WO2007037052A1 - 単結晶シリコン引き上げ装置、シリコン融液の汚染防止方法及びシリコン融液の汚染防止装置 - Google Patents

単結晶シリコン引き上げ装置、シリコン融液の汚染防止方法及びシリコン融液の汚染防止装置 Download PDF

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Koichi Shimomura
Yoshiyuki Suzuki
Daisuke Ebi
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Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a single crystal silicon pulling apparatus, a silicon melt contamination prevention method, and an apparatus for preventing the silicon melt from being contaminated by the falling of dust onto the silicon melt.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a single crystal silicon pulling apparatus.
  • a heat insulating material 2 that is disposed inside the inner wall surface of the furnace body 1 and blocks heat transfer outside the furnace body and a silicon material such as polycrystalline silicon are retained.
  • a heat shield 5 disposed above the crucible 3 is provided.
  • the cooling coil 6 is provided above the crucible 3 so as to surround the pulling path of the single crystal silicon 8.
  • the cooling coil 6 is formed by spirally winding a conduit through which cooling water flows, and the overall shape is cylindrical.
  • the cooling coil 6 is disposed above the crucible 3 so that the crystal pulling path is located inside the spiral.
  • the size of the void-like defect so-called COP contained in the single crystal silicon 8 is reduced, so that the crystal quality is improved.
  • the manufacturing efficiency is improved.
  • oxygen precipitates in the single crystal silicon 8 may be controlled or the oxide film withstand voltage may be improved, and a cylindrical heater or purge tube should be installed at almost the same position as the cooling coil 6 instead of the cooling coil. There is also.
  • a single crystal silicon manufacturing process using the single crystal pulling apparatus 10 will be briefly described. Put silicon material into crucible 3 and start heater 4. Then silicon material is added It is heated and melted to produce a silicon melt. A silicon seed crystal is immersed in the produced silicon melt. When this seed crystal is pulled up, single crystal silicon 8 is grown around the seed crystal. When pulling up the single crystal silicon 8, the pulling speed, the position of the heat shield 5 and the like are adjusted. Furthermore, the single crystal silicon 8 is forcibly cooled by flowing cooling water through the pipe of the cooling coil 6.
  • Fig. 5 shows a general gas flow in the furnace.
  • Fig. 5 (a) shows the gas flow at the initial stage of single crystal silicon growth, and
  • Fig. 5 (b) shows the gas flow after the initial growth of single crystal silicon.
  • a part of Ar gas supplied from above in the furnace body 1 is inside the cooling coil 6, that is, with the cooling coil 6. It passes through the gap of single crystal silicon 8 and descends to the vicinity of the silicon melt. Further, the gap between the crucible 3 and the heater 4 descends and flows out of the furnace body 1 from the gas discharge port la provided at the lower part of the furnace body 1. Also, a part of the Ar gas supplied by the upward force in the furnace body 1 descends the gap between the cooling coil 6 and the heat shield 5 and passes through the gap between the lower end 6a of the cooling coil 6 and the heat shield 5 to cool it. It merges with Ar gas that has passed through the inside of coil 6.
  • dust attached to the top of the furnace body 1 may fall.
  • the dust falls on the heat shield 5, falls along the heat shield 5, and falls into the silicon melt.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to reduce the fall of dust into the silicon melt and prevent the quality of single crystal silicon from being deteriorated.
  • the first invention is a first invention
  • a single crystal that has a cylindrical body surrounding the single crystal silicon pulling path and a heat shield surrounding the cylindrical body in the furnace, and pulls up the single crystal silicon while supplying gas downward in the furnace upward force
  • the silicon pulling device
  • the single crystal silicon pulling path, the cylindrical body, and the heat shield are arranged so that the flow rate of the gas passing through the gap between the lower end of the cylindrical body and the heat shield is such that the dust is prevented from falling into the silicon melt.
  • the second invention is:
  • a single crystal that has a cylindrical body surrounding the single crystal silicon pulling path and a heat shield surrounding the cylindrical body in the furnace, and pulls up the single crystal silicon while supplying gas downward in the furnace upward force
  • the silicon pulling device
  • the area of the cross section included in the plane perpendicular to the crystal pulling axis is S1
  • the lower end of the cylindrical body S2 / S1 is 1.01 or less when the area of the side surface of the cylindrical space extending downward from the cylindrical body and the heat shield is S2.
  • the flow rate of Ar gas passing through the gap between the lower end of the cylindrical body and the thermal shield is affected by the pulling path of the single crystal silicon and the arrangement of the cylindrical body and the thermal shield. Therefore, the flow rate of Ar gas passing through the gap between the lower end of the cylindrical body and the heat shield can be controlled by adjusting the pulling path of the single crystal silicon and the relative positions of the cylindrical body and the heat shield.
  • the area of the cross-sectional portion included in the plane perpendicular to the crystal pulling axis is S1
  • the area of the side surface is S2
  • pulling up the single crystal silicon so that S2ZS1 is 1.01 or less
  • a path, a cylindrical body, and a heat shield are arranged.
  • the third invention provides
  • a single crystal silicon pulling apparatus provided in a furnace with a cylindrical body surrounding a single crystal silicon pulling path and a heat shield surrounding the cylindrical body.
