KR20180101586A - Manufacturing method of silicon single crystal - Google Patents

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Abstract

[과제] 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법에 있어서, 결정 휨이나 융액으로부터의 절단 분리에 따른 단결정화율의 저하를 방지하면서, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 기판 재료로서 사용한 경우에 에피 결함의 발생을 억제한다.
[해결 수단] 결정 직경이 일정하게 유지된 바디부(3c)를 육성하는 바디부 육성 공정과, 결정 직경이 서서히 작아진 테일부(3d)를 육성하는 테일부 육성 공정을 포함하고, 석영 도가니(11)의 상방에 배치된 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로서 열차폐체(17)의 내측에 배치된 수냉체(18)를 이용하여 실리콘 융액(2)으로부터 인상된 실리콘 단결정(3)을 냉각한다. 테일부 육성 공정에서는 테일부(3d)의 육성 시작 시부터 종료 시까지 바디부 육성 종료 시에 있어서의 인상 속도와 동일한 인상 속도로 실리콘 단결정(3)을 인상한다.
A method of manufacturing a silicon single crystal by a Czochralski method is disclosed in which the occurrence of an epitaxial defect occurs when used as a substrate material of an epitaxial silicon wafer while preventing a decrease in the single crystalization ratio due to crystal warpage or cutting separation from a melt .
[MEANS FOR SOLVING PROBLEMS] A method for manufacturing a quartz crucible comprising a body part growing step for growing a body part (3c) having a constant crystal diameter and a step for raising a step part (3d) with a gradually reduced crystal diameter, Pulled up from the silicon melt 2 by using the water cooling body 18 disposed inside the heat shield 17 above the lower end 17b of the heat shield 17 disposed above the silicon monocrystals 3 ). In the tail portion growing step, the silicon single crystal 3 is pulled up at the same pulling speed as the pulling speed at the termination of the body portion growth from the start to the end of the growth of the tail portion 3d.

Description

실리콘 단결정의 제조 방법Manufacturing method of silicon single crystal

본 발명은, 초크랄키법(이하, CZ법이라고 함)에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 실리콘 단결정 잉곳의 테일부(tail portion)를 육성하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of producing a silicon single crystal by a chiral key method (hereinafter referred to as a CZ method), and more particularly to a method of growing a tail portion of a silicon single crystal ingot.

반도체 디바이스의 기판 재료로서 에피택셜 실리콘 웨이퍼가 널리 사용되고 있다. 에피택셜 실리콘 웨이퍼는 벌크 실리콘 기판의 표면에 에피택셜층을 형성한 것으로서, 결정의 완전성이 높기 때문에 고품질이고 신뢰성이 높은 반도체 디바이스를 제조하는 것이 가능하다. Background Art Epitaxial silicon wafers are widely used as substrate materials for semiconductor devices. The epitaxial silicon wafer is obtained by forming an epitaxial layer on the surface of a bulk silicon substrate. Since the epitaxial silicon wafer has high crystal completeness, it is possible to manufacture a semiconductor device of high quality and high reliability.

에피택셜 실리콘 웨이퍼의 기판 재료가 되는 실리콘 단결정의 대부분은 CZ법에 의해 제조된다. CZ법에서는, 석영 도가니 내에 다결정 실리콘 등의 원료를 충전하고, 챔버 내에서 실리콘 원료를 가열하여 융해(融解)한다. 다음, 인상축의 하단에 부착된 종결정을 석영 도가니의 상방으로부터 강하시켜 실리콘 융액(融液)에 접촉시키고, 종결정(種結晶, seed crystal) 및 석영 도가니를 회전시키면서 종결정을 서서히 상승시킴으로써, 종결정의 하방에 큰 직경의 단결정을 성장시킨다. Most of the silicon single crystal serving as the substrate material of the epitaxial silicon wafer is produced by the CZ method. In the CZ method, a raw material such as polycrystalline silicon is filled in a quartz crucible, and the silicon raw material is heated and melted in the chamber. Then, the seed crystal adhered to the lower end of the pulling axis is lowered from above the quartz crucible, brought into contact with the silicon melt, and the seed crystals are gradually raised while rotating the seed crystal and the quartz crucible, A large diameter single crystal is grown under the termination definition.

에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법으로서, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 실리콘 단결정 잉곳을 인상할 때, 인상 도중의 1030 ~ 920℃의 온도 영역을 1.0℃/분 이상의 냉각 속도로, 계속해서 920 ~ 720℃의 온도 영역을 0.5℃/분 이하의 냉각 속도로 성장시킨 실리콘 단결정을 육성한 후, 해당 단결정으로부터 잘라낸 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성하는 것이 기재되어 있다. OSF(Oxygen induced Stacking Fault : 산소 유기 적층 결함)의 핵이 성장하기 쉬운 온도 영역(1030 ~ 920℃)을 빠르게 통과시켜 OSF 핵 사이즈를 매우 작게 함으로써 OSF에 기인하는 에피택셜 결함(이하, 에피 결함이라고 함)의 발생을 억제하는 것이 가능하다. As a method of manufacturing an epitaxial silicon wafer, for example, Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a silicon single crystal ingot in which the temperature range of 1030 to 920 占 폚 during pulling is set at a cooling rate of 1.0 占 폚 / min or more, The silicon single crystal is grown at a cooling rate of 0.5 deg. C / min or less, and then an epitaxial layer is formed on the surface of the wafer cut out from the single crystal. An epitaxial defect due to OSF (hereinafter, referred to as an " epitaxial defect ") is generated by rapidly passing through a temperature region (1030 to 920 ° C) in which nuclei of OSF (Oxygen induced stacking fault) ) Can be suppressed.

단결정의 인상 공정에서는, 단결정을 무전위화(無轉位(dislocation)化)하기 위해 대시 넥(Dash neck)법에 의해 결정 직경을 가늘게 수축(contraction)시키는 네킹 공정, 결정 직경을 서서히 증가시키는 숄더부(shoulder portion) 육성 공정, 결정 직경을 일정하게 유지하면서 결정 성장을 진행하는 바디부(body portion) 육성 공정, 결정 직경을 서서히 수축시켜 원뿔형상의 테일부를 형성하는 테일부 육성 공정이 차례로 수행된다. 이 중, 테일부 육성 공정은, 결정 성장 계면에 존재한 융액과 단결정과의 사이의 열균형이 무너져 결정에 급격한 열충격이 가해지고, 슬립 전위나 산소 석출 이상 등의 품질 이상이 발생하는 것을 방지하면서 단결정을 융액으로부터 절단 분리(切離)하기 위해 필요한 공정이다. In the single crystal pulling up process, a necking process for finely contraction of the crystal diameter by a dash neck method in order to disjoint single crystals, a step for gradually increasing the crystal diameter, a body portion growing process for growing crystal while a crystal diameter is kept constant, and a tail portion growing process for gradually reducing the crystal diameter and forming a conical tail portion are performed in sequence. Among these processes, the step of growing the crystal grains is a process in which the thermal balance between the melt and the single crystal at the crystal growth interface is collapsed, a sharp thermal shock is applied to the crystal, and quality defects such as slip dislocation and oxygen precipitation abnormality are prevented This is a necessary step for cutting and separating the single crystal from the melt.

테일부 육성 공정에 관해, 예를 들면 특허 문헌 2에는, 잉곳의 단말 콘부(테일부)의 인상 속도를, 잉곳의 본체부(바디부)의 제2 절반에 관한 인상 속도와 동등한 비교적 일정한 속도로 유지하고, 나아가 필요하다면, 히터에 공급하는 전력(열량)을 증대시키거나, 혹은 결정 회전 속도나 도가니 회전 속도를 감소시킴으로써 균일한 열이력(熱履歷)을 갖는 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 것이 기재되어 있다. Regarding the tail portion growing process, for example, Patent Document 2 discloses that the pulling rate of the terminal cone portion of the ingot (the tail portion) is set at a relatively constant speed equivalent to the pulling speed of the second half of the ingot body portion (body portion) Crystal silicon ingot having a uniform heat history (heat history) is produced by increasing the power (heat amount) supplied to the heater, or decreasing the crystal rotation speed or the crucible rotation speed, if necessary have.

(특허 문헌 1)(Patent Document 1) 일본 특허 공개 2010-30856호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-30856 (특허 문헌 2)(Patent Document 2) 일본 특허 공개 평 10-95698호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 10-95698

특허 문헌 1에서는, 수냉체(水冷體)를 구비한 단결정 인상 장치가 사용되고, 단결정 육성 시의 인상 속도 및 결정화 직후의 단결정의 인상축 방향의 온도 구배를 제어하고 있다. 그러나, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 기판 재료로서 사용되는 부분은, 결정 직경이 일정하게 유지된 바디부(직동부(直胴部))이고, 테일부는 웨이퍼 제품으로서 사용되지 않는 부위이다. 그 때문에, 특허 문헌 1에는 바디부의 냉각 조건이 기재되어 있으나, 테일부에 있어서의 인상 속도, 히터 파워, 단결정의 회전 속도 등의 구체적인 인상 조건은 기재되어 있지 않다. In Patent Document 1, a single crystal pulling apparatus provided with a water-cooled body is used, and the pulling rate at the time of growing the single crystal and the temperature gradient in the pulling axis direction of the single crystal immediately after crystallization are controlled. However, the portion used as the substrate material of the epitaxial silicon wafer is a body portion (straight body portion) in which the crystal diameter is kept constant, and the tail portion is a portion not used as a wafer product. Therefore, although the cooling condition of the body portion is described in Patent Document 1, the specific pulling conditions such as the pulling speed, the heater power, and the rotating speed of the single crystal in the tees are not described.

테일부의 육성에서는, 단결정의 인상 속도를 빠르게 하여 결정 직경을 서서히 수축시키는 제어가 일반적이다. 단결정의 인상 속도를 빠르게 함으로써 테일 수축을 용이하게 수행할 수 있고, 게다가 테일부 육성 기간이 짧아짐으로써 제조 비용의 저감으로 이어지기 때문이다. 또한 상기와 같이 테일부는 웨이퍼 제품이 되지 않는 부위로서, 인상 속도를 빠르게 함으로써 테일부 자체의 결정 품질이 저하하여도 문제가 되지 않는다. 이러한 이유에서, 종래의 일반적인 테일부 육성 공정에서는, 단결정의 인상 속도를 빠르게 하는 제어가 수행되고 있으며, 특허 문헌 1에 있어서도 테일 수축(tail tapering)하기 쉬운 조건이 채용되고 있는 것이라고 생각된다. In the cultivation of the tail portion, control is generally performed in which the pulling speed of the single crystal is increased to gradually shrink the crystal diameter. The tailing shrinkage can be easily performed by increasing the pulling rate of the single crystal, and further, the period of growing the tail portion is shortened, leading to a reduction in the manufacturing cost. Also, as described above, the tail portion is a portion that is not a wafer product, and even if the crystal quality of the tee itself deteriorates by raising the pulling speed, it does not become a problem. For this reason, in the conventional general tail portion growing process, control for increasing the pulling speed of the single crystal is being performed, and in Patent Document 1, it is considered that the condition that tends to tail taper is adopted.

