JP2825938B2 - Single crystal pulling device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は単結晶引上げ装置に関するものである。詳し
く述べると本発明は安定した単結晶育成を行なえると同
時に、酵素含有率が低くかつ酵素誘起積層欠陥(OSF)
の発生の少ない単結晶を得ることのできる単結晶引上げ
装置に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a single crystal pulling apparatus. More specifically, the present invention can stably grow single crystals, and has a low enzyme content and enzyme-induced stacking fault (OSF).
The present invention relates to a single crystal pulling apparatus capable of obtaining a single crystal with less occurrence of cracks.
[従来の技術] シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素などの単結晶
体の製造方法として、坩堝内の融液から結晶を成長させ
つつ引上げるチョクラルスキー法(CZ法)が広く行なわ
れている。2. Description of the Related Art As a method for producing a single crystal such as silicon, germanium, and gallium arsenide, a Czochralski method (CZ method) in which a crystal is grown from a melt in a crucible while growing the crystal is widely used.
従来、このCZ法によりシリコン単結晶を得るようとす
る場合、例えば第3図に模式的に示すような構成の単結
晶引上げ装置が用いられている。Conventionally, when a silicon single crystal is to be obtained by the CZ method, for example, a single crystal pulling apparatus having a structure schematically shown in FIG. 3 is used.
単結晶引上げ装置1は、第3図に示すように加熱チャ
ンバ部2aと引上げチャンバ部2bとからなるチャンバ2を
有している。加熱チャンバ部2a内には、チャンバ2外に
位置する駆動装置3よりチャンバ底部を貫通して延長さ
れる回転軸4に支持された石英製坩堝5、および該石英
製坩堝5を所定の間隔を有して囲繞する筒状の加熱ヒー
タ6が備えられている。なお、この例においては石英製
坩堝5の外周は黒鉛製坩堝7により保護されており、さ
らにこの黒鉛製坩堝7は黒鉛製受け皿8を介して回転軸
4へ支持されている。The single crystal pulling apparatus 1 has a chamber 2 composed of a heating chamber 2a and a pulling chamber 2b as shown in FIG. In the heating chamber section 2a, a quartz crucible 5 supported by a rotating shaft 4 extending through the bottom of the chamber from a driving device 3 located outside the chamber 2 and a predetermined interval of the quartz crucible 5 are provided. A cylindrical heater 6 is provided to surround and surround. In this example, the outer periphery of the quartz crucible 5 is protected by a graphite crucible 7, and the graphite crucible 7 is supported on the rotating shaft 4 via a graphite tray 8.
一方、引上げチャンバ部2bは、前記石英製坩堝5内に
形成されるシリコン融液9から引上げられ育成されるシ
リコン単結晶体10の引上げ軸に沿って前記加熱チャンバ
部2aよりも上方へ延長された、前記加熱チャンバ部2aよ
りも内径の小さな部位である。On the other hand, the pulling chamber portion 2b extends above the heating chamber portion 2a along the pulling axis of the silicon single crystal body 10 pulled up and grown from the silicon melt 9 formed in the quartz crucible 5. Further, it is a portion having an inner diameter smaller than that of the heating chamber 2a.
またチャンバ2内にはチャンバ上部壁面を挿通して上
方より垂下された先端部に種結晶12を保持するためのチ
ャック13を有する引上げワイヤ14が配してあり、この引
上げワイヤ14は、前記引上げタンバ部2bの上部に設けら
れたワイヤと引上げ装置11によって、回転しながら昇降
することを可能とされている。A pull-up wire 14 having a chuck 13 for holding the seed crystal 12 is disposed in the chamber 2 at a tip portion which penetrates the upper wall of the chamber and hangs down from above. The pull-up wire 14 is provided with the pull-up wire. The wire and the pulling device 11 provided on the upper part of the tumbler portion 2b allow the ascending and descending while rotating.
このような構成を有する引上げ装置1において、単結
晶の育成を行なうにはまず、石英製坩堝5内に立結晶シ
リコンおよび必要に応じて添加されるドーパントなどの
原料を所定量装填し、加熱ヒータ6によって加熱して原
料を溶融して融液9を形成する。そして、該融液9に引
上げワイヤ14先端に取付けられた種結晶12を浸漬し、石
英製坩堝5および種結晶12を回転させながら引上げ、種
結晶12の下端に単結晶体10を成長させるものである。In the pulling apparatus 1 having such a structure, to grow a single crystal, first, a predetermined amount of raw materials such as cubic silicon and dopants added as necessary is loaded into a quartz crucible 5 and a heater is provided. 6 to melt the raw material to form a melt 9. Then, the seed crystal 12 attached to the tip of the pulling wire 14 is immersed in the melt 9, pulled up while rotating the quartz crucible 5 and the seed crystal 12, and growing the single crystal body 10 at the lower end of the seed crystal 12. It is.