  • a silicon melt contamination prevention method that prevents dust from falling into the liquid
  • the single crystal silicon pull-up path, the cylindrical body, and the heat shield are placed so that the flow rate of the gas passing through the gap between the lower end of the cylindrical body and the heat shield is such that dust does not fall into the silicon melt. Adjusting the relative position
  • the fourth invention is:
  • a cylindrical body surrounding the single crystal silicon pulling path, and a heat shield surrounding the cylindrical body In a method for preventing contamination of silicon melt by a single crystal silicon pulling device equipped with a body in a furnace and preventing dust from falling into the silicon melt by gas descending from above the furnace,
  • the area of the cross section included in the plane perpendicular to the crystal pulling axis is S1
  • the lower end of the cylindrical body Single-crystal silicon so that S2ZS1 is 1.01 or less when the area of the side surface of the cylindrical space extending downward from the cylindrical body and the heat shield is S2.
  • the third invention is obtained by replacing the first invention with a method invention
  • the fourth invention is obtained by replacing the second invention with a method invention.
  • the fifth invention provides
  • the thermal shield has a slope between the upper opening where the upper opening is larger than the lower opening and the lower opening and faces toward the bow I lifting path of single crystal silicon. . 5 ⁇ : LO. Omm about unevenness
  • the dust on the heat shield is retained by the uneven portions on the surface of the heat shield and does not fall into the silicon melt. If the unevenness is too large, the heat shield itself will be enlarged, and if it is too small, it will not play a role in retaining dust. Therefore, about 0.5-10. Omm is appropriate.
  • the sixth invention provides
  • a temperature adjustment coil in which a pipe to which a temperature adjustment medium is supplied is spirally wound about a single crystal silicon pulling path and a heat shield surrounding the temperature adjustment coil are provided in the furnace.
  • the single crystal silicon pulling device that pulls up the single crystal silicon while supplying gas downward in the furnace upward force
  • a coil complementary member which is attached along the whole or part of the lower end of the temperature adjustment coil and forms a coil body together with the temperature adjustment coil; The gap between any part of the lower end of the coil body and the heat shield is constant.
  • a temperature adjustment coil that also has a helical pipe force has a height difference at the lower end. For this reason, the gap between the lower end of the temperature adjustment coil and the heat shield surrounding the temperature adjustment coil varies depending on the location.
  • a coil complementing member that complements the height difference is attached to the whole or part of the lower end of the temperature adjustment coil.
  • the coil complement member and the temperature adjustment coil are integrated to form a coil body.
  • the gap between the lower end of the coil body and the heat shield is substantially constant at any part. Then, non-uniform gas flow does not occur in the gap between the coil body and the heat shield.
  • the flow rate of Ar gas passing through the gap between the lower end of a cylindrical body such as a cooling coil and the heat shield can be reduced. For this reason, the separation of dust from the surface of the heat shield due to the change in gas flow is reduced. Therefore, the falling of dust into the silicon melt is reduced, and the deterioration of the quality of single crystal silicon is prevented.
  • the coil complementary member is attached to the lower end of the temperature adjustment coil such as the cooling coil to form the coil body, so that the gap between the lower end of the coil body and the heat shield is all part. Can be constant. Therefore, gas flow non-uniformity does not occur in the gap between the coil body and the heat shield. As a result, it is no longer necessary to induce the fine dust deposited in the upper part of the furnace body to fall, and the fall of the dust into the silicon melt is reduced and the deterioration of the quality of the single crystal silicon is prevented.
  • Example 1 relates to control of the gas flow passing through the gap between the lower end of the cooling coil and the heat shield, and Examples 2 and 3 relate to the shape of the heat shield.
  • Example 1 The apparatus configuration of the present embodiment is the same as that of the single crystal pulling apparatus 10 shown in Fig. 1, except that the arrangement of the pulling paths of the thermal shield 5, the cooling coil 6, and the single crystal silicon 8 has an area Sl, which will be described later. It differs in that it is determined based on S2.
  • the relative position of the pulling path of the heat shield 5, the cooling coil 6, and the single crystal silicon 8 is such that the flow rate of the gas passing through the gap between the lower end 6a of the cooling coil 6 and the heat shield 5 is the heat shield. Adjust so that 5 does not cause dust to peel off.
  • the position is determined by, for example, determining an area ratio S2ZS1, which will be described later, according to the size 'shape of each component in the manufacturing stage of the single crystal pulling apparatus 10.
  • At least one of the cooling coil 6 and the heat shield 5 may be freely moved up and down, and the relative positions of the cooling coil 6 and the heat shield 5 may be appropriately changed.
  • the raising and lowering operations of the cooling coil 6 and the heat shield 5 are controlled by a controller (not shown).
  • the cylindrical body surrounding the pulling path of the single crystal silicon 8 will be described as the cooling coil 6.
  • the present invention is also applied to the case where a heater or a purge tube is provided instead of the 1S cooling coil 6. It is possible.
  • FIG. 2 is a diagram showing the areas Sl and S2 used in the present embodiment.
  • adjustment of the pulling path of the single crystal silicon 8 and the relative positions of the cooling coil 6 and the heat shield 5 is performed based on the factors of the areas Sl and S2.
  • FIG. 2B shows a cross section 21a of a cross section included in a plane orthogonal to the axis in the annular space 21.
  • the area of the cross section 21a is S1.
  • a cylindrical space 22 is assumed below the cooling coil 6.
  • a portion 22a formed between the cooling coil 6 and the heat shield 5 is shown in FIG.
  • the area of the peripheral surface of this portion 22a is S2.
  • the area S1 is determined according to the diameter of the single crystal silicon 8 to be pulled up and the diameter of the cooling coil 6.