하지만, 테일부 육성 공정에 있어서 단결정의 인상 속도를 빠르게 하는 경우에는 결정 휨(굴곡)이나 단결정이 실리콘 융액으로부터 갑자기 절단 분리됨으로써 단결정이 유전위화되는 리스크가 있다. However, when the pulling speed of the single crystal is increased in the step of growing the single crystal, there is a risk that the crystal deflection (bending) or the single crystal is suddenly cut off from the silicon melt and thus the single crystal is damaged.

특허 문헌 2에는, 테일부의 인상 속도를, 바디부의 후반의 인상 속도와 동등한 비교적 일정한 속도로 유지하는 것이 기재되어 있다. 이와 같이 테일부의 인상 속도를 일정하게 하는 제어는, 얼핏 보면 단결정의 바디부 전체에 걸쳐 비교적 일정한 냉각 속도 및 체류 시간을 갖는 것처럼 생각된다. Patent Document 2 discloses that the pulling-up speed of the tail portion is maintained at a relatively constant speed equivalent to the pulling-up speed of the latter half of the body portion. As described above, the control for keeping the pulling speed of the tail portion constant is considered to have a relatively constant cooling rate and residence time over the entire body portion of the single crystal at a glance.

하지만, 테일부의 인상 속도를 바디부와 동일한 속도로 한 경우에는, 종래의 테일부 육성 공정보다 단결정의 인상 속도를 느리게 하고 있게 되므로, 실리콘 융액으로부터 인상된 실리콘 단결정이 OSF 핵 형성 온도 영역에 체재하는 시간이 실제로는 길어져, 에피 결함이 증대될 우려가 있다. However, when the pulling speed of the tail portion is set to the same speed as that of the body portion, the pulling speed of the single crystal is slower than that of the conventional tail portion growing process, so that the silicon single crystal pulled up from the silicon melt stays in the OSF nucleation temperature region The time actually becomes longer, and there is a fear that the epitaxial defect is increased.

또한 테일부 육성 공정에서는 결정 직경이 서서히 감소함으로써 도 8에 도시한 바와 같이 열차폐체(17)와 실리콘 단결정(3)과의 간격(D)이 넓어지고, 실리콘 융액(2) 등으로부터의 열이 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이 상방으로 확산되어 결정화 직후의 실리콘 단결정(3)의 주위가 고온화된다. 이와 같은 환경 하에서 실리콘 단결정(3)의 테일부(3d)를 바디부(3c)와 동일한 인상 속도로 천천히 인상한 경우에는, 실리콘 단결정(3)의 주위의 고온화의 영향이 더 커진다. 즉, 실리콘 융액(2)으로부터 인상된 실리콘 단결정(3)이 OSF 핵 형성 온도 영역에 체재하는 시간이 더 길어져, 에피 결함이 증대되게 된다. In addition, the crystal diameter gradually decreases in the step of raising the tail portion, so that the distance D between the heat shield 17 and the silicon single crystal 3 is widened as shown in Fig. 8 and the heat from the silicon melt 2, The silicon single crystal 3 is diffused upward as indicated by a white arrow, and the temperature of the periphery of the silicon single crystal 3 immediately after crystallization is increased. Under such an environment, when the tail portion 3d of the silicon single crystal 3 is slowly pulled up at the same pulling speed as that of the body portion 3c, the influence of the high temperature around the silicon single crystal 3 becomes larger. That is, the time taken for the silicon single crystal 3 pulled up from the silicon melt 2 to stay in the OSF nucleation temperature region becomes longer, and the epitaxial defect is increased.

나아가, 바디부(3c)를 인상하는 경우와 달리, 테일부(3d)는 결정 직경이 감소하여 결정을 인상하는 상태가 시시각각으로 변화하기 때문에 유전위화되기 쉽다. 또한, 테일부 육성 공정에서는 도가니 내의 융액량이 적어 도가니 바닥부에서 융액을 보유 유지(保持)하기 때문에, 테일부(3d)의 인상 진행에 따라 도가니 내의 융액의 상태도 시시각각으로 변화하여, 유전위화되기 쉽다. 그 때문에, 테일부(3d)를 바디부(3c)와 동일한 속도로 인상한 경우에는 테일부(3d)의 인상 완료까지 요하는 시간이 매우 길어져, 테일부(3d)에서의 유전위화의 리스크가 증대된다는 문제가 있다. Furthermore, unlike the case where the body portion 3c is pulled up, the state of the frame portion 3d is reduced due to a decrease in the crystal diameter and the state of pulling up the crystal instantaneously. In addition, since the amount of the melt in the crucible is small, the melt is retained (held) in the bottom of the crucible, so that the state of the melt in the crucible also changes momentarily with the progress of pulling of the tail portion 3d, easy. Therefore, when the frame portion 3d is pulled up at the same speed as that of the body portion 3c, the time required until the completion of the pulling up of the frame portion 3d becomes very long, There is a problem that it is increased.

따라서, 본 발명의 목적은, 결정 휨이나 융액으로부터의 절단 분리에 따른 단결정화율의 저하를 방지하면서, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 기판 재료로서 사용한 경우에 에피 결함의 발생을 억제하는 것이 가능한 실리콘 단결정의 제조 방법을 제공하는 것에 있다. It is therefore an object of the present invention to provide a method for manufacturing a silicon single crystal capable of suppressing the occurrence of an epitaxial defect when used as a substrate material of an epitaxial silicon wafer while preventing deterioration of the single crystalization ratio due to crystal warpage or cutting- And to provide a method.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 실리콘 단결정의 제조 방법은, 석영 도가니 내의 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법으로서, 결정 직경이 일정하게 유지된 바디부를 육성하는 바디부 육성 공정과, 결정 직경이 서서히 감소한 테일부를 육성하는 테일부 육성 공정을 포함하고, 상기 석영 도가니의 상방에 배치된 열차폐체의 하단보다 상방으로서 상기 열차폐체의 내측에 배치된 수냉체를 이용하여 상기 실리콘 융액으로부터 인상된 상기 실리콘 단결정을 냉각하고, 상기 테일부 육성 공정에서는 상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 바디부 육성 종료 시에 있어서의 인상 속도와 동일한 인상 속도로 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것을 특징으로 한다. In order to solve the above problems, a manufacturing method of a silicon single crystal according to the present invention is a manufacturing method of a silicon single crystal by a Czochralski method for pulling up a silicon single crystal from a silicon melt in a quartz crucible, And a step of raising a tail portion in which a crystal portion having a gradually decreasing crystal diameter is grown. The method of manufacturing a quartz crucible according to any one of claims 1 to 3, The silicon single crystal being pulled up from the silicon melt by using a sieve to cool the silicon single crystal, and in the step of raising the tail portion, the step of raising the tail portion is completed, And the silicon single crystal is pulled up.

테일부 육성 공정에서는 결정 직경이 서서히 작아짐에 따라 열차폐체와 단결정과의 사이의 횡방향의 틈새가 서서히 넓어져, 열차폐체에 의해 차폐되던 열이 상방으로 확산되어, 실리콘 단결정이 잘 냉각되지 않게 된다. 또한, 테일부 육성 공정에 있어서 열차폐체와 도가니와의 접촉을 피하기 위해 석영 도가니의 상승을 정지하는 경우에는, 융액면의 저하에 의해 열차폐체와 융액면과의 간격이 서서히 넓어져, 석영 도가니로부터의 복사열이 상방으로 더 확산되기 쉬워진다. 그 때문에, 테일부 부근의 바디부의 결정 품질은 열의 영향을 받아 탑(top) 측의 결정 품질과 다른 것이 된다. 즉, 1020 ~ 980℃의 온도 영역의 체재 시간이 길어져 서냉 상태가 되어, 에피 결함이 발생하기 쉬운 큰 OSF 핵을 포함하는 결정이 된다. As the crystal diameter gradually decreases in the tail portion growing process, the lateral gap between the heat shield and the single crystal is gradually widened so that the heat shielded by the heat shield is diffused upward, and the silicon single crystal is not cooled well . Further, in the case of stopping the rise of the quartz crucible in order to avoid contact between the heat shield and the crucible in the tail portion growing process, the distance between the heat shield and the melt surface is gradually widened by the lowering of the melt surface, The radiant heat of the light emitting diode is more likely to spread upward. Therefore, the crystal quality of the body part in the vicinity of the tees is influenced by heat and is different from the crystal quality of the top side. That is, the stay time in the temperature range of 1020 to 980 占 폚 becomes long and becomes a slow cooling state, and crystal containing a large OSF nucleus, which easily causes an epitaxial defect, is obtained.

하지만, 본 발명에 따르면, 열차폐체의 상방의 인상 경로의 주위에 수냉체가 마련되어 있으므로, 단결정의 인상 속도를 빠르게 하지 않고, 결정화 직후의 실리콘 단결정이 OSF 핵 형성 온도 영역에 체재하는 기간을 짧게 할 수 있다. 따라서, 결정의 휨이나 결정이 융액으로부터 절단되어 분리됨에 따른 단결정화율의 저하가 방지되고, 에피택셜층 형성 시에 에피 결함의 발생을 억제하는 것이 가능한 실리콘 단결정을 제조할 수 있다. However, according to the present invention, since the water cooling body is provided around the lifting path above the heat shield, the lifting speed of the single crystal is not increased, and the period during which the silicon single crystal immediately after crystallization stays in the OSF nucleation temperature region can be shortened have. Therefore, it is possible to manufacture a silicon single crystal capable of suppressing the decrease in the single crystalization ratio due to crystal defects or crystals being separated from the melt and separating, and suppressing the occurrence of epitaxial defects at the time of forming the epitaxial layer.

상기 테일부 육성 공정에서는, 상기 실리콘 단결정의 상기 바디부의 1020℃부터 980℃까지의 온도 영역을 15분 이내에 통과하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 실리콘 융액으로부터 인상된 실리콘 단결정이 OSF 핵 형성 온도 영역을 재빨리 통과함으로써, 실리콘 단결정 중의 OSF 핵 사이즈를 작게 할 수 있다. 따라서, 단결정 잉곳으로부터 잘려나온 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성했을 때 OSF에 기인하는 에피 결함의 발생을 억제할 수 있다. In the step of raising the tessellation, it is preferable that the temperature range from 1020 ° C to 980 ° C of the body portion of the silicon single crystal is passed within 15 minutes. As described above, the silicon single crystal pulled up from the silicon melt quickly passes through the OSF nucleation temperature region, so that the OSF nucleus size in the silicon single crystal can be reduced. Therefore, when the epitaxial layer is formed on the surface of the silicon wafer cut out from the single crystal ingot, generation of epi-defects due to OSF can be suppressed.

