JPH01317189A - Production of single crystal of silicon and device therefor - Google Patents

Production of single crystal of silicon and device therefor

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JPH01317189A
JPH01317189A JP14819488A JP14819488A JPH01317189A JP H01317189 A JPH01317189 A JP H01317189A JP 14819488 A JP14819488 A JP 14819488A JP 14819488 A JP14819488 A JP 14819488A JP H01317189 A JPH01317189 A JP H01317189A
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JP
Japan
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crucible
silicon
single crystal
melt
raw material
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Application number
JP14819488A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Suzuki
真 鈴木
Kenji Araki
健治 荒木
Shigetoshi Horie
堀江 重豪
Yasumitsu Nakahama
中濱 泰光
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a continuous silicon crystal having uniform characteristics in the long direction of crystal by setting a covering plate for heat insulation at the upper part of a double crucible and feeding a raw material of silicon during pulling of single crystal. CONSTITUTION:A double crucible 3 consisting of an outer crucible 4 and an inner crucible 5 having a flow hole 6 at the bottom is set in a supporting crucible 7 vertically movably and rotatably sustained on a pedestal 8, a raw material of silicon is fed to the crucible 3 and then part higher than silicon melt in the crucible 5 and upper part of silicon melt at the outside of the crucible 5 are enveloped with a covering plate 11. Then the raw material of silicon is heated and melted by a heater 9, single crystal 1 of silicon is pulled up from a silicon melt 2 in the crucible 5 and the raw material of silicon in a granular state or in a small lump state is supplied through a feed pipe 14 to the semiconductor melt of a feed part B of raw material.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の
製造方法およびその実施に使用されるシリコン単結晶の
製造装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method and a silicon single crystal producing apparatus used for carrying out the method.

[従来の技術] シリコン単結晶(以下単に単結晶ということがある)の
製造には、るつぼ内に保持されたシリコン融液から、種
結晶を用いて単結晶を引上げる、いわゆるチョクラルス
キー法(CZ法)が広〈実施されている。
[Prior art] Silicon single crystals (hereinafter sometimes simply referred to as single crystals) are manufactured using the so-called Czochralski method, in which a single crystal is pulled from a silicon melt held in a crucible using a seed crystal. (CZ Law) is widely implemented.

この方法では、シリコン単結晶の抵抗率の制御の目的で
、n型半導体用としてボロン、n型半導体用としてリン
、アンチモンなどをシリコン融液中にあらかじめ添加し
ている。しかし、これらの添加元素は、シリコン融液が
単結晶に凝固する際に一定の割合で単結晶中にとりこま
れ、残り゛は残ンリコン融液中に排出される。そして、
単結晶引上げにともなうシリコン融液の減少により、シ
リコン融液中の添加元素濃度が増加し、このため引上げ
られる単結晶中の添加元素濃度も、単結晶の頭部から元
部にかけて次第に増加する。従って抵抗率も変化し、単
結晶からシリコンウェハを製造したときはウェハごとに
導電度が異なることになり、要求が厳しい場合には、使
用可能なウェハの歩留りか50%以下になることもある
In this method, for the purpose of controlling the resistivity of the silicon single crystal, boron for the n-type semiconductor, phosphorus, antimony, etc. for the n-type semiconductor are added to the silicon melt in advance. However, when the silicon melt solidifies into a single crystal, these additive elements are incorporated into the single crystal at a constant rate, and the remainder is discharged into the remaining silicon melt. and,
As the silicon melt decreases as the single crystal is pulled, the concentration of added elements in the silicon melt increases, and therefore the concentration of added elements in the pulled single crystal gradually increases from the top to the base of the single crystal. Therefore, the resistivity will also change, and when silicon wafers are manufactured from single crystals, the conductivity will vary from wafer to wafer, and if requirements are strict, the yield of usable wafers may be less than 50%. .

このような問題点を解決し、シリコン単結晶内の添加元
素濃度を均一化する目的で二重るつぼ法か提案されてい
る(W、P、Leverton、J、Appl、Phy
s、 。
A double crucible method has been proposed to solve these problems and to equalize the concentration of added elements in a silicon single crystal (W, P, Leverton, J, Appl, Phys.
s.

29.1241(195B)、および、K、E、Ben
5on、 V、Lin、E、P。
29.1241 (195B), and K.E.Ben
5on, V, Lin, E, P.