  • the area S2 is determined according to the shape of the heat shield 5 and the diameter of the cooling coil 6, and the positions of the heat shield 5 and the cooling coil 6. What is important here is the ratio S2ZS1 (or S1ZS2), not the values of the areas Sl and S2.
  • Table 1 shows the inventor's experimental data regarding the area ratio S2ZS1.
  • Table 1 shows 200mm diameter It is the data when pulling up the crystal.
  • Dust in the silicon melt affects the quality of single crystal silicon. Specifically, dust inhibits single crystal crystallization. The more dust in the silicon melt, the lower the single crystallization rate of the crystals produced, and the higher the polycrystallization rate. Crystals produced when the area ratio S2ZS1 was 1.15 were unacceptable as a product with a low single crystallization rate. When the area ratio S2ZS1 is less than 1.15 (1.01 and 0.8), the single crystallization rate is high. The present inventor believes that there is a threshold between whether the area ratio S2ZS1 is from 1.01 to L15, and whether the single crystallization rate of the crystals produced is acceptable as a product. Therefore, if the relative position of the lifting path of the heat shield 5, the cooling coil 6, and the single crystal silicon 8 is adjusted so that the area ratio S2ZS1 is less than 1.15 (preferably 1.01 or less), It is possible to produce good crystals.
  • Table 1 shows data with a diameter of 200 mm. Similar results are obtained with crystals of other diameters.
  • FIG. 3 is a view showing a gas flow in the furnace body according to the present embodiment.
  • Fig. 3 (a) shows the gas flow at the initial stage of single crystal silicon growth
  • Fig. 3 (b) shows the gas flow after the initial growth of single crystal silicon.
  • the flow rate of Ar gas passing through the gap between the lower end of the cylindrical body such as a cooling coil and the heat shield can be reduced. This reduces the separation of dust from the surface of the heat shield due to changes in gas flow. Therefore, the falling of dust into the silicon melt is reduced, and the deterioration of the quality of single crystal silicon is prevented.
  • FIG. 4 is a schematic view of a cross section of the heat shield.
  • the surface 55a on the single crystal silicon 58 side is uneven.
  • the difference in level of the unevenness is such that dust falling along the surface 55a of the heat shield 55 can be retained. Specifically, 0.5 to about LO. Omm.
  • the actual cooling coil 6 has a cooling pipe 6 b wound in a spiral shape with the pulling path of the single crystal silicon 8 approximately at the center. Cooling water as a cooling medium is supplied into the cooling pipe 6b from a cooling water supply mechanism (not shown).
  • a cooling water supply mechanism not shown.
  • the cylindrical cooling coil 6 is formed by spirally forming the cooling pipe 6b in this way, the lower end 6a of the cooling coil 6 does not become flat, and the maximum height difference of one pipe LI—L2 Occurs. For this reason, the gap between the lower end 6a of the cooling coil 6 and the heat shield 5 varies depending on the location, and the gas flow speed, location, and location are generated, resulting in non-uniform gas flow.
  • the gas flow when the gas flow becomes non-uniform in the gap between the lower end 6a of the cooling coil 6 and the heat shield 5, the gas flow changes as the single crystal silicon 8 is pulled up, and is deposited on the upper part of the furnace body. May cause the fall of minute dust (carbon etc.).
  • the coil complementary member 61 is provided along a part of the lower end 6a of the cooling coil 6. Is installed.
  • the coil complementary member 61 has the same curvature as that of the cooling coil 6. Cooling co
  • the coil 6 and the coil complementing member 61 are integrated together, and the integrated structure is referred to as a coil body 60 here.
  • the coil complementing member 61 compensates for the height difference of the lower end 6a of the cooling coil 6 and makes the lower end of the coil body 60 substantially flat. Any material can be used for the coil complementary member 61 as long as it does not interfere with the formation and quality of the single crystal silicon 8.
  • the coil complementary member 61 is not attached to a part of the lower end 6a of the cooling coil 6, as shown in FIG. 7 (b).
  • a coil complementing member 62 may be attached to the entire lower end 6a.
  • the coil complementing member 61 is provided on the cylindrical cooling pipe 6.
  • the present invention is not limited to this, and the coil complementing member 61 is a cylindrical shape that allows the temperature adjusting medium to flow through the spiral pipe. It may be provided on this coil.
  • the coil complementary member is attached to the lower end of the temperature adjustment coil such as the cooling coil to form the coil body, so that the gap between the lower end of the coil body and the heat shield is at all portions. Can be constant. Therefore, gas flow non-uniformity does not occur in the gap between the coil body and the heat shield. As a result, it is no longer necessary to induce the fine dust deposited in the upper part of the furnace body to fall, and the fall of the dust into the silicon melt is reduced and the deterioration of the quality of the single crystal silicon is prevented.
  • FIG. 1 is a schematic view of a single crystal silicon pulling apparatus.
  • FIG. 2 is a diagram showing areas Sl and S2 used in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a view showing a gas flow in the furnace body according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic view of a cross section of a heat shield.
  • FIG. 5 is a diagram showing a gas flow in a general furnace body.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a general cooling coil.
