KR102461073B1 - Silicon single crystal growth method - Google Patents

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KR102461073B1
KR102461073B1 KR1020207036806A KR20207036806A KR102461073B1 KR 102461073 B1 KR102461073 B1 KR 102461073B1 KR 1020207036806 A KR1020207036806 A KR 1020207036806A KR 20207036806 A KR20207036806 A KR 20207036806A KR 102461073 B1 KR102461073 B1 KR 102461073B1
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료타 스에와카
겐 하마다
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가부시키가이샤 사무코
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Abstract

(과제) 단결정 육성시에 단결정 중에 작용하는 응력의 효과를 고려하여, 무결함 결정을 양호한 정밀도로 육성할 수 있는 실리콘 단결정의 육성 방법을 제공한다.
(해결 수단) 육성 중의 단결정 (8) 을 둘러싸는 수랭체 (11) 를 배치함과 함께, 이 수랭체 (11) 의 외주면 및 하단면을 포위하는 열 차폐체 (10) 를 배치한 단결정 육성 장치를 사용하고, 원료 융액 (9) 의 액면과 열 차폐체 (10) 사이의 갭을 변화시키면서 단결정을 인상하는 갭 가변 제어를 포함하고, 단결정 (8) 의 중심부의 고액 계면 근방에 있어서의 인상축 방향의 온도 구배를 Gc, 단결정 (8) 의 외주부의 고액 계면 근방에 있어서의 인상축 방향의 온도 구배를 Ge, A = 0.1769 × Gc + 0.5462 로 할 때, 0.9 × A ≤ Gc/Ge ≤ 1.1 × A 를 만족하는 조건에서 단결정 (8) 의 인상을 실시한다.
(Project) To provide a method for growing a silicon single crystal capable of growing a defect-free crystal with high accuracy in consideration of the effect of stress acting on the single crystal during single crystal growth.
(Solution) A single crystal growing apparatus in which a water cooling body 11 surrounding the single crystal 8 during growth is disposed, and a heat shield 10 surrounding the outer peripheral surface and the lower end surface of the water cooling body 11 is disposed. and a gap variable control for pulling up a single crystal while changing the gap between the liquid level of the raw material melt 9 and the heat shield 10, and in the direction of the pulling axis in the vicinity of the solid-liquid interface at the center of the single crystal 8 When the temperature gradient is G c , and the temperature gradient in the pulling axis direction in the vicinity of the solid-liquid interface of the outer periphery of the single crystal 8 is Ge , A = 0.1769 × G c + 0.5462 , 0.9 × A ≤ G c /G e The single crystal (8) is pulled under the condition that ≤ 1.1 × A is satisfied.

Figure 112020138981949-pct00008
Figure 112020138981949-pct00008

Description

실리콘 단결정의 육성 방법Silicon single crystal growth method

본 발명은, 초크랄스키법 (이하,「CZ 법」이라고 한다) 에 의한 실리콘 단결정의 육성 방법에 관한 것으로, 특히, OSF (Oxidation Induced Stacking Fault : 산화 유기 적층 결함) 나, COP (Crystal Originated Particle) 등의 적외선 산란체 결함이나, LD (Interstitial-type Large Dislocation) 등의 전위 클러스터와 같은 점 결함이 발생하지 않는 무결함 결정을 육성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for growing a silicon single crystal by the Czochralski method (hereinafter referred to as the "CZ method"), and in particular, OSF (Oxidation Induced Stacking Fault: Oxidation Induced Stacking Fault), COP (Crystal Originated Particle) ), and to a method for growing a defect-free crystal in which point defects such as infrared scatterer defects such as LD (Interstitial-type Large Dislocation) and dislocation clusters do not occur.

반도체 디바이스의 기판 재료가 되는 실리콘 단결정의 대부분은 CZ 법에 의해 제조되고 있다. CZ 법에서는, 감압하의 불활성 가스 분위기로 유지된 챔버 내에 있어서, 석영 도가니에 저류된 실리콘의 원료 융액에 종결정을 침지하고, 침지된 종결정을 서서히 인상한다. 이로써, 종결정의 하단에 연속되어 실리콘 단결정이 육성된다.Most of the silicon single crystals used as substrate materials for semiconductor devices are manufactured by the CZ method. In the CZ method, in a chamber maintained in an inert gas atmosphere under reduced pressure, seed crystals are immersed in a silicon raw material melt stored in a quartz crucible, and the immersed seed crystals are gradually pulled up. Thereby, a silicon single crystal is grown continuously at the lower end of the seed crystal.

도 1 은, 보론코프 이론에 기초하여 각종 결함이 발생하는 상황을 설명하는 모식도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 보론코프 이론에서는, 인상 속도를 V (㎜/min), 잉곳 (실리콘 단결정) 의 고액 계면 근방에 있어서의 인상축 방향의 온도 구배를 G (℃/㎜) 로 했을 때, 그것들의 비인 V/G 를 가로축에 취하고, 공공형 점 결함의 농도와 격자간 실리콘형 점 결함의 농도를 동일한 세로축에 취하여, V/G 와 점 결함 농도의 관계를 모식적으로 표현하고 있다. 그리고, 공공형 점 결함이 발생하는 영역과 격자간 실리콘형 점 결함이 발생하는 영역의 경계가 존재하고, 그 경계가 V/G 에 의해 결정되는 것을 설명하고 있다. 이하에서는,「인상축 방향의 온도 구배」를 간단히「온도 구배」로 기재하는 경우가 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram explaining the situation which various defects generate|occur|produce based on the Voronkov theory. As shown in the figure, in the Boronkov theory, when the pulling speed is V (mm/min) and the temperature gradient in the pulling axis direction in the vicinity of the solid-liquid interface of the ingot (silicon single crystal) is G (°C/mm) , V/G, which is their ratio, is taken on the horizontal axis, and the concentration of vacancy-type point defects and the concentration of interstitial silicon-type point defects are taken on the same vertical axis, and the relationship between V/G and the point defect concentration is schematically expressed. Also, it is explained that a boundary exists between a region in which vacancy-type point defects occur and a region in which interstitial silicon-type point defects occur, and that the boundary is determined by V/G. Hereinafter, "temperature gradient in the pulling axis direction" may be simply described as "temperature gradient".

공공형 점 결함은, 결정 격자를 구성해야 하는 실리콘 원자가 빠진 공공을 근원으로 하는 것이며, 이 공공형 점 결함의 응집체의 대표격이 COP 이다. 격자간 실리콘형 점 결함은, 결정 격자간에 실리콘 원자가 비집고 들어간 격자간 실리콘을 근원으로 하는 것이며, 이 격자간 실리콘형 점 결함의 응집체의 대표격이 LD 이다.A vacancy-type point defect is a vacancy from which the silicon atom which should constitute a crystal lattice is missing, and a representative representative of the aggregate of this vacancy-type point defect is COP. The interstitial silicon-type point defect has a source of interstitial silicon into which silicon atoms have penetrated between the crystal lattices, and LD is a representative representative of the aggregate of this interstitial silicon-type point defect.

도 1 에 나타내는 바와 같이, V/G 가 임계점을 상회하면, 공공형 점 결함이 우세한 단결정이 육성된다. 그 반면, V/G 가 임계점을 하회하면, 격자간 실리콘형 점 결함이 우세한 단결정이 육성된다. 이 때문에, V/G 가 임계점보다 작은 (V/G)1 을 하회하는 범위에서는, 단결정 내에서 격자간 실리콘형 점 결함이 지배적으로서, 격자간 실리콘형 점 결함의 응집체가 존재하는 영역 [I] 가 출현하고, LD 가 발생한다. V/G 가 임계점보다 큰 (V/G)2 를 상회하는 범위에서는, 단결정 내에서 공공형 점 결함이 지배적으로서, 공공형 점 결함의 응집체가 존재하는 영역 [V] 가 출현하고, COP 가 발생한다.As shown in FIG. 1, when V/G exceeds a critical point, the single crystal in which the vacancy-type point defect prevailed will grow. On the other hand, when V/G is lower than the critical point, a single crystal in which interstitial silicon-type point defects predominate is grown. For this reason, in the range where V/G is less than (V/G) 1 , which is smaller than the critical point, the interstitial silicon-type point defects dominate in the single crystal, and the region [I] in which aggregates of interstitial silicon-type point defects exist. appears, and LD occurs. In the range where V/G is larger than (V/G) 2 , which is larger than the critical point, vacancy point defects dominate in the single crystal, and a region [V] in which aggregates of vacancy point defects exist appears, and COP occurs. do.

V/G 가 임계점 ∼ (V/G)1 인 범위에서는 단결정 내에서 격자간 실리콘형 점 결함이 응집체로서 존재하지 않는 무결함 영역 [PI] 가, 임계점 ∼ (V/G)2 인 범위에서는 단결정 내에서 공공형 점 결함이 응집체로는 존재하지 않는 무결함 영역 [PV] 가 출현하고, OSF 를 포함하여 COP 및 LD 중 어느 결함도 발생하지 않는다. 여기서, 무결함 영역 [PI] 와 [PV] 를 합쳐서 무결함 영역 [P] 라고 부른다. 무결함 영역 [PV] 에 인접하는 영역 [V] (V/G 가 (V/G)2 ∼ (V/G)3 인 범위) 에는, OSF 핵을 형성하는 OSF 영역이 존재한다.In the range where V/G is the critical point to (V/G) 1 , the defect-free region [ PI ] in which interstitial silicon-type point defects do not exist as aggregates in the single crystal is in the range from the critical point to (V/G) 2 A defect-free region [P V ] in which vacancy-type point defects do not exist as aggregates in the single crystal appears, and neither COP nor LD defects including OSF occur. Here, the defect-free region [P I ] and [P V ] are collectively referred to as the defect-free region [P]. An OSF region forming an OSF nucleus exists in the region [V] (the range in which V/G is (V/G) 2 to (V/G) 3 ) adjacent to the defect-free region [P V ].

도 2 는, 단결정 육성시의 인상 속도와 결함 분포의 관계를 나타내는 모식도이다. 동 도면에 나타내는 결함 분포는, 인상 속도 V 를 서서히 저하시키면서 실리콘 단결정을 육성하고, 육성된 단결정을 중심축 (인상축) 을 따라 절단하여 판상 시편으로 하고, 그 표면에 Cu 를 부착시키고, 열처리를 실시한 후, 그 판상 시편을 X 선 토포그래프법에 의해 관찰한 결과를 나타내고 있다.Fig. 2 is a schematic diagram showing the relationship between the pulling rate and defect distribution at the time of single crystal growth. As for the defect distribution shown in the same figure, a silicon single crystal is grown while gradually decreasing the pulling speed V, and the grown single crystal is cut along a central axis (pulling axis) to obtain a plate-shaped specimen, Cu is attached to the surface, and heat treatment is performed. After carrying out, the result of observing the plate-shaped specimen by the X-ray topography method is shown.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 인상 속도를 고속으로 하여 육성을 실시한 경우, 단결정의 인상축 방향과 직교하는 면내 전역에 걸쳐, 공공형 점 결함의 응집체 (COP) 가 존재하는 영역 [V] 가 발생한다. 인상 속도를 저하시켜 가면, 단결정의 외주부로부터 OSF 영역이 링상으로 출현한다. 이 OSF 영역은, 인상 속도의 저하에 수반하여 그 직경이 점차 축소되고, 인상 속도가 V1 이 되면 소멸한다. 이에 수반하여, OSF 영역을 대신하여 무결함 영역 [P] (영역 [PV]) 가 출현하고, 단결정의 면내 전역이 무결함 영역 [P] 로 점유된다. 그리고, 인상 속도가 V2 까지 저하되면, 격자간 실리콘형 점 결함의 응집체 (LD) 가 존재하는 영역 [I] 가 출현하고, 결국에는 무결함 영역 [P] (영역 [PI]) 를 대신하여 단결정의 면내 전역이 영역 [I] 로 점유된다.As shown in FIG. 2 , when growth is performed at a high pulling speed, a region [V] in which aggregates (COP) of vacancy-type point defects exist is generated over the entire area in a plane orthogonal to the pulling axis direction of the single crystal. . When the pulling speed is decreased, an OSF region appears in a ring shape from the outer periphery of the single crystal. The OSF region gradually decreases in diameter as the pulling rate decreases, and disappears when the pulling rate becomes V 1 . In connection with this, a defect-free region [P] (region [P V ]) appears in place of the OSF region, and the entire in-plane area of the single crystal is occupied by the defect-free region [P]. Then, when the pulling rate is lowered to V 2 , a region [I] in which aggregates (LD) of interstitial silicon-type point defects exist appears, eventually replacing the defect-free region [P] (region [P I ]). Thus, the entire in-plane area of the single crystal is occupied by the region [I].

요즈음, 반도체 디바이스의 미세화의 발전에 의해, 실리콘 웨이퍼에 요구되는 품질이 더욱 더 높아지고 있다. 이 때문에, 실리콘 웨이퍼의 소재인 실리콘 단결정의 제조에 있어서는, OSF 나 COP 나 LD 등의 각종 점 결함을 배제하여, 면내 전역에 걸쳐 무결함 영역 [P] 가 분포하는 무결함 결정을 육성하는 기술이 강하게 요망되고 있다.These days, with the development of miniaturization of semiconductor devices, the quality required for silicon wafers is higher and higher. For this reason, in the production of a silicon single crystal, which is a material of a silicon wafer, various point defects such as OSF, COP, and LD are excluded, and a technique of cultivating a defect-free crystal in which a defect-free region [P] is distributed throughout the plane is not strongly demanded.

이 요구에 응하려면, 실리콘 단결정을 인상할 때, 상기 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 핫 존 내에서 V/G 가, 면내 전역에 걸쳐, 격자간 실리콘형 점 결함의 응집체가 발생하지 않는 제 1 임계점 (V/G)1 이상으로서, 공공형 점 결함의 응집체가 발생하지 않는 제 2 임계점 (V/G)2 이하로 확보되도록 관리를 실시할 필요가 있다. 실조업에서는, 인상 속도의 목표를 V1 과 V2 사이 (예를 들어 양자의 중앙값) 로 설정하여, 가령 육성 중에 인상 속도를 변경하였다고 해도 V1 ∼ V2 의 범위 (「인상 속도 마진」또는「PvPi 마진」이라고 한다) 에 들어가도록 관리한다.In order to meet this demand, when pulling a silicon single crystal, as shown in Figs. 1 and 2 above, V/G in the hot zone spreads throughout the plane, so that agglomerates of interstitial silicon-type point defects do not occur. As the first critical point (V/G) 1 or more, it is necessary to manage so as to ensure that it is below the second critical point (V/G) 2 at which the aggregate of vacancy-type point defects does not occur. In actual operation, the target of the pulling speed is set between V 1 and V 2 (for example, the median of both), and even if the pulling speed is changed during growth, it is in the range of V 1 to V 2 (“pulling speed margin” or It is called “PvPi margin”).

또, 온도 구배 G 는, 고액 계면 근방의 핫 존의 치수에 의존하는 점에서, 단결정 육성에 앞서, 미리 그 핫 존을 적정하게 설계해 둔다. 일반적으로, 핫 존은, 육성 중의 단결정을 둘러싸도록 배치된 수랭체와, 이 수랭체의 외주면 및 하단면을 포위하도록 배치된 열 차폐체로 구성된다. 여기서, 핫 존을 설계함에 있어서의 관리 지표로는, 단결정의 중심부의 온도 구배 Gc 와, 단결정의 외주부의 온도 구배 Ge 가 사용된다. 그리고, 무결함 결정을 육성하기 위해, 예를 들어 특허문헌 1 에 개시된 기술에서는, 단결정 중심부의 온도 구배 Gc 와 단결정 외주부의 온도 구배 Ge 의 차 ΔG (=Ge - Gc) 가 0.5 ℃/㎜ 이내가 되도록 하고 있다.In addition, since the temperature gradient G depends on the dimension of the hot zone in the vicinity of the solid-liquid interface, the hot zone is appropriately designed in advance prior to single crystal growth. Generally, a hot zone is comprised with the water cooling body arrange|positioned so that the single crystal|crystallization under growth may be surrounded, and the heat shield body arrange|positioned so that the outer peripheral surface and the lower end surface of this water cooling body may be surrounded. Here, as the management index in designing the hot zone, the temperature gradient G c at the central portion of the single crystal and the temperature gradient G e at the outer periphery of the single crystal are used. And, in order to grow a defect-free crystal, for example, in the technique disclosed in Patent Document 1, the difference ΔG (=G e - G c ) between the temperature gradient G c at the center of the single crystal and the temperature gradient Ge at the outer periphery of the single crystal is 0.5° C. /mm or less.

