JPH06305880A - Production of silicon single crystal and apparatus for its production - Google Patents

Production of silicon single crystal and apparatus for its production

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JPH06305880A
JPH06305880A JP9448393A JP9448393A JPH06305880A JP H06305880 A JPH06305880 A JP H06305880A JP 9448393 A JP9448393 A JP 9448393A JP 9448393 A JP9448393 A JP 9448393A JP H06305880 A JPH06305880 A JP H06305880A
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silicon single
melt
interface
pulling
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勲 神田
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清 小島
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Nippon Steel Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain a high-quality silicon single crystal having a small point defect density. CONSTITUTION:This method for producing a silicon single crystal is to pull up the silicon single crystal from a melt in a crucible. In the method, the control is carried out so that a solidification interface 15 may bulge from a melt interface 6 to the side of a grown single crystal ingot 10 and the extent of the maximum protrusion (h) from the melt interface 6 thereof may exceed 15mm. Thereby, the single crystal is grown.

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、シリコン単結晶の製造
方法および製造装置に関するものである。詳しく述べる
と本発明は点欠陥密度の小さな高品質のシリコン単結晶
を得ることのできる製造方法および製造装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a silicon single crystal. More specifically, the present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of obtaining a high quality silicon single crystal having a small point defect density.

【0002】[0002]

【従来の技術】単結晶の製造方法として、坩堝内の融液
から結晶を成長させつつ引上げるチョクラルスキー法
(CZ法)が広く行なわれている。
As a method for producing a single crystal, the Czochralski method (CZ method) for pulling a crystal from a melt in a crucible while growing the crystal is widely used.

【0003】このCZ法によりシリコン単結晶を得よう
とする場合、例えば図6に模式的に示すような構成の単
結晶製造装置が用いられている。単結晶製造装置61
は、図6に示すように加熱チャンバ部2aと引上げチャ
ンバ部2bとからなるチャンバ2を有している。加熱チ
ャンバ部2a内には、チャンバ2外に位置する駆動装置
(図示せず)よりチャンバ底部を貫通して延長される回
転軸3に支持された石英製坩堝4が配置されており、ま
たこの坩堝4を所定の間隔を有して囲繞する筒状の加熱
ヒータ5が備えられており、さらにこのヒータ5の外方
には断熱材6が配されている。なお、この例においては
石英製坩堝4の外周は黒鉛製坩堝7により保護されてお
り、さらにこの黒鉛製坩堝7は黒鉛製受皿8を介して回
転軸4へ支持されている。
In order to obtain a silicon single crystal by the CZ method, for example, a single crystal manufacturing apparatus having a structure schematically shown in FIG. 6 is used. Single crystal manufacturing apparatus 61
Has a chamber 2 including a heating chamber portion 2a and a pulling chamber portion 2b as shown in FIG. Inside the heating chamber portion 2a, a quartz crucible 4 supported by a rotary shaft 3 extending through a chamber bottom portion by a driving device (not shown) located outside the chamber 2 is arranged. A cylindrical heater 5 that surrounds the crucible 4 at a predetermined interval is provided, and a heat insulating material 6 is arranged outside the heater 5. In this example, the outer periphery of the quartz crucible 4 is protected by a graphite crucible 7, and the graphite crucible 7 is supported by the rotating shaft 4 via a graphite tray 8.

【0004】一方、引上げチャンバ部2bは、前記石英
製坩堝4内に形成されるシリコン融液9から引上げられ
るシリコン単結晶インゴット10の引上げ軸に沿って前
記加熱チャンバ部2aよりも上方へ延長された、前記加
熱チャンバ部2aよりも内径の小さな部位である。
On the other hand, the pulling chamber portion 2b is extended above the heating chamber portion 2a along the pulling axis of the silicon single crystal ingot 10 pulled from the silicon melt 9 formed in the quartz crucible 4. Further, it is a portion having an inner diameter smaller than that of the heating chamber portion 2a.

【0005】またチャンバ2内にはチャンバ上部壁面を
挿通して上方より垂下された先端部に種結晶12を保持
するためのチャック13を有する引上げワイヤ14が配
してあり、この引上げワイヤ14は、前記引上げチャン
バ部2bの上部に設けられたワイヤ引上げ装置11によ
って、回転しながら昇降することを可能とされている。
Further, a pulling wire 14 having a chuck 13 for holding the seed crystal 12 is arranged in the chamber 2 through the upper wall surface of the chamber and hanging down from above, and the pulling wire 14 is provided. The wire pulling device 11 provided on the upper portion of the pulling chamber portion 2b enables the lifting and lowering while rotating.