  • FIGS. 7 (a) and 7 (b) are schematic views of a cooling coil to which a coil complementary member is attached. Explanation of symbols

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Abstract

　筒状体の下端と熱遮蔽体の間隙を通過するＡｒガスの流速は、単結晶シリコンの引き上げ経路と筒状体と熱遮蔽体の配置に影響を受ける。したがって単結晶シリコンの引き上げ経路と筒状体と熱遮蔽体の相対的な位置を調整して、筒状体の下端と熱遮蔽体の間隙を通過するＡｒガスの流速を制御する。すると、シリコン融液への塵の落下を低減し、単結晶シリコンの品質低下が防止される。

Description

明 細 書
単結晶シリコン引き上げ装置、シリコン融液の汚染防止方法及びシリコン 融液の汚染防止装置
技術分野
[0001] 本発明は、熱遮蔽体力 シリコン融液への塵の落下によってシリコン融液が汚染さ れることを防止する単結晶シリコン引き上げ装置、シリコン融液の汚染防止方法及び 装置に関する。
背景技術
[0002] 図 1は単結晶シリコン引き上げ装置の模式図である。
単結晶引き上げ装置 10の炉体 1の内部には、炉体 1の内壁面の内側に配置され 炉体内外の熱伝達を遮断する断熱材 2と、多結晶シリコンのようなシリコン材料を保 持しこのシリコン原料溶解後のシリコン融液を貯留するルツボ 3と、ルツボ 3を囲繞す るように配置されルツボ 3を介してシリコン材料を熱するヒータ 4と、単結晶シリコン 8の 引き上げ経路を囲繞するようにルツボ 3の上方に配置される熱遮蔽体 5と、が設けら れる。
[0003] また単結晶シリコン 8の引き上げ経路を囲繞するようにルツボ 3の上方に冷却コイル 6が設けられる場合もある。冷却コイル 6は、冷却水が流れる管路が螺旋状に卷回さ れて形成されており、全体の形状が筒状である。冷却コイル 6は結晶の引き上げ経路 が螺旋の内側に位置するようにルツボ 3の上方に配置される。冷却コイル 6によって 単結晶シリコン 8の冷却速度が速められると、単結晶シリコン 8に含まれる空孔状の欠 陥所謂 COPのサイズが小さくなるため結晶品質が向上する。また単結晶シリコン 8の 製造サイクルが早まるため製造効率が向上する。なお単結晶シリコン 8の酸素析出物 を制御する場合や酸化膜耐圧を改善する場合があり、冷却コイル 6の位置とほぼ同 位置に冷却コイルではなく筒状の加熱ヒータやパージチューブが設けられることもあ る。
[0004] ここで単結晶引き上げ装置 10を用いた単結晶シリコン製造処理の手順を簡単に説 明する。ルツボ 3にシリコン材料を投入しヒータ 4を起動する。するとシリコン材料が加 熱され溶解しシリコン融液が生成される。生成されたシリコン融液にシリコンの種結晶 を浸漬する。この種結晶を引き上げると種結晶の回りには単結晶シリコン 8が育成さ れる。単結晶シリコン 8の引き上げの際には引き上げ速度や熱遮蔽体 5の位置等を 調整する。さらに冷却コイル 6の管路に冷却水を流して単結晶シリコン 8を強制的に 冷却する。
[0005] 単結晶シリコン 8の育成時には炉体 1内の上方力 Arガスが供給される。図 5は一 般的な炉体内のガス流を示す図である。図 5 (a)では単結晶シリコンの育成初期のガ ス流が示されており、図 5 (b)では単結晶シリコンの育成初期後のガス流が示されて いる。
[0006] 図 5 (a)で示されるように、単結晶シリコン 8の育成初期は、炉体 1内の上方力 供給 される Arガスが冷却コイル 6の内側を通過してシリコン融液近傍まで下降する。さらに ルツボ 3とヒータ 4の間隙を下降し、炉体 1の下部に設けられたガス排出口 laから炉 体 1の外部に流出する。また炉体 1内の上方力も供給される Arガスの一部は冷却コ ィル 6の内側を通過した後に、冷却コイル 6の下端 6aと熱遮蔽体 5の間隙を通過して 冷却コイル 6と熱遮蔽体 5の間隙を上昇し、炉体 1の上方力 供給される Arガスと合 流する。
[0007] 図 5 (b)で示されるように、単結晶シリコン 8の育成初期後は、炉体 1内の上方から 供給される Arガスの一部が冷却コイル 6の内側すなわち冷却コイル 6と単結晶シリコ ン 8の間隙を通過してシリコン融液近傍まで下降する。さらにルツボ 3とヒータ 4の間隙 を下降し、炉体 1の下部に設けられたガス排出口 laから炉体 1の外部に流出する。ま た炉体 1内の上方力 供給される Arガスの一部は冷却コイル 6と熱遮蔽体 5の間隙を 下降して冷却コイル 6の下端 6aと熱遮蔽体 5の間隙を通過し、冷却コイル 6の内側を 通過してきた Arガスと合流する。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 図 5 (a)、（b)で示されるように、単結晶シリコン 8の育成初期とその後とでは冷却コ ィル 6の下端 6aと熱遮蔽体 5の間隙を流れる Arガスの進行方向が変化する。このとき 流速の変化量が大きいと熱遮蔽体 5に付着する塵が剥離する場合がある。剥離した 塵は熱遮蔽体 5に沿って落ち、シリコン融液に落下する。
