JPH04317492A - Producing device for silicon single crystal - Google Patents

Producing device for silicon single crystal

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Publication number
JPH04317492A
JPH04317492A JP8210891A JP8210891A JPH04317492A JP H04317492 A JPH04317492 A JP H04317492A JP 8210891 A JP8210891 A JP 8210891A JP 8210891 A JP8210891 A JP 8210891A JP H04317492 A JPH04317492 A JP H04317492A
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JP
Japan
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single crystal
silicon
heat
furnace
raw material
Prior art date
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Pending
Application number
JP8210891A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Suzuki
真 鈴木
Yoshinobu Shima
芳延 島
Takeshi Suzuki
威 鈴木
Yasuhide Ishiguro
康英 石黒
Iwao Ida
井田  巖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
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Publication of JPH04317492A publication Critical patent/JPH04317492A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce flaw generation density in an oxidation inductive laminated layer by forming a heat-insulating cover of a metallic plate made of one kind of metal selected from among Ta, Mo and W incorporating Fe and Cu of the specified amount and below and removing the surface layer thereof at prescribed depth before a furnace is used. CONSTITUTION:Atmospheric gas such as Ar is introduced into a furnace and exhausted from a gas discharging port 12 in the bottom of the furnace to decompress this furnace. Then granular Si is continuously supplied to a dissolving part A of a raw material at the amount equal to the pulling-up amount of single crystal via a supply pipe 15 from a supply chamber 14. The dissolving part A is covered with a heat-insulating cover 10 for inhibiting dissipation of heat the furnace wall. The heat-insulating cover is formed of a metallic plate made of one kind of metal selected from among Ta, Mo and W incorporating <=50ppm Fe and <=10ppm Cu. The surface layer of the heat- insulating cover is removed at >=10mum depth before the furnace is used and thereafter this cover is used. Then Si melt 7 of the dissolving part A is introduced into a single crystal growing part B from the small hole 9 of a partition member 8 made of high- purity quartz. As a result, single crystal is stably pulled up and high-puality Si single crystal 5 is obtained which is small in a flaw density in an oxidation inductive laminated layer.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法(
以下CZ法と言う)による大径シリコン単結晶の製造装
置特に保温カバ−に関するものである。
[Industrial Application Field] The present invention is based on the Czochralski method (
The present invention relates to an apparatus for manufacturing large-diameter silicon single crystals by the CZ method (hereinafter referred to as the CZ method), and particularly to a heat-insulating cover.

【0002】0002

【従来の技術】LSI分野で用いられるシリコン単結晶
は、通常CZ法によって製造されているが、このCZ法
では、シリコン単結晶成長と共にるつぼ内のシリコン溶
融液が減小する。従ってシリコン単結晶成長と共にシリ
コン単結晶中のドーパント濃度が上昇し、酸素濃度が低
下することになる。即ち、シリコン単結晶の性質がその
成長方向によって変化することになる。
2. Description of the Related Art Silicon single crystals used in the LSI field are usually manufactured by the CZ method, but in this CZ method, the amount of silicon melt in a crucible decreases as the silicon single crystal grows. Therefore, as the silicon single crystal grows, the dopant concentration in the silicon single crystal increases and the oxygen concentration decreases. That is, the properties of the silicon single crystal change depending on the direction of its growth.

【0003】LSIの高密度化とともに、シリコン単結
晶に要求される品質が年々厳しくなるため、それに伴っ
て歩留まりが低下すると言う問題が生ずることになる。
As the density of LSIs increases, the quality required for silicon single crystals becomes stricter year by year, resulting in a problem of lower yields.

【0004】この問題を解決する手段として、例えば特
公昭40−10184号公報(1頁右欄20行〜35行
)には、CZ法の石英るつぼ内をシリコン溶融液の小孔
を有する円筒状もしくはるつぼ状の石英製仕切り部材で
仕切り、この仕切り部材の外側(原料溶解部)に原料シ
リコンを供給しながら、仕切り部材の内側(単結晶育成
部)でシリコン単結晶を育成する方法(連続引き上げ法
)が開示されている。この方法の大きな問題点は、特開
昭62−241889号公報(2頁右上欄12行〜16
行)にも指摘されている通り、仕切り部材の内側で仕切
り部材を起点として、シリコン溶融液の凝固が発生しや
すいことである。
As a means to solve this problem, for example, Japanese Patent Publication No. 10184/1984 (page 1, right column, lines 20 to 35) discloses that the inside of a quartz crucible in the CZ method is shaped into a cylindrical shape having small holes for the silicon melt. Alternatively, a method of partitioning with a crucible-shaped quartz partition member and growing silicon single crystals inside the partition member (single crystal growth section) while supplying raw material silicon to the outside of this partition member (raw material melting section) (continuous pulling) law) has been disclosed. A major problem with this method is that it is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-241889 (page 2, upper right column, lines 12 to 16).
As pointed out in Section 2), the silicon melt tends to solidify inside the partition member, starting from the partition member.

