JP2004315298A

JP2004315298A - Apparatus and method for pulling single crystal

Info

Publication number: JP2004315298A
Application number: JP2003112408A
Authority: JP
Inventors: Hideki Watanabe; 英樹渡邉; Isamu Miyamoto; 宮本　　勇; Toshiyuki Fujiwara; 俊幸藤原; Shuichi Inami; 修一稲見
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: JP4273820B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for pulling a single crystal, with which it is possible to further improve the non-dislocation rate of the single crystal being pulled by suppressing the generation of thermal stress and preventing the introduction of dislocations by making the temperature gradient in the vertical direction of a seed crystal and/or a neck part small in the case that the single crystal is pulled while heating the seed crystal and/or the neck part by using an auxiliary heating means. <P>SOLUTION: In the single crystal pulling apparatus equipped with a crucible 21 being filled with a melt 23, a heater 22 provided at the periphery of the crucible 21, a heat generating section 16a provided so as to surround the seed crystal 35 located in a position just above the melt 23, and the auxiliary heating means 16 constituted by including a moving mechanism for retreating the heating section 16a from a zone where the single crystal 36 passes, a covering part 16d for covering a space between the heat generating section 16a and the single crystal 36 is extended from the heat generating section 16a. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は単結晶引き上げ装置及び単結晶引き上げ方法に関し、より詳細にはチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と記す）に代表される引き上げ法により、シリコン等からなる単結晶を引き上げる際に使用される単結晶引き上げ装置及び単結晶引き上げ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、大規模集積回路（ＬＳＩ）等の回路素子形成用基板の製造に使用されているシリコン単結晶の大部分は、ＣＺ法により引き上げられている。引き上げ単結晶を無転位化する方法としては、結晶の直径を数ｍｍ程度にまで細くすることで無転位化を図る、ダッシュネック法と呼ばれる方法が一般的に用いられている。近年、引き上げ単結晶の大口径化に伴い、単結晶重量が大きくなってきており、細いネック部に掛かる荷重がシリコンの引張強度を超え、単結晶の引き上げ中に結晶が落下する虞れが大きくなってきている。
【０００３】
上記虞れに対処するため、移動可能な補助加熱手段を用いて種結晶を予熱し、種結晶を溶融液に接触させる際の熱ショックによる導入転位を抑制し、ネック部を形成することなく引き上げ単結晶を無転位化する方法（特許文献１参照）や、ダッシュネック法による無転位化作業時にネック部を補助加熱手段を用いて加熱することにより、ネック部の温度分布を制御してネック部に作用する熱応力を軽減し、通常よりも太い直径のネック部でも引き上げ単結晶を無転位化できる方法（特許文献１参照）が開発されている。
【０００４】
また、本件出願人は、坩堝に充填された溶融液の直上に位置した状態の種結晶を取り囲むように位置させ得る発熱部と、該発熱部を単結晶の通過領域より退避させる移動機構とを含んで構成された補助加熱手段を備えた単結晶引き上げ装置を先に提案している（特許文献２参照）。
【０００５】
図５は、補助加熱手段を備えた従来の単結晶引き上げ装置を模式的に示した断面図である。また、図６（ａ）、（ｂ）は、従来の単結晶引き上げ装置における補助加熱手段を構成する発熱部の形態を模式的に示した斜視図及び平面図である。
【０００６】
図中２１は、坩堝を示しており、坩堝２１は、有底円筒形状をした石英製坩堝２１ａと、この石英製坩堝２１ａの外側に嵌合された、同じく有底円筒形状をした黒鉛製坩堝２１ｂとから構成されており、坩堝２１は、図中の矢印Ａ方向に所定の速度で回転する支持軸２８に支持されている。この坩堝２１の外側には、抵抗加熱式のメインヒ−タ２２、メインヒータ２２の外側には保温筒２７が同心円状に配置されており、坩堝２１内には、このメインヒータ２２により溶融される結晶用原料である溶融液２３が充填されるようになっている。また、坩堝２１の中心軸上には、引き上げ棒あるいはワイヤー等からなる引き上げ軸２４が吊設されており、この引き上げ軸２４の先に、保持具２４ａを介して種結晶３５が取り付けられるようになっている。
【０００７】
また、図中２５は整流治具を示しており、整流治具２５の本体部２５ａは逆円錐台側面形状を有すると共に、引き上げられた単結晶３６を取り囲むように位置し、本体部２５ａの下端部が坩堝２１内に充填される溶融液２３面の上方近傍に位置させ得るように配設されている。
【０００８】
また、図中２６は補助加熱手段を示しており、補助加熱手段２６の発熱部２６ａは、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、種結晶３５の水平方向に関する外周長さの半分以上を取り囲むと共に種結晶３５から退避するための開口部２６ｂを有し、溶融液２３の直上に位置した状態の種結晶３５を取り囲み得るように配設されている。発熱部２６ａには、発熱部２６ａに電力を供給するとともに、発熱部２５ａを下降又は上昇させる際の角度を決定するための電極２５ｃが接続されている。またネック部３６ａ形成後、メインボディ部３６ｃを形成する際に発熱部２５ａを単結晶３６の通過領域より退避させるための移動機構（図示せず）が装備されており、発熱部２６ａ、電極２６ｂ、及び移動機構を含んで補助加熱手段２６が構成されている。なお発熱部２６ａにおける発熱領域を図６（ｂ）中にハッチで示している。移動機構を除くこれらの部材は、圧力の制御が可能な水冷式のチャンバ２９内に納められている。
【０００９】
上記した単結晶引き上げ装置を用いて単結晶３６を引き上げる方法を、図７に基づいて説明する。図７（ａ）〜（ｅ）は、単結晶を引き上げる各工程のうちの一部の工程における、種結晶の近傍を模式的に示した部分拡大正面図である。
【００１０】
図７には示していないが、まずチャンバ２９内を減圧した後、不活性ガスを導入してチャンバ２９内を減圧の不活性ガス雰囲気とし、その後メインヒータ２２により結晶用原料を溶融させ、しばらく放置して溶融液２３中のガスを十分に放出させる。
【００１１】
次に、支持軸２８と同一軸心で逆方向に所定の速度で引き上げ軸２４を回転させながら、保持具２４ａに取り付けられた種結晶３５を降下させて、種結晶３５の予熱を行う（図７（ａ））。次に、種結晶３５を降下させ、種結晶３５の先端部３５ａを溶融液２３に浸漬する（図７（ｂ））。
次に補助加熱手段２６によって種結晶３５と溶融液２３との界面を加熱しながら、種結晶３５をさらに降下させて溶融液２３に漬け込む（図７（ｃ））。
【００１２】
次に、所定の引き上げ速度で種結晶３５を引き上げ、この種結晶３５の下部にこれと略同様の直径のネック部３６ａを形成する。このとき補助加熱手段２６の発熱部２６ａによりネック部３６ａと溶融液２３との界面を加熱し、ネック部３６ａの温度分布に起因する熱応力を軽減させ、ネック部３６ａを無転位化させる（無転位化工程、図７（ｄ））。
【００１３】