また炉体 1の上部に付着する塵が落下する場合もある。塵は熱遮蔽体 5に落下し、 熱遮蔽体 5に沿って落ち、シリコン融液に落下する。
[0009] シリコン融液に塵が落下するとシリコン融液が汚染されることになる。特にシリコン融 液中の塵が育成される結晶に取り込まれると結晶の単結晶化が阻害され、単結晶シ リコンの品質が低下するといつた問題が生ずる。したがってシリコン融液への塵の落 下を防止する必要がある。
[0010] 本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、シリコン融液への塵の落下を低 減し、単結晶シリコンの品質低下を防止することを解決課題とするものである。
課題を解決するための手段
[0011] 第 1発明は、
単結晶シリコンの引き上げ経路を囲繞する筒状体と、この筒状体を囲繞する熱遮蔽 体とを炉内に備え、炉内上方力 下方へガスを供給しつつ単結晶シリコンを引き上げ る単結晶シリコン引き上げ装置において、
筒状体の下端と熱遮蔽体の間隙を通過するガスの流速がシリコン融液への塵の落 下を防止する程度となるように単結晶シリコンの引き上げ経路と筒状体と熱遮蔽体と が配置されたこと
を特徴とする。
[0012] 第 2発明は、
単結晶シリコンの引き上げ経路を囲繞する筒状体と、この筒状体を囲繞する熱遮蔽 体とを炉内に備え、炉内上方力 下方へガスを供給しつつ単結晶シリコンを引き上げ る単結晶シリコン引き上げ装置において、
単結晶シリコンの側面と筒状体の内壁面とで形成される環状空間のうち、結晶の引 き上げ軸と直交する平面に含まれる断面部分の面積を S1とし、且つ筒状体の下端か ら下方に延在する筒状空間のうち、筒状体と熱遮蔽体との間に位置する部分の側面 の面積を S2とした場合に、 S2/S1が 1. 01以下であること
を特徴とする。
[0013] 第 1、第 2発明を説明する。 単結晶シリコン引き上げ装置の炉体内上方力 Arガスが供給されると、 Arガスは 単結晶シリコンに沿って下降する。単結晶シリコンの育成初期とその後とでは筒状体 の下端と熱遮蔽体の間隙を通過する Arガスの進行方向が変化するが、筒状体の下 端と熱遮蔽体の間隙を通過する Arガスの流速が小さければ Arガスの進行方向の変 化があってもその流速の変化量は小さい。すると Arガスの進行方向の変化に起因す る熱遮蔽体力 塵の剥離することが防止される。よって塵がシリコン融液へ落下する ことが防止される。
[0014] 筒状体の下端と熱遮蔽体の間隙を通過する Arガスの流速は、単結晶シリコンの引 き上げ経路と筒状体と熱遮蔽体の配置に影響を受ける。したがって単結晶シリコンの 引き上げ経路と筒状体と熱遮蔽体の相対的な位置を調整すれば筒状体の下端と熱 遮蔽体の間隙を通過する Arガスの流速を制御できる。
[0015] 具体的には、
単結晶シリコンの側面と筒状体の内壁面とで形成される環状空間のうち、結晶の引き 上げ軸と直交する平面に含まれる断面部分の面積を S1とし、且つ筒状体の下端から 下方に延在する筒状空間のうち、筒状体と熱遮蔽体との間に位置する部分の側面の 面積を S2とした場合に、 S2ZS1が 1. 01以下になるように単結晶シリコンの引き上げ 経路と筒状体と熱遮蔽体とが配置される。
[0016] 第 3発明は、
単結晶シリコンの引き上げ経路を囲繞する筒状体と、この筒状体を囲繞する熱遮蔽 体と、を炉内に備えた単結晶シリコン引き上げ装置で、炉内上方から下降するガスに よってシリコン融液に塵が落下することを防止するシリコン融液の汚染防止方法にお いて、
筒状体の下端と熱遮蔽体の間隙を通過するガスの流速がシリコン融液への塵の落 下を防止する程度となるように単結晶シリコンの引き上げ経路と筒状体と熱遮蔽体の 相対的な位置を調整すること
を特徴とする。
[0017] 第 4発明は、
単結晶シリコンの引き上げ経路を囲繞する筒状体と、この筒状体を囲繞する熱遮蔽 体と、を炉内に備えた単結晶シリコン引き上げ装置で、炉内上方から下降するガスに よってシリコン融液に塵が落下することを防止するシリコン融液の汚染防止方法にお いて、
単結晶シリコンの側面と筒状体の内壁面とで形成される環状空間のうち、結晶の引 き上げ軸と直交する平面に含まれる断面部分の面積を S1とし、且つ筒状体の下端か ら下方に延在する筒状空間のうち、筒状体と熱遮蔽体との間に位置する部分の側面 の面積を S2とした場合に、 S2ZS1を 1. 01以下とするように単結晶シリコンの引き上 げ経路と筒状体と熱遮蔽体の相対的な位置を調整すること
を特徴とする。
[0018] 第 3発明は第 1発明を方法の発明に置換したものであり、第 4発明は第 2発明を方 法の発明に置換したものである。
[0019] 第 5発明は、
単結晶シリコンの引き上げ経路を囲繞する熱遮蔽体力 シリコン融液への塵の落 下を防止するシリコン融液の汚染防止装置において、
