details of the elevation control of the
図5および図6において、上段には、シリコン単結晶Sの縦断面図であり、V/Gと結晶欠陥の種類及び分布との関係を説明する図を、トップ領域R1、ミドル領域R2およびボトム領域R3のそれぞれについて示している。
下段には、第2冷却体12Bの位置を説明するグラフを示している。グラフにおいて、横軸は、ボディ部S2の引き上げ率であり、縦軸は、第2冷却体12Bの下端とシリコン融液Mの液面MAとの距離G2である。
5 and 6, the upper part is a vertical cross-sectional view of the silicon single crystal S, and a diagram for explaining the relationship between V/G and the type and distribution of crystal defects is shown in the top region R1, the middle region R2, and the bottom region. Each of the regions R3 is shown.
The lower part shows a graph for explaining the position of the
図5に示すように、距離G2を一定にする場合、結晶欠陥の面内分布を一定に維持することができない。すなわち、シリコン単結晶Sのボディ部S2のトップ領域R1、ミドル領域R2、ボトム領域R3において、結晶欠陥の面内分布が異なり、ボディ部S2のミドル領域R2では所望のPvPiマージンを確保することができるが、ボディ部S2のトップ領域R1とボトム領域R3では所望のPvPiマージンを確保することができない。 As shown in FIG. 5, when the distance G2 is constant, the in-plane distribution of crystal defects cannot be maintained constant. That is, the in-plane distribution of crystal defects is different in the top region R1, the middle region R2, and the bottom region R3 of the body portion S2 of the silicon single crystal S, and a desired PvPi margin can be secured in the middle region R2 of the body portion S2. However, the desired PvPi margin cannot be secured in the top region R1 and the bottom region R3 of the body portion S2.
図5のトップ領域R1のOSF域および転位クラスター域の間にあるPvPi域は、結晶中心部に比べて結晶外周部においてV/Gの高い方向にずれている。そのため、ミドル領域R2と同じような欠陥分布とし所望のPvPiマージンを確保するには、第2冷却体12Bを上下に昇降させて、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内の前記結晶内温度勾配Gの分布を均一化する必要がある。
The PvPi region between the OSF region and the dislocation cluster region in the top region R1 in FIG. 5 is shifted in the direction of higher V/G in the crystal periphery than in the crystal center. Therefore, in order to obtain a defect distribution similar to that of the middle region R2 and secure a desired PvPi margin, the
これに対し、本実施形態のシリコン単結晶Sの引き上げ方法では、図6に示されるように、距離G2が変化するように第2冷却体12Bを昇降させる。
具体的には、図5に示す従来例のトップ領域R1におけるPvPi域をミドル領域R2と同じような分布とし、所望のPvPiマージンを確保するために、結晶中心部の冷却を緩和するように第2冷却体12Bを上昇させて結晶成長界面から遠ざける。また、従来例のボトム領域R3におけるPvPi域をミドル領域R2と同じような分布とするために、結晶中心部の冷却を緩和するように第2冷却体12Bを上昇させて結晶成長界面から遠ざける。
In contrast, in the method for pulling the silicon single crystal S of the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
Specifically, the PvPi region in the top region R1 of the conventional example shown in FIG. 2. Raise the
すなわち、制御装置8の冷却体制御部8Aは、ミドル領域R2の引き上げ中に第2冷却体12Bが最も液面MAに近づくように、第2冷却体12Bを制御する。
更に詳しくは、本実施形態の冷却体制御部8Aは、ボディ部S2の引き上げ開始時(ボディ部開始位置)からトップ領域R1の引き上げ中は、距離G2が約220mmとなるように第2冷却体12Bを制御する。
That is, the cooling
More specifically, the cooling