次に、移動手段（図示せず）を駆動させて発熱部２６ａをネック部３６ａから退避させ、その後引き上げ軸２４の引き上げ速度（以下、単に引き上げ速度とも記す）を落としてネック部３６ａを所定の径まで成長させ、ショルダー３６ｂを形成する（ショルダー形成工程）。その後、一定の速度で引き上げ軸２４を引き上げることにより、一定の径、所定長さのメインボディ３６ｃを形成する（メインボディ形成工程、図７（ｅ））。
その後、図７には示していないが、最後に急激な温度変化により単結晶３６に高密度の転位が導入されないように、単結晶３６の直径を徐々に絞って単結晶３６全体の温度を徐々に降下させ、終端コーンを形成する。その後、単結晶３６を溶融液２３から切り離し、冷却して単結晶３６の引き上げを完了させる。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−１８９４８８号公報
【特許文献２】
特開２０００−１３７９８６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の単結晶引き上げ装置においては、補助加熱手段２６の発熱部２６ａにより種結晶３５と溶融液２３との界面を加熱することにより、着液時の熱ショックが軽減され、着液時の導入転位数を減少させることができ、また、ネック部３６ａを加熱することによりネック部３６ａの径方向の温度勾配が小さくなり、熱応力が軽減され、ネック部３６ａでの転位除去能力が増大され、引き上げる単結晶の無転位化を図ることができるとしている。
【００１６】
しかしながら、発熱部２６ａが平面視Ｕ字形状の抵抗加熱ヒータから構成されており、その発熱領域が種結晶３５の水平方向に関する外周長さの５０〜７０％に設定されているので、発熱部２６ａからの熱が種結晶３５との間の空隙から上方へ放射されやすく、種結晶３５やネック部３６ａの鉛直方向の温度分布を小さくすることがやや困難で、その結果、熱応力が発生して、転位が導入される虞れも残っていたという課題があった。
【００１７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、補助加熱手段を用いて種結晶及び／又はネック部を加熱して単結晶を引き上げる場合に、前記種結晶及び／又は前記ネック部の鉛直方向の温度勾配を極力小さくして、熱応力の発生を抑制し、転位の導入を阻止して、引き上げる単結晶の無転位化率をさらに向上させることのできる単結晶引き上げ装置及び単結晶引き上げ方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するために本発明に係る単結晶引き上げ装置（１）は、溶融液が充填される坩堝、該坩堝の周辺に位置するヒータ、及び前記溶融液の直上に位置した状態の種結晶を取り囲むように位置させ得る発熱部と、該発熱部を単結晶の通過領域より退避させる移動機構とを含んで構成された補助加熱手段等を備えた単結晶引き上げ装置において、前記発熱部と前記種結晶との間の空隙を覆う被覆部が前記発熱部から延設されていることを特徴としている。
【００１９】
上記単結晶引き上げ装置（１）によれば、前記被覆部により前記発熱部上方への放熱が抑制され、前記発熱部と前記種結晶との間における鉛直方向の熱分布を均一化させることができ、前記種結晶の鉛直方向の温度分布を小さくすることができる。その結果、前記種結晶の先端の成長界面の形状を下に凸形状とすることができ、熱応力が軽減され、転移の導入を阻止することができ、引き上げる単結晶の無転位化率を一層向上させることができる。また、前記種結晶からネック部が形成される場合でも、上記同様の効果を得ることができ、前記ネック部での転移除去能力を増大させることができ、転移を伝播させることなく単結晶を引き上げることができる。
【００２０】
また本発明に係る単結晶引き上げ装置（２）は、上記単結晶引き上げ装置（１）において、前記被覆部が保温部又は発熱部として機能することを特徴としている。
【００２１】
上記単結晶引き上げ装置（２）によれば、前記被覆部が前記保温部として機能することにより、前記被覆部から外部への放熱を抑制することができ、前記発熱部と前記種結晶との間における保温特性を向上させることができる。また、前記被覆部が前記発熱部として機能することにより、前記発熱部と前記種結晶との間における鉛直方向の熱分布をより一層均一化させることができる。
【００２２】
また本発明に係る単結晶引き上げ装置（３）は、上記単結晶引き上げ装置（１）又は（２）において、前記被覆部が前記種結晶を通過させるための第１の開口部を有し、該第１の開口部の直径が前記種結晶の直径の１．２５〜３．０倍の範囲で設定されていることを特徴としている。
【００２３】
上記単結晶引き上げ装置（３）によれば、前記第１の開口部の直径が前記種結晶の直径の１．２５〜３．０倍の範囲で設定されているので、前記第１の開口部と前記種結晶との間の空隙から上方への放熱を抑制することができ、前記発熱部と前記被覆部とで覆われる前記種結晶や、該種結晶から形成されるネック部の鉛直方向の温度勾配を小さくすることができる。したがって、前記種結晶や前記ネック部の先端面の成長界面の形状を下に凸形状とすることができ、転位の伝播を抑制することができ、前記転位を効率よく排除することができる。
【００２４】
なお、前記第１の開口部の直径が、前記種結晶の直径の３．０倍より大きくなると、前記第１の開口部と前記種結晶との間の空隙から上方への放熱が大きくなるため、前記種結晶や前記ネック部の鉛直方向の温度勾配が大きくなり、前記成長界面の形状を下に凸形状とすることが困難となり、転位の伝播を十分に抑制することができず、転位が導入されやすくなり、好ましくない。
また、前記第１の開口部の直径が、前記種結晶の直径の１．２５倍より小さくなると、前記開口部において前記被覆部と前記種結晶とが接触する恐れがあり、好ましくない。
【００２５】
また本発明に係る単結晶引き上げ装置（４）は、上記単結晶引き上げ装置（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記発熱部及び前記被覆部が前記種結晶の通過領域から退避させるための第２の開口部を有し、該第２の開口部の幅が前記種結晶の直径の１．２５〜３．０倍の範囲で設定されていることを特徴としている。
【００２６】
上記単結晶引き上げ装置（４）によれば、前記第２の開口部の幅が前記種結晶の直径の１．２５〜３．０倍の範囲で設定されているので、前記第２の開口部から側方への放熱を抑制することができ、前記種結晶や該種結晶から形成されるネック部の水平方向（径方向）の温度勾配を小さくすることができる。したがって、前記種結晶や前記ネック部での熱応力が軽減され、転位の導入を効果的に阻止することができる。
【００２７】
なお前記第２の開口部の幅が前記種結晶の直径の３．０倍より大きくなると、前記第２の開口部からの放熱が大きくなり、径方向の温度勾配が大きくなるため、前記種結晶及び前記ネック部での転位除去能力が低下し、新たな転位を誘発する熱応力の発生によって無転位化を図ることが困難となり、好ましくない。
また、前記第２の開口部の幅が前記種結晶の直径の１．２５倍より小さくなると、前記種結晶からの退避時に前記開口部と前記種結晶とが接触する恐れがあり、好ましくない。
【００２８】
また本発明に係る単結晶引き上げ方法（１）は、上記単結晶引き上げ装置（１）〜（４）のいずれかを用いた単結晶引き上げ方法であって、直径が８〜１４ｍｍである種結晶を用いることを特徴としている。
【００２９】
上記単結晶引き上げ方法（１）によれば、直径が８ｍｍ以上であるので、メインボディ部の直径が約１２インチで、重量が３００ｋｇ程度の大重量の単結晶を引き上げる場合においても、十分に支持することができる。また、直径が１４ｍｍ以下であるので、前記溶融液への着液前に前記種結晶の先端部を十分に加熱することができ、径方向の温度勾配を小さくすることができ、着液時の熱ショックによる転位の導入を阻止することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る単結晶引き上げ装置及び単結晶引き上げ方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、図５に示した従来の単結晶引き上げ装置と同一の機能を有する構成部品については同一の符号を付してその説明を省略することとする。
本実施の形態に係る単結晶引き上げ装置は、１２インチ（約３００ｍｍ）以上の大口径、いわゆる大重量単結晶の引き上げを前提としている。
【００３１】
図１は、実施の形態に係る単結晶引き上げ装置の要部を模式的に示した断面図であり、図２は、この装置における補助加熱手段の要部を模式的に示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【００３２】
図中１６は補助加熱手段を示しており、補助加熱手段１６は、図２に示すように、溶融液２３の直上に位置した状態の種結晶３５を取り囲むように位置させ得る略円筒形状の発熱部１６ａと、発熱部１６ａの上端から内側斜め上方に延設された略円錐台側面形状の被覆部１６ｄと、この発熱部１６ａに電力を供給するとともに、発熱部１６ａを下降又は上昇させる際の角度を決定するための電極１６ｃと、ネック部３６ａ形成後、メインボディ部３６ｃ（図４）を形成する際に被覆部１６ｄが設けられた発熱部１６ａを単結晶３６（図４）の通過領域より退避させるための移動機構（図示せず）とを含んで構成されている。