熱遮蔽体は、下方の開口よりも上方の開口が大きぐ上方の開口と下方の開口の 間にあって単結晶シリコンの弓 Iき上げ経路側に向く斜面を有し、この斜面に高低差 が 0. 5〜： LO. Omm程度の凹凸を有すること
を特徴とする。
[0020] 熱遮蔽体上の塵は、熱遮蔽体表面の凹凸部分に留められシリコン融液に落下しな い。凹凸の高低差が大きすぎると熱遮蔽体自体の大型化を招き、小さすぎると塵を留 める役割を果たさない。したがって 0. 5-10. Omm程度が適切である。
[0021] 第 6発明は、
温度調整用の媒体が供給されるパイプが単結晶シリコンの引き上げ経路を略中心 にして螺旋状に巻かれてなる温度調整コイルと、この温度調整コイルを囲繞する熱遮 蔽体とを炉内に備え、炉内上方力 下方へガスを供給しつつ単結晶シリコンを引き 上げる単結晶シリコン引き上げ装置において、
前記温度調整コイル下端の全体又は一部に沿って取り付けられて該温度調整コィ ルと共にコイル体を形成するコイル補完部材を有し、 前記コイル体下端のいずれの部分と前記熱遮蔽体との間隙が一定であること を特徴とする。
[0022] 螺旋状のパイプ力もなる温度調整コイルは下端に高低差が生じる。このため温度調 整コイルの下端と温度調整コイルの回りを囲繞する熱遮蔽体との間隙が場所によつ て異なることになる。こうした間隙の不均一を防止するために、温度調整コイルの下 端の全体又は一部に高低差を補完するコイル補完部材が取り付けられる。コイル補 完部材と温度調整コイルとは一体となりコイル体を形成する。コイル体の下端と熱遮 蔽体との間隙はどの部分でも略一定とされる。するとコイル体と熱遮蔽体との間隙で ガス流れの不均一化が発生しなくなる。
発明の効果
[0023] 第 1〜第 4発明によれば、冷却コイルなどの筒状体の下端と熱遮蔽体の間隙を通 過する Arガスの流速を小さくすることができる。このためガス流の変化に起因する熱 遮蔽体表面からの塵の剥離が低減される。よってシリコン融液への塵の落下が低減 され、単結晶シリコンの品質低下が防止される。
[0024] 第 5発明によれば、炉体内上部から熱遮蔽体に落下する塵及び熱遮蔽体上の塵を 熱遮蔽体に留めることができる。よって熱遮蔽体力 シリコン融液への塵の落下が低 減され、単結晶シリコンの品質低下が防止される。
[0025] 第 6発明によれば、、冷却コイルのような温度調整コイルの下端にコイル補完部材 を取り付けてコイル体を形成するため、コイル体の下端と熱遮蔽体との間隙を全ての 部分で一定にすることができる。したがってコイル体と熱遮蔽体との間隙でガス流れ の不均一化が発生しなくなる。よって炉体内の上部に堆積した微小な塵の落下を誘 発することがなくなり、シリコン融液への塵の落下が低減され、単結晶シリコンの品質 低下が防止される。
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施例 1は冷却コイルの下端と熱遮蔽体の間隙を通過するガス流の制御に関し、 実施例 2、 3は熱遮蔽体の形状に関する。
実施例 1 [0027] 本実施形態の装置構成は図 1で示される単結晶引き上げ装置 10と同じであるが、 熱遮蔽体 5と冷却コイル 6と単結晶シリコン 8の引き上げ経路の配置が後述する面積 Sl、 S2を基にして決定されているという点で異なる。
[0028] 熱遮蔽体 5と冷却コイル 6と単結晶シリコン 8の引き上げ経路の相対的な位置は、冷 却コイル 6の下端 6aと熱遮蔽体 5の間隙を通過するガスの流速が熱遮蔽体 5から塵 を剥離させない程度となるように調整される。その位置は、例えば単結晶引き上げ装 置 10の製造段階で、各構成要素のサイズ'形状に応じて後述する面積比 S2ZS1を 求め決定される。
[0029] また冷却コイル 6と熱遮蔽体 5のうちの少なくとも一方を昇降動作自在にし、冷却コ ィル 6と熱遮蔽体 5の相対的な位置を適宜変化させてもよい。この場合、冷却コイル 6 と熱遮蔽体 5の昇降動作は図示しないコントローラで制御される。なお本実施形態で は単結晶シリコン 8の引き上げ経路を囲繞する筒状体を冷却コイル 6として説明する 1S 冷却コイル 6の代わりに加熱ヒータやパージチューブが設けられる場合にも本発 明を適用することが可能である。
[0030] 図 2は本実施形態で用いる面積 Sl、 S2を示す図である。
本実施形態では単結晶シリコン 8の引き上げ経路と冷却コイル 6と熱遮蔽体 5の相 対的な位置の調整を面積 Sl、 S2という要素に基づいて行う。
[0031] 単結晶シリコン 8の側面と冷却コイル 6の内壁面との間には環状空間 21が形成され る。環状空間 21において、軸と直交する平面に含まれる断面部分の断面 21aを図 2 ( b)で示す。この断面 21aの面積を S1とする。次に冷却コイル 6が下方に延在する場 合を想定する。このような場合に冷却コイル 6の下方には筒状空間 22が想定される。 この筒状空間 22において、冷却コイル 6と熱遮蔽体 5との間に形成される部分 22aを 図 2 (c)で示す。この部分 22aの周面の面積を S2とする。
