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JP2008019129A - Apparatus for producing single crystal, method for producing single crystal, and single crystal - Google Patents

Apparatus for producing single crystal, method for producing single crystal, and single crystal Download PDF

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JP2008019129A
JP2008019129A JP2006192778A JP2006192778A JP2008019129A JP 2008019129 A JP2008019129 A JP 2008019129A JP 2006192778 A JP2006192778 A JP 2006192778A JP 2006192778 A JP2006192778 A JP 2006192778A JP 2008019129 A JP2008019129 A JP 2008019129A
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silicon melt
convection
control member
silicon
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for producing a single crystal by which the convection of a silicon melt can be controlled during pulling and the quality difference of the single crystal depending on the residual amount of the silicon melt can be reduced. <P>SOLUTION: The apparatus for producing the single crystal comprises a convection control member 35 which can be arranged in a silicon melt 4 and a supporting means for supporting the convection control member 35 from an upper part of a crucible. The convection control member 35 is formed to have a nearly circular disk shape capable of being positioned in a state nearly parallel to the bottom surface of the crucible and is composed of a plurality of plate-like pieces 36 divided by a plurality of line segments extended to outer edge parts from the central axis 15 position of the silicon single crystal 3 being pulled as the center in a plane view. The angle α formed by the tangential plane of the upper surface 36a of each plate-like piece 36 at the center and the central axis 15 direction in the downward direction is set in the cross section along the central axis, and the supporting means supports each plate-like piece 36 of the convection control member 35 so that the angle can be adjusted so as to control the convection of the silicon melt 4. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、引き上げ時における前記シリコン融液の対流を制御することができ、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差を小さくすることができる単結晶製造装置およびその単結晶製造装置を用いた単結晶製造方法および単結晶に関する。   The present invention is capable of controlling the convection of the silicon melt at the time of pulling, and can reduce the quality difference of the single crystal depending on the amount of the remaining silicon melt, and the single crystal production thereof The present invention relates to a method for producing a single crystal using an apparatus and a single crystal.

シリコン単結晶は、ルツボに収容された多結晶シリコン原料をヒータで加熱してシリコン融液とし、チョクラルスキー法(以下、「CZ法」と略記する。)によりシリコン融液から引き上げながら成長させることにより製造される。CZ法によって育成されたシリコン単結晶中には、Grown−in欠陥と呼ばれる欠陥が結晶育成時に形成され、結晶育成後に得られたシリコン単結晶を評価した場合に検出される。   A silicon single crystal is grown by heating a polycrystalline silicon raw material contained in a crucible with a heater to form a silicon melt, and pulling it up from the silicon melt by the Czochralski method (hereinafter abbreviated as “CZ method”). It is manufactured by. In a silicon single crystal grown by the CZ method, a defect called a Grown-in defect is formed during crystal growth, and is detected when a silicon single crystal obtained after crystal growth is evaluated.

引上げ速度を徐々に低下させながら成長させたシリコン単結晶の縦断面には、R-OSF(Ring - Oxidation induced Stacking Fault)が現われる場合があることが知られている。R-OSFが現われる領域は、引上げ速度を小さくしていくと結晶の外周側から内側に収縮していく。R−OSFよりも内側(高速で引き上げられた結晶領域)と外側(低速で引き上げられた結晶領域)とでは、結晶育成後に観察されるGrown−in欠陥が異なる。高速で引き上げられた結晶領域では、COP(crystal originated particle) あるいはFPD(flow pattern defect)ともよばれるボイド欠陥(空孔型欠陥)が検出される。また、低速で引き上げられた結晶領域では、転位を伴う格子間Siの凝集体が発生し、格子間Si欠陥(転位クラスター欠陥)が検出される。
また、R−OSFと格子間Si欠陥領域との間には、Grown−in欠陥が検出されない無欠陥領域がある。シリコン単結晶中のボイド欠陥は、ウェーハの初期の酸化膜耐圧特性の劣化因子である。また、シリコン単結晶中の格子間Si欠陥もデバイス特性を劣化させる。そのため、シリコン単結晶の品質特性上、無欠陥領域での結晶育成が望まれる。
It is known that R-OSF (Ring-Oxidation induced Stacking Fault) may appear in the longitudinal section of a silicon single crystal grown while gradually reducing the pulling rate. The region where R-OSF appears shrinks from the outer peripheral side of the crystal to the inside as the pulling rate is reduced. The grown-in defects observed after crystal growth are different between the inside (crystal region pulled at a high speed) and the outside (crystal region pulled at a low speed) from the R-OSF. In the crystal region pulled at a high speed, a void defect (a void type defect) called COP (crystal originated particle) or FPD (flow pattern defect) is detected. In addition, in the crystal region pulled at a low speed, interstitial Si aggregates accompanied by dislocations are generated, and interstitial Si defects (dislocation cluster defects) are detected.
In addition, there is a defect-free region in which no Grown-in defect is detected between the R-OSF and the interstitial Si defect region. The void defect in the silicon single crystal is a deterioration factor of the initial oxide film breakdown voltage characteristic of the wafer. In addition, interstitial Si defects in the silicon single crystal also degrade device characteristics. Therefore, crystal growth in a defect-free region is desired because of the quality characteristics of the silicon single crystal.

また、従来からシリコン融液の対流を抑制することができ均一なシリコン単結晶が得られる方法として、磁場中引き上げ法(MCZ法)が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
特開昭64−24090号公報
Conventionally, a method of pulling up in a magnetic field (MCZ method) is known as a method for obtaining a uniform silicon single crystal that can suppress convection of a silicon melt (see, for example, Patent Document 1).
JP-A 64-24090

しかしながら、従来の技術では、シリコン融液の対流を十分に抑制することができなかった。特に、磁場中引き上げ法を用いてシリコン単結晶を製造する場合、ルツボ内のシリコン融液量が漸次変化(減少)してゆくので、シリコン融液内の位置による磁場の強度差(固液界面位置とルツボ底部位置における磁場強度差)がシリコン融液の残液量が多いときには大きく、残液量が少ないときには小さくなり、シリコン融液の残液量に起因するシリコン融液の対流の変化量が大きく、シリコン融液の対流を十分に抑制することができなかった。このシリコン融液内での対流は、固液界面付近の温度分布状態や、この温度分布に起因する固液界面形状(上に凸など)へ影響を与えたり、ルツボ壁などの表面に起因するシリコン融液内の酸素濃度やドーパント、気泡など不純物の単結晶への取り込まれ方、および、これらの結果として単結晶中の結晶品質に影響を与えることがわかっている。このため、従来の技術では、引き上げ開始から終了まで同じ引き上げ条件で引き上げても、引き上げ前半に育成された単結晶と引き上げ後半に育成された単結晶とでは、単結晶の欠陥状態、単結晶中の酸素濃度やドーパント濃度などの単結晶の品質が大きく異なってしまい、所望の品質を有する単結晶を得ることができず、著しい歩留まりの低下を招いていた。   However, the conventional technology cannot sufficiently suppress the convection of the silicon melt. In particular, when producing a silicon single crystal using the pulling method in a magnetic field, the amount of silicon melt in the crucible gradually changes (decreases), so the difference in strength of the magnetic field depending on the position in the silicon melt (solid-liquid interface) The difference in magnetic field strength between the position and the bottom of the crucible is large when the amount of residual silicon melt is large, and is small when the amount of residual liquid is small, and the amount of change in convection of the silicon melt due to the amount of residual silicon melt. The convection of the silicon melt could not be sufficiently suppressed. This convection in the silicon melt affects the temperature distribution near the solid-liquid interface, the shape of the solid-liquid interface (convex upward, etc.) due to this temperature distribution, or the surface of the crucible wall. It has been found that the oxygen concentration in the silicon melt, dopants, how impurities such as bubbles are incorporated into the single crystal, and as a result, the crystal quality in the single crystal are affected. For this reason, in the conventional technique, even if the pulling is performed under the same pulling conditions from the start to the end of pulling, the single crystal grown in the first half of the pulling and the single crystal grown in the second half of the pulling have a single crystal defect state, The quality of single crystals such as the oxygen concentration and dopant concentration of these materials greatly differed, and a single crystal having a desired quality could not be obtained, resulting in a significant decrease in yield.

具体的には、例えば、カスプ磁場を印加しながら無欠陥領域の結晶を製造する場合、ルツボに収容するシリコン融液の量を多くすると、引き上げ開始直後には無欠陥領域が形成されなくなってしまう。また、カスプ磁場を印加しながら所定の酸素濃度やドーパント濃度の結晶を製造する場合には、残液量によって酸素濃度やドーパント濃度の面内分布(Radial gradient of oxygen, ORG; Radial gradient of resistance;RRG)等が変化するという問題が生じる。   Specifically, for example, when a crystal of a defect-free region is manufactured while applying a cusp magnetic field, if the amount of silicon melt accommodated in the crucible is increased, the defect-free region is not formed immediately after the start of pulling. . When a crystal having a predetermined oxygen concentration or dopant concentration is produced while applying a cusp magnetic field, the in-plane distribution (Radial gradient of oxygen, ORG; Radial gradient of resistance; RRG) and the like change.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、引き上げ時における前記シリコン融液の対流を制御することができ、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差を小さくすることができる単結晶製造装置およびその単結晶製造装置を用いた単結晶製造方法および単結晶を実現することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, can control the convection of the silicon melt at the time of pulling, and reduce the quality difference of the single crystal depending on the residual amount of the silicon melt. It is an object of the present invention to realize a single crystal manufacturing apparatus, a single crystal manufacturing method using the single crystal manufacturing apparatus, and a single crystal.

本発明の単結晶製造装置は、ルツボに収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させる単結晶製造装置において、
前記シリコン融液内に配置可能とされる板状体である対流制御部材と、該対流制御部材をルツボ上方から支持する支持手段とを具備し、
前記対流制御部材が、前記ルツボ底面と略平行状態に位置可能な略円板形状とされ、平面視して引き上げられる前記シリコン単結晶の中心軸位置を中心として外縁部へと延在する複数の線分で分割された複数の板状片からなり、
前記支持手段が、前記中心軸に沿う断面において、前記中心における前記板状片の上面の接平面と前記中心軸方向下向きとのなす角度αを設定して前記シリコン融液の対流を制御可能とするように前記対流制御部材の板状片を角度調整可能に支持することにより上記課題を解決した。
また、本発明においては、前記支持手段は、前記板状片上面の平面視前記シリコン単結晶外側かつ前記ルツボ内壁内側となる位置において、前記板状片の前記中心軸側先端が上下動可能なように前記板状片を回動可能に支持するよう垂設された支持棒と、
該支持棒の平面視前記外縁側で前記板状片上面に一端を当接可能とされるとともに、前記支持棒と平行状態に伸縮自在な棒状の角度調整手段とを有するものとされ、
前記角度調整手段が伸縮されることにより、前記板状片の前記角度αが0〜180°の範囲に設定可能とされてなることができる。
また、本発明においては、前記角度αを前記対流制御部材がルツボ底面と略平行となるよう設定した場合に、前記シリコン融液において、育成される単結晶の品質に影響を及ぼす固液界面直下の対流範囲が鉛直方向距離Lb以内となるように、前記シリコン融液表面と前記ルツボ底面との距離とされる深さLaが前記距離Lbを超えている際に、前記対流制御部材が前記固液界面から前記距離Lbの深さに位置可能として設けられることが好ましい。
また、本発明は、前記シリコン融液の対流を制御する磁場印可手段を備え、
前記距離Lbが、前記磁場印加手段によって印加される磁場分布の引き上げ中の変化率が40%以下である範囲として設定されるものとすることができる。
また、本発明は、前記シリコン融液上側に配置された遮熱部材を備え、前記対流制御部材が上下方向に移動する際に、前記遮熱部材が上下方向に移動自在とされていることができる。
また、本発明の前記対流制御部材が、平面視して少なくとも前記シリコン単結晶のある範囲を含む位置とされることができる。
The single crystal manufacturing apparatus of the present invention is a single crystal manufacturing apparatus for growing while pulling up a silicon single crystal from a silicon melt contained in a crucible.
A convection control member that is a plate-like body that can be arranged in the silicon melt, and a support means for supporting the convection control member from above the crucible,
The convection control member has a substantially disk shape that can be positioned substantially in parallel with the bottom surface of the crucible, and extends to an outer edge centering on a central axis position of the silicon single crystal that is pulled up in plan view. It consists of multiple plate-like pieces divided by line segments,
The supporting means can control the convection of the silicon melt by setting an angle α between a tangent plane of the upper surface of the plate-like piece at the center and a downward direction in the central axis in a cross section along the central axis. Thus, the above problem was solved by supporting the plate-like piece of the convection control member so that the angle can be adjusted.
In the present invention, the support means is capable of moving the tip of the plate-shaped piece on the central axis side up and down at a position on the outer surface of the silicon single crystal and on the inner wall of the crucible in plan view of the upper surface of the plate-shaped piece. A support rod suspended so as to rotatably support the plate-like piece,
One end can be brought into contact with the upper surface of the plate-like piece on the outer edge side in a plan view of the support rod, and the rod has a rod-shaped angle adjusting means that can expand and contract in parallel with the support rod.
By extending and contracting the angle adjusting means, the angle α of the plate-like piece can be set in a range of 0 to 180 °.
Also, in the present invention, when the angle α is set so that the convection control member is substantially parallel to the bottom surface of the crucible, the silicon melt has a direct influence on the quality of the single crystal grown. When the depth La, which is the distance between the silicon melt surface and the bottom surface of the crucible, exceeds the distance Lb so that the convection range is within the vertical distance Lb, the convection control member is It is preferable to be provided at a depth of the distance Lb from the liquid interface.
Further, the present invention comprises a magnetic field applying means for controlling the convection of the silicon melt,
The distance Lb may be set as a range in which the rate of change during pulling up of the magnetic field distribution applied by the magnetic field applying unit is 40% or less.
In addition, the present invention includes a heat shield member disposed on the upper side of the silicon melt, and when the convection control member moves in the vertical direction, the heat shield member is movable in the vertical direction. it can.
Further, the convection control member of the present invention can be at a position including at least a certain range of the silicon single crystal in a plan view.

また、本発明の単結晶の製造方法は、上記の単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶を製造する方法であって、
前記シリコン融液内において、前記対流制御部材のなす角度αが0〜180°の範囲のうち所定の角度として制御して前記シリコン単結晶を引き上げることにより上記課題を解決した。
また、本発明においては、前記対流制御部材を前記ルツボ底面と略平行な状態で固液界面から下側に鉛直方向距離Lb以内となる位置として、前記支持手段により前記角度αを設定し、前記シリコン融液表面と前記ルツボ底面との距離とされる深さLaが前記距離Lbを超える際に、前記シリコン融液において、育成される単結晶の品質に影響を及ぼす固液界面直下の対流範囲が前記距離Lb以内となるように制御することができる。
また、上記の単結晶の製造方法は、前記ルツボ内でシリコン原料を融解してシリコン融液を製造する工程と、前記シリコン融液内の所定の位置に前記対流制御部材を配置する工程と、前記シリコン融液の温度を引き上げ開始温度となるように調温する工程とを順に行なった後、単結晶引き上げ工程を開始する方法とすることができる。
また、本発明は、前記単結晶引き上げ工程において、前記磁場印可手段により前記シリコン融液に磁場を印可するとともに、前記距離Lbが、前記磁場印加手段によって印加される磁場分布の引き上げ中の変化率が40%以下である範囲として設定される方法とすることができる。
また、上記の単結晶の製造方法は、無欠陥領域を有する単結晶を引き上げる方法とすることができる。
The method for producing a single crystal of the present invention is a method for producing a silicon single crystal using the above-described single crystal production apparatus,
In the silicon melt, the above problem was solved by pulling up the silicon single crystal by controlling the angle α formed by the convection control member as a predetermined angle within a range of 0 to 180 °.
Further, in the present invention, the angle α is set by the support means so that the convection control member is positioned within the vertical distance Lb from the solid-liquid interface in a state substantially parallel to the bottom surface of the crucible, When the depth La, which is the distance between the silicon melt surface and the bottom surface of the crucible, exceeds the distance Lb, the convection range directly below the solid-liquid interface affects the quality of the single crystal grown in the silicon melt. Can be controlled to be within the distance Lb.
The method for producing a single crystal includes a step of melting a silicon raw material in the crucible to produce a silicon melt, a step of arranging the convection control member at a predetermined position in the silicon melt, A method of starting the single crystal pulling step after sequentially performing the step of adjusting the temperature of the silicon melt so as to become the pulling start temperature can be employed.
In the single crystal pulling step, the present invention applies a magnetic field to the silicon melt by the magnetic field applying unit, and the rate of change during pulling of the magnetic field distribution applied by the magnetic field applying unit is the distance Lb. Can be set as a range of 40% or less.
Moreover, the manufacturing method of said single crystal can be made into the method of pulling up the single crystal which has a defect-free area | region.

また、上記課題を解決するために、本発明の単結晶は、上記いずれかに記載の単結晶製造装置、または、上記いずれかに記載の単結晶の製造方法により製造されたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the single crystal of the present invention is manufactured by any one of the above-described single crystal manufacturing apparatuses or any of the above-described single crystal manufacturing methods. .