【0006】このような構成を有する製造装置61にお
いて、単結晶の育成を行なうにはまず、石英製坩堝4内
に多結晶シリコンおよび必要に応じて添加されるドーパ
ントなどの原料を所定量装填し、加熱ヒータ5によって
加熱して原料を溶融して融液9を形成する。そして、該
融液9に引上げワイヤ14先端に取付けられた種結晶1
2を浸漬し、石英製坩堝4および種結晶12を回転させ
ながら引上げ、種結晶12の下端に単結晶インゴット1
0を成長させるものである。
In the manufacturing apparatus 61 having such a structure, in order to grow a single crystal, first, the quartz crucible 4 is charged with a predetermined amount of raw materials such as polycrystalline silicon and a dopant added as required. The raw material is melted by heating with the heater 5 to form the melt 9. Then, the seed crystal 1 attached to the melt 9 at the tip of the pulling wire 14
2 is soaked, the quartz crucible 4 and the seed crystal 12 are pulled up while being rotated, and the single crystal ingot 1 is attached to the lower end of the seed crystal 12.
It grows 0.

【0007】このような単結晶引上げ法において、単結
晶引上げ装置内における不活性ガスの流れを整流化し、
成長する単結晶の冷却速度を高めるために、加熱チャン
バの上部壁面より垂下し、成長するシリコン単結晶を軸
としてシリコン単結晶を囲繞する筒状体を設けること
(例えば、特開昭47−26388号公報)が知られて
いる。
In such a single crystal pulling method, the flow of the inert gas in the single crystal pulling apparatus is rectified,
In order to increase the cooling rate of the growing single crystal, a cylindrical body is provided that hangs from the upper wall surface of the heating chamber and surrounds the growing silicon single crystal as an axis (for example, JP-A-47-26388). No. publication) is known.

【0008】また、融液から発生したSiOガスがチャ
ンバ2壁面において凝縮し、落下して単結晶の成長界面
に到達して結晶が有転位化してしまうことを防止し、ま
た、また融液および坩堝壁からの輻射熱を遮断して引上
げ速度を高めることを目的として、引上げ中のシリコン
単結晶を軸として、るつぼの縁から突出している上部の
平たい環状リムとこの環状リムに取付けられ下端が該シ
リコン単結晶および融液に近接する逆円錐状の連結部と
からなるカバーを設けること(例えば、特公昭57−4
0119号公報)も知られている。
Further, it is possible to prevent the SiO gas generated from the melt from condensing on the wall surface of the chamber 2 and dropping to reach the growth interface of the single crystal to cause dislocation of the crystal. For the purpose of blocking the radiant heat from the crucible wall and increasing the pulling rate, the upper flat annular rim projecting from the edge of the crucible and the lower end attached to this annular rim are centered around the silicon single crystal being pulled. Providing a cover composed of a silicon single crystal and an inverted conical connecting portion close to the melt (see, for example, Japanese Examined Patent Publication No. 57-4
No. 0119) is also known.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな単結晶引上げ法によって育成したシリコン単結晶に
は石英坩堝4の溶解によって多量の不純物が混入し、こ
の酸素不純物はその後の熱処理により析出し酸素誘起積
層欠陥(OSF)を形成することが問題となっている。
このようなOSFの発生の度合は、前記したような筒状
体あるいは逆円錐状のカバーを配した単結晶製造装置を
使用した場合においては、これらを設けていない単結晶
製造装置を用いた場合と比べて、ほぼ同程度であるかあ
るいはかえって多いものとなってしまう。
By the way, a large amount of impurities are mixed in the silicon single crystal grown by the above-mentioned single crystal pulling method by the melting of the quartz crucible 4, and the oxygen impurities are precipitated by the subsequent heat treatment. The formation of oxygen-induced stacking faults (OSF) has become a problem.
The degree of occurrence of such OSF depends on whether a single crystal manufacturing apparatus provided with a cylindrical body or an inverted conical cover as described above is used, or a single crystal manufacturing apparatus not provided with these is used. Compared with the above, it will be almost the same or rather more.

【0010】また、このようなOSFの発生は、引上げ
中の単結晶の冷却速度にも影響されることが知られてお
り、ある品種のシリコン単結晶では引上げ中の単結晶の
各部位の冷却速度が800℃以下の温度域で5℃/mi
n以上に速まるとOSFの発生が著しくなることから、
前記したような逆円錐状のカバーの下端部を黒鉛、セラ
ミックスなどの不透明体で形成し、その他の部位を石英
などの透明体で形成した構成(特開平3−88794号
公報)なども知られている。
It is known that the generation of such OSF is also affected by the cooling rate of the single crystal during pulling, and in a certain type of silicon single crystal, cooling of each part of the single crystal during pulling is performed. 5 ℃ / mi in the temperature range below 800 ℃
If the speed is faster than n, the generation of OSF becomes remarkable,
There is also known a structure in which the lower end of the inverted conical cover is made of an opaque body such as graphite or ceramics and the other portion is made of a transparent body such as quartz (Japanese Patent Laid-Open No. 3-88794). ing.

【0011】しかしながら、特開平3−88794号公
報に開示されるような構成の単結晶製造装置を用いた場
合、確かに特定の品種のシリコン単結晶のOSFの発生
はある程度抑えることができるものの冷却速度が遅すぎ
て実用的ではなかった。
However, when the single crystal manufacturing apparatus having the structure disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-88794 is used, it is possible to suppress generation of OSF of a silicon single crystal of a specific kind to some extent, but it is possible to cool it. It was too slow to be practical.