[0032] 面積 S1は引き上げる単結晶シリコン 8の径と冷却コイル 6の径に応じて決まる。面積 S2は熱遮蔽体 5の形状と冷却コイル 6の径、また熱遮蔽体 5及び冷却コイル 6の位置 に応じて決まる。ここで重要なのは面積 Sl、 S2の値ではなぐその比 S2ZS1 (又は S 1ZS2)である。
[0033] 表 1に面積比 S2ZS1に関する本発明者の実験データを示す。表 1は直径 200mm の結晶を引き上げた場合のデータである。
[0034] [表 1]
Figure imgf000010_0001
[0035] シリコン融液中の塵は単結晶シリコンの品質に影響を及ぼす。具体的には塵は結 晶の単結晶化を阻害する。シリコン融液中に塵が多いほど生成された結晶の単結晶 化率は低くなり、逆に多結晶化率が高くなる。面積比 S2ZS1を 1. 15とした場合に生 成された結晶は単結晶化率が低ぐ製品として許容できな力つた。面積比 S2ZS1を 1. 15未満とした場合（1. 01、 0. 8)に生成された結晶は単結晶化率が高い。本発 明者は、面積比 S2ZS1の値 1. 01〜： L 15の間に、生成される結晶の単結晶化率 が製品として許容できるか否かの閾値があると考えている。よって面積比 S2ZS1が 1 . 15未満（望ましくは 1. 01以下）となるように熱遮蔽体 5と冷却コイル 6と単結晶シリコ ン 8の引き上げ経路の相対的な位置を調整すれば、製品として良好な結晶を生成す ることがでさる。
[0036] 表 1は直径 200mmのデータである力 他の径の結晶であっても同じ様な結果が得 られる。
[0037] 図 3は本実施形態による炉体内のガス流を示す図である。図 3 (a)では単結晶シリ コンの育成初期のガス流が示されており、図 3 (b)では単結晶シリコンの育成初期後 のガス流が示されている。
単結晶シリコン引き上げ装置の炉体内上方力 Arガスを供給すると、 Arガスは単 結晶シリコン 8の引き上げ経路に沿って下降する。図 3で示されるように、面積比 S2 ZS 1が適当な値であると、冷却コイル 6の下端 6aと熱遮蔽体 5の間隙を通過するガス の流速が小さくなる。冷却コイル 6の下端 6aと熱遮蔽体 5の間隙を通過する Arガスの 流速が小さければ Arガスの進行方向の変化があっても流速の変化量は小さい。した 力 て Arガスの進行方向の変化に起因する熱遮蔽体 5からの塵の落下が抑制され る。
[0038] 本実施形態によれば、冷却コイルなどの筒状体の下端と熱遮蔽体の間隙を通過す る Arガスの流速を小さくすることができる。このためガス流の変化に起因する熱遮蔽 体表面からの塵の剥離が低減される。よってシリコン融液への塵の落下が低減され、 単結晶シリコンの品質低下が防止される。 実施例 2
[0039] 図 4は熱遮蔽体の断面の模式図である。
熱遮蔽体 55において、単結晶シリコン 58側の表面 55aは凹凸状である。凹凸の高 低差は熱遮蔽体 55の表面 55aに沿って落ちる塵を留められる程度である。具体的に は、 0. 5〜： LO. Omm程度である。
[0040] 本実施形態によれば、炉体内上部から熱遮蔽体に落下する塵及び熱遮蔽体上の 塵を熱遮蔽体に留めることができる。よって熱遮蔽体力 シリコン融液への塵の落下 が低減され、単結晶シリコンの品質低下が防止される。
実施例 3
[0041] ところで図 6で示されるように、実際の冷却コイル 6は単結晶シリコン 8の引き上げ経 路を略中心にして螺旋状に巻かれた冷却パイプ 6bを有する。この冷却パイプ 6bの 内部には冷却媒体である冷却水が、図示しない冷却水供給機構から供給される。こ のように冷却パイプ 6bを螺旋状にして筒状の冷却コイル 6を形成した場合に、冷却コ ィル 6の下端 6aは平坦にならず、最大でパイプ 1本分の高低差 LI— L2が生じる。こ のため冷却コイル 6の下端 6aと熱遮蔽体 5との間隙は場所によって異なることになり、 ガス流れの速 、箇所と遅 、箇所が発生してガス流れの不均一化が発生する。このよ うに冷却コイル 6の下端 6aと熱遮蔽体 5との間隙でガス流れが不均一化すると、単結 晶シリコン 8の引き上げに伴いガス流れが変化する際に、炉体内の上部に堆積した 微小な塵 (カーボン等)の落下を誘発することがある。
[0042] 本実施形態では、こうした高低差に起因する塵の落下を防止するために、図 7 (a) で示されるように、冷却コイル 6の下端 6aの一部に沿ってコイル補完部材 61が取り付 けられている。コイル補完部材 61は冷却コイル 6の曲率と同じ曲率を有する。冷却コ ィル 6とコイル補完部材 61とは一体ィ匕され、ここでは一体化された構造体をコイル体 60と称する。コイル補完部材 61は冷却コイル 6における下端 6aの高低差を補完して 、コイル体 60の下端を略平坦にする。コイル補完部材 61の材料は、単結晶シリコン 8 の形成や品質に支障をきたすことがな ヽのであれば、どのようなものでもよ 、。
[0043] 図 7 (a)で示されるように、冷却コイル 6における下端 6aの一部にコイル補完部材 6 1が取り付けられるのではなぐ図 7 (b)で示されるように、冷却コイル 6における下端 6 aの全体にコイル補完部材 62が取り付けられてもよい。