本発明の単結晶製造装置は、ルツボに収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させる単結晶製造装置において、前記シリコン融液内に配置可能とされる板状体である対流制御部材と、該対流制御部材をルツボ上方から支持する支持手段とを具備し、前記対流制御部材が、前記ルツボ底面と略平行状態に位置可能な略円板形状とされ、平面視して引き上げられる前記シリコン単結晶の中心軸位置を中心として外縁部へと延在する複数の線分で分割された複数の板状片からなり、前記支持手段が、前記中心軸に沿う断面において、前記中心における前記板状片の上面の接平面と前記中心軸方向下向きとのなす角度αを設定して前記シリコン融液の対流を制御可能とするように前記対流制御部材の板状片を角度調整可能に支持することにより、シリコン融液深さ変化に起因した引き上げる単結晶への悪影響を低減することが可能となる。しかも、対流制御部材を分割し、この分割片を角度調節可能としたので、シリコン融液が少なくなってきた際に引き上げ中のシリコン単結晶に接触することなく、この対流制御部材をシリコン融液内から上方へ引き上げて、ルツボ内に残留するシリコン融液を減少することが可能となる。   The single crystal manufacturing apparatus of the present invention is a single crystal manufacturing apparatus for growing while pulling up a silicon single crystal from a silicon melt accommodated in a crucible. Convection control is a plate-like body that can be placed in the silicon melt. And a support means for supporting the convection control member from above the crucible. The convection control member has a substantially disk shape that can be positioned substantially parallel to the bottom surface of the crucible and is pulled up in plan view. It consists of a plurality of plate-like pieces divided by a plurality of line segments extending to the outer edge centering on the center axis position of the silicon single crystal, and the support means is a cross section along the center axis in the center. The angle of the plate-like piece of the convection control member can be adjusted so that the convection of the silicon melt can be controlled by setting an angle α between the tangential plane of the upper surface of the plate-like piece and the downward direction in the central axis direction. By lifting, it is possible to reduce adverse effects on the single crystal pulling due to the silicon melt depth changes. In addition, since the convection control member is divided and the angle of the divided piece can be adjusted, the convection control member can be connected to the silicon melt without contacting the silicon single crystal being pulled up when the silicon melt is reduced. It is possible to reduce the silicon melt remaining in the crucible by pulling upward from the inside.

シリコン融液内では、融液内の温度差によって、石英ルツボの胴部に沿って上昇し、石英ルツボの中心付近で降下する主対流が生じる。対流制御装置が存在しない従来の石英ルツボでは、シリコン融液内に生じる大きな対流は、ほぼこの主対流だけである。一方、本発明のシリコン単結晶引上装置では、対流制御部材を設けることにより、例えば、図1、図5〜図7に示すように、シリコン融液内における固液界面付近に、主対流とは逆方向に流れる2次対流を生じさせることが可能になる。 In the silicon melt, a main convection that rises along the quartz crucible body and falls near the center of the quartz crucible due to a temperature difference in the melt. In a conventional quartz crucible without a convection control device, the main convection is the only major convection generated in the silicon melt. On the other hand, in the silicon single crystal pulling apparatus of the present invention, by providing a convection control member, for example, as shown in FIG. 1 and FIG. 5 to FIG. Can produce secondary convection flowing in the opposite direction.

この2次対流により、融液中の原子はよく対流混合・拡散され、有効拡散係数Dは大幅に増加する。また、融液の温度勾配Gmも増加する。従って、組織的過冷却を容易に抑制できる。
上記2次対流は上昇流として、高温融液を固液界面形状中心部へ輸送し、固液界面形状が結晶方向へ移動し、固液界面付近結晶中心の温度勾配が増加し、径方向の温度勾配差は減少される。これにより無欠陥の速度マージンが拡大され、無欠陥結晶の合格率は増加される。
By this secondary convection, the atoms in the melt are well convectively mixed and diffused, and the effective diffusion coefficient D is greatly increased. Moreover, the temperature gradient Gm of the melt also increases. Therefore, systematic supercooling can be easily suppressed.
The secondary convection is an upward flow, transports the high-temperature melt to the solid-liquid interface shape center, the solid-liquid interface shape moves in the crystal direction, the temperature gradient of the crystal center near the solid-liquid interface increases, The temperature gradient difference is reduced. This increases the defect-free speed margin and increases the pass rate of defect-free crystals.

また、本発明においては、前記支持手段は、前記板状片上面の平面視前記シリコン単結晶外側かつ前記ルツボ内壁内側となる位置において、前記板状片の前記中心軸側先端が上下動可能なように前記板状片を回動可能に支持するよう垂設された支持棒と、該支持棒の平面視前記外縁側で前記板状片上面に一端を当接可能とされるとともに、前記支持棒と平行状態に伸縮自在な棒状の角度調整手段とを有するものとされ、前記角度調整手段が伸縮されることにより、前記板状片の前記角度αが0〜180°の範囲に設定可能とされてなることにより、支持する板状片の角度を設定することによって、あたかも、対流制御部材の表面に凹凸形状を形成したような作用を生じることが可能であり、角度αを設定して対流制御部材の凹凸状態を設定することにより、シリコン融液内の固液界面付近に2次対流を確実に生じさせることができる。     In the present invention, the support means is capable of moving the tip of the plate-shaped piece on the central axis side up and down at a position on the outer surface of the silicon single crystal and on the inner wall of the crucible in plan view of the upper surface of the plate-shaped piece. A support bar that is suspended so as to rotatably support the plate-like piece, and one end can be brought into contact with the upper surface of the plate-like piece on the outer edge side in plan view of the support bar, and the support It has a rod-shaped angle adjusting means that can be expanded and contracted in parallel with the rod, and the angle α of the plate-shaped piece can be set in a range of 0 to 180 ° by expanding and contracting the angle adjusting means. Thus, by setting the angle of the plate-shaped piece to be supported, it is possible to produce an effect as if an uneven shape was formed on the surface of the convection control member. Set the uneven state of the control member And it makes it possible to give reliable results in secondary convection in the vicinity of the solid-liquid interface in the silicon melt.

また、少なくとも、固液界面付近のシリコン融液の不純物(ドーパント)濃度が他の部分のシリコン融液に比べて高くなることを防止して、例えシリコン単結晶インゴットが有転位化するまでに至らなくても、シリコン単結晶インゴット内での不純物(ドーパント)の均一化を図り、シリコンウェハに加工した際のウェハ面内の抵抗率分布(RRG)、ウェハの面内酸素分布(ORG)が所望の範囲に入るような形状に設定される。   Further, at least the impurity concentration (dopant) concentration of the silicon melt near the solid-liquid interface is prevented from becoming higher than that of other portions of the silicon melt, and the silicon single crystal ingot is dislocated. Even if it is not, the uniformity of impurities (dopant) in the silicon single crystal ingot is desired, and the wafer surface resistivity distribution (RRG) and wafer surface oxygen distribution (ORG) when processing into a silicon wafer are desired. The shape is set to fall within the range.

なお、RRGは下記ように定義される。
RRG=(ウエハ中心抵抗率ρ0 -ウエハサイド抵抗率ρS)/ウエハ中心抵抗率ρ0
一般には、
RRG (IN10) =(ウエハ中心抵抗率ρ0 -ウエハインサイド10mmの抵抗率ρS)/ウエハ中心抵抗率ρ0
RRG (IN5) =(ウエハ中心抵抗率ρ0 -ウエハインサイド5mmの抵抗率ρS)/ウエハ中心抵抗率ρ0
等を用いる。
本発明においては、RRGとしてRRG (IN5)を用いる。
RRG is defined as follows.
RRG = (wafer center resistivity ρ0−wafer side resistivity ρS) / wafer center resistivity ρ0
In general,
RRG (IN10) = (wafer center resistivity ρ0−wafer inside 10 mm resistivity ρS) / wafer center resistivity ρ0
RRG (IN5) = (wafer center resistivity ρ0−wafer inside 5 mm resistivity ρS) / wafer center resistivity ρ0
Etc. are used.
In the present invention, RRG (IN5) is used as RRG.

本発明者は、鋭意研究を重ね、ルツボの底面の形状によって引き上げ時におけるシリコン融液の対流が変化することを見出した。しかし、製造する個々の単結晶の目標とする品質に応じて、適切な底面形状を有するルツボを製造することは、現実的ではないし、引き上げをしながらルツボを交換することはできないので、引き上げをしながらルツボの底面形状を変化させることはできない。そこで、本発明者らは、シリコン融液内に配置される変形可能な対流制御部材を備え、対流制御部材の形状を製造する個々の単結晶の目標とする品質に応じて適切な形状に変更して使用可能なものとし、シリコン融液の対流を適切に制御できるようにすることで、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差を小さくできることを見出した。   The present inventor has conducted extensive research and found that the convection of the silicon melt during pulling changes depending on the shape of the bottom surface of the crucible. However, it is not practical to manufacture a crucible having an appropriate bottom shape according to the target quality of each single crystal to be manufactured, and it is not possible to replace the crucible while pulling up. However, the bottom shape of the crucible cannot be changed. Therefore, the present inventors have a deformable convection control member disposed in the silicon melt, and change the shape of the convection control member to an appropriate shape according to the target quality of each single crystal to be manufactured. It was found that the quality difference of the single crystal depending on the residual amount of the silicon melt can be reduced by making the convection of the silicon melt appropriately controllable.

本発明の単結晶製造装置においては、シリコン融液内に配置された対流制御部材は、平面視したときに引き上げられる前記シリコン単結晶の中心軸を始点とする線上で分割された複数の板状片からなり、前記中心軸に沿う断面において、前記中心軸近傍に位置する前記板状片の上面と、前記中心軸とのなす角度αが変更自在とされている。したがって、製造する個々の単結晶の目標とする品質に応じて、前記角度αを適切に制御することにより引き上げ時におけるシリコン融液の対流が制御されるものとなる。その結果、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差を小さくすることが可能となり、所望の品質を有する単結晶を歩留まりよく製造できる。   In the single crystal manufacturing apparatus of the present invention, the convection control member arranged in the silicon melt has a plurality of plate shapes divided on a line starting from the central axis of the silicon single crystal pulled up when viewed in plan. An angle α formed by the upper surface of the plate-shaped piece located near the central axis and the central axis in a cross section along the central axis is made variable. Therefore, the convection of the silicon melt at the time of pulling up is controlled by appropriately controlling the angle α in accordance with the target quality of each single crystal to be manufactured. As a result, it becomes possible to reduce the quality difference of the single crystals depending on the remaining amount of the silicon melt, and it is possible to manufacture single crystals having a desired quality with a high yield.

また、本発明においては、前記角度αを前記対流制御部材がルツボ底面と略平行となるよう設定した場合に、前記シリコン融液において、育成される単結晶の品質に影響を及ぼす固液界面直下の対流範囲が鉛直方向距離Lb以内となるように、前記シリコン融液表面と前記ルツボ底面との距離とされる深さLaが前記距離Lb以上である際に、前記対流制御部材が固液界面からLbの深さに位置可能として設けられることにより、結晶成長に直接影響のある固液界面付近における対流領域の対流を深さ方向距離Lb以内の範囲に規制して、固液界面に直接影響のある酸素濃度、ドーパント濃度、温度状態等を所定の範囲におさめるように制御することが可能となり、この結果、シリコン融液深さ変化に起因した引き上げる単結晶への悪影響を低減することが可能となる。   Also, in the present invention, when the angle α is set so that the convection control member is substantially parallel to the bottom surface of the crucible, the silicon melt has a direct influence on the quality of the single crystal grown. When the depth La, which is the distance between the silicon melt surface and the crucible bottom surface, is equal to or greater than the distance Lb, the convection control member is a solid-liquid interface. To be located at a depth from Lb to Lb, the convection in the convection region in the vicinity of the solid-liquid interface that directly affects crystal growth is restricted to a range within the depth direction distance Lb, and directly affects the solid-liquid interface. It is possible to control the oxygen concentration, dopant concentration, temperature state, etc. within a predetermined range, and as a result, adverse effects on the single crystal to be pulled up due to the silicon melt depth change. It is possible to decrease.

また、本発明の単結晶製造装置において、シリコン融液の深さLaが、引き上げ開始時から前記引き上げ開始時における前記対流制御部材の最も下方の部位と融液表面との間の鉛直方向の距離Lb未満までの間の少なくとも所定の範囲内であるときに、前記対流制御部材の融液表面に対する位置が変化しないように制御されることによって、前記シリコン融液の深さLaが前記距離Lbであるときの状態となるように前記シリコン融液の対流が制御されるものとした場合、以下に示すように、より一層、引き上げ時における前記シリコン融液の対流を制御することができる。   In the single crystal manufacturing apparatus of the present invention, the depth La of the silicon melt is such that the vertical distance between the lowest part of the convection control member and the melt surface from the start of the pulling to the start of the pulling. By controlling so that the position of the convection control member with respect to the melt surface does not change when it is at least within a predetermined range up to less than Lb, the depth La of the silicon melt is the distance Lb. When the convection of the silicon melt is controlled so as to be in a certain state, the convection of the silicon melt at the time of pulling can be further controlled as shown below.

すなわち、このような単結晶製造装置を用いて単結晶を製造する場合、シリコン融液の残液量が多くて、ルツボの底面と前記融液表面との間の距離であるシリコン融液の深さLaが、引き上げ開始時における対流制御部材の最も下方の部位と融液表面との間の鉛直方向の距離Lbよりも深いときのシリコン融液の対流を、対流制御部材の融液表面に対する位置を変化しないように制御することによって、シリコン融液の深さLaが距離Lbであるときの状態となるように制御できる。
したがって、本発明の単結晶製造装置を用いて単結晶を製造する場合、引き上げ開始時から引き上げに伴う前記シリコン融液の減少によって前記距離Lb未満となる時点までのシリコン融液の対流の変動が非常に少ないものとなる。
また、本発明の単結晶製造装置においては、前記所定の範囲を、シリコン融液の深さLaが、引き上げ開始時から前記距離Lb未満までの間の全ての範囲とすることで、シリコン融液の深さLaが距離Lbよりも深いときの全ての範囲において、シリコン融液の対流をシリコン融液の深さLaが距離Lbであるときの状態となるように制御することができる。この場合、引き上げられた単結晶の大部分が、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差の少ないものとなり、非常に好ましい。
That is, when a single crystal is manufactured using such a single crystal manufacturing apparatus, the amount of silicon melt remaining is large, and the depth of the silicon melt, which is the distance between the bottom of the crucible and the surface of the melt. The position of the convection control member relative to the melt surface when the thickness La is deeper than the vertical distance Lb between the lowermost portion of the convection control member and the melt surface at the start of pulling By controlling so as not to change, it is possible to control so that the silicon melt depth La is the distance Lb.
Therefore, when a single crystal is manufactured using the single crystal manufacturing apparatus of the present invention, fluctuations in the convection of the silicon melt from the start of the pulling up to the point where the distance is less than the distance Lb due to the decrease in the silicon melt accompanying the pulling. Very little.
Moreover, in the single crystal manufacturing apparatus of the present invention, the predetermined range is the entire range in which the depth La of the silicon melt is less than the distance Lb from the start of the pulling, so that the silicon melt In all ranges when the depth La of the silicon melt is deeper than the distance Lb, the convection of the silicon melt can be controlled to be in the state when the depth La of the silicon melt is the distance Lb. In this case, most of the single crystal pulled up becomes very small because the quality difference of the single crystal depending on the remaining amount of the silicon melt is small.

また、本発明者は、鋭意研究を重ね、シリコン融液内に対流制御部材を配置し、引き上げをしながら、対流制御部材の形状を変化させてシリコン融液の対流を適切に制御できるようにすることで、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差を小さくすることができることを見出した。
すなわち、上記の単結晶製造装置では、前記板状片の上面において、平面視したときに前記シリコン単結晶の外径よりも外側であって前記ルツボの内壁よりも内側となる位置には、前記板状片を前記中心軸方向に移動自在に支持する支持棒が前記角度αが変更自在に取り付けられ、平面視したときに前記中心軸を始点とし前記支持棒上を通る線上において前記板状片と重なり合う位置には、前記板状片に一端を当接させた状態で前記中心軸方向に伸縮自在な棒状の角度調整手段が備えられ、前記角度調整手段が伸縮されることに連動して、前記角度αが変更されるものとした場合、例えば、以下に示すように、角度αが変更されるものとなる。
In addition, the present inventor has conducted intensive research and arranged a convection control member in the silicon melt, and while pulling up, the shape of the convection control member can be changed to appropriately control the convection of the silicon melt. By doing so, it was found that the quality difference of the single crystal depending on the remaining amount of the silicon melt can be reduced.
That is, in the above-described single crystal manufacturing apparatus, on the upper surface of the plate-like piece, at a position outside the outer diameter of the silicon single crystal and inside the inner wall of the crucible when viewed in plan, A support rod that supports the plate-like piece so as to be movable in the direction of the central axis is attached so that the angle α can be changed, and when viewed in plan, the plate-like piece is on a line passing from the central axis to the starting point. In the position overlapping with the plate-like piece, a rod-shaped angle adjusting means that can be expanded and contracted in the direction of the central axis in a state where one end is in contact with the plate-shaped piece, interlocked with the expansion and contraction of the angle adjusting means, When the angle α is changed, for example, the angle α is changed as shown below.