【0005】即ち、単結晶育成部のシリコン溶融液の液
面の、仕切り部材と接触している部分から凝固が発生す
る。この凝固は、温度の低いるつぼ中央部に向かって成
長し、シリコン単結晶育成を阻害する。この原因は次の
通りである。
That is, solidification occurs from the surface of the silicon melt in the single crystal growth area that is in contact with the partition member. This solidification grows toward the center of the crucible where the temperature is lower and inhibits silicon single crystal growth. The reason for this is as follows.

【0006】仕切り部材として通常使用される石英ガラ
スは、熱線を貫通しやすく、しかも通常の場合、仕切り
部材上部のシリコン溶融液液面上に露出している部分か
ら、水冷された炉壁に対する放熱が大きいため、シリコ
ン溶融液中の熱は、仕切り部材中を上方に伝達し、仕切
り部材の溶融面上に露出している部分より放散される。 従って、仕切り部材近傍では溶融液温度が大きく低下し
ている。
[0006] Quartz glass, which is normally used as a partition member, is easily penetrated by hot wires, and in normal cases, heat is radiated from the part of the upper part of the partition member exposed above the silicon melt surface to the water-cooled furnace wall. Since the silicon melt is large, the heat in the silicon melt is transmitted upward through the partition member and is dissipated from the portion of the partition member exposed on the melting surface. Therefore, the temperature of the melt in the vicinity of the partition member is greatly reduced.

【0007】このように、仕切り部材に接触している溶
融液液面は、非常に凝固が発生しやすい状態になってい
る。
[0007] As described above, the surface of the molten liquid in contact with the partition member is in a state where solidification is extremely likely to occur.

【0008】最近は、高品質の粒状シリコンが製造でき
るようになり、連続引き上げ法における原料シリコンと
して、この粒状シリコンを連続的にシリコン溶融液中に
供給することは、比較的容易であると考えられる。
[0008] Recently, it has become possible to produce high-quality granular silicon, and it is thought that it is relatively easy to continuously supply this granular silicon into a silicon melt as raw material silicon in the continuous pulling method. It will be done.

【0009】しかし、粒状シリコンがシリコン溶融液液
面に供給される際に、粒状シリコンに対して十分な融解
熱をあたえられない場合には、粒状シリコンの溶け残り
が生じる。そして粒状シリコンの溶け残りから凝固が発
生し拡大していくことが少なくない。
However, if sufficient melting heat is not applied to the granular silicon when the granular silicon is supplied to the surface of the silicon melt, unmelted granular silicon remains. It is not rare for the undissolved particulate silicon to solidify and expand.

【0010】これは、密度差のために、固体の粒状シリ
コンが溶融液面に浮かび、固体の粒状シリコンの方がシ
リコン溶融液よりも熱放射率が大きいために、熱が奪わ
れやすくなるためである。特に、粒状シリコンが原料溶
解部のシリコン溶融液面で仕切り部材に付着凝集した場
合には、前記の単結晶育成部での凝固の場合と同じく、
仕切り部材を通して熱が急速に奪われるため、凝固の発
生・拡大が起こりやすい。  今後、シリコン単結晶の
大径化、引き上げ速度の高速化に伴って、供給される原
料シリコン量が増加すると、この現象はいっそう発生し
やすくなる。
[0010] This is because the solid granular silicon floats on the surface of the melt due to the density difference, and since the solid granular silicon has a higher thermal emissivity than the silicon melt, heat is easily removed. It is. In particular, when granular silicon adheres to and aggregates on the partition member at the surface of the silicon melt in the raw material melting zone, as in the case of solidification in the single crystal growth zone described above,
Since heat is rapidly removed through the partition member, coagulation is likely to occur and spread. In the future, if the amount of raw material silicon to be supplied increases as the diameter of silicon single crystals increases and the pulling speed increases, this phenomenon will become more likely to occur.

【0011】また、この問題は、供給する原料シリコン
が、粒状以外の形態であっても本質的に変わるものでは
ない。
[0011] Furthermore, this problem does not essentially change even if the raw material silicon to be supplied is in a form other than granules.

【0012】仕切り部材からの凝固の発生を防止し、か
つ、供給される原料シリコンの溶け残りを防止する方法
を提案したものとして、特開平1−153589号公報
がある。この公報には、仕切り部材及び原料溶解部の上
方を保温カバーで覆い、保温カバーによって、熱がるつ
ぼ上方の水冷された炉壁等へ放散するのを抑え、仕切り
部材周辺及び原料溶解部のシリコン溶融液を保温するこ
とを開示している。
[0012] Japanese Patent Laid-Open No. 1-153589 proposes a method for preventing the occurrence of coagulation from the partition member and for preventing unmelted raw silicon from being supplied. This publication states that the area above the partition member and the raw material melting area is covered with a heat insulating cover, and the heat insulating cover prevents heat from dissipating to the water-cooled furnace wall above the crucible. It is disclosed that the molten liquid is kept warm.

【0013】また、仕切り部材等が存在しない、通常の
CZ法のシリコン単結晶製造装置においても、上記の場
合とは形状の異なるカバーを使用することにより、引き
上げ速度の高速化をはかることができる。
[0013] Also, even in a conventional CZ method silicon single crystal manufacturing apparatus in which there is no partition member etc., the pulling speed can be increased by using a cover with a shape different from that in the above case. .

