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JPH1095689A - Method for growing single crystal - Google Patents

Method for growing single crystal

Info

Publication number
JPH1095689A
JPH1095689A JP26675696A JP26675696A JPH1095689A JP H1095689 A JPH1095689 A JP H1095689A JP 26675696 A JP26675696 A JP 26675696A JP 26675696 A JP26675696 A JP 26675696A JP H1095689 A JPH1095689 A JP H1095689A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
crystal
speed
crucible
melt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP26675696A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2990661B2 (en
Inventor
Hideki Fujiwara
秀樹 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Sitix Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Sitix Corp filed Critical Sumitomo Sitix Corp
Priority to JP8266756A priority Critical patent/JP2990661B2/en
Publication of JPH1095689A publication Critical patent/JPH1095689A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2990661B2 publication Critical patent/JP2990661B2/en
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the prevention of dislocation of the tail part by setting a crucible-raising speed and a crystal-lifting speed under specific conditions for separating the crystal from the melt in a method for grorwing a single crystal in Czochralski process to suppress the variation in the shape of solid- fluid interface and the diameter of the crystal. SOLUTION: When the diameter of a crystal is gradually reduced to form a tail part 8b for separating the crystal 8 from a melt 9, the raising speed of a crucible 1 and the lifting sped of a single crystal 8 are set under such conditions that the growing speed of the single crystal 8 becomes constant. Further, the raising speed of the crucible 1 and the lifting speed of the single crystal 8 are set so that the growing speed of the single crystal 8 becomes constant and at the same time the surface position of the melt becomes constant. Resultingly, the change in the state of heat receiving from a heater 2 is suppressed, and the change in the shape of solid-fluid interface and the diameter of the crystal are further reduced, and dislocation of the tail part 8b is furthermore prevented.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は単結晶成長方法に関
し、より詳細にはシリコンなどの半導体単結晶を成長さ
せる方法に関する。
[0001] The present invention relates to a method for growing a single crystal, and more particularly to a method for growing a semiconductor single crystal such as silicon.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体基板に用いられるシリコン単結晶
製造方法には種々の方法があるが、回転引き上げ法であ
るCZ法(チョクラルスキー法)が広く用いられてい
る。図8は該CZ法の実施態様を示した模式的断面図で
あり、図中1は坩堝を示している。坩堝1は有底円筒状
をなす石英製の内層保持容器1aと内層保持容器1aの
外側を保持すべく嵌合された同じく有底円筒状の黒鉛製
の外層保持容器1bにて構成されており、回転並びに昇
降可能な支持軸4の上端部に固定されている。坩堝1の
外側には抵抗加熱式ヒーター2が同心円状に配設されて
おり、坩堝1内には所定重量の原料をヒーター2により
溶融させた溶融液9が充填されている。坩堝1の中心軸
上には、支持軸4と同一軸心で逆方向あるいは同方向に
所定の速度で回転する引き上げ棒あるいはワイヤー等か
らなる引き上げ軸3が配設されており、引き上げ軸3に
は保持具3aを介して種結晶10が吊り下げられてい
る。
2. Description of the Related Art There are various methods for manufacturing a silicon single crystal used for a semiconductor substrate, and a CZ method (Czochralski method), which is a rotational pulling method, is widely used. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the CZ method, in which 1 indicates a crucible. The crucible 1 includes a bottomed cylindrical inner layer holding container 1a made of quartz and a bottomed cylindrical outer layer holding container 1b made of graphite fitted to hold the outside of the inner layer holding container 1a. , And is fixed to the upper end of a support shaft 4 that can rotate and move up and down. A resistance heating type heater 2 is arranged concentrically outside the crucible 1, and the crucible 1 is filled with a melt 9 obtained by melting a predetermined weight of a raw material by the heater 2. On the central axis of the crucible 1, a pulling shaft 3 made of a pulling rod or a wire, which is rotated at a predetermined speed in the opposite direction or the same direction with the same axis as the supporting shaft 4, is provided. The seed crystal 10 is suspended via the holder 3a.

【0003】上記CZ法によれば、坩堝1内に結晶用原
料を投入し、減圧下、不活性ガス雰囲気中で結晶用原料
を坩堝1の周囲に配設したヒーター2にて溶融した後、
その溶融液9に引き上げ軸3に吊り下げられた種結晶1
0を浸漬し、坩堝1及び引き上げ軸3を回転させつつ、
引き上げ軸3を上方に引き上げて種結晶10の下端に結
晶8を成長させる。
According to the CZ method, a crystal raw material is charged into a crucible 1 and melted by a heater 2 disposed around the crucible 1 under a reduced pressure in an inert gas atmosphere.
Seed crystal 1 suspended on lifting shaft 3 in melt 9
0, while rotating the crucible 1 and the lifting shaft 3,
The pulling shaft 3 is pulled upward to grow the crystal 8 at the lower end of the seed crystal 10.