板状片に一端を当接させた角度調整手段が伸縮されると、角度調整手段が当接された部分を支点とし、支持棒が備えられた部分を力点として、角度調整手段の伸縮によって板状片に負荷される力につり合おうとする作用により板状片が動かされ、角度αが変更される。したがって、対流制御部材をシリコン融液から出すことなく、対流制御部材の形状を変化させることができ、引き上げをしながら、シリコン融液の対流を適切に制御でき、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差を小さくすることができる。   When the angle adjusting means with one end abutting on the plate-shaped piece is expanded and contracted, the portion where the angle adjusting means abuts is used as a fulcrum, and the portion provided with the support bar is used as a power point to expand and contract the angle adjusting means. The plate-like piece is moved by the action of trying to balance the force applied to the piece, and the angle α is changed. Therefore, the shape of the convection control member can be changed without taking the convection control member out of the silicon melt, and the convection of the silicon melt can be appropriately controlled while being pulled up. The quality difference of the dependent single crystal can be reduced.

また、本発明の前記対流制御部材が、平面視して少なくとも前記シリコン単結晶のある範囲(固液界面の範囲)を含む形状とされ、より詳細には、前記対流制御部材は平面視略円形を成し、前記シリコン単結晶の直径=Ddとした時に、対流制御部材の最小直径=Dd〜1.8Ddの範囲を少なくとも含むものとされる。さらに、対流制御部材の最大直径としては、ほぼルツボの内径と等しい寸法、つまり、ルツボ壁に接触しない程度に平面視してルツボ内部のほぼ全面に位置する形状とすることができる。これにより、少なくとも、結晶成長に直接影響のある固液界面付近における対流領域の対流を深さ方向距離Lb以内の範囲となるように規制して、引き上げる単結晶への悪影響を低減することが可能となる。
さらに、対流制御部材をルツボ内部のほぼ全面に位置する形状とすることにより、対流制御部材が石英ルツボと接触時の融液自由表面(結晶外側と石英ルツボ内側間の融液面)を最大化し、酸素濃度の急増が防止される。通常、石英から溶解される酸素は90%以上融液自由表面から蒸発されるために、融液自由表面が急減すると、融液内酸素濃度が急増し、引き上げる結晶内の酸素濃度も急増されると予想される。
Further, the convection control member of the present invention has a shape including at least a certain range of the silicon single crystal (a range of a solid-liquid interface) in a plan view, and more specifically, the convection control member is substantially circular in a plan view. When the diameter of the silicon single crystal is Dd, the minimum diameter of the convection control member is at least included in the range of Dd to 1.8 Dd. Further, the maximum diameter of the convection control member can be a dimension that is substantially the same as the inner diameter of the crucible, that is, a shape that is located almost entirely inside the crucible in plan view so as not to contact the crucible wall. As a result, at least the convection in the convection region in the vicinity of the solid-liquid interface that directly affects crystal growth can be regulated to be within the depth direction distance Lb, thereby reducing the adverse effect on the single crystal to be pulled up. It becomes.
Furthermore, the convection control member has a shape that is located almost entirely inside the crucible, thereby maximizing the free surface of the melt when the convection control member comes into contact with the quartz crucible (the melt surface between the outside of the crystal and the inside of the quartz crucible). , Rapid increase in oxygen concentration is prevented. Usually, oxygen dissolved from quartz is evaporated from the melt free surface by 90% or more. Therefore, if the melt free surface decreases rapidly, the oxygen concentration in the melt rapidly increases and the oxygen concentration in the crystal to be pulled up also increases rapidly. It is expected to be.

また、本発明は、前記シリコン融液の対流を制御する磁場印可手段を備え、前記距離Lbが、前記磁場印加手段によって印加される磁場分布の引き上げ中の変化率が40%以下である範囲として設定することができる。このような単結晶製造装置によれば、固液界面直下の単結晶品質に直接影響のある部分の対流を磁場印加によって制御することができ、しかも、シリコン融液表面からの深さの差による磁場強度の差を低減することが可能となるため、引き上げ長による単結晶品質のばらつきを防止することが可能となる。
磁場分布の引き上げ中の変化率は40%以下として設定されることが好ましく、より好ましくは、30%以下、あるいは、20%以下である
The present invention further includes a magnetic field applying means for controlling the convection of the silicon melt, and the distance Lb is a range in which the rate of change during pulling up of the magnetic field distribution applied by the magnetic field applying means is 40% or less. Can be set. According to such a single crystal manufacturing apparatus, the convection in the portion directly affecting the quality of the single crystal immediately below the solid-liquid interface can be controlled by applying a magnetic field, and further, due to the difference in depth from the silicon melt surface. Since the difference in magnetic field strength can be reduced, it is possible to prevent variations in single crystal quality due to the pulling length.
The rate of change during the pulling of the magnetic field distribution is preferably set to 40% or less, more preferably 30% or less, or 20% or less.

また、上記の単結晶製造装置においては、前記シリコン融液上側に配置された遮熱部材を備え、前記対流制御部材が上下方向に移動する際に、前記遮熱部材が上下方向に移動自在とされていること、つまり、シリコン融液と対向して配置された遮熱部材を備えているものとすることで、効果的にシリコン融液の対流を抑制することができる。
しかし、支持棒と角度調整手段とが備えられた上記の単結晶製造装置において、例えば、引き上げの途中でシリコン融液から対流制御部材を引き上げた場合、板状片が遮熱部材に接触してしまう恐れが生じる。特に、対流制御部材を引き上げる際に、中心軸近傍に位置する板状片がルツボの底面にぶつかることで、融液表面付近で板状片が支持棒に吊り下げられた状態とならず、板状片が中心軸に向かって下方に傾斜した状態となる場合がある。中心軸に向かって下方に傾斜した板状片は、遮熱部材に接触する危険性が高い。
これに対し、支持棒と角度調整手段とが備えられた上記の単結晶製造装置において、遮熱部材が中心軸方向に移動自在とされていることで、例えば、引き上げの途中でシリコン融液から対流制御部材を引き上げる場合に、あらかじめ板状片と遮熱部材とが接触する危険性の低い高さ位置に遮熱部材を移動させておいてから、対流制御部材を引き上げるなどの方法により、板状片と遮熱部材との接触を防ぐことができる。
The single crystal manufacturing apparatus includes a heat shield member disposed on the upper side of the silicon melt, and the heat shield member is movable in the vertical direction when the convection control member moves in the vertical direction. That is, that is, by providing a heat shield member arranged to face the silicon melt, convection of the silicon melt can be effectively suppressed.
However, in the above-described single crystal manufacturing apparatus provided with the support rod and the angle adjusting means, for example, when the convection control member is pulled up from the silicon melt in the middle of the pulling, the plate-shaped piece comes into contact with the heat shield member. There is a risk that it will end up. In particular, when the convection control member is pulled up, the plate-like piece located in the vicinity of the central axis hits the bottom surface of the crucible, so that the plate-like piece is not suspended from the support rod near the melt surface. The shape piece may be inclined downward toward the central axis. The plate-shaped piece inclined downward toward the central axis has a high risk of coming into contact with the heat shield member.
On the other hand, in the single crystal manufacturing apparatus provided with the support rod and the angle adjusting means, the heat shield member is movable in the central axis direction. When pulling up the convection control member, move the heat shield member to a height where there is a low risk of contact between the plate-shaped piece and the heat shield member, and then lift the convection control member. Contact between the strip and the heat shield member can be prevented.

ここで、本発明において、前記対流制御部材がルツボと同期して回転しない場合には、対象とする引き上げ時のルツボ回転は0.1〜10rpm程度とされることが好ましい。
また、本発明の単結晶引き上げ装置において、対流制御部材をルツボと同期して回転可能とする対流制御部材回転手段を設けることができる。このように、対流制御部材がルツボと同期して回転する場合には、任意のルツボ回転数を選択することができる。
Here, in this invention, when the said convection control member does not rotate synchronizing with a crucible, it is preferable that the crucible rotation at the time of raising made into object is set to about 0.1-10 rpm.
Moreover, in the single crystal pulling apparatus of the present invention, a convection control member rotating means that enables the convection control member to rotate in synchronization with the crucible can be provided. As described above, when the convection control member rotates in synchronization with the crucible, an arbitrary crucible rotation speed can be selected.

また、本発明の単結晶の製造方法は、上記の単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶を製造する方法であって、前記シリコン融液内において、前記対流制御部材のなす角度αが0〜180°の範囲のうち所定の角度として制御して前記シリコン単結晶を引き上げることにより、単結晶引き上げに伴って起こるシリコン融液深さ変化に起因した引き上げる単結晶への悪影響を低減することが可能となる。   The method for producing a single crystal of the present invention is a method for producing a silicon single crystal using the above-described single crystal production apparatus, wherein the angle α formed by the convection control member is 0 to 0 in the silicon melt. By pulling up the silicon single crystal by controlling it as a predetermined angle within the range of 180 °, it is possible to reduce the adverse effect on the single crystal to be pulled due to the change in the depth of the silicon melt caused by pulling up the single crystal. It becomes.

また、本発明においては、前記対流制御部材を前記ルツボ底面と略平行な状態で固液界面から下側に鉛直方向距離Lb以内となる位置として、前記支持手段により前記角度αを設定し、前記シリコン融液表面と前記ルツボ底面との距離とされる深さLaが前記距離Lbを越える際に、前記シリコン融液において、育成される単結晶の品質に影響を及ぼす固液界面直下の対流範囲が鉛直方向距離Lb以内となるように制御することにより、結晶成長に直接影響のある固液界面付近における対流領域の対流を深さ方向距離Lb以内の範囲に規制して、固液界面に直接影響のある酸素濃度、ドーパント濃度、温度状態等を所定の範囲から変化してしまうことを防止してそれぞれのパラメータを制御することが可能となり、この結果、単結晶引き上げに伴って起こるシリコン融液深さ変化に起因した引き上げる単結晶への悪影響を低減することが可能となる。   Further, in the present invention, the angle α is set by the support means so that the convection control member is positioned within the vertical distance Lb from the solid-liquid interface in a state substantially parallel to the bottom surface of the crucible, When the depth La, which is the distance between the silicon melt surface and the bottom surface of the crucible, exceeds the distance Lb, the convection range directly below the solid-liquid interface affects the quality of the single crystal grown in the silicon melt. Is controlled to be within the vertical distance Lb, the convection in the convection region in the vicinity of the solid-liquid interface that directly affects the crystal growth is restricted to the range within the depth distance Lb, and directly on the solid-liquid interface. It is possible to control each parameter by preventing the influence of oxygen concentration, dopant concentration, temperature state, etc. from changing from a predetermined range. With and pulled due to the silicon melt depth changes occurring becomes possible to reduce the adverse effect on the single crystal.

また、本発明の単結晶の製造方法では、前記シリコン融液の対流を制御する対流制御部材を、前記角度αを所定の角度に制御して前記シリコン融液内に配置してから前記シリコン単結晶を引き上げるので、対流制御部材によって引き上げ時におけるシリコン融液の対流が制御される。したがって、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差を小さくすることが可能となり、所望の品質を有する単結晶を歩留まりよく製造できる。   In the method for producing a single crystal of the present invention, a convection control member for controlling the convection of the silicon melt is disposed in the silicon melt after controlling the angle α to a predetermined angle. Since the crystal is pulled up, the convection of the silicon melt during pulling is controlled by the convection control member. Therefore, it becomes possible to reduce the quality difference of the single crystals depending on the residual amount of the silicon melt, and single crystals having a desired quality can be manufactured with a high yield.

また、上記の単結晶の製造方法において、前記角度αを制御しながら前記シリコン単結晶を引き上げることで、引き上げ時におけるシリコン融液の対流をより効果的に抑制でき、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差をより一層小さくすることが可能となる。   Further, in the above method for producing a single crystal, by pulling up the silicon single crystal while controlling the angle α, convection of the silicon melt at the time of pulling can be more effectively suppressed, and the remaining amount of silicon melt It becomes possible to further reduce the quality difference of the single crystal depending on.

また、本発明の単結晶の製造方法では、シリコン融液の深さLaが、前記距離Lb未満までの間の少なくとも所定の範囲内であるときに、対流制御部材の融液表面に対する位置が変化しないように制御しながら前記シリコン単結晶を引き上げるので、シリコン融液の残液量に依存する品質差の小さい単結晶を製造することができる。   Further, in the method for producing a single crystal of the present invention, the position of the convection control member with respect to the melt surface changes when the depth La of the silicon melt is within at least a predetermined range up to the distance Lb. Since the silicon single crystal is pulled up while being controlled so as to prevent the single crystal from being produced, a single crystal having a small quality difference depending on the remaining amount of the silicon melt can be produced.

また、上記の単結晶の製造方法において、ルツボ内でシリコン原料を融解してシリコン融液を製造する工程と、シリコン融液内の所定の位置に対流制御部材を配置する工程と、シリコン融液の温度を引き上げ開始温度となるように調温する工程とを順に行なった後、単結晶引き上げ工程を開始することで、以下に示すように、対流制御部材が、シリコン原料の融解やシリコン融液の引き上げ開始温度の調温に支障を来たすことを防ぐことができ、効率よく単結晶の製造を行なうことができる。
さらに、前記単結晶引き上げ工程中に、対流制御部材引き上げ工程を実施することもできる。
In the method for producing a single crystal, a step of melting a silicon raw material in a crucible to produce a silicon melt, a step of disposing a convection control member at a predetermined position in the silicon melt, a silicon melt And the step of adjusting the temperature so as to become the pulling start temperature, and then starting the single crystal pulling step, so that the convection control member can melt the silicon raw material or the silicon melt as shown below. It is possible to prevent the temperature adjustment of the pulling start temperature from being hindered, and it is possible to efficiently produce a single crystal.
Furthermore, a convection control member pulling step can be performed during the single crystal pulling step.

例えば、ルツボ内に対流制御部材を配置してからシリコン原料を融解することは、引き上げ温度に対して溶融温度が高いため、対流制御部材が軟化してしまう可能性があり、好ましくない。事実、石英ルツボが、シリコン原料融解時に軟化することもあり、対流制御部材が石英からなる場合には好ましくない。したがって、少なくとも、シリコン原料を融解終了後に対流制御部材をシリコン融液中に没入するべきである。また、シリコン融液の温度を引き上げ開始温度となるように融解温度から降温して調温する工程の後に、シリコン融液内に対流制御部材を配置する場合、対流制御部材を配置することによって引き上げ開始温度が変動してしまう恐れがある。したがって、対流制御部材をシリコン融液に没入後に引き上げ開始温度設定をおこなうことが好ましい。
これに対し、ルツボ内でシリコン原料を融解した後に、シリコン融液内の所定の位置に対流制御部材を配置し、次いで、シリコン融液の温度を引き上げ開始温度となるように調温した場合、融解した直後に高温であり、これから引き上げ開始温度まで降温するシリコン原料(融液)の温度が、シリコン融液内に対流制御部材を配置することによって自然に降下し、シリコン原料を融解したときの温度より低い引き上げ開始温度に近づくことになるため、シリコン融液内に対流制御部材を配置しない場合と比較して、短時間で引き上げ開始温度にすることができ、単結晶引き上げにかかる総計の作業時間を短縮し、効率よく単結晶の製造を行なうことができる。
なお、シリコン原料融解温度を低温化することなどで、融解する工程より前に対流制御部材をルツボ内の位置に配置することもできる。
For example, it is not preferable to melt the silicon raw material after disposing the convection control member in the crucible because the convection control member may be softened because the melting temperature is higher than the pulling temperature. In fact, the quartz crucible may be softened when the silicon raw material is melted, which is not preferable when the convection control member is made of quartz. Therefore, at least after the melting of the silicon raw material, the convection control member should be immersed in the silicon melt. In addition, when the convection control member is disposed in the silicon melt after the step of adjusting the temperature by lowering the temperature from the melting temperature so that the temperature of the silicon melt becomes the pulling start temperature, the temperature is increased by disposing the convection control member. The starting temperature may fluctuate. Therefore, it is preferable to set the temperature at which the convection control member is pulled up after being immersed in the silicon melt.
On the other hand, after the silicon raw material is melted in the crucible, the convection control member is disposed at a predetermined position in the silicon melt, and then the temperature of the silicon melt is adjusted so as to be the starting temperature. The temperature of the silicon raw material (melt), which is high immediately after melting, and then drops to the starting temperature of pulling up, is naturally lowered by placing a convection control member in the silicon melt, and when the silicon raw material is melted Since it will approach the pulling start temperature lower than the temperature, compared to the case where no convection control member is arranged in the silicon melt, the pulling start temperature can be reached in a short time, and the total work for single crystal pulling Time can be shortened and a single crystal can be produced efficiently.
Note that the convection control member can be disposed at a position in the crucible before the melting step, for example, by lowering the silicon raw material melting temperature.

なお、支持手段によって、対流制御部材の高さ位置およびその角度αを細かく制御することが可能なので、2次対流の形成状態をより精密に設定して、融液中の渦の流れに影響される、ドーパント濃度・分布、温度勾配・状態をより精密に制御することが可能となる。その結果、引き上げる単結晶の結晶状態をより精密に制御することが可能となる。   Since the height of the convection control member and its angle α can be finely controlled by the support means, the formation state of the secondary convection is set more precisely and is influenced by the vortex flow in the melt. The dopant concentration / distribution and temperature gradient / state can be controlled more precisely. As a result, the crystal state of the single crystal to be pulled can be controlled more precisely.