【0014】保温カバーの材料としては、黒鉛、金属な
どいろいろ考えられるが、発明者らの検討では、シリコ
ン単結晶炉の炉内構成部品の材料として一般的に用いら
れる黒鉛は、輻射率が大きいため、保温効果が十分では
ない。一方、輻射率の小さい金属は、熱の上方への放散
をよく遮蔽できるため、保温効果が大きく、保温カバー
の使用目的によく合致している。
[0014] Various materials such as graphite and metal can be considered for the heat-insulating cover, but according to the inventors' study, graphite, which is commonly used as a material for the internal components of silicon single crystal furnaces, has a high emissivity. Therefore, the heat retention effect is not sufficient. On the other hand, metals with low emissivity can effectively block upward dissipation of heat, so they have a large heat retention effect and are well suited to the intended use of the heat insulation cover.

【0015】この保温カバーを金属板で構成することに
より、大径のシリコン単結晶を高速で引き上げる場合に
も、仕切り部材からの凝固や原料溶解部での供給原料の
溶け残りを生じることなく、安定した引き上げ操業が可
能になる。
By constructing this heat-insulating cover with a metal plate, even when pulling a large-diameter silicon single crystal at high speed, there is no solidification from the partition member or unmelted raw material remains in the raw material melting section. Stable lifting operation becomes possible.

【0016】ただし、保温カバーは、単結晶引き上げ炉
内の高温環境下で使用するものであり、タンタル、モリ
ブデン、タングステンといった高融点金属を用いること
が必要である。殊に、タンタルは、きわめて展延性に富
む金属であり、種々の細工がしやすく、使用しやすい。
[0016] However, the heat insulating cover is used in a high temperature environment inside a single crystal pulling furnace, and it is necessary to use a high melting point metal such as tantalum, molybdenum, or tungsten. In particular, tantalum is an extremely malleable metal and is easy to work with in various ways, making it easy to use.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、仕切り
部材を高純度の、タンタル板,モリブデン板又はタング
ステン板から選ばれた1種から成る保温カバーで覆うこ
とにより、仕切り部材からの融液の凝固及び原料溶解部
での供給原料の溶け残りを防止でき、連続引き上げ法に
よるシリコン単結晶の安定育成が可能になった。
[Problem to be Solved by the Invention] As described above, by covering the partition member with a heat insulating cover made of a high purity tantalum plate, molybdenum plate, or tungsten plate, it is possible to prevent melt from the partition member. It is possible to prevent the solidification of the raw material and the undissolved supply of the raw material in the raw material melting section, and it has become possible to stably grow silicon single crystals using the continuous pulling method.

【0018】しかし、この金属板製保温カバーを用いて
育成した単結晶は、酸化誘起積層欠陥(以下OSFとい
う)の発生密度が約103 個/cm2 と大きくなる
傾向があり、結晶品質の点で問題があることがわかった
However, single crystals grown using this metal plate heat-insulating cover tend to have a high density of oxidation-induced stacking faults (hereinafter referred to as OSF) of about 103/cm2, resulting in poor crystal quality. It turns out there is a problem.

【0019】本発明は、係る事情を鑑みてなされたもの
であって、OSFが無い、もしくはOSF密度がごく低
い、シリコン単結晶の製造装置を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a silicon single crystal manufacturing apparatus that does not have an OSF or has a very low OSF density.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の問題点
を解決し、上記の目的を達成するためになされたもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems and achieve the above-mentioned objects.

【0021】本発明は、シリコン溶融液を収容する石英
るつぼと、石英るつぼを側面から加熱する電気抵抗加熱
体と、石英るつぼ内でシリコン溶融液を単結晶育成部と
原料溶解部とに分割しかつシリコン溶融液が流通できる
小孔を有する石英製仕切り部材と、該仕切り部材と原料
溶解部を覆う保温カバーと、前記各構成物を収容する炉
内部を減圧するための減圧装置と、前記原料溶解部に原
料シリコンを連続供給する原料供給装置とを有するシリ
コン単結晶製造装置において、前記保温カバーがFeで
50ppm 以下、Cuで10ppm 以下のタンタル
,モリブデン又はタングステンから選ばれた1種の金属
板から成り、該金属板の表層を予め使用前に深さ10μ
m以上除去した金属板から成ることを特徴とするシリコ
ン単結晶製造装置である。
The present invention includes a quartz crucible containing a silicon melt, an electric resistance heating element that heats the quartz crucible from the side, and a device that divides the silicon melt into a single crystal growth section and a raw material melting section within the quartz crucible. and a quartz partition member having small holes through which the silicon melt can flow, a heat insulating cover that covers the partition member and the raw material melting section, a pressure reducing device for reducing the pressure inside the furnace that houses each of the components, and the raw material. In a silicon single crystal production apparatus having a raw material supply device that continuously supplies raw silicon to a melting part, the heat insulating cover is a metal plate of one type selected from tantalum, molybdenum, or tungsten containing 50 ppm or less of Fe and 10 ppm or less of Cu. The surface layer of the metal plate is pre-coated to a depth of 10 μm before use.
This silicon single crystal production apparatus is characterized in that it consists of a metal plate from which m or more of the metal plate has been removed.