次いで、ボディ部S2を約20%引き上げたタイミングで、ボディ部S2の引き上げ開始時における位置(距離G2=220mm)から距離G2が212mmとなるように第2冷却体12Bを降下させる。
その後、ミドル領域R2では距離G2を212mmに保ち、ボディ部S2を約80%引き上げたタイミングで、距離G2が252mmとなるように第2冷却体12Bを上昇させる。その後、ボディ部S2の引き上げ終了時まで、距離G2を252mmに保つ。
Next, at the timing when the body portion S2 is lifted by about 20%, the
After that, the distance G2 is kept at 212 mm in the middle region R2, and the
第2冷却体12Bを降下させるタイミングは、引き上げ率20%~30%(20%以上30%以下)であることが好ましい。第2冷却体12Bを上昇させるタイミングは、引き上げ率70%~90%(70%以上90%以下)であることが好ましい。
The timing for lowering the
このように、第2冷却体12Bを制御することにより、結晶内温度勾配Gが最適化され、図6の上段のシリコン単結晶Sの縦断面図に示されるようにボディ部S2のトップ領域R1からボトム領域R3まで結晶欠陥の面内分布を一定に維持して無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることが可能となる。
By controlling the
また、冷却体12が上下方向に2分割されており、下方の第2冷却体12Bのみを昇降させる構成となっていることによって、昇降装置をコンパクト化することができる。
In addition, the cooling
なお、上記の第2冷却体12Bの制御方法は一例であって、ミドル領域R2の引き上げ中における距離G2が、ボディ部S2の引き上げ開始時における距離G2と、ボディ部S2の引き上げ終了時における距離G2よりも小さくなるように、第2冷却体12Bを昇降させれば、これに限ることはない。例えば、引き上げ開始時の距離G2が引き上げ終了時の距離G2よりも大きくてよい。
The method of controlling the
また、どの程度、冷却体を昇降させるかについては、図5あるいは図6の上部に示すような欠陥分布と距離G2との関係、あるいはPvPiマージンと距離G2との関係を、結晶の長手方向(結晶引き上げ率0%~100%)にわたって把握し、その関係に基づいて決定することができる。また、図5あるいは図6の上部に示すような欠陥分布と距離G2との関係、あるいはPvPiマージンと距離G2との関係の把握にあたっては、距離G2を様々に変化させた、単結晶引き上げ実験あるいは計算機による欠陥シミュレーションにより把握できる。 Also, regarding how much the cooling body is raised and lowered, the relationship between the defect distribution and the distance G2 as shown in the upper part of FIG. 5 or FIG. 0% to 100%) and can be determined based on the relationship. Further, in understanding the relationship between the defect distribution and the distance G2 as shown in the upper part of FIG. 5 or FIG. 6 or the relationship between the PvPi margin and the distance G2, single crystal pulling experiments or It can be grasped by defect simulation by computer.
また、上記実施形態では、冷却体12が上下方向に2分割されているが、単一の冷却体12を昇降させる構成としてもよい。
その場合、冷却体12の昇降範囲の下限は、冷却体12の下端が熱遮蔽体7の下端と同じ高さである位置とすることができ、冷却体12の昇降範囲の上限は、冷却体12の下端がメインチャンバ10の上部開口10Aと同じ高さである位置とすることができる。
冷却体12の下端が熱遮蔽体7の下端よりも下側に位置すると、シリコン融液Mの液面MAと熱遮蔽体7の下端との間の距離G1(ギャップ)を変化させることと同じ効果が生じるので、無欠陥単結晶の製造を却って困難にする。冷却体12の下端が上部開口10Aよりも上側に位置すると、冷却体12がプルチャンバ11内に格納されることになり冷却体12を昇降する効果が得られない。
Further, in the above-described embodiment, the cooling
In that case, the lower limit of the elevation range of the cooling
If the lower end of the cooling
1…引き上げ装置、2…チャンバ、3…ルツボ、4…回転シャフト、5…シャフト駆動機構、6…ヒーター、7…熱遮蔽体、8…制御装置、12…冷却体、S…シリコン単結晶、S2…ボディ部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Pulling apparatus, 2... Chamber, 3... Crucible, 4... Rotating shaft, 5... Shaft driving mechanism, 6... Heater, 7... Thermal shield, 8... Control device, 12... Cooling body, S... Silicon single crystal, S2... Body part.