また、本発明は、前記距離Lbを、前記磁場印加手段によって印加される磁場分布の引き上げ中の変化率が40%以下である範囲として設定することができ、これにより、固液界面直下の単結晶品質に直接影響のある部分の対流を磁場印加によって制御することができ、しかも、シリコン融液表面からの深さの差による磁場強度の差を低減することが可能となる。
このため、結晶成長に直接影響のある固液界面付近における対流領域の対流を深さ方向距離Lb以内の範囲において、ほぼ均等に磁場制御して、単結晶内での酸素濃度、ドーパント濃度および、影響のある固液界面形状および、付近のシリコン融液中の酸素濃度、ドーパント濃度、欠陥分布、温度状態等が、引き上げ長によりシリコン融液深さ(固液界面)が変化することで所定の範囲でなくなってしまうことを防止し、それぞれのパラメータを制御することが可能となる。この結果、単結晶引き上げに伴って起こるシリコン融液深さ変化に起因した引き上げる単結晶への悪影響を低減することが可能となる。
磁場分布の引き上げ中の変化率は40%以下として設定されることが好ましく、より好ましくは、30%以下、あるいは、20%以下である。
In the present invention, the distance Lb can be set as a range in which the rate of change during pulling up of the magnetic field distribution applied by the magnetic field applying means is 40% or less. It is possible to control the convection of the portion that directly affects the crystal quality by applying a magnetic field, and to reduce the difference in magnetic field strength due to the difference in depth from the silicon melt surface.
For this reason, the convection in the convection region in the vicinity of the solid-liquid interface that directly affects the crystal growth is almost uniformly controlled in the magnetic field within the range in the depth direction distance Lb, and the oxygen concentration, dopant concentration, and The affected solid-liquid interface shape and the oxygen concentration, dopant concentration, defect distribution, temperature state, etc. in the nearby silicon melt change the silicon melt depth (solid-liquid interface) depending on the pulling length. It is possible to prevent the loss of the range and control each parameter. As a result, it is possible to reduce the adverse effect on the single crystal to be pulled due to the change in the depth of the silicon melt caused by the single crystal pulling.
The rate of change during the pulling of the magnetic field distribution is preferably set to 40% or less, more preferably 30% or less, or 20% or less.

なお、本発明においては、引き上げようとする単結晶における上記のパラメータを引き上げ長によって変化するように設定することも可能であり、この場合、固液界面からの対流制御部材までの距離Lbを引き上げ長の増加にしたがって変化させ、時間的に距離Lbの設定を制御することによって、固液界面の形状を設定することや、軸方向に酸素濃度、COP濃度、抵抗率等の傾斜あるいは均一でない分布を有する単結晶を引き上げることも可能である。
この際、例えばカスプ磁場印加する場合、Lbを小さくした場合には、
固液界面(下凸→上凸)
酸素濃度(減少)
COP濃度(減少)
ドーパント濃度(増加)
抵抗率(減少)
という変化傾向があり、また、例えばカスプ磁場印加する場合、Lbを大きくした場合には、
固液界面(上凸→下凸)
酸素濃度(増加)
COP濃度(増加)
ドーパント濃度(減少)
抵抗率(増加)
という変化傾向がある。したがって、これらを勘案して、引き上げ長の増加にしたがって、Lbの値を順次設定することができる。もちろん、これらのパラメータの制御は、温度条件、炉内保温材の構造、ルツボ及び単結晶回転、引き上げ速度、炉内圧、炉内ガス流量、ガス組成、磁場種類及び印加条件等、単結晶引き上げにおける他のパラメータと連動しておこなうことが好ましい。
In the present invention, it is also possible to set the above parameters in the single crystal to be pulled so as to change depending on the pulling length. In this case, the distance Lb from the solid-liquid interface to the convection control member is pulled up. By changing the length Lb and controlling the setting of the distance Lb over time, the shape of the solid-liquid interface can be set, the gradient of oxygen concentration, COP concentration, resistivity, etc. in the axial direction or non-uniform distribution It is also possible to pull up a single crystal having
At this time, for example, when applying a cusp magnetic field, if Lb is reduced,
Solid-liquid interface (lower convex → upper convex)
Oxygen concentration (decrease)
COP concentration (decrease)
Dopant concentration (increase)
Resistivity (decrease)
For example, when a cusp magnetic field is applied, when Lb is increased,
Solid-liquid interface (upward → downward)
Oxygen concentration (increase)
COP concentration (increase)
Dopant concentration (decrease)
Resistivity (increase)
There is a tendency to change. Therefore, in consideration of these, the value of Lb can be set sequentially as the pulling length increases. Of course, the control of these parameters includes the temperature conditions, the structure of the insulation material in the furnace, the rotation of the crucible and the single crystal, the pulling speed, the furnace pressure, the gas flow rate in the furnace, the gas composition, the magnetic field type and the application conditions, etc. It is preferable to carry out in conjunction with other parameters.

また、上記の単結晶の製造方法を用いて無欠陥領域を有する単結晶を引き上げる場合、シリコン融液の残液量に依存する品質差の小さい単結晶が得られるため、従来の技術では高い歩留まりを得ることが困難であった無欠陥領域を有する単結晶であっても、歩留まりよく製造できる。あるいは、Lbおよび角度αを制御することで、上記のような単結晶を得ることが可能となる。   In addition, when pulling up a single crystal having a defect-free region using the above-described method for producing a single crystal, a single crystal having a small quality difference depending on the amount of silicon melt remaining can be obtained. Even a single crystal having a defect-free region in which it was difficult to obtain can be manufactured with high yield. Alternatively, it is possible to obtain a single crystal as described above by controlling Lb and angle α.

本発明の単結晶製造装置および単結晶の製造方法によれば、引き上げ時におけるシリコン融液の対流を制御することができ、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差の発生を防止して所望の品質特性を有する単結晶を短い作業時間で、歩留まりよく製造できる。   According to the single crystal manufacturing apparatus and the single crystal manufacturing method of the present invention, the convection of the silicon melt at the time of pulling can be controlled, and the generation of the quality difference of the single crystal depending on the residual amount of the silicon melt can be prevented. A single crystal having a desired quality characteristic can be produced in a short working time and with a high yield.

以下、図面を参照して本発明について例を挙げて詳細に説明する。
(第一実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による単結晶製造装置の概略断面図である。図1において符号30は単結晶製造装置を示している。単結晶製造装置30のメインチャンバ1内において、シリコン融液4を収容する石英ルツボ5と、石英ルツボ5を保護する黒鉛ルツボ6とがルツボ駆動機構21によって回転・昇降自在に保持軸13で支持されている。また、加熱ヒータ7と断熱材8とが、石英ルツボ5、黒鉛ルツボ6を取り囲むように配置されている。また、メインチャンバ1の上部には、育成したシリコン単結晶3を収容し、取り出すための引上げチャンバ2が連接されており、引上げチャンバ2の上部には、シリコン単結晶3をワイヤ14で回転させながら引上げる引上げ機構(図示略)が設けられている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a single crystal manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the code | symbol 30 has shown the single crystal manufacturing apparatus. In the main chamber 1 of the single crystal manufacturing apparatus 30, a quartz crucible 5 for storing the silicon melt 4 and a graphite crucible 6 for protecting the quartz crucible 5 are supported by a holding shaft 13 by a crucible drive mechanism 21 so as to be rotatable and movable up and down. Has been. The heater 7 and the heat insulating material 8 are arranged so as to surround the quartz crucible 5 and the graphite crucible 6. A pulling chamber 2 for accommodating and taking out the grown silicon single crystal 3 is connected to the upper portion of the main chamber 1, and the silicon single crystal 3 is rotated by a wire 14 at the upper portion of the pulling chamber 2. A pulling mechanism (not shown) for pulling up is provided.

また、メインチャンバ1の内部には、シリコン融液4からシリコン単結晶3への放射を遮断するとともにメインチャンバ1内のガスを整流するためのガス整流筒11が設けられており、このガス整流筒11の下部には、シリコン融液4全面と対向するように遮熱部材12が設置され、シリコン融液4の表面からの輻射をカットするとともにシリコン融液4の表面を保温するようにしている。また、本実施形態の単結晶製造装置では、図1に示すように、ガス整流筒11の上部にメインチャンバ1を貫通するワイヤ31の下端が取り付けられており、メインチャンバ1の外に設けられたモータ32によって、ワイヤ31が巻回されたギヤ(図示略)が回転駆動されて遮熱部材12が上下方向に移動自在とされている。   In addition, a gas rectifying cylinder 11 is provided inside the main chamber 1 to block radiation from the silicon melt 4 to the silicon single crystal 3 and rectify the gas in the main chamber 1. A heat shield member 12 is installed at the lower part of the cylinder 11 so as to face the entire surface of the silicon melt 4 so as to cut off radiation from the surface of the silicon melt 4 and to keep the surface of the silicon melt 4 warm. Yes. Further, in the single crystal manufacturing apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the lower end of the wire 31 penetrating the main chamber 1 is attached to the upper part of the gas rectifying cylinder 11 and provided outside the main chamber 1. The gear 32 (not shown) around which the wire 31 is wound is rotationally driven by the motor 32 so that the heat shield member 12 is movable in the vertical direction.

また、メインチャンバ1の外側には、メインチャンバ1を取り巻くように、石英ルツボ5内に磁場を与える磁場発生装置(磁場印可手段)17が備えられている。磁場発生装置17は、石英ルツボ5に向けて、例えば水平磁場を生じさせるものであり、電磁コイル等から構成されている。なお、磁場発生装置17は、石英ルツボ5内に水平磁場を与える構成とすることができるが、一対の円形コイルに逆方向の電流を流した時に作られる磁場配位であるカスプ磁場を石英ルツボ5内に与える構成としてもよい。   A magnetic field generator (magnetic field applying means) 17 that applies a magnetic field to the quartz crucible 5 is provided outside the main chamber 1 so as to surround the main chamber 1. The magnetic field generator 17 generates, for example, a horizontal magnetic field toward the quartz crucible 5 and is composed of an electromagnetic coil or the like. The magnetic field generator 17 can be configured to apply a horizontal magnetic field to the quartz crucible 5, but a cusp magnetic field, which is a magnetic field configuration formed when a current in the reverse direction is passed through a pair of circular coils, is applied to the quartz crucible. 5 may be provided.

また、シリコン融液4内には対流制御部材35が配置されている。対流制御部材35は、シリコン融液4の深さLaが、引き上げ開始時における対流制御部材35の最も下方の部位と融液表面4aとの間の鉛直方向の距離Lbであるときの状態となるようにシリコン融液4の対流を制御するものである。対流制御部材35の融液表面4aに対する位置は、引き上げ開始から、引き上げに伴うシリコン融液4の減少によってシリコン融液4の深さLaが距離Lb未満となる時点まで変化しないように、支持棒18によって支持されるとともに制御されるようになっている。本実施形態においては、対流制御部材35の最も下方の部位は、図1に示すように、対流制御部材35を構成する板状片36におけるシリコン単結晶3の中心軸15に近接する部分であって、板状片36の中心角36dである。   A convection control member 35 is disposed in the silicon melt 4. The convection control member 35 is in a state when the depth La of the silicon melt 4 is the vertical distance Lb between the lowermost portion of the convection control member 35 and the melt surface 4a at the start of pulling. Thus, the convection of the silicon melt 4 is controlled. The position of the convection control member 35 relative to the melt surface 4a does not change from the start of pulling up until the depth La of the silicon melt 4 becomes less than the distance Lb due to the decrease in the silicon melt 4 accompanying pulling. It is supported and controlled by 18. In the present embodiment, the lowermost portion of the convection control member 35 is a portion close to the central axis 15 of the silicon single crystal 3 in the plate-like piece 36 constituting the convection control member 35 as shown in FIG. The central angle 36d of the plate-like piece 36 is.

図2は、図1に示す単結晶製造装置が備える対流制御部材の平面図である。なお、図2においては、対流制御部材の形状を説明しやすくするためにシリコン単結晶の外径を共に記載してある。また、図3は、対流制御部材を構成する板状片を説明するための図であって、図3(a)は板状片の平面図であり、図3(b)は板状片の円弧状の縁部の長さ方向中心と中心軸とを通る線上で切断した板状の断面図である。また、図4は、支持棒および角度調整手段の伸縮と板状片の動きとの関係を説明するための斜視図である。   FIG. 2 is a plan view of a convection control member provided in the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. In FIG. 2, the outer diameter of the silicon single crystal is shown together to facilitate explanation of the shape of the convection control member. FIG. 3 is a view for explaining the plate-like piece constituting the convection control member, in which FIG. 3 (a) is a plan view of the plate-like piece, and FIG. 3 (b) is a drawing of the plate-like piece. It is plate-shaped sectional drawing cut | disconnected on the line | wire which passes along the length direction center and center axis | shaft of an arc-shaped edge. FIG. 4 is a perspective view for explaining the relationship between the expansion and contraction of the support bar and the angle adjusting means and the movement of the plate-like piece.

図2に示すように、対流制御部材35は、引き上げられるシリコン単結晶3の中心軸15を中心15とする平面視円形の板状であり、上下動した際や後述するように角度αを変化させる際に石英ルツボ5に接触しない程度に石英ルツボ5の内径より多少小さい径寸法を有するとともに、中心軸15を始点とする線上で6分割された6枚の板状片36からなるものである。6枚の板状片36は、石英ルツボ5と同様の素材である石英からなる同形の扇形に形成されており、扇形の中心角36dの角度は、60°とされている。また、中心軸15の近傍に位置する板状片36の上面36aは、図1に示すように、中心軸15に沿う断面において、中心軸15とのなす角度αが変更自在とされている。そして、本実施形態の単結晶製造装置では、前記角度αを制御することによってシリコン融液4の対流が制御されるようになっている。   As shown in FIG. 2, the convection control member 35 is a plate having a circular shape in plan view with the center axis 15 of the silicon single crystal 3 to be pulled up as the center 15. The convection control member 35 changes the angle α when moved up and down or as described later. It has a size slightly smaller than the inner diameter of the quartz crucible 5 to the extent that it does not come into contact with the quartz crucible 5 and is composed of six plate-like pieces 36 divided into six on the line starting from the central axis 15. . The six plate-like pieces 36 are formed in the same fan shape made of quartz, which is the same material as the quartz crucible 5, and the angle of the fan-shaped central angle 36d is 60 °. Further, as shown in FIG. 1, the upper surface 36 a of the plate-like piece 36 located in the vicinity of the central axis 15 can change an angle α formed with the central axis 15 in a cross section along the central axis 15. And in the single crystal manufacturing apparatus of this embodiment, the convection of the silicon melt 4 is controlled by controlling the angle α.

前記角度αは、0〜180°の範囲とすることができ、石英ルツボ5の内径や残液量、製造する単結晶の目標とする品質に応じて決定され特に限定されないが、60〜120°の範囲とすることが望ましい。前記角度αを制御して、対流制御部材35の上面側に中心軸15を中心とした平面や円錐面が形成されることによって、引き上げ時におけるシリコン融液の対流を制御することができ、引き上げ時の融液表面の形状を上凸にしたり下凸にしたり凸部の高さを調節することができる。したがって、目的とするシリコン単結晶3の酸素濃度などの品質を適切に制御できる。
図1に示すように、角度αを90°とすることで、ほぼ石英ルツボ5の底部と平行な形状でかつ後述する深さLb以内の対流領域を実現することができる。
この場合、対流制御部材35と石英ルツボ内面とが最も接続し易い。対流制御部材がある状態と無い状態との融液対流の変化は最も小さいものであるために、結晶前半(対流制御部材35がある)と結晶後半(対流制御部材35がない)の欠陥分布や酸素濃度等の品質変化は最も小さくなる。
The angle α can be in the range of 0 to 180 °, and is determined according to the inner diameter and amount of residual liquid of the quartz crucible 5 and the target quality of the single crystal to be manufactured, but is not particularly limited, but is 60 to 120 °. It is desirable to be in the range. By controlling the angle α and forming a plane or conical surface centered on the central axis 15 on the upper surface side of the convection control member 35, the convection of the silicon melt at the time of pulling up can be controlled. The shape of the melt surface at the time can be made upward or downward, or the height of the protrusion can be adjusted. Therefore, the quality of the target silicon single crystal 3 such as the oxygen concentration can be appropriately controlled.
As shown in FIG. 1, by setting the angle α to 90 °, it is possible to realize a convection region having a shape substantially parallel to the bottom of the quartz crucible 5 and within a depth Lb described later.
In this case, the convection control member 35 and the quartz crucible inner surface are most easily connected. Since the change in melt convection between the state with and without the convection control member is the smallest, the defect distribution in the first half of the crystal (with the convection control member 35) and the second half of the crystal (without the convection control member 35) Changes in quality such as oxygen concentration are minimized.