【0012】従って、本発明は改良されたシリコン単結
晶の製造方法および製造装置を提供することを目的とす
るものである。詳しく述べると本発明は点欠陥密度の小
さな高品質のシリコン単結晶を得ることのできる製造方
法および製造装置を提供することを目的とするものであ
る。
Therefore, it is an object of the present invention to provide an improved method and apparatus for manufacturing a silicon single crystal. More specifically, it is an object of the present invention to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of obtaining a high quality silicon single crystal having a small point defect density.

【0013】[0013]

【課題を解決しようとするための手段】本発明者らは、
上記したような課題を解決するために、シリコン単結晶
引上げ時における凝固界面での点欠陥の拡散ということ
に着目した。単結晶中に取込まれた点欠陥を凝固界面へ
制御性よく拡散させることができれば、効率よく点欠陥
の密度を小さくすることができる。単結晶引上げ時の凝
固界面は、単結晶の結晶性を良好なものとする上からな
るべく平坦なほうが望ましいものであるといった考え方
が一般的であった(特開昭47−26388号公報)
が、本発明者らは、鋭意検討の結果、単結晶中に取込ま
れた点欠陥を凝固界面へ拡散させ点欠陥密度の小さな単
結晶を得る上で、凝固界面が育成単結晶インゴット側に
膨んだものである方が望ましく、その膨みがある特定量
以上のものに制御して単結晶の引上げを行なうと、極め
て点欠陥密度の小さな単結晶を得ることができることを
見出し本発明に達したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors have
In order to solve the above problems, attention was paid to the diffusion of point defects at the solidification interface when pulling a silicon single crystal. If the point defects taken in the single crystal can be diffused to the solidification interface with good controllability, the density of the point defects can be efficiently reduced. The general idea is that the solidification interface when pulling a single crystal is preferably as flat as possible in order to improve the crystallinity of the single crystal (Japanese Patent Laid-Open No. 47-26388).
However, the inventors of the present invention, as a result of diligent study, in obtaining a single crystal having a small point defect density by diffusing the point defects taken in the single crystal to the solidification interface, the solidification interface is on the grown single crystal ingot side. It is preferable that the bulge is a bulge, and if the bulge is controlled to a certain amount or more to pull the single crystal, it is found that a single crystal having an extremely small point defect density can be obtained. It has been reached.

【0014】すなわち、上記諸目的を解決する本発明
は、坩堝中の融液からシリコン単結晶を引上げるシリコ
ン単結晶の製造方法において、融液界面から凝固界面が
育成単結晶インゴット側に膨み、その融液界面からの最
大突出量が15mmを越えるものとなるように制御して
単結晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の製
造方法である。
That is, the present invention for solving the above-mentioned various objects is to provide a method for producing a silicon single crystal in which a silicon single crystal is pulled from a melt in a crucible. The method for producing a silicon single crystal is characterized in that the single crystal is grown by controlling the maximum protrusion amount from the melt interface to exceed 15 mm.

【0015】本発明はまた、坩堝中の融液からシリコン
単結晶を引上げるシリコン単結晶の製造装置において、
成長する前記単結晶を囲繞しその下端が前記融液の界面
に近接する円筒部と、この円筒部の上端より連続する内
周縁を有し外周縁がチャンバ内面に接続されてなる環状
部とから構成される輻射スクリーンが設けられており、
この輻射スクリーンの円筒部の下端部位は熱輻射率が
0.7以上であり、その他の部位は熱輻射率が0.5以
下であ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 also provides a silicon single crystal manufacturing apparatus for pulling a silicon single crystal from a melt in a crucible,
From a cylindrical portion that surrounds the growing single crystal and whose lower end is close to the interface of the melt, and an annular portion that has an inner peripheral edge that is continuous from the upper end of this cylindrical portion and whose outer peripheral edge is connected to the inner surface of the chamber. A structured radiation screen is provided,
The lower end portion of the cylindrical portion of the radiation screen has a thermal emissivity of 0.7 or more, and the other portions have a thermal emissivity of 0.5 or less.

【0016】[0016]

【作用】凝固時に結晶に取込まれた点欠陥は、過飽和度
の勾配に比例して界面に向って拡散していく。凝固界面
近傍の温度勾配が大きい方が過飽和度の勾配も大きく、
この過飽和度の勾配の大きな領域に点欠陥が滞在する時
間が長ければ、点欠陥の界面への拡散が十分に行われ
る。図1に示すように、育成単結晶インゴット10側に
大きく膨らんだ凝固界面15を形成すれば、凝固界面1
5近傍において、単結晶インゴットの外周部位のB領域
では単結晶の引上げ方向に対し等温線が大きく傾いてい
るため拡散時間が長く、また単結晶インゴットの中心部
位のA領域では温度勾配が大きいために拡散速度が大き
く、従っていずれの領域においても単結晶に取り込まれ
た点欠陥は界面へと十分に拡散され、点欠陥密度の小さ
な高品質結晶の製造が可能となる。
The point defects taken into the crystal during solidification diffuse toward the interface in proportion to the gradient of supersaturation. The larger the temperature gradient near the solidification interface, the larger the gradient of supersaturation.
If the point defect stays in the region having a large gradient of supersaturation for a long time, the point defect is sufficiently diffused to the interface. As shown in FIG. 1, by forming a greatly swollen solidification interface 15 on the side of the grown single crystal ingot 10, the solidification interface 1
In the vicinity of 5, in the region B in the outer peripheral portion of the single crystal ingot, the isotherm is greatly inclined with respect to the pulling direction of the single crystal, so that the diffusion time is long, and in the region A in the central portion of the single crystal ingot, the temperature gradient is large. Since the diffusion rate is high, the point defects taken into the single crystal in any region are sufficiently diffused to the interface, and it becomes possible to manufacture a high quality crystal with a small point defect density.