【0004】結晶成長工程においては、一般に結晶径の
制御は光学式のセンサーにより固液界面におけるメニス
カス部分の反射光を計測して行なう方法が主に採用され
ている。そして得られた結晶径位置から、融液表面位置
が一定となるように坩堝上昇速度を制御している。
In the crystal growth step, generally, a method of controlling the crystal diameter by measuring the reflected light of the meniscus portion at the solid-liquid interface by an optical sensor is mainly employed. From the obtained crystal diameter position, the crucible lifting speed is controlled so that the melt surface position becomes constant.

【0005】ところで、前記CZ法で成長させた半導体
単結晶を溶融液9から切り離す際には、熱ショックによ
る転位の発生及び製品部となる結晶直胴部8aへの伝播
を防止するため、結晶径を徐々に減じて逆円錐形の結晶
尾部8bを形成し、有転位化を生じて転位が発生しても
製品部に伝播しないほど径が十分小さくなった時点で溶
融液9から切り離す方法が採用されている。
When the semiconductor single crystal grown by the CZ method is cut off from the melt 9, the dislocation of the semiconductor single crystal due to the heat shock and the propagation to the crystal body 8 a serving as a product part are prevented. A method of gradually reducing the diameter to form an inverted conical crystal tail portion 8b and separating the melt from the molten liquid 9 when the diameter becomes sufficiently small so that even if dislocations are generated and dislocations do not propagate to the product portion, the crystal tails 8b are formed. Has been adopted.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】半導体デバイス製造工
程で用いられるウエハ径(結晶径)はデバイス生産の効
率化・低コスト化を図るために年々増大してきており、
現在では150〜200mmの結晶径のものが主に用い
られている。そして、今後は300mmの大口径結晶が
主流になると考えられる。このような大口径結晶におい
ては、結晶径が減少した場合、メニスカスが直胴部8a
に隠れるために結晶径を計測することが困難となる。そ
のために、尾部8bの形成時には引き上げ速度や坩堝上
昇速度及びヒーター温度を経験的に定めておき、結晶径
の測定・制御を行なわずにその形成を行なう手段がとら
れている。
The wafer diameter (crystal diameter) used in the semiconductor device manufacturing process has been increasing year by year in order to make the device production more efficient and lower cost.
At present, those having a crystal diameter of 150 to 200 mm are mainly used. In the future, large-diameter crystals of 300 mm are considered to be the mainstream. In such a large-diameter crystal, when the crystal diameter is reduced, the meniscus is reduced to the straight body portion 8a.
It is difficult to measure the crystal diameter because it is hidden behind. Therefore, when forming the tail portion 8b, a pulling speed, a crucible raising speed, and a heater temperature are empirically determined, and a means for forming the tail portion 8b without measuring and controlling the crystal diameter is employed.

【0007】ところが、このような従来の方法では、坩
堝上昇速度が融液表面位置を一定にする速度とならない
ために、単結晶成長速度が引き上げ速度に一致しないう
えに、結晶径の減少に伴い変化する。このように単結晶
成長速度が変化するために、固液界面形状や結晶径の変
動を招き、そのために有転位化が生じるという課題があ
った。さらに、融液表面位置が変化するため、ヒーター
からの受熱の状態が変化することからも、有転位化が生
じ易くなるという課題があった。
However, in such a conventional method, the single crystal growth rate does not coincide with the pulling rate because the crucible rising speed does not become a speed for keeping the melt surface position constant. Change. Such a change in the growth rate of the single crystal causes a change in the shape of the solid-liquid interface and the crystal diameter, which causes a problem of causing dislocation. Furthermore, since the surface position of the melt changes, the state of receiving heat from the heater also changes, so that there is a problem that dislocations easily occur.

【0008】特に、特公昭57−40119号公報に開
示された溶融物から高純度半導体棒を引き上げる装置お
よびその方法では、熱遮蔽体の役目を果たすカバー装置
を用いており、融液表面位置が変化すると、熱遮蔽体下
端と融液表面との距離が変化する。融液表面位置が上昇
すると熱遮蔽体と接触して引き上げ不能に陥る。また、
融液表面位置が下降すると熱遮蔽の効果が小さくなり、
有転位化が生じ易くなるという課題があった。
In particular, the apparatus and method for lifting a high-purity semiconductor rod from a molten material disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-40119 uses a cover device serving as a heat shield, and the surface position of the melt is limited. If it changes, the distance between the lower end of the heat shield and the melt surface changes. When the surface position of the melt rises, it comes into contact with the heat shield and cannot be lifted. Also,
When the melt surface position lowers, the heat shielding effect decreases,
There is a problem that dislocations are likely to occur.