また、図5は、シリコン単結晶の製造工程の一部を示した図であり、角度αを90°よりも小さくして、シリコン単結晶を引き上げている状態を示した図である。図5に示すように、角度αを90°よりも小さくした場合には、
二次対流は(大きい)
固液界面(下凸→上凸)
酸素濃度(増加)
COP濃度(減少)
ドーパント濃度(増加)
抵抗率(減少)
という変化傾向がある。
また、図6は、シリコン単結晶の製造工程の一部を示した図であり、角度αを90°よりも大きくして、シリコン単結晶を引き上げている状態を示した図である。図6に示すように、角度αを90°よりも大きくした場合には、
二次対流は(小さい)
固液界面(上凸→下凸)
酸素濃度(減少)
COP濃度(増加)
ドーパント濃度(減少)
抵抗率(増加)
という変化傾向がある。
したがって、これらを勘案して、角度αの値を順次設定することができる。もちろん、これらのパラメータの制御は、温度条件、炉内保温材の構造、ルツボ及び単結晶回転、引き上げ速度、炉内圧、炉内ガス流量、ガス組成、磁場印加状態等、単結晶引き上げにおける他のパラメータと連動しておこなうことが好ましい。
FIG. 5 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the silicon single crystal, and shows a state in which the silicon single crystal is pulled up by making the angle α smaller than 90 °. As shown in FIG. 5, when the angle α is smaller than 90 °,
Secondary convection is (large)
Solid-liquid interface (lower convex → upper convex)
Oxygen concentration (increase)
COP concentration (decrease)
Dopant concentration (increase)
Resistivity (decrease)
There is a tendency to change.
FIG. 6 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the silicon single crystal, and is a diagram showing a state in which the angle α is larger than 90 ° and the silicon single crystal is pulled up. As shown in FIG. 6, when the angle α is larger than 90 °,
Secondary convection is (small)
Solid-liquid interface (upward → downward)
Oxygen concentration (decrease)
COP concentration (increase)
Dopant concentration (decrease)
Resistivity (increase)
There is a tendency to change.
Therefore, the value of the angle α can be sequentially set in consideration of these. Of course, the control of these parameters is not limited to the temperature conditions, the structure of the insulation material in the furnace, the rotation of the crucible and the single crystal, the pulling speed, the furnace pressure, the gas flow rate in the furnace, the gas composition, the magnetic field application state, etc. It is preferable to work in conjunction with parameters.

なお、図1および図2においては、6枚の板状片36の中心角36dは、中心軸15を挟んで互いに対向しており、板状片36の中心角36d同士は離間した状態とされている。しかし、板状片36の中心角36dの位置は、前記角度αの変化に連動して変化するので、前記角度αを制御することによって、中心軸15を挟んで対向する板状片36の中心角36d同士が当接した状態とされたり離間した状態とされたりする。さらに、前記角度αを制御することによって、6枚の板状片36のうち少なくとも2枚の板状片36の少なくとも一部が、平面視したときに中心軸15付近で重なり合う状態とされる場合もある。   In FIG. 1 and FIG. 2, the center angle 36d of the six plate-like pieces 36 is opposed to each other across the central axis 15, and the center angles 36d of the plate-like pieces 36 are separated from each other. ing. However, since the position of the central angle 36d of the plate-like piece 36 changes in conjunction with the change of the angle α, by controlling the angle α, the center of the plate-like piece 36 opposed across the central axis 15 is controlled. The corners 36d may be in contact with each other or separated from each other. Further, when the angle α is controlled, at least a part of at least two of the six plate-like pieces 36 overlap each other in the vicinity of the central axis 15 when viewed in plan. There is also.

また、板状片36の断面形状は、図3(b)に示すように、中心軸15の近傍に位置する領域では平板状とされており、板状片36の円弧状の縁部36cに向かうに連れてまず図3(b)において符号r1で示す所定の曲率で上に向かって湾曲し、さらに符号r1で示す曲率よりも小さい図3(b)において符号r2で示す曲率で上に向かって湾曲し、さらに符号r1で示す曲率よりも小さい図3(b)において符号r3で示す曲率で下に向かって湾曲し、全体として緩やかなS字状の断面形状とされて、石英ルツボ5の底面形状に近い状態とされている。   Further, as shown in FIG. 3B, the cross-sectional shape of the plate-like piece 36 is a flat plate in the region located in the vicinity of the central axis 15, and the plate-like piece 36 has an arcuate edge 36 c. As it goes, it first curves upward with a predetermined curvature indicated by reference numeral r1 in FIG. 3B, and further upwards with a curvature indicated by reference numeral r2 in FIG. 3B, which is smaller than the curvature indicated by reference numeral r1. 3b, which is smaller than the curvature indicated by reference numeral r1, is curved downward with the curvature indicated by reference numeral r3 in FIG. 3B, and has a gentle S-shaped cross-sectional shape as a whole. It is in a state close to the bottom shape.

対流制御部材35の寸法は、例えば、以下に示す寸法とすることができる。
平面視したときの対流制御部材35の半径Rは、石英ルツボ5の内面直径をφ0とすると0.05〜0.5φ0とされ、好ましくは0.15〜0.45φ0とされる。また、板状片36の断面方向の曲率は、中心軸15に近い側から順に、曲率r1は、石英ルツボ5の底部中心付近における大曲部(底面部)の曲率をR0とすると0.1〜5R0とされ、好ましくは0.5〜1.5R0とされ、曲率r2は、石英ルツボ5の底部外縁付近における小曲部(外局部から側壁へつながる立ち上がり部分)の曲率をr0とすると0.01〜5r0とされ、好ましくは0.5〜1.5r0とされ、曲率r3は、板状片36上面の扇形先端部位置における接平面を水平にした際に、板状片36の扇形外縁部位置における接平面がほぼ水平になって、これらの両接平面が平行となるように設定され、具体的には、0.01〜5r0とされ、好ましくは0.5〜1.5r0とされる。
また、板状片36の厚みtは、1〜100mmとされることが好ましく、5〜30mmとされることがより好ましい。なお、板状片36はそれぞれ略同一形状とされ、対流制御部材35として板状片36上面の扇形先端部位置における接平面を水平にした際に、シリコン単結晶製長軸に対して軸対称となるようになっている。
The dimension of the convection control member 35 can be set to the dimension shown below, for example.
Radius R 3 of the convection controlling member 35 in a plan view, the inner surface diameter of the quartz crucible 5 is a 0.05~0.5Fai 0 When phi 0, and preferably from 0.15~0.45Fai 0 . Further, the curvature in the cross-sectional direction of the plate-like piece 36 is, in order from the side closer to the central axis 15, the curvature r1 is 0.1 when the curvature of the large curved portion (bottom surface portion) near the bottom center of the quartz crucible 5 is R 0. -5R 0 , preferably 0.5-1.5R 0, and the curvature r2 is r 0 when the curvature of the small curved portion (the rising portion connected from the external part to the side wall) near the bottom outer edge of the quartz crucible 5 is r 0. 0.01 to 5r 0 , preferably 0.5 to 1.5r 0, and the curvature r3 is the plate-like piece 36 when the tangential plane at the fan-shaped tip position on the upper surface of the plate-like piece 36 is horizontal. Is set so that the tangent plane at the position of the fan-shaped outer edge is substantially horizontal and these both tangent planes are parallel, specifically 0.01 to 5r 0 , preferably 0.5 to 1. .5r 0 .
The thickness t of the plate-like piece 36 is preferably 1 to 100 mm, and more preferably 5 to 30 mm. The plate-like pieces 36 have substantially the same shape, and are symmetric with respect to the long axis of the silicon single crystal when the tangential plane at the fan-shaped tip position on the upper surface of the plate-like piece 36 is horizontal as the convection control member 35. It comes to become.

また、図2および図3(a)に示すように、板状片36の上面36bにおいて、平面視したときにシリコン単結晶3の外径3aよりも外側であって石英ルツボ5の内壁よりも内側となる位置には、板状片36を中心軸15方向に移動自在に支持する支持棒18の一端18aが取り付けられている。支持棒18の下端18aは、図3(a)および図3(b)に示すように、略水平状態の管状であり、板状片36の上面36bに設けられ板状片36の回転軸となる軸部分とこの軸部分と一体とされ軸部分を板状片36上面から離間した状態で板状片36上面に接続する接合部材18bにはめ込まれることにより板状片36が角度αが変更自在となるように取り付けられている。この接合部材18bは、板状片36上面の扇形円弧の中央位置でかつ曲率r3を有する部分の外縁付近に設けられている。   Further, as shown in FIGS. 2 and 3A, the upper surface 36b of the plate-like piece 36 is outside the outer diameter 3a of the silicon single crystal 3 when viewed in plan and more than the inner wall of the quartz crucible 5. One end 18 a of a support bar 18 that supports the plate-like piece 36 so as to be movable in the direction of the central axis 15 is attached to the inner position. As shown in FIGS. 3A and 3B, the lower end 18 a of the support bar 18 is a substantially horizontal tubular shape, and is provided on the upper surface 36 b of the plate-like piece 36 and the rotation axis of the plate-like piece 36. The plate-like piece 36 can be freely changed in angle α by being fitted into a joint member 18b that is integrated with the shaft portion and is connected to the upper face of the plate-like piece 36 with the shaft portion being separated from the upper face of the plate-like piece 36. It is attached to become. This joining member 18b is provided at the center position of the fan-shaped arc on the upper surface of the plate-like piece 36 and in the vicinity of the outer edge of the portion having the curvature r3.

板状片36の上面36bにおける支持棒18の位置は、図2に示すように、平面視したときにシリコン単結晶3の外径3aよりも外側であって石英ルツボ5の内壁よりも内側となる位置であれば特に限定されないが、平面視したときに板状片36の円弧状の縁部36cの長さ方向中心と中心軸15とを通る線上Aであることが望ましい。板状片36の上面36bにおける支持棒18の位置を上記の位置とすることで、板状片36の荷重が支持棒18に縁部36c延在方向において均等にバランスよく負荷されるものとなる。   As shown in FIG. 2, the position of the support bar 18 on the upper surface 36b of the plate-like piece 36 is outside the outer diameter 3a of the silicon single crystal 3 and inside the inner wall of the quartz crucible 5 when viewed in plan. The position is not particularly limited as long as it is a position, but it is desirable that the position is on a line A passing through the center in the length direction of the arc-shaped edge 36c of the plate-like piece 36 and the central axis 15 when viewed in plan. By setting the position of the support bar 18 on the upper surface 36b of the plate-shaped piece 36 to the above position, the load of the plate-shaped piece 36 is applied to the support bar 18 in a balanced manner in the extending direction of the edge 36c. .

また、図1、図2および図3(a)に示すように、平面視したときに中心軸15を始点とし支持棒18上を通る線上Aにおいて板状片36と重なり合う位置には、板状片36に下端38aを当接させた状態で中心軸15方向に伸縮自在な棒状の角度調整手段38が備えられている。そして、本実施形態の単結晶製造装置では、後述するように、角度調整手段38が伸縮されることに連動して、板状片36先端位置上面接平面と中心軸35とのな前記角度αが変更されるようになっている。   In addition, as shown in FIGS. 1, 2 and 3A, the plate-like piece 36 is located at a position overlapping with the plate-like piece 36 on a line A passing through the support rod 18 starting from the central axis 15 when seen in a plan view. A rod-shaped angle adjusting means 38 that is extendable in the direction of the central axis 15 with the lower end 38a in contact with the piece 36 is provided. In the single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment, as described later, the angle α between the top surface tangent plane of the plate piece 36 and the central axis 35 is interlocked with the expansion and contraction of the angle adjusting means 38. Has been changed.

また、板状片36の上面36bにおける角度調整手段38の位置は、図3(a)に示す線上Aにおいて板状片36と重なり合う位置であれば特に限定されず、図3(a)、図3(b)、図4に示すように、中心軸15と支持棒18との距離Rが中心軸15と角度調整手段38との距離Rよりも短くなるように配置とされていてもよいし、中心軸15と支持棒18との距離Rが中心軸15と角度調整手段38との距離Rよりも長くなるように配置されていてもよい。 Further, the position of the angle adjusting means 38 on the upper surface 36b of the plate-like piece 36 is not particularly limited as long as it overlaps the plate-like piece 36 on the line A shown in FIG. 3A, and FIG. 3 (b), as shown in FIG. 4, be an arrangement to be shorter than the distance R 2 of the distance R 1 is the central axis 15 and the angle adjusting means 38 of the central shaft 15 and the support rod 18 Alternatively, the distance R 1 between the central axis 15 and the support rod 18 may be longer than the distance R 2 between the central axis 15 and the angle adjusting means 38.

また、図4に示すように、支持棒18および角度調整手段38は共に、シリコン融液に浸漬されない上側の棒部材18d、38dと、その下端に設けられシリコン融液中に浸漬可能な先端部材18c、38cとからなる。本実施形態においては、先端部材18c、38cは、石英棒からなり下方に配置され、棒部材18d、38dは、カーボンからなり上方に配置されている。また、支持棒18および角度調整手段38の上端18e、38eは、支持部材22とメインチャンバ1とを貫通して設けられている。   Further, as shown in FIG. 4, the support rod 18 and the angle adjusting means 38 are both the upper rod members 18d and 38d that are not immersed in the silicon melt, and the tip members that are provided at the lower ends thereof and can be immersed in the silicon melt. 18c, 38c. In the present embodiment, the tip members 18c and 38c are made of quartz rods and are arranged below, and the rod members 18d and 38d are made of carbon and are arranged above. Further, upper ends 18 e and 38 e of the support rod 18 and the angle adjusting means 38 are provided so as to penetrate the support member 22 and the main chamber 1.

支持部材22は、カーボンからなり、メインチャンバ1外核内側で石英ルツボ5より上側の平面的に適切な位置で支持棒18および角度調整手段38を上下動可能に支持する環状板である。図1に示すように、支持部材22を平面視したときの外径は、断熱材8の天端から内側に向かって延びる環状の上部断熱材8aの内径よりも大きく形成され、内径は、ガス整流筒11および遮熱部材12と重なる領域よりも大きく形成されている。また、支持棒18の棒部材18dの下端部には、図1および図4に示すように、棒部材18dの外径が拡大されてなる拡径部18fが形成されている。図1および図4に示すように、拡径部18fの外径は、支持部材22の支持棒18が貫通する孔22aの内径よりも大きくなっている。   The support member 22 is made of carbon, and is an annular plate that supports the support rod 18 and the angle adjusting means 38 so as to be movable up and down at an appropriate planar position inside the outer core of the main chamber 1 and above the quartz crucible 5. As shown in FIG. 1, the outer diameter when the support member 22 is viewed in plan is formed larger than the inner diameter of the annular upper heat insulating material 8 a extending inward from the top end of the heat insulating material 8. It is formed to be larger than the region overlapping the flow straightening cylinder 11 and the heat shield member 12. Further, as shown in FIGS. 1 and 4, an enlarged diameter portion 18 f formed by expanding the outer diameter of the rod member 18 d is formed at the lower end portion of the rod member 18 d of the support rod 18. As shown in FIGS. 1 and 4, the outer diameter of the enlarged diameter portion 18 f is larger than the inner diameter of the hole 22 a through which the support rod 18 of the support member 22 passes.

そして、支持部材22は、図1に示すように、支持棒18の拡径部18fが上部断熱材8aより下の位置にある場合には、上部断熱材8a上に載置された状態とされており、拡径部18fが上部断熱材8aより上の位置にある場合には、拡径部18fに支持された状態で支持棒18の上下移動と連動して動くようになっている。したがって、支持部材22によって、平面視したときに支持棒18および角度調整手段38の周囲に位置する領域を効果的に保温できる。しかも、板状片36を上下に移動させたときに支持部材22が板状片36に接触して支障を来たすことはない。
また、図1に示すように、メインチャンバ1の外側には、モータ41、40が配置されており、モータ41を動作させることにより支持棒18が中心軸15方向に伸縮され、モータ40を動作させることにより角度調整手段38が中心軸15方向に伸縮されるようになっている。
As shown in FIG. 1, the support member 22 is placed on the upper heat insulating material 8 a when the expanded diameter portion 18 f of the support bar 18 is located below the upper heat insulating material 8 a. When the enlarged diameter portion 18f is at a position above the upper heat insulating material 8a, the enlarged diameter portion 18f moves in conjunction with the vertical movement of the support bar 18 while being supported by the enlarged diameter portion 18f. Therefore, the region located around the support rod 18 and the angle adjusting means 38 when viewed in plan can be effectively kept warm by the support member 22. In addition, when the plate-like piece 36 is moved up and down, the support member 22 does not come into contact with the plate-like piece 36 and cause trouble.
Further, as shown in FIG. 1, motors 41 and 40 are arranged outside the main chamber 1, and by operating the motor 41, the support rod 18 is expanded and contracted in the direction of the central axis 15 to operate the motor 40. By doing so, the angle adjusting means 38 is expanded and contracted in the direction of the central axis 15.

図4に示す支持棒18および角度調整手段38の先端部材18c、38cの長さh、hは、特に限定されないが、例えば、引き上げ開始時のシリコン融液4の深さをL0とすると0.1〜1.8L0とされ、好ましくは0.2〜1.5L0とされる。なお、先端部材18c、38cの長さh、hは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、図4に示す支持棒18および角度調整手段38の先端部材18c、38cの太さφ、φは、十分な強度が得られるものであればよく、特に限定されないが、例えば、1〜300mmとすることができ、好ましくは5〜80mmとされる。なお、先端部材18c、38cの太さφ、φは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
The lengths h 1 and h 2 of the support rod 18 and the tip members 18c and 38c of the angle adjusting means 38 shown in FIG. 4 are not particularly limited. For example, the depth of the silicon melt 4 at the start of pulling is L 0 . Then is the 0.1~1.8L 0, and preferably from 0.2~1.5L 0. Note that the lengths h 1 and h 2 of the tip members 18c and 38c may be the same or different.
The thicknesses φ 1 and φ 2 of the support rod 18 and the tip members 18c and 38c of the angle adjusting means 38 shown in FIG. 4 are not particularly limited as long as sufficient strength can be obtained. ˜300 mm, preferably 5˜80 mm. The thicknesses φ 1 and φ 2 of the tip members 18c and 38c may be the same or different.