ところで、このような単結晶引上げにおいて、石英製
坩堝5内に形成された高温の融液9からはシリコンモノ
オキサイド(SiO)などが蒸発している。このような蒸
発物が、チャンバ2壁面において凝縮し、落下して単結
晶の成長界面に到達すると結晶が有転位化してしまう虞
れが大きいものとなる。このため、従来上記のような単
結晶引上げ操作時においては、不活性ガスとしてのアル
ゴンガスGを引上げチャンバ部2b側から加熱チャンバ部
2aへと流下させ、このアルゴンガスGに伴送させて蒸発
物を系外に排出することにより上記のような有転位化の
発生を抑制しようとすることが行なわれている。By the way, in pulling such a single crystal, silicon monooxide (SiO) and the like are evaporated from the high-temperature melt 9 formed in the quartz crucible 5. When such evaporated matter is condensed on the wall surface of the chamber 2 and falls and reaches the single crystal growth interface, there is a high possibility that the crystal is dislocated. Therefore, in the conventional single crystal pulling operation as described above, an argon gas G as an inert gas is supplied from the pulling chamber portion 2b side to the heating chamber portion.
It is attempted to suppress the occurrence of the above-mentioned dislocations by flowing down to 2a and accompanying the argon gas G to discharge the evaporant out of the system.
しかしながら第3図に示すように、従来の単結晶引上
げ装置1のチャンバ2において、加熱チャンバ部2aは引
上げチャンバ部2bとの連結部直前、すなわち上部域にお
いてかなり急激に縮径された形状を有している。このた
め、比較的内径の小さな引上げチャンバ部2b側から加熱
チャンバ部2aへと導入されたアルゴンガスGの流れは、
加熱チャンバ部2aの肩部位Aまで十分に回り込まず、こ
の肩部位Aには渦流が生じてしまう。このため、融液9
から蒸発上昇した蒸発物の一部がこの肩部位Aに到達す
るようなこの部位において滞留してしまい、前記したよ
うな有転位化の問題が発生する虞れが生じるものとなっ
ていた。However, as shown in FIG. 3, in the chamber 2 of the conventional single crystal pulling apparatus 1, the heating chamber section 2a has a shape whose diameter is considerably sharply reduced immediately before the connection with the pulling chamber section 2b, that is, in the upper region. doing. For this reason, the flow of the argon gas G introduced into the heating chamber 2a from the pulling chamber 2b having a relatively small inner diameter is
It does not sufficiently reach the shoulder portion A of the heating chamber portion 2a, and a vortex flows at the shoulder portion A. Therefore, the melt 9
A portion of the evaporated material that has evaporated and rises from this portion stays at this portion where it reaches the shoulder portion A, and there is a possibility that the problem of dislocation described above may occur.
また、従来の単結晶引上げ装置1においては、加熱チ
ャンバ部2aの空間が比較的大きいために、融液9からの
熱の放散が大きくなる。このため、融液9を形成するの
に必要とされる加熱ヒータ6の熱量が大きくなり石英製
坩堝5の壁面温度が高くなり、石英製坩堝5から溶出す
る酸素量が増大し、得られる単結晶の酸素含有量が増大
してしまうものとなった。さらに、引上げ操作時にチャ
ンバ2の壁面は水冷およびアルゴンガスGにより冷却さ
れているが、前記したように加熱チャンバ部2aから引上
げチャンバ部2bへはかなり急激に縮径された構造を有す
るために、引上げられる単結晶体10が加熱チャンバ部2a
から引上げチャンバ部2bへと突入する際に急激に冷却さ
れることとなる。シリコン単結晶でN型化したものは、
引上げ中のの結晶の各部位の冷却速度が800℃以下の温
度域で5℃/min以上に早まると、OSFの発生が著しくな
ることを、本出願人らは見出した。つまり、このような
構成の単結晶引上げ装置はOSFの発生の面でも問題のあ
るものであった。Further, in the conventional single crystal pulling apparatus 1, since the space of the heating chamber section 2a is relatively large, the dissipation of heat from the melt 9 is large. For this reason, the amount of heat of the heater 6 required to form the melt 9 increases, the wall surface temperature of the quartz crucible 5 increases, and the amount of oxygen eluted from the quartz crucible 5 increases. The oxygen content of the crystal was increased. Further, the wall surface of the chamber 2 is cooled by water cooling and the argon gas G during the pulling operation. However, as described above, the diameter of the wall from the heating chamber portion 2a to the pulling chamber portion 2b is considerably sharply reduced. The single crystal body 10 to be pulled is heated in the heating chamber 2a.
When it enters the pull-up chamber 2b from above, it is rapidly cooled. N-type silicon single crystal
The present applicants have found that when the cooling rate of each part of the crystal during pulling is increased to 5 ° C./min or more in a temperature range of 800 ° C. or less, OSF is remarkably generated. That is, the single crystal pulling apparatus having such a configuration has a problem in terms of generation of OSF.