본 발명에 따른 실리콘 단결정의 제조 방법은, 상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터의 파워를 점진적으로 증가시킴과 아울러, 상기 테일부의 육성 종료 시에 있어서의 상기 히터의 파워를 상기 테일부의 육성 시작 시에 있어서의 상기 히터의 파워의 1.1배 이상 1.5배 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 결정 휨이나 실리콘 융액으로부터의 단결정의 절단 분리를 방지하면서 테일 수축을 구현할 수 있다. The method for manufacturing a silicon single crystal according to the present invention is characterized in that the power of the heater for heating the silicon melt is gradually increased from the start to the end of the growth of the tail portion and at the same time, It is preferable that the power is set to be not less than 1.1 times and not more than 1.5 times the power of the heater at the start of cultivation of the tail portion. According to this, tail shrinkage can be realized while avoiding crystal bending or cutting and separation of the single crystal from the silicon melt.

상기 테일부 육성 공정에서는 상기 열차폐체와 상기 실리콘 융액과의 간격이 일정해지도록 상기 석영 도가니를 상승시키는 것이 바람직하다. 테일부 육성 공정 종료까지 석영 도가니를 상승시켜 융액면의 높이 위치를 일정하게 유지함으로써, 석영 도가니로부터의 복사 열의 영향을 억제할 수 있고, OSF 핵 형성 온도 영역의 확장을 억제할 수 있다. It is preferable that the quartz crucible is elevated so that the interval between the heat shield and the silicon melt becomes constant in the teeming step. The quartz crucible is elevated up to the end of the tail finishing step to keep the height position of the melt surface constant so that the influence of radiant heat from the quartz crucible can be suppressed and expansion of the OSF nucleation temperature region can be suppressed.

상기 테일부 육성 공정에서는 상기 석영 도가니 혹은 상기 실리콘 단결정의 회전 속도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하고, 상기 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 것도 또한 바람직하다. 상기 테일부 육성 공정에서는 석영 도가니 내의 융액량이 적고, 또한, 도가니 바닥부에서 융액을 보유 유지하기 때문에, 석영 도가니의 회전 속도의 변화의 영향을 융액이 받기 쉽고, 융액의 상태가 불안정하기 때문에, 회전 속도를 일정하게 유지함으로써 융액 상태의 안정화를 도모하고, 실리콘 단결정의 유전위화의 리스크를 저감시킬 수 있다. 마찬가지로, 실리콘 단결정의 회전 속도를 일정하게 함으로써, 혹은 실리콘 융액에 자기장을 인가함으로써, 테일부 육성 공정에 있어서의 융액 상태의 안정화가 도모되고, 실리콘 단결정의 유전위화의 리스크를 저감시킬 수 있다. 또한 석영 도가니 및 실리콘 단결정의 회전 속도는 실질적으로 일정하면 되고, ±2rpm 이내의 변동은 허용 범위이다. It is preferable that the rotational speed of the quartz crucible or the silicon single crystal is kept constant in the step of raising the tail portion, and it is also preferable to apply a magnetic field to the silicon melt. Since the amount of the melt in the quartz crucible is small and the melt is retained in the bottom of the crucible, the effect of the change in the rotational speed of the quartz crucible is susceptible to the melt and the state of the melt is unstable. By keeping the speed constant, it is possible to stabilize the melt state and reduce the risk of the dielectric loss of the silicon single crystal. Likewise, by stabilizing the rotation speed of the silicon single crystal or by applying a magnetic field to the silicon melt, stabilization of the melt state in the step of raising the tail portion can be achieved, and the risk of dielectric loss of the silicon single crystal can be reduced. Further, the rotation speed of the quartz crucible and the silicon single crystal should be substantially constant, and variation within ± 2 rpm is acceptable.

본 발명에 따르면, 결정 휨이나 융액으로부터의 절단 분리에 따른 단결정화율의 저하를 방지하면서, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 기판 재료로서 사용한 경우에 에피 결함의 발생을 억제하는 것이 가능한 실리콘 단결정의 제조 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a silicon single crystal capable of suppressing the occurrence of an epi-defect when used as a substrate material of an epitaxial silicon wafer while preventing a decrease in the single crystalization ratio due to crystal bending or cutting separation from the melt can do.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 단결정 제조 장치의 구성을 개략적으로 보인 측면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 실리콘 단결정의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 형상을 보인 개략 단면도이다.
도 4는 테일부 육성 공정 중의 단결정의 인상 상황을 보인 개략 단면도이다.
도 5는 단결정의 인상 속도 및 히터 파워의 변화를 보인 시퀀스도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 단결정 제조 장치의 구성을 개략적으로 보인 측면 단면도이다.
도 7은 단결정의 인상 위치와 단결정의 OSF 핵 형성 온도 영역(1020 ~ 980℃의 영역)의 통과 시간과의 관계를 보인 그래프이다.
도 8은 테일부 육성 공정에 있어서의 종래의 문제점을 설명하기 위한 모식도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention; FIG.
2 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view showing the shape of a silicon single crystal ingot.
4 is a schematic cross-sectional view showing the pull-up state of the single crystal during the tail portion growing process.
FIG. 5 is a sequence diagram showing changes in pulling rate and heater power of a single crystal.
6 is a side sectional view schematically showing a configuration of a single crystal producing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the relationship between the pull-up position of the single crystal and the passing time of the OSF nucleation temperature region (1020 to 980 ° C region) of the single crystal.
Fig. 8 is a schematic view for explaining a conventional problem in the teat portion growing process. Fig.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 단결정 제조 장치의 구성을 개략적으로 보인 측면 단면도이다. 1 is a side sectional view schematically showing a configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 단결정 제조 장치(1A)는, 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 있어서 실리콘 융액(2)을 보유 유지하는 석영 도가니(11)와, 석영 도가니(11)를 보유 유지하는 그라파이트로 된 서셉터(12)와, 서셉터(12)를 지지하는 회전 샤프트(13)와, 회전 샤프트(13)를 회전 및 승강 구동하는 샤프트 구동 기구(14)와, 서셉터(12)의 주위에 배치된 히터(15)와, 히터(15)의 외측으로서 챔버(10)의 내면을 따라 배치된 단열재(16)와, 석영 도가니(11)의 상방에 배치된 열차폐체(17)와, 열차폐체(17)의 내측으로서 열차폐체(17)의 하단보다 상방에 마련된 수냉체(18)와, 석영 도가니(11)의 상방으로서 회전 샤프트(13)와 동축 상에 배치된 단결정 인상용 와이어(19)와, 챔버(10)의 상방에 배치된 와이어 권취 기구(20)를 구비하고 있다.1, the single crystal manufacturing apparatus 1A includes a chamber 10, a quartz crucible 11 for holding the silicon melt 2 in the chamber 10, a quartz crucible 11 A rotating shaft 13 for supporting the susceptor 12; a shaft driving mechanism 14 for rotating and raising and rotating the rotating shaft 13; and a susceptor 12 A heat insulating material 16 disposed along the inner surface of the chamber 10 as an outer side of the heater 15 and a heat shielding material 17 disposed above the quartz crucible 11 A water cooling body 18 provided inside the heat shield 17 above the lower end of the heat shield 17 and a water cooling body 18 provided above the quartz crucible 11 and provided with a single crystal impression And a wire winding mechanism 20 disposed above the chamber 10. The wire winding mechanism 20 includes a wire winding mechanism 19 and a wire winding mechanism 20 disposed above the chamber 10. [

또한 단결정 제조 장치(1A)는, 챔버(10)의 외측에 배치된 자기장 발생 장치(21)와, 챔버(10) 안을 촬영하는 CCD 카메라(22)와, CCD 카메라(22)로 촬영된 화상을 처리하는 화상 처리부(23)와, 화상 처리부(23)의 출력에 의거하여 샤프트 구동 기구(14), 히터(15) 및 와이어 권취 기구(20)를 제어하는 제어부(24)를 구비하고 있다. The single crystal manufacturing apparatus 1A further comprises a magnetic field generating device 21 disposed outside the chamber 10, a CCD camera 22 for photographing the inside of the chamber 10, and an image picked up by the CCD camera 22 And a control section 24 for controlling the shaft driving mechanism 14, the heater 15 and the wire winding mechanism 20 on the basis of the output of the image processing section 23.

챔버(10)는, 메인 챔버(10a)와, 메인 챔버(10a)의 상부 개구에 연결된 가늘고 긴 원통형상의 풀 챔버(10b)로 구성되어 있으며, 석영 도가니(11), 서셉터(12), 히터(15) 및 열차폐체(17)는 메인 챔버(10a) 내에 마련되어 있다. 풀 챔버(10b)에는 챔버(10) 내에 아르곤 가스 등의 불활성 가스(퍼지 가스)를 도입하기 위한 가스 도입구(10c)가 마련되어 있고, 메인 챔버(10a)의 하부에는 불활성 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(10d)가 마련되어 있다. 또한, 메인 챔버(10a)의 상부에는 관찰창(10e)이 마련되어 있어, 실리콘 단결정(3)의 육성 상황(고액 계면(固液界面))을 관찰창(10e)으로부터 관찰 가능하다. The chamber 10 is composed of a main chamber 10a and an elongated cylindrical pool chamber 10b connected to the upper opening of the main chamber 10a. The chamber 10 includes a quartz crucible 11, a susceptor 12, (15) and a heat shield (17) are provided in the main chamber (10a). A gas inlet 10c for introducing an inert gas (purge gas) such as argon gas into the chamber 10b is provided in the pull chamber 10b. A gas for discharging the inert gas is provided in the lower portion of the main chamber 10a. And an outlet 10d is provided. An observation window 10e is provided on the upper portion of the main chamber 10a so that the growth condition (solid-liquid interface) of the silicon single crystal 3 can be observed from the observation window 10e.