【0022】[0022]

【作用】次に、本発明に至った経緯について述べる。[Operation] Next, the circumstances leading to the present invention will be described.

【0023】先ず、本発明者らは、金属板の保温カバー
を使用して、連続引き上げ法によって育成したシリコン
単結晶のOSFが多い原因について、次のような検討を
行った。
[0023] First, the present inventors conducted the following study as to the cause of the large number of OSFs in a silicon single crystal grown by a continuous pulling method using a heat insulating cover made of a metal plate.

【0024】単結晶のOSFの原因としては、保温カバ
ーの存在による、結晶の熱履歴の影響がまず考えられた
ので、結晶の熱履歴を変化させるために、単結晶引き上
げ炉内の、保温カバーを含むホットゾーンの構造、形状
等を様々に変更して単結晶を育成した。しかし、いずれ
の場合もOSFの発生密度を低減することはできなかっ
た。
The cause of OSF in single crystals was first thought to be the influence of the thermal history of the crystal due to the presence of a heat insulating cover, so in order to change the thermal history of the crystal, a heat insulating cover in the single crystal pulling furnace was Single crystals were grown by changing the structure and shape of the hot zone in various ways. However, in neither case could the density of OSF generation be reduced.

【0025】次に、OSFの発生原因として、単結晶の
不純物汚染が考えられる。汚染源として、結晶育成時に
使用している、石英るつぼや石英製の仕切り部材中に含
まれる重金属不純物元素の、石英溶け出しに伴うシリコ
ン溶融液への混入が考えられたので、石英のグレード(
含有する不純物量が異なる)を変えて単結晶を育成した
が、OSF密度は変わらなかった。
Next, impurity contamination of the single crystal is considered to be the cause of OSF. The source of contamination was considered to be heavy metal impurity elements contained in the quartz crucible and quartz partition members used during crystal growth, which were mixed into the silicon melt due to quartz dissolution.
Although single crystals were grown with different amounts of impurities contained, the OSF density did not change.

【0026】さらに、石英製の仕切部材を使用せず、原
料シリコンを供給せずに、金属板製の保温カバーを用い
て、CZ法で単結晶を育成したが、やはりOSF密度は
多かった。
Furthermore, although a single crystal was grown by the CZ method using a heat-insulating cover made of a metal plate without using a quartz partition member or supplying raw silicon, the OSF density was still high.

【0027】そこで、本発明者らが種々検討したところ
、保温カバーを用いて育成したシリコン単結晶のOSF
が多い原因は、保温カバ−の金属板中に微量ながら含ま
れているFe、Cu等の重金属不純物が0.01〜0.
05気圧の減圧下で、シリコン溶融液直上という高温環
境に曝されて蒸発し、それが気相拡散により、育成中の
シリコン単結晶表面に付着し、さらに固相拡散によって
、表面から内部に浸透して起こる単結晶の金属汚染によ
るものであることを知見した。
Therefore, the present inventors conducted various studies and found that silicon single crystal OSF grown using a heat insulating cover
The reason for this is that heavy metal impurities such as Fe and Cu, which are contained in trace amounts in the metal plate of the thermal cover, have a concentration of 0.01 to 0.
It is exposed to a high-temperature environment directly above the silicon melt under a reduced pressure of 0.5 atmospheres, evaporates, attaches to the surface of the growing silicon single crystal through vapor phase diffusion, and then penetrates into the interior from the surface through solid phase diffusion. It was discovered that this was due to metal contamination of the single crystal.

【0028】更に、保温カバ−の金属板全体としては、
重金属不純物量がごく微量であっても、その表層には、
かなり濃化した重金属不純物が存在しているもとも判明
した。  尚、単結晶中に金属不純物がどの程度含まれ
ているときに、OSFが多発するかは明確ではないが、
1010atoms /cm3 程度、あるいはそれ以
下でもOSFの原因になりうる。
Furthermore, the entire metal plate of the heat insulating cover is as follows:
Even if the amount of heavy metal impurities is extremely small, the surface layer contains
It was also found that heavy metal impurities were present, which were quite concentrated. Although it is not clear how many metal impurities are included in the single crystal, OSFs will occur frequently.
Even levels around 1010 atoms/cm3 or less can cause OSF.

【0029】保温カバ−として用いられる市販の高純度
タンタル板には、通常、Fe、Cu、Niなどの重金属
不純物が含まれており、その含有量は、Feで50pp
m 以下、Cuで10ppm 以下といわれており、本
発明者らが分析したところ、金属板内部には、Feで1
0ppm 以下、Cuで1ppm のごく微量しか含ま
れていないものの、金属板表層には、Feで100pp
m 以上、Cuで10ppm 以上のように、重金属不
純物が濃化していることが判った。
Commercially available high-purity tantalum plates used as thermal covers usually contain heavy metal impurities such as Fe, Cu, and Ni.
m or less, Cu is said to be less than 10 ppm, and as a result of the analysis conducted by the present inventors, the inside of the metal plate contains 10 ppm or less of Fe.
The surface layer of the metal plate contains 100 ppm of Fe, although the Cu content is very small, 1 ppm.
It was found that heavy metal impurities were concentrated, such as 10 ppm or more for Cu.

