JPH11157994A - Production of silicon single crystal - Google Patents

Production of silicon single crystal

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JPH11157994A
JPH11157994A JP33220597A JP33220597A JPH11157994A JP H11157994 A JPH11157994 A JP H11157994A JP 33220597 A JP33220597 A JP 33220597A JP 33220597 A JP33220597 A JP 33220597A JP H11157994 A JPH11157994 A JP H11157994A
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JP
Japan
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single crystal
silicon single
neck portion
crystal
neck
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Application number
JP33220597A
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Japanese (ja)
Inventor
Masao Kikuchi
雅男 菊地
Takashi Usui
隆 臼井
Hiroshi Inagaki
宏 稲垣
Shoei Kurosaka
昇栄 黒坂
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.)
Sumco Techxiv Corp
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the production of silicon single crystal that can produce single silicon crystal of good quality with no dislocation by surely preventing the thin neck of the silicon rod from being broken, when the silicon single crystal of a large diameter and a large weight is pulled up. SOLUTION: In the production of silicon single crystal by the Czochralski process, the neck part (2) between the seed crystal (1) and the silicon single crystal (3) is heated in the temperature range from 550 deg.C to the 800 deg.C with the heater (17), when the silicon single crystal is pulled up.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキ法
によるシリコン単結晶の製造方法に関する。更に詳しく
は、転位除去を行うために種結晶とシリコン単結晶との
間に介在するネック部の強度を向上させ、大口径かつ大
重量のシリコン単結晶を安定して引き上げ、製造するこ
とのできるシリコン単結晶の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method. More specifically, it is possible to improve the strength of a neck portion interposed between a seed crystal and a silicon single crystal in order to remove dislocations, stably pull up a large-diameter and heavy silicon single crystal, and manufacture the silicon single crystal. The present invention relates to a method for manufacturing a silicon single crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】チョク
ラルスキ法によるシリコン単結晶の製造方法では、種結
晶をシリコン溶融液に接触させて、回転させながら所定
の引き上げ速度で徐々に引き上げることにより、目的と
する径のシリコン単結晶に成長させる。この方法では、
前記種結晶を溶融シリコンに接触させる際にその熱衝撃
によって結晶中に転位が生じ、この転位は成長する結晶
全体にわたって増殖するため、種結晶と単結晶インゴッ
トとの間にネック部を形成し、そのネック部の領域にお
いて転位を完全に除去しなければならない。
2. Description of the Related Art In a method of manufacturing a silicon single crystal by the Czochralski method, a seed crystal is brought into contact with a silicon melt and gradually pulled up at a predetermined pulling speed while rotating. Is grown to a silicon single crystal having a diameter of in this way,
When the seed crystal is brought into contact with the molten silicon, dislocation occurs in the crystal due to the thermal shock, and the dislocation multiplies throughout the growing crystal, so that a neck portion is formed between the seed crystal and the single crystal ingot, Dislocations must be completely removed in the region of the neck.

【0003】前記転位を除去する手段として、最も広く
知られているダッシュ・ネック法は、直径約2〜4mm
の細径のネック部を、6mm/min程度の速い結晶引
き上げ速度で成長させて、シリコン単結晶のインゴット
を成長させる以前に転位を完全に除去するものである。
このようにネック部を細径に形成して転位を除去する場
合に、前記ネック部の強度が小さくなることは否めな
い。この最も脆弱な部分であるネック部は、結晶を成長
させて引き上げる間に壊れやすく、破断して結晶インゴ
ットがルツボの中に落下するおそれがある。この結晶イ
ンゴットの落下により、同インゴット自身の衝撃やはね
上がった溶融シリコンによって、ルツボや蓄熱器、ヒー
ターなどを破壊し、また、溶融シリコンの回収が不能と
なり、その損害は莫大なものとなる。更には、飛び散っ
た溶融シリコンを清掃、除去しなければならず、更には
クリーン度を回復させるためには復旧に長時間を費やし
なければならず、またその作業は危険を伴うものである
ため、作業者の二次的な被害が懸念され、安全性にも問
題がある。
[0003] As a means for removing the dislocation, the most widely known dash neck method is a method of removing a diameter of about 2 to 4 mm.
Is grown at a high crystal pulling rate of about 6 mm / min to completely remove dislocations before growing a silicon single crystal ingot.
When dislocations are removed by forming the neck portion with a small diameter in this way, it is undeniable that the strength of the neck portion is reduced. The neck portion, which is the most vulnerable portion, is easily broken during the growth and pulling of the crystal, and the crystal ingot may fall into the crucible by breaking. The drop of the crystal ingot destroys the crucible, regenerator, heater, etc. due to the impact of the ingot itself and the molten silicon that has jumped up, and the recovery of the molten silicon becomes impossible, resulting in enormous damage. . Furthermore, the scattered molten silicon must be cleaned and removed, and in order to restore cleanliness, a long time must be spent for restoration, and the work is dangerous. There is concern about secondary damage to workers, and there is also a problem with safety.