Martjn、Sem1Conductor 5j11
con、33(1981))。第5図は、この方法に使
用される二重るつぼの構造を模式的に示したものである
。第1のるつぼ4の内側に第2のるつぼ5が設けてあり
、この第2のるつぼ5は浮力とのつりあいによってシリ
コン融液中に浮かんでいる。第2のるつぼ5の内側のシ
リコン融液から単結晶を引上げるにつれ、第2のるつぼ
5の下部(底部もしくは側面下部)に設けられた流通孔
6を通じて、第1のるつぼ4内の融液が第2のるつぼ5
の内側の融液中に徐々に、かつ、一方的に流入し、第2
のるつぼ5内の融液量は常に一定に保たれる。通常第1
のるつぼ4と第2のるつぼ5との間の融液の添加元素濃
度は、引上げられる単結晶1にとりこまれる添加元素濃
度COとほぼ等しく設定されているので、これにより、
第2のるつぼ5内の融液の添加元素濃度は、シリコン単
結晶の引上げ量にかかわらず一定の濃度Co / K 
oに保たれる。ただし、KOは添加元素のシリコンに対
する平衡分配係数である。
Martjn, Sem1Conductor 5j11
Con, 33 (1981)). FIG. 5 schematically shows the structure of a double crucible used in this method. A second crucible 5 is provided inside the first crucible 4, and this second crucible 5 floats in the silicon melt due to the balance with buoyancy. As the single crystal is pulled up from the silicon melt inside the second crucible 5, the melt inside the first crucible 4 passes through the flow hole 6 provided at the lower part (bottom or lower side) of the second crucible 5. is the second crucible 5
gradually and unilaterally flows into the melt inside the second
The amount of melt in the crucible 5 is always kept constant. Usually the first
The concentration of added elements in the melt between the crucible 4 and the second crucible 5 is set to be approximately equal to the concentration of added elements CO taken into the single crystal 1 to be pulled.
The concentration of added elements in the melt in the second crucible 5 is a constant concentration Co/K regardless of the amount of silicon single crystal pulled.
It is kept at o. However, KO is the equilibrium distribution coefficient of the additive element to silicon.

以上述べた手段により、二重るつぼを用いたシリコン単
結晶の引上げでは、引上げられる単結晶中の添加元素濃
度、従って抵抗率をほぼ一定にすることができ、これに
よりウェハの歩留りを向上させることができる。
By the means described above, when pulling a silicon single crystal using a double crucible, the concentration of added elements in the pulled single crystal, and therefore the resistivity, can be kept almost constant, thereby improving the yield of wafers. I can do it.

[発明が解決しようとする課題] 第5図に示すような、二重るつぼを用いたシリコン単結
晶の引上げ方法においては、単結晶の引上げの進行につ
れて、全体のシリコン融液量が減少し、融液液面の位置
が低下する。前述したように、全体のシリコン融液量が
減少しても、内側の第2のるつぼ5中の融液量は一定に
保たれる。しかし、内側の第2のるつぼ5の底が第1の
るつぼ4の底についた時点でこの条件はくずれ、単結晶
の引上げ量にみあうシリコン融液が第2のるっぽ5内に
補給されなくなる。このため、第2のるっは5内のシリ
コン融液の量及び濃度が変化し、添加元素濃度が一定の
シリコン単結晶の引上げは不可能になる。このようなこ
とから、二重るつぼを用いても、最初にるつぼ中に装入
し溶解したシリコ・ン原料に対する単結晶引上げの比率
は、通常のチョクラルスキー法と同程度か、むしろ低く
なり、全体的にみた歩留りの向上は不十分である。
[Problems to be Solved by the Invention] In the method of pulling a silicon single crystal using a double crucible as shown in FIG. 5, as the pulling of the single crystal progresses, the total amount of silicon melt decreases, The position of the melt level decreases. As described above, even if the total amount of silicon melt decreases, the amount of melt in the inner second crucible 5 is kept constant. However, this condition breaks down when the bottom of the inner second crucible 5 touches the bottom of the first crucible 4, and silicon melt corresponding to the amount of single crystal pulled is replenished into the second crucible 5. It will no longer be done. For this reason, the amount and concentration of the silicon melt in the second lubrication chamber 5 change, making it impossible to pull a silicon single crystal with a constant concentration of added elements. For this reason, even if a double crucible is used, the ratio of single crystal pulling to the silicon raw material initially charged and melted in the crucible will be the same as, or even lower than, the normal Czochralski method. However, overall yield improvement is insufficient.

また、二重るつぼを用いたシリコン単結晶の引上げにお
いては、内側のるつぼの壁面からの放熱によって、この
壁面近傍のシリコン融液の温度が低下しやすい。すなわ
ち、引上げ炉内に設置されたるつぼやシリコン融液など
は、るつぼをとりかこんで設置された通常黒鉛製の抵抗
発熱体の通電加熱方式による加熱手段によって加熱され
る一方、炉体への熱伝導及び輻射によって奪熱されてい
る。
Furthermore, when pulling a silicon single crystal using a double crucible, the temperature of the silicon melt near the inner crucible wall tends to drop due to heat radiation from the inner crucible wall. In other words, the crucible, silicon melt, etc. installed in the pulling furnace are heated by a heating means using an electrical heating method using a resistance heating element usually made of graphite installed surrounding the crucible, while the heat is transferred to the furnace body. Heat is removed by conduction and radiation.