Claims (5)
前記シリコン単結晶の前記ボディ部を引き上げる引き上げ工程と、
前記引き上げ工程の実行中に、前記シリコン単結晶を囲繞するように設置され、前記シリコン単結晶の外周側から前記シリコン単結晶の冷却を促進させる冷却体を昇降させて、前記冷却体の下端とシリコン融液の液面との距離を変化させる冷却体昇降工程を有し、
前記引き上げ工程では、予め設定された前記ボディ部の長さを100%、前記ボディ部の育成開始位置を0%として、前記ボディ部の引き上げ率を定義した場合、前記ボディ部を、前記引き上げ率が0%~33%のトップ領域と、33%~67%のミドル領域と、67%~100%のボトム領域との三つの領域の順に引き上げ、
前記冷却体昇降工程では、前記ミドル領域の引き上げ中における前記距離が、前記ボディ部の引き上げ開始時における前記距離と、前記ボディ部の引き上げ終了時における前記距離よりも小さくなるように、かつ、前記シリコン単結晶の直径をDとすると、前記冷却体の最も高い位置と最も低い位置との差Hdが、0.1×D<Hdを満たすように、前記冷却体を昇降させることを特徴とする単結晶育成方法。 A single crystal growing method for growing a silicon single crystal comprising a shoulder portion, a body portion, and a tail portion by the Czochralski method,
a pulling step of pulling up the body portion of the silicon single crystal;
During the pulling step, a cooling body which is installed to surround the silicon single crystal and promotes cooling of the silicon single crystal is moved up and down from the outer peripheral side of the silicon single crystal so that the lower end of the cooling body Having a cooling body lifting process for changing the distance from the liquid surface of the silicon melt,
In the lifting step, when a predetermined length of the body portion is set to 100% and a training start position of the body portion is set to 0% to define a lifting rate of the body portion, the body portion is set to the lifting rate is raised in order of three regions: a top region of 0% to 33%, a middle region of 33% to 67%, and a bottom region of 67% to 100%,
In the cooling body lifting step, the distance during lifting of the middle region is smaller than the distance at the start of lifting the body and the distance at the end of lifting the body, and The cooling body is raised and lowered so that a difference Hd between the highest position and the lowest position of the cooling body, where D is the diameter of the silicon single crystal, satisfies 0.1×D<Hd. Single crystal growth method.
シリコン融液を保持するルツボと、
前記シリコン単結晶を囲繞するように設置され、昇降可能であり、外周側から前記シリコン単結晶の冷却を促進させる冷却体と、
少なくとも前記冷却体を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記冷却体を昇降させて、前記冷却体の下端と前記シリコン融液の液面との距離を変化させる冷却体制御部を有し、
予め設定された前記ボディ部の長さを100%、前記ボディ部の育成開始位置を0%として、前記ボディ部の引き上げ率を定義した場合、前記ボディ部を、前記引き上げ率が0%~33%のトップ領域と、33%~67%のミドル領域と、67%~100%のボトム領域との三つの領域の順に引き上げるとすると、
前記冷却体制御部は、前記ミドル領域の引き上げ中における前記距離が、前記ボディ部の引き上げ開始時における前記距離と、前記ボディ部の引き上げ終了時における前記距離よりも小さくなるように、かつ、前記シリコン単結晶の直径をDとすると、前記冷却体の最も高い位置と最も低い位置との差Hdが、0.1×D<Hdを満たすように、前記冷却体を昇降させることを特徴とする単結晶育成装置。 A single crystal growth apparatus for growing a silicon single crystal comprising a shoulder portion, a body portion, and a tail portion by the Czochralski method,
a crucible holding a silicon melt;
a cooling body, which is installed so as to surround the silicon single crystal, is movable up and down, and promotes cooling of the silicon single crystal from the outer peripheral side;
a control device that controls at least the cooling body,
The control device has a cooling body control unit that moves the cooling body up and down to change the distance between the lower end of the cooling body and the liquid surface of the silicon melt,
When the length of the body portion set in advance is 100% and the raising rate of the body portion is defined as 0%, the raising rate of the body portion is set to 0% to 33%. % top area, middle area between 33% and 67%, and bottom area between 67% and 100%.
The cooling body control unit controls the distance during lifting of the middle region to be smaller than the distance at the start of lifting the body portion and the distance at the end of lifting the body portion, and The cooling body is raised and lowered so that a difference Hd between the highest position and the lowest position of the cooling body, where D is the diameter of the silicon single crystal, satisfies 0.1×D<Hd. Single crystal growth equipment.
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