석영 도가니(11)는, 원통형상의 측벽부와 만곡된 바닥부를 갖는 석영 유리로 된 용기이다. 서셉터(12)는, 가열에 의해 연화된 석영 도가니(11)의 형상을 유지하기 위해, 석영 도가니(11)의 외표면에 밀착되어 석영 도가니(11)를 감싸도록 보유 유지한다. 석영 도가니(11) 및 서셉터(12)는 챔버(10) 내에 있어서 실리콘 융액을 지지하는 이중 구조의 도가니를 구성하고 있다. The quartz crucible 11 is a container made of quartz glass having a cylindrical sidewall portion and a curved bottom portion. The susceptor 12 is kept in close contact with the outer surface of the quartz crucible 11 so as to surround the quartz crucible 11 in order to maintain the shape of the quartz crucible 11 softened by heating. The quartz crucible 11 and the susceptor 12 constitute a crucible having a dual structure for supporting the silicon melt in the chamber 10.

서셉터(12)는 연직 방향으로 연장되는 회전 샤프트(13)의 상단부에 고정되어 있다. 또한 회전 샤프트(13)의 하단부는 챔버(10)의 바닥부 중앙을 관통하여 챔버(10)의 외측에 마련된 샤프트 구동 기구(14)에 접속되어 있다. 서셉터(12), 회전 샤프트(13) 및 샤프트 구동 기구(14)는 석영 도가니(11)의 회전 기구 및 승강 기구를 구성하고 있다. The susceptor 12 is fixed to the upper end of the rotating shaft 13 extending in the vertical direction. The lower end of the rotating shaft 13 is connected to a shaft driving mechanism 14 provided on the outside of the chamber 10 through the center of the bottom of the chamber 10. The susceptor 12, the rotating shaft 13, and the shaft driving mechanism 14 constitute a rotating mechanism and a lifting mechanism of the quartz crucible 11.

히터(15)는, 석영 도가니(11) 내에 충전된 실리콘 원료를 용융하여 실리콘 융액(2)을 생성하기 위해 사용된다. 히터(15)는 카본으로 된 저항 가열식 히터로서, 서셉터(12) 내의 석영 도가니(11)를 둘러싸도록 마련되어 있다. 나아가 히터(15)의 외측은 단열재(16)에 둘러싸여져 있고, 이에 의해 챔버(10) 내의 보온성이 높여지고 있다. The heater 15 is used to melt the silicon raw material filled in the quartz crucible 11 to produce the silicon melt 2. [ The heater 15 is a resistance heating heater made of carbon and is provided so as to surround the quartz crucible 11 in the susceptor 12. Further, the outer side of the heater 15 is surrounded by the heat insulating material 16, whereby the warmth in the chamber 10 is enhanced.

열차폐체(17)는, 실리콘 융액(2)의 온도 변동을 억제하여 고액 계면 부근에 적절한 핫 존(hot zone)을 형성함과 아울러, 히터(15) 및 석영 도가니(11)로부터의 복사열에 따른 실리콘 단결정(3)의 가열을 방지하기 위해 마련되어 있다. 열차폐체(17)는, 실리콘 단결정(3)의 인상 경로를 제외한 실리콘 융액(2)의 상방의 영역을 덮는 그라파이트로 된 부재로서, 상방으로부터 하방을 향해 직경이 축소된 역 원뿔대 형상을 가지고 있다. The heat shield 17 prevents temperature fluctuations of the silicon melt 2 to form an appropriate hot zone in the vicinity of the solid-liquid interface and also prevents the heat of the heater 15 and the quartz crucible 11 Is provided to prevent the heating of the silicon single crystal (3). The heat shield 17 is a graphite member that covers the upper region of the silicon melt 2 except for the pulling path of the silicon single crystal 3 and has a reverse truncated conical shape whose diameter is reduced downward.

열차폐체(17)의 하단 중앙에는 실리콘 단결정(3)의 직경보다 큰 원형의 개구(17a)가 형성되어 있어, 실리콘 단결정(3)의 인상 경로가 확보되어 있다. 도시한 바와 같이, 실리콘 단결정(3)은 개구(17a)를 통과하여 상방으로 인상된다. 열차폐체(17)의 개구(17a)의 직경은 석영 도가니(11)의 구경보다 작고, 열차폐체(17)의 하단부는 석영 도가니(11)의 내측에 위치하므로, 석영 도가니(11)의 림(rim) 상단을 열차폐체(17)의 하단보다 상방까지 상승시켜도 열차폐체(17)가 석영 도가니(11)와 간섭하는 일은 없다. A circular opening 17a having a diameter larger than the diameter of the silicon single crystal 3 is formed at the bottom center of the heat shield 17 so that the lifting path of the silicon single crystal 3 is secured. As shown in the figure, the silicon single crystal 3 is pulled upward through the opening 17a. Since the diameter of the opening 17a of the heat shield 17 is smaller than the diameter of the quartz crucible 11 and the lower end of the heat shield 17 is located inside the quartz crucible 11, the heat shield 17 does not interfere with the quartz crucible 11 even if the upper end of the rim is raised above the lower end of the heat shield 17. [

실리콘 단결정(3)의 성장과 함께 석영 도가니(11) 내의 융액량은 감소하는데, 융액면과 열차폐체(17)와의 간격(갭(ΔG))이 일정해지도록 석영 도가니(11)를 상승시킴으로써, 실리콘 융액(2)의 온도 변동을 억제함과 아울러, 융액면 근방(퍼지 가스 유도로)을 흐르는 가스의 속도를 일정하게 하여 실리콘 융액(2)으로부터의 도펀트의 증발량을 제어할 수 있다. 따라서, 단결정의 인상축 방향의 결정 결함 분포, 산소 농도 분포, 저항률 분포 등의 안정성을 향상시킬 수 있다. The amount of the melt in the quartz crucible 11 decreases with the growth of the silicon single crystal 3 and the quartz crucible 11 is elevated so that the interval (gap? G) between the melt surface and the heat shield 17 becomes constant, The evaporation amount of the dopant from the silicon melt 2 can be controlled by suppressing the temperature fluctuation of the silicon melt 2 and keeping the gas flow rate in the vicinity of the melt surface (purge gas guiding path) constant. Therefore, it is possible to improve the stability of the crystal defect distribution, the oxygen concentration distribution, the resistivity distribution, etc. in the pull axis direction of the single crystal.

열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로서 열차폐체(17)의 내측에는 수냉체(18)가 배치되어 있다. 열차폐체(17) 등과 마찬가지로, 수냉체(18)는 실리콘 단결정(3)의 인상 경로를 둘러싸도록 마련되어 있다. 수냉체(18)는, 구리, 철, 스테인리스 스틸(SUS), 몰리브덴 등의 열전도가 양호한 금속으로 이루어지며, 그 내부에 냉각수를 통류시켜 표면 온도를 상온으로부터 200℃ 정도에 걸쳐 유지할 수 있는 것이 바람직하다. 상세한 내용에 대해서는 후술하는데, 이 수냉체(18)가 있음으로써, 결정화 직후의 실리콘 단결정(3)의 냉각을 촉진시킬 수 있다. The water-cooling body 18 is disposed inside the heat shield 17 above the lower end 17b of the heat shield 17. The water- Like the heat shield 17 and the like, the water cooling body 18 is provided so as to surround the pulling path of the silicon single crystal 3. The water-cooling body 18 is preferably made of a metal having good thermal conductivity, such as copper, iron, stainless steel (SUS), or molybdenum, and is preferably capable of maintaining the surface temperature from room temperature to about 200 캜 Do. The details will be described later. The cooling of the silicon single crystal 3 immediately after the crystallization can be promoted by the presence of the water-cooling body 18.

석영 도가니(11)의 상방에는, 실리콘 단결정(3)의 인상축인 와이어(19)와, 와이어(19)를 권취하는 와이어 권취 기구(20)가 마련되어 있다. 와이어 권취 기구(20)는 와이어(19)와 함께 단결정을 회전시키는 기능을 가지고 있다. 와이어 권취 기구(20)는 풀 챔버(10b)의 상방에 배치되어 있으며, 와이어(19)는 와이어 권취 기구(20)로부터 풀 챔버(10b) 안을 지나 하방으로 연장되어 있고, 와이어(19)의 선단부는 메인 챔버(10a)의 내부 공간까지 도달해 있다. 도 1에는, 육성 도중의 실리콘 단결정(3)이 와이어(19)에 매달린 상태가 도시되어 있다. 단결정의 인상 시에는 종결정을 실리콘 융액(2)에 침지하고, 석영 도가니(11)와 종결정을 각각 회전시키면서 와이어(19)를 서서히 인상함으로써 단결정을 성장시킨다. A wire 19 as a pulling axis of the silicon single crystal 3 and a wire winding mechanism 20 for winding the wire 19 are provided above the quartz crucible 11. The wire winding mechanism 20 has a function of rotating the single crystal together with the wire 19. [ The wire retracting mechanism 20 is disposed above the pull chamber 10b and the wire 19 extends downward from the wire retracting mechanism 20 through the pull chamber 10b, Reaches the inner space of the main chamber 10a. Fig. 1 shows a state in which the silicon single crystal 3 is suspended on the wire 19 during the growing. At the time of pulling the single crystal, the seed crystal is immersed in the silicon melt 2, and the single crystal is grown by gradually pulling the wire 19 while rotating the quartz crucible 11 and the seed crystal.

풀 챔버(10b)의 상부에는 챔버(10) 내에 불활성 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(10c)가 마련되어 있고, 메인 챔버(10a)의 바닥부에는 챔버(10) 내의 불활성 가스를 배기하기 위한 가스 배출구(10d)가 마련되어 있다. 불활성 가스는 가스 도입구(10c)로부터 챔버(10) 내에 도입되고, 그 도입량은 밸브에 의해 제어된다. 또한 밀폐된 챔버(10) 내의 불활성 가스는 가스 배출구(10d)로부터 챔버(10)의 외부로 배기되므로, 챔버(10) 내에서 발생하는 SiO 가스나 CO 가스를 회수하여 챔버(10) 안을 청정하게 유지하는 것이 가능해진다. 도시하지는 않았으나, 가스 배출구(10d)에는 배관을 통해 진공 펌프가 접속되어 있고, 진공 펌프로 챔버(10) 내의 불활성 가스를 흡인하면서 밸브로 그 유량을 제어함으로써 챔버(10) 안은 일정한 감압 상태로 유지되고 있다. A gas inlet 10c for introducing inert gas into the chamber 10 is provided in the upper portion of the pull chamber 10b and a gas inlet 10c for exhausting the inert gas in the chamber 10 is provided at the bottom of the main chamber 10a. And an outlet 10d is provided. The inert gas is introduced into the chamber 10 from the gas inlet 10c, and the introduction amount thereof is controlled by the valve. The inert gas in the sealed chamber 10 is exhausted from the gas outlet 10d to the outside of the chamber 10 so that SiO gas or CO gas generated in the chamber 10 is recovered to clean the inside of the chamber 10 . Although not shown, a vacuum pump is connected to the gas outlet 10d through a pipe. By controlling the flow rate of the inert gas in the chamber 10 with the vacuum pump, the chamber 10 is maintained in a constant reduced pressure state .