とくにるつぼの上方は水冷された炉壁及び炉蓋で覆われ
ており、これらとの輻射によって奪熱される。シリコン
単結晶の引上げに使用されるるつほは通常石英ガラス製
であるが、シリコン融液の輻射率がおよそ0.3程度で
あるのに対して、石英ガラスのそれはおよそ0.6程度
あるいはそれ以上と大きく、るつぼの壁面からの放熱は
相当大きい。
In particular, the upper part of the crucible is covered with water-cooled furnace walls and a furnace lid, and heat is removed by radiation from these. The rutsuho used to pull silicon single crystals is usually made of quartz glass, but while the emissivity of silicon melt is about 0.3, that of silica glass is about 0.6 or even higher. The heat dissipation from the crucible wall is quite large.

しかも、るつぼが二重構造になっているためシリコン融
液の対流が抑えられ、二重構造の外周部から内周部への
熱伝導は抑えられる。また、るつほを二重構造にする場
合には、通常のチョクラルスキー法による場合よりもる
つぼの直径及び加熱手段(ヒータ)の直径が大きくなる
ので、るつぼや融液からの放熱は一層促進される。以上
の理由により、内側のるつぼ壁面からの放熱によって、
この壁面近傍のシリコン融液の温度が低下する。
Moreover, since the crucible has a double structure, convection of the silicon melt is suppressed, and heat conduction from the outer circumference to the inner circumference of the double structure is suppressed. In addition, when making a double structure of the crucible, the diameter of the crucible and the diameter of the heating means (heater) are larger than in the case of the normal Czochralski method, so the heat dissipation from the crucible and the melt is even more effective. promoted. For the above reasons, due to heat radiation from the inner crucible wall,
The temperature of the silicon melt near this wall surface decreases.

このため、次に述べるような問題が生じる。This causes the following problems.

(1)内側るつほの壁面近傍のシリコン融液液面が凝固
(フリーズ)してしまう。場合によっては、るつぼ中央
部のシリコン融液の温度が単結晶引上げの最適温度又は
それ以上であっても、このるつぼの壁面近傍で凝固が起
りうる。いったん凝固か発生すると、その部分からの放
熱も大きくなり、凝固はますます進行する。
(1) The silicon melt surface near the wall of the inner melt wall solidifies (freezes). In some cases, even if the temperature of the silicon melt in the center of the crucible is at or above the optimum temperature for pulling a single crystal, solidification may occur near the wall of the crucible. Once coagulation occurs, heat dissipation from that area also increases, and coagulation progresses further.

(2)通常のチョクラルスキー法では、るつぼ内のシリ
コン融液で周辺部が高く、中央部が低いという温度勾配
がついているが、二重構造のるつぼの場合には、内るつ
ぼの壁面からの放熱により周辺部の温度が低下する。こ
のため、シリコン単結晶育成時の直径のコントロールが
難しくなるなど、単結晶育成が困難になる。
(2) In the normal Czochralski method, the silicon melt in the crucible has a temperature gradient that is higher at the periphery and lower at the center, but in the case of a double-structured crucible, from the wall of the inner crucible to The temperature of the surrounding area decreases due to heat dissipation. This makes single crystal growth difficult, such as making it difficult to control the diameter during silicon single crystal growth.

(3)シリコン融液液面の凝固の発生を抑えるため、加
熱手段(ヒーター)の温度を上げるとより多くの電流が
必要になり、電力コストが上昇するばかりでなく、ヒー
ター自体の劣化も進む。また、過熱により単結晶の引上
げ速度が著しく下がり、あるいは単結晶の育成自体が困
難になる。
(3) In order to suppress the occurrence of solidification on the silicon melt surface, increasing the temperature of the heating means (heater) requires more current, which not only increases electricity costs but also causes the heater itself to deteriorate. . Moreover, overheating significantly reduces the pulling speed of the single crystal, or makes it difficult to grow the single crystal itself.

二重るつぼを用いたシリコン単結晶の引上げ又はるつぼ
の側面を二重構造にしたるつぼを用いたシリコン単結晶
の引上げについては、特開昭58−130195号公報
に開示された方法などがあるが、いずれもこの内側のる
つぼ壁からの放熱の問題は解決されていない。
There are methods for pulling silicon single crystals using a double crucible or using a crucible with a double structure on the side surface, such as the method disclosed in JP-A-58-130195. However, the problem of heat dissipation from the inner crucible wall has not been solved.