【0009】そして、大口径結晶においては結晶径が大
きいため、尾部の有転位化であっても転位が製品部へ伝
播し、歩留り(=製品部重量/原料重量)が大きく低下
するという課題があった。
In the case of large-diameter crystals, since the crystal diameter is large, even when the tail has dislocations, the dislocation propagates to the product part, and the yield (= product part weight / raw material weight) is greatly reduced. there were.

【0010】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、単結晶成長速度の変動をなくし、さらには融液表
面位置を一定にすることにより、固液界面形状や結晶径
の変動を小さくして、尾部の有転位化を防止することが
できる単結晶成長方法を提供することを目的としてい
る。
The present invention has been made in view of the above problems, and eliminates fluctuations in the growth rate of a single crystal, and furthermore, reduces fluctuations in the solid-liquid interface shape and crystal diameter by keeping the melt surface position constant. It is another object of the present invention to provide a single crystal growth method capable of preventing dislocation of the tail portion.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するために本発明に係る単結晶成長方法(1)は、
坩堝内に充填した半導体結晶用原料を溶解させ、溶融液
から単結晶を引き上げて成長させる単結晶成長方法にお
いて、前記溶融液から結晶を切り離すために、結晶径を
徐々に減じて尾部を形成する際、単結晶成長速度が一定
となるように、坩堝上昇速度及び引き上げ速度を設定す
ることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a single crystal growth method (1) according to the present invention comprises:
In a single crystal growth method in which a semiconductor crystal raw material filled in a crucible is melted and a single crystal is pulled from the melt and grown, in order to separate the crystal from the melt, a crystal diameter is gradually reduced to form a tail. In this case, the crucible raising speed and the pulling speed are set so that the single crystal growth speed is constant.

【0012】上記した単結晶成長方法(1)によれば、
尾部の形成時に、単結晶成長速度が一定となるので、固
液界面形状や結晶径の変動を小さくして、前記尾部の有
転位化を防止することができる。
According to the above single crystal growth method (1),
Since the single crystal growth rate becomes constant during the formation of the tail, fluctuations in the solid-liquid interface shape and crystal diameter can be reduced, and dislocation of the tail can be prevented.

【0013】また本発明に係る単結晶成長方法(2)
は、坩堝内に充填した半導体結晶用原料を溶解させ、溶
融液から単結晶を引き上げて成長させる単結晶成長方法
において、前記溶融液から結晶を切り離すために、結晶
径を徐々に減じて尾部を形成する際、単結晶成長速度が
一定となると共に、融液表面位置が一定となるように、
坩堝上昇速度及び引き上げ速度を設定することを特徴と
している。
The method for growing a single crystal according to the present invention (2)
In a single crystal growth method in which a semiconductor crystal raw material filled in a crucible is melted and a single crystal is pulled up from the melt and grown, in order to separate the crystal from the melt, the crystal diameter is gradually reduced and the tail is reduced. When forming, while the single crystal growth rate is constant, so that the melt surface position is constant,
It is characterized in that the crucible lifting speed and the lifting speed are set.

【0014】上記した単結晶成長方法(2)によれば、
尾部の形成時に、単結晶成長速度が一定となると共に、
融液表面位置が一定となるので、ヒーターからの受熱の
状態の変化をなくし、固液界面形状や結晶径の変動をよ
り小さくして、前記尾部の有転位化をさらに防止し、製
品歩留りを向上させることができる。
According to the above single crystal growth method (2),
During the formation of the tail, while the single crystal growth rate is constant,
Since the surface position of the melt is constant, the change in the state of the heat received from the heater is eliminated, the variation in the solid-liquid interface shape and the crystal diameter is reduced, the dislocation of the tail is further prevented, and the product yield is reduced. Can be improved.

【0015】また本発明に係る単結晶成長方法(3)
は、上記単結晶成長方法(1)または(2)において、
前記尾部の長さが結晶径の0.7〜1.2倍の円錐とな
るように、坩堝上昇速度及び引き上げ速度を設定するこ
とを特徴としている。
Further, the method for growing a single crystal according to the present invention (3)
In the above single crystal growth method (1) or (2),
The crucible lifting speed and the pulling speed are set so that the length of the tail is a cone of 0.7 to 1.2 times the crystal diameter.