【0004】そのため、現状では単結晶インゴットの重
量を、上述の細径のネック部が破断しない程度の重量に
抑えるべく、例えば同インゴットを直径300mm(1
2インチ)の場合には、長さ75cm程度に成長させる
に止め、上述のようなシリコン単結晶の落下を防止して
いる。しかしながら、近年、製造効率などの点からもシ
リコン単結晶の大口径化が強く要請され、その実現に向
け鋭意研究が進められており、その大口径化に伴って必
然的にシリコン単結晶が大重量となるばかりでなく、そ
の結晶成長にも長時間を要することとなるため、長時間
にわたって前記ネック部に大重量のシリコン単結晶によ
る引っ張り応力が作用することとなる。
For this reason, at present, in order to reduce the weight of the single crystal ingot to such a level that the above-mentioned small diameter neck portion does not break, for example, the ingot is 300 mm (1 mm in diameter).
In the case of 2 inches), the growth is limited to about 75 cm in length, and the above-described drop of the silicon single crystal is prevented. However, in recent years, there has been a strong demand for a silicon single crystal having a large diameter from the viewpoint of manufacturing efficiency and the like, and earnest research has been progressing toward realization thereof. In addition to the weight, the crystal growth also takes a long time, so that a tensile stress due to the heavy silicon single crystal acts on the neck portion for a long time.

【0005】かかる大口径で大重量のシリコン単結晶を
製造するために、ネック部の破断を防ぐ手段が数多く提
案されている。例えば特開平9−2898号公報では、
より大きな直径の無転位の単結晶を製造することができ
るように、無転位の大きな直径のネック部を形成するこ
とが試みられている。同公報によれば、結晶の引き上げ
を約4.0mm/min未満の速度で行う場合に、10
mmを越える直径を有する結晶のネック部において転位
を除去することができるとしている。ネック部の直径が
10mm以上であれば、なるほど大口径及び大重量のシ
リコン単結晶を、同ネック部が破断させることなく引き
上げることが可能となるであろうことは予測できる。し
かしながら、一般に当該技術分野においては、直径が1
0mmを越える大径のネック部から転位を一貫して除去
することは不可能であるとされていることに鑑みると、
同公報に記載されている方法により、無転位のシリコン
単結晶を製造することが可能であるという保証はない。
[0005] In order to produce such a large-diameter and large-weight silicon single crystal, there have been proposed many means for preventing breakage of the neck portion. For example, in JP-A-9-2898,
Attempts have been made to form dislocation-free, large-diameter necks so that larger-diameter, dislocation-free single crystals can be produced. According to the publication, when pulling a crystal at a speed of less than about 4.0 mm / min, 10
It is stated that dislocations can be removed at the neck of a crystal having a diameter exceeding mm. If the diameter of the neck portion is 10 mm or more, it can be predicted that it will be possible to pull up a large-diameter and heavy silicon single crystal without breaking the neck portion. However, generally in the art, diameters of one
Considering that it is impossible to consistently remove dislocations from a large-diameter neck portion exceeding 0 mm,
There is no guarantee that a dislocation-free silicon single crystal can be manufactured by the method described in the publication.

【0006】また、特開平9−183694号公報で
は、ネック部とシリコン単結晶のインゴットとの間に係
合段部を形成し、同段部を吊り治具で挟持して引き上げ
る保持装置が開示されている。しかしながら、かかる保
持装置を使用する場合に、上述のように細径のネック部
は脆弱であるため、前記吊り治具により前記ネック部に
衝撃を与えることなく前記段部を確実に挟持しなければ
ならず、その挟持に際しては位置決め及び挟持力に極め
て高精度の制御が要求される。しかも、その挟持してい
る最中にも、既述したとおりインゴットを所定の速度で
引き上げると共に、同インゴットを回転させているた
め、前記保持装置はその引き上げ速度及び回転速度にも
同期して引き上げと回転とをさせなければならず、更に
制御が煩雑なものとなる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-183694 discloses a holding device in which an engaging step is formed between a neck portion and a silicon single crystal ingot, and the step is nipped by a hanging jig and pulled up. Have been. However, when using such a holding device, since the neck portion having a small diameter is fragile as described above, the step portion must be securely clamped without giving an impact to the neck portion by the hanging jig. In addition, extremely high-precision control of the positioning and the clamping force is required for the clamping. In addition, during the holding, the ingot is pulled up at a predetermined speed and the ingot is rotated as described above, so that the holding device pulls up in synchronization with the pulling speed and the rotation speed. And rotation, and the control becomes more complicated.

【0007】本発明は、かかる問題を解決すべくなされ
たものであり、大口径で且つ大重量のシリコン単結晶を
製造するために、細径で脆弱なネック部を格別の保持装
置を採用することなく強度を上げて、同ネック部におけ
る破断を確実に防止し、転位のない良質なシリコン単結
晶を効率的に製造することができるシリコン単結晶の製
造方法を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem. In order to produce a large-diameter and heavy-weight silicon single crystal, a small-diameter and fragile neck portion employs a special holding device. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a silicon single crystal that can increase strength without causing breakage at the neck portion and can efficiently manufacture a high-quality silicon single crystal without dislocation.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】ここで、辛平等の報告
(第58回応用物理学会学術講演会講演予稿集382ペ
ージ「CZ−Si単結晶のネック部の機械的強度」)に
よれば、軸方位は<100>で、その直径は2〜5mm
の範囲で不規則に変動しているチョクラルスキ法により
形成されたネック部をそのまま試験片とし、これを室
温、600℃及び900℃の3点で引張試験による破壊
強度を測定したところ、測定データは大きくばらついた
ものの、従来のこの種の試験片の破壊強度の平均値を超
え400MPa以上のデータが多く、このデータからは
4mm径のネック部で320Kgと大重量の結晶を支え
ることに問題がないと報告されている。しかしながら、
かかる報告に添付されているグラフからは確かに破壊強
度が400MPa以上のサンプルも存在するが、200
MPaより低い値も測定されている。このデータから、
即座に4mm径のネック部でチョクラルスキ法により大
重量(320Kg)の単結晶を製造することが実現可能
であると断言することには疑問が多い。
Here, according to the report of Equality ("Mechanical Strength of Neck of CZ-Si Single Crystal" on page 382 of the 58th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics), The axial orientation is <100> and its diameter is 2-5mm
The neck portion formed by the Czochralski method, which fluctuates irregularly within the range of, was used as a test piece as it was, and the fracture strength was measured by a tensile test at room temperature, 600 ° C, and 900 ° C. Despite the large variation, there are many data of 400MPa or more, exceeding the average value of the breaking strength of this type of conventional test piece. From this data, there is no problem in supporting a crystal with a heavy weight of 320Kg at a 4mm diameter neck. It has been reported. However,
From the graph attached to this report, there are certainly samples with a breaking strength of 400 MPa or more,
Values below MPa have also been measured. From this data,
It is questionable to assert that it is feasible to immediately produce a heavy (320 Kg) single crystal by the Czochralski method with a neck of 4 mm diameter.