【0030】こうした重金属不純物は、減圧下で、シリ
コン溶融液直上の高温環境にさらされて蒸発し、それが
気相拡散により、育成中のシリコン単結晶表面に付着し
、さらに固相拡散によって表面から内部に浸透するもの
と考えられる。
These heavy metal impurities are exposed to a high-temperature environment directly above the silicon melt under reduced pressure, evaporate, adhere to the surface of the growing silicon single crystal by vapor phase diffusion, and then adhere to the surface of the growing silicon single crystal by solid phase diffusion. It is thought that it penetrates into the interior.

【0031】なお、保温カバーの構成材料であるタンタ
ルそれ自体は、融点が高く、蒸発しにくいうえ、シリコ
ン中での拡散速度がきわめて小さいため、単結晶内部に
は、殆ど浸透しないので、OSFの原因となる汚染物質
としての可能性はないと考えられる。
[0031] Tantalum itself, which is a constituent material of the thermal cover, has a high melting point and is difficult to evaporate, and its diffusion rate in silicon is extremely low, so it hardly penetrates into the single crystal. It is considered that there is no possibility of it being a causative contaminant.

【0032】これに対し、Fe、Cuなどは、結晶育成
温度域でのシリコン中の拡散係数が10−4〜10−6
cm2 /sと大きいので、単結晶表面から結晶内部に
向かって拡散しやすく、汚染物質としてOSFの原因に
なる。
On the other hand, Fe, Cu, etc. have a diffusion coefficient in silicon of 10-4 to 10-6 in the crystal growth temperature range.
Since it has a large velocity of cm2/s, it easily diffuses from the surface of the single crystal toward the interior of the crystal, and becomes a cause of OSF as a contaminant.

【0033】市販のタンタル板を、そのまま保温カバー
として使用して製造したシリコン単結晶における半径方
向のOSF濃度分布が、Fe、Cuなどの金属が固体拡
散した場合の、該金属の濃度プロフィルとパターンが極
めてよく一致することからも、本発明者らの前述の検討
が正しいことを裏づける。
The OSF concentration distribution in the radial direction in a silicon single crystal produced by using a commercially available tantalum plate as it is as a heat-insulating cover shows the concentration profile and pattern of metals such as Fe and Cu when the metals are solid-diffused. The fact that they agree extremely well supports the validity of the above-mentioned study by the present inventors.

【0034】本発明は、金属板表層部の重金属不純物濃
化層を除去し、これによって金属板からのFe、Cu等
の重金属不純物元素の蒸発を抑えることによって、育成
中のシリコン単結晶中に入り込む重金属不純物量を低減
させるものである。
[0034] The present invention removes the heavy metal impurity concentration layer on the surface layer of the metal plate, thereby suppressing the evaporation of heavy metal impurity elements such as Fe and Cu from the metal plate. This reduces the amount of heavy metal impurities that enter.

【0035】このことを、後述する実施例における図2
に基づいて説明する。
This will be explained in FIG. 2 in the embodiment described later.
The explanation will be based on.

【0036】タンタル板等の金属板は、表層部で、重金
属不純物が図2中の曲線で示すような濃度分布をもつ。 このような金属板を、保温カバ−として使用する前に、
その表層を10μm以上、好ましくは20μm以上除去
し、これによって重金属不純物濃化層を除去するもので
ある。
A metal plate such as a tantalum plate has a concentration distribution of heavy metal impurities in the surface layer as shown by the curve in FIG. Before using such a metal plate as a thermal cover,
The surface layer is removed by 10 μm or more, preferably 20 μm or more, thereby removing the heavy metal impurity concentrated layer.

【0037】以下、金属板としてタンタル板、重金属不
純物としてFeを例として説明する。タンタル板表層に
は深さ最大20μmのFe濃化層がある。この板を保温
カバ−として使用する前に、その表層を酸エッチング等
の手段により除去する。
[0037] Hereinafter, an explanation will be given using a tantalum plate as an example of the metal plate and Fe as the heavy metal impurity. There is an Fe-enriched layer with a maximum depth of 20 μm on the surface layer of the tantalum plate. Before using this plate as a heat insulating cover, its surface layer is removed by means such as acid etching.

【0038】但し、除去された表層の深さが10μm未
満の場合にはFe濃化層が完全に除去されないので深さ
を10μm以上に限定した。
However, if the depth of the removed surface layer was less than 10 μm, the Fe-enriched layer would not be completely removed, so the depth was limited to 10 μm or more.

【0039】なお、タンタル板には、不純物として、モ
リブデン、タングステンなどが含まれていることが多い
が、これらの融点が2000℃を超える高融点金属元素
は、蒸発しにくく、また、シリコン中での拡散速度が極
めて小さいため、タンタル板中に不純物として含まれて
いても、シリコン単結晶の汚染物質になる可能性は少な
い。
[0039] Tantalum plates often contain impurities such as molybdenum and tungsten, but these high-melting metal elements with melting points exceeding 2000°C are difficult to evaporate and are difficult to evaporate in silicon. Since the diffusion rate of tantalum is extremely low, even if it is contained as an impurity in the tantalum plate, it is unlikely to become a contaminant for the silicon single crystal.