【００３３】
発熱部１６ａと被覆部１６ｄとには、種結晶３５から退避させるための側面開口部１６ｂが設けられている。また、略円錐台側面形状からなる被覆部１６ｄの上面には、種結晶３５やネック部３６ａを通過させるための上面開口部１６ｅが設けられており、上面開口部１６ｅと側面開口部１６ｂとがつながるように形成されている。
【００３４】
上面開口部１６ｅの直径Ｄは、使用される種結晶３５の直径の１．２５〜３．０倍の範囲で設定される。また、側面開口部１６ｂの幅Ｗも、使用される種結晶３５の直径の１．２５〜３．０倍の範囲で設定される。被覆部１６ｄは、発熱部としてではなく保温部として機能するようになっている。
【００３５】
補助加熱手段１６の少なくとも発熱部１６ａと被覆部１６ｄとは、炭素材及び炭素材の表面にコ−ティングされた炭化珪素材から形成されており、移動機構も炭素材及び炭素材の表面にコ−ティングされた炭化珪素材から形成されていることがより望ましく、このように補助加熱手段１６を炭素材及び炭素材の表面にコ−ティングされた炭化珪素材から形成することにより、発熱部１６ａや被覆部１６ｄが高温になっても、発熱部１６ａや被覆部１６ｄから不純物が発生して引き上げられる単結晶３６に悪影響を与えるといった事態の発生を阻止することができる。
【００３６】
発熱部１６ａ下端と溶融液２３面とのギャップＧは、溶融液２３と発熱部１６ａとが接触しない程度でかつ種結晶３５の先端部３５ａを着液前に効率よく高温化できる距離、例えば５〜３０ｍｍの範囲に設定し得るようになっている。ギャップＧが５ｍｍ未満になると溶融液２３との接触の恐れがあり、好ましくなく、また、ギャップＧが３０ｍｍを越えると固液界面での転位の除去に必要な温度勾配の減少を実現しにくくなり、好ましくない。
【００３７】
なお上記実施の形態に係る補助加熱手段１６の被覆部１６ｄは保温部として構成されているが、別の実施の形態に係る補助加熱手段では、被覆部が発熱部として構成されていてもよい。被覆部が発熱部として構成されることにより、発熱部１６ａと種結晶３５との間の鉛直方向の熱分布をより均一化させることができ、発熱部１６ａと被覆部とにより覆われる種結晶３５やネック部３６ａの鉛直方向の温度分布を一層均一化させることができる。
【００３８】
また上記実施の形態では、被覆部１６ｄとして、発熱部１６ａの上端から内側斜め上方に延設させた略円錐台側面形状のものを採用した場合について説明したが、被覆部１６ｄの配設位置や形状は、上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、発熱部１６ａの上部内壁から水平方向に保温部又は発熱部として延設されて被覆部１６ｄ_２が形成されていてもよく、要は種結晶３５やネック部３６ａの鉛直方向の温度分布の均一化を図ることができるように、発熱部１６ａと種結晶３５との間の空隙を覆うことができる形状の被覆部を発熱部から延設するようにすればよい。
【００３９】
次に、上記実施の形態に係る単結晶引き上げ装置を用いた単結晶引き上げ方法について説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は、実施の形態に係る単結晶引き上げ方法の各工程のうちの、一部の工程を実施する際の、種結晶３５の近傍を模式的に示した部分拡大正面図である。
以下に説明する工程以前の工程は、「従来の技術」の項で説明した方法と同様の方法で行う。
【００４０】
支持軸２８（図５）と同一軸心で逆方向に所定の速度で引き上げ軸２４（図１）を回転させながら、保持具２４ａ（図１）に取り付けられた種結晶３５を溶融液２３の直上まで降下させ、種結晶３５の予熱を行い、種結晶３５の先端部３５ａの温度を上昇させる（図４（ａ））。
【００４１】
種結晶３５の直径を小さくすることにより、先端部３５ａの熱容量が減少し、種結晶３５を溶融液２３に着液させる際の温度変化が容易となり、着液時の径方向の温度分布が小さくなり、作用する熱応力が軽減され、着液時の導入転位数を減少させることができるが、種結晶３５の直径Ｄが８ｍｍ未満であると、１２インチ程度の直径で３００ｋｇを超える重量の単結晶３６を安定して支持するのが難しくなる。他方、種結晶３５の直径Ｄが１４ｍｍを超えると、単結晶３６を支持するのには十分であるが、種結晶３５の径が大きすぎて補助加熱手段１６を用いての均一加熱が困難となり、種結晶３５に発生する熱応力が増大して転位を除去することが困難になる。従って、種結晶３５の直径は８〜１４ｍｍの範囲で設定することが好ましい。
【００４２】
前記予熱時間を５〜６０分程度とることにより、種結晶３５の先端部３５ａの温度が上昇し、１２００〜１３００℃程度の温度となる。着液前予熱時の溶融液２３と種結晶３５の先端部３５ａとの距離は、１〜３０ｍｍの範囲で設定することが好ましく、種結晶３５を出来る限り溶融液２３表面温度に近づけるために、より好ましくは５ｍｍ以下の距離に設定する。
【００４３】
前記予熱の後、さらに種結晶３５の先端部３５ａを補助加熱手段１６の発熱部１６ａを用いて加熱し、先端部３５ａの温度を１３８０〜１４２０℃まで上昇させておく。種結晶３５の先端部３５ａの温度が１３８０℃以上であれば、種結晶３５を降下させて先端部３５ａを溶融液２３に接触させる過程において、熱応力に起因する転位の発生を著しく抑制することができる。
【００４４】
但し、種結晶３５の先端部３５ａの温度が１４２０℃を超えると、種結晶３５が補助加熱手段１６に近い部分から溶融し始め、種結晶３５を降下させて先端部３５ａを溶融液２３に接触させる過程において、溶融液２３の温度が予想よりも高い場合や、溶融液２３の表面の温度変動が大きい場合に、溶断してしまう可能性もでてくる。
【００４５】
次に、種結晶３５を降下させ、種結晶３５の先端部３５ａを溶融液２３に着液させる（図４（ｂ））。この着液時において、種結晶３５の先端部３５ａは、溶融液２３との温度差が小さくなっているので、温度差に起因して種結晶３５中に発生する熱応力は小さい。そのため種結晶３５として無転位のものを使用した場合には転位が導入されることはほとんどない。また、単結晶３６の引き上げ中に有転位化した場合の単結晶３６の再溶融後など、種結晶３５に若干の転位を含む場合の再引き上げ時に、種結晶３５を溶融液２３へ再度接触させても転位が増殖、伸展することがない。
【００４６】
次に、種結晶３５の先端に結晶を成長させていくが、このとき後述するメインボディ３６ｃの形成速度よりも速い速度で引き上げ軸２４を引き上げ、単結晶３６の成長界面（ネック部３６ａの先端面）の形状を下に凸形状としてネック部３６ａを形成する（図４（ｃ））。本実施の形態に係る装置では、径が太くても転位除去可能なネック部３６ａを形成することができる。それは、育成中のネック部３６ａへの発熱部１５ａからの輻射量が増大するため、ネック部３６ａ結晶内の熱分布を平面化し、熱応力が軽減されることにより、ネック部３６ａでの転位除去能力が増大するからである。
【００４７】
ネック部６ａの直径は７〜１２ｍｍが好ましく、１２ｍｍより大きいとネック部３６ａの育成中に平面的な熱分布が得られにくいため、熱応力が大きくなり、転位除去能力が低下してしまう。したがって、直径が８〜１２ｍｍの種結晶３５を用いる場合には、種結晶３５と同径のネック部３６ａを形成すればよく、また直径１２ｍｍを越える大きさの種結晶３５を用いる場合には、ネック部３６ａが１２ｍｍ以下となるように縮径させればよい。
【００４８】
万一、種結晶３５の溶融により完全に無転位化を図ることができずに転位が僅かに残った場合でも、ネック部３６ａの熱応力が低減されてネック部３６ａの形成中に転位が除去され、ネック部３６ａ下部より成長させる単結晶３６が確実に無転位化されるため、ネック部３６ａを引き上げる際には、補助加熱手段１６を用いてネック部３６ａ近傍を引き続き加熱することが望ましい。
【００４９】
次に、補助加熱手段１６への電力供給を停止し、発熱部１６ａをネック部３６ａの周囲から退避させた後、単結晶３６を所定の径（１２インチ程度）まで成長させて、ショルダー３６ｂを形成する。この後、所定の引き上げ速度で単結晶３６を引き上げて、メインボディ３６ｃを形成する（図４（ｄ）、（ｅ））。
【００５０】
その後は、「従来の技術」の項で説明した方法と略同様の方法により単結晶３６を引き上げ、溶融液２３から切り離して冷却させることにより単結晶３６の引上げを完了する。
【００５１】
なお、上記実施の形態では、ＣＺ法に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は何らＣＺ法への適用に限定されるものではなく、例えば磁場を印加するＭＣＺ法にも同様に適用可能である。
また、上記実施の形態では、種結晶３５が略円柱形状である場合について説明したが、別の実施の形態では種結晶が多角柱形状であっても良く、この場合もネック部３６ａの直径が７〜１２ｍｍの範囲になるようにすれば良い。
【００５２】