【0017】このように本発明においては、凝固界面1
5が融液界面16より単結晶インゴット10側に大きく
膨らんだ状態を維持して引上げを行なうものであるが、
このような凝固界面15は、図6に示すような従来の単
結晶製造装置あるいはこれに特開昭48−26388号
公報などに開示されるような筒状体あるいは特公昭57
−40119号公報に開示されるような逆円錐状のカバ
ーを設置したものを用いても、所望する程度にまで単結
晶インゴット側へ膨らんだ凝固界面を形成できるもので
はなかった。すなわち、これらの装置構成では、凝固界
面近傍における熱流束が、軸方向のものに比べて側面方
向のものが十分に大きくないためである。
As described above, in the present invention, the solidification interface 1
5 is for pulling while maintaining a state in which it is largely expanded from the melt interface 16 to the single crystal ingot 10 side.
Such solidification interface 15 is a conventional single crystal manufacturing apparatus as shown in FIG. 6 or a cylindrical body as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 48-26388 or JP-B 57.
Even if the one provided with the inverted conical cover as disclosed in Japanese Patent No. 40119 was used, it was not possible to form a solidified interface bulging toward the single crystal ingot side to a desired degree. That is, in these device configurations, the heat flux in the side surface direction is not sufficiently larger in the vicinity of the solidification interface than in the axial direction.

【0018】本発明の単結晶製造装置においては、成長
する単結晶インゴットを融液界面近傍より囲繞する円筒
状の部材を設け、この円筒状部材の下端部位を熱輻射率
の大きな材質により形成して輻射熱抵抗を小さくし、そ
の他の部位は熱輻射率の小さな材質により形成して輻射
熱抵抗を大きくすることで、界面近傍における熱流束を
側方に傾けて、凝固界面が単結晶インゴット側へ大きく
膨むことを可能とし、さらにこの円筒状部材の上部より
連続する環状部の外周縁を、水冷されたチャンバ壁面に
接続させて、熱伝導により前記円筒部の温度が十分に下
がるようにして、凝固界面近傍の温度勾配を大きくする
ことを可能としたものである。
In the apparatus for producing a single crystal of the present invention, a cylindrical member surrounding the growing single crystal ingot from the vicinity of the melt interface is provided, and the lower end portion of the cylindrical member is formed of a material having a large thermal emissivity. To reduce the radiant heat resistance, and to increase the radiant heat resistance by forming the other parts with a material with a small thermal emissivity to tilt the heat flux near the interface to the side and increase the solidification interface to the single crystal ingot side. It is possible to swell, further connecting the outer peripheral edge of the annular portion continuous from the top of this cylindrical member to the water-cooled chamber wall surface, so that the temperature of the cylindrical portion is sufficiently lowered by heat conduction, This makes it possible to increase the temperature gradient near the solidification interface.

【0019】以下、本発明を実施態様に基づきより詳細
に説明する。図2は、本発明のシリコン単結晶製造装置
の一実施態様の構成を模式的に表わす使用状態図であ
る。図2に示すように本発明に係わるシリコン単結晶製
造装置1は、チャンバ2の加熱チャンバ部2a内に輻射
スクリーン21を設けてなるものであり、それ以外の構
成は、図6に示す従来のシリコン単結晶製造装置61と
ほぼ同様の構成を有するものである。なお、図2におい
て、図6に示す装置における部材と同一の部材には同一
の符号を付してある。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiments. FIG. 2 is a use state diagram schematically showing a configuration of an embodiment of the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention. As shown in FIG. 2, the apparatus 1 for producing a silicon single crystal according to the present invention has a radiation screen 21 provided in a heating chamber portion 2a of a chamber 2, and other configurations are the same as those of the conventional one shown in FIG. It has substantially the same configuration as the silicon single crystal manufacturing apparatus 61. In FIG. 2, the same members as those in the apparatus shown in FIG. 6 are designated by the same reference numerals.