그런데, 최근, 무결함 결정의 육성에서 목표로 해야 하는 V/G, 즉 임계 V/G 가, 단결정 육성시에 단결정 중에 작용하는 응력에 의해 변동되는 것을 알게 되었다. 이 때문에, 상기 특허문헌 1 에 개시된 기술에서는, 그 응력의 효과를 전혀 고려하고 있지 않은 점에서, 완전한 무결함 결정이 얻어지지 않는 상황이 적잖이 일어난다.However, in recent years, it has been found that V/G, that is, critical V/G, which should be targeted in the growth of a defect-free crystal varies depending on the stress acting in the single crystal at the time of growth of the single crystal. For this reason, in the technique disclosed by the said patent document 1, since the effect of the stress is not considered at all, the situation in which a perfect defect-free crystal|crystallization is not obtained arises quite a bit.

이 점에서, 예를 들어 특허문헌 2 에는, 직경이 300 ㎜ 이상인 단결정을 육성의 대상으로 하고, 단결정 중의 응력의 효과를 고려하여, 단결정 중심부의 온도 구배 Gc 와 단결정 외주부의 온도 구배 Ge 의 비 (이하,「온도 구배비」라고도 한다) Gc/Ge 를 1.8 보다 크게 하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 2 에 개시되는 기술에서는, 단결정 중의 응력의 효과를 고려하고 있다 하더라도, 반드시 완전한 무결함 결정이 얻어진다고는 할 수 없다. 이것은, 온도 구배비 Gc/Ge 의 관리 범위가 충분하지 않은 것에 의한 것으로 생각된다.In this regard, for example, in Patent Document 2, a single crystal having a diameter of 300 mm or more is a target for growth, and in consideration of the effect of stress in the single crystal, the temperature gradient G c at the center of the single crystal and the temperature gradient G e at the outer periphery of the single crystal A technique for making the ratio (hereinafter, also referred to as “temperature gradient ratio”) G c /G e larger than 1.8 is disclosed. However, in the technique disclosed by patent document 2, even if the effect of the stress in a single crystal is considered, it cannot necessarily be said that the perfect defect-free crystal|crystallization is obtained. This is considered to be due to an insufficient control range of the temperature gradient ratio G c /G e .

일본 공개특허공보 평11-79889호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-79889 일본 특허공보 제4819833호Japanese Patent Publication No. 4819833

본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 단결정 육성시에 단결정 중에 작용하는 응력의 효과를 고려하여, 무결함 결정을 양호한 정밀도로 육성할 수 있는 실리콘 단결정의 육성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for growing a silicon single crystal capable of growing a defect-free crystal with high precision in consideration of the effect of stress acting in the single crystal during single crystal growth. do.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해, 단결정 육성시에 단결정 중에 작용하는 응력에 주목하고, 이 응력을 가미한 수치 해석을 실시하여 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 하기의 지견을 얻었다.In order to achieve the above object, the present inventors paid attention to the stress acting in a single crystal at the time of single crystal growth, performed numerical analysis in which this stress was added, and intensively studied. As a result, the following knowledge was obtained.

도 3 은, 단결정 중에 작용하는 응력 σmean 과 임계 V/G 의 관계를 나타내는 도면이다. 핫 존의 조건을 여러 가지 변경한 종합 전열 해석에 의해, 임계 V/G 와 평균 응력 σmean 의 관계를 조사한 결과, 도 3 에 나타내는 바와 같이, (임계 V/G) = 0.17 + 0.0013 × σmean 인 것을 알아내었다.3 is a diagram showing the relationship between stress σ mean and critical V/G acting in a single crystal. As a result of investigating the relationship between critical V/G and average stress σ mean by comprehensive thermal analysis in which the conditions of the hot zone were changed in various ways, as shown in FIG. 3 , (critical V/G) = 0.17 + 0.0013 × σ mean found out that

단결정의 고액 계면 근방에 있어서의 응력의 분포에는 규칙성이 있으며, 그 면내 응력의 분포는, 단결정 중심부에 한정한 응력 또는 온도 구배에 의해 파악할 수 있다. 그 결과, 단결정 중의 응력의 효과를 가미하여, 단결정 중심부의 온도 구배 또는 단결정 중심부의 응력을 정함으로써, 무결함 결정을 육성하는 데에 최적의 면내 온도 구배의 분포, 나아가서는 그 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 를 파악하는 것이 가능해진다. 그리고, 그 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 를 관리 지표로서 사용함으로써, 핫 존의 적정한 치수 설계를 실시할 수 있게 되고, 게다가, 그 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 를 기준으로 한 관리 범위를 설정함으로써, 무결함 결정을 양호한 정밀도로 육성하는 것이 가능해진다.The distribution of stress in the vicinity of the solid-liquid interface of a single crystal has regularity, and the distribution of the in-plane stress can be grasped by the stress or temperature gradient limited to the center of the single crystal. As a result, by considering the effect of the stress in the single crystal and determining the temperature gradient at the center of the single crystal or the stress at the center of the single crystal, the optimum distribution of the in-plane temperature gradient for growing defect-free crystals, and furthermore, the optimum temperature gradient ratio It becomes possible to grasp G c /G e . And, by using the optimal temperature gradient ratio G c /G e as a management index, it is possible to design the appropriate dimensions of the hot zone, and furthermore, based on the optimal temperature gradient ratio G c /G e , By setting the management range, it becomes possible to grow defect-free crystals with high precision.

본 발명은, 상기의 지견에 기초하여 완성시킨 것으로, 챔버 내에 배치한 도가니 내의 원료 융액으로부터 직경이 300 ㎜ 이상인 단결정을 인상하는 CZ 법에 의한 실리콘 단결정의 육성 방법으로서, 육성 중의 단결정을 둘러싸는 수랭체를 배치함과 함께, 이 수랭체의 외주면 및 하단면을 포위하는 열 차폐체를 배치한 단결정 육성 장치를 사용하고, 상기 원료 융액의 액면과 상기 원료 융액의 상방에 배치된 상기 열 차폐체 사이의 갭을 변화시키면서 상기 단결정을 인상하는 갭 가변 제어를 포함하고, 상기 단결정의 중심부의 고액 계면 근방에 있어서의 인상축 방향의 온도 구배를 Gc, 상기 단결정의 외주부의 고액 계면 근방에 있어서의 인상축 방향의 온도 구배를 Ge, A = 0.1769 × Gc + 0.5462 로 할 때, 0.9 × A ≤ Gc/Ge ≤ 1.1 × A 를 만족하는 조건에서 상기 단결정의 인상을 실시하는 것을 특징으로 한다.The present invention has been completed based on the above findings, and is a method for growing a silicon single crystal by the CZ method in which a single crystal having a diameter of 300 mm or more is pulled from a melt of a raw material in a crucible disposed in a chamber. A single crystal growing device in which a cooling body is disposed and a heat shield surrounding the outer circumferential surface and the lower end surface of the water cooling body is used is used, and the gap between the liquid level of the raw material melt and the heat shield disposed above the raw material melt is used. a gap variable control for pulling the single crystal while changing When the temperature gradient of G e , A = 0.1769 × G c + 0.5462, 0.9 × A ≤ G c /G e ≤ 1.1 × A The single crystal is pulled under the condition that it is satisfied.

종래의 지견에서는, 무결함 결정을 취득할 수 있는 인상 속도 마진을 넓히기 위해서는 결정 내 온도 구배의 면내 분포를 어쨌든 균일하게 하는 편이 좋은 것으로 생각되고 있었다. 그러나, 본원 발명자들의 새로운 지견에 의하면, 결정 내의 응력 상태에 따른 결정 내 온도 구배의 면내 분포로 하지 않으면 인상 속도 마진을 넓히지 못하는 것이 분명해졌다. 본 발명에 의하면, 단결정 중의 응력의 효과를 고려하여 온도 구배비 Gc/Ge 의 관리 범위를 적정하게 설정하므로, 단결정의 톱에서 보텀까지 무결함 결정을 양호한 정밀도로 육성하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에 의해 제조된 단결정을 사용함으로써, 직경이 300 ㎜ 또는 450 ㎜ 인 고품질의 웨이퍼를 효율적으로 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 웨이퍼의 직경이 300 ㎜ 인 경우, 단결정 (직동부 (直胴部)) 의 직경을 301 ㎜ 이상 340 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하고, 웨이퍼의 직경이 450 ㎜ 인 경우, 단결정 (직동부) 의 직경을 451 ㎜ 이상 510 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.According to the conventional knowledge, in order to widen the pulling rate margin at which a defect-free crystal can be obtained, it is thought that it is better to make the in-plane distribution of the temperature gradient in the crystal uniform anyway. However, according to the new knowledge of the present inventors, it became clear that a pulling-up speed margin cannot be expanded unless it is set as the in-plane distribution of the temperature gradient in a crystal|crystallization according to the stress state in a crystal|crystallization. According to the present invention, since the control range of the temperature gradient ratio G c /G e is appropriately set in consideration of the effect of stress in the single crystal, it becomes possible to grow a defect-free crystal from the top to the bottom of the single crystal with high accuracy. Further, by using the single crystal produced by the present invention, it becomes possible to efficiently manufacture a high-quality wafer having a diameter of 300 mm or 450 mm. In addition, when the diameter of the wafer is 300 mm, it is preferable that the diameter of the single crystal (straight body part) be 301 mm or more and 340 mm or less, and when the diameter of the wafer is 450 mm, the single crystal (straight body part). It is preferable to set the diameter of 451 mm or more to 510 mm or less.

본 발명에 있어서, 상기 갭 가변 제어는, 상기 단결정의 인상에 수반하여 변화하는 상기 갭을 일정한 거리로 유지하기 위해 필요한 도가니 상승 속도의 정량값과, 상기 갭의 목표값의 변화분으로부터 구해지는 상기 도가니 상승 속도의 변동값과, 상기 갭의 상기 목표값과 실제의 계측값의 차분으로부터 구해지는 상기 도가니 상승 속도의 보정값의 합계값을 사용하여 상기 도가니 상승 속도를 제어하는 것이 바람직하다. 이 제어에서는, 도가니 상승 속도의 보정값의 역할이 갭의 목표값과 계측값의 괴리를 없애기 위한 보정만으로 특화된 것이 되기 때문에, 도가니 상승 속도 진폭량이 커지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정의 톱에서 보텀까지의 결정 열 이력의 안정화를 실현하여, 결정 결함의 면내 분포의 변화를 억제할 수 있어, 고품질의 실리콘 단결정의 제조 수율을 높일 수 있다.In the present invention, the gap variable control is obtained from the quantitative value of the crucible rising speed required for maintaining the gap, which changes with pulling of the single crystal at a constant distance, and the change in the target value of the gap. It is preferable to control the crucible rising speed using the sum of the fluctuation value of the crucible rising speed and the correction value of the crucible rising speed obtained from the difference between the target value of the gap and the actual measured value. In this control, since the role of the correction value of the crucible rising speed is specialized only for correction for eliminating the gap between the target value of the gap and the measured value, it is possible to prevent the crucible rising speed amplitude from increasing. Accordingly, it is possible to achieve stabilization of the crystal thermal history from the top to the bottom of the silicon single crystal, suppress the change in the in-plane distribution of crystal defects, and increase the production yield of the high-quality silicon single crystal.

본 발명에 있어서, 상기 갭의 목표값의 변화분은, 상기 단결정의 인상에 수반하여 변화하는 결정 길이와 갭의 목표값의 관계를 규정한 갭 프로파일로부터 구하는 것이 바람직하다. 이로써, 도가니 상승 속도의 변동값을 용이하고 정확하게 구할 수 있어, 도가니 상승 속도의 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.In the present invention, it is preferable to obtain the change in the target value of the gap from a gap profile that defines the relationship between the target value of the gap and the crystal length that changes with pulling of the single crystal. Thereby, the fluctuation value of the crucible rising speed can be easily and accurately calculated|required, and the stability of the crucible rising speed can further be improved.

본 발명에 있어서, 상기 보정값은, 상기 갭 프로파일로부터 구해지는 상기 갭의 목표값과 상기 갭의 계측값의 차분으로부터 구하는 것이 바람직하다. 이로써, 도가니 상승 속도의 보정값을 용이하고 정확하게 구할 수 있어, 도가니 상승 속도의 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.In this invention, it is preferable to calculate|require the said correction value from the difference between the target value of the said gap calculated|required from the said gap profile, and the measured value of the said gap. Thereby, the correction value of the crucible rising speed can be calculated|required easily and accurately, and the stability of the crucible rising speed can further be improved.

본 발명에 의한 단결정의 제조 방법은, 상기 단결정의 인상에 수반하는 상기 단결정의 체적의 증가분으로부터 상기 융액의 체적의 감소분을 구하고, 상기 융액의 체적의 감소분 및 상기 도가니의 내경으로부터 상기 정량값을 구하는 것이 바람직하다. 이로써, 도가니 상승 속도의 정량값을 간단하고 정확하게 구할 수 있다.In the method for producing a single crystal according to the present invention, a decrease in the volume of the melt is obtained from an increase in the volume of the single crystal accompanying pulling up the single crystal, and the quantitative value is obtained from a decrease in the volume of the melt and the inner diameter of the crucible. it is preferable Thereby, the quantitative value of the crucible rising speed can be calculated|required simply and accurately.

본 발명에 있어서, 상기 갭 프로파일은, 상기 갭을 일정한 거리로 유지하는 적어도 하나의 갭 일정 제어 구간과, 상기 갭을 서서히 변화시키는 적어도 하나의 갭 가변 제어 구간을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 갭 가변 제어 구간은, 상기 단결정의 보디부 육성 공정의 후반으로서 상기 갭 일정 제어 구간의 뒤에 형성되어 있어도 되고, 상기 단결정의 보디부 육성 공정의 전반으로서 상기 갭 일정 제어 구간의 앞에 형성되어 있어도 된다. 또한, 상기 갭 프로파일은, 상기 갭을 서서히 변화시키는 제 1 및 제 2 갭 가변 제어 구간을 포함하고, 상기 제 1 갭 가변 제어 구간은, 상기 단결정의 보디부 육성 공정의 전반으로서 상기 갭 일정 제어 구간의 앞에 형성되어 있고, 상기 제 2 갭 가변 제어 구간은, 상기 단결정의 보디부 육성 공정의 후반으로서 상기 갭 일정 제어 구간의 뒤에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 단결정의 톱에서 보텀까지 결정 결함의 면내 분포를 거의 일정하게 할 수 있고, 이로써 고품질의 단결정의 제조 수율을 높일 수 있다. 또한, 보디부 육성 공정의 전반이란, 단결정의 보디부의 전체 길이를 2 등분하여 상기 보디부의 전반 부분의 단결정을 제조하는 공정을 의미하고, 보디부 육성 공정의 후반이란, 상기 보디부의 후반 부분의 단결정을 제조하는 공정을 의미한다.In the present invention, the gap profile preferably includes at least one gap constant control section for maintaining the gap at a constant distance, and at least one gap variable control section for gradually changing the gap. In this case, the gap variable control section may be formed after the constant gap control section as the second half of the single crystal body section growing process, or formed before the constant gap control section as the first half of the single crystal body section growing process. it may be In addition, the gap profile includes first and second gap variable control sections for gradually changing the gap, and the first gap variable control section includes the gap constant control section as the first half of the single crystal body part growing process. It is preferable that the second gap variable control section is formed after the constant gap control section as the second half of the single crystal body portion growing step. Thereby, the in-plane distribution of crystal defects from the top to the bottom of the single crystal can be made substantially constant, and thereby, the production yield of a high-quality single crystal can be increased. In addition, the first half of the body part growing process means a process of producing a single crystal of the first half of the body part by dividing the total length of the body part of the single crystal into two, and the latter half of the body part growing process is a single crystal of the latter part of the body part means the manufacturing process.