【0040】金属板表層の濃化層を除去するには、前述
の酸エッチング等の方法ばかりでなく、本発明の条件を
満たす限り、OSF低減効果については、重金属不純物
濃化層除去方法によらなくてもよい。
[0040] In order to remove the concentrated layer on the surface layer of the metal plate, not only the above-mentioned acid etching method but also the method for removing the heavy metal impurity concentrated layer can be used for the OSF reduction effect as long as the conditions of the present invention are met. You don't have to.

【0041】[0041]

【実施例】本発明による実施例を添付の図面を参照しな
がら詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0042】図1は、本発明の実施例において用いたシ
リコン単結晶製造装置の模式的に示した縦断面図である
FIG. 1 is a vertical sectional view schematically showing a silicon single crystal manufacturing apparatus used in an example of the present invention.

【0043】図1において、1は直径20インチの石英
製のるつぼで、黒鉛るつぼ2により支持されており、黒
鉛るつぼ2はペデスタル4上に回転可能な機構で支持さ
れている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a quartz crucible having a diameter of 20 inches, which is supported by a graphite crucible 2, which is supported on a pedestal 4 by a rotatable mechanism.

【0044】3は黒鉛るつぼを取り囲む電気抵抗加熱体
、5はシリコン単結晶で、6は石英抵抗加熱体3を取り
囲む断熱材であり、これらはすべてチャンバー11内に
収容されている。
Reference numeral 3 denotes an electric resistance heating element surrounding the graphite crucible, 5 a silicon single crystal, and 6 a heat insulating material surrounding the quartz resistance heating element 3, all of which are housed in the chamber 11.

【0045】7は石英るつぼ1内に入れられたシリコン
溶融液(溶融液量25kg)で、これからシリコン単結
晶5が引き上げられる。
Reference numeral 7 denotes a silicon melt (molten amount: 25 kg) placed in the quartz crucible 1, from which a silicon single crystal 5 is pulled.

【0046】この実施例では、シリコン単結晶はPドー
プ(N型)で、抵抗値10オームcm、直径は6インチ
、引き上げ速度は平均1.2mm/min である。
In this example, the silicon single crystal is P-doped (N-type), has a resistance value of 10 ohm cm, a diameter of 6 inches, and an average pulling rate of 1.2 mm/min.

【0047】雰囲気ガス(アルゴンガス)は、引き上げ
チャンバー13上方に設けられたガス流入口(図示せず
)から炉内に導入され、炉底部にある排出口12から減
圧装置16により排出される。炉内の圧力は0.02気
圧である。
Atmospheric gas (argon gas) is introduced into the furnace from a gas inlet (not shown) provided above the pulling chamber 13, and is discharged from the exhaust port 12 at the bottom of the furnace by the pressure reducing device 16. The pressure inside the furnace is 0.02 atmospheres.

【0048】以上は通常のチョクラルスキー法によるシ
リコン単結晶の製造装置と何ら変わるものではない。
[0048] The above is no different from an ordinary silicon single crystal manufacturing apparatus using the Czochralski method.

【0049】8は高純度石英からなり、るつぼ1内にる
つぼ1と軸心をあわせて設置された直径16インチの仕
切り部材である。この仕切り部材8には直径3mmの小
孔9があけられており、原料溶解部A(仕切り部材8よ
り外側)のシリコン溶融液はこの小孔9を通って単結晶
育成部B(仕切り部材8より内側)に流入する。
Reference numeral 8 denotes a partition member made of high-purity quartz and having a diameter of 16 inches and installed in the crucible 1 so that its axis is aligned with the crucible 1. This partition member 8 has a small hole 9 with a diameter of 3 mm, and the silicon melt in the raw material melting section A (outside the partition member 8) passes through this small hole 9 in the single crystal growth section B (the partition member 8 more inward).

【0050】この仕切り部材8の上縁部は、シリコン溶
融液液面よりも上に露出しており、下縁部は石英るつぼ
1と予め融着されているか、もしく初期に原料を溶解し
てシリコン溶融液を作る際の熱によって融着している。
The upper edge of this partition member 8 is exposed above the level of the silicon melt, and the lower edge is either fused to the quartz crucible 1 in advance or melted in the initial stage. They are fused together by the heat generated when making a silicon melt.

【0051】原料溶解部Aには、粒状シリコンが原料供
給チャンバー14内の貯蔵ホッパー(図示せず)から切
り出し装置(図示せず)を経由して、原料供給管15に
導かれて連続的に供給される。供給量は、単結晶育成部
Bからの単結晶引き上げ量と等しい約55g/min 
一定である。
In the raw material melting section A, granular silicon is continuously introduced into the raw material supply pipe 15 from a storage hopper (not shown) in the raw material supply chamber 14 via a cutting device (not shown). Supplied. The supply amount is approximately 55 g/min, which is equal to the single crystal pulling amount from single crystal growth section B.
constant.

【0052】また、シリコン溶融液の濃度を一定に保つ
ために、粒状シリコンと同時に、ド−プ剤も適宜、同じ
原料供給管15により供給される。
Further, in order to keep the concentration of the silicon melt constant, a dopant is also suitably supplied through the same raw material supply pipe 15 at the same time as the granular silicon.