【0009】そこで本発明者等は、上述の報告にあって
もしかりであるが、従来、全く着目されていなかった結
晶の機械的強度と温度との相関に着目して更に検討を進
めた。シリコン単結晶を軸方位<100>の試験片にカ
ットし、同試験片に対して引張強度の判断基準となる曲
げ強度試験を行った。なお、シリコン単結晶の引上げ時
におけるネック部は、上述したように転位を除去するた
めに設けられているため、同ネック部は上部で転位もみ
られる脆弱な部分である。このように脆弱な部分でも十
分な強度が得られるということを保証するために、試験
片をネック部の状態に近づけるべく、結晶成長面の表面
に応力の集中が緩和されるような研磨処理を特に行うこ
となく、切断された形態のままで試験片とした。
Therefore, the present inventors have further studied by focusing on the correlation between the mechanical strength of the crystal and the temperature, which has been not paid much attention in the past, although this is the only report mentioned above. A silicon single crystal was cut into a test piece having an axial orientation of <100>, and a bending strength test as a criterion for determining tensile strength was performed on the test piece. Since the neck portion at the time of pulling up the silicon single crystal is provided for removing dislocations as described above, the neck portion is a fragile portion where dislocations are also observed at the upper part. In order to ensure that sufficient strength can be obtained even in such a fragile part, a polishing treatment is performed to reduce the concentration of stress on the surface of the crystal growth surface in order to bring the test piece closer to the state of the neck part. The test piece was used as it was in the cut form without any particular operation.

【0010】この試験片に対して、測定温度を室温、2
00℃、400℃、500℃、600℃、650℃、7
00℃、800℃及び900℃の9点として測定を行っ
た。その結果を図8に示す。同図からは、約550℃か
ら800℃の温度範囲にあるときにその破壊応力が著し
く増加することが認められる。また、シリコン単結晶の
試験片は800℃を超えると塑性変形が始まることも確
認された。
With respect to this test piece, the measurement temperature was set to room temperature, 2
00 ° C, 400 ° C, 500 ° C, 600 ° C, 650 ° C, 7
The measurement was performed at nine points of 00 ° C, 800 ° C, and 900 ° C. FIG. 8 shows the result. It can be seen from the figure that the breaking stress significantly increases when the temperature is in the range of about 550 ° C. to 800 ° C. It was also confirmed that the test piece of silicon single crystal started plastic deformation when the temperature exceeded 800 ° C.

【0011】かかる考察から、本発明は、チョクラルス
キ法によるシリコン単結晶の製造において、少なくとも
シリコン単結晶の引き上げ時に、種結晶とシリコン単結
晶との間に形成されるネック部を550℃以上800℃
以下の温度範囲で加熱保持することを特徴とするシリコ
ン単結晶の製造方法を主要な構成としている。
From the above considerations, the present invention provides a method for manufacturing a silicon single crystal by the Czochralski method, in which a neck formed between a seed crystal and a silicon single crystal at least at the time of pulling up the silicon single crystal has a temperature of 550 ° C. or more and 800 ° C.
The main configuration is a method for producing a silicon single crystal characterized by heating and holding in the following temperature range.

【0012】前記ネック部を前記温度範囲で加熱保持す
ることにより、同ネック部の所要の強度が確保され、シ
リコン単結晶はそのネック部が4mm程度と細径であっ
ても、大口径で且つ大重量のシリコン単結晶を確実に支
持することができ、引き上げ途中で前記ネック部が破断
してシリコン単結晶を落下させることはない。
By heating and maintaining the neck portion in the temperature range, the required strength of the neck portion is secured, and the silicon single crystal has a large diameter even if the neck portion has a small diameter of about 4 mm. A heavy silicon single crystal can be reliably supported, and the neck portion does not break during pulling and the silicon single crystal does not fall.

【0013】図8にあって、特に注目すべきは、前記温
度範囲が620℃以上750℃以下の間でシリコン単結
晶の破壊応力は尖頭値となることであり、他の温度範囲
と比較して極めて大きな値をとることが確認できる。そ
して、この温度範囲ではネック部に多少の傷が存在して
いても、破壊応力が20Kg/mm2 を確保されること
も分かった。
In FIG. 8, it should be noted that the breaking stress of the silicon single crystal has a peak value when the temperature range is 620 ° C. or more and 750 ° C. or less. It can be confirmed that an extremely large value is obtained. It was also found that in this temperature range, a breaking stress of 20 kg / mm 2 was ensured even if there were some scratches on the neck.