자기장 발생 장치(21)는 실리콘 융액(2)에 수평 자기장 또는 수직 자기장을 인가한다. 실리콘 융액(2)에 자기장을 인가함으로써 자력선에 직교하는 방향의 융액 대류를 억제할 수 있다. 따라서, 석영 도가니(11)로부터의 산소의 용출을 억제할 수 있고, 실리콘 단결정 중의 산소 농도를 저감시킬 수 있다. The magnetic field generating device 21 applies a horizontal magnetic field or a vertical magnetic field to the silicon melt 2. By applying a magnetic field to the silicon melt (2), melt convection in a direction orthogonal to the magnetic force lines can be suppressed. Therefore, the elution of oxygen from the quartz crucible 11 can be suppressed, and the oxygen concentration in the silicon single crystal can be reduced.

메인 챔버(10a)의 상부에는 내부를 관찰하기 위한 관찰창(10e)이 마련되어 있고, CCD 카메라(22)는 관찰창(10e)의 외측에 설치되어 있다. 단결정 인상 공정 중, CCD 카메라(22)는 관찰창(10e)으로부터 열차폐체(17)의 개구(17a)를 통하여 보이는 실리콘 단결정(3)과 실리콘 융액(2)과의 경계부의 화상을 촬영한다. CCD 카메라(22)는 화상 처리부(23)에 접속되어 있으며, 촬영 화상은 화상 처리부(23)에서 처리되고, 처리 결과는 제어부(24)에 있어서 인상 조건의 제어에 사용된다. An observation window 10e for observing the inside of the main chamber 10a is provided at an upper portion of the main chamber 10a and a CCD camera 22 is provided outside the observation window 10e. The CCD camera 22 takes an image of the boundary portion between the silicon single crystal 3 and the silicon melt 2 through the opening 17a of the heat shield 17 from the observation window 10e during the single crystal pulling process. The CCD camera 22 is connected to the image processing section 23 and the photographed image is processed in the image processing section 23 and the processing result is used for control of the pulling condition in the control section 24. [

도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 실리콘 단결정의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다. 또한, 도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 형상을 보인 개략 단면도이다. 2 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention. 3 is a schematic cross-sectional view showing the shape of a silicon single crystal ingot.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 실리콘 단결정(3)의 제조에서는, 석영 도가니(11) 내의 실리콘 원료를 가열하여 실리콘 융액(2)을 생성한다(단계 S11). 그 후, 와이어(19)의 선단부에 부착된 종결정을 강하시켜 실리콘 융액(2)에 착액시킨다(단계 S12). As shown in Figs. 2 and 3, in the production of the silicon single crystal 3, the silicon raw material in the quartz crucible 11 is heated to produce the silicon melt 2 (step S11). Thereafter, the seed crystal adhered to the tip end portion of the wire 19 is lowered and immersed in the silicon melt 2 (step S12).

다음, 실리콘 융액(2)과의 접촉 상태를 유지하면서 종결정을 서서히 인상하여 단결정을 육성하는 단결정의 인상 공정을 실시한다. 단결정의 인상 공정에서는, 무전위화를 위해 결정 직경이 가늘게 수축(감소)된 네크부(3a)를 형성하는 네킹 공정(단계 S13)과, 규정의 직경을 얻기 위해 결정 직경이 서서히 증가한 숄더부(3b)를 형성하는 숄더부 육성 공정(단계 S14)과, 결정 직경이 일정하게 유지된 바디부(3c)를 형성하는 바디부 육성 공정(단계 S15)과, 결정 직경이 서서히 감소한 테일부(3d)를 형성하는 테일부 육성 공정(단계 S16)이 차례대로 실시되고, 단결정이 융액면으로부터 최종적으로 절단 분리됨으로써 테일부 육성 공정이 종료된다. 이상에 의해, 단결정의 상단(탑)으로부터 하단(바텀)을 향해 차례대로 네크부(3a), 숄더부(3b), 바디부(3c) 및 테일부(3d)를 갖는 실리콘 단결정 잉곳(3)이 완성된다. Then, the seed crystal is pulled up slowly while maintaining contact with the silicon melt 2, and the single crystal is pulled up to grow the single crystal. In the step of pulling up a single crystal, a necking step (step S13) for forming a neck part 3a in which a crystal diameter is narrowly reduced (reduced) for non-electrification (step S13) and a step for forming a shoulder part 3b (Step S15) of forming a body portion 3c with a constant crystal diameter maintained, and a stepped portion 3d having a gradually decreasing crystal diameter (Step S16) are successively carried out, and the single crystal is finally cut off from the melt surface to complete the teat portion growing process. As described above, the silicon monocrystalline ingot 3 having the neck portion 3a, the shoulder portion 3b, the body portion 3c, and the frame portion 3d in order from the upper end (top) of the single crystal to the lower end (bottom) Is completed.

단결정의 인상 공정 중에는, 실리콘 단결정(3)의 직경 및 실리콘 융액(2)의 액면 위치를 제어하기 위해, CCD 카메라(22)로 실리콘 단결정(3)과 실리콘 융액(2)과의 경계부의 화상을 촬영하고, 촬영 화상으로부터 고액 계면에 있어서의 단결정의 직경 및 융액면과 열차폐체(17)와의 간격(갭(ΔG))을 산출한다. 제어부(24)는, 실리콘 단결정(3)의 직경이 목표 직경이 되도록 와이어(19)의 인상 속도, 히터(15)의 파워 등의 인상 조건을 제어한다. 또한 제어부(24)는, 융액면과 열차폐체(17)와의 간격이 일정해지도록 석영 도가니(11)의 높이 위치를 제어한다. An image of the boundary between the silicon single crystal 3 and the silicon melt 2 is formed by the CCD camera 22 in order to control the diameter of the silicon single crystal 3 and the liquid surface position of the silicon melt 2 during the single crystal pull- And the diameter of the single crystal at the solid-liquid interface and the gap (gap? G) between the melt surface and the heat shield 17 are calculated from the photographed image. The control unit 24 controls the pulling conditions such as the pulling speed of the wire 19 and the power of the heater 15 so that the diameter of the silicon single crystal 3 becomes the target diameter. The control unit 24 also controls the height position of the quartz crucible 11 so that the interval between the melt surface and the heat shield 17 becomes constant.

도 4는 테일부 육성 공정 중의 단결정의 인상 상황을 보인 개략 단면도이다. 4 is a schematic cross-sectional view showing the pull-up state of the single crystal during the tail portion growing process.

도 4에 도시한 바와 같이, 실리콘 단결정(3)을 실리콘 융액(2)으로부터 무전위의 상태에서 절단 분리하기 때문에, 테일부 육성 공정에서는 인상의 진행과 함께 결정 직경이 서서히 작아지기 때문에, 열차폐체(17)와 실리콘 단결정(3)과의 사이의 간격(D)이 서서히 넓어진다. 그 때문에, 실리콘 융액(2)으로부터 상방을 향하는 방열 경로의 폭이 넓어지고, 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로 열이 확산되기 쉬워지기 때문에, 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방의 공간의 온도가 높아진다. 이에 따라, 열차폐체(17)의 상부가 가열되어 열차폐체(17) 자체가 열원이 되어, 결정화 직후의 실리콘 단결정(3)이 가열된다. 이러한 상태에서는 단결정 중에 OSF 핵이 형성되기 쉬운 1020 ~ 980℃의 온도 영역(OSF 핵 형성 온도 영역)을 실리콘 단결정(3)이 재빨리 통과할 수 없게 되고, 실리콘 단결정(3)의 인상 속도를 느리게 하는 경우에는 더 어려워진다. As shown in Fig. 4, since the silicon single crystal 3 is cut and separated from the silicon melt 2 in the non-electric potential state, the crystal diameter gradually decreases with the progress of pulling up in the tail portion growing step, The distance D between the silicon single crystal 3 and the silicon single crystal 3 is gradually widened. The width of the heat radiation path extending upward from the silicon melt 2 is widened and the heat is more easily diffused to the upper side than the lower end 17b of the heat shield 17. Therefore, The temperature of the space above the space becomes higher. Thus, the upper portion of the heat shield 17 is heated, and the heat shield 17 itself becomes a heat source, and the silicon single crystal 3 immediately after the crystallization is heated. In this state, the silicon single crystal 3 can not quickly pass through the temperature range (OSF nucleation temperature region) of 1020 to 980 DEG C in which the OSF nucleus is likely to be formed in the single crystal, and the pulling rate of the silicon single crystal 3 is slowed It becomes more difficult in case.

그러나, 본 실시 형태에 있어서는, 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로서 열차폐체(17)의 내측(17i)에 수냉체(18)가 마련되어 있으므로, 열차폐체(17)의 하단(17b)의 개구를 통과한 후의 고온 영역의 온도를 낮출 수 있고, 1020 ~ 980℃의 온도 영역의 결정 성장 방향의 폭을 좁게 할 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정(3)의 인상 속도를 종래보다 느리게 하는 경우라도 실리콘 단결정(3)이 1020 ~ 980℃의 온도 영역에 체재하는 시간을 짧게 할 수 있고, OSF 핵 형성 온도 영역을 재빨리 통과시켜 단결정 중의 OSF 핵 사이즈를 매우 작게 할 수 있다. In this embodiment, however, since the water-cooling body 18 is provided on the inner side 17i of the heat shield body 17 above the lower end 17b of the heat shield body 17, the lower ends 17b ) Can be lowered and the width of the crystal growth direction in the temperature region of 1020 to 980 캜 can be narrowed. Therefore, even when the pulling speed of the silicon single crystal 3 is made slower than the conventional one, the time for the silicon single crystal 3 to stay in the temperature range of 1020 to 980 占 폚 can be shortened and the OSF nucleation temperature region is quickly passed, The size of the OSF nuclei can be made very small.

도 5는 실리콘 단결정(3)의 인상 속도 및 히터(15)의 파워의 변화를 보인 시퀀스도이다. Fig. 5 is a sequence diagram showing changes in the pulling rate of the silicon single crystal 3 and the power of the heater 15. Fig.

도 5에 도시한 바와 같이, 실리콘 단결정(3)의 인상 속도는, 바디부(3c)로부터 테일부(3d)에 걸쳐 일정하게 제어된다. 또한 테일부 육성 공정 중에 있어서의 일정한 인상 속도란, 테일부 육성 공정 시작 시의 인상 속도에 대한 변동률이 ±3% 이내인 것을 말한다. As shown in Fig. 5, the pulling speed of the silicon single crystal 3 is constantly controlled from the body portion 3c to the tail portion 3d. In addition, a constant pulling rate during the tail portion growing process means that the variation rate with respect to the pulling rate at the beginning of the tail portion growing process is within ± 3%.