[発明の目的] 本発明は、上記の課題を解決し目的を達成するためにな
されたもので、シリコン融液が入れられた二重るつぼ内
にシリコン原料を供給するようにしたシリコン単結晶の
製造方法において、シリコン単結晶の育成を阻害せずに
投入したシリコン原料を確実に溶解させ、引上げ方向の
添加元素濃度がほぼ一定なシリコン単結晶を製造するこ
とのできる方法及び装置を得ることを目的としたもので
ある。
[Object of the Invention] The present invention has been made to solve the above-mentioned problems and achieve the objects. An object of the present invention is to provide a method and apparatus capable of reliably dissolving an input silicon raw material without inhibiting the growth of a silicon single crystal, and producing a silicon single crystal with a substantially constant concentration of added elements in the pulling direction. This is the purpose.

[課題を解決するための手段] 本発明は、前記課題を解決し目的を達成するためになさ
れたもので、 第1のるつぼの中に流通孔を有する第2のるっほを配設
した二重構造のるっほを用い、前記第2のるつぼの側面
のシリコン融液面より上の部分及び該第2のるつぼの外
側のシリコン融液を上方に設けた覆い板によって保温し
、前記第2のるつぼ内のシリコン融液から単結晶を引上
げると共に、該第2のるつぼの外側に前記単結晶の引上
げに対応してシリコン原料を供給するようにしたシリコ
ン単結晶の製造方法、及びこの方法を実施するための、 第1のるつぼの中に流通孔を有する第2のるっほを配設
した二重構造のるつぼと、該二重構造のるつぼの上方に
配設され前記第1のるつぼの上方から前記第2のるつぼ
の内壁上部までを覆う保温用の覆い板と、前記第2のる
つぼの外側にシリコン原料を供給する供給装置とを備え
たシリコン単結晶の製造装置を提供するものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention has been made to solve the above problems and achieve the objectives, and includes a second crucible having a flow hole provided in the first crucible. Using a double-structured Luho, the portion of the side surface of the second crucible above the silicon melt surface and the silicon melt outside the second crucible are kept warm by a cover plate provided above, and the A method for producing a silicon single crystal, wherein the single crystal is pulled from a silicon melt in a second crucible, and a silicon raw material is supplied to the outside of the second crucible in accordance with the pulling of the single crystal; In order to carry out this method, a double structure crucible in which a second crucible having a flow hole is disposed in a first crucible, and a second crucible disposed above the double structure crucible, A silicon single crystal production apparatus comprising: a heat-retaining cover plate that covers from the upper part of the first crucible to the upper part of the inner wall of the second crucible; and a supply device that supplies silicon raw material to the outside of the second crucible. This is what we provide.

[作 用コ 一  8 − 第2のるつぼからシリコン単結晶を引上げると共に、第
1のるつぼと第2のるつぼの間のシリコン融液にシリコ
ン原料を供給する。供給されたシリコン原料は溶解して
シリコン融液に混入し、流通孔から徐々に第2のるつぼ
内に移動し、両者のシリコン融液面を常に一定に保持す
る。
[Operation 8--Pulling up the silicon single crystal from the second crucible and supplying silicon raw material to the silicon melt between the first crucible and the second crucible. The supplied silicon raw material is melted and mixed into the silicon melt, and gradually moves into the second crucible through the flow hole, so that the silicon melt levels in both crucibles are always kept constant.

一方、二重るつぼの上方に設けた覆い板の保温効果によ
り、るつぼ壁などからの放熱が抑えられ、この部分のシ
リコン融液は高温に保持されるので、シリコン融液の温
度低下や凝固の発生を防止し、供給されたシリコン原料
を容易に溶解することができる。
On the other hand, the heat insulation effect of the cover plate installed above the double crucible suppresses heat radiation from the crucible wall, etc., and the silicon melt in this area is kept at a high temperature, preventing the temperature of the silicon melt from decreasing and solidifying. This can be prevented and the supplied silicon raw material can be easily dissolved.

[実施例] 第1図は本発明を実施するための装置の一例を模式的に
示した断面図である。図において、3はシリコン単結晶
1の引上げ炉の中心部に配設された石英ガラス製の二重
るつぼで、外側のるつぼ4と、内側のるつぼ5とで構成
されており、ペデスタル8上に上下動及び回転可能に支
持された黒鉛製の支持用るつぼ7内にセットされている
。内側のるつぼ5の下部(底部又は側面の下部)には流
通孔6が設けられており、シリコン融液2がこの流通孔
6を介して流動できるようになっている。
[Example] FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of an apparatus for carrying out the present invention. In the figure, reference numeral 3 denotes a double crucible made of quartz glass that is placed in the center of the pulling furnace for silicon single crystal 1, and is composed of an outer crucible 4 and an inner crucible 5, and is placed on a pedestal 8. It is set in a supporting crucible 7 made of graphite and supported so as to be vertically movable and rotatable. A flow hole 6 is provided in the lower part (bottom or lower side surface) of the inner crucible 5, and the silicon melt 2 can flow through the flow hole 6.