【0014】また、引き上げ終了後にも前記シリコン単
結晶の落下による破損や事故を防ぐために、シリコン単
結晶の冷却時や貯蔵部への運搬時等のシリコン単結晶が
ネック部から切り離されるまでの間にも、前記ネック部
を前記温度範囲で加熱することが好ましい。
In order to prevent breakage and accidents due to the drop of the silicon single crystal even after completion of the pulling, the silicon single crystal must be cooled or transported to a storage unit until the silicon single crystal is separated from the neck. In addition, it is preferable that the neck is heated in the temperature range.

【0015】前記加熱保持には赤外線ヒータやコイルヒ
ータ等を使用することができ、これらのヒータに更に反
射ミラーを併用することもできる。その場合には、ヒー
タの熱量を逃がすことなくネック部に作用させることが
できると共に、ネック部の下方にあるシリコン単結晶か
らの輻射熱をもネック部に作用させることができ、ネッ
ク部を効率よく加熱保持することができる。また、前記
ヒータの他にも、レーザー光や熱風を使用することもで
きる。
An infrared heater, a coil heater, or the like can be used for the heating and holding, and a reflection mirror can be used in combination with these heaters. In that case, the heat of the heater can be applied to the neck without escaping, and radiant heat from the silicon single crystal below the neck can also be applied to the neck, so that the neck can be efficiently formed. Can be heated and held. In addition to the heater, laser light or hot air may be used.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図示実施例を参照して詳細に説明する。図1
は、本発明の製造方法に使用されるシリコン単結晶製造
装置の概略図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG.
1 is a schematic diagram of a silicon single crystal manufacturing apparatus used in the manufacturing method of the present invention.

【0017】前記製造装置10は大径室11aと、同大
径室11aの上方に形成された小径室11bとからなる
密閉容器11を備え、同密閉容器11内にはアルゴンガ
スなどの不活性ガスが充填されている。前記大径室11
aの内部には、上側が開口した椀形状又は有底円筒形状
をなす石英ルツボ12が配設されており、同ルツボ12
には溶融シリコンが注入されている。前記石英ルツボ1
2は、底部中心に回転軸13aを有する黒鉛サポート1
3に着脱可能に嵌合保持されており、同黒鉛サポート1
3の回転と同時に前記石英ルツボ12も回転する。更
に、前記大径室11aの内部には前記黒鉛サポート13
の周囲を取り囲むように環状にヒータ14が設置され、
前記石英ルツボ12内の溶融シリコンを加熱している。
前記ヒータ14の周囲には更に保温筒15が設置されて
いる。
The manufacturing apparatus 10 includes a closed vessel 11 having a large-diameter chamber 11a and a small-diameter chamber 11b formed above the large-diameter chamber 11a. Gas is filled. The large-diameter chamber 11
a, a quartz crucible 12 having a bowl shape or a bottomed cylindrical shape with an open upper side is provided.
Is filled with molten silicon. The quartz crucible 1
2 is a graphite support 1 having a rotation axis 13a at the bottom center.
3 is detachably fitted to and held by the graphite support 1
At the same time as the rotation of 3, the quartz crucible 12 also rotates. Further, the graphite support 13 is provided inside the large-diameter chamber 11a.
The heater 14 is installed annularly so as to surround the periphery of the
The molten silicon in the quartz crucible 12 is heated.
A heating cylinder 15 is further provided around the heater 14.

【0018】前記小径室11bには水冷又は空冷などの
冷却手段が設けられている。更に同小径室11bの上部
には単結晶引上げ機構16が配されており、同引上げ機
構16の単結晶引上げワイヤ16aは、前記石英ルツボ
12の回転方向とは反対の方向に回転しながら上下駆動
される。前記ワイヤ16aの先端にはシリコン単結晶の
種結晶1がシードチャックを介して取り付けられてい
る。前記単結晶引上げ機構16は更にヒータ引上げワイ
ヤ16bを備え、同ワイヤ16bの先端にはコイルヒー
タ17が取り付けられ、前記単結晶の引き上げと同期し
て上下駆動される。
The small diameter chamber 11b is provided with cooling means such as water cooling or air cooling. Further, a single crystal pulling mechanism 16 is disposed above the small diameter chamber 11b, and the single crystal pulling wire 16a of the pulling mechanism 16 is driven up and down while rotating in a direction opposite to the rotation direction of the quartz crucible 12. Is done. At the tip of the wire 16a, a silicon single crystal seed crystal 1 is attached via a seed chuck. The single crystal pulling mechanism 16 further includes a heater pulling wire 16b, and a coil heater 17 is attached to the tip of the wire 16b, and is driven up and down in synchronization with the pulling of the single crystal.

【0019】上述の製造装置10によりシリコン単結晶
を製造するためには、先ず前記単結晶引上げワイヤ16
aの先端の前記種結晶1を溶融シリコンに浸漬する。そ
の後、前記ワイヤ16aを前記石英ルツボ13の回転方
向とは反対の方向に回転させながら上方へと巻き上げ、
前記種結晶1を回転させながら所定の引上げ速度で引き
上げる。このとき、前記種結晶1の下方には直径4mm
のネック部2が形成され、シリコン単結晶のインゴット
3を成長させる以前に転位が完全に除去される。
In order to manufacture a silicon single crystal by the above-described manufacturing apparatus 10, first, the single crystal pulling wire 16
The seed crystal 1 at the tip of a is immersed in molten silicon. Thereafter, the wire 16a is wound up while rotating in a direction opposite to the rotation direction of the quartz crucible 13,
The seed crystal 1 is pulled at a predetermined pulling speed while rotating. At this time, the diameter of the seed crystal 1 was 4 mm below the seed crystal 1.
Is formed, and dislocations are completely removed before growing the silicon single crystal ingot 3.