さらに、最近、単結晶引上げ装置において、第4図に
示すように、引上げられる単結晶体10を軸とし、下端部
が融液9液面および引上げられる単結晶体10の外周面に
近接する逆円錐状の断熱部材15を設けたものが開発され
ている。このような逆円錐状断熱部材15を石英製坩堝15
上部に設ければ、融液9ないしは加熱ヒータ6などから
の熱の放散が抑制され、加熱ヒータ6の熱量の低減化、
さらには得られる単結晶体10における酸素含有量を低下
させることが可能となる。また該逆円錐状断熱部材15は
融液9上部を実質的に覆っているために、溶液9から蒸
発するSiOがチャンバ2上部へと上昇することを防止
し、さらにアルゴンガスGの融液9界面近傍の流れをあ
る程度整流してSiOを系外に除去することができるた
め、上記したような単結晶体10の有転位化の防止がかな
り期待できるものとなる。しかしながら、このような逆
円錐状断熱部材15を設けた場合においては、上記したよ
うに熱の放散が抑制されるために引上げられる単結晶体
10が急冷され、OSFの発生する虞れがより高くなってし
まうものであり、さらにアルゴンガスGの整流も十分な
ものとは言え難いものであった。Further, recently, in a single crystal pulling apparatus, as shown in FIG. 4, a single crystal body 10 to be pulled is used as an axis, and a lower end portion is close to a liquid surface of the melt 9 and an outer peripheral surface of the single crystal body 10 to be pulled. One provided with a conical heat insulating member 15 has been developed. Such an inverted conical heat insulating member 15 is placed in a quartz crucible 15
If provided on the upper portion, the dissipation of heat from the melt 9 or the heater 6 or the like is suppressed, and the amount of heat of the heater 6 is reduced,
Furthermore, the oxygen content in the obtained single crystal body 10 can be reduced. Further, since the inverted conical heat insulating member 15 substantially covers the upper part of the melt 9, it prevents SiO evaporating from the solution 9 from rising to the upper part of the chamber 2, and further prevents the SiO 2 evaporating from the melt 9 of the argon gas G. Since the flow near the interface can be rectified to some extent and SiO can be removed out of the system, prevention of dislocation of the single crystal body 10 as described above can be considerably expected. However, in the case where such an inverted conical heat insulating member 15 is provided, as described above, the single crystal body pulled up because heat dissipation is suppressed.
10 was quenched and the risk of OSF generation was further increased, and the rectification of the argon gas G was not sufficiently satisfactory.
また、さらに単結晶引上げ装置において、チャンバ2
の加熱チャンバ部2aにおけるアルゴンガスGの流れを整
流するための整流板16を設けることも数多く提唱されて
いるが、これらの整流板16は、第5図に示される一例に
おけるごとく、いずれも引上げられる単結晶体10を軸と
し、この単結晶体10を囲繞する直管状の部位をその要部
とするものであった。しかしながら、このような直管状
の整流板16では、引上げられる単結晶体10が該整流板16
の内方に突入した際に、単結晶体10が急冷されることと
なり、OSFの発生の虞れが高くなるものである。この傾
向は整流効果を高めようとして整流板16を長くするほど
顕著となる。また、このような直管状の整流板16によっ
ても、加熱チャンバ部2a内のアルゴンガスの流れは十分
に整流されず、上記したような渦流の発生の虞れがあ
り、特に整流板16が短いあるいは整流板16の上端部が加
熱チャンバ部2aと引上げチャンバ部2bとの連結部と接し
ていない場合においては顕著であり、改善の余地の残る
ものであった。Further, in the single crystal pulling apparatus, the chamber 2
There have been many proposals to provide rectifying plates 16 for rectifying the flow of the argon gas G in the heating chamber section 2a, but these rectifying plates 16 are all pulled up as in the example shown in FIG. The single-crystal body 10 was used as an axis, and the main part was a straight tubular part surrounding the single-crystal body 10. However, in such a straight tubular current plate 16, the pulled single crystal body 10 is
The single crystal body 10 is quenched when it enters inward, and the risk of OSF generation increases. This tendency becomes more conspicuous as the length of the current plate 16 is increased in order to enhance the current effect. Further, even with such a straight tubular current plate 16, the flow of the argon gas in the heating chamber portion 2a is not sufficiently rectified, and there is a possibility that the vortex flows as described above may occur. Alternatively, when the upper end of the current plate 16 is not in contact with the connection between the heating chamber 2a and the pull-up chamber 2b, this is remarkable, and there is room for improvement.
[発明が解決しようとする課題] 従って、本発明は安定した単結晶育成を行なえると同
時に、酵素含有率が低くかつ酸素誘起積層欠陥(OSF)
の発生の少ない単結晶を得ることのできる新規な単結晶
引上げ装置を提供することを目的とするものである。[Problems to be Solved by the Invention] Accordingly, the present invention can stably grow a single crystal, and at the same time, has a low enzyme content and an oxygen-induced stacking fault (OSF).
It is an object of the present invention to provide a novel single crystal pulling apparatus capable of obtaining a single crystal with less occurrence of cracks.