【0053】なお、本発明においては、図示しないが原
料溶解部A及び単結晶育成部Bの温度を確実に制御する
制御手段、単結晶引上げ及び回転手段、るつぼ回転手段
、雰囲気ガスの供給手段を備えることは勿論である。
In the present invention, although not shown, a control means for reliably controlling the temperature of the raw material melting section A and the single crystal growth section B, a single crystal pulling and rotation means, a crucible rotation means, and an atmospheric gas supply means are provided. Of course, be prepared.

【0054】次に、10は保温カバ−であり、板厚0.
2mmの高純度タンタル板で構成されている。
Next, 10 is a heat insulating cover, which has a thickness of 0.
Constructed of 2mm high purity tantalum plate.

【0055】このタンタル板表層部の重金属不純物元素
(Fe)の濃度分布プロフィ−ルを調べた結果、図2に
示すようになった。
The concentration distribution profile of the heavy metal impurity element (Fe) in the surface layer of this tantalum plate was investigated, and the results were as shown in FIG.

【0056】図2は、縦軸にFe濃度(ppm)と横軸
に金属板表面からの深さ(μm)にて示したグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing the Fe concentration (ppm) on the vertical axis and the depth (μm) from the metal plate surface on the horizontal axis.

【0057】図2に示すように、金属板表面より深さ2
0μm以内にてFe濃度は急激に上昇することが判る。 即ち、保温カバ−の表層部で、重金属不純物(Fe)が
濃化層を形成している。
As shown in FIG. 2, a depth of 2 from the surface of the metal plate
It can be seen that the Fe concentration increases rapidly within 0 μm. That is, heavy metal impurities (Fe) form a concentrated layer on the surface layer of the heat insulating cover.

【0058】そこで、本実施例では、保温カバ−10と
して成形加工される前に、フッ酸(HF)と硝酸(HN
O3 )と純水との混合液中で20分エッチングされ、
表層が深さ30μm除去された高純度タンタル板を使用
した。
Therefore, in this embodiment, hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HN
Etched for 20 minutes in a mixture of O3) and pure water,
A high purity tantalum plate whose surface layer had been removed to a depth of 30 μm was used.

【0059】このようなシリコン単結晶製造装置で、連
続引き上げ法で製造したシリコン単結晶から、シリコン
ウエハを製造し、品質評価のために800℃にて3時間
続いて1000℃にて15時間の加熱を乾燥O2 の雰
囲気内で熱処理を施した後、OSF密度を測定したとこ
ろ、2〜9個/cm2 であった。
Using such a silicon single crystal manufacturing apparatus, silicon wafers were manufactured from silicon single crystals manufactured by the continuous pulling method, and were heated at 800° C. for 3 hours and then at 1000° C. for 15 hours for quality evaluation. After heat treatment was performed in a dry O2 atmosphere, the OSF density was measured and found to be 2 to 9 pieces/cm2.

【0060】また、保温カバー10のタンタル板でエッ
チング時間を変えて、表層の除去された深さtが異なる
ものを使用して、上記と同様にシリコン単結晶を育成し
て、シリコンウエハを製造し、品質評価のために上記と
同様な熱処理を行い、OSF密度を測定した。その結果
を、図3に示す。
[0060] Also, by changing the etching time of the tantalum plate of the heat insulating cover 10 and using the tantalum plate having a different surface layer removed depth t, a silicon single crystal is grown in the same manner as above, and a silicon wafer is manufactured. Then, for quality evaluation, the same heat treatment as above was performed, and the OSF density was measured. The results are shown in FIG.

【0061】図3は、保温カバー金属(タンタル)板表
層部の表層の除去された深さtとシリコン単結晶のOS
F密度との関係を示すグラフ図である。
FIG. 3 shows the removed depth t of the surface layer of the heat insulation cover metal (tantalum) plate and the silicon single crystal OS.
It is a graph figure showing the relationship with F density.

【0062】ここに示すOSF密度は、シリコンウエハ
面内の平均値である。
The OSF density shown here is an average value within the silicon wafer surface.

【0063】図3に示すように、エッチングにより除去
された金属板表面からの深さtが、10μm未満の場合
には、3×101 〜103 個/cm2 のOSFが
存在した。これに対し、除去された金属板表面からの深
さtが10μm以上ある場合には、OSF密度は30個
/cm2 以下であり、さらに金属板表面からの深さt
が20μm以上の場合には、OSF密度は10個/cm
2 以下であった。
As shown in FIG. 3, when the depth t from the surface of the metal plate removed by etching was less than 10 μm, 3×10 1 to 10 3 OSFs/cm 2 were present. On the other hand, when the depth t from the surface of the metal plate removed is 10 μm or more, the OSF density is 30 pieces/cm2 or less, and the depth t from the surface of the metal plate is
is 20 μm or more, the OSF density is 10 pieces/cm
2 or less.