【0020】その後、前記ヒータ17を前記ネック部2
に対向させて同ネック部2を加熱しながら、更に前記引
上げ速度を適宜変更して、シリコン単結晶のインゴット
3を回転させながら所定の径まで成長させて引き上げ
る。このとき、前記ヒータ引上げワイヤ16bを前記単
結晶引上げワイヤ16aと同期して巻き上げ、インゴッ
トの引上げ中も常に前記ネック部2を加熱する。なお、
前記ヒータ17の温度はネック部が550℃以上800
℃以下、好ましくは620℃以上750℃以下になるよ
うに設定されている。
Thereafter, the heater 17 is connected to the neck 2.
While heating the neck portion 2 while facing it, the pulling speed is further appropriately changed, and the silicon ingot 3 of silicon single crystal is grown to a predetermined diameter and pulled up while rotating. At this time, the heater pulling wire 16b is wound in synchronization with the single crystal pulling wire 16a, and the neck portion 2 is always heated even during pulling of the ingot. In addition,
The temperature of the heater 17 is 550.degree.
° C or lower, preferably 620 ° C or higher and 750 ° C or lower.

【0021】更に、前記インゴット3を上方の小径室1
1bまで引き上げて、同インゴット3を前記小径室11
b内で冷却し、その後、同インゴット3は前記ワイヤ1
6aに吊り下げられた状態で貯蔵部へと運搬される。こ
のインゴット3の引上げ及び冷却時にも、前記インゴッ
ト3のネック部2は前記ヒータ17により常に加熱され
ており、その強度が著しく増加しているため、例えば前
記ネック部2が4mm径と細径であり、大口径で大重量
のインゴット3を製造する場合においても、前記ネック
部2において破断することがなく、前記インゴット3の
落下による事故や破損を防ぐことができる。
Further, the ingot 3 is moved to the small-diameter chamber 1 above.
1b, and the ingot 3 is moved to the small-diameter chamber 11.
b. After that, the ingot 3 is connected to the wire 1
6a is transported to the storage unit in a state of being suspended. Even when the ingot 3 is pulled up and cooled, the neck portion 2 of the ingot 3 is always heated by the heater 17 and its strength is significantly increased. For example, the neck portion 2 has a diameter of 4 mm and a small diameter. In addition, even when a large-diameter and heavy-weight ingot 3 is manufactured, the ingot 3 is not broken at the neck portion 2 and the accident or damage due to the drop of the ingot 3 can be prevented.

【0022】なお、貯蔵部への運搬に際しても、前記イ
ンゴット3を前記単結晶引上げ機構16に吊り下げたま
ま、同引上げ機構16と共に運搬する場合には、前記ヒ
ータ17により前記ネック部2を加熱した状態で運搬す
ることができる。或いは、前記引上げ機構16から取り
外して運搬する場合にも、運搬経路に沿って別途にヒー
タを配置することにより、前記ネック部2を加熱した状
態で運搬することも可能である。
When the ingot 3 is transported together with the single crystal pulling mechanism 16 while being suspended from the single crystal pulling mechanism 16, the neck 2 is heated by the heater 17. It can be transported in a state where it is done. Alternatively, even in the case of transporting by detaching from the pulling mechanism 16, it is possible to transport the neck portion 2 in a heated state by arranging a separate heater along the transport route.

【0023】なお、前記コイルヒータ17にかえて赤外
線ヒータを使用することができ、或いは図2に示す第1
変形例のように、小径室11bの上端部に複数の熱風導
入孔11cを形成するとともに、同小径室11bの下端
部に同じく複数の熱風排出孔11dを形成し、図示せぬ
熱風供給源から前記熱風導入孔11cを介して熱風を供
給するとともに、図示せぬ吸気源により前記熱風排出孔
11dから室外に排気する。この給排気量を制御するこ
とによりネック部2の温度を一定に保持する。また、前
記ヒータ17の内周面に鏡面加工を施してもよく、その
場合には前記ヒータによる直接加熱に加えて鏡面による
反射熱をも利用することができ、小エネルギーをもって
ネック部2を効率よく加熱保持することができる。
An infrared heater can be used instead of the coil heater 17, or the first heater shown in FIG.
As in the modification, a plurality of hot air introduction holes 11c are formed at the upper end of the small diameter chamber 11b, and a plurality of hot air discharge holes 11d are formed at the lower end of the small diameter chamber 11b. Hot air is supplied through the hot air introduction hole 11c, and is exhausted to the outside of the room from the hot air discharge hole 11d by an intake source (not shown). The temperature of the neck portion 2 is kept constant by controlling the amount of air supply and exhaust. The inner peripheral surface of the heater 17 may be mirror-finished. In this case, the heat reflected by the mirror surface can be used in addition to the direct heating by the heater, and the neck portion 2 can be efficiently used with small energy. Can be well heated and maintained.

【0024】図3は、上述の製造装置10の第2変形例
である製造装置20を示す概略図である。本変形例によ
れば、上述の製造装置10におけるネック部2の加熱手
段が異なる以外は、上述の製造装置10と同一の構成を
もつため、同一の符号を付してその説明は省略する。前
記製造装置20は、前記ヒータ17に替えて、前記ネッ
ク部2に対して傘状に反射ミラー21を設けると共に、
同ミラー21の内面に所定の間隙を設けてヒータ22が
設置されている。前記ネック部2は前記ヒータ22によ
り加熱されると共に、前記反射ミラー21により前記ヒ
ータ22の熱量を逃がすことなく反射させ、更には下方
のインゴット3からの熱をも反射して、前記ネック部2
が更に効率よく加熱される。
FIG. 3 is a schematic view showing a manufacturing apparatus 20 which is a second modification of the above-described manufacturing apparatus 10. As shown in FIG. According to this modification, the same configuration as that of the above-described manufacturing apparatus 10 is provided except that the heating unit of the neck portion 2 in the above-described manufacturing apparatus 10 is different. The manufacturing apparatus 20 is provided with a reflection mirror 21 in an umbrella shape with respect to the neck portion 2 instead of the heater 17,
A heater 22 is provided at a predetermined gap on the inner surface of the mirror 21. The neck portion 2 is heated by the heater 22 and is reflected by the reflection mirror 21 without escaping the amount of heat of the heater 22, and further reflects heat from the lower ingot 3, thereby forming the neck portion 2.
Is more efficiently heated.