また、上記実施の形態に係る単結晶引き上げ装置を用いて、種結晶３５及びネック部３６ａのいずれにも発熱部１６ａによる加熱により輻射量が増大される場合の単結晶引き上げ方法についてのみ、ここでは説明しているが、種結晶３５への輻射量だけを増大させて、ネック部３６ａを形成せずに単結晶３６を引き上げることや、ネック部３６ａへの輻射量だけを増大させて、ネック部３６ａでの転位除去能力の増大を図ることにより、単結晶３６を引き上げることができることは、言うまでもない。
【００５３】
【実施例及び比較例】
以下、実施例及び比較例に係る単結晶引き上げ装置及び単結晶引き上げ方法を説明する。以下、その条件を記載する。

【００５４】
［比較例１〜３の条件］
比較例１〜３の場合、従来の加熱補助手段２６（発熱部２６ａに被覆部が延設されておらず、発熱部２６ａにおける発熱領域が、種結晶３５の水平方向に関する外周長さの５０％のもの）を備えた単結晶引き上げ装置（図６）を用い、直径の異なる種結晶３５を使用し、種結晶３５と略同径のネック部３６ａを形成して単結晶３６の引き上げを行った。
【００５５】
［実施例１〜２０の条件］
実施例１〜２０の場合、図１に示した実施の形態に係る単結晶引き上げ装置を用い、直径の異なる種結晶３５を使用し、種結晶３５に対応させて被覆部１６ｄの上面開口部１６ｅ径と、側面開口部１６ｂ幅とを変化させて、種結晶３５と略同径のネック部３６ａを形成して単結晶３６の引き上げを行った。なお、保温部材からなる被覆部１６ｄと、発熱部材からなる被覆部とを各条件ごとに使用した。
【００５６】
［試験方法（実施例１〜２０及び比較例１〜３に共通）］
発熱部１６ａの下端と溶融液２３とのギャップＧを一定にして、種結晶３５を溶融液２３に着液した際に適温となるように発熱部１６ａ又は発熱部１６ａと発熱部としての被覆部とを加熱する。その後、種結晶３５を溶融液２３上面から５ｍｍ程度上に位置させ、３０分間予熱後着液させる。
安定後、種結晶３５とほぼ同径のネック部３６ａを１５０ｍｍ育成し、ネック部３６ａより発熱部１６ａを退避させて、その後増径させてメインボディ３６ｃを２００ｍｍ育成し、この育成範囲で単結晶が有転位化し結晶軸の軸切れを生じなかった場合を無転位（ＤＦ：ＤｉｓｌｏｃａｔｉｏｎＦｒｅｅ）とした。
その後単結晶３６を溶融液２３中へ溶かし込み、溶融液２３量を同一にして次サンプルの育成を開始した。
【００５７】
下記の表１に、個別条件とそれぞれの場合の単結晶３６のＤＦ（ＤｉｓｌｏｃａｔｉｏｎＦｒｅｅ）率とを示している。なお、ここでの開口径比率は、種結晶３５の直径に対する上面開口部１６ｅの直径の比率を示し、開口幅比率は、種結晶３５の幅（直径）に対する側面開口部１６ｂの幅の比率を示している。
【表１】

【００５８】
表１に示した比較例１〜３の結果から明らかなように、従来型の平面視Ｕ字形状の発熱部２６ａを備えた比較例１〜３は、使用する種結晶３５の径が大きくなると共にＤＦ率が低下した。３００ｋｇの大重量結晶を安定に保持可能な直径８ｍｍでのＤＦ率は６０％であった。また、直径１４ｍｍの種結晶を用いた比較例３ではＤＦ率が０％となり、種結晶の直径が１４ｍｍ以上になると、引き上げる単結晶を無転位化させることができなかった。
【００５９】
実施例１〜４の結果から明らかなように、開口径比率及び開口幅比率が共に１．２５に設定された場合、いずれの場合もＤＦ率は１００％となり良好であった。
また、実施例５〜８の結果から明らかなように、開口径比率が３．００、開口幅比率が１．２５に設定された場合、種結晶３５の径が８ｍｍであれば、被覆部を保温部、発熱部のどちらにしてもＤＦ率は１００％となった（実施例５、６）。一方、種結晶３５の径が１４ｍｍになると、発熱部としての被覆部とした場合（実施例８）では、ＤＦ率は１００％であったが、保温部としての被覆部１６ｄとした場合（実施例７）は、ＤＦ率は９０％となった。これは、開口径比率を高めた分、上面開口部１６ｅから上方への放熱が増え、保温部による保温効果が少し低下したためと考えられる。
【００６０】
また、実施例９〜１２の結果から明らかなように、開口径比率が４．００、開口幅比率が１．２５に設定された場合、種結晶３５の径が８ｍｍであれば、被覆部を保温部、発熱部のいずれにしてもＤＦ率は１００％となり良好であった（実施例９、１０）。一方、種結晶３５の径が１４ｍｍで、発熱部としての被覆部とした場合（実施例１２）、ＤＦ率は７０％まで低下し、また保温部としての被覆部１６ｄとした場合（実施例１１）、ＤＦ率が５０％にまで低下した。これは、開口径比率をさらに高めた分、上面開口部１６ｅから上方への放熱がさらに増え、被覆部１６ｄよる放熱抑制効果が小さくなったためと考えられる。また開口径比率を４．００まで高めると発熱部としての被覆部としても、種結晶３５の鉛直方向の温度勾配を小さくすることができなくなった。
【００６１】
また、実施例１３〜１６の結果から明らかなように、開口径比率が３．００、開口幅比率が３．００に設定された場合、種結晶３５の径が８ｍｍであれば、保温部としての被覆部１６ｄ（実施例１３）、発熱部としての被覆部（実施１４）のいずれであってもＤＦ率は１００％となり良好であった。また、種結晶３５の径が１４ｍｍで、発熱部としての被覆部とした場合（実施例１６）、ＤＦ率は１００％であったが、保温部としての被覆部１６ｄとした場合（実施例１５）、ＤＦ率は９０％となった。これは、開口径比率と開口幅比率とを高めた分、上面開口部１６ｅから上方、側面開口部１６ｂから側方への放熱が増え、保温部としての被覆部１６ｄでは、その保温効果を十分発揮できなかったためと考えられる。
【００６２】
また、実施例１７〜２０の結果から明らかなように、開口径比率が３．００、開口幅比率が４．００に設定された場合、種結晶３５の径が８ｍｍで、発熱部としての被覆部とした場合（実施例１８）、ＤＦ率は９０％となり、比較的良好であったものの、保温部としての被覆部１６ｄとした場合（実施例１７）、ＤＦ率は６０％に低下した。また、種結晶３５の径が１４ｍｍで、保温部としての被覆部１６ｄとした場合（実施例１９）、ＤＦ率は２０％まで低下し、発熱部としての被覆部とした場合（実施例２０）、ＤＦ率が５０％にまで低下した。これは、開口径比率と開口幅比率をさらに高めた分、上面開口部１６ｅから上方へ、また側面開口部１６ｂから側方への放熱がさらに増え、被覆部による放熱抑制効果が小さくなったためと考えられる。また、開口径比率を４．００まで高めると発熱部としての被覆部としても、種結晶３５の鉛直方向の温度勾配を小さくすることができなくなった。
【００６３】
以上実施例１〜２０と比較例１〜３とにおける結果から
▲１▼発熱部１６ａと種結晶３５との間の空隙に被覆部１６ｄを設けることによって、種結晶３５やネック部３６ａでの鉛直方向の温度勾配が小さくなり、熱応力が軽減されることにより、転位除去能力を増大させることができ、被覆部が設けられていない比較例１〜３と比べて、径の大きな種結晶を用いた場合でも引き上げられる単結晶の無転位化率を向上できることが確認された。
▲２▼種結晶３５の直径に対応して、適切な上面開口部１６ｅ径及び側面開口部１６ｂ幅を設定することにより、引き上げられる単結晶の無転位化率を向上させることが可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る単結晶引き上げ装置の要部を模式的に示した部分断面図である。
【図２】実施の形態に係る発熱部の形態を模式的に示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】別の実施の形態に係る発熱部の形態を模式的に示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、実施の形態に係る単結晶引き上げ装置を用いた単結晶引き上げ工程のうちの、一部を実施する際の、種結晶の近傍を模式的に示した部分拡大正面図である。
【図５】従来の単結晶引き上げ装置の要部を模式的に示した部分断面図である。
【図６】従来の発熱部の形態を模式的に示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、従来の単結晶引き上げ装置を用いた単結晶引き上げ工程のうちの、一部を実施する際の、種結晶の近傍を模式的に示した部分拡大正面図である。
【符号の説明】
１６、１６Ａ、２６補助加熱手段
１６ａ、２６ａ発熱部
１６ｂ側面開口部
１６ｄ、１６ｄ_２被覆部
１６ｅ上面開口部
２１坩堝
２２メインヒータ
２３溶融液
３５種結晶
３６単結晶[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a single crystal pulling apparatus and a single crystal pulling method, and more particularly, to a single crystal pulling method typified by the Czochralski method (hereinafter, referred to as a CZ method) used for pulling a single crystal made of silicon or the like. And a method for pulling a single crystal.