実施例では、外側のるつぼ4の直径は50clT11内
側のるつぼ5の直径は40cmで、流通孔6は2個所に
設けられその直径は何れも5 mmであった。
In the example, the diameter of the outer crucible 4 was 50 clT11, the diameter of the inner crucible 5 was 40 cm, and two communication holes 6 were provided, each having a diameter of 5 mm.

9は支持用るつぼ7の外周に設置された例えば抵抗発熱
体の如き加熱手段(ヒーター)で、二重るつぼ3内に装
入されたシリコン原料を溶解し、シリコン融液2を所定
の温度に保持する。10はヒータ9をとり囲むホットゾ
ーン断熱材である。11は覆い板で、例えば第3図及び
第4図にその一例を示すように、中心部に穴を有する円
板状のフランジ12と、この穴に整合しフランジ12に
一体的に固定された円筒状部又は逆円錐状部(以下これ
らを総称して円筒部という)13とからなり、二重るつ
ぼ3の上方に、円筒部13が内側のるつぼ5の内壁上部
に近接して位置するように配設され、フランジ12によ
り例えばホットゾーン断熱材10に取付けられている。
Reference numeral 9 denotes a heating means (heater) such as a resistance heating element installed on the outer periphery of the supporting crucible 7 to melt the silicon raw material charged in the double crucible 3 and bring the silicon melt 2 to a predetermined temperature. Hold. 10 is a hot zone insulation material surrounding the heater 9. Reference numeral 11 denotes a cover plate, as shown in FIGS. 3 and 4, for example, which includes a disc-shaped flange 12 having a hole in the center, and a cover plate that is aligned with the hole and is integrally fixed to the flange 12. It consists of a cylindrical part or an inverted conical part (hereinafter collectively referred to as the cylindrical part) 13, and the cylindrical part 13 is located above the double crucible 3 in close proximity to the upper part of the inner wall of the inner crucible 5. and is attached to, for example, the hot zone insulation 10 by a flange 12.

なお、この覆い板11は黒鉛製で、汚染を防止するため
外面を石英ガラスで被覆したものである。14は内側の
るつぼ5と外側のるつぼ4との間(以下原料供給部Bと
いう)の上方に設けられた供給管で、引上げ炉の外部に
設けたホッパ等に連結されており、ホッパ等に充填され
た新しいシリコン原料を原料供給部Bのシリコン融液中
に供給する。
The cover plate 11 is made of graphite, and its outer surface is coated with quartz glass to prevent contamination. Reference numeral 14 denotes a supply pipe provided above between the inner crucible 5 and the outer crucible 4 (hereinafter referred to as raw material supply section B), and is connected to a hopper etc. provided outside the pulling furnace. The filled new silicon raw material is supplied to the silicon melt in the raw material supply section B.

次に、上記のように構成した本発明の詳細な説明する。Next, the present invention configured as described above will be explained in detail.

先ず、二重るつぼ3内に多結晶シリコン塊を装入し、ヒ
ータ9によりこのシリコン塊を加熱・溶解する。このと
き、内側のるつぼ4内(以下単結晶育成部という)のシ
リコン融液と、原料供給部Bのシリコン融液の液面はほ
ぼ同一に保持されており、覆い板11のの円筒部13の
下端部は、シリコン融液の液面より上方に位置している
。ついで、種結晶を単結晶育成部Aのシリコン融液面に
接したのち回転させながら徐々に引上げると、接触液面
の凝固による結晶成長が行なわれ、円柱状のシリコン単
結晶1が得られる。
First, a polycrystalline silicon lump is charged into the double crucible 3, and the silicon lump is heated and melted by the heater 9. At this time, the liquid levels of the silicon melt in the inner crucible 4 (hereinafter referred to as the single crystal growth section) and the silicon melt in the raw material supply section B are kept almost the same, and the cylindrical section 13 of the cover plate 11 The lower end portion of is located above the liquid level of the silicon melt. Next, the seed crystal is brought into contact with the surface of the silicon melt in the single crystal growth section A and then gradually pulled up while being rotated, whereby crystal growth occurs due to solidification of the contact liquid surface, and a cylindrical silicon single crystal 1 is obtained. .