また、本実施形態において、中心軸15方向の板状片36の設置されている領域の高さHは、例えば、石英ルツボ5の円筒状の胴部の下端から石英ルツボ5の底部までの高さをH0とすると0.1〜1.8H0とされ、好ましくは0.1〜1.2H0とされる。 In the present embodiment, the height H of the region where the plate-like piece 36 is installed in the direction of the central axis 15 is, for example, the height from the lower end of the cylindrical body of the quartz crucible 5 to the bottom of the quartz crucible 5. of the set to 0.1~1.8H 0 When H 0, and preferably from 0.1~1.2H 0.

なお、対流制御部材35を構成する板状片36の形状は、上記の形状に限定されるものではなく、例えば、前記角度αを制御することによって対流制御部材35の上面側に中心軸15を中心とした放物面形、球面形が形成される形状とすることができる。前記角度αを制御して、対流制御部材35の上面側に中心軸15を中心とした放物面や球面を形成することで、引き上げ時におけるシリコン融液の対流を制御することができ、引き上げ時の融液表面の形状を上凸にしたり下凸にしたり凸部の高さを調節することができる。したがって、目的とするシリコン単結晶3の欠陥分布や酸素濃度などの品質を適切に制御できる。   In addition, the shape of the plate-like piece 36 constituting the convection control member 35 is not limited to the above shape. For example, the central axis 15 is placed on the upper surface side of the convection control member 35 by controlling the angle α. A parabolic shape or a spherical shape with a center can be formed. By controlling the angle α to form a paraboloid or a spherical surface centered on the central axis 15 on the upper surface side of the convection control member 35, the convection of the silicon melt at the time of pulling can be controlled. The shape of the melt surface at the time can be made upward or downward, or the height of the protrusion can be adjusted. Therefore, the quality of the target silicon single crystal 3 such as defect distribution and oxygen concentration can be appropriately controlled.

なお、本発明の単結晶引上げ装置では、板状片36の数は3〜36枚とすることができ、4〜12枚とすることが望ましく、図2に示すように、6枚とすることがより好ましい。
板状片36の数が多いほど、前記角度αを制御することによって形成される対流制御部材35の上面側の形状がより球面状に近く軸周りの周方向に精密な突状となり、引き上げ時におけるシリコン融液4の対流を周方向にばらつきがなく均等かつ精密に制御できるものとなるため好ましい。さらに、板状片36の数が多いほど、板状片36を支持棒18に吊り下げた状態で平面視したときの面積が小さくなり、板状片36を引き上げるときに、板状片36がシリコン単結晶3やガス整流筒11と接触しにくいものとなるので、板状片36の引き上げが容易なものとなる。
また、板状片36の数が少ないほど、支持棒18および角度調整手段38の数が少なくなるので、支持棒18や角度調整手段38がメインチャンバ1内に導入される不活性ガスの制御に支障を来たす恐れを低下させることができ、支持棒18や角度調整手段38がメインチャンバ1内に配置されることによるメインチャンバ1内の汚染する恐れを少なくすることができる。
板状片36の分割数を4〜12枚とすることで、引き上げ時におけるシリコン融液4の対流を精密に制御でき、板状片36の引き上げが容易で、しかも、メインチャンバ1内の清浄度やメインチャンバ1内に導入される不活性ガスの制御に支障を来たすことを防ぐことができる。
In the single crystal pulling apparatus of the present invention, the number of plate-like pieces 36 can be 3 to 36, preferably 4 to 12, and 6 as shown in FIG. Is more preferable.
As the number of the plate-like pieces 36 increases, the shape of the upper surface side of the convection control member 35 formed by controlling the angle α becomes more spherical and becomes a more precise protrusion in the circumferential direction around the axis. This is preferable because the convection of the silicon melt 4 in the above can be controlled uniformly and precisely without variation in the circumferential direction. Furthermore, as the number of the plate-like pieces 36 increases, the area when the plate-like pieces 36 are viewed from above with the plate-like pieces 36 suspended from the support rod 18 is reduced. Since it becomes difficult to contact the silicon single crystal 3 and the gas flow straightening cylinder 11, the plate-like piece 36 can be easily pulled up.
Further, the smaller the number of plate-like pieces 36, the smaller the number of support rods 18 and angle adjusting means 38, so that the support rod 18 and angle adjusting means 38 can control the inert gas introduced into the main chamber 1. The possibility of causing trouble can be reduced, and the possibility of contamination in the main chamber 1 due to the support rod 18 and the angle adjusting means 38 being disposed in the main chamber 1 can be reduced.
By setting the number of divisions of the plate-like piece 36 to 4 to 12, the convection of the silicon melt 4 at the time of pulling can be precisely controlled, the plate-like piece 36 can be easily lifted, and the cleanness in the main chamber 1 can be achieved. This can prevent the control of the inert gas introduced into the main chamber 1 from being hindered.

また、シリコン融液4の深さLaは、引き上げに伴うシリコン融液4の減少によって変動する。また、引き上げ開始時のシリコン融液4の深さLaは、引き上げられるシリコン単結晶3の径や長さ、石英ルツボ5の形状などによって決定され、特に限定されないが、例えば、径が200mmのシリコン単結晶3を引き上げる場合には0〜1000mmとされ、好ましくは5〜800mmとされる。
また、引き上げ開始時における対流制御部材35の最も下方の部位と融液表面4aとの間の鉛直方向の距離Lbは、前記育成される単結晶の品質に影響を及ぼす固液界面直下の対流範囲の鉛直方向距離として設定され、例えば、引き上げ開始時のシリコン融液4の深さLaをL0とすると0.1〜1.0L0とされ、好ましくは0.3〜0.8L0とされる。ここで、距離Lbは、板状片36を角度αが90°となる場合に設定され、角度αをその後90°以外に設定した場合に厳密には、対流制御部材35としてLbの範囲からはみ出すことも可能である。また、距離Lbは、磁場発生装置17(磁場印加手段)によって印加される磁場分布の引き上げ中の変化率が40%以下である範囲として設定されることが好ましい。磁場分布の引き上げ中の変化率は40%以下として設定されることが好ましく、より好ましくは、30%以下、あるいは、20%以下である。
Further, the depth La of the silicon melt 4 varies depending on the decrease of the silicon melt 4 accompanying the pulling. The depth La of the silicon melt 4 at the start of pulling is determined by the diameter and length of the silicon single crystal 3 to be pulled up, the shape of the quartz crucible 5 and the like, and is not particularly limited. In the case of pulling up the single crystal 3, it is 0 to 1000 mm, preferably 5 to 800 mm.
The vertical distance Lb between the lowermost part of the convection control member 35 and the melt surface 4a at the start of pulling is the convection range directly below the solid-liquid interface that affects the quality of the grown single crystal. is set as the vertical distance, for example, the depth La of the silicon melt 4 at the pulling start is the 0.1~1.0L 0 When L 0, is preferably a 0.3~0.8L 0 The Here, the distance Lb is set when the angle α is 90 ° for the plate-like piece 36, and strictly speaking, when the angle α is set to other than 90 °, the distance Lb protrudes from the range of Lb as the convection control member 35. It is also possible. The distance Lb is preferably set as a range in which the rate of change during pulling up of the magnetic field distribution applied by the magnetic field generator 17 (magnetic field applying means) is 40% or less. The rate of change during the pulling of the magnetic field distribution is preferably set to 40% or less, more preferably 30% or less, or 20% or less.

また、引上げチャンバ1の上部に設けられたガス導入口10からはアルゴンガス等の不活性ガスを導入でき、引上げ中のシリコン単結晶3とガス整流筒11との間を通過させた後、遮熱部材12とシリコン融液4の融液表面4aとの間を通過させ、ガス流出口9から排出することができる。   Further, an inert gas such as argon gas can be introduced from the gas inlet 10 provided at the upper portion of the pulling chamber 1, and after passing between the silicon single crystal 3 being pulled and the gas rectifying cylinder 11, the gas is blocked. The heat member 12 and the melt surface 4 a of the silicon melt 4 can be passed between and discharged from the gas outlet 9.

このような単結晶引上げ装置30を用いて、CZ法によりシリコン単結晶を育成するには、まず、石英ルツボ5内にシリコン原料を収容・充填し、加熱ヒータ7を用いて石英ルツボ5内でシリコン原料を加熱して融解し、シリコン融液4とする。
次いで、モータ41を動作させて支持棒18を伸縮させることによって、支持棒18に支持された6枚の板状片36をそれぞれ上下方向に移動させ、シリコン融液4内の所定の高さ位置に配置する。この場合、板状片36の角度αは90°〜180°程度、あるいは、120°程度として、対流制御部材35がシリコン融液4に対して緩やかに浸漬させることが好ましいが、これ以外の角度範囲でも構わない。
In order to grow a silicon single crystal by the CZ method using such a single crystal pulling apparatus 30, first, a silicon raw material is accommodated and filled in the quartz crucible 5, and the heater 7 is used in the quartz crucible 5. A silicon raw material is heated and melted to obtain a silicon melt 4.
Next, by operating the motor 41 to expand and contract the support rod 18, each of the six plate-like pieces 36 supported by the support rod 18 is moved in the vertical direction, so that a predetermined height position in the silicon melt 4 is obtained. To place. In this case, it is preferable that the angle α of the plate-like piece 36 is about 90 ° to 180 ° or about 120 ° so that the convection control member 35 is gently immersed in the silicon melt 4. A range is also acceptable.

続いて、モータ40を動作させて、6枚の板状片36にそれぞれ角度調整手段38の下端38aを当接させ、角度調整手段38を伸縮させることによって、個々の板状片36の中心軸15近傍に位置する上面36aを中心軸15方向に動かして、個々の板状片36の図1に示す角度αを90°とする。
本実施形態においては、角度調整手段38が伸縮されることに連動して、図1に示す角度αが変更される。より詳細には、図4に示すように、板状片36に下端38aを当接させた角度調整手段38が伸縮されると、角度調整手段38下端の高さ位置と支持棒18下端部の回転軸高さ位置との関係から、角度調整手段38のチャンバ内の長さが伸縮することによって板状片36の自重による板状片36の回転モーメントの作用により板状片36が回動されて、板状片36先端が上下動する方向に角度αが変更される。具体的には、板状片36に下端38aを当接させた角度調整手段38が短縮されて上方向に移動すると、角度調整手段38が板状片36に当接する位置が変化し、角度αが増大して板状片36の先端が下方に下がり、対流制御縦断35としては下に凸の状態となる。また、角度調整手段38が下方向に移動すると、角度調整手段38が板状片36に当接する位置が変化し、角度αが減小して板状片36の先端が上方に上がり、対流制御縦断35としては上に凸の状態となる。
Subsequently, the motor 40 is operated so that the lower ends 38a of the angle adjusting means 38 are brought into contact with the six plate-like pieces 36, respectively, and the angle adjusting means 38 is expanded and contracted to thereby extend the central axis of each plate-like piece 36. 1 is moved in the direction of the central axis 15 so that the angle α shown in FIG. 1 of each plate-like piece 36 is 90 °.
In the present embodiment, the angle α shown in FIG. 1 is changed in conjunction with the expansion and contraction of the angle adjusting means 38. More specifically, as shown in FIG. 4, when the angle adjusting means 38 with the lower end 38a in contact with the plate-like piece 36 is expanded and contracted, the height position of the lower end of the angle adjusting means 38 and the lower end of the support bar 18 are The plate-like piece 36 is rotated by the action of the rotational moment of the plate-like piece 36 due to the weight of the plate-like piece 36 by the expansion and contraction of the length of the angle adjusting means 38 in the chamber from the relationship with the rotational axis height position. Thus, the angle α is changed in the direction in which the tip of the plate-like piece 36 moves up and down. Specifically, when the angle adjusting means 38 having the lower end 38a in contact with the plate-like piece 36 is shortened and moved upward, the position where the angle adjusting means 38 comes into contact with the plate-like piece 36 changes, and the angle α And the tip of the plate-like piece 36 is lowered downward, and the convection control longitudinal section 35 is in a convex state. Further, when the angle adjusting means 38 moves downward, the position where the angle adjusting means 38 abuts on the plate-like piece 36 changes, the angle α decreases, the tip of the plate-like piece 36 rises upward, and convection control is performed. The longitudinal section 35 is convex upward.

このようにして6枚の板状片36がそれぞれシリコン融液4内の所定の位置としてシリコン融液4表面から付加さLbの位置に配置されることにより、図1に示すように、角度αが90℃とされ、上面側に中心軸15を中心とした平面が形成された対流制御部材35がシリコン融液4内に配置されることになる。
次いで、モータ32を動作させることによってギヤを回転駆動させてワイヤ31の長さを調節することにより、ガス整流筒11および遮熱部材12を上下方向に移動させ、メインチャンバ1内の所定の高さ位置に配置する。
In this way, the six plate-like pieces 36 are respectively arranged at predetermined positions in the silicon melt 4 at positions added Lb from the surface of the silicon melt 4, and as shown in FIG. Is set to 90 ° C., and the convection control member 35 having a plane centered on the central axis 15 on the upper surface side is disposed in the silicon melt 4.
Next, by operating the motor 32 to rotate the gear to adjust the length of the wire 31, the gas rectifying cylinder 11 and the heat shield member 12 are moved in the vertical direction, and a predetermined height in the main chamber 1 is increased. Place in the position.

続いて、磁場発生装置17を動作させて石英ルツボ5内への水平磁場等の磁場の印加を開始し、シリコン融液4の温度を引き上げ開始温度となるように調温する。なお、磁場の印加を開始するタイミングは、成長させるシリコン単結晶3の目標とする品質などに応じて適宜選択することができる。また、印加する磁場の強度は、引き上げ時において、その最大強度が水平磁場にあっては1000G以上に設定されるのが好ましい。また、カスプ磁場にあっては、中立面と石英ルツボ内面の交接点(実質は平面円)の磁場強度が50G程度となるように設定されるのが好ましい。また、磁場中心の高さ位置は、引き上げ時において、石英ルツボ5の上端から底部の範囲とすることができ、シリコン融液4の融液表面4a近傍とした場合、シリコン融液の対流を効果的に抑えることができ望ましい。なお、ここで磁場中心の高さ位置とは、水平磁場にあっては磁場発生コイルの中心の高さ位置を意味し、カスプ磁場にあっては、垂直方向および水平方向の磁場成分が0となる位置を意味する。また、磁場の印加状態(開始タイミング、強度、最大強度位置高さ等)引き上げる単結晶の特性や、シリコン原料の充填および融解状態にあわせて、融解完了前あるいは融解完了後など適宜変更可能である。   Subsequently, the magnetic field generator 17 is operated to start application of a magnetic field such as a horizontal magnetic field into the quartz crucible 5, and the temperature of the silicon melt 4 is raised and adjusted to the start temperature. The timing for starting the application of the magnetic field can be appropriately selected according to the target quality of the silicon single crystal 3 to be grown. The strength of the applied magnetic field is preferably set to 1000 G or more when the maximum strength is a horizontal magnetic field at the time of pulling up. In addition, the cusp magnetic field is preferably set so that the magnetic field strength at the intersection (substantially a plane circle) between the neutral surface and the inner surface of the quartz crucible is about 50G. Further, the height position of the magnetic field center can be in the range from the upper end to the bottom of the quartz crucible 5 at the time of pulling up, and when it is in the vicinity of the melt surface 4a of the silicon melt 4, convection of the silicon melt is effective. It is desirable that it can be suppressed. Here, the height position of the magnetic field center means the height position of the center of the magnetic field generating coil in the case of a horizontal magnetic field, and in the case of a cusp magnetic field, the vertical and horizontal magnetic field components are zero. Means a position. In addition, it can be changed appropriately before or after the completion of melting according to the characteristics of the single crystal to be pulled up (start timing, strength, maximum strength position height, etc.) and the filling and melting state of the silicon raw material. .

その後、以下に示すように、単結晶引き上げ工程を開始する。
すなわち、ルツボ駆動機構21によって石英ルツボ5を所定の速度で回転させ、ワイヤ14に固定された種結晶16を石英ルツボ5中のシリコン融液4に浸漬し、回転させながら静かに引上げて種絞りを形成した後、所望の直径まで拡径し、略円柱形状の直胴部を有するシリコン単結晶3を成長させる。結晶回転はルツボ及び引き上げ結晶の特性によって、任意の値に設定することもできる。
本実施形態においては、シリコン単結晶3の引き上げは、磁場発生装置17から石英ルツボ5内へ水平磁場を印加するとともに、シリコン融液4内に配置された対流制御部材35の融液表面4aに対する位置を、シリコン融液4の深さLaが引き上げ開始時から引き上げに伴うシリコン融液4の減少によって距離Lb未満となる時点まで変化しないように制御しながら行う。
Thereafter, the single crystal pulling step is started as shown below.
That is, the quartz crucible 5 is rotated at a predetermined speed by the crucible drive mechanism 21, the seed crystal 16 fixed to the wire 14 is immersed in the silicon melt 4 in the quartz crucible 5, and gently pulled up while rotating to seed the seed Then, the silicon single crystal 3 having a substantially cylindrical straight body portion is grown by expanding the diameter to a desired diameter. The crystal rotation can be set to an arbitrary value depending on the characteristics of the crucible and the pulled crystal.
In the present embodiment, the silicon single crystal 3 is pulled up by applying a horizontal magnetic field from the magnetic field generator 17 into the quartz crucible 5 and also against the melt surface 4 a of the convection control member 35 disposed in the silicon melt 4. The position is controlled in such a manner that the depth La of the silicon melt 4 does not change from the start of the pulling up until the point where the depth La becomes less than the distance Lb due to the decrease in the silicon melt 4 accompanying the pulling.