본 발명에 의한 단결정의 제조 방법은, 카메라로 촬영한 상기 융액의 액면에 비치는 상기 열 차폐체의 거울상의 위치로부터 상기 갭의 계측값을 산출하는 것이 바람직하다. 이로써, 갭의 계측값을 저렴한 구성에 의해 간단하고 정확하게 구할 수 있다.In the method for producing a single crystal according to the present invention, it is preferable to calculate the measured value of the gap from the position of the mirror image of the heat shield reflected on the liquid level of the melt photographed with a camera. Thereby, the measured value of a gap can be calculated|required simply and accurately by an inexpensive structure.

본 발명의 실리콘 단결정의 육성 방법에 의하면, 단결정 중의 응력의 효과를 고려하여, 온도 구배비 Gc/Ge 의 관리 범위를 적정하게 설정하고 있으므로, 무결함 결정을 양호한 정밀도로 육성하는 것이 가능해진다.According to the method for growing a silicon single crystal of the present invention, since the control range of the temperature gradient ratio G c /G e is appropriately set in consideration of the effect of stress in the single crystal, it is possible to grow a defect-free crystal with high accuracy. .

도 1 은, 보론코프 이론에 기초하여 각종 결함이 발생하는 상황을 설명하는 모식도이다.
도 2 는, 단결정 육성시의 인상 속도와 결함 분포의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 단결정 중심부의 응력 σmean 과 임계 V/G 의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 단결정 중심부의 온도 구배 Gc 마다 최적의 면내 온도 구배 G(r) 의 분포 상황을 예시하는 도면이다.
도 5 는, 단결정 중심부의 온도 구배 Gc 에 따른 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 의 분포 상황을 예시하는 도면이다.
도 6 은, 단결정 중심부의 응력 σmean_c 마다 최적의 면내 온도 구배 G(r) 의 분포 상황을 예시하는 도면이다.
도 7 은, 단결정 중심부의 응력 σmean_c 에 따른 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 의 분포 상황을 예시하는 도면이다.
도 8 은, 본 발명의 실리콘 단결정의 육성 방법을 적용할 수 있는 단결정 육성 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9 는, 열 차폐체 (10) 와 원료 융액 (9) 의 액면 사이의 갭 H 와 온도 구배비 Gc/Ge 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 실리콘 단결정의 제조 공정을 나타내는 플로 차트이다.
도 11 은, 실리콘 단결정 잉곳의 형상을 나타내는 개략 단면도이다.
도 12 는, 결정 인상 공정 중의 갭 프로파일과 결정 결함 분포의 관계를 설명하기 위한 모식도로서, 특히 종래의 갭 일정 제어인 경우를 나타내고 있다.
도 13 은, 결정 인상 공정 중의 갭 프로파일과 결정 결함 분포의 관계를 설명하기 위한 모식도로서, 특히 본 발명의 갭 가변 제어인 경우를 나타내고 있다.
도 14 는, 도가니 상승 속도의 산출 방법에 대해 설명하기 위한 갭 가변 제어 기능의 블록도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram explaining the situation which various defects generate|occur|produce based on the Voronkov theory.
Fig. 2 is a schematic diagram showing the relationship between the pulling rate and defect distribution at the time of single crystal growth.
Fig. 3 is a diagram showing the relationship between stress σ mean at the center of a single crystal and critical V/G.
4 : is a figure which exemplifies the distribution situation of the optimal in-plane temperature gradient G(r) for every temperature gradient Gc of the center part of a single crystal.
5 is a diagram illustrating a distribution situation of an optimal temperature gradient ratio G c /G e according to a temperature gradient G c at the center of a single crystal.
6 is a diagram illustrating the distribution of the optimum in-plane temperature gradient G(r) for each stress σ mean_c at the center of a single crystal.
7 is a diagram illustrating a distribution situation of the optimum temperature gradient ratio G c /G e depending on the stress σ mean_c at the center of the single crystal.
Fig. 8 is a diagram schematically showing the configuration of a single crystal growing apparatus to which the method for growing a silicon single crystal of the present invention can be applied.
9 is a graph showing the relationship between the gap H between the heat shield 10 and the liquid level of the raw melt 9 and the temperature gradient ratio G c /G e .
Fig. 10 is a flowchart showing a process for manufacturing a silicon single crystal.
11 is a schematic cross-sectional view showing the shape of a silicon single crystal ingot.
12 : is a schematic diagram for demonstrating the relationship between the gap profile and crystal defect distribution during a crystal pulling process, and has shown the case of the conventional constant gap control especially.
13 : is a schematic diagram for demonstrating the relationship between the gap profile and crystal defect distribution during a crystal pulling process, and has shown the case of the gap variable control of this invention especially.
It is a block diagram of the gap variable control function for demonstrating the calculation method of a crucible raising speed.

이하에, 본 발명의 실리콘 단결정의 육성 방법에 대해, 그 실시형태를 상세하게 서술한다.Hereinafter, an embodiment of the method for growing a silicon single crystal of the present invention will be described in detail.

1. 응력 효과를 도입한 임계 V/G 의 식1. Equation of critical V/G introducing stress effect

무결함 결정을 육성할 때에 목표로 하는 인상 속도 (이하,「임계 인상 속도」라고도 한다) 를 Vcri (단위 : ㎜/min) 로 하고, 단결정의 고액 계면 근방에 있어서의 인상축 방향의 온도 구배를 G (단위 : ℃/㎜) 로 했을 때, 그 비인 임계 Vcri/G 는, 단결정 육성시에 단결정 중에 작용하는 응력의 효과를 도입하면, 하기의 (1) 식으로 정의할 수 있다. 여기서 말하는 단결정의 고액 계면 근방이란, 단결정의 온도가 융점에서 1350 ℃ 까지인 범위를 말한다.When growing a defect-free crystal, the target pulling speed (hereinafter also referred to as "critical pulling speed") is V cri (unit: mm/min), and the temperature gradient in the pulling axis direction in the vicinity of the solid-liquid interface of the single crystal. When is G (unit: °C/mm), the critical V cri /G, which is the ratio, can be defined by the following equation (1) by introducing the effect of stress acting in the single crystal at the time of single crystal growth. The vicinity of the solid-liquid interface of a single crystal here means the range where the temperature of a single crystal is from melting|fusing point to 1350 degreeC.

Vcri/G = (V/G)σmean=0 + α × σmean …(1)V cri /G = (V/G) σmean=0 + α × σ mean … (One)

동 식 중, (V/G)σmean=0 은, 결정 중의 평균 응력이 제로일 때의 임계 V/G 를 나타내는 정수이다. α 는 응력 계수이고, σmean 은 단결정 중의 평균 응력 (단위 : ㎫) 이다. 예를 들어, 직경이 310 ㎜ 인 단결정을 육성 대상으로 하는 경우, (V/G)σmean=0 은 0.17 이고, α 는 0.0013 이다. 여기서, 평균 응력 σmean 은, 육성시에 단결정의 체적 변화를 미치는 성분의 응력에 상당하고, 수치 해석에 의해 파악할 수 있는 것이며, 단결정 중의 미소 부분에 있어서의 직경 방향을 따른 면, 원주 방향을 따른 면, 및 인상축 방향과 직교하는 면의 3 면 각각에 작용하는 응력의 수직 성분 σrr, σθθ, 및 σzz 를 추출하고, 이들을 합계하여 3 으로 나눈 것이다. 여기서, 평균 응력 σmean 의 정 (正) 은 인장 응력을, 부 (負) 는 압축 응력을 의미한다.In the same expression, (V/G) σmean=0 is an integer representing the critical V/G when the average stress in the crystal is zero. α is the stress coefficient, and σ mean is the average stress (unit: MPa) in the single crystal. For example, when a single crystal having a diameter of 310 mm is used as a growth target, (V/G) σmean=0 is 0.17, and α is 0.0013. Here, the average stress σ mean corresponds to the stress of the component that affects the volume change of the single crystal at the time of growth, and can be grasped by numerical analysis. The vertical components σ rr , σ θθ , and σ zz of the stress acting on each of the three surfaces of the surface and the surface orthogonal to the pulling axis direction are extracted, and these are summed and divided by 3. Here, positive of average stress σ mean means tensile stress, and negative means compressive stress.

(V/G)σmean =0 은 상수이므로, 상기 (1) 식은, (V/G)σmean = 0 을 ξ 로 치환하여 하기의 (2) 식이 된다.Since (V/G) σmean = 0 is a constant, the expression (1) above becomes the following expression (2) by substituting ξ for (V/G) σmean = 0 .

Vcri/G = ξ + α × σmean …(2)V cri /G = ξ + α × σ mean … (2)

상기 (2) 식은, 1 차원에서의 임계 Vcri/G 와 평균 응력 (σmean) 의 관계를 나타내고 있지만, 무결함 결정을 육성하기 위해서는, 단결정의 인상축 방향과 직교하는 면내에서 생각할 필요가 있다.Equation (2) above shows the relationship between the critical Vcri /G and the average stress (σ mean ) in one dimension, but in order to grow a defect-free crystal, it is necessary to think within a plane orthogonal to the pulling axis direction of the single crystal. .

2. 응력 효과를 도입한 임계 V/G 의 식의 단결정 면내 분포로의 확장2. Expansion of the expression of critical V/G with stress effect to in-plane distribution of single crystals

단결정의 중심으로부터 반경 r (단위 : ㎜) 의 위치에 있어서, 임계 인상 속도 Vcri (단위 : ㎜/min) 와, 반경 r 의 위치에서의 온도 구배 G(r) (단위 : ℃/㎜) 의 비인 임계 Vcri/G(r) 은, 응력 효과를 도입하면, 상기 (2) 식에 준하여, 하기의 (3) 식으로 정의할 수 있다.At the position of the radius r (unit: mm) from the center of the single crystal, the critical pulling speed V cri (unit: mm/min) and the temperature gradient G(r) (unit: °C/mm) at the position of the radius r The ratio critical V cri /G(r) can be defined by the following equation (3) according to the above equation (2) when a stress effect is introduced.

Vcri/G(r) = ξ + α × σmean(r) …(3)V cri /G(r) = ξ + α × σ mean (r) … (3)

동 식 중, σmean(r) 은, 단결정의 중심으로부터 반경 r 의 위치의 고액 계면 근방에서의 평균 응력 (단위 : ㎫) 이고, 단결정의 고액 계면 근방의 면내에서의 평균 응력의 분포를 나타낸다. 동 식으로부터, 반경 r 의 위치에서의 온도 구배 G(r) 은, 하기의 (4) 식으로 나타낼 수 있다.In the same equation, σ mean (r) is the average stress (unit: MPa) in the vicinity of the solid-liquid interface at the position of the radius r from the center of the single crystal, and represents the distribution of the average stress in the plane near the solid-liquid interface of the single crystal. From the same formula, the temperature gradient G(r) at the position of the radius r can be expressed by the following formula (4).

G(r) = Vcri/(ξ + α × σmean(r)) …(4)G(r) = V cri /(ξ + α × σ mean (r)) … (4)

여기서, 온도 구배 G(r) 은, 단결정의 인상축 방향과 직교하는 면내에서의 온도 구배의 분포를 나타내므로, 무결함 결정을 육성하기 위해, 그 최적의 면내 온도 구배 G(r) 의 분포를 구하고 싶지만, 면내에서의 평균 응력 σmean(r) 의 분포의 예측이 어려운 것이 문제가 된다. 또, 그 면내 평균 응력 σmean(r) 의 분포가 조건에 따라 상이한 것도 문제이다.Here, since the temperature gradient G(r) represents the distribution of the temperature gradient in the plane perpendicular to the pulling axis direction of the single crystal, in order to grow a defect-free crystal, the distribution of the optimal in-plane temperature gradient G(r) Although it wants to calculate|require, it becomes a problem that it is difficult to predict the distribution of average stress (sigma) mean (r) in a plane. Moreover, it is also a problem that the distribution of the in-plane average stress (sigma) mean (r) differs with conditions.

그래서, 면내 평균 응력 σmean(r) 의 예측 방법을 검토하였다.Then, the prediction method of in-plane mean stress (sigma) mean (r) was examined.

2-1. 단결정 중심부의 온도 구배와 평균 응력 (응력) 의 관계2-1. The relationship between the temperature gradient at the center of a single crystal and the average stress (stress)

단결정 중심부의 온도 구배 G(0) (=Gc) 과 단결정 중심부의 평균 응력 σmean(0) (=σmean_c) 의 관계를 검토하였다. 이 검토는, 이하와 같이 실시하였다. 직경이 310 ㎜ 인 단결정을 육성하는 경우를 전제로 하여, 먼저 핫 존의 조건을 여러 가지 변경한 종합 전열 해석에 의해, 각 핫 존 조건에서의 단결정 표면의 복사열을 산출하고, 이어서 산출된 각 핫 존 조건에서의 복사열과, 여러 가지 변경한 고액 계면 형상을 경계 조건으로 하여, 각 경계 조건에서의 단결정 내의 온도를 재계산하였다. 여기서, 핫 존의 조건 변경으로는, 단결정을 포위하는 열 차폐체의 하단과 석영 도가니 내의 원료 융액의 액면의 갭 (이하,「액면 갭」이라고도 한다) 을 변경하였다. 또, 고액 계면 형상의 조건 변경으로는, 원료 융액의 액면에서 고액 계면의 중심부까지의 인상축 방향의 높이 (이하,「계면 높이」라고도 한다) 를 변경하였다. 그리고, 각 조건에 대해, 재계산에 의해 얻어진 단결정 내 온도의 분포에 기초하여, 응력 (평균 응력) 의 계산을 실시하였다.The relationship between the temperature gradient G(0) (=G c ) at the center of a single crystal and the average stress σ mean (0) (= σ mean_c ) at the center of the single crystal was studied. This examination was performed as follows. Assuming that a single crystal with a diameter of 310 mm is grown, first, the radiant heat of the single crystal surface in each hot zone condition is calculated by comprehensive thermal analysis in which the conditions of the hot zone are changed in various ways, and then each calculated hot Radiant heat in zone conditions and variously changed solid-liquid interface shapes were used as boundary conditions, and the temperature in the single crystal in each boundary condition was recalculated. Here, as the hot zone condition change, the gap between the lower end of the heat shield surrounding the single crystal and the liquid level of the raw material melt in the quartz crucible (hereinafter also referred to as “liquid level gap”) was changed. In addition, as the condition change of the solid-liquid interface shape, the height in the pulling axis direction from the liquid level of the raw material melt to the center of the solid-liquid interface (hereinafter also referred to as "interface height") was changed. Then, for each condition, the stress (average stress) was calculated based on the distribution of the temperature in the single crystal obtained by the recalculation.

그 해석 결과로부터, 단결정 중심부의 평균 응력 σmean(0) (=σmean_c) 은, 계면 높이에 상관 없이, 단결정 중심부의 온도 구배 G(0) (=Gc) 에 비례하고, 양자 사이에 하기의 (5) 식의 관계가 있는 것을 알 수 있었다.From the analysis results, the average stress σ mean (0) (= σ mean_c ) at the center of the single crystal is proportional to the temperature gradient G(0) (= G c ) at the center of the single crystal, regardless of the interface height, between the two It was found that there is a relationship of equation (5).