종래의 일반적인 테일부 육성 공정에서는, 바디부 육성 공정보다 그 인상 속도를 빠르게 함과 아울러 히터(15)의 파워를 보조적으로 세게 함으로써 결정 직경을 가늘게 수축하고 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는 인상 속도를 바꾸지 않고 히터(15)의 파워만을 바꿈으로써 테일 수축을 구현하고 있다. 이와 같이 테일부(3d)의 육성 시작 시부터 종료 시까지 그 인상 속도를 일정하게 유지함으로써, 결정 휨이나 융액으로부터의 절단 분리에 따른 단결정의 유전위화의 발생을 방지할 수 있다. In the conventional general tail portion growing process, the pulling speed is increased faster than the body portion growing process, and the power of the heater 15 is supplementarily increased to shrink the crystal diameter finely. However, in the present embodiment, the tail shrinkage is achieved by changing only the power of the heater 15 without changing the pulling speed. Thus, by keeping the pulling rate constant from the start to the end of the growth of the tail portion 3d, it is possible to prevent the generation of dielectric wirings of the single crystal due to crystal warpage or cutting separation from the melt.

테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)의 인상 속도와 등속으로 한 경우에는 테일 수축의 제어가 어려워지는데, 히터(15)의 파워를 보다 세게 하여 실리콘 융액(2)이 고화되기 어려운 상황을 만들어냄으로써 테일 수축하기 쉽게 할 수 있다. 히터(15)의 파워를 세게 한 경우에는 그 복사열의 영향이 더 강해져서, 수냉체(18)가 없으면 전술한 바와 같이 1020 ~ 980℃의 OSF 핵 형성 온도 영역이 더 넓어진다. 그러나, 전술한 바와 같이 수냉체(18)를 마련함으로써 OSF 핵 형성 온도 영역을 좁게 할 수 있고, 실리콘 단결정(3)의 OSF 핵 형성 온도 영역의 통과 시간(체재 시간)을 짧게 할 수 있다. When the pulling speed of the tail portion 3d is set at the constant speed and the pulling speed of the body portion 3c, it is difficult to control the tail shrinkage. However, since the power of the heater 15 is increased and the silicon melt 2 is hard to solidify It is easy to shrink the tail by creating the situation. When the power of the heater 15 is increased, the influence of the radiant heat becomes stronger. In the absence of the water-cooling body 18, the OSF nucleation temperature region of 1020 to 980 캜 is widened as described above. However, by providing the water-cooling body 18 as described above, the OSF nucleation temperature region can be narrowed, and the passage time (stay time) of the OSF nucleation temperature region of the silicon single crystal 3 can be shortened.

상기한 바와 같이, 테일부 육성 공정 중의 히터(15)의 파워는, 바디부 육성 공정 종료 시의 히터(15)의 파워보다 크다. 특히, 히터(15)의 파워는 테일부 육성 시작 시부터 점진적으로 증가하고, 테일부 육성 종료 시에 있어서의 히터(15)의 파워는 테일부 육성 시작 시의 1.1 ~ 1.5배인 것이 바람직하다. 이와 같이, 테일부 육성 공정에 있어서의 히터(15)의 파워를 서서히 크게 함과 아울러, 테일부 육성 종료 시의 히터(15)의 파워를 육성 시작 시의 1.1 ~ 1.5배의 범위 내에 들어가도록 함으로써, 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)와 등속으로 한 경우라도 테일 수축을 구현할 수 있고, 나아가 결정 휨이나 유전위화를 방지할 수 있다. As described above, the power of the heater 15 during the tail portion growing process is larger than that of the heater 15 at the end of the body portion growing process. Particularly, the power of the heater 15 is gradually increased from the start of the teat portion cultivation, and the power of the heater 15 at the teat partial cultivation termination is preferably 1.1 to 1.5 times at the beginning of the teat portion cultivation. In this way, the power of the heater 15 in the tail portion growing process is gradually increased, and the power of the heater 15 at the end of the tail portion growing is made to fall within the range of 1.1 to 1.5 times at the start of the growing , The tail shrinkage can be realized even when the pulling speed of the tail portion 3d is set at a constant speed with the body portion 3c. Further, crystal warpage and dielectric loss can be prevented.

테일부 육성 공정에 있어서도 석영 도가니(11)를 서서히 상승시켜 실리콘 융액(2)의 액면 위치를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 종래에는 단결정화율을 높이기 위해 석영 도가니(11) 내의 실리콘 융액(2)의 잔량을 가급적 적게 하고 나서 테일부 육성 공정으로 이행하였기 때문에, 테일부 육성 시작 시에는 석영 도가니(11)가 충분히 높은 위치에 있고, 석영 도가니(11)를 더 상승시키면 석영 도가니(11)가 열차폐체(17)와 간섭하여 버리는 상황이 되었다. 그 때문에, 테일부 육성 공정의 시작 시나 도중에서 석영 도가니(11)의 상승을 정지하지 않으면 안되어, 융액면의 저하에 의해 융액면과 열차폐체(17)와의 간격이 넓어지고, 실리콘 단결정(3)이 석영 도가니(11)로부터의 복사열의 영향을 받기 쉬워져, OSF 핵 형성 온도 영역이 확장되어 버리는 문제가 있었다. It is preferable to gradually raise the quartz crucible 11 so as to keep the liquid surface position of the silicon melt 2 constant. Conventionally, since the remaining amount of the silicon melt 2 in the quartz crucible 11 is decreased as much as possible to increase the single crystallization rate, the step of growing the tessellation is carried out, so that the quartz crucible 11 is placed at a sufficiently high position When the quartz crucible 11 is further raised, the quartz crucible 11 interferes with the heat shield 17. Therefore, it is necessary to stop the rising of the quartz crucible 11 at the start of the teeming step or in the middle of the step of growing the crystal, so that the distance between the melt surface and the heat shield 17 is widened by the lowering of the melt surface, It is easily influenced by the radiant heat from the quartz crucible 11, and there is a problem that the OSF nucleation temperature region is expanded.

하지만, 본 실시 형태에 있어서는, 실리콘 융액(2)이 충분히 소비되기 전에 테일부 육성 공정을 시작하고, 테일부 육성 공정 종료까지 석영 도가니(11)를 상승시켜 융액면의 높이 위치를 일정하게 유지함으로써, 석영 도가니(11)로부터의 복사열의 영향을 억제할 수 있고, OSF 핵 형성 온도 영역의 확장을 억제할 수 있다. However, in the present embodiment, the tee portion growing process is started before the silicon melt 2 is sufficiently consumed, and the quartz crucible 11 is raised until the end of the tee portion growing process to keep the height position of the melt surface constant , The influence of the radiant heat from the quartz crucible 11 can be suppressed, and the expansion of the OSF nucleation temperature region can be suppressed.

테일부 육성 중에는 결정 직경이 서서히 감소하고, 결정 인상 상태가 시시각각으로 변화하기 때문에, 실리콘 단결정(3)이 유전위화되기 쉽다. 그리고 테일부 육성 중의 인상 속도를 종래보다 느리게 한 경우에는 테일부 육성 공정 시간이 길어져, 유전위화의 리스크가 더 증가한다. 이러한 조건 하에서 유전위화의 리스크를 가급적 저감시키기 위해서는, 테일부 육성 공정에 있어서 실리콘 단결정(3) 및 석영 도가니(11)의 회전 속도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 이들의 회전 속도는, 바디부 육성 공정에서의 회전 속도와 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 이에 따라, 석영 도가니(11) 내의 실리콘 융액(2)의 대류를 안정하게 하여 융액 온도를 안정화시킬 수 있다. During crystal growth, the crystal diameter gradually decreases and the crystal pulling state changes instantaneously, so that the silicon single crystal (3) is liable to cause dielectric loss. In the case where the pulling speed during the partial cultivation is made slower than the conventional one, the time for the partial cultivating process becomes long, and the risk of genetic wasting further increases. In order to minimize the risk of genetic wasting under these conditions, it is preferable to keep the rotational speeds of the silicon single crystal 3 and the quartz crucible 11 constant in the tail portion growing process. These rotational speeds may be the same as or different from the rotational speed in the body part growing step. Thus, the convection of the silicon melt 2 in the quartz crucible 11 can be stabilized, and the melt temperature can be stabilized.

테일부 육성 공정에 있어서도 자기장 발생 장치(21)를 동작시켜 실리콘 융액(2)에 수평 자기장 또는 수직 자기장을 인가하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 석영 도가니(11) 내의 실리콘 융액(2)의 대류를 더 안정화시킬 수 있다. 실리콘 단결정(3)의 테일부(3d)는 제품으로서 사용되지 않는 부위로서, 제품화 영역은 바디부(3c)이기 때문에, 테일부 육성 공정(S16)에 있어서 자기장을 인가하여 산소 농도 레벨이나 그 면내 분포 등의 결정 품질을 제어할 필요는 없다. 테일부 육성 공정(S16)에서는 지금까지 육성해 온 실리콘 단결정(3)의 바디부(3c)의 품질이 저하하지 않도록 실리콘 융액(2)으로부터 빨리 절단 분리하는 것이 중요하다. 그러나, 테일부 육성 중에 자기장을 인가한 경우에는 석영 도가니(11) 내의 실리콘 융액(2)의 대류를 안정하게 하여 융액 온도를 안정화시킬 수 있고, 이에 따라 결정 휨이나 유전위화를 방지할 수 있다.. It is preferable to operate the magnetic field generating device 21 to apply a horizontal magnetic field or a vertical magnetic field to the silicon melt 2 even in the teeming process. By doing so, convection of the silicon melt 2 in the quartz crucible 11 can be further stabilized. Since the tail portion 3d of the silicon single crystal 3 is not used as a product and the commercialized region is the body portion 3c, a magnetic field is applied in the tail portion growing step S16 to adjust the oxygen concentration level and the in- There is no need to control the quality of determination of distribution, etc. It is important to quickly cut off the silicon melt 2 from the silicon melt 2 so as not to deteriorate the quality of the body portion 3c of the silicon single crystal 3 that has been cultivated so far in the tail portion growing step S16. However, in the case where a magnetic field is applied during the tail portion growth, the convection of the silicon melt 2 in the quartz crucible 11 can be stabilized and the melt temperature can be stabilized, thereby preventing crystal warpage and dielectric loss. .