【0016】上記した単結晶成長方法(3)によれば、
設定した長さと実際の長さが異なったとしても、単結晶
成長速度に大きな差が生じるの防ぐことができる。また
1.2倍を超えると尾部の形成時間が長くなり生産性が
低下し、0.7倍未満の場合は、実際に形成することが
困難である。
According to the above single crystal growth method (3),
Even if the set length differs from the actual length, a large difference in single crystal growth rate can be prevented. On the other hand, when the ratio is more than 1.2 times, the formation time of the tail becomes longer and the productivity is reduced. When the ratio is less than 0.7 times, it is difficult to actually form the tail.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明に係る単結晶成長方法は、
尾部の長さが結晶径の0.7〜1.2倍の円錐として、
単結晶成長速度が一定となるように坩堝上昇速度及び引
き上げ速度を設定することを特徴としている。さらに
は、融液表面位置が一定となるように坩堝上昇速度と引
き上げ速度を設定することを特徴としている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A single crystal growing method according to the present invention comprises:
The length of the tail is 0.7 to 1.2 times the diameter of the crystal as a cone,
The crucible raising speed and the pulling speed are set so that the single crystal growth speed is constant. Further, the crucible lifting speed and the pulling speed are set so that the melt surface position is constant.

【0018】以下に単結晶成長速度と引き上げ速度及び
坩堝上昇速度の関係を詳述する。
Hereinafter, the relationship between the single crystal growth rate, the pulling rate, and the crucible raising rate will be described in detail.

【0019】まず、図1に示した結晶直胴部解析モデル
について説明する。但し、簡単のために融液と結晶の密
度は等しいと仮定する。
First, the crystal straight body analysis model shown in FIG. 1 will be described. However, for simplicity, it is assumed that the densities of the melt and the crystal are equal.

【0020】t時間で結晶を長さXs 引き上げると、引
き上げ速度がVs であるから融液表面位置はXm だけ変
化する。
[0020] t time, crystal pulling length X s, pulling rate melt surface position from a V s changes by X m.

【0021】このとき、数1式〜数3式が成立する。At this time, equations (1) to (3) hold.

【0022】[0022]

【数1】Xs =Vs ・tX s = V s · t

【0023】[0023]

【数2】S=πr2 (Xs −Xm[Number 2] S = πr 2 (X s -X m)

【0024】[0024]

【数3】Xm =Vc ・t−S/πR2 数1式〜数3式を整理すると、数4式となる。X m = V c · t-S / πR 2 Equations 1 to 3 are rearranged into Equation 4.

【0025】[0025]

【数4】 Xm =(R2c −r2s )・t/(R2 −r2 ) 従って、単結晶成長速度Vg は数5式となる。X m = (R 2 V c −r 2 V s ) · t / (R 2 −r 2 ) Accordingly, the single crystal growth rate V g is represented by the following equation (5).

【0026】[0026]

【数5】 Vg =Vs −dXm /dt =(Vs −Vc )R2 /(R2 −r2 ) 数4式において、Xm =0のときが融液表面位置が一定
の場合であるから、このときの坩堝上昇速度Vc * は数
6式になり、このときVg =Vs となる。
In Equation 5] V g = V s -dX m / dt = (V s -V c) R 2 / (R 2 -r 2) Eq. 4, the melt surface position when X m = 0 is a constant since the case of the crucible lifting speed V c * at this time it becomes equation (6), and this time V g = V s.

【0027】[0027]

【数6】Vc * =Vs2 /R2 一般に直胴部においては数6式を用いて融液表面位置が
一定となるように、坩堝上昇速度を制御している。この
場合、引き上げ速度が単結晶成長速度に一致する。
V c * = V s r 2 / R 2 In general, in the straight body portion, the rising speed of the crucible is controlled using Equation 6 so that the melt surface position is constant. In this case, the pulling speed matches the single crystal growth speed.

【0028】次に、図2に示した結晶尾部解析モデルに
ついて説明する。
Next, the crystal tail analysis model shown in FIG. 2 will be described.

【0029】微小時間dtの間に引き上げられた微小体
積dSは数7式で表わされる。
The minute volume dS raised during the minute time dt is expressed by the following equation (7).

【0030】[0030]

【数7】dS=πr2 (1−h/H)2 dh 従って、時間tの間に引き上げられる体積は数8式とな
る。
DS = πr 2 (1-h / H) 2 dh Therefore, the volume that can be raised during the time t is given by the following equation (8).

【0031】[0031]

【数8】 (Equation 8)

【0032】簡単のために、dhを十分小さくとって、 S=πr2 (1−h/H)2 (Xs −Xm )と近似する
と数9式となる。
[0032] For simplicity, the dh taking sufficiently small, the number 9 expression is approximated with S = πr 2 (1-h / H) 2 (X s -X m).

【0033】[0033]

【数9】 (Equation 9)

【0034】従って、単結晶成長速度Vg は数10式と
なる。
Therefore, the single crystal growth rate V g is given by the following equation (10).