σmean(0) = -15.879 × G(0) + 38.57 …(5)σ mean (0) = -15.879 × G(0) + 38.57 … (5)

2-2. 면내 평균 응력의 표준화2-2. Normalization of in-plane mean stress

계속해서, 상기의 수치 해석에 의해, 면내 평균 응력 σmean(r) 의 분포를 표준화하는 것을 검토하였다. 여기서는, 하기의 (6) 식으로 나타내는 바와 같이, 반경 r 의 위치에서의 평균 응력 σmean(r) 과, 단결정 중심부의 평균 응력 σmean(0) (=σmean_c) 의 비 n(r) 을 표준화 응력비로 하였다.Then, normalizing the distribution of the in-plane average stress σ mean (r) was examined by the numerical analysis described above. Here, as shown by the following equation (6), the ratio n(r) of the average stress σ mean (r) at the position of the radius r and the average stress σ mean (0) (= σ mean_c ) at the center of the single crystal is It was set as the standardized stress ratio.

n(r) = σmean(r)/σmean_c …(6)n(r) = σ mean (r)/σ mean_c … (6)

그 결과, 표준화 응력비 n(r) 은, 액면 Gap 과 계면 높이가 상이해도, 반경 r 의 위치에 따라 거의 동일한 경향이며, 하기의 (7) 식으로 나타낼 수 있는 것을 알 수 있었다.As a result, it was found that the normalized stress ratio n(r) tends to be substantially the same depending on the position of the radius r, even if the liquid level Gap and the interface height are different, and can be expressed by the following equation (7).

n(r) = 0.000000524 × r3 - 0.000134 × r2 + 0.00173 × r + 0.986 …(7)n(r) = 0.000000524 × r 3 - 0.000134 × r 2 + 0.00173 × r + 0.986 … (7)

단, 단결정의 중심부 (r = 0) 에서는, σmean(r) = σmean_c 이므로, n(0) 은 상기 (6) 식으로부터 1 이다. 단결정의 외주부 (r = e (e 는, 예를 들어 직경이 310 ㎜ 인 단결정을 대상으로 하는 경우, 155 ㎜ 이다)) 에서는, σmean(r) = 0 이므로, n(e) 는 상기 (6) 식으로부터 0 이다.However, in the central part (r=0) of a single crystal, since σ mean (r) = σ mean_c , n(0) is 1 from the above expression (6). At the outer periphery of the single crystal (r = e (e is, for example, 155 mm when a single crystal having a diameter of 310 mm is an object)), σ mean (r) = 0, so n(e) is (6) ) is 0 from the equation.

그렇다면, 상기 (6) 식 및 상기 (5) 식으로부터, 면내 평균 응력 σmean(r) 은, 하기의 (8) 식으로 나타낼 수 있다.Then, from said (6) Formula and said (5) Formula, in-plane mean stress (sigma) mean (r) can be represented by following (8) Formula.

σmean(r) = n(r) × σmean_c σ mean (r) = n(r) × σ mean_c

= n(r) × (-15.879 × G(0) + 38.57) …(8)= n(r) × (-15.879 × G(0) + 38.57) … (8)

동 식으로부터, 면내 평균 응력 σmean(r) 의 분포는, 단결정 중심부의 평균 응력 σmean(0) (=σmean_c) 을 알 수 있으면 파악할 수 있고, 환언하면, 단결정 중심부의 온도 구배 G(0) (=Gc) 을 알 수 있으면 파악할 수 있다고 할 수 있다.From the same formula, the distribution of the in-plane average stress σ mean (r) can be grasped if the average stress σ mean (0) (= σ mean_c ) of the central portion of the single crystal is known, in other words, the temperature gradient G(0) of the central portion of the single crystal ) (=G c ) can be known if it is known.

3. 최적의 면내 온도 구배 G(r) 의 분포의 도출3. Derivation of distribution of optimal in-plane temperature gradient G(r)

직경이 310 ㎜ 인 단결정을 육성 대상으로 하는 경우, 면내 온도 구배 G(r) 은, 상기 (4) 식에 상기 (8) 식을 대입하여, 하기의 (9) 식으로 나타낼 수 있다.When a single crystal having a diameter of 310 mm is used as a growth target, the in-plane temperature gradient G(r) can be expressed by the following equation (9) by substituting the above equation (8) into the above equation (4).

G(r) = Vcri/(ξ + α × n(r) × (-15.879 × G(0) + 38.57)) …(9)G(r) = V cri /(ξ + α × n(r) × (-15.879 × G(0) + 38.57)) … (9)

여기서, 온도 구배 G(r) 의 분포를 표준화하는 것을 검토하여, 반경 r 의 위치에서의 온도 구배 G(r) 과, 단결정 중심부의 온도 구배 G(0) 의 비 (G(r)/G(0)) 를 표준화 온도 구배비로 하면, 상기 (9) 식으로부터, 하기의 (10) 식이 유도된다.Here, by examining the standardization of the distribution of the temperature gradient G(r), the ratio (G(r)/G() of the temperature gradient G(r) at the position of the radius r and the temperature gradient G(0) at the center of the single crystal 0)) as the standardized temperature gradient ratio, the following equation (10) is derived from the above equation (9).

G(r)/G(0) = [Vcri/(ξ + α × n(r) × (-15.879 × G(0) + 38.57))]/[Vcri/(ξ + α × n(0) × (-15.879 × G(0) + 38.57))]G(r)/G(0) = [V cri /(ξ + α × n(r) × (-15.879 × G(0) + 38.57))]/[V cri /(ξ + α × n(0) ) × (-15.879 × G(0) + 38.57))]

= (ξ + α × n(0) × (-15.879 × G(0) + 38.57))/(ξ + α × n(r) × (-15.879 × G(0) + 38.57)) …(10)= (ξ + α × n(0) × (-15.879 × G(0) + 38.57))/(ξ + α × n(r) × (-15.879 × G(0) + 38.57)) … (10)

동 식으로부터, 면내 온도 구배 G(r) 은, 하기의 (11) 식으로 나타낼 수 있다.From the same formula, the in-plane temperature gradient G(r) can be expressed by the following formula (11).

G(r) = [(ξ + α × n(0) × (-15.879 × G(0) + 38.57))/(ξ + α × n(r) × (-15.879 × G(0) + 38.57))] × G(0) …(11)G(r) = [(ξ + α × n(0) × (-15.879 × G(0) + 38.57))/(ξ + α × n(r) × (-15.879 × G(0) + 38.57) )] × G(0) … (11)

상기 (10) 식, (11) 식 중, n(0) 은, 상기 서술한 바와 같이 1 이다. n(r) 은 상기 (7) 식으로부터 나타내어지는 것이다. 단, 상기 서술한 바와 같이, 단결정의 외주부 (r = e) 에 있어서의 n(r), 즉 n(e) 는 0 이다.In the formulas (10) and (11), n(0) is 1 as described above. n(r) is represented by the formula (7) above. However, as described above, n(r), ie, n(e), in the outer peripheral portion (r=e) of the single crystal is zero.

이 때문에, 단결정 중심부의 온도 구배 G(0) (=Gc) 을 정함으로써, 상기 (11) 식을 사용하여, 최적의 면내 온도 구배 G(r) 의 분포를 파악할 수 있다고 할 수 있다.For this reason, it can be said that the distribution of the optimal in-plane temperature gradient G(r) can be grasped|ascertained using the said (11) formula by determining the temperature gradient G(0) (= Gc ) of the central part of a single crystal.

또, 직경이 310 ㎜ 인 단결정을 육성 대상으로 하는 경우, 면내 온도 구배 G(r) 은, 상기 (4) 식으로 나타낼 수 있고, 그 표준화 온도 구배비 (G(r)/G(0)) 로서, 동 (4) 식으로부터, 하기의 (12) 식이 유도된다.Further, when a single crystal having a diameter of 310 mm is used as a growth target, the in-plane temperature gradient G(r) can be expressed by the above formula (4), and the normalized temperature gradient ratio (G(r)/G(0)) As , the following equation (12) is derived from the equation (4).

G(r)/G(0) = [Vcri/(ξ + α × n(r) × σmean(0))]/[Vcri/(ξ + α × n(0) × σmean(0))]G(r)/G(0) = [V cri /(ξ + α × n(r) × σ mean (0))]/[V cri /(ξ + α × n(0) × σ mean (0) ))]

= (ξ + α × n(0) × σmean(0))/(ξ + α × n(r) × σmean(0)) …(12)= (ξ + α × n(0) × σ mean (0))/(ξ + α × n(r) × σ mean (0)) … (12)

동 식으로부터, 면내 온도 구배 G(r) 은, 하기의 (13) 식으로 나타낼 수 있다.From the same formula, the in-plane temperature gradient G(r) can be expressed by the following formula (13).

G(r) = [(ξ + α × n(0) × σmean(0))/(ξ + α × n(r) × σmean(0))] × G(0) …(13)G(r) = [(ξ + α × n(0) × σ mean (0))/(ξ + α × n(r) × σ mean (0))] × G(0) … (13)

상기 (12) 식, (13) 식 중, n(0) 은, 상기 서술한 바와 같이 1 이다. n(r) 은 상기 (7) 식으로부터 나타내어지는 것이다. 단, 상기 서술한 바와 같이, 단결정의 외주부 (r = e) 에 있어서의 n(r), 즉 n(e) 는 0 이다.In the formulas (12) and (13), n(0) is 1 as described above. n(r) is represented by the formula (7) above. However, as described above, n(r), ie, n(e), in the outer peripheral portion (r=e) of the single crystal is zero.

이 때문에, 단결정 중심부의 평균 응력, 즉 응력 σmean(0) (=σmean_c) 을 정함으로써, 상기 (13) 식을 사용하여, 최적의 면내 온도 구배 G(r) 의 분포를 파악할 수 있다고 할 수 있다.For this reason, it is said that the distribution of the optimal in-plane temperature gradient G(r) can be grasped using the above equation (13) by determining the average stress at the center of the single crystal, that is, the stress σ mean (0) (= σ mean_c ). can

4. 단결정의 중심부의 온도 구배 Gc 와 외주부의 온도 구배 Ge 의 비 Gc/Ge 의 최적 범위4. Optimal range of the ratio G c /G e of the temperature gradient G c at the center of the single crystal and the temperature gradient G e at the outer periphery

직경이 310 ㎜ 인 단결정을 육성 대상으로 하는 경우, 상기 (11) 식에 의해, 단결정 중심부의 온도 구배 Gc 마다, 단결정 중심으로부터의 반경 r 의 위치에 따른 최적의 온도 구배 G(r) 을 산출하면, 그 면내 온도 구배 G(r) 의 분포 상황은, 예를 들어 도 4 에 나타내는 바와 같이 된다.When a single crystal with a diameter of 310 mm is to be grown, the optimum temperature gradient G(r) is calculated according to the position of the radius r from the center of the single crystal for each temperature gradient G c at the center of the single crystal by Equation (11) above. If it is, the distribution situation of the in-plane temperature gradient G(r) becomes as shown in FIG. 4, for example.

도 4 는, 단결정 중심부의 온도 구배 Gc 마다 최적의 면내 온도 구배 G(r) 의 분포 상황을 예시하는 도면이다. 동 도면으로부터, 단결정 중심부의 온도 구배 G(0) (=Gc) 을 정함으로써, 최적의 면내 온도 구배 G(r) 의 분포를 파악할 수 있는 것을 알 수 있다.4 : is a figure which exemplifies the distribution situation of the optimal in-plane temperature gradient G(r) for every temperature gradient Gc of the center part of a single crystal. From the figure, it turns out that the distribution of the optimal in-plane temperature gradient G(r) can be grasped|ascertained by determining the temperature gradient G(0) (= Gc ) of the central part of a single crystal.

여기서, 무결함 결정을 육성하기 위한 주된 관리 지표로는, 단결정의 중심부의 온도 구배 Gc 와 단결정의 외주부의 온도 구배 Ge 의 비 Gc/Ge 가 있다. 상기 (11) 식에 의한 산출 결과로부터, 단결정 중심부의 온도 구배 G(0) (=Gc) 에 따라 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 를 산출하면, 그 온도 구배비 Gc/Ge 의 분포 상황은, 예를 들어 도 5 에 나타내는 바와 같이 된다.Here, as a main management index for cultivating a defect-free crystal, there is a ratio G c /G e of the temperature gradient G c at the central portion of the single crystal and the temperature gradient G e at the outer peripheral portion of the single crystal. From the calculation result by the formula (11) above, if the optimum temperature gradient ratio G c /G e is calculated according to the temperature gradient G(0) (=G c ) at the center of the single crystal, the temperature gradient ratio G c /G e The distribution state of is as shown in FIG. 5, for example.

도 5 는, 단결정 중심부의 온도 구배 Gc 에 따른 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 의 분포 상황을 예시하는 도면이다. 동 도면은, 직경이 310 ㎜ 인 단결정을 육성 대상으로 하는 경우, 즉 r = e = 155 ㎜ 인 경우를 나타내고 있다. 동 도면으로부터, 단결정 중심부의 온도 구배 Gc 와 최적의 온도 구배비 Gc/Ge (=G(0)/G(150)) 사이에는 상관이 있으며, 하기의 (14) 식으로 나타내는 1 차식의 관계가 성립되는 것이 분명해졌다.5 is a diagram illustrating a distribution situation of an optimal temperature gradient ratio G c /G e according to a temperature gradient G c at the center of a single crystal. The figure shows the case where a single crystal with a diameter of 310 mm is used as a growth object, ie, the case where r=e=155 mm. From the same figure, there is a correlation between the temperature gradient G c at the center of the single crystal and the optimum temperature gradient ratio G c /G e (=G(0)/G(150)), and the linear equation It became clear that the relationship between

Gc/Ge = 0.1769 × Gc + 0.5462 …(14)G c /G e = 0.1769 × G c + 0.5462 … (14)

이 때문에, 단결정 중심부의 온도 구배 G(0) (=Gc) 을 정함으로써, 상기 (14) 식을 사용하여, 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 를 파악할 수 있다. 그리고, 동 (14) 식의 관계가 성립되므로, 하기의 (a) 식을 만족하는 Gc/Ge 의 조건에서 단결정의 인상을 실시하면, 무결함 결정을 양호한 정밀도로 육성하는 것이 가능해진다.For this reason, by determining the temperature gradient G(0) (=G c ) of the central portion of the single crystal, the optimum temperature gradient ratio G c /G e can be grasped using the above equation (14). And, since the relationship of the same (14) formula is established, if the single crystal is pulled under the condition of G c /G e that satisfies the following formula (a), it becomes possible to grow a defect-free crystal with high accuracy.

0.9 × A ≤ Gc/Ge ≤ 1.1 × A …(a)0.9 × A ≤ G c /G e ≤ 1.1 × A … (a)

상기 (a) 식 중, A 는 0.1769 × Gc + 0.5462 이다.In the formula (a), A is 0.1769 x G c + 0.5462.

온도 구배비 Gc/Ge 는,「0.9 × A」미만이거나, 또는「1.1 × A」를 초과하면, 무결함 결정의 육성이 불안정해진다. 보다 바람직하게는, 온도 구배비 Gc/Ge 는,「0.95 × A」이상,「1.05 × A」이하이다.When the temperature gradient ratio G c /G e is less than “0.9×A” or exceeds “1.1×A”, the growth of the defect-free crystal becomes unstable. More preferably, the temperature gradient ratio G c /G e is "0.95 x A" or more and "1.05 x A" or less.

또, 직경이 310 ㎜ 인 단결정을 육성 대상으로 하는 경우, 상기 (13) 식에 의해, 단결정 중심부의 응력 σmean_c 마다, 단결정 중심으로부터의 반경 r 의 위치에 따른 최적의 온도 구배 G(r) 을 산출하면, 그 면내 온도 구배 G(r) 의 분포 상황은, 예를 들어 도 6 에 나타내는 바와 같이 된다.In addition, when a single crystal with a diameter of 310 mm is to be grown, the optimum temperature gradient G(r) according to the position of the radius r from the center of the single crystal for each stress σ mean_c at the center of the single crystal is obtained by the equation (13) above. If calculated, the distribution state of the in-plane temperature gradient G(r) will be as shown in FIG. 6, for example.