【0020】前記輻射スクリーン21は、円筒部22
と、この円筒部22の上端より連続し円筒部22の半径
方向に広がる環状部23とを有している。そして環状部
23の外周縁は、水冷された加熱チャンバ2aの壁面に
設けられた支持部24に接続保持され、円筒部22がチ
ャンバ2の軸線に沿って配置される。
The radiation screen 21 has a cylindrical portion 22.
And an annular portion 23 continuous from the upper end of the cylindrical portion 22 and extending in the radial direction of the cylindrical portion 22. The outer peripheral edge of the annular portion 23 is connected and held by a support portion 24 provided on the wall surface of the water-cooled heating chamber 2a, and the cylindrical portion 22 is arranged along the axis of the chamber 2.

【0021】なお、本発明において、輻射スクリーン2
1の円筒部22は、図示するようにその上端から下端ま
でほぼ同一内径を有するものであることが望ましいが、
若干であれば軸方向において縮径あるいは拡径されたも
のであっても構わない。
In the present invention, the radiation screen 2
It is desirable that the cylindrical portion 22 of No. 1 has a substantially same inner diameter from the upper end to the lower end as shown in the drawing.
The diameter may be reduced or expanded in the axial direction as long as it is slightly.

【0022】円筒部22の下端は、単結晶引上げ操作時
に石英製坩堝4内に形成されるシリコン融液9の界面1
6に近接する部位に位置し、また円筒部22の内径は引
上げられる単結晶インゴット10の直径よりもやや大き
いものとされ、単結晶インゴット10を所定間隔をもっ
て囲繞するものとなる。なお、円筒部22の下端位置、
および単結晶インゴット10外面と円筒部22内面との
距離は、引上げられる単結晶インゴットの種類および直
径、融液温度、引上げ速度、インゴット長さ等の引上げ
条件によって左右されるため、一概には規定できない
が、円筒部22の下端は融液界面16上方約5〜100
mm程度の高さに位置し、また単結晶インゴット10外
面と円筒部22内面との距離は約5〜50mm程度とさ
れる。
The lower end of the cylindrical portion 22 has an interface 1 of the silicon melt 9 formed in the quartz crucible 4 during the pulling operation of the single crystal.
6, the inner diameter of the cylindrical portion 22 is slightly larger than the diameter of the pulled single crystal ingot 10, and surrounds the single crystal ingot 10 at a predetermined interval. In addition, the lower end position of the cylindrical portion 22,
The distance between the outer surface of the single crystal ingot 10 and the inner surface of the cylindrical portion 22 depends on pulling conditions such as the type and diameter of the single crystal ingot to be pulled, the melt temperature, the pulling speed, and the length of the ingot. However, the lower end of the cylindrical portion 22 is about 5 to 100 above the melt interface 16.
It is located at a height of about mm, and the distance between the outer surface of the single crystal ingot 10 and the inner surface of the cylindrical portion 22 is about 5 to 50 mm.

【0023】しかして、この輻射スクリーン21の円筒
部22は、下端部位22aとそれより上方の部位22b
が別の材質により構成されており、下端部位22aは熱
輻射率が0.7以上、より好ましくは熱輻射率が0.8
〜1.0のものとされ、一方上方部位は熱輻射率が0.
5以下、より好ましくは0.1〜0.3のものとされて
いる。すなわち、円筒部22の上方部位22bの熱輻射
率が0.5を越えるものであると、成長する単結晶イン
ゴット10を所定の温度域、例えば約700〜900℃
の温度域において十分な冷却速度で冷却することが困難
となり、また下端部位22aの熱輻射率が0.7未満の
ものであると、上方部位22bとの熱輻射率の差が十分
なものではなくなり、凝固界面近傍で熱流束を側方に傾
けることができず、後述するような所望の凝固界面を形
成できなくなるためである。
Therefore, the cylindrical portion 22 of the radiation screen 21 has a lower end portion 22a and an upper portion 22b.
Is made of another material, and the lower end portion 22a has a thermal emissivity of 0.7 or more, more preferably 0.8.
.About.1.0, while the upper part has a thermal emissivity of 0.
It is 5 or less, more preferably 0.1 to 0.3. That is, when the thermal emissivity of the upper portion 22b of the cylindrical portion 22 exceeds 0.5, the growing single crystal ingot 10 is kept in a predetermined temperature range, for example, about 700 to 900 ° C.
It becomes difficult to cool at a sufficient cooling rate in the temperature range of 1), and if the thermal emissivity of the lower end portion 22a is less than 0.7, the thermal emissivity difference with the upper portion 22b is not sufficient. This is because the heat flux cannot be tilted laterally in the vicinity of the solidification interface, and a desired solidification interface as described later cannot be formed.

【0024】この下端部位22aを構成する材質として
具体的には、例えばグラファイト、表面を酸化させたニ
ッケル−クロム系合金、表面を酸化させたモリブデン等
が用いられ、このうち特にグラファイトが好ましい。ま
た上方部位22bを構成する材質として具体的には、例
えばモリブデン、ステンレス鋼、タングステン、ニオ
ブ、ニッケル、ゲルマニウム等の金属などが用いられ、
このうち特に好ましくはモリブデンである。またこの上
方部位22bは、シリコン単結晶の金属汚染を防止する
上からシリコンコーティングなどを施されたものである
ことが望まれる。
Specific examples of the material forming the lower end portion 22a include graphite, a surface-oxidized nickel-chromium alloy, and a surface-oxidized molybdenum. Of these, graphite is particularly preferable. Specific examples of the material forming the upper portion 22b include metals such as molybdenum, stainless steel, tungsten, niobium, nickel, and germanium.
Of these, molybdenum is particularly preferable. Further, it is desirable that the upper portion 22b is coated with silicon or the like in order to prevent metal contamination of the silicon single crystal.