【0035】[0035]

【数10】Vg =R2 (Vs −Vc )/{R2 −r2
(1−h/H)2 } 以下、本発明に係る単結晶成長方法の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
V g = R 2 (V s −V c ) / {R 2 −r 2
(1-h / H) 2 } Hereinafter, an embodiment of a single crystal growth method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0036】図3は、本発明に係る単結晶成長方法を実
施するための結晶成長装置の模式的断面図である。図中
1は坩堝を示しており、坩堝1は有底円筒状をなす石英
製の内層保持容器1aと内層保持容器1aの外側を保持
すべく嵌合された同じく有底円筒状の黒鉛製の外層保持
容器1bにて構成されており、回転並びに昇降可能な支
持軸4の上端部に固定されている。坩堝1の外側には抵
抗加熱式ヒーター2が同心円状に配設されており、ヒー
ター2の外側には保温筒6aが同心円状に配設され、底
部には保温板6bが配設されている。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a crystal growth apparatus for performing the single crystal growth method according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a crucible, and the crucible 1 is a bottomed cylindrical inner holding container 1a made of quartz and a bottomed cylindrical graphite made of graphite fitted to hold the outside of the inner holding container 1a. It is composed of an outer layer holding container 1b, and is fixed to the upper end of a support shaft 4 that can rotate and move up and down. A resistance heating type heater 2 is arranged concentrically outside the crucible 1, a heat insulation cylinder 6 a is arranged concentrically outside the heater 2, and a heat insulation plate 6 b is arranged at the bottom. .

【0037】坩堝1内には所定重量の原料をヒーター2
により溶融させた溶融液9が充填されている。坩堝1の
中心軸上には、支持軸4と同一軸心で逆方向あるいは同
方向に所定の速度で回転する引き上げ棒あるいはワイヤ
ー等からなる引き上げ軸3が配設されており、引き上げ
軸3には保持具3aを介して種結晶10が吊り下げられ
ている。引き上げ軸3を引き上げることにより、種結晶
10の下端から結晶8を成長させるようになっており、
結晶8は結晶直胴部8a、結晶尾部8bを有している。
中空円筒状のチャンバ5は円筒状をなすメインチャンバ
5aとメインチャンバ5aに連接固定された円筒状のプ
ルチャンバ5bから構成されている。また、図中7はC
CDカメラを示している。
In crucible 1, a predetermined weight of raw material is supplied to heater 2.
Is filled with the melt 9 melted by the method. On the central axis of the crucible 1, a pulling shaft 3 made of a pulling rod or a wire, which is rotated at a predetermined speed in the opposite direction or the same direction with the same axis as the supporting shaft 4, is provided. The seed crystal 10 is suspended via the holder 3a. By pulling up the pulling shaft 3, the crystal 8 is grown from the lower end of the seed crystal 10.
The crystal 8 has a crystal straight body 8a and a crystal tail 8b.
The hollow cylindrical chamber 5 is composed of a cylindrical main chamber 5a and a cylindrical pull chamber 5b connected and fixed to the main chamber 5a. 7 in the figure is C
Shows a CD camera.

【0038】次に、実施の形態(1)に係る単結晶成長
方法について説明する。
Next, a single crystal growing method according to the embodiment (1) will be described.

【0039】尾部8bの形成時に坩堝上昇を停止した状
態で、単結晶成長速度が一定となるように引き上げ速度
を設定する。これは数10式において、単結晶成長速度
gが一定、坩堝上昇速度Vc =0の場合であるから、
引き上げ速度Vs * は数11式で表わされる。
In the state where the crucible is not lifted when the tail portion 8b is formed, the pulling speed is set so that the single crystal growth speed becomes constant. Since this is a case where the single crystal growth speed V g is constant and the crucible raising speed V c = 0 in the equation (10),
The pulling speed V s * is expressed by Equation 11.

【0040】[0040]

【数11】Vs * =[{R2 −r2 (1−h/H)2
/R2 ]Vg 上記実施の形態(1)に係る単結晶成長方法によれば、
単結晶成長速度が一定、また坩堝1の上昇を停止させて
いるために、固液界面形状や結晶径の変動を小さくし
て、尾部8bの有転位化を防止することができる。
V s * = [{R 2 −r 2 (1-h / H) 2 }
/ R 2 ] V g According to the single crystal growth method according to the above-mentioned embodiment (1),
Since the single crystal growth rate is constant and the rise of the crucible 1 is stopped, fluctuations in the solid-liquid interface shape and crystal diameter can be reduced, and dislocation of the tail 8b can be prevented.

【0041】次に、実施の形態(2)に係る単結晶成長
方法について説明する。
Next, a single crystal growing method according to the embodiment (2) will be described.