도 6 은, 단결정 중심부의 응력 σmean_c 마다 최적의 면내 온도 구배 G(r) 의 분포 상황을 예시하는 도면이다. 동 도면으로부터, 단결정 중심부의 응력 σmean(0) (=σmean_c) 을 정함으로써, 최적의 면내 온도 구배 G(r) 의 분포를 파악할 수 있는 것을 알 수 있다.6 is a diagram illustrating the distribution of the optimum in-plane temperature gradient G(r) for each stress σ mean_c at the center of a single crystal. The figure shows that the optimal distribution of in-plane temperature gradient G(r) can be grasped|ascertained by determining the stress σ mean (0) (= σ mean_c ) at the center of the single crystal.

여기서, 무결함 결정을 육성하기 위한 주된 관리 지표로는, 온도 구배비 Gc/Ge 가 있다. 상기 (13) 식에 의한 산출 결과로부터, 단결정 중심부의 응력 σmean(0) (=σmean _c) 에 따라 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 를 산출하면, 그 온도 구배비 Gc/Ge 의 분포 상황은, 예를 들어 도 7 에 나타내는 바와 같이 된다.Here, there exists a temperature gradient ratio Gc / Ge as a main management parameter|index for cultivating a defect-free crystal|crystallization. From the calculation result by the formula (13) above, if the optimum temperature gradient ratio G c /G e is calculated according to the stress σ mean (0) (=σ mean _c ) at the center of the single crystal, the temperature gradient ratio G c /G The distribution state of e is as shown in FIG. 7, for example.

도 7 은, 단결정 중심부의 응력 σmean_c 에 따른 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 의 분포 상황을 예시하는 도면이다. 동 도면은, 직경이 310 ㎜ 인 단결정을 육성 대상으로 하는 경우, 즉 r = e = 155 ㎜ 인 경우를 나타내고 있다. 동 도면으로부터, 단결정 중심부의 응력 σmean_c 와 최적의 온도 구배비 Gc/Ge (=G(0)/G(150)) 사이에는 상관이 있으며, 하기의 (15) 식으로 나타내는 1 차식의 관계가 성립되는 것이 분명해졌다.7 is a diagram illustrating a distribution situation of the optimum temperature gradient ratio G c /G e depending on the stress σ mean_c at the center of the single crystal. The figure shows the case where a single crystal with a diameter of 310 mm is used as a growth object, ie, the case where r=e=155 mm. From the same figure, there is a correlation between the stress σ mean_c at the center of the single crystal and the optimum temperature gradient ratio G c /G e (= G(0)/G(150)), It became clear that a relationship was established.

Gc/Ge = -0.0111 × σmean_c + 0.976 …(15)G c /G e = -0.0111 × σ mean_c + 0.976 … (15)

이 때문에, 단결정 중심부의 응력 σmean(0) (=σmean _c) 을 정함으로써, 상기 (15) 식을 사용하여, 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 를 파악할 수 있다. 그리고, 동 (15) 식의 관계가 성립되므로, 하기의 (b) 식을 만족하는 Gc/Ge 의 조건에서 단결정의 인상을 실시하면, 무결함 결정을 양호한 정밀도로 육성하는 것이 가능해진다.For this reason, by determining the stress σ mean (0) (= σ mean _c ) of the central portion of the single crystal, the optimum temperature gradient ratio G c /G e can be grasped using the above equation (15). And since the relationship of the same (15) formula is established, if the single crystal is pulled under the condition of G c /G e that satisfies the following formula (b), it becomes possible to grow a defect-free crystal with high accuracy.

0.9 × B ≤ Gc/Ge ≤ 1.1 × B …(b)0.9 × B ≤ G c /G e ≤ 1.1 × B … (b)

상기 (b) 식 중, B 는 -0.0111 × σmean_c + 0.976 이다.In the above formula (b), B is -0.0111 × σ mean_c + 0.976.

온도 구배비 Gc/Ge 는,「0.9 × B」미만이거나, 또는「1.1 × B」를 초과하면, 무결함 결정의 육성이 불안정해진다. 보다 바람직하게는, 온도 구배비 Gc/Ge 는,「0.95 × B」이상,「1.05 × B」이하이다.When the temperature gradient ratio G c /G e is less than “0.9×B” or exceeds “1.1×B”, the growth of the defect-free crystal becomes unstable. More preferably, the temperature gradient ratio G c /G e is "0.95 x B" or more and "1.05 x B" or less.

단, 상기 (a) 식, (b) 식에 있어서, 단결정 중심부의 온도 구배 Gc 는, 직경이 310 ㎜ 인 단결정을 육성 대상으로 하는 경우, 2.0 ∼ 4.0 ℃/㎜ 의 범위 내로 한다. 이 범위를 벗어나면, OSF 나 COP 나 LD 등의 각종 점 결함이 발생하기 때문이다. 보다 바람직한 단결정 중심부의 온도 구배 Gc 의 범위는, 2.5 ∼ 3.5 ℃/㎜ 이다.However, in the above formulas (a) and (b), the temperature gradient G c at the center of the single crystal is within the range of 2.0 to 4.0° C./mm when a single crystal having a diameter of 310 mm is used as a growth target. It is because various point defects, such as OSF, COP, and LD, generate|occur|produce when it deviates from this range. A more preferable range of the temperature gradient G c at the central portion of the single crystal is 2.5 to 3.5°C/mm.

이상과 같이, 단결정의 고액 계면 근방에 있어서의 응력 σmean(r) 의 분포에는 규칙성이 있으며, 그 면내 응력 σmean(r) 의 분포는, 단결정 중심부에 한정한 응력 σmean_c 또는 온도 구배 Gc 에 의해 파악할 수 있다. 그 결과, 점 결함의 발생에 영향을 미치는 응력의 효과를 가미하여, 단결정 중심부의 온도 구배 Gc 또는 단결정 중심부의 응력 σmean_c 를 정함으로써, 무결함 결정을 육성하는 데에 최적의 면내 온도 구배 G(r) 의 분포, 나아가서는 그 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 를 파악하는 것이 가능해진다. 그리고, 그 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 를 관리 지표로서 사용함으로써, 핫 존의 적정한 치수 설계를 실시할 수 있게 되고, 게다가, 그 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 를 기준으로 한 관리 범위를 설정함으로써, 무결함 결정을 양호한 정밀도로 육성하는 것이 가능해진다.As described above, the distribution of the stress σ mean (r) in the vicinity of the solid-liquid interface of a single crystal has regularity, and the distribution of the in-plane stress σ mean (r) is the stress σ mean_c or temperature gradient G limited to the center of the single crystal. c can be identified. As a result, taking into account the effect of stress affecting the occurrence of point defects, the temperature gradient G c at the center of the single crystal or the stress σ mean_c at the center of the single crystal is determined, so that the in-plane temperature gradient G is optimal for growing defect-free crystals. It becomes possible to grasp|ascertain the distribution of (r), and furthermore, the optimal temperature gradient ratio Gc / Ge . And, by using the optimal temperature gradient ratio G c /G e as a management index, it is possible to design the appropriate dimensions of the hot zone, and furthermore, based on the optimal temperature gradient ratio G c /G e , By setting the management range, it becomes possible to grow defect-free crystals with high precision.

5. 실리콘 단결정의 육성5. Growth of silicon single crystal

도 8 은, 본 발명의 실리콘 단결정의 육성 방법을 적용할 수 있는 단결정 육성 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 단결정 육성 장치는, 그 외곽이 챔버 (1) 로 구성되고, 그 중심부에 도가니 (2) 가 배치되어 있다. 도가니 (2) 는, 내측의 석영 도가니 (2a) 와, 외측의 흑연 도가니 (2b) 로 구성되는 이중 구조이며, 회전 및 승강이 가능한 지지축 (3) 의 상단부에 고정되어 있다. 지지축 (3) 의 회전 및 승강 동작은 도가니 구동 기구 (14) 에 의해 제어된다.Fig. 8 is a diagram schematically showing the configuration of a single crystal growing apparatus to which the method for growing a silicon single crystal of the present invention can be applied. As shown in the figure, the outer periphery of the single crystal growing apparatus is comprised by the chamber 1, and the crucible 2 is arrange|positioned in the center part. The crucible 2 has a dual structure composed of an inner quartz crucible 2a and an outer graphite crucible 2b, and is fixed to the upper end of a support shaft 3 that can be rotated and moved up and down. The rotation and raising/lowering operation of the support shaft 3 are controlled by the crucible drive mechanism 14 .

도가니 (2) 의 외측에는, 도가니 (2) 를 둘러싸는 저항 가열식의 히터 (4) 가 배치 형성되고, 그 외측에는, 챔버 (1) 의 내면을 따라 단열재 (5) 가 배치 형성되어 있다. 도가니 (2) 의 상방에는, 지지축 (3) 과 동축 상에서 역방향 또는 동일 방향으로 소정의 속도로 회전하는 와이어 등의 인상축 (6) 이 배치되어 있다. 이 인상축 (6) 의 하단에는 종결정 (7) 이 장착되어 있다. 인상축 (6) 의 동작은 결정 인상 기구 (15) 에 의해 제어된다.The heater 4 of the resistance heating type which surrounds the crucible 2 is arrange|positioned on the outer side of the crucible 2, and the heat insulating material 5 is arrange|positioned along the inner surface of the chamber 1 on the outer side. Above the crucible 2, a pulling shaft 6, such as a wire, which rotates at a predetermined speed in the opposite direction or the same direction on the same axis as the supporting shaft 3, is disposed. A seed crystal 7 is attached to the lower end of the pulling shaft 6 . The operation of the pulling shaft 6 is controlled by the crystal pulling mechanism 15 .

챔버 (1) 내에는, 도가니 (2) 내의 원료 융액 (9) 의 상방에서 육성 중의 실리콘 단결정 (8) 을 둘러싸는 원통상의 수랭체 (11) 가 배치되어 있다. 수랭체 (11) 는, 예를 들어, 구리 등의 열전도성이 양호한 금속으로 이루어지고, 내부에 유통되는 냉각수에 의해 강제적으로 냉각된다. 이 수랭체 (11) 는, 육성 중의 단결정 (8) 의 냉각을 촉진시켜, 단결정 중심부 및 단결정 외주부의 인상축 방향의 온도 구배를 제어하는 역할을 담당한다.In the chamber 1 , a cylindrical water cooling body 11 is disposed above the raw material melt 9 in the crucible 2 to surround the silicon single crystal 8 being grown. The water cooling body 11 is made of, for example, a metal having good thermal conductivity such as copper, and is forcibly cooled by cooling water flowing therein. This water cooling body 11 promotes cooling of the single crystal 8 during growth, and plays a role of controlling the temperature gradient in the pulling axis direction of the single crystal central portion and the single crystal outer peripheral portion.

또한, 수랭체 (11) 의 외주면 및 하단면을 포위하도록, 통상의 열 차폐체 (10) 가 배치되어 있다. 열 차폐체 (10) 는, 육성 중의 단결정 (8) 에 대해, 도가니 (2) 내의 원료 융액 (9) 이나 히터 (4) 나 도가니 (2) 의 측벽으로부터의 고온의 복사열을 차단함과 함께, 결정 성장 계면인 고액 계면의 근방에 대해서는, 저온의 수랭체 (11) 로의 열의 확산을 억제하여, 단결정 중심부 및 단결정 외주부의 온도 구배를 수랭체 (11) 와 함께 제어하는 역할을 담당한다.Moreover, the normal heat shield 10 is arrange|positioned so that the outer peripheral surface and the lower end surface of the water cooling body 11 may be surrounded. The heat shield 10 blocks the high-temperature radiant heat from the raw material melt 9 in the crucible 2, the heater 4, and the side wall of the crucible 2 with respect to the single crystal 8 during growth, and the crystal About the vicinity of the solid-liquid interface which is a growth interface, the diffusion of heat to the low-temperature water-cooling body 11 is suppressed, and it plays a role of controlling the temperature gradient of a single-crystal center part and a single-crystal outer peripheral part together with the water cooling body 11.

챔버 (1) 의 상부에는, Ar 가스 등의 불활성 가스를 챔버 (1) 내에 도입하는 가스 도입구 (12) 가 형성되어 있다. 챔버 (1) 의 하부에는, 도시되지 않은 진공 펌프의 구동에 의해 챔버 (1) 내의 기체를 흡인하여 배출하는 배기구 (13) 가 형성되어 있다. 가스 도입구 (12) 로부터 챔버 (1) 내에 도입된 불활성 가스는, 육성 중의 단결정 (8) 과 수랭체 (11) 사이를 하강하여, 열 차폐체 (10) 의 하단과 원료 융액 (9) 의 액면의 갭 (액면 갭) 을 거친 후, 열 차폐체 (10) 의 외측, 또한 도가니 (2) 의 외측을 향하여 흐르고, 그 후에 도가니 (2) 의 외측을 하강하여, 배기구 (13) 로부터 배출된다.A gas introduction port 12 for introducing an inert gas such as Ar gas into the chamber 1 is formed in the upper portion of the chamber 1 . An exhaust port 13 for sucking and discharging gas in the chamber 1 by driving a vacuum pump (not shown) is formed in the lower portion of the chamber 1 . The inert gas introduced into the chamber 1 from the gas inlet 12 descends between the single crystal 8 and the water cooling body 11 during growth, and the lower end of the heat shield 10 and the liquid level of the raw material melt 9 . After passing through the gap (liquid level gap) of

챔버 (1) 의 외측에는 카메라 (16) 가 형성되어 있고, 카메라 (16) 는 챔버 (1) 에 형성된 관측창을 통하여 고액 계면 근방을 촬영한다. 카메라 (16) 의 촬영 화상은 화상 처리부 (17) 에서 처리되고, 결정 직경, 액면 위치 등이 구해진다. 제어부 (18) 는 화상 처리 결과에 기초하여 히터 (4), 도가니 구동 기구 (14) 및 결정 인상 기구 (15) 를 제어한다.A camera 16 is provided outside the chamber 1 , and the camera 16 images the vicinity of the solid-liquid interface through an observation window formed in the chamber 1 . The captured image of the camera 16 is processed by the image processing unit 17, and the crystal diameter, the liquid level position, and the like are obtained. The control unit 18 controls the heater 4, the crucible driving mechanism 14, and the crystal pulling mechanism 15 based on the image processing result.

이와 같은 육성 장치를 사용한 실리콘 단결정 (8) 의 육성시, 챔버 (1) 내를 감압하의 불활성 가스 분위기로 유지한 상태에서, 도가니 (2) 에 충전한 다결정 실리콘 등의 고형 원료를 히터 (4) 의 가열에 의해 용융시켜, 원료 융액 (9) 를 형성한다. 도가니 (2) 내에 원료 융액 (9) 이 형성되면, 인상축 (6) 을 하강시켜 종결정 (7) 을 원료 융액 (9) 에 침지하고, 도가니 (2) 및 인상축 (6) 을 소정의 방향으로 회전시키면서, 인상축 (6) 을 서서히 인상하고, 이것에 의해 종결정 (7) 에 연속된 단결정 (8) 을 육성한다.When the silicon single crystal 8 is grown using such a growing device, a solid raw material such as polycrystalline silicon filled in the crucible 2 is filled in the crucible 2 while the inside of the chamber 1 is maintained in an inert gas atmosphere under reduced pressure into the heater 4 is melted by heating to form a raw material melt 9 . When the raw material melt 9 is formed in the crucible 2, the pulling shaft 6 is lowered to immerse the seed crystal 7 in the raw material melt 9, and the crucible 2 and the pulling shaft 6 are set in a predetermined position. While rotating in the direction, the pulling shaft 6 is gradually pulled up, thereby growing a single crystal 8 continuous to the seed crystal 7 .