【0025】なお、円筒部22の全長およびその下端部
位22aの長さは、上記したようなシリコン単結晶の引
上げ条件によって左右されるために、一概には規定でき
ないが、例えば円筒部22の全長は、200〜400m
m程度、またその下端部位22aの長さは、10〜50
mm程度のものとされる。
The total length of the cylindrical portion 22 and the length of the lower end portion 22a thereof cannot be unconditionally specified because it depends on the pulling condition of the silicon single crystal as described above. Is 200-400 m
m, and the length of the lower end portion 22a is 10 to 50.
It is about mm.

【0026】また、輻射スクリーン21の環状部23を
構成する材質としては、特に限定されるものではない
が、円筒部22の上方部位22aと同一の材質により構
成されていることが望ましい。
The material forming the annular portion 23 of the radiation screen 21 is not particularly limited, but it is desirable that the material is the same as that of the upper portion 22a of the cylindrical portion 22.

【0027】このような単結晶製造装置1を用いて、シ
リコン単結晶の引上げを行なうには、常法に基づき、石
英製坩堝4内に多結晶シリコンおよび必要に応じて添加
されるドーパントなどの原料を所定量装填し、加熱ヒー
タ5によって加熱して原料を溶融して融液9を形成し、
そして、該融液9に引上げワイヤ14先端に取付けられ
た種結晶12を浸漬し、石英製坩堝4および種結晶12
を回転させながら引上げ、種結晶12の下端に単結晶イ
ンゴット10を成長させるが、前記したように本発明に
係わる単結晶製造装置においては、石英製坩堝4上部に
輻射スクリーン21が設けられているので、図1に示す
ように、凝固界面15はインゴット10側へ大きく膨ら
み、融液界面16からの最大突出量hが15mmを越え
る、より好ましくは20〜30mm程度のものとなる。
またこの輻射スクリーン21は水冷されたチャンバ2壁
面に接続されているため、輻射スクリーン21の円筒部
22の温度も十分低下し、凝固界面15近傍の温度勾配
は大きくなり、例えば6インチ径シリコンウェハ用のイ
ンゴットを引上げる場合において、A領域で4〜5℃/
mm程度、またB領域で3〜4℃/mmとすることがで
きる。
In order to pull up a silicon single crystal by using such a single crystal manufacturing apparatus 1, polycrystalline silicon and a dopant added as necessary in the quartz crucible 4 are prepared according to a conventional method. A predetermined amount of raw material is loaded and heated by the heater 5 to melt the raw material to form a melt 9.
Then, the seed crystal 12 attached to the tip of the pulling wire 14 is immersed in the melt 9 to form the quartz crucible 4 and the seed crystal 12.
The single crystal ingot 10 is grown on the lower end of the seed crystal 12 while rotating the same. As described above, in the single crystal manufacturing apparatus according to the present invention, the radiation screen 21 is provided above the quartz crucible 4. Therefore, as shown in FIG. 1, the solidification interface 15 largely swells toward the ingot 10 side, and the maximum protrusion amount h from the melt interface 16 exceeds 15 mm, more preferably about 20 to 30 mm.
Further, since the radiation screen 21 is connected to the wall surface of the chamber 2 which is water-cooled, the temperature of the cylindrical portion 22 of the radiation screen 21 is sufficiently lowered, and the temperature gradient in the vicinity of the solidification interface 15 becomes large, for example, a 6-inch diameter silicon wafer. When pulling up the ingot for use in the area A, 4-5 ° C /
mm or about 3 to 4 ° C./mm in the B region.