一方、シリコン単結晶1の引上げとともに、原材供給部
Bのシリコン融液中に、供給管14から粒状又は小塊状
のシリコン原料(以下粒状シリコンという)を投入する
。粒状シリコンの投入量は、シリコン単結晶1の引上げ
量と等しくなるように、具体的には、(シリコン単結晶
の直径)×(引上げ速度)×(シリコンの密度)で計算
される量(重量)を連続的に投入する。また、添加元素
濃度についても一定となるように、ドープ剤を添加する
。具体的には連続的に供給される粒状シリコンの添加元
素濃度が、引上げられるシリコン単結晶の添加元素濃度
と等しくなるようにすればよい。
On the other hand, while pulling the silicon single crystal 1, a granular or small-sized silicon raw material (hereinafter referred to as granular silicon) is introduced into the silicon melt in the raw material supply section B from the supply pipe 14. Specifically, the input amount of granular silicon is the amount (weight) calculated by (diameter of silicon single crystal) x (pulling speed) x (density of silicon) so that it is equal to the amount of pulled silicon single crystal 1. ) is added continuously. Further, the dopant is added so that the concentration of the added element is also constant. Specifically, the concentration of the additive element in the continuously supplied granular silicon may be made equal to the concentration of the additive element in the silicon single crystal to be pulled.

投入された粒状シリコンは原料供給部Bで直ちに溶解し
、流通孔6から徐々に単結晶育成部Aに流入して両者の
シリコン融液面を常に一定に保持する。この場合、内側
のるつぼ5の壁面及び原料供給部Bは、覆い板11によ
り保温されているので高温に保持されており、したがっ
て投入されたシリコン原料が容易に溶解されるばかりで
なく、二重るつぼ3内のシリコン融液面における凝固(
フリーズ)の発生などもなく、安定したシリコン単一 
 12 − 結晶の引上げを実現することができる。
The introduced granular silicon is immediately melted in the raw material supply section B, and gradually flows into the single crystal growth section A through the flow hole 6, so that the silicon melt level in both parts is always kept constant. In this case, the wall surface of the inner crucible 5 and the raw material supply part B are kept at a high temperature because they are insulated by the cover plate 11, so that the silicon raw material charged therein is not only easily melted, but also double Solidification on the silicon melt surface in crucible 3 (
Stable single silicon without any freezing
12 - Crystal pulling can be achieved.

上記のように構成した装置によれば、シリコン単結晶1
の引上げ量に応じて新たに粒状シリコンを連続的に供給
しながら、シリコン単結晶を引上げることが可能である
。従って、シリコン単結晶を引上げてもそれに見合う量
の粒状シリコンがるつぼ3内に補給され、るつぼ3内の
シリコン融液2の量は常に一定に保たれる。さらに、供
給するシリコン原料の添加元素濃度を制御することによ
り、るつぼ3内の融液の濃度をも常に一定に保つことが
できる。これにより、引上げられるシリコン単結晶の添
加元素濃度、すなわち抵抗率及び酸素濃度を、シリコン
単結晶の引上げ量にかかわらず常にほぼ一定に維持する
ことができる。さらに、この方法によれば、シリコン単
結晶1の引上げ可能長さについての機械的制約、引上げ
に使用する種結晶の引張り強さ限界、二重るつぼ3の損
耗、炉内に付着するシリコン酸化物(S i O)生成
物による汚染などで決まる制約限界の範囲内で、連続的
に長時間、長尺のシリコン単結晶を引上げることかでき
る。このようなことから、引上げられたシリコン単結晶
に対するシリコンウェハの歩留りはもちろんのこと、装
入されたシリコン原料に対する歩留りも飛躍的に向上す
る。また、この方法ではシリコン融液量及び液面位置が
変化せず、熱的にもきわめて安定なため、シリコン単結
晶引上げの操業時における操作が容易であるばかりでな
く、引上げられるシリコン単結晶に転位が導入されて単
結晶化が阻害される可能性はきわめて小さい。
According to the apparatus configured as described above, silicon single crystal 1
It is possible to pull a silicon single crystal while continuously supplying new granular silicon according to the amount of pulling. Therefore, even if a silicon single crystal is pulled, a corresponding amount of granular silicon is replenished into the crucible 3, and the amount of silicon melt 2 in the crucible 3 is always kept constant. Furthermore, by controlling the concentration of added elements in the silicon raw material to be supplied, the concentration of the melt in the crucible 3 can also be kept constant. Thereby, the additive element concentration, that is, the resistivity and oxygen concentration of the silicon single crystal to be pulled, can always be maintained substantially constant regardless of the amount of silicon single crystal pulled. Furthermore, according to this method, there are mechanical constraints on the length that the silicon single crystal 1 can be pulled, limits on the tensile strength of the seed crystal used for pulling, wear and tear on the double crucible 3, and silicon oxide deposits in the furnace. It is possible to continuously pull a long silicon single crystal for a long time within the limits determined by contamination by (S i O) products. For this reason, not only the yield of silicon wafers for pulled silicon single crystals, but also the yield for charged silicon raw materials are dramatically improved. In addition, this method does not change the silicon melt amount or the liquid level position and is extremely thermally stable, so it is not only easy to operate during silicon single crystal pulling operation, but also The possibility of introducing dislocations and inhibiting single crystallization is extremely small.