직경이 310 ㎜ 인 단결정의 육성시에는, 무결함 결정을 육성하기 위해, 단결정의 고액 계면 근방에서, 온도 구배비 Gc/Ge 가 상기 (a) 식 또는 (b) 식의 조건을 만족하도록, 단결정의 인상 속도 및 갭 (도가니 (2) 의 높이) 을 조정하여, 단결정의 인상을 실시한다. 또, 단결정의 육성에 앞서, 상기 (14) 식 또는 (15) 식으로 구해지는 최적의 온도 구배비 Gc/Ge 에 적합하도록, 핫 존 (열 차폐체 및 수랭체) 의 치수 형상을 설계하고, 이 핫 존을 사용한다. 이로써, 무결함 결정을 양호한 정밀도로 육성할 수 있다.When growing a single crystal having a diameter of 310 mm, in order to grow a defect-free crystal, in the vicinity of the solid-liquid interface of the single crystal, the temperature gradient ratio G c /G e satisfies the conditions of the above formula (a) or (b). , the pulling speed of the single crystal and the gap (the height of the crucible 2 ) are adjusted to pull up the single crystal. In addition, prior to growth of the single crystal, the dimensional shape of the hot zone (heat shield and water cooling body) is designed so that it is suitable for the optimum temperature gradient ratio G c /G e obtained by the above formula (14) or (15), , use this hot zone. Thereby, a defect-free crystal|crystallization can be grown with high precision.

도 9 는, 열 차폐체 (10) 와 원료 융액 (9) 의 액면 사이의 갭 H 와 온도 구배비 Gc/Ge 의 관계를 나타내는 그래프이며, 가로축은 갭 H, 세로축은 Gc/Ge 를 나타내고 있다. 동 도면에 있어서, 삼각형의 플롯점은, 특정한 구조의 핫 존을 사용하여 직경이 310 ㎜ 인 실리콘 단결정을 육성하는 종합 전열 시뮬레이션에 의해 구한, 갭 H 의 값과 온도 구배비 Gc/Ge 의 관계를 나타내고 있고, 또한 (a) 식의 Gc/Ge 의 하한인 0.9A 및 상한인 1.1A 를 2 개의 직선으로 나타내고 있다. 이 2 개의 직선 사이에 놓인 영역이, (a) 식으로 규정하는 범위, 즉, 무결함 결정이 얻어지는 범위이다.9 is a graph showing the relationship between the gap H and the temperature gradient ratio G c /G e between the heat shield 10 and the liquid level of the raw material melt 9 , the horizontal axis is the gap H, and the vertical axis is G c /G e is indicating In the same figure, the triangle plot points are the values of the gap H and the temperature gradient ratio G c /G e obtained by comprehensive thermal simulation for growing a silicon single crystal having a diameter of 310 mm using a hot zone having a specific structure. The relationship is shown, and the lower limit of 0.9A and the upper limit of 1.1A of Gc /Ge in the formula (a) are shown by two straight lines. The region placed between these two straight lines is a range defined by the formula (a), ie, a range in which a defect-free crystal is obtained.

도 9 에 나타내는 바와 같이, 갭 H 가 대략 58 ∼ 70 ㎜ 인 범위에서, Gc/Ge 가 (a) 식을 만족하는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 갭 H 를 조정함으로써, 온도 구배비 Gc/Ge 를 0.9A ∼ 1.1A 의 범위 내로 설정할 수 있다.As shown in FIG. 9, in the range where the gap H is about 58-70 mm, it turns out that Gc/Ge satisfy|fills Formula (a). Thus, by adjusting the gap H , the temperature gradient ratio Gc /Ge can be set within the range of 0.9A-1.1A.

도 10 은, 실리콘 단결정 (8) 의 제조 공정을 나타내는 플로 차트이다. 또, 도 11 은, 실리콘 단결정 잉곳의 형상을 나타내는 개략 단면도이다.10 is a flowchart showing the manufacturing process of the silicon single crystal 8. As shown in FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the shape of a silicon single crystal ingot.

도 10 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 실리콘 단결정 (8) 의 제조 공정은, 도가니 (2) 내의 실리콘 원료를 히터 (4) 로 가열하여 융해시킴으로써 원료 융액 (9) 을 생성하는 원료 융해 공정 S11 과, 인상축 (6) 의 선단부에 장착된 종결정을 강하시켜 원료 융액 (9) 에 착액시키는 착액 공정 S12 와, 원료 융액 (9) 과의 접촉 상태를 유지하면서 종결정을 서서히 인상하여 단결정을 육성하는 결정 인상 공정 (S13 ∼ S16) 을 갖고 있다.As shown in FIG. 10 , in the manufacturing process of the silicon single crystal 8 according to the present embodiment, the raw material melt 9 is produced by heating and melting the silicon raw material in the crucible 2 with a heater 4 . S11, a liquid landing step S12 in which the seed crystal mounted on the tip of the pulling shaft 6 is lowered to land on the raw melt 9, and a single crystal by gradually pulling up the seed crystal while maintaining a state of contact with the raw melt 9 It has a crystal pulling process (S13-S16) which grows up.

결정 인상 공정에서는, 무전위화를 위해 결정 직경이 가늘게 좁혀진 넥부 (8a) 를 형성하는 네킹 공정 S13 과, 결정 성장과 함께 결정 직경이 서서히 증가한 숄더부 (8b) 를 형성하는 숄더부 육성 공정 S14 와, 결정 직경이 일정하게 유지된 보디부 (8c) 를 형성하는 보디부 육성 공정 S15 와, 결정 성장과 함께 결정 직경이 서서히 감소한 테일부 (8d) 를 형성하는 테일부 육성 공정 S16 이 순서대로 실시된다.In the crystal pulling step, a necking step S13 of forming a neck portion 8a with a narrow crystal diameter for dislocation-free, a shoulder portion growing step S14 of forming a shoulder portion 8b with a gradually increasing crystal diameter along with crystal growth; A body portion growing step S15 of forming the body portion 8c in which the crystal diameter is kept constant, and a tail portion growing step S16 of forming a tail portion 8d having a gradually reduced crystal diameter along with crystal growth are performed in this order.

그 후, 실리콘 단결정 (8) 을 융액면으로부터 분리하여 냉각을 촉진시키는 냉각 공정 S17 이 실시된다. 이상에 의해, 도 11 에 나타내는 바와 같은 넥부 (8a), 숄더부 (8b), 보디부 (8c) 및 테일부 (8d) 를 갖는 실리콘 단결정 잉곳 (8I) 이 완성된다.Thereafter, a cooling step S17 of separating the silicon single crystal 8 from the melt surface to promote cooling is performed. As a result, the silicon single crystal ingot 8I having the neck portion 8a, the shoulder portion 8b, the body portion 8c, and the tail portion 8d as shown in FIG. 11 is completed.

상기와 같이, 실리콘 단결정 (8) 에 포함되는 결정 결함의 종류나 분포는, 결정 인상 속도 V 와 온도 구배 G 의 비 V/G 에 의존하고, 결정을 둘러싸는 노 내 열 환경, 즉, 핫 존의 영향을 강하게 받는다. 그 때문에, 결정 인상 공정의 진행에 수반하여 핫 존이 변화한 경우에는, 비록 갭을 일정한 거리로 유지하였다고 해도 Gc/Ge 를 0.9A ∼ 1.1A 의 범위 내에 들어가게 할 수 없어, 원하는 인상 속도 마진을 확보할 수 없는 경우가 있다.As described above, the type and distribution of crystal defects contained in the silicon single crystal 8 depend on the ratio V/G of the crystal pulling rate V and the temperature gradient G, and the in-furnace thermal environment surrounding the crystal, that is, the hot zone. are strongly influenced by Therefore, when the hot zone changes with the progress of the crystal pulling process, even if the gap is maintained at a constant distance, G c /G e cannot be made to fall within the range of 0.9A to 1.1A, and the desired pulling speed In some cases, margins cannot be secured.

예를 들어, 도 8 에 나타내는 보디부 육성 공정 S15 의 중반에서는, 실리콘 융액의 상방의 공간에 충분한 길이의 단결정 잉곳이 존재하고 있는 반면, 보디부 육성 공정 S15 의 개시시에는 그와 같은 단결정 잉곳이 존재하지 않기 때문에, 비록 열 차폐체 (10) 가 형성되어 있었다고 해도 공간 내의 열 분포는 다소 상이한 것이 된다. 또 보디부 육성 공정 S15 의 종반에서는, 도가니 내의 원료 융액 (9) 의 감소에 수반하는 실리콘 융액의 고화를 방지하기 위해 히터 (4) 의 출력을 증가시키기 때문에, 이것에 의해 결정 주위의 열 분포도 변화한다. 이와 같이 핫 존이 변화하고 있는 경우에는, 갭을 일정한 거리로 유지하였다고 해도 결정 중의 열 이력이 변화하기 때문에, 결정 결함의 면내 분포를 일정하게 유지할 수 없다.For example, in the middle of the body part growing step S15 shown in Fig. 8, a single crystal ingot of sufficient length exists in the space above the silicon melt, whereas at the start of the body part growing step S15, such a single crystal ingot is formed. Since it does not exist, even if the heat shield 10 was formed, the heat distribution in space will be somewhat different. In addition, at the end of the body portion growing step S15, the output of the heater 4 is increased to prevent solidification of the silicon melt accompanying the decrease of the raw material melt 9 in the crucible. do. When the hot zone is changing in this way, even if the gap is maintained at a constant distance, since the thermal history in the crystal changes, the in-plane distribution of crystal defects cannot be kept constant.

그래서 본 실시형태에서는, 잉곳의 톱에서 보텀까지 갭을 항상 일정한 거리로 유지하는 것이 아니라, 결정 성장 단계에 맞추어 갭을 변화시킨다. 즉, 온도 구배비 Gc/Ge 가 상기 (a) 식 또는 (b) 식을 만족하도록 갭을 변화시킨다. 이와 같이 갭을 변화시킴으로써, 잉곳의 톱에서 보텀까지 결정 결함의 면내 분포를 목표대로 제어할 수 있고, 인상 속도 마진의 저하를 억제하여 무결함 결정의 제조 수율을 향상시킬 수 있다. 갭을 어떻게 변화시키면 인상 속도 마진의 저하를 억제할 수 있을지는, 핫 존에 따라 상이하다. 따라서, 결정의 톱에서 보텀까지 온도 구배비 Gc/Ge 를 0.9A ∼ 1.1A 의 범위 내에 들어가게 하여 결정 결함의 면내 분포를 일정하게 하기 위해서는, 결정 인상 공정의 진행에 수반하여 핫 존이 어떻게 변화하는지를 고려하면서, 결정 성장 단계에 맞춘 갭 프로파일을 적절히 설정할 필요가 있다.Therefore, in the present embodiment, the gap is not always maintained at a constant distance from the top to the bottom of the ingot, but the gap is changed according to the crystal growth stage. That is, the gap is changed so that the temperature gradient ratio G c /G e satisfies the above expression (a) or (b). By changing the gap in this way, the in-plane distribution of crystal defects from the top to the bottom of the ingot can be controlled as desired, and the reduction in the pulling rate margin can be suppressed to improve the manufacturing yield of defect-free crystals. How the gap can be changed to suppress a decrease in the pulling rate margin differs depending on the hot zone. Therefore, in order to keep the temperature gradient ratio G c /G e from the top to the bottom of the crystal within the range of 0.9A to 1.1A to make the in-plane distribution of crystal defects constant, how does the hot zone change with the progress of the crystal pulling process? It is necessary to appropriately set the gap profile according to the crystal growth stage while taking into account whether it changes.

도 12 및 도 13 은, 결정 인상 공정 중의 갭 프로파일과 결정 결함 분포의 관계를 설명하기 위한 모식도로서, 도 12 는 종래의 갭 일정 제어인 경우, 도 13 은 본 발명의 갭 가변 제어인 경우를 각각 나타내고 있다.12 and 13 are schematic diagrams for explaining the relationship between the gap profile and the crystal defect distribution during the crystal pulling process. FIG. 12 is a case of a conventional constant gap control, and FIG. 13 is a case of a variable gap control of the present invention, respectively. is indicating

도 12 에 나타내는 바와 같이, 결정 인상 공정 중 갭을 항상 일정한 거리로 유지하는 갭 일정 제어에서는, 핫 존이 변화함으로써 온도 구배비 Gc/Ge 가 변화하기 때문에, 결정 결함의 면내 분포를 일정하게 유지할 수 없다. 즉, 실리콘 단결정 잉곳 (8I) 의 톱 (Top), 중앙 (Mid), 보텀 (Bot) 에 있어서, 결정 결함의 면내 분포가 상이한 것에 의해, 잉곳 (8I) 의 중앙에서는 Gc/Ge 를 적정화하여 원하는 인상 속도 마진을 확보할 수 있지만, 잉곳 (8I) 의 톱과 보텀에서는 원하는 인상 속도 마진을 확보할 수 없다.As shown in Fig. 12, in the constant gap control for always maintaining the gap at a constant distance during the crystal pulling process, since the temperature gradient ratio G c /G e changes as the hot zone changes, the in-plane distribution of crystal defects is kept constant. can't keep That is, in the top, the center, and the bottom of the silicon single crystal ingot 8I, the in-plane distribution of crystal defects is different, so that G c /G e is optimized at the center of the ingot 8I. Thus, a desired pulling-up speed margin can be secured, but the desired pulling-up speed margin cannot be secured at the top and bottom of the ingot 8I.

이에 반해, 본 발명에서는, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 결정 인상 공정의 진행에 맞추어 갭이 단계적으로 좁아지도록 갭 프로파일을 설정한다. 특히 본 실시형태에 의한 갭 프로파일은, 결정 인상 공정의 개시시부터 갭을 일정하게 유지하는 제 1 갭 일정 제어 구간 (S1), 보디부 육성 공정의 전반에 형성되고 갭을 서서히 저하시키는 제 1 갭 가변 제어 구간 (S2), 갭을 일정하게 유지하는 제 2 갭 일정 제어 구간 (S3), 보디부 육성 공정의 후반에 형성되고 갭을 서서히 저하시키는 제 2 갭 가변 제어 구간 (S4), 결정 인상 공정의 종료까지 갭을 일정하게 유지하는 제 3 갭 일정 제어 구간 (S5) 이 이 순서대로 형성되어 있다. 이와 같은 갭 프로파일은 핫 존의 변화에 맞추어 설정되고, 이로써 도시와 같이 잉곳 (8I) 의 톱에서 보텀까지 결정 결함의 면내 분포를 일정하게 유지하여 무결함 결정의 제조 수율을 높이는 것이 가능해진다.On the other hand, in the present invention, as shown in Fig. 13 , the gap profile is set so that the gap is gradually narrowed in accordance with the progress of the crystal pulling process. In particular, the gap profile according to the present embodiment is a first gap constant control section (S1) in which the gap is kept constant from the start of the crystal pulling process, and a first gap formed in the first half of the body part growing process and gradually lowering the gap. Variable control section (S2), second gap constant control section (S3) for maintaining the gap constant, second gap variable control section (S4) formed at the end of the body part growing process and gradually lowering the gap (S4), crystal pulling process A third constant gap control section S5 for maintaining the gap constant until the end of , is formed in this order. Such a gap profile is set according to the change of the hot zone, and thereby, as shown, it becomes possible to maintain a constant in-plane distribution of crystal defects from the top to the bottom of the ingot 8I, thereby increasing the manufacturing yield of defect-free crystals.

또한 상기의 갭 프로파일은 일례로서, 결정 인상 공정의 진행에 맞추어 갭이 단계적으로 좁아지는 프로파일에 한정되지 않는다. 따라서, 예를 들어 제 1 갭 가변 제어 구간 (S2) 에서 갭을 서서히 저하시키고, 제 2 갭 가변 제어 구간 (S4) 에서 갭을 서서히 증가시키는 것도 가능하다.In addition, the above gap profile is an example, and is not limited to a profile in which the gap is gradually narrowed according to the progress of the crystal pulling process. Therefore, for example, it is also possible to gradually lower the gap in the first variable gap control period S2 and gradually increase the gap in the second variable gap control period S4 .