【0064】なお、使用するタンタル金属板を高温・真
空中にて熱処理することによっても金属板表層部の重金
属不純物濃化層を除去することができる。その場合の有
効な熱処理条件の一例は、2×10−5torr以上の
真空度で、1500℃、1時間処理を行えばよい。
Note that the heavy metal impurity concentrated layer on the surface of the metal plate can also be removed by heat treating the tantalum metal plate used at high temperature in a vacuum. An example of effective heat treatment conditions in this case is to perform the treatment at 1500° C. for 1 hour under a degree of vacuum of 2×10 −5 torr or more.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上のような構成の本発明のシリコン単
結晶製造装置により、シリコン溶融液面上の仕切り部材
からの凝固や、供給する原料シリコン溶け残りを発生さ
せることなく、単結晶引き上げ量に見合う量の原料シリ
コンを供給しながら、直径6〜10インチ、OSF発生
密度が30個/cm2 以下の高品質・大径のシリコン
単結晶を安定して製造できるようになった。
[Effects of the Invention] The silicon single crystal production apparatus of the present invention having the above-described configuration can increase the amount of single crystal pulled without causing solidification from the partition member on the silicon melt surface or producing undissolved raw material silicon to be supplied. It has become possible to stably produce high-quality, large-diameter silicon single crystals with a diameter of 6 to 10 inches and an OSF generation density of 30 pieces/cm2 or less while supplying raw material silicon in an amount commensurate with the above.

【0066】また、通常のCZ法でのシリコン単結晶製
造においても、本発明のシリコン単結晶製造装置により
、引き上げ速度の高速化を実現しつつ、OSF発生密度
が30個/cm2 以下の高品質・大径のシリコン単結
晶を安定して製造できる。
[0066] Furthermore, even in the production of silicon single crystals using the ordinary CZ method, the silicon single crystal production apparatus of the present invention can increase the pulling speed and produce high-quality products with an OSF generation density of 30 pieces/cm2 or less. - Large diameter silicon single crystals can be produced stably.

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

【図1】本発明によるシリコン単結晶製造装置の一実施
例を模式的に示した縦断面図。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing an embodiment of a silicon single crystal manufacturing apparatus according to the present invention.

【図2】保温カバーの金属板表層部の重金属不純物元素
(Fe)の濃度分布プロフィールを模式的に示したグラ
フ。
FIG. 2 is a graph schematically showing the concentration distribution profile of a heavy metal impurity element (Fe) in the surface layer of the metal plate of the heat insulation cover.

【図3】保温カバーの金属(タンタル)板表層の除去さ
れた深さtとシリコン単結晶のOSF密度(面内平均値
)との関係を示すグラフ図。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the removed depth t of the surface layer of the metal (tantalum) plate of the heat insulation cover and the OSF density (in-plane average value) of a silicon single crystal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    石英るつぼ、 2    黒鉛るつぼ、 3    電気抵抗加熱体、 4    ペデスタル、 5    シリコン単結晶、 6    断熱材、 7    シリコン溶融液、 8    仕切り部材、 9    小孔、 10  保温カバー、 11  炉チャンバー 12  雰囲気ガス排出口、 13  引き上げチャンバー、 14  原料供給チャンバー、 15  原料供給管、 16  減圧装置、 A    原料溶解部、 B    単結晶育成部。 1. Quartz crucible, 2 Graphite crucible, 3. Electric resistance heating element, 4 Pedestal, 5. Silicon single crystal, 6 Insulation material, 7. Silicon melt, 8 Partition member, 9 Small hole, 10 Heat cover, 11 Furnace chamber 12 Atmosphere gas outlet, 13. Pulling chamber, 14 Raw material supply chamber, 15 Raw material supply pipe, 16 Pressure reduction device, A raw material melting section, B. Single crystal growth department.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  シリコン溶融液を収容する石英るつぼ
と、石英るつぼを側面から加熱する電気抵抗加熱体と、
石英るつぼ内でシリコン溶融液を単結晶育成部と原料溶
解部とに分割しかつシリコン溶融液が流通できる小孔を
有する石英製仕切り部材と、該仕切り部材と原料溶解部
を覆う保温カバーと、前記各構成物を収容する炉内部を
減圧するための減圧装置と、前記原料溶解部に原料シリ
コンを連続供給する原料供給装置とを有するシリコン単
結晶製造装置において、前記保温カバーがFeで50p
pm 以下、Cuで10ppm 以下のタンタル,モリ
ブデン又はタングステンから選ばれた1種の金属板から
成り、該金属板の表層を予め使用前に深さ10μm以上
除去した金属板から成ることを特徴とするシリコン単結
晶の製造装置。
[Claim 1] A quartz crucible containing a silicon melt, an electric resistance heating element that heats the quartz crucible from the side,
A quartz partition member that divides the silicon melt into a single crystal growth zone and a raw material melting zone in a quartz crucible and has a small hole through which the silicon melt can flow, and a heat-retaining cover that covers the partition member and the raw material melting zone; In the silicon single crystal production apparatus, which has a pressure reducing device for reducing the pressure inside the furnace accommodating each of the components, and a raw material supply device that continuously supplies raw silicon to the raw material melting section, the heat insulating cover is made of 50p of Fe.
pm or less, consisting of one type of metal plate selected from tantalum, molybdenum, or tungsten with a Cu content of 10 ppm or less, and characterized in that it consists of a metal plate from which the surface layer of the metal plate has been removed to a depth of 10 μm or more before use. Silicon single crystal production equipment.
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