[課題を解決するための手段] 上記諸目的は、坩堝およびこの坩堝に対する加熱手段
を収容する加熱チャンバ部と、この加熱チャンバ部の上
方に単結晶の引上げ軸に沿って延長された前記加熱チャ
ンバ部よりも内径の小さな引上げチャンバ部とからなる
チャンバを有し、前記坩堝内に形成された原料融液に種
結晶を浸漬し引上げて単結晶を育成する単結晶引上げ装
置において、前記チャンバの引上げチャンバ部と加熱チ
ャンバ部との連結部に前記引上げチャンバの内径とほぼ
同じ内径の上端部が位置し、この部位から単結晶の引上
げ軸に沿って垂直方向から20〜70゜の傾斜で下方へ延長
され、少なくともその下端部位において漸次拡径され、
加熱チャンバの内径の0.3〜1.0倍の内径の下端部が加熱
ヒータ上端から引上げチャンバ下端までの距離の0.3〜
0.8倍の距離に位置する筒状の整流板を備えたことを特
徴とする単結晶引上げ装置によって達成される。[Means for Solving the Problems] The above objects are attained by providing a heating chamber for accommodating a crucible and a heating means for the crucible, and the heating chamber extending along a single crystal pulling axis above the heating chamber. A single crystal pulling apparatus for growing a single crystal by dipping a seed crystal into a raw material melt formed in the crucible and pulling the single crystal, wherein the pulling chamber includes a pulling chamber having an inner diameter smaller than the inner diameter of the chamber. An upper end portion having an inner diameter substantially equal to the inner diameter of the pulling chamber is located at a connecting portion between the chamber portion and the heating chamber portion, and from this portion, along a pulling axis of the single crystal, is inclined downward by 20 to 70 ° from a vertical direction. Extended, and gradually expanded at least at its lower end,
The lower end of the inner diameter of 0.3 to 1.0 times the inner diameter of the heating chamber is 0.3 to 0.3 mm of the distance from the upper end of the heater to the lower end of the pulling chamber.
This is achieved by a single crystal pulling apparatus characterized by comprising a cylindrical current plate located at a distance of 0.8 times.
[作用] このように本発明の単結晶引上げ装置においては、引
上げチャンバ部と加熱チャンバ部との連結部に前記引上
げチャンバの内径とほぼ内径の上端部が位置し、この部
位から単結晶の引上げ軸に沿って下方へ延長され、少な
くともその下端部位において漸次拡径された筒状の整流
板が設けられていることから、引上げチャンバ部側から
供給されるArガス等の不活性ガスは、該整流板により整
流され、引上げチャンバ部におけるガス流れが安定した
ものとなる。このため、引上げチャンバ部内に滞留する
SiOなどが単結晶成長界面に付着し有転位化してしまう
などといった問題が発生する虞れが少なくなり、安定し
た単結晶育成が行なえるものとなる。[Operation] As described above, in the single crystal pulling apparatus of the present invention, the upper end of the pulling chamber and the inner diameter of the pulling chamber are located at the connection between the pulling chamber and the heating chamber, and the single crystal is pulled from this portion. An inert gas such as an Ar gas supplied from the pulling chamber side is provided with a cylindrical straightening plate that extends downward along the axis and has a diameter gradually increased at least at a lower end portion thereof. The gas is rectified by the rectifying plate, and the gas flow in the pulling chamber becomes stable. For this reason, it stays in the pulling chamber.
The risk of problems such as SiO being attached to the single crystal growth interface and causing dislocations is reduced, and stable single crystal growth can be performed.
さらに、この整流板は引上げチャンバ部の空間内に張
出した形状となるために、該整流板は融液からの熱の放
電を低下させる断熱材として機能する。このため、該整
流板を設けた単結晶引上げ装置においては、融液を形成
するためのヒータ等の加熱手段による加熱を低減化し石
英製坩堝の温度を低下させることができるために、坩堝
より溶出する酸素量を低下させることができ、低酸素含
有の単結晶を得ることができるものである。また、この
ように断熱材として機能する整流板が単結晶の引上げ方
向に沿って存在し、かつ育成してくる単結晶体に対して
はこの整流板は漸次縮径していくものとなるために、単
結晶は適度に徐冷されることとなり、OSFの発生も抑制
されるものである。Further, since the straightening plate has a shape protruding into the space of the pulling chamber, the straightening plate functions as a heat insulating material for reducing heat discharge from the melt. Therefore, in the single crystal pulling apparatus provided with the current plate, the heating by a heating means such as a heater for forming a melt can be reduced and the temperature of the quartz crucible can be reduced. The amount of oxygen to be produced can be reduced, and a single crystal containing low oxygen can be obtained. In addition, since the rectifying plate functioning as a heat insulating material exists along the pulling direction of the single crystal, and the rectifying plate gradually reduces the diameter of the growing single crystal body. In addition, the single crystal is appropriately cooled slowly, and the generation of OSF is suppressed.
[実施例] 以下、本発明を実施態様に基づきより詳細に説明す
る。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments.
第1図は本発明の単結晶引上げ装置の一実施例として
のシリコン単結晶引上げ装置の構成を模式的に示す断面
図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of a silicon single crystal pulling apparatus as one embodiment of the single crystal pulling apparatus of the present invention.
本発明の単結晶引上げ装置1は、前述したような従来
の単結晶引上げ装置と同様に、加熱チャンバ部2aと引上
げチャンバ部2bとからなるチャンバ2を有している。こ
こで引上げチャンバ部2bは、育成されるシリコン単結晶
体10の引上げ軸に沿って前記加熱チャンバ部2aよりも上
方へ延長された、前記加熱チャンバ部2aよりも内径の小
さな部位である。The single crystal pulling apparatus 1 of the present invention has a chamber 2 composed of a heating chamber section 2a and a pulling chamber section 2b, like the conventional single crystal pulling apparatus as described above. Here, the pulling chamber portion 2b is a portion having a smaller inner diameter than the heating chamber portion 2a and extending above the heating chamber portion 2a along the pulling axis of the silicon single crystal body 10 to be grown.