【0042】尾部8bの形成時に単結晶成長速度と融液
表面位置が一定となるように、坩堝上昇速度及び引き上
げ速度を設定する。これは数9式において、融液表面移
動量Xm =0の場合であるから、坩堝上昇速度Vc は数
12式で表わされる。このとき、引き上げ速度Vs =単
結晶成長速度Vg となる。
The crucible lifting speed and the pulling speed are set so that the single crystal growth speed and the melt surface position are constant when the tail portion 8b is formed. This in equation (9), since it is the case of the melt surface moving amount X m = 0, the crucible lifting speed V c is represented by the equation (12). At this time, the pulling rate V s = single crystal growth rate V g.

【0043】[0043]

【数12】 Vc =(r2 /R2 )(1−h/H)2s 上記実施の形態(2)に係る単結晶成長方法によれば、
単結晶上昇速度と融液表面位置が一定となるために、固
液界面形状や結晶径の変動を小さくして、尾部8bの有
転位化をさらに防止することができる。
According to the single crystal growth method according to the number 12 V c = (r 2 / R 2) (1-h / H) 2 V s above embodiment (2),
Since the single crystal rising speed and the melt surface position are constant, fluctuations in the solid-liquid interface shape and crystal diameter can be reduced, and dislocation in the tail 8b can be further prevented.

【0044】次に、実施の形態(3)に係る単結晶成長
方法では、尾部8bの長さが結晶径の0.7〜1.2倍
の円錐となるようする。
Next, in the single crystal growth method according to the embodiment (3), the length of the tail portion 8b is set to be a cone of 0.7 to 1.2 times the crystal diameter.

【0045】上記実施の形態(3)に係る単結晶成長方
法によれば、設定した長さと実際の長さが異なったとし
ても、単結晶成長速度に大きな差が生じるのを防ぐこと
ができる。また1.2倍を超えると尾部8bの形成時間
が長くなり生産性が低下し、0.7倍未満の場合、実際
に形成することが困難である。
According to the method for growing a single crystal according to the above embodiment (3), even if the set length differs from the actual length, it is possible to prevent a large difference in single crystal growth rate from occurring. On the other hand, when the ratio exceeds 1.2 times, the formation time of the tail portion 8b becomes longer and the productivity decreases. When the ratio is less than 0.7 times, it is difficult to actually form the tail portion 8b.

【0046】[0046]

【実施例】以下に、単結晶成長方法の実施例について説
明する。
EXAMPLES Examples of the single crystal growth method will be described below.

【0047】 引き上げ結晶 :直径300mmのシリコン単結晶 原料仕込み量 :高純度多結晶シリコン 150kg 溶解方法 :抵抗加熱式 炉内雰囲気 :10Torr Ar(アルゴン)50リットル/min 石英坩堝のサイズ :直径 650mm、高さ 400mm ヒーターのサイズ :内径 700mm、外径 740mm 高さ 500mm 保温筒のサイズ :内径 800mm、外径 950mm メインチャンバ5aの寸法 :直径 1000mm、高さ 1200mm 引き上げ軸3の回転数 :10rpm 坩堝1の回転数 :8rpm 結晶直胴部8aの長さ :650mm このようにして実施するが、尾部8bの形成時に、単結
晶成長速度が一定となる場合と、単結晶成長速度と融液
表面位置が一定となる場合の引き上げ速度及び坩堝上昇
速度を示す。
Pulled crystal: silicon single crystal having a diameter of 300 mm Raw material charge amount: 150 kg of high-purity polycrystalline silicon Melting method: resistance heating furnace atmosphere: 10 Torr Ar (argon) 50 liter / min Size of quartz crucible: diameter 650 mm, high 400 mm Heater size: 700 mm inside diameter, 740 mm outside diameter Height: 500 mm Size of heat retaining cylinder: 800 mm inside diameter, 950 mm outside diameter Dimensions of main chamber 5 a: 1000 mm diameter, 1200 mm height Number of rotations of lifting shaft 3: 10 rpm Rotation of crucible 1 Number: 8 rpm Length of crystal straight body portion 8a: 650 mm This is carried out as described above. When the tail portion 8b is formed, the single crystal growth speed is constant, and when the single crystal growth speed and the melt surface position are constant. The lifting speed and the crucible lifting speed .