[0002]
[Prior art]
At present, most silicon single crystals used for manufacturing substrates for forming circuit elements such as large-scale integrated circuits (LSI) are pulled up by the CZ method. As a method of eliminating dislocations in a pulled single crystal, a method called a dash neck method is generally used, in which the diameter of the crystal is reduced to about several mm to eliminate dislocations. In recent years, with the increase in the diameter of the pulled single crystal, the weight of the single crystal has been increasing, and the load applied to the thin neck exceeds the tensile strength of silicon, and there is a high possibility that the crystal will fall during the pulling of the single crystal. It has become to.
[0003]
In order to cope with the above-mentioned fear, the seed crystal is pre-heated by using a movable auxiliary heating means, the dislocation caused by heat shock when the seed crystal is brought into contact with the melt is suppressed, and the seed crystal is pulled up without forming a neck portion. The temperature distribution of the neck portion is controlled by controlling the temperature distribution of the neck portion by using a method of dislocation-free single crystal (see Patent Literature 1) or by using the auxiliary heating means during the dislocation-free work by the dash neck method. A method has been developed in which the thermal stress acting on the single crystal can be reduced and the single crystal can be pulled out even in a neck portion having a diameter larger than usual (see Patent Document 1).
[0004]
In addition, the applicant of the present invention has a heat generating portion that can be positioned to surround a seed crystal positioned immediately above a melt filled in a crucible, and a moving mechanism that retracts the heat generating portion from a single crystal passage region. A single crystal pulling apparatus provided with an auxiliary heating means including the above has been proposed (see Patent Document 2).
[0005]
FIG. 5 is a sectional view schematically showing a conventional single crystal pulling apparatus provided with an auxiliary heating means. FIGS. 6 (a) and 6 (b) are a perspective view and a plan view schematically showing a form of a heat generating portion constituting an auxiliary heating means in a conventional single crystal pulling apparatus.
[0006]
In the drawing, reference numeral 21 denotes a crucible. The crucible 21 is a quartz crucible 21a having a cylindrical shape with a bottom, and a graphite crucible also having a cylindrical shape with a bottom fitted to the outside of the quartz crucible 21a. The crucible 21 is supported by a support shaft 28 that rotates at a predetermined speed in the direction of arrow A in the figure. A main heater 22 of a resistance heating type is arranged outside the crucible 21, and a heat insulating cylinder 27 is arranged concentrically outside the main heater 22, and the inside of the crucible 21 is melted by the main heater 22. A melt 23 as a raw material for crystallization is filled. A pulling shaft 24 made of a pulling rod or a wire is suspended from the center axis of the crucible 21, and a seed crystal 35 is attached to the tip of the pulling shaft 24 via a holder 24a. Has become.
[0007]
In the figure, reference numeral 25 denotes a rectifying jig. The main body 25a of the rectifying jig 25 has an inverted truncated cone side shape and is positioned so as to surround the single crystal 36 that has been pulled up. The portion is disposed so as to be located near and above the surface of the melt 23 filled in the crucible 21.
[0008]
In the figure, reference numeral 26 denotes an auxiliary heating means, and the heat generating portion 26a of the auxiliary heating means 26 has a half of the outer peripheral length of the seed crystal 35 in the horizontal direction as shown in FIGS. An opening 26b for surrounding the seed crystal 35 and retracting from the seed crystal 35 is provided, and is arranged so as to surround the seed crystal 35 located immediately above the melt 23. The heating unit 26a is connected to an electrode 25c for supplying power to the heating unit 26a and determining an angle at which the heating unit 25a is lowered or raised. Further, after the neck portion 36a is formed, a moving mechanism (not shown) for retracting the heat generating portion 25a from the passage region of the single crystal 36 when forming the main body portion 36c is provided, and the heat generating portion 26a and the electrode 26b are provided. , And the auxiliary heating means 26 including the moving mechanism. The heat generating area in the heat generating portion 26a is indicated by hatching in FIG. These members except the moving mechanism are housed in a water-cooled chamber 29 capable of controlling the pressure.
[0009]
A method for pulling the single crystal 36 using the single crystal pulling apparatus described above will be described with reference to FIG. FIGS. 7A to 7E are partially enlarged front views schematically showing the vicinity of a seed crystal in some of the steps for pulling a single crystal.
[0010]
Although not shown in FIG. 7, first, the inside of the chamber 29 is depressurized, and then an inert gas is introduced to make the inside of the chamber 29 a depressurized inert gas atmosphere. The gas in the molten liquid 23 is sufficiently released by leaving it to stand.
[0011]
Next, the seed crystal 35 attached to the holder 24a is lowered while the pulling shaft 24 is rotated at a predetermined speed in the opposite direction at the same axis as the support shaft 28, and the seed crystal 35 is preheated (FIG. 7 (a)). Next, the seed crystal 35 is lowered, and the tip portion 35a of the seed crystal 35 is immersed in the melt 23 (FIG. 7B).
Next, while the interface between the seed crystal 35 and the melt 23 is heated by the auxiliary heating means 26, the seed crystal 35 is further lowered and immersed in the melt 23 (FIG. 7C).
[0012]
Next, the seed crystal 35 is pulled up at a predetermined pulling speed, and a neck portion 36a having a diameter substantially similar to this is formed below the seed crystal 35. At this time, the interface between the neck portion 36a and the melt 23 is heated by the heating portion 26a of the auxiliary heating means 26, the thermal stress caused by the temperature distribution of the neck portion 36a is reduced, and the dislocation portion of the neck portion 36a is eliminated. Dislocation step, FIG. 7 (d)).
[0013]
Next, the moving means (not shown) is driven to retract the heat generating portion 26a from the neck portion 36a, and thereafter, the pulling speed of the pulling shaft 24 (hereinafter, also simply referred to as pulling speed) is lowered to move the neck portion 36a to a predetermined position. The shoulder 36b is formed by growing to a diameter (shoulder forming step). Thereafter, the pulling shaft 24 is pulled up at a constant speed to form a main body 36c having a constant diameter and a predetermined length (main body forming step, FIG. 7E).
Thereafter, although not shown in FIG. 7, finally, the diameter of the single crystal 36 is gradually reduced to gradually reduce the temperature of the entire single crystal 36 so that high-density dislocations are not introduced into the single crystal 36 due to a rapid temperature change. To form a terminal cone. Thereafter, the single crystal 36 is separated from the melt 23 and cooled to complete the pulling of the single crystal 36.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-11-189488
[Patent Document 2]
JP 2000-137986 A
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional single crystal pulling apparatus described above, the heat shock at the time of liquid contact is reduced by heating the interface between the seed crystal 35 and the melt 23 by the heating section 26a of the auxiliary heating means 26. The number of introduced dislocations can be reduced, and by heating the neck portion 36a, the temperature gradient in the radial direction of the neck portion 36a is reduced, the thermal stress is reduced, and the dislocation removal capability at the neck portion 36a is increased. It is stated that dislocation-free single crystal to be pulled can be achieved.
[0016]
However, since the heat generating portion 26a is formed of a resistance heater having a U-shape in plan view, and the heat generating region is set to 50 to 70% of the outer peripheral length of the seed crystal 35 in the horizontal direction, the heat generating portion 26a Is easily radiated upward from a gap between the seed crystal 35 and the seed crystal 35, and it is somewhat difficult to reduce the vertical temperature distribution of the seed crystal 35 and the neck portion 36a. As a result, thermal stress is generated. However, there is a problem that the possibility that dislocations are introduced remains.
[0017]
The present invention has been made in view of the above problems, and when a single crystal is pulled by heating a seed crystal and / or a neck portion by using an auxiliary heating means, a vertical direction of the seed crystal and / or the neck portion is provided. A single crystal pulling apparatus and a single crystal pulling method capable of suppressing the generation of thermal stress, inhibiting the introduction of dislocations, and further improving the dislocation-free rate of the single crystal to be pulled. It is intended to provide.
[0018]
Means for Solving the Problems and Their Effects
In order to achieve the above object, a single crystal pulling apparatus (1) according to the present invention comprises a crucible filled with a melt, a heater positioned around the crucible, and a seed crystal positioned immediately above the melt. A single crystal pulling apparatus including an auxiliary heating means configured to include a heat generating portion that can be positioned to surround the heat generating portion and a moving mechanism that retracts the heat generating portion from the single crystal passage region. A coating portion for covering a gap between the seed crystal and the seed crystal extends from the heat generating portion.