本実施形態においては、シリコン単結晶3の引き上げ中における融液表面4aの鉛直方向の高さは、ルツボ駆動機構21によって一定となるように制御されている。したがって、シリコン単結晶3の引き上げ中における対流制御部材35の融液表面4aに対する位置は、ルツボ駆動機構21によって、シリコン融液4の深さLaが引き上げ開始時から引き上げに伴うシリコン融液4の減少によって距離Lb未満となる時点まで変化しないように制御される。ルツボ駆動機構21の制御は、位置制御手段(図示略)を用いて行うことができる。位置制御手段は、例えば、石英ルツボ5の位置、CCDカメラなどで測定した対流制御部材35の位置、シリコン融液4の融液表面4aの位置、シリコン単結晶3の引上げ長さ、チャンバ内温度やシリコン融液4の表面温度、ガス流量等の情報に応じて、石英ルツボ5の上下方向の位置をルツボ駆動機構21によって移動させる。   In the present embodiment, the vertical height of the melt surface 4 a during the pulling of the silicon single crystal 3 is controlled by the crucible drive mechanism 21 to be constant. Therefore, the position of the convection control member 35 relative to the melt surface 4a during the pulling of the silicon single crystal 3 is determined by the crucible drive mechanism 21 so that the depth La of the silicon melt 4 is increased from the start of the pulling of the silicon melt 4 accompanying the pulling. Control is performed so as not to change until the time when the distance becomes less than the distance Lb. The crucible drive mechanism 21 can be controlled using position control means (not shown). The position control means includes, for example, the position of the quartz crucible 5, the position of the convection control member 35 measured by a CCD camera, the position of the melt surface 4a of the silicon melt 4, the pulling length of the silicon single crystal 3, the temperature in the chamber In addition, the position of the quartz crucible 5 in the vertical direction is moved by the crucible driving mechanism 21 in accordance with information such as the surface temperature of the silicon melt 4 and the gas flow rate.

なお、本実施形態においては、シリコン単結晶3の引き上げ中における対流制御部材35の融液表面4aに対する位置をルツボ駆動機構21によって制御する方法を例に挙げて説明したが、シリコン単結晶3の引き上げ中における対流制御部材35の融液表面4aに対する位置を以下に示すように、支持棒18および角度調整手段38により調整してもよい。すなわち、対流制御部材35の融液表面4aに対する位置を、個々の板状片36に対する角度調整手段38の上下方向の位置を維持した状態、言い換えると、角度調整手段38から個々の板状片36に負荷される力を一定に制御した状態で、支持棒18および角度調整手段38を共に上下移動させて調整してもよい。   In the present embodiment, the method of controlling the position of the convection control member 35 relative to the melt surface 4a during the pulling of the silicon single crystal 3 by the crucible drive mechanism 21 has been described as an example. The position of the convection control member 35 with respect to the melt surface 4a during the pulling may be adjusted by the support bar 18 and the angle adjusting means 38 as shown below. That is, the position of the convection control member 35 with respect to the melt surface 4a is maintained in the vertical position of the angle adjusting means 38 with respect to the individual plate pieces 36, in other words, from the angle adjusting means 38 to the individual plate pieces 36. In a state in which the force applied to is fixedly controlled, both the support bar 18 and the angle adjusting means 38 may be moved up and down for adjustment.

その後、シリコン単結晶3の育成を継続し、引き上げに伴うシリコン融液4の減少によって、シリコン融液4の深さLaが距離Lb未満になった場合に、対流制御部材引き上げ工程として、必要であればワイヤ31によってガス整流筒11および遮熱部材12が、板状片36を引き上げるときに、板状片36と接触する危険性の低い高さ位置まで引き上げられる。この際、単結晶育成に影響が生じないように、対流制御部材35の引き上げは0.1〜300mm/min程度の速度で引き上げることができる。
また、板状片36の分割数が多い場合など、これらを引き上げなくても対流制御部材35の引き上げに支障のない場合にはガス整流筒11および遮熱部材12を引き上げなくてもよい。また、板状片36に付着したシリコン融液が石英ルツボ5内に滴下しないように、平面視して石英ルツボ5外側位置まで板状片36の先端部を移動することもできる。
次いで、図7に示すように、支持棒18および角度調整手段38が共に上方に移動されて、対流制御部材35が引き上げられることにより、対流制御部材35をシリコン単結晶3の育成に支障を来たさない高さ位置に移動させる。なお、引き上げられた対流制御部材35は、適切な冷却方法によって冷却されることにより、再度利用できる。
その後、ワイヤ31によってガス整流筒11および遮熱部材12が、シリコン単結晶3の育成に適した所定の高さ位置まで引き下げられて単結晶引き上げ工程が続行される。
Thereafter, the growth of the silicon single crystal 3 is continued, and it is necessary as a convection control member pulling process when the depth La of the silicon melt 4 becomes less than the distance Lb due to the decrease of the silicon melt 4 accompanying the pulling. If there is, the gas rectifying cylinder 11 and the heat shield member 12 are pulled up to a height position with a low risk of contact with the plate-like piece 36 when the plate-like piece 36 is pulled up by the wire 31. At this time, the convection control member 35 can be pulled up at a speed of about 0.1 to 300 mm / min so as not to affect the single crystal growth.
Further, if there is no problem in pulling up the convection control member 35 without pulling up such as when the number of divisions of the plate-like pieces 36 is large, the gas rectifying cylinder 11 and the heat shield member 12 may not be pulled up. Further, the tip of the plate-like piece 36 can be moved to a position outside the quartz crucible 5 in plan view so that the silicon melt adhering to the plate-like piece 36 does not drop into the quartz crucible 5.
Next, as shown in FIG. 7, both the support rod 18 and the angle adjusting means 38 are moved upward, and the convection control member 35 is pulled up, thereby causing the convection control member 35 to hinder the growth of the silicon single crystal 3. Move it to a height where it will not be touched. The raised convection control member 35 can be reused by being cooled by an appropriate cooling method.
Thereafter, the gas flow straightening cylinder 11 and the heat shield member 12 are pulled down to a predetermined height position suitable for growing the silicon single crystal 3 by the wire 31, and the single crystal pulling process is continued.

本実施形態においては、シリコン融液4内に配置された対流制御部材35が、平面視したときに中心軸15を始点とする線上で分割された6枚の板状片36からなり、中心軸15に沿う断面において、中心軸15近傍に位置する板状片36の上面36aと、中心軸15とのなす角度αが変更自在とされているので、角度αを適切に制御することによって引き上げ時におけるシリコン融液4の対流を効果的に制御することができる。よって、単結晶の欠陥状態や単結晶中のドーパント濃度など所望の品質を有する単結晶を歩留まりよく製造できる。   In the present embodiment, the convection control member 35 disposed in the silicon melt 4 is composed of six plate-like pieces 36 divided on a line starting from the central axis 15 when viewed in plan, and the central axis 15, the angle α formed between the upper surface 36 a of the plate-like piece 36 located in the vicinity of the central axis 15 and the central axis 15 can be changed. Therefore, when the angle α is appropriately controlled, the angle α can be changed. The convection of the silicon melt 4 can be effectively controlled. Therefore, a single crystal having a desired quality such as a defect state of the single crystal and a dopant concentration in the single crystal can be manufactured with a high yield.

さらに、本実施形態においては、シリコン単結晶3の引き上げ中のシリコン融液4の残液量が多くて、シリコン融液の深さLaが距離Lbよりも深いときのシリコン融液4の対流が、対流制御部材35によってシリコン融液4の深さLaが距離Lbであるときの状態となるように制御される。したがって、本実施形態においては、引き上げ開始時から引き上げ中のシリコン融液4の量が距離Lb未満となる時点までのシリコン融液4の対流の変動が非常に少ないものとなる。その結果、シリコン融液4の残液量に依存するシリコン単結晶3の品質差を非常に小さくすることが可能となる。   Further, in the present embodiment, the convection of the silicon melt 4 when the silicon melt 4 during the pulling of the silicon single crystal 3 is large and the depth La of the silicon melt is deeper than the distance Lb. The convection control member 35 is controlled so as to be in a state where the depth La of the silicon melt 4 is the distance Lb. Therefore, in this embodiment, the fluctuation of the convection of the silicon melt 4 from the start of the pulling up to the time when the amount of the silicon melt 4 being pulled becomes less than the distance Lb becomes very small. As a result, the quality difference of the silicon single crystal 3 depending on the amount of the remaining silicon melt 4 can be made very small.

さらに、本実施形態では、シリコン融液4の対流を制御する磁場発生装置17によって磁場を印可しながらシリコン単結晶3の引き上げを行なうので、シリコン融液4の対流をより一層効果的に抑えることができる。   Furthermore, in this embodiment, since the silicon single crystal 3 is pulled up while applying a magnetic field by the magnetic field generator 17 that controls the convection of the silicon melt 4, the convection of the silicon melt 4 is more effectively suppressed. Can do.

なお、本発明は上述した例に限定されるものではなく、例えば、シリコン単結晶3を引き上げる際に、角度αを制御しながらシリコン単結晶3を引き上げることにより、対流制御部材35の融液表面4aに対する位置を適宜変更してもよい。この場合においても、シリコン融液の対流を適切に制御することができ、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差を小さくすることができる。また、本発明の単結晶製造装置は、対流制御部材35をシリコン融液4から出すことなく、対流制御部材35の形状を変化させることができるので、角度αを制御しながらシリコン単結晶3を引き上げる場合であっても、メインチャンバ1内の清浄度に支障を来たすことがない。   The present invention is not limited to the above-described example. For example, when pulling up the silicon single crystal 3, the surface of the melt of the convection control member 35 is pulled by pulling up the silicon single crystal 3 while controlling the angle α. You may change the position with respect to 4a suitably. Even in this case, the convection of the silicon melt can be appropriately controlled, and the quality difference of the single crystal depending on the remaining amount of the silicon melt can be reduced. In addition, since the single crystal manufacturing apparatus of the present invention can change the shape of the convection control member 35 without removing the convection control member 35 from the silicon melt 4, the silicon single crystal 3 can be formed while controlling the angle α. Even when it is pulled up, the cleanliness in the main chamber 1 is not hindered.

また、上述した例では、シリコン単結晶3の引き上げは、対流制御部材35の融液表面4aに対する位置を、シリコン融液4の深さLaが距離Lb未満となる時点まで変化しないように制御しながら行ったが、対流制御部材35の融液表面4aに対する位置を、シリコン融液4の深さLaが例えば引き上げ開始時の50〜30%の深さLaとなる時点まで変化しないように制御しながら行なってもよい。この場合、結晶直下融液対流パタンが一定になり、結晶軸方向により欠陥分布や酸素濃度等が均一な品質であるシリコン単結晶インゴットが容易に製造される。   In the example described above, the pulling up of the silicon single crystal 3 is controlled so that the position of the convection control member 35 relative to the melt surface 4a does not change until the depth La of the silicon melt 4 becomes less than the distance Lb. However, the position of the convection control member 35 with respect to the melt surface 4a is controlled so as not to change until the depth La of the silicon melt 4 becomes, for example, 50-30% of the depth La at the start of pulling. May be performed. In this case, the melt convection pattern directly under the crystal becomes constant, and a silicon single crystal ingot having a uniform quality such as defect distribution and oxygen concentration depending on the crystal axis direction is easily manufactured.

「実験例1」
図1に示す単結晶引上げ装置30を用いて、CZ法により直径200mmのシリコン単結晶3を育成した場合の歩留まりと固化率との関係をシミュレーション解析により求めた。
ここでの歩留まりとは、シリコン単結晶を成長させるときの引上げ速度VがV±0.01(mm/min)の範囲内であるときを合格とした場合における合格率を固化率0.025毎に求めた値をいう。これは、引き上げ速度が上記の範囲に入っている場合には、実際の引き上げにおいて、COP等の結晶欠陥のない無欠陥ウェーハを製造可能な単結晶が引き上げられるからである。
具体的には、例えば、引き上げ速度ランプダンよりテスト時COPが発生しない最大速度をVCOPと定義し、LD(large dislocation)が発生しない最小速度をVLDと定義すれば、引上げ速度V0=( VCOP+ VLD)/2である。
なお、引上げ速度Vを除く引き上げ条件は、以下に示すように引き上げ長(固化率)の全長にわたって無欠陥領域を有するようなシリコン単結晶を育成する条件とした。
すなわち、シリコン単結晶を成長させるときの固液界面近傍の引上げ軸方向の結晶温度勾配G(℃/mm)の径方向の分布差ΔG=−0.03〜0.03G0(ただしG0は結晶中心の温度勾配を示す)、シリコン単結晶を成長させるときの引上げ速度V(mm/min)と結晶温度勾配G(℃/mm)との比であるV/G(mm/℃・min)の径方向の分布差Δ(V/G)=−0.005〜0.005とし、固化率5%のときに最高の合格率が得られるように最適化した条件を用い、シリコン単結晶の引き上げ中に固化率に応じて引き上げ条件を変化させないものとした。
また、図1に示す角度αを90°とし、シリコン単結晶3の引き上げ中における対流制御部材35の融液表面4aに対する位置を、シリコン融液4の深さLaが引き上げ開始時から距離Lb未満となる時点まで変化しないものとした。
具体的な条件は、
α=90°
Lb=180mm
La(初期値)=400mm
La(終了値)=30mm
ルツボ内径寸法=600mm
引き上げ長=3000mm
結晶回転=10rpm
ルツボ回転=1rpm
"Experiment 1"
Using the single crystal pulling apparatus 30 shown in FIG. 1, the relationship between the yield and the solidification rate when the silicon single crystal 3 having a diameter of 200 mm was grown by the CZ method was obtained by simulation analysis.
The yield here refers to the pass rate when the pulling rate V when growing the silicon single crystal is within the range of V 0 ± 0.01 (mm / min) as the pass rate, the solidification rate of 0.025. The value obtained every time. This is because when the pulling speed is within the above range, a single crystal capable of manufacturing a defect-free wafer without crystal defects such as COP is pulled in the actual pulling.
Specifically, for example, if the maximum speed at which a COP does not occur during a test is defined as V COP and the minimum speed at which no LD (large dislocation) occurs is defined as V LD , the pulling speed V 0 = ( V COP + V LD ) / 2.
The pulling conditions excluding the pulling speed V were conditions for growing a silicon single crystal having a defect-free region over the entire length of the pulling length (solidification rate) as shown below.
That is, the distribution difference ΔG = −0.03 to 0.03G 0 in the radial direction of the crystal temperature gradient G (° C./mm) in the pulling axis direction near the solid-liquid interface when growing a silicon single crystal (where G 0 is V / G (mm 2 / ° C./min), which is the ratio between the pulling rate V (mm / min) and the crystal temperature gradient G (° C./mm) when growing a silicon single crystal ) Radial distribution difference Δ (V / G) = − 0.005 to 0.005, and using a condition optimized to obtain the highest pass rate when the solidification rate is 5%, a silicon single crystal The pulling conditions were not changed according to the solidification rate during pulling.
Further, the angle α shown in FIG. 1 is set to 90 °, and the position La of the convection control member 35 with respect to the melt surface 4a during pulling of the silicon single crystal 3 is less than the distance Lb when the depth La of the silicon melt 4 starts pulling. It was assumed that it did not change until that time.
The specific conditions are
α = 90 °
Lb = 180mm
La (initial value) = 400 mm
La (end value) = 30 mm
Crucible inner diameter = 600 mm
Lifting length = 3000mm
Crystal rotation = 10 rpm
Crucible rotation = 1 rpm

「実験例2」
対流制御部材35と支持手段とを備えていないこと以外は実験例1と同様の単結晶引上げ装置を用いて、実験例1と同様にしてCZ法によりシリコン単結晶3を育成した場合の歩留まり固化率との関係をシミュレーション解析により求めた。なお、ここでの引き上げ条件は、Lb以外は実験例1と同じとした。
"Experimental example 2"
Using the same single crystal pulling apparatus as in Experimental Example 1 except that the convection control member 35 and the supporting means are not provided, the yield solidification when the silicon single crystal 3 is grown by the CZ method as in Experimental Example 1 The relationship with the rate was obtained by simulation analysis. The pulling conditions here were the same as in Experimental Example 1 except for Lb.