단결정 (8) 의 외주부의 온도 구배는 중심부의 온도 구배보다 갭의 변화의 영향을 받기 쉽다. 갭이 넓은 경우, 히터 (4) 로부터의 복사열이 갭을 통과하여 단결정 (8) 에 전달되기 쉬워지므로, 단결정 (8) 의 외주부의 온도 구배 Ge 는 상대적으로 작아지고, 온도 구배비 Gc/Ge 는 커진다. 반대로, 갭이 좁은 경우, 히터 (4) 로부터의 복사열이 열 차폐체 (10) 에 의해 차단되어 단결정 (8) 에 전달되기 어려워지므로, 단결정 (8) 의 외주부의 온도 구배 Ge 는 상대적으로 커지고, 온도 구배비 Gc/Ge 는 작아진다. 따라서, 갭을 조정함으로써, 온도 구배비 Gc/Ge 를 용이하게 조정할 수 있다.The temperature gradient of the outer peripheral portion of the single crystal 8 is more susceptible to the influence of the change of the gap than the temperature gradient of the central portion. When the gap is wide, the radiant heat from the heater 4 passes through the gap and is easily transmitted to the single crystal 8, so the temperature gradient Ge of the outer periphery of the single crystal 8 becomes relatively small, and the temperature gradient ratio G c / G e increases. Conversely, when the gap is narrow, the radiant heat from the heater 4 is blocked by the heat shield 10, making it difficult to transmit to the single crystal 8, so that the temperature gradient Ge of the outer periphery of the single crystal 8 becomes relatively large, The temperature gradient ratio G c /G e becomes small. Therefore, by adjusting the gap, the temperature gradient ratio G c /G e can be easily adjusted.

갭 가변 제어를 실시하는 경우, 단순히 도가니 상승 속도를 보정하여 갭을 가변하는 것만으로는, 도가니 상승 속도가 크게 진동하는 현상이 일어나는 경우가 있다. 이와 같은 진동 현상은, 갭 가변 제어에 의해 잉곳 (8I) 의 톱에서 보텀까지 결정 결함의 면내 분포를 일정하게 유지하여 무결함 결정의 제조 수율을 높인다는 목적의 장해가 될 우려가 있다. 그래서 본 발명에서는, 이와 같은 진동 현상을 방지하여, 고품질의 결정을 제조할 수 있도록 한다.In the case of performing the gap variable control, a phenomenon in which the crucible rising speed is greatly oscillated may occur by simply correcting the crucible rising speed and changing the gap. Such a oscillation phenomenon may become an obstacle for the purpose of maintaining a constant in-plane distribution of crystal defects from the top to the bottom of the ingot 8I by the gap variable control and increasing the manufacturing yield of defect-free crystals. Therefore, in the present invention, such a vibration phenomenon is prevented and a high-quality crystal can be manufactured.

다음으로, 도 14 의 기능 블록도를 참조하면서, 본 발명의 갭 가변 제어에 있어서의 도가니 상승 속도의 산출 방법에 대해 설명한다.Next, the calculation method of the crucible rising speed in the gap variable control of this invention is demonstrated, referring a functional block diagram of FIG.

도 14 에 나타내는 바와 같이, 갭 가변 제어 기능은 도가니 상승 속도 산출부 (30) 를 갖고 있다. 도가니 상승 속도 산출부 (30) 는, 실리콘 단결정 (8) 의 인상에 수반하여 변화하는 액면 위치 및 갭을 일정하게 제어하기 위해 필요한 도가니 상승 속도의 정량값 Vf 를 산출하는 정량값 산출부 (31) 와, 갭의 목표값의 변화분으로부터 도가니 상승 속도의 변동값 Va 를 산출하는 변동값 산출부 (32) 와, 갭의 목표값과 갭의 계측값의 차분으로부터 도가니 상승 속도의 보정값 Vadj 를 산출하는 보정값 산출부 (33) 를 갖고, 도가니 구동 기구 (14) 는, 액면 상승 속도 VM 을 출력함과 함께, 정량값 Vf, 변동값 Va 및 보정값 Vadj 의 합계값을 사용하여 도가니의 위치를 제어한다. 또 결정 인상 기구 (15) 는, 결정 길이 ΔLS (결정 인상 속도 VS) 를 출력한다. 화상 처리부 (17) 는, 카메라 (16) 의 촬영 화상으로부터 원료 융액 (9) 의 액면과 열 차폐체 (10) 사이의 갭 및 결정 직경을 계측한다.As shown in FIG. 14 , the gap variable control function has a crucible rising speed calculation unit 30 . The crucible rising rate calculating unit 30 is a quantitative value calculating unit 31 that calculates a quantitative value V f of the crucible rising rate necessary for constant control of the liquid level position and the gap that change with the pulling of the silicon single crystal 8 . ), a variation value calculating unit 32 that calculates a variation value Va of the crucible rising speed from the change in the target value of the gap, and a correction value V of the crucible rising speed from the difference between the target value of the gap and the measured value of the gap It has the correction value calculation part 33 which calculates adj , while the crucible drive mechanism 14 outputs liquid level rising speed V M , and the sum value of quantitative value V f , fluctuation value Va and correction value V adj to control the position of the crucible. Further, the crystal pulling mechanism 15 outputs the crystal length ΔLS (crystal pulling speed V S ) . The image processing unit 17 measures the gap and the crystal diameter between the liquid level of the raw material melt 9 and the heat shield 10 from the captured image of the camera 16 .

갭 가변 제어에서는, 이하에 나타내는 (16) 식을 사용하여 산출한 도가니 상승 속도 VC 에 기초하여 도가니 상승 속도를 제어 주기마다 제어한다.In the gap variable control, the crucible rising speed is controlled for every control cycle based on the crucible rising speed V C calculated using the formula (16) shown below.

VC = Vf + Va + Vadj …(16)V C = V f + V a + V adj … (16)

여기서, Vf 는 갭을 일정하게 유지하기 위해 필요한 도가니 상승 속도의 정량값이며, 갭 일정 제어에 사용되는 도가니 상승 속도이다. 또 Va 는 갭 목표값의 변화분으로부터 구해지는 도가니 상승 속도의 변동값이고, Vadj 는 갭의 현재의 목표값과 실제의 계측값의 차분으로부터 구해지는 도가니 상승 속도의 보정값이다.Here, V f is a quantitative value of the crucible rising speed required to keep the gap constant, and is the crucible rising speed used for controlling the gap constant. In addition, Va is a change value of the crucible rising speed obtained from the change in the gap target value, and V adj is a correction value of the crucible rising speed obtained from the difference between the current target value of the gap and the actual measured value.

도가니 상승 속도의 정량값 Vf 는, 다음의 (17) 식으로부터 구해진다.Quantitative value V f of a crucible raising rate is calculated|required from following (17) Formula.

Vf =((PS × DS 2) ÷ (PL × DC 2)) × (VS - VM) + VM …(17)V f = ((P S × D S 2 ) ÷ ( PL × D C 2 )) × (V S - V M ) + V M … (17)

PS : 실리콘 고체 비중 (=2.33 × 10-3)P S : Silicon solid specific gravity (=2.33 × 10 -3 )

PL : 실리콘 융액 비중 (=2.53 × 10-3)P L : Specific gravity of silicon melt (=2.53 × 10 -3 )

DS : 현재의 결정 직경D S : current crystal diameter

DC : 현재의 석영 도가니의 내경D C : inner diameter of the current quartz crucible

VS : 현재의 결정 인상 속도V S : current crystal raise rate

VM : 전회의 도가니의 상승 속도 (액면 상승 속도)V M : Crucible ascent rate (level rise rate) of the previous time

또 액면 상승 속도 VM 은, 다음의 (18) 식과 같이 된다.In addition, the liquid level rise rate V M becomes the following expression (18).

VM = -((PS × DS 2 × ΔLS) ÷ (PL × DC 2 - PS × DS 2)) + ((PL × DC 2 × ΔLC) ÷ (PL × DC 2 - PS × DS 2)) …(18)V M = -((P S × D S 2 × ΔL S ) ÷ (P L × D C 2 - P S × D S 2 )) + ((P L × D C 2 × ΔL C ) ÷ (P L × D C 2 - P S × D S 2 )) … (18)

ΔLS : 1 제어 주기당 결정 이동량ΔL S : Amount of crystal movement per 1 control cycle

ΔLC : 1 제어 주기당 도가니 이동량ΔL C : Crucible movement per 1 control cycle

이와 같이, 도가니 상승 속도의 정량값 Vf 의 산출에서는, 결정 인상 기구 (15) 로부터의 1 제어 주기당 결정 이동량 (결정 길이) ΔLS 를 취득하고, 결정 직경 DS 와 결정 이동량 ΔLS 로부터 결정 체적의 증가분을 구하고, 결정 체적의 증가분 및 도가니 내경 DC 로부터 융액 체적의 감소분을 산출하고, 또한 융액 체적의 감소분 및 도가니 내경 DC 로부터 도가니 상승 속도의 정량값 Vf 를 산출한다. 결정 직경 DS 는, 카메라 (16) 의 촬영 화상 중에 찍히는 단결정을 화상 처리부 (17) 가 처리함으로써 구해진다. 도가니 내경 DC 는 석영 도가니 (2a) 의 설계 치수로부터 구해지는 고정값이다.In this way, in the calculation of the quantitative value V f of the crucible rising speed, the amount of crystal movement (crystal length) ΔLS per one control cycle from the crystal pulling mechanism 15 is obtained, and determined from the crystal diameter DS and the amount of crystal movement ΔLS An increase in the volume is obtained, an increase in the crystal volume and a decrease in the melt volume are calculated from the inner diameter of the crucible DC, and a quantitative value V f of the crucible rising rate is calculated from the decrease in the melt volume and the inner diameter of the crucible DC . The crystal diameter DS is calculated|required by the image processing part 17 processing the single crystal|crystallization taken in the picked-up image of the camera 16. The crucible inner diameter DC is a fixed value obtained from the design dimensions of the quartz crucible 2a.

액면 상승 속도 VM 이 현재의 결정 인상 속도 VS 와 균형을 이루고 있을 때, 도가니 상승 속도의 정량값 Vf 는 액면 상승 속도 VM 과 동등해지므로, 갭은 일정한 거리로 유지된다. 또 액면 상승 속도 VM 이 현재의 결정 인상 속도 VS 보다 크면 도가니 상승 속도의 정량값 Vf 가 액면 상승 속도 VM 보다 작아지고, 반대로 액면 상승 속도 VM 이 현재의 결정 인상 속도 VS 보다 작으면 도가니 상승 속도의 정량값 Vf 가 액면 상승 속도 VM 보다 커지므로, 갭을 일정하게 유지할 수 있다.When the liquid level rising rate V M is in balance with the current crystal pulling rate V S , the quantitative value V f of the crucible rising rate becomes equal to the liquid level rising rate V M , so that the gap is maintained at a constant distance. Also, if the level rise rate V M is larger than the current crystal pulling rate V S , the quantitative value V f of the crucible rising rate becomes smaller than the level rise rate V M. Since the quantitative value V f of the crucible rising speed is larger than the liquid level rising speed V M , the gap can be kept constant.

도가니 상승 속도의 변동값 Va 는, 다음의 (19) 식과 같이 된다.The variation value Va of the crucible rising speed becomes as follows (19) Formula.

Va = (Hpf_i - Hpf_i+1) ÷ T …(19)V a = (H pf_i - H pf_i+1 ) ÷ T ... (19)

여기서, Hpf_i 는 현재 (i 번째) 의 갭 목표값 (㎜), Hpf_i+1 은 1 제어 주기 후 (i + 1 회째) 의 갭 목표값 (㎜) 이다. 이 갭 목표값은 예를 들어 결정 길이에 따라 설정되고, 1 제어 주기 후의 결정 길이는 현행의 결정 인상 속도 VS 에 제어 주기 T (min) 를 곱하여 얻어지는 결정 길이의 증분으로부터 구할 수 있다. 제어 주기 T 는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 2 분으로 설정할 수 있다. 이와 같이, 도가니 상승 속도의 변동값 Va 는, 현재의 갭 목표값 Hpf_i 와 1 제어 주기 후의 갭 목표값 Hpf_i+1 의 차분으로부터 구해지는 것이다. 갭의 목표값이 변화하지 않고 일정 (Hpf_i+1 = Hpf_i) 한 경우, Va = 0 이 된다. 예를 들어, 갭을 50 ㎜ 에서 51 ㎜ 로 하는 경우, 갭을 1 ㎜ 증가시킬 필요가 있는데, 이와 같은 갭의 목표값의 변화분은 갭 프로파일로부터 알 수 있으므로, 갭을 1 ㎜ 증가시키기 위해 필요한 도가니 상승 속도의 변동값 Va 를 정량값 Vf 에 가산한다.Here, H pf_i is the current (i-th) gap target value (mm), and H pf_i+1 is the gap target value (mm) after one control cycle (i+1 time). This gap target value is set according to the crystal length, for example, and the crystal length after one control period can be obtained from the increment of the crystal length obtained by multiplying the current crystal pulling rate V S by the control period T (min). Although the control period T is not specifically limited, For example, it can set to 2 minutes. In this way, the variation value Va of the crucible rising speed is obtained from the difference between the current gap target value H pf_i and the gap target value H pf_i+1 after one control period. When the target value of the gap is constant (H pf_i+1 = H pf_i ) without changing, V a = 0 . For example, when the gap is changed from 50 mm to 51 mm, it is necessary to increase the gap by 1 mm. Since such a change in the target value of the gap can be known from the gap profile, it is necessary to increase the gap by 1 mm. The fluctuation value Va of the crucible rising speed is added to the quantitative value Vf .

도가니 상승 속도의 보정값 Vadj 는, 다음의 (20) 식과 같이 된다.Correction value V adj of crucible raising speed becomes as following (20) Formula.

Vadj = (Hpf_i - Hi) ÷ T × k …(20)V adj = (H pf_i - H i ) ÷ T × k . (20)

여기서, Hi 는 현재의 갭 계측값 (㎜) 이고, 바람직하게는 최신의 단일값이 아니라 이동 평균값이다. 또 k 는 게인이고, 0.001 이상 0.1 이하인 것이 바람직하다. k 를 예를 들어 0.05 로 설정한 경우, 갭 계측값의 편차가 도가니 상승 속도에 주는 영향이 1/20 로 억제된다. 갭 계측값이 갭 목표값과 동등한 경우, 도가니 상승 보정 속도 Vadj = 0 이다.Here, H i is the current gap measurement value (mm), preferably a moving average value rather than the latest single value. Moreover, k is a gain, and it is preferable that it is 0.001 or more and 0.1 or less. When k is set to, for example, 0.05, the influence of the deviation of the measured gap value on the crucible rising speed is suppressed to 1/20. When the gap measurement value is equal to the gap target value, the crucible raising correction rate V adj = 0.