[0019]
According to the single crystal pulling apparatus (1), heat radiation to the upper side of the heat generating portion is suppressed by the covering portion, and the heat distribution in the vertical direction between the heat generating portion and the seed crystal can be made uniform. The temperature distribution in the vertical direction of the seed crystal can be reduced. As a result, the shape of the growth interface at the tip of the seed crystal can be made convex downward, thermal stress can be reduced, the introduction of dislocation can be prevented, and the dislocation-free ratio of the single crystal to be pulled can be further increased. Can be improved. Further, even when the neck portion is formed from the seed crystal, the same effect as described above can be obtained, the ability to remove dislocation at the neck portion can be increased, and the single crystal is pulled without propagating the dislocation. be able to.
[0020]
Further, a single crystal pulling apparatus (2) according to the present invention is characterized in that, in the single crystal pulling apparatus (1), the coating portion functions as a heat retaining section or a heat generating section.
[0021]
According to the single crystal pulling apparatus (2), since the covering portion functions as the heat retaining portion, heat radiation from the covering portion to the outside can be suppressed, and the gap between the heating portion and the seed crystal can be reduced. In this case, the heat retention characteristics can be improved. Further, since the covering portion functions as the heat generating portion, the heat distribution in the vertical direction between the heat generating portion and the seed crystal can be further uniformed.
[0022]
Further, in the single crystal pulling apparatus (3) according to the present invention, in the single crystal pulling apparatus (1) or (2), the coating portion has a first opening for allowing the seed crystal to pass therethrough. The diameter of the first opening is set in a range of 1.25 to 3.0 times the diameter of the seed crystal.
[0023]
According to the single crystal pulling apparatus (3), the diameter of the first opening is set in a range of 1.25 to 3.0 times the diameter of the seed crystal. And heat radiation upward from a gap between the seed crystal and the seed crystal covered with the heat generating portion and the covering portion, and a vertical portion of a neck portion formed from the seed crystal. The temperature gradient can be reduced. Therefore, the shape of the seed crystal and the growth interface at the tip end face of the neck portion can be made convex downward, so that propagation of dislocations can be suppressed and the dislocations can be efficiently eliminated.
[0024]
If the diameter of the first opening is larger than 3.0 times the diameter of the seed crystal, the heat radiation upward from the gap between the first opening and the seed crystal increases. The temperature gradient in the vertical direction of the seed crystal and the neck portion becomes large, and it becomes difficult to make the shape of the growth interface convex downward, so that propagation of dislocations cannot be sufficiently suppressed, and It is easy to introduce and is not preferable.
Further, if the diameter of the first opening is smaller than 1.25 times the diameter of the seed crystal, the coating may come into contact with the seed crystal in the opening, which is not preferable.
[0025]
Further, the single crystal pulling apparatus (4) according to the present invention, in any one of the single crystal pulling apparatuses (1) to (3), wherein the heating section and the covering section are evacuated from the seed crystal passage region. It has a second opening, and the width of the second opening is set in a range of 1.25 to 3.0 times the diameter of the seed crystal.
[0026]
According to the single crystal pulling apparatus (4), since the width of the second opening is set in a range of 1.25 to 3.0 times the diameter of the seed crystal, the second opening is formed. The heat radiation from the side to the side can be suppressed, and the temperature gradient in the horizontal direction (radial direction) of the seed crystal and the neck portion formed from the seed crystal can be reduced. Therefore, thermal stress in the seed crystal and the neck portion is reduced, and the introduction of dislocations can be effectively prevented.
[0027]
When the width of the second opening is larger than 3.0 times the diameter of the seed crystal, heat radiation from the second opening increases and the temperature gradient in the radial direction increases. In addition, the dislocation removing ability at the neck portion is reduced, and it is difficult to eliminate dislocations due to the generation of thermal stress that induces new dislocations, which is not preferable.
If the width of the second opening is smaller than 1.25 times the diameter of the seed crystal, the opening may come into contact with the seed crystal when the seed crystal is retracted, which is not preferable.
[0028]
Further, the single crystal pulling method (1) according to the present invention is a single crystal pulling method using any one of the single crystal pulling apparatuses (1) to (4), wherein a seed crystal having a diameter of 8 to 14 mm is used. It is characterized in that it is used.
[0029]
According to the single crystal pulling method (1), since the diameter is 8 mm or more, even when pulling a heavy single crystal having a main body part diameter of about 12 inches and a weight of about 300 kg, it is sufficiently supported. can do. In addition, since the diameter is 14 mm or less, the tip of the seed crystal can be sufficiently heated before immersion in the melt, the temperature gradient in the radial direction can be reduced, The introduction of dislocation due to heat shock can be prevented.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a single crystal pulling apparatus and a single crystal pulling method according to the present invention will be described with reference to the drawings. Components having the same functions as those of the conventional single crystal pulling apparatus shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
The single crystal pulling apparatus according to the present embodiment is premised on pulling a large diameter single crystal of 12 inches (about 300 mm) or more, that is, a so-called heavy single crystal.
[0031]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a main part of a single crystal pulling apparatus according to an embodiment, and FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a main part of an auxiliary heating unit in the apparatus. (A) is a plan view, (b) is a front view, and (c) is a cross-sectional view taken along line CC in (a).
[0032]
In the drawing, reference numeral 16 denotes an auxiliary heating means. As shown in FIG. 2, the auxiliary heating means 16 has a substantially cylindrical heat generation which can be positioned so as to surround the seed crystal 35 located immediately above the melt 23. A portion 16a, a substantially frustoconical side-shaped covering portion 16d extending diagonally inward and upward from the upper end of the heat generating portion 16a, and supplying power to the heat generating portion 16a and lowering or raising the heat generating portion 16a. After the formation of the electrode 16c for determining the angle and the formation of the main body portion 36c (FIG. 4) after the formation of the neck portion 36a, the heat generating portion 16a provided with the covering portion 16d is passed through the single crystal 36 (FIG. 4) passing region. And a moving mechanism (not shown) for further retracting.
[0033]
The heat generating portion 16a and the covering portion 16d are provided with side opening portions 16b for retreating from the seed crystal 35. An upper surface opening 16e for passing the seed crystal 35 and the neck portion 36a is provided on the upper surface of the covering portion 16d having a substantially frustoconical side surface shape, and the upper surface opening 16e and the side surface opening 16b are formed. It is formed to be connected.
[0034]
The diameter D of the upper surface opening 16e is set in a range of 1.25 to 3.0 times the diameter of the seed crystal 35 used. Also, the width W of the side opening 16b is set within a range of 1.25 to 3.0 times the diameter of the seed crystal 35 used. The coating portion 16d functions not as a heat generating portion but as a heat retaining portion.
[0035]
At least the heat generating portion 16a and the covering portion 16d of the auxiliary heating means 16 are formed of a carbon material and a silicon carbide material coated on the surface of the carbon material. More preferably, the auxiliary heating means 16 is formed from a carbon material and a silicon carbide material coated on the surface of the carbon material, so that the heating portion 16a is formed. Even when the temperature of the coating portion 16d becomes high, it is possible to prevent a situation in which impurities are generated from the heating portion 16a and the coating portion 16d and adversely affect the single crystal 36 to be pulled.
[0036]
The gap G between the lower end of the heat generating portion 16a and the surface of the melt 23 is such that the melt 23 does not come into contact with the heat generating portion 16a, and the distance at which the tip 35a of the seed crystal 35 can be efficiently heated to a high temperature before the liquid contact, It can be set to a range of up to 30 mm. If the gap G is less than 5 mm, there is a risk of contact with the melt 23, which is not preferable. If the gap G exceeds 30 mm, it is difficult to reduce the temperature gradient required for removing dislocations at the solid-liquid interface. Is not preferred.
[0037]
Although the covering portion 16d of the auxiliary heating means 16 according to the above embodiment is configured as a heat retaining portion, in the auxiliary heating means according to another embodiment, the covering portion may be configured as a heat generating portion. Since the covering portion is configured as a heating portion, the heat distribution in the vertical direction between the heating portion 16a and the seed crystal 35 can be made more uniform, and the seed crystal 35 covered by the heating portion 16a and the covering portion can be more uniform. The temperature distribution in the vertical direction of the neck portion 36a can be made more uniform.
[0038]
Further, in the above-described embodiment, a case has been described in which the covering portion 16d has a substantially frustoconical side shape extending obliquely upward and inward from the upper end of the heat generating portion 16a. The shape is not limited to the above-described embodiment. For example, as shown in FIG. 3, the covering portion 16d is extended horizontally from the upper inner wall of the heating portion 16a as a heat retaining portion or a heating portion. ₂ In other words, the gap between the heat generating portion 16a and the seed crystal 35 is covered so that the vertical temperature distribution of the seed crystal 35 and the neck portion 36a can be made uniform. What is necessary is just to extend the covering part of a possible shape from a heat generation part.