【0028】このため本発明においては、凝固時に単結
晶インゴット10に取込まれた点欠陥の界面への拡散が
促進され、点欠陥密度の小さな単結晶インゴット10が
得られるものとなる。
Therefore, in the present invention, the diffusion of the point defects taken into the single crystal ingot 10 during solidification to the interface is promoted, and the single crystal ingot 10 having a small point defect density can be obtained.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。 実施例1 図3に示すように、直径約450mmの石英製坩堝4上
部に、本発明に係わる輻射スクリーン21を配置して、
直径約160mmのn型シリコン単結晶インゴット10
を約1.5mm/minの速度で引上げた。なお、この
輻射スクリーン21の下端部の融液界面16からの距離
は20mm、また輻射スクリーン21の円筒部22のグ
ラファイトより構成される下端部位22aの長さは30
mm、モリブデンより構成される上方部位22bの長さ
は200mm、円筒部22の内径は210mmとした。
この単結晶引上げ操作時における凝固界面15の融液界
面16からの最大突出量hを縦切試料の2結晶X線トポ
グラフにより測定した。結果を表1に示す。また得られ
た単結晶インゴットより切出されたシリコンウェハを、
1100℃で1時間熱酸化後、エッチングを行ない、顕
微鏡観察によりOSF密度を観察した。単結晶インゴッ
トの各部位から切出されたウェハにおけるOSF密度の
平均値を表1に示す。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. Example 1 As shown in FIG. 3, the radiation screen 21 according to the present invention is arranged on the upper part of the quartz crucible 4 having a diameter of about 450 mm.
N-type silicon single crystal ingot 10 with a diameter of about 160 mm
Was pulled up at a speed of about 1.5 mm / min. The distance from the melt interface 16 at the lower end of the radiant screen 21 is 20 mm, and the length of the lower end portion 22a made of graphite of the cylindrical portion 22 of the radiant screen 21 is 30.
The length of the upper portion 22b composed of mm and molybdenum was 200 mm, and the inner diameter of the cylindrical portion 22 was 210 mm.
The maximum protrusion amount h of the solidification interface 15 from the melt interface 16 during the pulling operation of the single crystal was measured by a two-crystal X-ray topography of a longitudinally cut sample. The results are shown in Table 1. Also, a silicon wafer cut out from the obtained single crystal ingot,
After thermal oxidation at 1100 ° C. for 1 hour, etching was performed and the OSF density was observed by microscopic observation. Table 1 shows the average values of the OSF densities of the wafers cut out from the respective portions of the single crystal ingot.

【0030】比較例1 図4に示すように、特公昭57−40119号公報に開
示されるような逆円錐状カバー31を石英製坩堝4上部
に配置して、実施例1と同様に直径約160mmのn型
シリコン単結晶インゴット10を約1.5mm/min
の速度で引上げた。なお、このカバー31は、グラファ
イトより構成されるものであり、その下端部の融液界面
16からの距離は30mm、下端部の内径は210m
m、円錐面の傾斜角は31°、円錐部の長さは230m
mであった。実施例1と同様にして、凝固界面15の最
大突出量h、およびOSF密度を測定した結果を表1に
示す。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 As shown in FIG. 4, an inverted conical cover 31 as disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 57-40119 was placed on the upper part of the quartz crucible 4, and the diameter was about the same as in Example 1. About 160 mm n-type silicon single crystal ingot 10 about 1.5 mm / min
Pulled up at the speed of. The cover 31 is made of graphite, and its lower end has a distance of 30 mm from the melt interface 16 and its lower end has an inner diameter of 210 m.
m, the angle of inclination of the conical surface is 31 °, and the length of the conical portion is 230 m
It was m. Table 1 shows the results of measuring the maximum protrusion amount h of the solidification interface 15 and the OSF density in the same manner as in Example 1.

【0031】比較例2 図5に示すように、特開昭47−26388号公報に開
示されるような円筒体32を加熱チャンバの上部壁面よ
り垂下させてなる単結晶製造装置を用いて、実施例1と
同様に直径約160mmのn型シリコン単結晶インゴッ
ト10を約1.5mm/minの速度で引上げた。な
お、この円筒体32は、グラファイトより構成されるも
のであり、その下端部の融液界面16からの距離は10
0mm、内径は210mmであった。実施例1と同様に
して、凝固界面15の最大突出量h、およびOSF密度
を測定した結果を表1に示す。
Comparative Example 2 As shown in FIG. 5, using a single crystal production apparatus as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 47-26388, in which a cylindrical body 32 is hung from an upper wall surface of a heating chamber. As in Example 1, an n-type silicon single crystal ingot 10 having a diameter of about 160 mm was pulled up at a speed of about 1.5 mm / min. The cylindrical body 32 is made of graphite, and the distance from the melt interface 16 at its lower end is 10
The inner diameter was 0 mm and the inner diameter was 210 mm. Table 1 shows the results of measuring the maximum protrusion amount h of the solidification interface 15 and the OSF density in the same manner as in Example 1.

【0032】比較例3 図6に示すような単結晶製造装置を用いて、実施例1と
同様に直径約160mmのn型シリコン単結晶インゴッ
ト10を約1.0mm/minの速度で引上げた。実施
例1と同様にして、凝固界面15の最大突出量h、およ
びOSF密度を測定した結果を表1に示す。
Comparative Example 3 An n-type silicon single crystal ingot 10 having a diameter of about 160 mm was pulled at a speed of about 1.0 mm / min in the same manner as in Example 1 using the single crystal manufacturing apparatus as shown in FIG. Table 1 shows the results of measuring the maximum protrusion amount h of the solidification interface 15 and the OSF density in the same manner as in Example 1.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】表1に示す結果から明らかなように、本発
明に係わる輻射スクリーン21を用いた実施例1におい
ては、単結晶インゴット10側へ大きく膨らんだ凝固界
面15を形成することができ、この結果、OSF密度の
非常に少ないシリコンウェハを得ることができた。
As is clear from the results shown in Table 1, in Example 1 using the radiation screen 21 according to the present invention, a greatly swollen solidification interface 15 can be formed on the single crystal ingot 10 side. As a result, a silicon wafer having a very low OSF density could be obtained.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、単結
晶引上げ時に単結晶インゴット側へ大きく膨らんだ凝固
界面を形成することができるため、凝固時に単結晶イン
ゴットに取込まれた点欠陥の拡散が促進され、点欠陥密
度の小さな単結晶を得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to form a solidified interface that swells greatly toward the single crystal ingot during pulling of the single crystal. Therefore, the point defects taken into the single crystal ingot during solidification are formed. Diffusion is promoted, and a single crystal having a small point defect density can be obtained.