【0048】単結晶上昇速度が一定となる場合におい
て(実施例1)、 結晶尾部8bの長さH :280mm 坩堝1の上昇速度Vc :0mm/min 単結晶成長速度Vg :0.41mm/min 引き上げ速度Vs :数11式を用いる このようにして実施した場合の単結晶成長速度、引き上
げ速度、尾部8bの長さ及び融液表面位置の変化を図4
に示す。
When the single crystal rising speed is constant (Example 1), the length H of the crystal tail 8b is 280 mm, the rising speed V c of the crucible 1 is 0 mm / min, and the single crystal growing speed V g is 0.41 mm / min pulling speed V s : Equation (11) is used. FIG. 4 shows changes in single crystal growth speed, pulling speed, tail 8b length, and melt surface position in the case of performing in this manner.
Shown in

【0049】この図から明らかなように、結晶径の変動
の少ない滑らかな形状の尾部8bを有する結晶8を全域
無転位で得ることができた。
As is apparent from this figure, a crystal 8 having a smooth tail 8b with little variation in crystal diameter was obtained without dislocations throughout.

【0050】単結晶成長速度と融液表面位置が一定と
なる場合において(実施例2)、 結晶尾部8bの長さH :280mm 坩堝1の上昇速度Vc :数12式を用いる 単結晶成長速度Vg :0.4mm/min 引き上げ速度Vs :0.4mm/min このようにして実施した場合の単結晶成長速度、引き上
げ速度、坩堝上昇速度、尾部8bの長さ及び融液表面位
置の変化を図5に示す。
When the growth rate of the single crystal and the position of the melt surface are constant (Example 2), the length H of the crystal tail 8b: 280 mm The rising speed V c of the crucible 1: Equation 12 is used. V g : 0.4 mm / min Pulling speed V s : 0.4 mm / min Changes in single crystal growth speed, pulling speed, crucible raising speed, length of tail portion 8 b and melt surface position in this case Is shown in FIG.

【0051】この図から明らかなように、結晶径の変動
の少ない滑らかな形状の尾部8bを有する結晶8を全域
無転位で得ることができた。
As is apparent from this figure, a crystal 8 having a smooth tail portion 8b with little variation in crystal diameter was obtained without dislocation throughout.

【0052】図6には、尾部8bの形成時に坩堝上昇を
停止させた状態で、引き上げ速度を一定にした場合の単
結晶成長速度、引き上げ速度、尾部8bの長さ及び融液
表面位置の変化を示す(従来法1)。
FIG. 6 shows changes in the single crystal growth rate, the pulling rate, the length of the tail 8b, and the melt surface position when the pulling rate is kept constant with the crucible being stopped during the formation of the tail 8b. (Conventional method 1).

【0053】図7には、尾部8bの形成初期時には坩堝
上昇速度を一定にし、途中から一定の割合で減じるよう
に設定した場合の単結晶成長速度、引き上げ速度、坩堝
上昇速度、尾部8bの長さ及び融液表面位置の変化を示
す(従来法2)。
FIG. 7 shows the single crystal growth speed, the pulling speed, the crucible lifting speed, and the length of the tail portion 8b when the crucible rising speed is set to be constant at the initial stage of the formation of the tail portion 8b and is set to be reduced at a constant rate from the middle. 2 shows changes in the melt position and the melt surface position (conventional method 2).

【0054】表1は、従来の方法と本発明の実施例にお
いて、製品歩留り(=製品部重量/原料重量)を比較し
たものである。従来の方法では、直径が大きいために尾
部における有転位化でも直胴部への転位の伝播が大き
く、歩留りを大きく下げたが、実施例では、有転位化を
防止し、製品歩留りを大幅に向上させることができた。
Table 1 compares the product yield (= product part weight / raw material weight) between the conventional method and the embodiment of the present invention. In the conventional method, the dislocation propagation in the tail part is large even in the dislocation at the tail due to the large diameter, and the yield is greatly reduced, but in the embodiment, the dislocation is prevented and the product yield is significantly reduced. Could be improved.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】結晶直胴部における引き上げ速度、坩堝上昇速
度及び単結晶成長速度の関係を説明するためのモデル図
である。
FIG. 1 is a model diagram for explaining the relationship among a pulling speed, a crucible lifting speed, and a single crystal growth speed in a crystal straight body.

【図2】結晶尾部における引き上げ速度、坩堝上昇速度
及び単結晶成長速度の関係を説明するためのモデル図で
ある。
FIG. 2 is a model diagram for explaining a relationship among a pulling speed, a crucible lifting speed, and a single crystal growth speed at a crystal tail.

【図3】本発明に係る単結晶成長方法を実施するための
結晶成長装置の模式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a crystal growth apparatus for performing a single crystal growth method according to the present invention.

【図4】結晶尾部の形成時に、単結晶成長速度が一定と
なるように設定した場合の単結晶上昇速度、引き上げ速
度、尾部の長さ及び融液表面位置の変化を示した図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing changes in a single crystal rising speed, a pulling speed, a tail length, and a melt surface position when a single crystal growth speed is set to be constant when a crystal tail is formed.