[0039]
Next, a single crystal pulling method using the single crystal pulling apparatus according to the above embodiment will be described. FIGS. 4A to 4E are partially enlarged views schematically showing the vicinity of the seed crystal 35 when performing some of the steps of the single crystal pulling method according to the embodiment. It is a front view.
Steps before the steps described below are performed in the same manner as the method described in the section of “Prior Art”.
[0040]
While rotating the lifting shaft 24 (FIG. 1) at a predetermined speed in the opposite direction at the same axis as the support shaft 28 (FIG. 5), the seed crystal 35 attached to the holder 24a (FIG. The seed crystal 35 is preheated by lowering it to just above, and the temperature of the tip 35a of the seed crystal 35 is increased (FIG. 4A).
[0041]
By reducing the diameter of the seed crystal 35, the heat capacity of the tip 35a is reduced, the temperature change when the seed crystal 35 is immersed in the melt 23 becomes easy, and the radial temperature distribution at the time of immersion is reduced. Thus, the acting thermal stress is reduced, and the number of dislocations introduced at the time of immersion can be reduced. However, if the diameter D of the seed crystal 35 is less than 8 mm, a single crystal having a diameter of about 12 inches and a weight exceeding 300 kg can be obtained. It is difficult to stably support the crystal 36. On the other hand, if the diameter D of the seed crystal 35 exceeds 14 mm, it is sufficient to support the single crystal 36, but the diameter of the seed crystal 35 is too large to make uniform heating using the auxiliary heating means 16 difficult. In addition, thermal stress generated in seed crystal 35 increases, making it difficult to remove dislocations. Therefore, the diameter of the seed crystal 35 is preferably set in the range of 8 to 14 mm.
[0042]
By setting the preheating time to about 5 to 60 minutes, the temperature of the tip portion 35a of the seed crystal 35 rises to reach a temperature of about 1200 to 1300 ° C. The distance between the melt 23 and the tip 35a of the seed crystal 35 at the time of preheating before liquid landing is preferably set in a range of 1 to 30 mm. In order to bring the seed crystal 35 as close as possible to the surface temperature of the melt 23, More preferably, the distance is set to 5 mm or less.
[0043]
After the preheating, the tip portion 35a of the seed crystal 35 is further heated using the heating portion 16a of the auxiliary heating means 16, and the temperature of the tip portion 35a is raised to 1380 to 1420 ° C. If the temperature of the tip portion 35a of the seed crystal 35 is 1380 ° C. or higher, the generation of dislocations due to thermal stress in the process of lowering the seed crystal 35 and bringing the tip portion 35a into contact with the melt 23 is significantly suppressed. Can be.
[0044]
However, if the temperature of the tip 35a of the seed crystal 35 exceeds 1420 ° C., the seed crystal 35 starts to melt from a portion near the auxiliary heating means 16, lowers the seed crystal 35, and contacts the tip 35a with the molten liquid 23. In the process of melting, if the temperature of the melt 23 is higher than expected, or if the temperature of the surface of the melt 23 fluctuates greatly, there is a possibility of melting.
[0045]
Next, the seed crystal 35 is lowered, and the tip 35a of the seed crystal 35 is immersed in the melt 23 (FIG. 4B). At this time, the temperature difference between the tip portion 35a of the seed crystal 35 and the melt 23 is small, so that the thermal stress generated in the seed crystal 35 due to the temperature difference is small. Therefore, when a dislocation-free seed crystal 35 is used, dislocations are hardly introduced. Further, at the time of re-pulling when the seed crystal 35 contains some dislocations, such as after re-melting of the single crystal 36 when dislocation is formed during the pulling of the single crystal 36, the seed crystal 35 is brought into contact with the melt 23 again. However, the dislocations do not proliferate and extend.
[0046]
Next, a crystal is grown at the tip of the seed crystal 35. At this time, the pulling shaft 24 is pulled up at a speed higher than the formation speed of the main body 36c to be described later, and the growth interface of the single crystal 36 (the tip of the neck portion 36a). The shape of the (surface) is convex downward, and the neck portion 36a is formed (FIG. 4C). In the device according to the present embodiment, it is possible to form the neck portion 36a capable of dislocation removal even if the diameter is large. This is because the amount of radiation from the heat generating portion 15a to the growing neck portion 36a increases, so that the heat distribution in the crystal of the neck portion 36a is planarized, and the thermal stress is reduced. This is because the ability increases.
[0047]
The diameter of the neck portion 6a is preferably 7 to 12 mm. If it is larger than 12 mm, it is difficult to obtain a planar heat distribution during the growth of the neck portion 36a, so that the thermal stress increases and the dislocation removing ability decreases. Therefore, when a seed crystal 35 having a diameter of 8 to 12 mm is used, a neck portion 36 a having the same diameter as the seed crystal 35 may be formed. When a seed crystal 35 having a diameter exceeding 12 mm is used, The diameter of the neck portion 36a may be reduced to 12 mm or less.
[0048]
Even if dislocations cannot be completely eliminated due to melting of seed crystal 35 and dislocations remain slightly, thermal stress in neck portion 36a is reduced and dislocations are removed during formation of neck portion 36a. Since the dislocation of the single crystal 36 grown from the lower portion of the neck portion 36a is ensured, it is desirable to use the auxiliary heating means 16 to continuously heat the vicinity of the neck portion 36a when pulling up the neck portion 36a.
[0049]
Next, the power supply to the auxiliary heating means 16 is stopped, and the heat generating portion 16a is retracted from around the neck portion 36a. Then, the single crystal 36 is grown to a predetermined diameter (about 12 inches), and the shoulder 36b is removed. Form. Thereafter, the single crystal 36 is pulled up at a predetermined pulling speed to form the main body 36c (FIGS. 4D and 4E).
[0050]
Thereafter, the single crystal 36 is pulled up by a method substantially similar to the method described in the section of “Prior Art”, separated from the melt 23 and cooled to complete the pulling of the single crystal 36.
[0051]
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the CZ method has been described. However, the present invention is not limited to the application to the CZ method at all, and for example, similarly applies to the MCZ method applying a magnetic field. Applicable.
In the above embodiment, the case where the seed crystal 35 has a substantially cylindrical shape has been described. However, in another embodiment, the seed crystal may have a polygonal column shape, and in this case, the diameter of the neck portion 36a is also reduced. What is necessary is just to set it as the range of 7-12 mm.
[0052]
Further, only the single crystal pulling method in the case where the amount of radiation is increased by heating by the heat generating portion 16a to both the seed crystal 35 and the neck portion 36a using the single crystal pulling apparatus according to the above embodiment, As described above, by increasing only the amount of radiation to the seed crystal 35 and pulling up the single crystal 36 without forming the neck 36a, or by increasing only the amount of radiation to the neck 36a, It is needless to say that the single crystal 36 can be pulled up by increasing the dislocation removing capability at 36a.
[0053]
[Examples and Comparative Examples]
Hereinafter, a single crystal pulling apparatus and a single crystal pulling method according to Examples and Comparative Examples will be described. Hereinafter, the conditions will be described.

[0054]
[Conditions of Comparative Examples 1 to 3]
In the case of Comparative Examples 1 to 3, the conventional heating auxiliary means 26 (the heating portion 26a does not have the coating portion extended, and the heating region in the heating portion 26a is 50% of the outer circumferential length of the seed crystal 35 in the horizontal direction. Using a single crystal pulling apparatus (FIG. 6) equipped with a seed crystal 35 having different diameters, forming a neck portion 36a having substantially the same diameter as the seed crystal 35 and pulling the single crystal 36. .
[0055]
[Conditions of Examples 1 to 20]
In the case of Examples 1 to 20, the single crystal pulling apparatus according to the embodiment shown in FIG. 1 is used, and seed crystals 35 having different diameters are used. By changing the diameter and the width of the side opening 16b, a neck portion 36a having substantially the same diameter as the seed crystal 35 was formed, and the single crystal 36 was pulled up. In addition, the coating | coated part 16d which consists of a heat retention member, and the coating | coated part which is a heat generating member were used for each condition.