「実験例3」
対流制御部材35を備えていないこと以外は実験例1と同様の単結晶引上げ装置を用いて、実験例1と同様にしてCZ法によりシリコン単結晶3を育成した場合の歩留まり固化率との関係をシミュレーション解析により求めた。なお、ここでの引き上げ条件は、固化率95%のときに最高の合格率が得られるように最適化した条件を用いた。
具体的な条件は、
La(初期値)=400mm
La(終了値)=30mm
ルツボ内径寸法=600mm
引き上げ長=3000mm
結晶回転=10rpm
ルツボ回転=1rpm
"Experiment 3"
The relationship with the yield solidification rate when the silicon single crystal 3 is grown by the CZ method in the same manner as in Experimental Example 1 using the same single crystal pulling apparatus as in Experimental Example 1 except that the convection control member 35 is not provided. Was obtained by simulation analysis. The pulling conditions here were optimized so as to obtain the highest pass rate when the solidification rate was 95%.
The specific conditions are
La (initial value) = 400 mm
La (end value) = 30 mm
Crucible inner diameter = 600 mm
Lifting length = 3000mm
Crystal rotation = 10 rpm
Crucible rotation = 1 rpm

実験例1〜実験例3の結果を図8に示す。図8は、実験例1〜実験例3のシリコン単結晶における合格率と固化率との関係を示したグラフである。
図8に示すように、実験例1では、固化率にかかわらず70%以上の高い合格率が得られ、固化率に依存する合格率の差が小さかった。
また、図8より、固化率5%のときに最高の合格率が得られるように最適化した条件を用いた実験例2では、固化率が大きくなるのにしたがって徐々に合格率が低下しており、実験例1と比較して固化率に依存する合格率の差が非常に大きくなった。また、固化率95%のときに最高の合格率が得られるように最適化した条件を用いた実験例3では、固化率が大きくなるのにしたがって徐々に合格率が上昇しており、実験例1と比較して固化率に依存する合格率の差が非常に大きくなった。
このように対流制御部材35を備えた実験例1では、対流制御部材35を備えない実験例2および実験例3と比較して、固化率に依存する合格率の差が小さくなっていることから、対流制御部材35を備えることで、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差を小さくできることが確認できた。
The results of Experimental Examples 1 to 3 are shown in FIG. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the pass rate and the solidification rate in the silicon single crystals of Experimental Examples 1 to 3.
As shown in FIG. 8, in Experimental Example 1, a high pass rate of 70% or more was obtained regardless of the solidification rate, and the difference in pass rate depending on the solidification rate was small.
Moreover, from FIG. 8, in Experimental Example 2 using conditions optimized to obtain the highest pass rate when the solidification rate is 5%, the pass rate gradually decreases as the solidification rate increases. Compared with Experimental Example 1, the difference in the pass rate depending on the solidification rate was very large. In Experimental Example 3 using conditions optimized to obtain the highest pass rate when the solidification rate is 95%, the pass rate gradually increases as the solidification rate increases. Compared with 1, the difference in the pass rate depending on the solidification rate became very large.
As described above, in Experimental Example 1 including the convection control member 35, the difference in the acceptance rate depending on the solidification rate is smaller than in Experimental Example 2 and Experimental Example 3 that do not include the convection control member 35. It has been confirmed that the provision of the convection control member 35 can reduce the quality difference of the single crystal depending on the remaining amount of the silicon melt.

「実験例4」
図1に示す単結晶引上げ装置30を用いて、CZ法により直径150mmの砒素ドーパントシリコン単結晶3を育成した場合の比抵抗と固化率との関係をシミュレーション解析により求めた。
なお、引上げ速度Vを除く引き上げ条件は、シリコン単結晶の引き上げ中に固化率に応じて引き上げ条件を変化させないものとした。
具体的な条件は、
α=90°
Lb=100mm
La(初期値)=300mm
La(終了値)=30mm
ルツボ内径寸法=450mm
引き上げ長=3000mm
結晶回転=10rpm
ルツボ回転=−10rpm
"Experimental example 4"
Using the single crystal pulling apparatus 30 shown in FIG. 1, the relationship between the specific resistance and the solidification rate when an arsenic dopant silicon single crystal 3 having a diameter of 150 mm was grown by the CZ method was determined by simulation analysis.
The pulling conditions excluding the pulling speed V were not changed according to the solidification rate during pulling of the silicon single crystal.
The specific conditions are
α = 90 °
Lb = 100mm
La (initial value) = 300 mm
La (end value) = 30 mm
Crucible inner diameter = 450 mm
Lifting length = 3000mm
Crystal rotation = 10 rpm
Crucible rotation = -10 rpm

「実験例5」
対流制御部材35と支持手段とを備えていないこと以外は実験例4と同様の単結晶引上げ装置を用いて、実験例4と同様にしてCZ法によりシリコン単結晶3を育成した場合の比抵抗と固化率との関係をシミュレーション解析により求めた。なお、ここでの引き上げ条件は、Lb以外は実験例1と同じとした。
“Experimental Example 5”
Specific resistance when the silicon single crystal 3 is grown by the CZ method in the same manner as in Experimental Example 4 using the same single crystal pulling apparatus as in Experimental Example 4 except that the convection control member 35 and the supporting means are not provided. The relationship between the solidification rate and the solidification rate was obtained by simulation analysis. The pulling conditions here were the same as in Experimental Example 1 except for Lb.

実験例4〜実験例5の結果を図9に示す。図9は、実験例5の比抵抗の最大値を100とした場合における実験例4〜実験例5のシリコン単結晶の比抵抗と固化率との関係を示したグラフである。図9に示すように、対流制御部材35と支持手段とを備えた実験例4では、対流制御部材35と支持手段を備えない実験例5と比較して、固化率に依存する抵抗率の差が小さくなっていることから、対流制御部材35と支持手段とを備えることで、シリコン融液の残液量に依存する単結晶の品質差を小さくできることが確認できた。   The results of Experimental Example 4 to Experimental Example 5 are shown in FIG. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the specific resistance and the solidification rate of the silicon single crystals of Experimental Example 4 to Experimental Example 5 when the maximum value of the specific resistance of Experimental Example 5 is set to 100. As shown in FIG. 9, in the experimental example 4 including the convection control member 35 and the support means, the difference in resistivity depending on the solidification rate is compared with the experimental example 5 not including the convection control member 35 and the support means. Therefore, it was confirmed that the quality difference of the single crystal depending on the remaining amount of the silicon melt can be reduced by providing the convection control member 35 and the supporting means.

図1は、本発明の第1実施形態による単結晶製造装置の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a single crystal manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1に示す単結晶製造装置が備える対流制御部材の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a convection control member provided in the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 図3は、対流制御部材を構成する板状片を説明するための図であって、図3(a)は板状片の平面図であり、図3(b)は板状片の円弧状の縁部の長さ方向中心と中心軸とを通る線上で切断した板状の断面図である。3A and 3B are diagrams for explaining the plate-like piece constituting the convection control member. FIG. 3A is a plan view of the plate-like piece, and FIG. 3B is an arc shape of the plate-like piece. It is plate-shaped sectional drawing cut | disconnected on the line | wire which passes along the length direction center and center axis | shaft of the edge part. 図4は、支持棒および角度調整手段の伸縮と板状片の動きとの関係を説明するための斜視図である。FIG. 4 is a perspective view for explaining the relationship between the expansion and contraction of the support bar and the angle adjusting means and the movement of the plate-like piece. 図5は、シリコン単結晶の製造工程の一部を示した図であり、角度αを90°よりも小さくして、シリコン単結晶を引き上げている状態を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the silicon single crystal, and is a diagram showing a state in which the silicon single crystal is pulled up by making the angle α smaller than 90 °. 図6は、シリコン単結晶の製造工程の一部を示した図であり、角度αを90°よりも大きくして、シリコン単結晶を引き上げている状態を示した図である。FIG. 6 is a view showing a part of the manufacturing process of the silicon single crystal, and is a view showing a state where the angle α is larger than 90 ° and the silicon single crystal is pulled up. 図7は、本発明装置より残液量が少ない場合(結晶ボトム、対流制御装置が引き上げた場合)の実施状態を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing an implementation state when the amount of residual liquid is smaller than that of the device of the present invention (when the crystal bottom and the convection control device are pulled up). 図8は、実験例1〜実験例3のシリコン単結晶における合格率と固化率との関係を示したグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the pass rate and the solidification rate in the silicon single crystals of Experimental Examples 1 to 3. 図9は、実験例4〜実験例5のシリコン単結晶における比抵抗と固化率との関係を示したグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the specific resistance and the solidification rate in the silicon single crystals of Experimental Examples 4 to 5.

符号の説明Explanation of symbols

1:メインチャンバ、3:シリコン単結晶、2:引上げチャンバ、4:シリコン融液、4a:融液表面、5:石英ルツボ、6:黒鉛ルツボ、7:加熱ヒータ、11:ガス整流筒、12:遮熱部材、13:保持軸、15:中心軸、17:磁場発生装置(磁場印可手段)、18:支持棒、18b:接合部材、18c、38c:先端部材、18d、38d:棒部材、21:ルツボ駆動機構、30:単結晶製造装置、14、31:ワイヤ、32、40、41:モータ、35:対流制御部材、36:板状片、36a、36b:上面、36c:縁部、36d:中心角、38:角度調整手段。

1: main chamber, 3: silicon single crystal, 2: pulling chamber, 4: silicon melt, 4a: melt surface, 5: quartz crucible, 6: graphite crucible, 7: heater, 11: gas rectifying cylinder, 12 : Heat shield member, 13: holding shaft, 15: central shaft, 17: magnetic field generator (magnetic field applying means), 18: support rod, 18b: joining member, 18c, 38c: tip member, 18d, 38d: rod member, 21: crucible drive mechanism, 30: single crystal manufacturing apparatus, 14, 31: wire, 32, 40, 41: motor, 35: convection control member, 36: plate-like piece, 36a, 36b: upper surface, 36c: edge, 36d: Center angle, 38: Angle adjusting means.

Claims (12)

ルツボに収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させる単結晶製造装置において、
前記シリコン融液内に配置可能とされる板状体である対流制御部材と、該対流制御部材をルツボ上方から支持する支持手段とを具備し、
前記対流制御部材が、前記ルツボ底面と略平行状態に位置可能な略円板形状とされ、平面視して引き上げられる前記シリコン単結晶の中心軸位置を中心として外縁部へと延在する複数の線分で分割された複数の板状片からなり、
前記支持手段が、前記中心軸に沿う断面において、前記中心における前記板状片の上面の接平面と前記中心軸方向下向きとのなす角度αを設定して前記シリコン融液の対流を制御可能とするように前記対流制御部材の板状片を角度調整可能に支持することを特徴とする単結晶製造装置。
In a single crystal manufacturing apparatus for growing while pulling up a silicon single crystal from a silicon melt contained in a crucible,
A convection control member that is a plate-like body that can be arranged in the silicon melt, and a support means for supporting the convection control member from above the crucible,
The convection control member has a substantially disk shape that can be positioned substantially in parallel with the bottom surface of the crucible, and extends to an outer edge centering on a central axis position of the silicon single crystal that is pulled up in plan view. It consists of multiple plate-like pieces divided by line segments,
The supporting means can control the convection of the silicon melt by setting an angle α between a tangent plane of the upper surface of the plate-like piece at the center and a downward direction in the central axis in a cross section along the central axis. The apparatus for producing a single crystal is characterized in that the plate-like piece of the convection control member is supported so that the angle can be adjusted.
前記支持手段は、前記板状片上面の平面視前記シリコン単結晶外側かつ前記ルツボ内壁内側となる位置において、前記板状片の前記中心軸側先端が上下動可能なように前記板状片を回動可能に支持するよう垂設された支持棒と、
該支持棒の平面視前記外縁側で前記板状片上面に一端を当接可能とされるとともに、前記支持棒と平行状態に伸縮自在な棒状の角度調整手段とを有するものとされ、
前記角度調整手段が伸縮されることにより、前記板状片の前記角度αが0〜180°の範囲に設定可能とされてなることを特徴とする請求項1に記載の単結晶製造装置。
The support means is configured to move the plate-like piece so that the tip of the plate-like piece on the center axis side can move up and down at a position on the upper surface of the plate-like piece on the outer side of the silicon single crystal and on the inner wall of the crucible. A support bar vertically suspended to support the rotation;
One end can be brought into contact with the upper surface of the plate-like piece on the outer edge side in a plan view of the support rod, and the rod has a rod-shaped angle adjusting means that can expand and contract in parallel with the support rod.
2. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the angle α of the plate-like piece can be set in a range of 0 to 180 ° by expanding and contracting the angle adjusting means.
前記角度αを前記対流制御部材がルツボ底面と略平行となるよう設定した場合に、前記シリコン融液において、育成される単結晶の品質に影響を及ぼす固液界面直下の対流範囲が鉛直方向距離Lb以内となるように、前記シリコン融液表面と前記ルツボ底面との距離とされる深さLaが前記距離Lbを超えている際に、前記対流制御部材が前記固液界面から前記距離Lbの深さに位置可能として設けられることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の単結晶製造装置。   When the angle α is set so that the convection control member is substantially parallel to the bottom of the crucible, the convection range directly below the solid-liquid interface that affects the quality of the single crystal grown in the silicon melt is the vertical distance. When the depth La, which is the distance between the silicon melt surface and the bottom surface of the crucible, exceeds the distance Lb so that it is within Lb, the convection control member has a distance Lb from the solid-liquid interface. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the single crystal manufacturing apparatus is provided so as to be positioned at a depth. 前記シリコン融液の対流を制御する磁場印可手段を備え、
前記距離Lbが、前記磁場印加手段によって印加される磁場分布の引き上げ中の変化率が40%以下である範囲として設定されることを特徴とする請求項3に記載の単結晶製造装置。
Magnetic field applying means for controlling the convection of the silicon melt,
The single crystal manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the distance Lb is set as a range in which a rate of change during pulling of the magnetic field distribution applied by the magnetic field applying unit is 40% or less.
前記シリコン融液上側に配置された遮熱部材を備え、前記対流制御部材が上下方向に移動する際に、前記遮熱部材が上下方向に移動自在とされていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の単結晶製造装置。   2. The heat shield member disposed on the upper side of the silicon melt, wherein the heat shield member is movable in the vertical direction when the convection control member moves in the vertical direction. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 4. 前記対流制御部材が、平面視して少なくとも前記シリコン単結晶のある範囲を含む位置とされることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の単結晶製造装置。   The single crystal manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the convection control member is located at a position including at least a certain range of the silicon single crystal in a plan view. 請求項1から請求項6のいずれかに記載の単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶を製造する方法であって、
前記シリコン融液内において、前記対流制御部材のなす角度αが0〜180°の範囲のうち所定の角度として制御して前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とする単結晶の製造方法。
A method for producing a silicon single crystal using the single crystal production apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A method for producing a single crystal comprising pulling up the silicon single crystal by controlling the angle α formed by the convection control member as a predetermined angle within a range of 0 to 180 ° in the silicon melt.
前記対流制御部材を前記ルツボ底面と略平行な状態で固液界面から下側に鉛直方向距離Lb以内となる位置として、前記支持手段により前記角度αを設定し、
前記シリコン融液表面と前記ルツボ底面との距離とされる深さLaが前記距離Lbを超える際に、前記シリコン融液において、育成される単結晶の品質に影響を及ぼす固液界面直下の対流範囲が前記距離Lb以内となるように制御することを特徴とする請求項7に記載の単結晶の製造方法。
The angle α is set by the support means, with the convection control member positioned within a vertical distance Lb downward from the solid-liquid interface in a state substantially parallel to the bottom surface of the crucible,
Convection immediately below the solid-liquid interface that affects the quality of the single crystal grown in the silicon melt when the depth La, which is the distance between the silicon melt surface and the bottom surface of the crucible, exceeds the distance Lb. The method for producing a single crystal according to claim 7, wherein the range is controlled to be within the distance Lb.
前記ルツボ内でシリコン原料を融解してシリコン融液を製造する工程と、
前記シリコン融液内の所定の位置に前記対流制御部材を配置する工程と、
前記シリコン融液の温度を引き上げ開始温度となるように調温する工程とを順に行なった後、単結晶引き上げ工程を開始することを特徴とする請求項7〜請求項8のいずれかに記載の単結晶の製造方法。
Melting the silicon raw material in the crucible to produce a silicon melt;
Disposing the convection control member at a predetermined position in the silicon melt;
The single crystal pulling step is started after sequentially performing the step of adjusting the temperature of the silicon melt so as to be the pulling start temperature, and starting the single crystal pulling step. A method for producing a single crystal.
前記単結晶引き上げ工程において、前記磁場印可手段により前記シリコン融液に磁場を印可するとともに、
前記距離Lbが、前記磁場印加手段によって印加される磁場分布の引き上げ中の変化率が40%以下である範囲として設定されることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の単結晶製造方法。
In the single crystal pulling step, a magnetic field is applied to the silicon melt by the magnetic field applying means,
The single crystal production according to claim 8 or 9, wherein the distance Lb is set as a range in which a rate of change during pulling of the magnetic field distribution applied by the magnetic field applying unit is 40% or less. Method.
無欠陥領域を有する単結晶を引き上げることを特徴とする請求項7〜請求項10のいずれかに記載の単結晶の製造方法。   The method for producing a single crystal according to claim 7, wherein the single crystal having a defect-free region is pulled up. 請求項1から請求項6のいずれかに記載の単結晶製造装置、または、請求項7〜請求項11のいずれかに記載の単結晶の製造方法により製造されたことを特徴とする単結晶。

A single crystal produced by the single crystal production apparatus according to any one of claims 1 to 6 or the single crystal production method according to any one of claims 7 to 11.

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