【0025】図4は、上述の製造装置10の第3変形例
である製造装置30を示す概略図であり、更に他のネッ
ク部2の加熱手段が示されている。前記製造装置30は
密閉容器11の小径室11bの内壁面にヒータ31が、
前記小径室11bの長さ方向(上下方向)にわたって多
段に配されている。そのため、前記ネック部2の上方へ
の引き上げに追随して、順次、スイッチをオン・オフす
ることにより、ネック部2のみを加熱し続けることが可
能となる。更に、単結晶を引き上げ、冷却した後、貯蔵
部へ運搬する際に、その運搬経路に沿って前記ネック部
2に対向する部位に多段にヒータを配することにより、
運搬中も前記ネック部2を加熱しつづけることが可能と
なる。
FIG. 4 is a schematic view showing a manufacturing apparatus 30 which is a third modification of the above-described manufacturing apparatus 10, and further shows another means for heating the neck portion 2. As shown in FIG. The manufacturing apparatus 30 has a heater 31 on the inner wall surface of the small diameter chamber 11b of the closed vessel 11,
The small-diameter chamber 11b is arranged in multiple stages in the length direction (vertical direction). Therefore, it is possible to continuously heat only the neck portion 2 by sequentially turning on and off the switches following the upward pulling of the neck portion 2. Furthermore, by pulling up the single crystal, cooling it, and then transporting it to the storage unit, by arranging heaters in multiple stages at a portion facing the neck portion 2 along the transport route,
The neck portion 2 can be continuously heated even during transportation.

【0026】図5は、上述の製造装置10の第4変形例
である製造装置40を示す概略図である。同製造装置4
0は、前記密閉容器11の小径室11bの内壁面に、そ
の角度を変更可能な一以上の反射ミラー41を設置し
て、前記小径室11bの上端部分に取り付けられたレー
ザ光源からのレーザ光を前記ネック部2に照射して、同
ネック部2を加熱している。前記反射ミラー41はその
角度を制御することにより、前記ネック部2の上方への
移動に追随して同ネック部2を容易に加熱することが可
能である。また、冷却後のインゴット3を貯蔵部へ運搬
する際に、レーザ光源を回転させ、前記ネック部2にレ
ーザ光を照射しつづけることにより、運搬中も前記ネッ
ク部2を加熱保持することができる。
FIG. 5 is a schematic view showing a manufacturing apparatus 40 which is a fourth modification of the above-described manufacturing apparatus 10. As shown in FIG. Manufacturing equipment 4
Reference numeral 0 denotes a laser beam from a laser light source attached to the upper end portion of the small-diameter chamber 11b by installing one or more reflecting mirrors 41 whose angle can be changed on the inner wall surface of the small-diameter chamber 11b of the closed vessel 11. Is irradiated on the neck portion 2 to heat the neck portion 2. By controlling the angle of the reflection mirror 41, the neck portion 2 can be easily heated following the upward movement of the neck portion 2. In addition, when transporting the cooled ingot 3 to the storage unit, the laser light source is rotated, and the neck portion 2 is continuously irradiated with laser light, so that the neck portion 2 can be heated and held during transportation. .

【0027】図6は、上述の製造装置10の第5変形例
である製造装置50を示す概略図である。同製造装置5
0は、密閉容器11の大径室11aに通常設けられてい
る合成石英封止板からなる複数の監視窓11eを利用し
て、同大径室11aにあるインゴット3の前記ネック部
2にいくつかの前記監視窓11eからレーザ光を照射す
るものである。前記監視窓11eのうちの一つの監視窓
11eには遠隔距離から表面温度を測定できる表面温度
計51を設置している。前記製造装置50にあっては、
比較回路56により指令部52による設定温度(Tf
℃)と、前記表面温度計51からの実測された温度(T
c℃)とが比較され、その比較結果(ΔT)がパワーア
ンプ53を介してレーザ光発生装置54へと伝達され、
同装置54においてレーザ光の照射量が制御される。同
レーザ光発生装置54からのレーザ光は、X軸方向のス
キャンがなされる第1可動ミラー55aを用いて所定の
角度で反射された後、更にY軸方向のスキャンがなされ
る第2可動ミラー55bを用いて角度を変更して反射さ
れ、前記ネック部2に照射させるものである。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus 50 which is a fifth modification of the above-described manufacturing apparatus 10. As shown in FIG. Manufacturing equipment 5
The number 0 is determined by using a plurality of monitoring windows 11e made of a synthetic quartz sealing plate normally provided in the large-diameter chamber 11a of the closed vessel 11 and using the plurality of monitoring windows 11e. A laser beam is emitted from the monitoring window 11e. In one of the monitoring windows 11e, a surface thermometer 51 capable of measuring a surface temperature from a remote distance is installed. In the manufacturing apparatus 50,
The comparison circuit 56 sets the temperature (Tf) set by the command unit 52.
° C) and the actually measured temperature (T
c ° C.), and the comparison result (ΔT) is transmitted to the laser light generator 54 via the power amplifier 53,
In the device 54, the irradiation amount of the laser beam is controlled. The laser light from the laser light generator 54 is reflected at a predetermined angle using a first movable mirror 55a that scans in the X-axis direction, and then is scanned in the Y-axis direction. The angle is changed by using 55b, and the light is reflected to irradiate the neck portion 2.