この実施例において、加熱チャンバ部2a内には、チャ
ンバ2外に位置する駆動装置3よりチャンバ底部を貫通
して延長される回転軸4に支持された石英製坩堝5、お
よび該石英製坩堝5を所定の間隔を有して囲繞する筒状
の加熱ヒータ6が備えられている。なお、上記石英製坩
堝5の外周は黒鉛製坩堝7により保護されており、さら
にこの黒鉛製坩堝7は黒鉛製受け皿8を介して回転軸4
へ支持されている。In this embodiment, a quartz crucible 5 supported by a rotating shaft 4 extending through the bottom of the chamber from a driving device 3 located outside the chamber 2 and a quartz crucible 5 inside the heating chamber portion 2a. Is provided at a predetermined interval. The outer periphery of the quartz crucible 5 is protected by a graphite crucible 7, and the graphite crucible 7 is further rotated by a rotating shaft 4 via a graphite tray 8.
Supported by
また、チャンバ2内にはチャンバ上部壁面を挿通して
上方より垂下された先端部に種結晶12を保持するための
チャック13を有する引上げワイヤ14が配てあり、この引
上げワイヤ14は、前記引上げチャンバ部2bの上部に設け
られたワイヤ引上げ装置11によって、回転しながら昇降
することを可能とされている。A pull-up wire 14 having a chuck 13 for holding the seed crystal 12 is provided at a tip portion of the chamber 2 which penetrates the upper wall surface of the chamber and hangs down from above. A wire pulling device 11 provided at an upper portion of the chamber section 2b enables the ascending and descending while rotating.
さらに、この単結晶引上げ装置においては、引上げ操
作時にチャンバ2を不活性ガスであるアルゴンガスG雰
囲気に保つことができるように、引上げチャンバ部2bの
途中には不活性ガス供給ダクト17が連結されており、ま
た加熱チャンバ部2aの、下方部位にはガス排出ダクト
(図示せず)が設けてある。Further, in the single crystal pulling apparatus, an inert gas supply duct 17 is connected in the middle of the pulling chamber section 2b so that the chamber 2 can be maintained in an atmosphere of an inert gas, argon gas G, during the pulling operation. Further, a gas exhaust duct (not shown) is provided in a lower portion of the heating chamber section 2a.
ここで、本発明の単結晶引上げ装置1において、上記
したような石英製坩堝5、加熱ヒータ6および駆動装置
3などの形状、種類等、あるいは不活性ガス供給・排出
ダクトの配置等は特に限定されるものではない。例え
ば、石英製坩堝5を、連続的な単結晶引上げを行なう装
置において見られるように、一部に貫通孔を有する内坩
堝とこれを囲繞する外坩堝とからなり内坩堝と外坩堝と
の相対的位置関係を変化させることのできる2重構造、
あるいは一部に貫通孔を有する管状隔壁を坩堝内に配し
て該坩堝内を該環状隔壁より内方部位と外方部位とに区
画した構造等にすることもできる。また、加熱ヒータ6
としては、抵抗加熱法によるものあるいは誘導加熱法に
よるものなどを用いることができる。さらにこの実施例
においては、石英製坩堝5を外部の駆動装置3により回
転させる構成としているが、このような回転手段を何ら
設けない態様や、あるいはさらに上記のような回転手段
に代えて石英製坩堝5内に形成される融液9に回転磁界
を与えて融液9を回転させるような態様などを取ること
も可能である。さらにまた、単結晶引上げ操作を通じ
て、融液9量を一定に保つために、坩堝5内に原料を補
充するための原料供給管を配したような態様を取ること
も可能である。Here, in the single crystal pulling apparatus 1 of the present invention, the shape, type, and the like of the quartz crucible 5, the heater 6, and the driving device 3 as described above, or the arrangement of the inert gas supply / discharge duct and the like are particularly limited. It is not something to be done. For example, as seen in an apparatus for continuously pulling a single crystal, a quartz crucible 5 is composed of an inner crucible partially having a through hole and an outer crucible surrounding the inner crucible. Double structure that can change the positional relationship,
Alternatively, a structure in which a tubular partition having a part of a through hole is disposed in a crucible and the inside of the crucible is partitioned into an inner portion and an outer portion from the annular partition may be employed. The heater 6
For example, a method using a resistance heating method or a method using an induction heating method can be used. Furthermore, in this embodiment, the quartz crucible 5 is configured to be rotated by the external driving device 3. However, a mode in which such a rotating means is not provided, or a quartz crucible is replaced with the rotating means as described above. It is also possible to adopt a mode in which a rotating magnetic field is applied to the melt 9 formed in the crucible 5 to rotate the melt 9. Furthermore, in order to keep the amount of the melt 9 constant through the single crystal pulling operation, it is possible to adopt a mode in which a raw material supply pipe for replenishing the raw material is provided in the crucible 5.