도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 단결정 제조 장치의 구성을 개략적으로 보인 측면 단면도이다. 6 is a side sectional view schematically showing a configuration of a single crystal producing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 6에 도시한 바와 같이, 단결정 제조 장치(1B)의 특징은, 수냉체(18)가 제1 실시 형태의 것에 비해 충분히 긴 원통형상의 부재로 이루어지고, 메인 챔버의 상단(풀 챔버의 하단)의 위치로부터 하방으로 연장되어 도면 중 일점 쇄선으로 에워싸인 열차폐체(17)의 내측(17i)까지 도달해 있다. 즉, 수냉체(18)는 실리콘 단결정(3)의 인상 경로를 가급적 길게 커버하도록 마련되어 있다. 6, the monocrystal production apparatus 1B is characterized in that the water-cooling body 18 is made of a cylindrical member sufficiently long as compared with the first embodiment, and the upper end of the main chamber (the lower end of the pull chamber) And reaches the inside 17i of the heat shield 17 surrounded by the one-dot chain line in the figure. That is, the water-cooling body 18 is provided so as to cover the lifting path of the silicon single crystal 3 as long as possible.

본 실시 형태에 있어서도, 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로서 열차폐체(17)의 내측(17i)에 수냉체(18)가 존재해 있으므로, 열차폐체(17)의 하단(17b)의 개구를 통과한 후의 고온 영역의 온도를 낮출 수 있고, 1020 ~ 980℃의 온도 영역의 결정 성장 방향의 폭을 좁게 할 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정(3)의 인상 속도를 종래보다 느리게 하는 경우라도 실리콘 단결정(3)이 1020 ~ 980℃의 온도 영역에 체재하는 시간을 짧게 할 수 있고, OSF 핵 형성 온도 영역을 재빨리 통과시켜 단결정 중의 OSF 핵 사이즈를 매우 작게 할 수 있다. The lower end 17b of the heat shielding body 17 is located above the lower end 17b of the heat shielding body 17 because the water cooling body 18 is present on the inside 17i of the heat shielding body 17 above the lower end 17b of the heat shielding body 17. [ The temperature of the high temperature region after passing through the openings of the crystal grains can be reduced and the width of the crystal growth direction in the temperature region of 1020 to 980 ° C can be narrowed. Therefore, even when the pulling speed of the silicon single crystal 3 is made slower than the conventional one, the time for the silicon single crystal 3 to stay in the temperature range of 1020 to 980 占 폚 can be shortened and the OSF nucleation temperature region is quickly passed, The size of the OSF nuclei can be made very small.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 실리콘 단결정의 제조 방법은, 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로서 열차폐체(17)의 내측에 수냉체(18)를 배치하고, 테일부 육성 공정에 있어서 결정화 직후의 실리콘 단결정(3)을 수냉체(18)로 냉각함과 아울러, 테일부(3d)를 바디부(3c)와 등속으로 인상하므로, 테일부 육성 공정(S16)에 있어서 결정 휨이나 융액으로부터의 절단 분리를 방지하면서 에피 결함의 원인이 되는 OSF 핵이 매우 적은 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있다. As described above, in the method of manufacturing the silicon single crystal according to the present embodiment, the water-cooling body 18 is disposed inside the heat shield 17 above the lower end 17b of the heat shield 17, The silicon single crystal 3 immediately after crystallization is cooled by the water cooling body 18 and the tail portion 3d is lifted up at a constant speed with the body portion 3c in the step of growing the tail portion, It is possible to manufacture a silicon single crystal of high quality with a very small amount of OSF nuclei, which causes an epitaxial defect while preventing breakage or cutting off from the melt.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하며, 그들도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것임은 말할 필요도 없다. While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and alternative arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Needless to say.

실시예 Example

테일부 육성 공정에 있어서의 단결정의 인상 속도와 수냉체(18)의 유무의 차이에 따른 단결정화율과 에피 결함의 발생 상황을 평가하였다. 이 평가 시험에서는, 도 1에 도시한 단결정 제조 장치(1A)를 이용하여, 직경 300mm의 실리콘 단결정 잉곳의 샘플 1 ~ 6을 인상하였다. 그 때, 바디부의 인상 속도를 1.0mm/min으로 하고, 바디부 육성 중뿐만 아니라 테일부 육성 중에도 융액면과 열차폐체의 하단과의 간격이 일정해지도록 석영 도가니를 상승시키면서 단결정의 인상을 수행하였다. The rate of single crystalization and the occurrence of epi-defects were evaluated in accordance with the difference between the pulling rate of the single crystal and the presence or absence of the water-cooling body 18 in the tail growing process. In this evaluation test, Samples 1 to 6 of a silicon single crystal ingot having a diameter of 300 mm were pulled up using the single crystal manufacturing apparatus 1A shown in Fig. At this time, the pulling speed of the body part was set to 1.0 mm / min, and the pulling of the single crystal was performed while the quartz crucible was elevated so that the interval between the melt surface and the lower end of the heat shielding body became constant not only during the body part growing, .

샘플 1, 2에서는, 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)보다 고속(1.1배)으로 하였다. 또한 샘플 3, 4에서는 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)와 등속으로 하고, 샘플 5, 6에서는 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)보다 저속(0.9배)으로 하였다. 또한 샘플 1, 3, 5에서는 수냉체(18)를 제거한 단결정 제조 장치(1A)를 이용하여 인상을 수행하고, 샘플 2, 4, 6에서는 수냉체(18)가 접지(接地)된 단결정 제조 장치(1A)를 이용하여 인상을 수행하였다. In the samples 1 and 2, the pulling speed of the tail portion 3d was set to be higher (1.1 times) than that of the body portion 3c. In the samples 3 and 4, the pulling speed of the tail portion 3d was set to be the same as the body portion 3c. In the samples 5 and 6, the pulling speed of the tail portion 3d was lower than that of the body portion 3c by 0.9 times. Respectively. In Samples 1, 3 and 5, pulling was performed using the single crystal manufacturing apparatus 1A from which the water cooling body 18 was removed, and in the samples 2, 4 and 6, the water cooling body 18 was grounded. (1A).

다음, 이와 같이 하여 얻어진 실리콘 단결정 잉곳의 샘플 1 ~ 6을 가공하여 두께 775μm의 실리콘 웨이퍼(폴리시드 웨이퍼)를 제작하고, 실리콘 웨이퍼의 표면에 두께 4μm의 에피택셜층을 형성하여 샘플 1 ~ 6에 대응하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제작하였다. 그리고 각 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 에피 결함의 개수를 파티클 카운터로 측정하였다. Then, Samples 1 to 6 of the silicon single crystal ingot thus obtained were processed to prepare a silicon wafer (polished wafer) having a thickness of 775 탆, and an epitaxial layer having a thickness of 4 탆 was formed on the surface of the silicon wafer. To prepare a corresponding epitaxial silicon wafer. Then, the number of epitaxial defects of each epitaxial silicon wafer was measured by a particle counter.

표 1은 샘플 1 ~ 6의 단결정화율 및 에피 결함의 평가 시험의 결과를 보인 표이다. Table 1 is a table showing the results of evaluation tests of the single crystallization rate and the epi-defects of Samples 1 to 6.

샘플Sample 인상 속도Impression speed 냉각체의 유무Presence or absence of cooling body 단결정화율Monocrystallization rate 에피 결함
발생 상황
Epitaxial defect
Occurrence
1One 고속high speed 없음none ×× -- 22 고속high speed 있음has exist ×× -- 33 등속Constant velocity 없음none 75% 이상More than 75% 5~10개/wf5 to 10 / wf 44 등속Constant velocity 있음has exist 75% 이상More than 75% 5개/5 pieces / wfwf 미만 under 55 저속sleaze 없음none 75% 이상More than 75% 10개/wf 초과Greater than 10 / wf 66 저속sleaze 있음has exist 75% 이상More than 75% 10개/wf 초과Greater than 10 / wf

표 1에 나타낸 바와 같이, 수냉체(18)를 사용하지 않고 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)보다 고속으로 하여 제조한 샘플 1에서는 테일부(3d)의 실리콘 융액으로부터의 절단 분리가 발생하였고, 단결정화율이 악화되었다. 또한 수냉체(18)를 사용함과 아울러 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)보다 고속으로 하여 제조한 샘플 2에서도 테일부(3d)의 실리콘 융액으로부터의 절단 분리가 발생하였고, 단결정율이 악화되었다. 그 때문에, 이들 샘플 1, 2의 에피 결함 발생 상황을 평가할 수 없었다. 수냉체(18)를 사용하지 않고 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)와 등속으로 한 샘플 3에서는, 단결정화율이 75% 이상이 되었고, 또한 에피 결함의 개수는 5 ~ 10개/wf가 되었다. 수냉체(18)를 사용함과 아울러 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)와 등속으로 한 샘플 4에서는, 단결정화율이 75% 이상이 되었고, 또한 에피 결함의 개수는 5개/wf 미만으로 매우 적어, 에피 결함의 품질 기준을 만족시키는 것을 확인할 수 있었다. As shown in Table 1, in the sample 1 produced by raising the pulling speed of the tail portion 3d to be higher than that of the body portion 3c without using the water cooling body 18, the cutting from the silicon melt of the tail portion 3d Separation occurred, and the single crystalization ratio deteriorated. Further, in the sample 2 produced using the water-cooling body 18 and the pulling speed of the stepped portion 3d higher than that of the body portion 3c, cutting separation of the stepped portion 3d from the silicon melt occurred, The rate deteriorated. Therefore, it was not possible to evaluate the occurrence status of the epi-defects of the samples 1 and 2. The sample 3 in which the pulling speed of the tail portion 3d was set at a constant speed with the body portion 3c without using the water cooling body 18 had a single crystalization rate of 75% or more, and the number of the epi- / wf. The sample 4 in which the water-cooling body 18 was used and the pulling speed of the tail part 3d was set at the constant speed with the body part 3c had a single crystalization rate of 75% or more and the number of the epi- , And it was confirmed that the quality criteria of the epitaxial defect were satisfied.

테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)보다 저속으로 하여 제조한 샘플 5 및 6에서는, 수냉체(18)의 사용의 유무와 관계없이 75% 이상의 높은 단결정화율이 되었으나, 에피 결함이 10개/wf 초과로 많았다. In Samples 5 and 6, in which the pulling speed of the tail portion 3d was made lower than that of the body portion 3c, the single crystalization ratio was 75% or more regardless of whether the water-cooling body 18 was used or not. However, 10 / wf.

이상의 결과로부터, 수냉체(18)를 사용함과 아울러 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)와 등속으로 한 샘플 4에서는, 단결정화율과의 에피 결함의 양방의 품질을 만족시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. From the above results, it can be seen that both of the single crystalization rate and the quality of the epitaxial defect can be satisfied in the sample 4 in which the water-cooling body 18 is used and the pulling speed of the tail portion 3d is set to the constant speed of the body portion 3c .