[0056]
[Test method (common to Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 3)]
The gap G between the lower end of the heat generating portion 16a and the melt 23 is kept constant, and the heat generating portion 16a or the heat generating portion 16a and the covering portion as the heat generating portion are adjusted to have an appropriate temperature when the seed crystal 35 is immersed in the melt 23. And heat. Thereafter, the seed crystal 35 is positioned about 5 mm above the upper surface of the melt 23, and is preheated for 30 minutes and then allowed to reach the surface.
After the stabilization, the neck portion 36a having substantially the same diameter as the seed crystal 35 is grown by 150 mm, the heat generating portion 16a is retracted from the neck portion 36a, and then the diameter is increased to grow the main body 36c by 200 mm. Is dislocation-free (DF: Dislocation Free) when no dislocation is caused and the crystal axis is not broken.
Thereafter, the single crystal 36 was dissolved in the melt 23, and the growth of the next sample was started with the same amount of the melt 23.
[0057]
Table 1 below shows the individual conditions and the DF (Dislocation Free) ratio of the single crystal 36 in each case. Here, the opening diameter ratio indicates the ratio of the diameter of upper surface opening 16e to the diameter of seed crystal 35, and the opening width ratio indicates the ratio of the width of side opening 16b to the width (diameter) of seed crystal 35. Is shown.
[Table 1]

[0058]
As is clear from the results of Comparative Examples 1 to 3 shown in Table 1, Comparative Examples 1 to 3 including the conventional heat generating portion 26a having a U-shape in plan view have a larger diameter of the seed crystal 35 used. At the same time, the DF rate decreased. The DF ratio at a diameter of 8 mm capable of stably holding a 300 kg heavy crystal was 60%. In Comparative Example 3 using a seed crystal having a diameter of 14 mm, the DF ratio was 0%, and when the diameter of the seed crystal was 14 mm or more, the single crystal to be pulled could not be dislocation-free.
[0059]
As is clear from the results of Examples 1 to 4, when the ratio of the opening diameter and the ratio of the opening width were both set to 1.25, the DF ratio was 100% in each case, which was excellent.
Further, as is apparent from the results of Examples 5 to 8, when the opening diameter ratio was set to 3.00 and the opening width ratio was set to 1.25, if the diameter of the seed crystal 35 was 8 mm, the covering portion was not formed. The DF ratio was 100% for both the heat retaining section and the heat generating section (Examples 5 and 6). On the other hand, when the diameter of the seed crystal 35 was 14 mm, the DF ratio was 100% in the case of the covering portion as the heat generating portion (Example 8), but in the case of the covering portion 16d as the heat retaining portion (Execution Example). In Example 7), the DF ratio was 90%. This is presumably because the heat radiation upward from the upper surface opening 16e increased due to the increase in the opening diameter ratio, and the heat retaining effect of the heat retaining portion was slightly reduced.
[0060]
Further, as is clear from the results of Examples 9 to 12, when the opening diameter ratio was set to 4.00 and the opening width ratio was set to 1.25, if the diameter of the seed crystal 35 was 8 mm, the covering portion was changed. The DF ratio was 100%, which was good for both the heat retaining portion and the heat generating portion (Examples 9 and 10). On the other hand, in the case where the diameter of the seed crystal 35 is 14 mm and the coated portion is used as the heat generating portion (Example 12), the DF ratio is reduced to 70%, and the coated portion 16d is used as the heat retaining portion (Example 11). ), The DF ratio was reduced to 50%. This is considered to be because the heat radiation upward from the upper surface opening 16e was further increased by the further increase in the opening diameter ratio, and the heat radiation suppression effect by the covering portion 16d was reduced. Further, when the opening diameter ratio is increased to 4.00, the temperature gradient in the vertical direction of the seed crystal 35 cannot be reduced even as the covering portion as the heat generating portion.
[0061]
Also, as is clear from the results of Examples 13 to 16, when the opening diameter ratio was set to 3.00 and the opening width ratio was set to 3.00, and the diameter of the seed crystal 35 was 8 mm, the heat insulating portion was used. The DF ratio was 100%, which was good for both the coated portion 16d (Example 13) and the coated portion (Example 14) as the heat generating portion. When the diameter of the seed crystal 35 was 14 mm and the covering portion was used as a heat generating portion (Example 16), the DF ratio was 100%, but when the covering portion 16d was used as a heat retaining portion (Example 15). ), The DF rate was 90%. This is because the increase in the opening diameter ratio and the opening width ratio increases the heat radiation upward from the upper surface opening 16e and laterally from the side opening 16b, and the covering portion 16d as the heat retaining portion has a sufficient heat retaining effect. Probably because it could not be demonstrated.
[0062]
Further, as is clear from the results of Examples 17 to 20, when the opening diameter ratio was set to 3.00 and the opening width ratio was set to 4.00, the diameter of the seed crystal 35 was 8 mm, and the coating as the heat generating portion was formed. DF rate was 90% when it was set as a part (Example 18), and was relatively good. However, when the coating part 16d was used as a heat retaining part (Example 17), the DF rate was reduced to 60%. When the diameter of the seed crystal 35 is 14 mm and the coating part 16d is used as a heat retaining part (Example 19), the DF ratio is reduced to 20%, and the coating part is used as a heating part (Example 20). , And the DF ratio decreased to 50%. This is because the heat radiation from the upper surface opening 16e upward and from the side surface opening 16b to the side is further increased by the further increase in the opening diameter ratio and the opening width ratio, and the heat radiation suppressing effect by the covering portion is reduced. Conceivable. Further, when the opening diameter ratio is increased to 4.00, the temperature gradient in the vertical direction of the seed crystal 35 cannot be reduced even as the covering portion as the heat generating portion.
[0063]
From the results of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 3,
{Circle around (1)} By providing the covering portion 16d in the gap between the heat generating portion 16a and the seed crystal 35, the temperature gradient in the vertical direction at the seed crystal 35 and the neck portion 36a is reduced, and the thermal stress is reduced. In addition, the dislocation removing ability can be increased, and the dislocation-free ratio of a single crystal that can be pulled even when a seed crystal having a large diameter is used can be improved as compared with Comparative Examples 1 to 3 in which the coating portion is not provided. confirmed.
(2) It is possible to improve the dislocation-free ratio of the single crystal to be pulled by setting an appropriate diameter of the upper surface opening 16e and a width of the side surface opening 16b in accordance with the diameter of the seed crystal 35. Was confirmed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing a main part of a single crystal pulling apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams schematically illustrating a form of a heat generating unit according to the embodiment, wherein FIG. 2A is a plan view, FIG. 2B is a front view, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. FIG.
3A and 3B are diagrams schematically illustrating a form of a heat generating unit according to another embodiment, wherein FIG. 3A is a plan view, FIG. 3B is a front view, and FIG. 3C is CC in FIG. It is a line sectional view.
FIGS. 4A to 4E schematically show the vicinity of a seed crystal when performing a part of a single crystal pulling process using the single crystal pulling apparatus according to the embodiment. It is the fragmentary enlarged front view.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically showing a main part of a conventional single crystal pulling apparatus.
6A and 6B are diagrams schematically showing a configuration of a conventional heat generating unit, wherein FIG. 6A is a perspective view and FIG. 6B is a plan view.
FIGS. 7A to 7E are partially enlarged views schematically showing the vicinity of a seed crystal when performing a part of a single crystal pulling process using a conventional single crystal pulling apparatus. It is a front view.
[Explanation of symbols]
16, 16A, 26 auxiliary heating means
16a, 26a Heating part
16b side opening
16d, 16d ₂ Coating
16e top opening
21 crucible
22 Main heater
23 Melt
35 seed crystals
36 single crystal

Claims

A crucible filled with the melt, a heater positioned around the crucible, and a heat generating portion that can be positioned to surround the seed crystal positioned immediately above the melt, and a single crystal passing region formed by the heat generating portion. In a single crystal pulling apparatus provided with an auxiliary heating means and the like configured to include a moving mechanism for retracting more,
A single crystal pulling apparatus, wherein a covering portion for covering a gap between the heat generating portion and the seed crystal extends from the heat generating portion.

The single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein the covering portion functions as a heat retaining portion or a heat generating portion.

The covering portion has a first opening for allowing the seed crystal to pass therethrough, and a diameter of the first opening is set in a range of 1.25 to 3.0 times a diameter of the seed crystal. 3. The single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein

The heat generating part and the covering part have a second opening for retreating from the passage area of the seed crystal, and the width of the second opening is 1.25 to 3.0 of the diameter of the seed crystal. The single crystal pulling apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the single crystal pulling apparatus is set to be twice as large.

A single crystal pulling method using the single crystal pulling apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A method for pulling a single crystal, comprising using a seed crystal having a diameter of 8 to 14 mm.