しかして本発明の単結晶引上げ装置1においては、第
1図に示すように、加熱チャンバ部2a内に整流板18が設
けられている。この整流板18は引上げチャンバ部2bと加
熱チャンバ部2aとの連結部に前記引上げチャンバ部2bの
内径とほぼ同じ内径の上端部が位置し、この部位から単
結晶の引上げ軸に沿って下方へ延長され、少なくともそ
の下端部位において漸次拡径された筒状の形状を有する
ものである。なお、この第1図に示す実施例において
は、整流板18はその上端部と同径の上方直胴部18aとこ
の直胴部18aの径より所定の傾斜をもって漸次拡径され
た下方の円錐部18bとからなるものとされているが、本
発明に係わる整流板18において、上記のような直胴部18
aは必ずしも必要ではなく、円錐部18bのみからなるも
の、すなわち、上端部から下端部へと全体を通じて漸次
拡径された形状であってもよい。また、この整流板18の
円錐部18bの傾斜の度合としては、チャンバ2の加熱チ
ャンバ部2aの上部壁面19の傾斜(垂直方向からの傾斜)
よりも小さいものであり、垂直方向からの傾斜が20゜〜
70゜である。さらにこの整流板18の下端部の内径は、加
熱チャンバ2b部の内径の0.3〜1.0倍である。またこの整
流板18の位置としては、引上げチャンバ2b下端より該整
流板18の下端部までの距離が、加熱ヒータ6上端から引
上げチャンバ部2b下端までの距離の0.3〜0.8倍である。
整流板18の形状が上記したような条件を満たすものであ
ると、引上げチャンバ部2b側から加熱チャンバ部2aへと
流下する不活性ガスの十分な整流効果および育成される
単結晶のOSF発生を抑制するための徐冷効果をもたらさ
れるものと期待される。なお、この整流板18を構成する
材質としても特に限定されるものではなく、その形状、
大きさ等との関係から最適の断熱効果などを得るものが
選択され、例えば、黒鉛、石英、炭化珪素、あるいはM
o.Ti、ステンレス鋼などの金属等が用いられ得る。Thus, in the single crystal pulling apparatus 1 of the present invention, as shown in FIG. 1, a current plate 18 is provided in the heating chamber 2a. The rectifying plate 18 has an upper end portion having an inner diameter substantially equal to the inner diameter of the pulling chamber portion 2b located at a connection portion between the pulling chamber portion 2b and the heating chamber portion 2a, and from this portion downward along the single crystal pulling axis. It has a cylindrical shape that is elongated and has a diameter gradually increased at least at a lower end portion thereof. In the embodiment shown in FIG. 1, the straightening plate 18 has an upper straight body portion 18a having the same diameter as the upper end thereof, and a lower cone gradually expanded with a predetermined inclination from the diameter of the straight body portion 18a. Portion 18b, but in the current plate 18 according to the present invention, the straight body portion 18 as described above.
a is not necessarily required, and may be formed of only the conical portion 18b, that is, a shape whose diameter is gradually increased from the upper end to the lower end. The degree of the inclination of the conical portion 18b of the current plate 18 is determined by the inclination of the upper wall surface 19 of the heating chamber portion 2a of the chamber 2 (the inclination from the vertical direction).
Less than 20 °
70 ゜. Further, the inner diameter of the lower end portion of the current plate 18 is 0.3 to 1.0 times the inner diameter of the heating chamber 2b. Regarding the position of the current plate 18, the distance from the lower end of the pull-up chamber 2b to the lower end of the current plate 18 is 0.3 to 0.8 times the distance from the upper end of the heater 6 to the lower end of the pull-up chamber 2b.
When the shape of the current plate 18 satisfies the above-described conditions, a sufficient rectifying effect of the inert gas flowing down from the pulling chamber portion 2b side to the heating chamber portion 2a and OSF generation of the grown single crystal can be obtained. It is expected that a slow cooling effect for suppression will be provided. The material constituting the current plate 18 is not particularly limited, and its shape,
Those that obtain the optimal heat insulating effect and the like are selected from the relationship with the size and the like, for example, graphite, quartz, silicon carbide, or M
o. Metal such as Ti and stainless steel may be used.
なお、第1図に示す実施例においては、この整流板18
は、上端部側から吊下げた構成を取っているが、第2図
に示す別の実施例におけるように下方に設けられた支持
体20によって下端部側から支持するような構成としても
よい。In the embodiment shown in FIG.
Is suspended from the upper end side, but may be configured to be supported from the lower end side by a support 20 provided below as in another embodiment shown in FIG.
このような構成を有する本発明の単結晶引上げ装置を
用いてのシリコン単結晶の育成は、従来の単結晶引上げ
装置を用いる場合とほぼ同様にして行なわれる。すなわ
ちまず、石英製坩堝5内に多結晶シリコンおよび必要に
応じて添加されるドーパントなどの原料を所定量装填
し、加熱ヒータ6によって加熱して原料おを溶融して融
液9を形成する。Growing a silicon single crystal using the single crystal pulling apparatus of the present invention having such a configuration is performed in substantially the same manner as in the case of using a conventional single crystal pulling apparatus. That is, first, a predetermined amount of a raw material such as polycrystalline silicon and a dopant to be added as necessary is loaded into a quartz crucible 5 and heated by a heater 6 to melt the raw material to form a melt 9.
引上げ操作を開始する際には、加熱チャンバ部2aの下
方部位に連結されたガス排出ダクト(図示せず)より、
チャンバ2内のガスを系外へ吸引排出するとともに、不
活性ガス供給ダクト17よりチャンバ2内にアルゴンガス
Gを導入し、チャンバ2内を減圧アルゴン雰囲気あるい
は常圧アルゴン雰囲気にする。When starting the lifting operation, a gas discharge duct (not shown) connected to a lower portion of the heating chamber section 2a
The gas in the chamber 2 is sucked and discharged to the outside of the system, and an argon gas G is introduced into the chamber 2 from the inert gas supply duct 17 to make the chamber 2 a reduced-pressure argon atmosphere or a normal-pressure argon atmosphere.