【図5】結晶尾部の形成時に、単結晶成長速度と融液表
面位置が一定となるように設定した場合の単結晶成長速
度、引き上げ速度、尾部の長さ及び融液表面位置の変化
を示した図である。
FIG. 5 shows changes in single crystal growth speed, pulling speed, tail length, and melt surface position when the single crystal growth speed and the melt surface position are set to be constant during the formation of the crystal tail. FIG.

【図6】結晶尾部の形成時に、坩堝上昇を停止した状態
で、引き上げ速度を一定にした従来法1の場合の単結晶
成長速度、引き上げ速度、尾部の長さ及び融液表面位置
の変化を示した図である。
FIG. 6 shows changes in the single crystal growth rate, the pulling rate, the length of the tail, and the melt surface position in the case of the conventional method 1 in which the pulling rate was kept constant while the crucible was not lifted when forming the crystal tail. FIG.

【図7】結晶尾部の形成初期時には坩堝上昇速度を一定
にし、途中から一定の割合で減じるように設定した従来
法2の場合の単結晶成長速度、引き上げ速度、尾部の長
さ及び融液表面位置の変化を示した図である。
FIG. 7 shows a single crystal growth speed, a pulling speed, a tail length, and a melt surface in the case of the conventional method 2 in which the crucible ascending speed is set to be constant at the initial stage of the formation of the crystal tail, and is set to be reduced at a constant rate from the middle. It is a figure showing change of a position.

【図8】従来のCZ法の実施態様を示した模式的断面図
である。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing an embodiment of a conventional CZ method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 坩堝 1a 石英製の内層保持容器 1b 黒鉛製の外層保持容器 2 抵抗加熱式ヒーター 3 引き上げ軸 3a 保持具 4 支持軸 5 チャンバ 5a メインチャンバ 5b プルチャンバ 6a 保温筒 6b 保温板 7 CCDカメラ 8 単結晶 8a 結晶直胴部 8b 結晶尾部 9 溶融液 10 種結晶 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crucible 1a Quartz inner layer holding container 1b Graphite outer layer holding container 2 Resistance heating type heater 3 Pull-up shaft 3a Holder 4 Support shaft 5 Chamber 5a Main chamber 5b Pull chamber 6a Heat insulating cylinder 6b Heat insulating plate 7 CCD camera 8 Single crystal 8a Crystal body 8b Crystal tail 9 Melt 10 Seed crystal

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 坩堝内に充填した半導体結晶用原料を溶
解させ、溶融液から単結晶を引き上げて成長させる単結
晶成長方法において、 前記溶融液から結晶を切り離すために、結晶径を徐々に
減じて尾部を形成する際、単結晶成長速度が一定となる
ように、坩堝上昇速度及び引き上げ速度を設定すること
を特徴とする単結晶成長方法。
In a single crystal growth method for melting a semiconductor crystal raw material filled in a crucible and pulling a single crystal from the melt to grow the crystal, the crystal diameter is gradually reduced to separate the crystal from the melt. A method for growing a single crystal, comprising: setting a crucible lifting speed and a pulling speed such that a growth rate of a single crystal is constant when forming a tail portion.
【請求項2】 坩堝内に充填した半導体結晶用原料を溶
解させ、溶融液から単結晶を引き上げて成長させる単結
晶成長方法において、 前記溶融液から結晶を切り離すために、結晶径を徐々に
減じて尾部を形成する際、単結晶成長速度が一定となる
と共に、融液表面位置が一定となるように、坩堝上昇速
度及び引き上げ速度を設定することを特徴とする単結晶
成長方法。
2. A single crystal growth method for melting a semiconductor crystal raw material filled in a crucible and pulling a single crystal from the melt to grow the crystal, wherein the crystal diameter is gradually reduced to separate the crystal from the melt. A method for growing a single crystal, comprising: setting a crucible lifting speed and a pulling speed such that a single crystal growth speed is constant and a melt surface position is constant when forming a tail portion.
【請求項3】 前記尾部の長さが結晶径の0.7〜1.
2倍の円錐となるように、坩堝上昇速度及び引き上げ速
度を設定することを特徴とする請求項1又は請求項2記
載の単結晶成長方法。
3. The length of the tail part is 0.7-1.
3. The method of growing a single crystal according to claim 1, wherein the crucible raising speed and the pulling speed are set so as to obtain a double cone.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007176761A (en) * 2005-12-28 2007-07-12 Siltronic Japan Corp Manufacturing method and manufacturing device for silicon single crystal
JP2012001408A (en) * 2010-06-18 2012-01-05 Sumco Corp Method for growing silicon single crystal
DE102016201778A1 (en) * 2016-02-05 2017-08-10 Siltronic Ag Method of determining and controlling a diameter of a single crystal while pulling the single crystal

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