상기와 같이, 도가니 상승 속도의 정량값 Vf 의 산출에는 석영 도가니 (2a) 의 내경 DC 의 정확한 값이 필요하다. 그러나 석영 도가니 (2a) 는 실리콘의 융점 부근에서는 연화되어, 인상 중에 변형되는 경우가 있기 때문에, 갭의 값은 목표값로부터 괴리된다. 그 밖에도 다양한 요인으로 갭의 값은 목표값으로부터 괴리된다. 그래서 본 실시형태에 있어서는, 융액면에 반사되어 비친 열 차폐체 (10) 의 거울상의 위치로부터 갭을 실제로 측정하여, 원료 융액 (9) 의 감소량으로부터 산출한 도가니 상승 속도로부터 갭의 제어 오차를 산출하고, 이 제어 오차를 해소하는 석영 도가니 (2a) 의 상승 속도의 보정값 Vadj 를 정량값 Vf 에 가산함으로써, 갭을 고정밀도로 제어한다.As described above, the accurate value of the inner diameter DC of the quartz crucible 2a is required for calculation of the quantitative value V f of the crucible rising rate. However, since the quartz crucible 2a softens near the melting point of silicon and may deform during pulling, the value of the gap deviate from the target value. In addition, the gap value deviates from the target value due to various factors. Therefore, in this embodiment, the gap is actually measured from the position of the mirror image of the heat shield 10 reflected by the melt surface, and the control error of the gap is calculated from the crucible rising speed calculated from the decrease amount of the raw melt 9, , by adding the correction value V adj of the rising speed of the quartz crucible 2a which eliminates this control error to the quantitative value V f , the gap is controlled with high precision.

이상과 같이, 도가니 상승 속도 VC 는, 갭을 일정하게 유지하기 위해 필요한 도가니 상승 속도의 정량값 Vf 와, 갭 목표값의 변화분으로부터 구해지는 도가니 상승 속도의 변동값 Va 와, 갭의 목표값과 실제의 계측값의 차분으로부터 구해지는 도가니 상승 속도의 보정값 Vadj 의 합계값으로 이루어지고, 갭 프로파일로부터 구할 수 있는 갭 목표값의 변화분에 대해서는 정량값에 준한 값으로서 갭 계측값과는 관계없이 도가니 상승 속도에 미리 포함시켜 둠으로써, 도가니 상승 속도의 보정값 Vadj 의 변동을 가능한 한 작게 할 수 있다. 즉, 도가니 상승 속도의 보정값 Vadj 가 담당하는 역할이, 갭의 목표값과 계측값의 괴리를 없애기 위한 보정만으로 특화된 것이 되기 때문에, 도가니 상승 속도 진폭량이 커지는 것을 방지할 수 있어, 도가니 상승 속도의 안정적인 제어가 가능해진다.As described above, the crucible rising speed V C is the quantitative value V f of the crucible rising speed required to keep the gap constant, the variation value V a of the crucible rising speed obtained from the change in the gap target value, and the gap It consists of the sum of the correction value V adj of the crucible rising speed obtained from the difference between the target value and the actual measured value. For the change in the gap target value obtained from the gap profile, the measured gap value is a value based on the quantitative value. By including in advance in the crucible rising speed irrespective of this, the fluctuation of the correction value V adj of the crucible rising speed can be made as small as possible. That is, since the role played by the correction value V adj of the crucible rising speed is specialized only by correction for eliminating the gap between the target value and the measured value, it is possible to prevent the crucible rising speed amplitude from increasing, and the crucible rising speed is stable control of

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의한 실리콘 단결정의 육성 방법은, 원료 융액의 액면과 열 차폐체 사이의 갭을 변화시키면서 단결정을 인상하는 갭 가변 제어를 포함하고, 단결정의 중심부의 고액 계면 근방에 있어서의 온도 구배를 Gc, 단결정의 외주부의 고액 계면 근방에 있어서의 온도 구배 Ge 로 하고, A = 0.1769 × Gc + 0.5462 로 할 때, 온도 구배비 Gc/Ge 가 0.9 × A ≤ Gc/Ge ≤ 1.1 × A 를 만족하는 조건에서 갭을 변화시키면서 단결정을 인상하므로, 단결정 육성시에 단결정 중에 작용하는 응력을 고려하면서, 무결함 결정을 양호한 정밀도로 육성할 수 있다.As described above, the method for growing a silicon single crystal according to the present embodiment includes gap variable control for pulling up the single crystal while changing the gap between the liquid level of the raw material melt and the heat shield, and in the vicinity of the solid-liquid interface at the center of the single crystal. Let the temperature gradient of G c and the temperature gradient Ge in the vicinity of the solid-liquid interface of the outer periphery of the single crystal, and A = 0.1769 × G c + 0.5462 , the temperature gradient ratio G c /G e is 0.9 × A ≤ G Since the single crystal is pulled up while changing the gap under the condition that c /G e ≤ 1.1 × A , a defect-free crystal can be grown with high precision while taking the stress acting in the single crystal into consideration when growing the single crystal.

또, 본 실시형태에 의한 실리콘 단결정의 육성 방법은, 결정 길이에 따라 갭 목표값이 변화하는 갭 프로파일을 준비하고, 결정 육성 중에 갭 계측값이 상기 갭 프로파일에 따르도록 도가니 상승 속도 VC 를 제어하므로, 도가니 상승 속도 진폭량이 커지는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 실리콘 단결정의 톱에서 보텀까지 결정 결함의 면내 분포의 변화가 적은 고품질의 실리콘 단결정을 양호한 수율로 제조할 수 있다.Further, in the method of growing a silicon single crystal according to the present embodiment, a gap profile in which a target gap value changes according to a crystal length is prepared, and a crucible rising rate V C is controlled so that a measured gap value conforms to the gap profile during crystal growth. Therefore, it is possible to prevent an increase in the amplitude of the crucible rising speed, and as a result, a high-quality silicon single crystal with little change in the in-plane distribution of crystal defects from the top to the bottom of the silicon single crystal can be manufactured with good yield.

또, 본 실시형태에 있어서는, 갭을 일정하게 유지하기 위해 필요한 도가니 상승 속도의 정량값 Vf 와, 갭의 목표값의 변화분으로부터 갭을 변화시키기 위해 필요한 도가니 상승 속도의 변동값 Va 와, 갭의 목표값과 계측값의 차분을 보정하기 위해 필요한 도가니 상승 속도의 보정값 Vadj 의 합계값을 도가니 상승 속도 VC 로서 사용하므로, 갭 가변 제어에 의해 발생하는 도가니 상승 속도의 제어의 불안정함을 개선할 수 있고, 이로써 결정 취득률을 향상시킬 수 있다.Further, in the present embodiment, a quantitative value V f of the crucible rising rate required to keep the gap constant, and a variation value V a of the crucible rising rate required to change the gap from a change in the target value of the gap, Since the sum of the correction value V adj of the crucible rising speed necessary to correct the difference between the target value of the gap and the measured value is used as the crucible rising speed V C , the control of the crucible rising speed caused by the gap variable control is unstable. can be improved, thereby improving the crystal acquisition rate.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은, 상기의 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하고, 그것들도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것인 것은 말할 것도 없다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, Various changes are possible in the range which does not deviate from the main point of this invention, and they are also within the scope of the present invention. Not to mention what is included.

예를 들어, 상기 실시형태에 있어서는, 도가니 상승 속도의 보정값으로서, 갭 목표값 Hpf_i 와 갭 계측값 Hi 의 차분 (Hpf_i - Hi) 에 제어 주기의 역수 1/T 및 게인 k 를 곱한 값을 사용하고 있지만, 본 발명은 이와 같은 값에 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 계산 방법에 의해 계산한 보정값을 사용할 수 있다.For example, in the said embodiment, as a correction value of a crucible rising speed, the reciprocal 1/T of a control period and gain k to the difference (H pf_i - H i ) between the gap target value H pf_i and the gap measurement value H i Although multiplication values are used, the present invention is not limited to such values, and correction values calculated by various calculation methods can be used.

또 상기 실시형태에 있어서는 실리콘 단결정의 육성 방법을 예로 들었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, CZ 법에 의해 인상되는 여러 가지 단결정을 대상으로 할 수 있다.Moreover, although the method of growing a silicon single crystal was mentioned as an example in the said embodiment, this invention is not limited to this, Various single crystal pulled up by the CZ method can be made into object.

본 발명의 실리콘 단결정의 육성 방법은, OSF 나 COP 나 LD 등의 각종 점 결함이 발생하지 않는 무결함 결정을 육성하는 데에 매우 유용하다.The method for growing a silicon single crystal of the present invention is very useful for growing a defect-free crystal in which various point defects such as OSF, COP, and LD do not occur.

1 : 챔버
2 : 도가니
2a : 석영 도가니
2b : 흑연 도가니
3 : 지지축
4 : 히터
5 : 단열재
6 : 인상축
7 : 종결정
8 : 실리콘 단결정
8I : 실리콘 단결정 잉곳
8a : 넥부
8b : 숄더부
8c : 보디부
8d : 테일부
9 : 원료 융액
10 : 열 차폐체
11 : 수랭체
12 : 가스 도입구
13 : 배기구
14 : 도가니 구동 기구
15 : 결정 인상 기구
16 : 카메라
17 : 화상 처리부
18 : 제어부
30 : 도가니 상승 속도 산출부
31 : 정량값 산출부
32 : 변동값 산출부
33 : 보정값 산출부
1: chamber
2: Crucible
2a: quartz crucible
2b: graphite crucible
3: support shaft
4: Heater
5: Insulation
6: impression shaft
7: seed crystal
8: silicon single crystal
8I: Silicon single crystal ingot
8a: neck
8b: shoulder
8c: body part
8d: tail
9: Raw material melt
10: heat shield
11: water cooling body
12: gas inlet
13: exhaust port
14: crucible driving mechanism
15: crystal lifting mechanism
16 : camera
17: image processing unit
18: control unit
30: crucible rising speed calculation unit
31: quantitative value calculation unit
32: variable value calculation unit
33: correction value calculation unit

Claims (10)

챔버 내에 배치한 도가니 내의 원료 융액으로부터 직경이 300 ㎜ 이상인 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 육성 방법으로서,
육성 중의 단결정을 둘러싸는 수랭체를 배치함과 함께, 이 수랭체의 외주면 및 하단면을 포위하는 열 차폐체를 배치한 단결정 육성 장치를 사용하고,
상기 원료 융액의 액면과 상기 원료 융액의 상방에 배치된 상기 열 차폐체 사이의 갭을 변화시키면서 상기 단결정을 인상하는 갭 가변 제어를 포함하고,
상기 단결정의 중심부의 고액 계면 근방에 있어서의 인상축 방향의 온도 구배를 Gc, 상기 단결정의 외주부의 고액 계면 근방에 있어서의 인상축 방향의 온도 구배를 Ge, A = 0.1769 × Gc + 0.5462 로 할 때, 0.9 × A ≤ Gc/Ge ≤ 1.1 × A 를 만족하는 조건에서 상기 단결정의 인상을 실시하고,
상기 갭 가변 제어는,
상기 단결정의 인상에 수반하여 변화하는 상기 갭을 일정한 거리로 유지하기 위해 필요한 도가니 상승 속도의 정량값과,
상기 갭의 목표값의 변화분으로부터 구해지는 상기 도가니 상승 속도의 변동값과,
상기 갭의 상기 목표값과 실제의 계측값의 차분으로부터 구해지는 상기 도가니 상승 속도의 보정값의 합계값을 사용하여 상기 도가니 상승 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 육성 방법.
A method for growing a silicon single crystal by the Czochralski method in which a single crystal having a diameter of 300 mm or more is pulled from a melt of a raw material in a crucible disposed in a chamber, the method comprising:
A single crystal growing device in which a water cooling body surrounding the single crystal during growth is disposed and a heat shield surrounding the outer peripheral surface and the lower end surface of the water cooling body is disposed;
and a gap variable control for pulling up the single crystal while changing a gap between the liquid level of the raw material melt and the heat shield disposed above the raw material melt,
The temperature gradient in the pulling axis direction in the vicinity of the solid-liquid interface at the center of the single crystal is G c , and the temperature gradient in the pulling axis direction in the vicinity of the solid-liquid interface in the outer periphery of the single crystal is G e , A = 0.1769 × G c + 0.5462 When the single crystal is pulled under the conditions satisfying 0.9 × A ≤ G c /G e ≤ 1.1 × A,
The gap variable control is
a quantitative value of the crucible rising speed required to maintain the gap, which changes with the pulling of the single crystal, at a constant distance;
a change value of the crucible rising speed obtained from a change in the target value of the gap;
The method for growing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the crucible rising speed is controlled by using the sum of the correction values of the crucible rising speed obtained from the difference between the target value of the gap and the actual measured value.
제 1 항에 있어서,
상기 단결정의 인상에 수반하는 상기 단결정의 체적의 증가분으로부터 상기 원료 융액의 체적의 감소분을 구하고, 상기 원료 융액의 체적의 감소분 및 상기 도가니의 내경으로부터 상기 정량값을 구하는, 실리콘 단결정의 육성 방법.
The method of claim 1,
A method for growing a silicon single crystal, wherein a decrease in the volume of the raw material melt is obtained from an increase in the volume of the single crystal accompanying pulling up the single crystal, and the quantitative value is obtained from a decrease in the volume of the raw material melt and the inner diameter of the crucible.
제 1 항에 있어서,
상기 갭의 목표값의 변화분은, 상기 단결정의 인상에 수반하여 변화하는 결정 길이와 갭의 목표값의 관계를 규정한 갭 프로파일로부터 구하는, 실리콘 단결정의 육성 방법.
The method of claim 1,
A method for growing a silicon single crystal, wherein the change in the target value of the gap is obtained from a gap profile that defines a relationship between a crystal length that changes with pulling of the single crystal and a target value of the gap.
제 3 항에 있어서,
상기 보정값은, 상기 갭 프로파일로부터 구해지는 상기 갭의 목표값과 상기 갭의 계측값의 차분으로부터 구하는, 실리콘 단결정의 육성 방법.
4. The method of claim 3,
The said correction value is calculated|required from the difference between the target value of the said gap calculated|required from the said gap profile, and the measured value of the said gap.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 갭 프로파일은, 상기 갭을 일정한 거리로 유지하는 적어도 하나의 갭 일정 제어 구간과, 상기 갭을 서서히 변화시키는 적어도 하나의 갭 가변 제어 구간을 포함하는, 실리콘 단결정의 육성 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The gap profile includes at least one gap constant control section for maintaining the gap at a constant distance, and at least one gap variable control section for gradually changing the gap, the silicon single crystal growing method.
제 5 항에 있어서,
상기 갭 가변 제어 구간은, 상기 단결정의 보디부 육성 공정의 후반으로서 상기 갭 일정 제어 구간의 뒤에 형성되어 있는, 실리콘 단결정의 육성 방법.
6. The method of claim 5,
The method for growing a silicon single crystal, wherein the gap variable control section is formed after the constant gap control section as a second half of the step of growing the body portion of the single crystal.
제 5 항에 있어서,
상기 갭 가변 제어 구간은, 상기 단결정의 보디부 육성 공정의 전반으로서 상기 갭 일정 제어 구간의 앞에 형성되어 있는, 실리콘 단결정의 육성 방법.
6. The method of claim 5,
The method for growing a silicon single crystal, wherein the gap variable control section is formed before the constant gap control section as a first half of the single crystal body portion growing process.
제 5 항에 있어서,
상기 갭 프로파일은, 상기 갭을 서서히 변화시키는 제 1 및 제 2 갭 가변 제어 구간을 포함하고,
상기 제 1 갭 가변 제어 구간은, 상기 단결정의 보디부 육성 공정의 전반으로서 상기 갭 일정 제어 구간의 앞에 형성되어 있고,
상기 제 2 갭 가변 제어 구간은, 상기 단결정의 보디부 육성 공정의 후반으로서 상기 갭 일정 제어 구간의 뒤에 형성되어 있는, 실리콘 단결정의 육성 방법.
6. The method of claim 5,
The gap profile includes first and second gap variable control sections for gradually changing the gap,
The first variable-gap control section is formed before the constant-gap control section as the first half of the single-crystal body part growing process,
and the second variable-gap control section is formed after the constant-gap control section as a second half of the single-crystal body portion growing process.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
카메라로 촬영한 상기 원료 융액의 액면에 비치는 상기 열 차폐체의 거울상의 위치로부터 상기 갭의 계측값을 산출하는, 실리콘 단결정의 육성 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
A method for growing a silicon single crystal, wherein the measured value of the gap is calculated from the position of the mirror image of the heat shield reflected on the liquid level of the raw material melt photographed with a camera.
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