そして、融液9に引上げワイヤ14先端に取付けられた
種結晶12を浸漬し、石英製坩堝5および種結晶12を回転
させながら引上げ、種結晶12の下端に単結晶体10を成長
させるものであるが、本発明の単結晶引上げ装置1にお
いては前記したような形状の整流板18が加熱チャンバ部
2a内に配されているために、加熱チャンバ部2aに形成さ
れるアルゴンガスGの流れは、引上げられる単結晶体10
にほぼ沿って下降し、石英製坩堝5上部近傍に至るまで
に適度に外方に拡がるスムーズなものとなり、加熱チャ
ンバ部2aの肩部位Aなどに渦流が生じる虞れは極めて小
さく、また仮に発生したとしても融液9から蒸発するSi
Oは前記スムーズな流れに乗って系外へ排出されること
となるために、このような蒸発物に起因する結晶の有転
位化の虞れは極めて小さいものとなる。さらに、育成さ
れてくる単結晶体10は、この整流板18の中心部を通過し
て引上げチャンバ部2aへと至ることとなるが、整流板18
は上方より下方へと漸次拡径された構造を有するため、
下方より突入してくる単結晶体10に対しては整流板18の
壁面(アルゴンガスGにより冷却されている。)は徐々
に近接するものとなる。このため単結晶体10は徐冷さ
れ、OSFの発生が抑えられる。また、この整流板18を配
することにより融液9あるいは加熱ヒータ6からの熱の
放散が抑制されるために、加熱を低減化し石英製坩堝の
温度を低下させることができ、低酸素含有の単結晶を得
ることができるものである。Then, the seed crystal 12 attached to the tip of the pulling wire 14 is immersed in the melt 9, pulled up while rotating the quartz crucible 5 and the seed crystal 12, and growing the single crystal body 10 at the lower end of the seed crystal 12. However, in the single crystal pulling apparatus 1 of the present invention, the current plate 18 having the above-described shape is provided in the heating chamber section.
2a, the flow of the argon gas G formed in the heating chamber section 2a causes the single crystal 10
, And smoothly spread outward to reach the vicinity of the upper portion of the quartz crucible 5, and the possibility of eddy currents occurring at the shoulder portion A of the heating chamber portion 2 a is extremely small. Even if it does, Si which evaporates from melt 9
O is discharged out of the system along the smooth flow, so that the possibility of dislocation of the crystal due to such an evaporant is extremely small. Further, the grown single crystal body 10 passes through the center of the current plate 18 and reaches the pulling chamber 2a.
Has a structure that is gradually expanded from above to below,
The wall surface of the current plate 18 (cooled by the argon gas G) gradually approaches the single crystal body 10 entering from below. For this reason, the single crystal body 10 is gradually cooled, and generation of OSF is suppressed. In addition, since the heat dissipation from the melt 9 or the heater 6 is suppressed by disposing the rectifying plate 18, the heating can be reduced, the temperature of the quartz crucible can be reduced, and the low oxygen content can be reduced. A single crystal can be obtained.
なお、以上は本発明の単結晶引上げ装置を、シリコン
単結晶引上げの場合を例にとり説明したが、本発明は、
シリコン以外のもの、例えばゲルマニウム、ガリウム砒
素などの単結晶体を育成するものにおいても同様に適用
可能である。Although the single crystal pulling apparatus of the present invention has been described above with reference to the case of pulling a silicon single crystal as an example, the present invention
The present invention can be similarly applied to a material other than silicon, for example, a material for growing a single crystal such as germanium or gallium arsenide.
[発明の効果] 以上述べたように本発明の単結晶引上げ装置は、前記
チャンバの引上げチャンバ部と加熱チャンバ部との連結
部に前記引上げチャンバの内径とほぼ同じ内径の上端部
が位置し、この部位から単結晶の引上げ軸に沿って下方
へ延長され、少なくともその下端部位において漸次拡径
された筒状の整流板を配したものであるので、融液中か
ら発生する蒸発物に起因して結晶が有転位化するという
ような問題を生じることなく安定した単結晶域育成を行
なえると同時に、酸素含有率が低くかつ誘起積層欠陥
(OSF)の発生の少ない単結晶を得ることができるもの
である。[Effects of the Invention] As described above, in the single crystal pulling apparatus of the present invention, the upper end portion having an inner diameter substantially equal to the inner diameter of the pulling chamber is located at a connection portion between the pulling chamber portion and the heating chamber portion of the chamber, A cylindrical straightening plate extending downward from this portion along the pulling axis of the single crystal and having a gradually enlarged diameter at least at its lower end portion is disposed, and is caused by evaporates generated from the melt. Stable single crystal region growth without causing the problem of dislocations in the crystal, and a single crystal with low oxygen content and low occurrence of induced stacking faults (OSF) can be obtained. Things.