一方、二重るつぼ3の上方の外周部から内側のるつぼ5
の内壁上部までを覆う覆い板11により、前述した内側
のるつぼ5の壁面近傍のシリコン融液の温度低下や凝固
(フリーズ)の発生を防止することかできる。すなわち
、覆い板11の保温効果によって、るつぼ壁などからの
放熱が抑えられ、この部分のシリコン融液は相当高温に
保たれる。
On the other hand, the inner crucible 5 from the upper outer periphery of the double crucible 3
By covering the upper part of the inner wall of the crucible 5, the cover plate 11 can prevent the temperature drop and solidification (freeze) of the silicon melt near the wall surface of the inner crucible 5 described above. That is, the heat insulation effect of the cover plate 11 suppresses heat radiation from the crucible wall, etc., and the silicon melt in this area is maintained at a considerably high temperature.

なお、覆い板11は高温下での使用と、シリコンの汚染
防止ということを考慮した材質、たとえば石英ガラスで
被覆した黒鉛、あるいはSiCコーティングした黒鉛な
どが望ましい。
The cover plate 11 is desirably made of a material that takes into consideration use under high temperatures and prevention of silicon contamination, such as graphite coated with quartz glass or graphite coated with SiC.

この覆い板11を設けたことにより、単結晶引上げ中に
粒状シリコンを連続的又は間歇的に補給しても、外周部
のシリコン融液の温度は容易に高温に保たれ、投入され
た粒状シリコンはただちに溶解し、混合する。なお、覆
い板11よりも内側のるつぼ5の中心部のシリコン融液
の温度は比較的低く、シリコン単結晶の引上げに最適な
温度に保つことが可能である。
By providing this cover plate 11, even if granular silicon is continuously or intermittently replenished during single crystal pulling, the temperature of the silicon melt at the outer periphery can be easily maintained at a high temperature, and the introduced granular silicon can be easily maintained at a high temperature. Dissolve and mix immediately. Note that the temperature of the silicon melt at the center of the crucible 5 inside the cover plate 11 is relatively low, and can be maintained at an optimum temperature for pulling a silicon single crystal.

なお、第1図に示した装置では、内側のるっぽ5はシリ
コン融液2中に浮かんでいるため、シリコン単結晶引上
げ時のるつぼ3の回転などの影響によって内側のるつぼ
5の位置が不安定になり、その動きによってシリコン単
結晶1の引上げが不安定になることがある。また、シリ
コン単結晶にとりこまれる酸素濃度をコントロールする
ため、内側のるつぼ5の回転数を完全に制御する必要が
生じることがある。
In the apparatus shown in FIG. 1, the inner crucible 5 is floating in the silicon melt 2, so the position of the inner crucible 5 may be affected by the rotation of the crucible 3 during pulling of the silicon single crystal. This movement may make the pulling of the silicon single crystal 1 unstable. Furthermore, in order to control the oxygen concentration taken into the silicon single crystal, it may be necessary to completely control the rotation speed of the inner crucible 5.

第2図の実施例は上記のような問題に対処するためにな
されたものである。本実施例は内側のる−  15  
一 つは5の下面に支持部材15を設けたもので、これによ
り内側のるつぼ5を外側のるつぼ4内に安定して保持す
ることができる。また、この場合には内側のるつぼ5の
回転数は外側のるつぼ4のそれと完全に一致し、回転数
の制御はきわめて容易である。
The embodiment shown in FIG. 2 was made to deal with the above-mentioned problems. This example is based on the inner layer.
One type is a support member 15 provided on the lower surface of crucible 5, which allows the inner crucible 5 to be stably held within the outer crucible 4. Further, in this case, the rotation speed of the inner crucible 5 completely matches that of the outer crucible 4, and the rotation speed can be controlled very easily.