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

【図1】は、本発明のシリコン単結晶製造方法における
凝固界面の形状ならびに凝固界面近傍の温度分布を模式
的に示す図であり、
FIG. 1 is a diagram schematically showing the shape of a solidification interface and the temperature distribution in the vicinity of the solidification interface in the method for producing a silicon single crystal of the present invention,

【図2】は、本発明のシリコン単結晶製造装置の一実施
態様の構成を模式的に表わす使用状態図であり、
FIG. 2 is a use state diagram schematically showing a configuration of an embodiment of a silicon single crystal production apparatus of the present invention,

【図3】は、本発明の実施例における装置構成の要部を
示す断面図であり、
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part of a device configuration according to an embodiment of the present invention,

【図4】は、比較例における装置構成の要部を示す断面
図であり、
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a device configuration in a comparative example,

【図5】は、別の比較例における装置構成の要部を示す
断面図であり、
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main part of a device configuration in another comparative example,

【図6】は、従来のシリコン単結晶製造装置の構成を模
式的に表わす使用状態図である。
FIG. 6 is a use state diagram schematically showing a configuration of a conventional silicon single crystal manufacturing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン単結晶製造装置、2…チャンバ、2a…加
熱チャンバ部、2b…引上げチャンバ部、3…回転軸、
4…石英製坩堝、5…加熱ヒータ、6…断熱材、7…黒
鉛製坩堝、8…黒鉛製受皿、9…シリコン融液、10…
単結晶インゴット、11…ワイヤ引上げ装置、12…種
結晶、13…チャック、14…引上げワイヤ、15…凝
固界面、16…融液界面、21…輻射スクリーン、22
…円筒部、22a…円筒部の下端部位、22b…円筒部
の上方部位、23…環状部、24…支持部、A…単結晶
インゴットの中心部位、B…単結晶インゴットの外方部
位、h…凝固界面の融液界面からの最大突出量。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon single crystal manufacturing apparatus, 2 ... Chamber, 2a ... Heating chamber part, 2b ... Pulling chamber part, 3 ... Rotating shaft,
4 ... Quartz crucible, 5 ... Heater, 6 ... Insulating material, 7 ... Graphite crucible, 8 ... Graphite pan, 9 ... Silicon melt, 10 ...
Single crystal ingot, 11 ... Wire pulling device, 12 ... Seed crystal, 13 ... Chuck, 14 ... Pulling wire, 15 ... Solidification interface, 16 ... Melt interface, 21 ... Radiation screen, 22
... Cylindrical part, 22a ... Lower end part of cylindrical part, 22b ... Upper part of cylindrical part, 23 ... Annular part, 24 ... Support part, A ... Central part of single crystal ingot, B ... Outer part of single crystal ingot, h ... The maximum amount of protrusion of the solidification interface from the melt interface.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 坩堝中の融液からシリコン単結晶を引上
げるシリコン単結晶の製造方法において、融液界面から
凝固界面が育成単結晶インゴット側に膨み、その融液界
面からの最大突出量が15mmを越えるものとなるよう
に制御して単結晶を育成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 in which a silicon single crystal is pulled from a melt in a crucible, a solidification interface swells from a melt interface to a grown single crystal ingot side, and a maximum protrusion amount from the melt interface is obtained. The method for producing a silicon single crystal is characterized in that the single crystal is grown so as to be over 15 mm.
【請求項2】 坩堝中の融液からシリコン単結晶を引上
げるシリコン単結晶の製造装置において、成長する前記
単結晶を囲繞しその下端が前記融液の界面に近接する円
筒部と、この円筒部の上端より連続する内周縁を有し外
周縁がチャンバ内面に接続されてなる環状部とから構成
される輻射スクリーンが設けられており、この輻射スク
リーンの円筒部の下端部位は熱輻射率が0.7以上であ
り、その他の部位は熱輻射率が0.5以下であることを
特徴とするシリコン単結晶製造装置。
2. A silicon single crystal manufacturing apparatus for pulling a silicon single crystal from a melt in a crucible, a cylindrical portion surrounding the growing single crystal and a lower end of which is close to an interface of the melt, and this cylinder. There is provided a radiant screen composed of an annular portion having an inner peripheral edge continuing from the upper end of the section and an outer peripheral edge being connected to the inner surface of the chamber. The apparatus for producing a silicon single crystal, which has a thermal emissivity of 0.5 or more in other portions and is 0.5 or less.
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