【0028】ところで、インゴット3の引き上げに際し
て単結晶引上げワイヤ16aの先端にシードチャック4
を介して種結晶1が偏心して固定されているため、その
ネック部2が偏心回転する。前記第1可動ミラー55a
及び第2可動ミラー55bを同時に制御スキャンさせる
ことにより、前記ネック部2の偏心回転にレーザ光の照
射を高精度に追従させることができる。
When the ingot 3 is pulled, the seed chuck 4 is attached to the tip of the single crystal pulling wire 16a.
, The seed crystal 1 is eccentrically fixed and the neck portion 2 is eccentrically rotated. The first movable mirror 55a
By simultaneously controlling and scanning the second movable mirror 55b, the irradiation of the laser beam can be made to follow the eccentric rotation of the neck portion 2 with high accuracy.

【0029】なお、前記小径室11bへと引き上げられ
たときには、上述の第4変形例による反射ミラー41を
用いて、前記ネック部2を加熱することができ、或い
は、前記小径室11bの壁面にも合成石英封止板からな
る窓を形成し、その窓から同様に前記レーザ光を照射す
ることも可能である。
The neck portion 2 can be heated by using the reflecting mirror 41 according to the above-described fourth modified example when the neck portion 2 is pulled up to the small diameter chamber 11b, or the wall surface of the small diameter chamber 11b can be heated. It is also possible to form a window made of a synthetic quartz sealing plate and irradiate the laser beam from the window in the same manner.

【0030】更に、図7は上述の第5変形例と同様にレ
ーザ光を使用してネック部2を加熱する第6変形例によ
る製造装置60の概略図である。同製造装置60も、前
記大径室11aに設けられた合成石英封止板からなる監
視窓11eを利用して、同大径室11aにあるインゴッ
ト3の前記ネック部2にレーザ光を照射すると共に、表
面温度計51により同ネック部2の表面温度を測定する
ものである。前記製造装置60では、前記レーザ光発生
装置54からのレーザ光が光ファイバー61により監視
窓11eまで伝達される。この可撓性のある光ファイバ
ー61を用いてレーザ光が伝達されるため、前記レーザ
光を前記ネック部2に照射するためには、前記ファイバ
ー61の先端にある出射口を前記ネック部2に向けて移
動させればよい。即ち、前記光ファイバー61の先端が
下方へ向けて固定されたスライド部材62aをスクリュ
ーロッド62cに取り付けて、同ロッド62cをサーボ
モータ62bにより回転させることで、前記スライド部
材62aを前記監視窓11eと平行に摺動させ、前記ネ
ック部2にレーザ光を照射することができ、その駆動が
容易である。
FIG. 7 is a schematic view of a manufacturing apparatus 60 according to a sixth modification in which the neck portion 2 is heated by using a laser beam similarly to the fifth modification. The manufacturing apparatus 60 also irradiates a laser beam to the neck portion 2 of the ingot 3 in the large-diameter chamber 11a by using a monitoring window 11e formed of a synthetic quartz sealing plate provided in the large-diameter chamber 11a. At the same time, the surface temperature of the neck portion 2 is measured by the surface thermometer 51. In the manufacturing apparatus 60, the laser light from the laser light generator 54 is transmitted to the monitoring window 11 e by the optical fiber 61. Since the laser light is transmitted using the flexible optical fiber 61, in order to irradiate the laser light to the neck 2, the emission port at the tip of the fiber 61 faces the neck 2. Just move it. That is, a slide member 62a having the tip of the optical fiber 61 fixed downward is attached to the screw rod 62c, and the rod 62c is rotated by the servo motor 62b, so that the slide member 62a is parallel to the monitoring window 11e. The laser beam can be applied to the neck portion 2 and the driving thereof is easy.

【0031】しかも、光ファイバー61により伝達する
ため光が拡散することがなく、照射角度に関係なく常に
一定のエネルギーで照射することができ、温度管理が行
いやすく、また、光エネルギーの損失も少ない。更に
は、多数の光ファイバー61によりネック部2の上下寸
法にわたって多数点でレーザ光を照射することができ、
ネック部2の全長を均一に加熱することが可能となる。
Further, since the light is transmitted by the optical fiber 61, the light is not diffused, the light can always be irradiated with a constant energy regardless of the irradiation angle, the temperature can be easily controlled, and the loss of light energy is small. Furthermore, laser light can be irradiated at many points over the vertical dimension of the neck part 2 by the large number of optical fibers 61,
It is possible to heat the entire length of the neck portion 2 uniformly.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上、説明したように、シリコン単結晶
の強度が著しく向上する温度領域が存在することを発見
し、その温度領域を求めたことにより、通常は細径であ
るため脆弱とされているネック部を上述の温度領域で加
熱することにより、同ネック部の強度が著しく高まり、
大口径で且つ大重量のシリコン単結晶を引き上げる際に
も同ネック部により破断することがなく、その製造が可
能となる。
As described above, it has been found that there is a temperature region where the strength of silicon single crystal is remarkably improved, and the temperature region is determined. By heating the neck portion in the above temperature range, the strength of the neck portion is significantly increased,
Even when a large-diameter and heavy silicon single crystal is pulled, the silicon single crystal is not broken by the neck portion, and the silicon single crystal can be manufactured.