[発明の効果] 以上のように、本発明によれば、二重るつぼの上方に保
温用の覆い板を設け、かつ、シリコン単結晶引上げ中に
連続的又は間歇的に粒状シリコンを補給するように構成
したので、二重るつぼの壁面近傍などでのシリコン融液
液面の凝固(フリーズ)の発生や、補給した粒状シリコ
ンの溶は残りなどの心配かなく、シリコン単結晶引上げ
に最適な温度条件を実現することができ、安定した操業
が可能になり、また品質の良いシリコン単結晶が得られ
る。さらに、シリコン単結晶の引上げ量に関係なく常に
同一の条件での引上げが可能になり、作業性が大幅に向
上するばかりでなく、結晶長さ方向に特性の均一な長尺
のシリコン単結晶を引上げることかできるので、歩留り
の大幅な向上がはかれる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a cover plate for heat insulation is provided above the double crucible, and granular silicon is supplied continuously or intermittently during pulling of a silicon single crystal. Since the temperature is set at the optimum temperature for pulling silicon single crystals, there is no need to worry about solidification (freezing) of the silicon melt surface near the wall of the double crucible or the remaining melt of replenished granular silicon. The conditions can be realized, stable operation is possible, and high quality silicon single crystals can be obtained. Furthermore, it is now possible to always pull silicon single crystals under the same conditions regardless of the amount of pulling, which not only greatly improves work efficiency, but also enables the production of long silicon single crystals with uniform properties in the crystal length direction. Since it can be pulled up, the yield can be greatly improved.

このように、本発明によれば、シリコン単結晶引上げに
おいて品質、生産性、作業性の大幅な向上を実現するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to achieve significant improvements in quality, productivity, and workability in pulling silicon single crystals.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は本発明を実施するための装置を模式
的に示した実施例の断面図、第3図及び第4図は上記装
置の一部をなす覆い板の実施例を示すもので、それぞれ
(a)は斜視図、(b)は断面図である。第5図は従来
の二重るつぼ式シリコン単結晶の引上げ装置の一例を示
す模式図である。 1:シリコン単結晶、2=シリコン融液、3゜二重るつ
ぼ、4:外側のるつぼ、5:内側のるつぼ、6:流通孔
、9:ヒータ、11  覆い板、14:供給管、15:
支持部材。 代理人 弁理士 佐々木 宗 治 第4図
1 and 2 are cross-sectional views of an embodiment schematically showing an apparatus for implementing the present invention, and FIGS. 3 and 4 show an embodiment of a cover plate forming a part of the above-mentioned apparatus. (a) is a perspective view, and (b) is a cross-sectional view. FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a conventional double crucible type silicon single crystal pulling apparatus. 1: Silicon single crystal, 2 = Silicon melt, 3° double crucible, 4: Outer crucible, 5: Inner crucible, 6: Communication hole, 9: Heater, 11 Cover plate, 14: Supply pipe, 15:
Support member. Agent Patent Attorney Soji Sasaki Figure 4

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)るつぼに入れられた溶融シリコンを引上げてシリ
コン単結晶を製造する方法において、 第1のるつぼの中に流通孔を有する第2のるつぼを配設
した二重構造のるつぼを用い、前記第2のるつぼの側面
のシリコン融液面より上の部分及び該第2のるつぼの外
側のシリコン融液を上方に設けた覆い板によって保温し
、前記第2のるつぼ内のシリコン融液から単結晶を引上
げると共に、該第2のるつぼの外側に前記単結晶の引上
げに対応してシリコン原料を供給することを特徴とする
シリコン単結晶の製造方法。
(1) A method for producing a silicon single crystal by pulling up molten silicon placed in a crucible, using a double-structured crucible in which a second crucible having a communication hole is disposed in the first crucible, The silicon melt on the side surface of the second crucible above the silicon melt surface and the silicon melt on the outside of the second crucible are kept warm by a cover plate provided above, and the silicon melt in the second crucible is heated. A method for producing a silicon single crystal, which comprises pulling the crystal and supplying a silicon raw material to the outside of the second crucible in accordance with the pulling of the single crystal.
(2)るつぼに入れられた溶融シリコンを該るつぼの外
側に設けたヒータによって加熱し、該るつぼ内の溶融シ
リコンを引上げてシリコン単結晶を製造する装置におい
て、 第1のるつぼの中に流通孔を有する第2のるつぼを配設
した二重構造のるつぼと、該二重構造のるつぼの上方に
配設され前記第1のるつぼの上方から前記第2のるつぼ
の内壁上部までを覆う保温用の覆い板と、前記第2のる
つぼの外側にシリコン原料を供給する供給装置とを備え
たことを特徴とするシリコン単結晶の製造装置。
(2) In an apparatus for producing a silicon single crystal by heating molten silicon placed in a crucible with a heater provided outside the crucible and pulling up the molten silicon in the crucible, a communication hole is provided in the first crucible. a double-structure crucible in which a second crucible is disposed; A silicon single crystal production apparatus comprising: a cover plate; and a supply device for supplying a silicon raw material to the outside of the second crucible.
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