[0044] また本実施形態では、コイル補完部材 61を筒状の冷却パイプ 6に設けて ヽるが、こ れに限らず、コイル補完部材 61を螺旋状のパイプに温度調整媒体を流す筒状のコ ィルに設けてもよい。
[0045] 本実施形態によれば、冷却コイルのような温度調整コイルの下端にコイル補完部材 を取り付けてコイル体を形成するため、コイル体の下端と熱遮蔽体との間隙を全ての 部分で一定にすることができる。したがってコイル体と熱遮蔽体との間隙でガス流れ の不均一化が発生しなくなる。よって炉体内の上部に堆積した微小な塵の落下を誘 発することがなくなり、シリコン融液への塵の落下が低減され、単結晶シリコンの品質 低下が防止される。
図面の簡単な説明
[0046] [図 1]図 1は単結晶シリコン引き上げ装置の模式図である。
[図 2]図 2は第 1の実施形態で用いる面積 Sl、 S2を示す図である。
[図 3]図 3は第 1の実施形態による炉体内のガス流を示す図である。
[図 4]図 4は熱遮蔽体の断面の模式図である。
[図 5]図 5は一般的な炉体内のガス流を示す図である。
[図 6]図 6は一般的な冷却コイルの模式図である。
[図 7]図 7 (a)、 (b)はコイル補完部材が取り付けられた冷却コイルの模式図である。 符号の説明
[0047] 1 炉体
5、 45、 55 熱遮蔽体
6 冷却コイル 単結晶シリコン 単結晶引き上げ装置 コイル体
コイル補完部材

Claims

請求の範囲
[1] 単結晶シリコンの引き上げ経路を囲繞する筒状体と、この筒状体を囲繞する熱遮蔽 体とを炉内に備え、炉内上方力 下方へガスを供給しつつ単結晶シリコンを引き上げ る単結晶シリコン引き上げ装置において、
筒状体の下端と熱遮蔽体の間隙を通過するガスの流速がシリコン融液への塵の落 下を防止する程度となるように単結晶シリコンの引き上げ経路と筒状体と熱遮蔽体と が配置されたこと
を特徴とする単結晶シリコン引き上げ装置。
[2] 単結晶シリコンの引き上げ経路を囲繞する筒状体と、この筒状体を囲繞する熱遮蔽 体とを炉内に備え、炉内上方力 下方へガスを供給しつつ単結晶シリコンを引き上げ る単結晶シリコン引き上げ装置において、
単結晶シリコンの側面と筒状体の内壁面とで形成される環状空間のうち、結晶の引 き上げ軸と直交する平面に含まれる断面部分の面積を S1とし、且つ筒状体の下端か ら下方に延在する筒状空間のうち、筒状体と熱遮蔽体との間に位置する部分の側面 の面積を S2とした場合に、 S2/S1が 1. 01以下であること
を特徴とする単結晶シリコン引き上げ装置。
[3] 単結晶シリコンの引き上げ経路を囲繞する筒状体と、この筒状体を囲繞する熱遮蔽 体と、を炉内に備えた単結晶シリコン引き上げ装置で、炉内上方から下降するガスに よってシリコン融液に塵が落下することを防止するシリコン融液の汚染防止方法にお いて、
筒状体の下端と熱遮蔽体の間隙を通過するガスの流速がシリコン融液への塵の落 下を防止する程度となるように単結晶シリコンの引き上げ経路と筒状体と熱遮蔽体の 相対的な位置を調整すること
を特徴とするシリコン融液の汚染防止方法。
[4] 単結晶シリコンの引き上げ経路を囲繞する筒状体と、この筒状体を囲繞する熱遮蔽 体と、を炉内に備えた単結晶シリコン引き上げ装置で、炉内上方から下降するガスに よってシリコン融液に塵が落下することを防止するシリコン融液の汚染防止方法にお いて、 単結晶シリコンの側面と筒状体の内壁面とで形成される環状空間のうち、結晶の引 き上げ軸と直交する平面に含まれる断面部分の面積を S1とし、且つ筒状体の下端か ら下方に延在する筒状空間のうち、筒状体と熱遮蔽体との間に位置する部分の側面 の面積を S2とした場合に、 S2ZS1を 1. 01以下とするように単結晶シリコンの引き上 げ経路と筒状体と熱遮蔽体の相対的な位置を調整すること
を特徴とするシリコン融液の汚染防止方法。
[5] 単結晶シリコンの引き上げ経路を囲繞する熱遮蔽体力 シリコン融液への塵の落 下を防止するシリコン融液の汚染防止装置において、
熱遮蔽体は、下方の開口よりも上方の開口が大きぐ上方の開口と下方の開口の 間にあって単結晶シリコンの弓 Iき上げ経路側に向く斜面を有し、この斜面に高低差 が 0. 5〜： LO. Omm程度の凹凸を有すること
を特徴とするシリコン融液の汚染防止装置。
[6] 温度調整用の媒体が供給されるパイプが単結晶シリコンの引き上げ経路を略中心 にして螺旋状に巻かれてなる温度調整コイルと、この温度調整コイルを囲繞する熱遮 蔽体とを炉内に備え、炉内上方力 下方へガスを供給しつつ単結晶シリコンを引き 上げる単結晶シリコン引き上げ装置において、
前記温度調整コイル下端の全体又は一部に沿って取り付けられて該温度調整コィ ルと共にコイル体を形成するコイル補完部材を有し、
前記コイル体下端のいずれの部分と前記熱遮蔽体との間隙が一定であること を特徴とする単結晶シリコン引き上げ装置。
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