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

【図1】本発明の製造方法に使用されるシリコン単結晶
製造装置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a silicon single crystal manufacturing apparatus used in the manufacturing method of the present invention.

【図2】上記製造装置の第1変形例である製造装置を示
す概略図である。
FIG. 2 is a schematic view showing a manufacturing apparatus which is a first modified example of the manufacturing apparatus.

【図3】上記製造装置の第2変形例である製造装置を示
す概略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a manufacturing apparatus which is a second modified example of the manufacturing apparatus.

【図4】上記製造装置の第3変形例である製造装置を示
す概略図である。
FIG. 4 is a schematic view showing a manufacturing apparatus which is a third modified example of the manufacturing apparatus.

【図5】上記製造装置の第4変形例である製造装置を示
す概略図である。
FIG. 5 is a schematic view showing a manufacturing apparatus which is a fourth modified example of the manufacturing apparatus.

【図6】上記製造装置の第5変形例である製造装置を示
す概略図である。
FIG. 6 is a schematic view showing a manufacturing apparatus which is a fifth modification of the above-mentioned manufacturing apparatus.

【図7】上記製造装置の第6変形例である製造装置を示
す概略図である。
FIG. 7 is a schematic view showing a manufacturing apparatus which is a sixth modification of the manufacturing apparatus.

【図8】シリコン単結晶の機械的強度と温度との相関を
示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a correlation between mechanical strength of silicon single crystal and temperature.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 種結晶 2 ネック部 3 インゴット 4 シードチャック 10 シリコン単結晶製造装置 11 密閉容器 11a 大径室 11b 小径室 11c 熱風導入孔 11d 熱風排出孔 11e 監視窓 12 石英ルツボ 13 黒鉛サポート 13a 回転軸 14 ヒータ 15 保温筒 16 単結晶引上げ機構 16a 単結晶引上げワイヤ 16b ヒータ引上げワイヤ 17 ヒータ 20 シリコン単結晶製造装置 21 反射ミラー 22 ヒータ 30 シリコン単結晶製造装置 31 ヒータ 40 シリコン単結晶製造装置 41 反射ミラー 50 シリコン単結晶製造装置 51 表面温度計 52 指令部 53 パワーアンプ 54 レーザ光発生装置 55a 第1可動ミラー 55b 第2可動ミラー 56 比較回路 60 シリコン単結晶製造装置 61 光ファイバー 62a スライド部材 62b サーボモータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 seed crystal 2 neck part 3 ingot 4 seed chuck 10 silicon single crystal manufacturing device 11 closed vessel 11a large diameter chamber 11b small diameter chamber 11c hot air introduction hole 11d hot air discharge hole 11e monitoring window 12 quartz crucible 13 graphite support 13a rotation axis 14 heater 15 Heat retaining cylinder 16 Single crystal pulling mechanism 16a Single crystal pulling wire 16b Heater pulling wire 17 Heater 20 Silicon single crystal manufacturing device 21 Reflection mirror 22 Heater 30 Silicon single crystal manufacturing device 31 Heater 40 Silicon single crystal manufacturing device 41 Reflection mirror 50 Silicon single crystal Manufacturing apparatus 51 Surface thermometer 52 Command section 53 Power amplifier 54 Laser light generator 55a First movable mirror 55b Second movable mirror 56 Comparison circuit 60 Silicon single crystal manufacturing apparatus 61 Optical fiber 62a Slide member 62b servo motor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 宏 神奈川県平塚市岡崎3679−1 (72)発明者 黒坂 昇栄 神奈川県平塚市纒358−1 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Inagaki 3679-1 Okazaki, Hiratsuka-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Shoei Kurosaka 358-1 Maki, Hiratsuka-shi, Kanagawa Prefecture

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チョクラルスキ法によるシリコン単結晶
の製造において、少なくともシリコン単結晶の引き上げ
時に、種結晶とシリコン単結晶との間に形成されるネッ
ク部を550℃以上800℃以下の温度範囲で加熱保持
することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
In a method of manufacturing a silicon single crystal by the Czochralski method, at least at the time of pulling up a silicon single crystal, a neck formed between a seed crystal and the silicon single crystal is heated in a temperature range of 550 ° C. or more and 800 ° C. or less. A method for producing a silicon single crystal, comprising: holding a silicon single crystal.
【請求項2】 前記温度範囲が620℃以上750℃以
下である請求項1記載の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein said temperature range is 620 ° C. or more and 750 ° C. or less.
【請求項3】 更に、シリコン単結晶が切り離されるま
での間、前記ネック部を前記温度範囲で加熱してなる請
求項1又は2記載の製造方法。
3. The method according to claim 1, further comprising heating the neck portion in the temperature range until the silicon single crystal is cut off.
【請求項4】 赤外線ヒータにより前記加熱保持を行う
請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the heating and holding are performed by an infrared heater.
【請求項5】 コイルヒータにより前記加熱保持を行う
請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the heating and holding are performed by a coil heater.
【請求項6】 前記加熱保持に加えて、更に反射ミラー
により反射加熱する請求項4又は5記載の製造方法。
6. The manufacturing method according to claim 4, wherein reflection heating is further performed by a reflection mirror in addition to the heating and holding.
【請求項7】 レーザ光により前記加熱保持を行う請求
項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein the heating and holding are performed by a laser beam.
【請求項8】 熱風により前記加熱保持を行う請求項1
〜3のいずれかに記載の製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein the heating and holding are performed by hot air.
4. The production method according to any one of claims 1 to 3.
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