다음, 상기 샘플 4의 조건 하에 있어서, 융액면과 열차폐체(17)와의 간격이 단결정의 결정 성장 방향의 온도 구배에 어떠한 영향을 주는지에 대해 시뮬레이션을 수행하였다. Next, a simulation was performed on the influence of the interval between the melt surface and the heat shield 17 on the temperature gradient of the crystal growth direction of the single crystal under the condition of the sample 4 described above.

도 7은 단결정의 인상 위치와 단결정의 OSF 핵 형성 온도 영역(1020 ~ 980℃의 영역)의 통과 시간과의 관계를 보인 그래프이다. 도 7의 그래프의 가로축은 단결정의 바텀(테일부(3d)의 하단)으로부터의 거리, 세로축은 OSF 핵 형성 온도 영역의 통과 시간을 각각 나타내고 있다. 7 is a graph showing the relationship between the pull-up position of the single crystal and the passing time of the OSF nucleation temperature region (1020 to 980 ° C region) of the single crystal. The abscissa of the graph in Fig. 7 represents the distance from the bottom of the single crystal (the lower end of the frame portion 3d), and the ordinate represents the passage time of the OSF nucleation temperature region.

도 7에 도시한 바와 같이, 융액면과 열차폐체(17)와의 간격(갭(ΔG))이 확대되는 조건, 즉 융액면의 저하에 대해 석영 도가니(11)를 상승시켜 융액면과 열차폐체(17)와의 간격을 일정하게 하는 제어를 수행하지 않는 경우에는, 인상 위치가 바텀에 근접할수록 단결정의 OSF 핵 형성 온도 영역의 통과 시간이 길어지는 것을 알 수 있다. 테일부(3d)의 인상 속도는 일정하므로, OSF 핵 형성 온도 영역의 통과 시간이 길어진다는 것은, 인상 위치가 바텀에 근접할수록 OSF 핵 형성 온도 영역이 인상축 방향으로 확대되어 있는 것을 의미한다. 7, the quartz crucible 11 is raised against the condition that the gap (gap G) between the melt surface and the heat shield 17 is enlarged, that is, the lowering of the melt surface, and the melt surface and the heat shield 17 are not controlled to be constant, it can be seen that the pass time of the OSF nucleation temperature region of the single crystal becomes longer as the pull-up position is closer to the bottom. Since the pulling speed of the tail portion 3d is constant, the passage time of the OSF nucleation temperature region is long, which means that the OSF nucleation temperature region expands in the pulling axis direction as the pulling position approaches the bottom.

이에 반해, 융액면과 열차폐체(17)와의 간격을 일정하게 하는 조건에서는, 인상 위치가 테일부(3d)의 하단에 가까워도 단결정의 OSF 핵 형성 온도 영역의 통과 시간이 그만큼 길어지지 않음을 알 수 있다. 이상의 결과로부터, 테일부 육성 공정에 있어서도 융액면과 열차폐체(17)와의 간격을 일정하게 함으로써, OSF 핵 형성 온도 영역의 확장을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다. On the contrary, under the condition that the interval between the melt surface and the heat shield 17 is made constant, the passing time of the OSF nucleation temperature region of the single crystal is not so long even if the pulling position is close to the lower end of the tail portion 3d . From the above results, it was confirmed that the expansion of the OSF nucleation temperature region can be suppressed by keeping the interval between the melt surface and the heat shield 17 constant in the teed portion growing process.

다음, 테일부 육성 공정 중의 히터(15)의 출력의 차이가 단결정의 품질에 주는 영향을 평가하였다. 테일부 육성 시작 시 및 종료 시의 히터(15)의 파워를 각각 CkW 및 DkW라고 할 때, 평가 시험에서는 히터 파워 비 D/C를 0.9부터 1.8까지의 범위 내에서 변화시켰다. 그 밖의 인상 조건은 전술한 단결정화율 및 에피 결함의 평가 시험과 동일 조건으로 하였다. Next, the influence of the difference in the output of the heater 15 during the tail finishing step on the quality of the single crystal was evaluated. When the power of the heater 15 at the beginning and the end of the teeming are respectively CkW and DkW, the heater power ratio D / C is varied within a range from 0.9 to 1.8 in the evaluation test. The other pulling conditions were the same as those in the evaluation test of the above-described single crystal ratio and the epitaxial defect.

표 2는 히터 파워 비의 차이에 따른 결정 육성 상황의 평가 시험의 결과를 보인 표이다. Table 2 shows the results of the evaluation test of the crystal growth condition according to the difference in the heater power ratio.

Figure pct00001
Figure pct00001

표 2에 나타낸 바와 같이, 히터 파워 비 D/C가 1.1을 밑돌면 테일 수축을 할 수 없었다. 또한, 히터 파워 비 D/C가 1.5를 초과하면 결정 휨(굴곡)이 발생하여, 테일부(3d)를 말끔한 콘 형상으로 정돈할 수 없었다. 한편, 히터 파워 비 D/C가 1.1부터 1.5까지의 범위에서는 테일 수축을 수행할 수 있고, 테일부(3d)를 육성할 수 있었다. As shown in Table 2, when the heater power ratio D / C was less than 1.1, tail shrinkage could not be achieved. Further, when the heater power ratio D / C exceeds 1.5, crystal bending (bending) occurs, and the frame portion 3d can not be trimmed into a neat cone shape. On the other hand, when the heater power ratio D / C is in the range of 1.1 to 1.5, tail shrinkage can be performed and the tail portion 3d can be grown.

이상의 결과로부터, 테일부 육성 시작 시에 대한 테일부 육성 종료 시의 히터 파워 비 D/C가 1.1 ~ 1.5를 충족시키고, 또한 테일부 육성 중의 히터 파워를 테일부 육성 시작 시보다 매우 큰 조건 하에서 실리콘 단결정을 육성한 경우에는, 말끔한 형상의 테일부를 육성할 수 있고, 결정 휨이나 실리콘 융액으로부터의 단결정의 절단 분리는 발생하지 않았다.From the above results, it can be seen that the heater power ratio D / C at the end of the teat partial cultivation at the start of the teat portion cultivation is 1.1 to 1.5, and the heater power during the teat portion cultivation is higher than the silicon content When a single crystal is grown, a tail portion of a neat shape can be grown, and crystal bending or cutting and separation of the single crystal from the silicon melt does not occur.

1A,1B : 단결정 제조 장치
2 : 실리콘 융액
3 : 실리콘 단결정(잉곳)
3a : 네크부
3b : 숄더부
3c : 바디부
3d : 테일부
10 : 챔버
10a : 메인 챔버
10b : 풀 챔버
10c : 가스 도입구
10d : 가스 배출구
10e : 관찰창
11 : 석영 도가니
12 : 서셉터
13 : 회전 샤프트
14 : 샤프트 구동 기구
15 : 히터
16 : 단열재
17 : 열차폐체
17a : 열차폐체의 개구
17b : 열차폐체의 하단
17i : 열차폐체의 내측
18 : 수냉체
19 : 와이어
20 : 와이어 권취 기구
21 : 자기장 발생 장치
22 : CCD 카메라
23 : 화상 처리부
24 : 제어부
1A, 1B: Single crystal manufacturing apparatus
2: Silicon melt
3: Silicon single crystal (ingot)
3a: neck portion
3b: Shoulder portion
3c:
3d: teabag
10: chamber
10a: main chamber
10b: full chamber
10c: gas inlet
10d: gas outlet
10e: Observation window
11: Quartz crucible
12: susceptor
13: rotating shaft
14: Shaft driving mechanism
15: Heater
16: Insulation
17: Thermal Shield
17a: opening of the heat shield
17b: the bottom of the heat shield
17i: inside of heat shield
18: water-cooled
19: Wire
20: wire winding mechanism
21: magnetic field generator
22: CCD camera
23:
24:

Claims (7)

석영 도가니 내의 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법으로서,
결정 직경이 일정하게 유지된 바디부를 육성하는 바디부 육성 공정과,
결정 직경이 서서히 감소한 테일부를 육성하는 테일부 육성 공정을 포함하고,
상기 석영 도가니의 상방에 배치된 열차폐체의 하단보다 상방으로서 상기 열차폐체의 내측에 배치된 수냉체를 이용하여 상기 실리콘 융액으로부터 인상된 상기 실리콘 단결정을 냉각하고,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 바디부 육성 종료 시에 있어서의 인상 속도와 동일한 인상 속도로 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
1. A method for producing a silicon single crystal by a Czochralski method for pulling up a silicon single crystal from a silicon melt in a quartz crucible,
A body part growing step of growing a body part having a constant crystal diameter,
And a step of raising a tail portion in which the crystal diameter is gradually decreased,
Cooling the silicon single crystal pulled up from the silicon melt by using a water-cooling body disposed inside the heat shield above the lower end of the heat shield disposed above the quartz crucible,
Wherein in the step of raising the silicon single crystal, the silicon single crystal is pulled up at a pulling rate equal to the pulling rate at the termination of the body portion growth from the start to the end of the growth of the tail portion.
청구항 1에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 실리콘 단결정의 상기 바디부의 1020℃부터 980℃까지의 온도 영역을 15분 이내로 통과시키는 실리콘 단결정의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the body part of the silicon single crystal is allowed to pass a temperature region of from 1020 to 980 占 폚 in less than 15 minutes in the step of raising the tail part.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터의 파워를 점진적으로 증가시킴과 아울러, 상기 테일부의 육성 종료 시에 있어서의 상기 히터의 파워를 상기 테일부의 육성 시작 시에 있어서의 상기 히터의 파워의 1.1배 이상 1.5배 이하로 설정하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The power of the heater for heating the silicon melt is gradually increased from the start to the end of the cultivation of the tail portion and the power of the heater at the time of termination of the cultivation of the tail portion is increased Wherein the power of the heater is set at 1.1 times or more and 1.5 times or less the power of the heater.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 열차폐체와 상기 실리콘 융액과의 간격이 일정해지도록 상기 석영 도가니를 상승시키는 실리콘 단결정의 제조 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the quartz crucible is raised so that a gap between the heat shield and the silicon melt is made constant in the teeming step.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 석영 도가니의 회전 속도를 일정하게 유지하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the rotating speed of the quartz crucible is kept constant in the step of raising the tessellation.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 실리콘 단결정의 회전 속도를 일정하게 유지하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the rotating speed of the silicon single crystal is kept constant in the step of growing the single crystal.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the magnetic field is applied to the silicon melt in the step of raising the tessellation.
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