第1図は本発明の単結晶引上げ装置の一実施例の構造を
模式的に示す断面図、第2図は本発明の単結晶引上げ装
置の別の実施例の構造を模式的に示す断面図であり、ま
た第3図〜第5図はそれぞれ従来の単結晶引上げ装置の
構造を模式的に示す断面図である。 1……単結晶引上げ装置、2……チャンバ、 2a……加熱チャンバ部、2b……引上げチャンバ部、 3……駆動装置、4……回転軸、5……石英製坩堝、 6……加熱ヒータ、7……黒鉛製坩堝、 8……黒鉛製受皿、9……融液、10……単結晶体、 11……ワイヤ引上げ装置、12……種結晶、 13……チャック、14……引上げワイヤ、 15……逆円錐状断熱部材、16……直管状整流板、 17……不活性ガス供給ダクト、 18……整流板、18a……整流板の直胴部、 18b……整流板の円錐部、 19……引上げチャンバ部の上部壁面、 20……整流板支持体、 A……引上げチャンバ部の肩部位、 G……アルゴンガス。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of one embodiment of the single crystal pulling apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of another embodiment of the single crystal pulling apparatus of the present invention. 3 to 5 are sectional views schematically showing the structure of a conventional single crystal pulling apparatus. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single crystal pulling apparatus, 2 ... Chamber, 2a ... Heating chamber part, 2b ... Pulling chamber part, 3 ... Drive device, 4 ... Rotary shaft, 5 ... Quartz crucible, 6 ... Heating Heater, 7: graphite crucible, 8: graphite tray, 9: melt, 10: single crystal, 11: wire puller, 12: seed crystal, 13: chuck, 14: Pull wire, 15… Inverted conical heat insulating member, 16… Rectangular straightening plate, 17… Inert gas supply duct, 18… Rectifying plate, 18a… Rectifying plate straight body part, 18b …… Rectifying plate 19: Upper wall surface of the pull-up chamber, 20: Rectifier support, A: Shoulder portion of the pull-up chamber, G: Argon gas.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 義則 福岡県北九州市八幡東区枝光1丁目1番 1号 新日本製鐵株式會社設備技術本部 内 (56)参考文献 特開 昭57−123890(JP,A) 特開 昭57−17495(JP,A) 特開 昭55−158197(JP,A) 特開 昭55−113695(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 1/00 - 35/00 H01L 21/203 - 21/205──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Yoshinori Takahashi 1-1-1, Edamitsu, Yawatahigashi-ku, Kitakyushu-city, Fukuoka Prefecture Inside Nippon Steel Corporation Equipment Engineering Division (56) References JP-A-57-123890 JP, A) JP-A-57-17495 (JP, A) JP-A-55-158197 (JP, A) JP-A-55-113695 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , (DB name) C30B 1/00-35/00 H01L 21/203-21/205
Claims (1)
容する加熱チャンバ部と、この加熱チャンバ部の上方に
単結晶の引上げ軸に沿って延長された前記加熱チャンバ
部よりも内径の小さな引上げチャンバ部とからなるチャ
ンバを有し、前記坩堝内に形成された原料融液に種結晶
を浸漬し引上げて単結晶を育成する単結晶引上げ装置に
おいて、前記チャンバの引上げチャンバ部と加熱チャン
バ部との連結部に前記引上げチャンバの内径とほぼ同じ
内径の上端部が位置し、この部位から単結晶の引上げ軸
に沿って垂直方向から20〜70゜の傾斜で下方へ延長さ
れ、少なくともその下端部位において漸次拡径され、加
熱チャンバの内径の0.3〜1.0倍の内径の下端部が加熱ヒ
ータ上端から引上げチャンバ下端までの距離の0.3〜0.8
倍の距離に位置する筒状の整流板を備えたことを特徴と
する単結晶引上げ装置。1. A heating chamber for accommodating a crucible and a heating means for the crucible, and a pulling chamber having a smaller inner diameter than the heating chamber extending above the heating chamber along a single crystal pulling axis. A single crystal pulling apparatus for growing a single crystal by dipping and pulling a seed crystal into a raw material melt formed in the crucible, wherein the pulling chamber part of the chamber is connected to a heating chamber part. An upper end portion having an inner diameter substantially the same as the inner diameter of the pulling chamber is located in the portion, and is extended downward from this portion along a pulling axis of the single crystal at an inclination of 20 to 70 ° from a vertical direction, and gradually at least at a lower end portion thereof. The lower end of the inner diameter of 0.3 to 1.0 times the inner diameter of the heating chamber is expanded to 0.3 to 0.8 of the distance from the upper end of the heater to the lower end of the pulling chamber.
A single crystal pulling device comprising a cylindrical current plate located at twice the distance.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15590190A JP2825938B2 (en) | 1990-06-14 | 1990-06-14 | Single crystal pulling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15590190A JP2825938B2 (en) | 1990-06-14 | 1990-06-14 | Single crystal pulling device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0446089A JPH0446089A (en) | 1992-02-17 |
| JP2825938B2 true JP2825938B2 (en) | 1998-11-18 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
| KR102678229B1 (en) * | 2021-05-28 | 2024-06-25 | (주)셀릭 | The manufacturing apparatus of silicon ingot |
-
1990
- 1990-06-14 JP JP15590190A patent/JP2825938B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH0446089A (en) | 1992-02-17 |
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