JP2004137093A - Apparatus and method for controlling inert gas flow velocity in silicon single crystal pulling apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英るつぼに貯留されたシリコン融液からシリコン単結晶のインゴット(以下、単にインゴットという。)を引上げるときの、不活性ガスの流速を制御する装置及びその方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、シリコン単結晶の製造方法として、インゴットをチョクラルスキー法(以下、CZ法という)により引上げる方法が知られている。このCZ法は、石英るつぼに貯留されたシリコン融液に種結晶を接触させ、石英るつぼ及び種結晶を回転させながら種結晶を引上げることにより、円柱状のインゴットを製造する方法である。
【0003】
一方、半導体集積回路を製造する工程において、歩留りを低下させる原因として酸化誘起積層欠陥(Oxidation−induced Stacking Fault、以下、OSFという。)の核となる酸素析出物の微小欠陥や、結晶に起因したパーティクル(Crystal Originated Particle、以下、COPという。)や、或いは侵入型転位(Interstitial−type Large Dislocation、以下、L/Dという。)の存在が挙げられている。OSFは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。またCOPは、鏡面研磨後のシリコンウェーハをアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄したときにウェーハ表面に出現する結晶に起因したピットである。このウェーハをパーティクルカウンタで測定すると、このピットも本来のパーティクルとともに光散乱欠陥として検出される。
【0004】
このCOPは電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性(Time Dependentdielectric Breakdown、TDDB)、酸化膜耐圧特性(Time Zero Dielectric Breakdown、TZDB)等を劣化させる原因となる。またCOPがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そして素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品の歩留りを低くする。更にL/Dは、転位クラスタとも呼ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハをフッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬するとピットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。このL/Dも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーション特性等を劣化させる原因となる。この結果、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからOSF、COP及びL/Dを減少させることが必要となっている。
【0005】
このOSF、COP及びL/Dを有しない無欠陥のシリコンウェーハを切出すためのシリコン単結晶インゴットの製造方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。一般に、インゴットを速い速度で引上げると、インゴット内部に空孔型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域[V]が形成され、インゴットを遅い速度で引上げると、インゴット内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が支配的に存在する領域[I]が形成される。このため上記製造方法では、インゴットを最適な引上げ速度で引上げることにより、上記点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域[P]からなるシリコン単結晶を製造できるようになっている。
【0006】
【特許文献1】
米国特許第6,045,610号明細書に対応する特開平11−1393号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特許文献1に示されたシリコン単結晶インゴットの製造方法では、インゴットとシリコン融液との固液界面近傍での鉛直方向の温度勾配が均一になるように制御する必要があり、この制御はシリコン融液の残量の変化や対流の変化による影響を受けるため、インゴットの直胴部の長手方向に、無欠陥で高品質の部分を拡大することは困難であった。
本発明の目的は、引上げられるインゴットの無欠陥で高品質の部分をその長手方向に拡大できる、シリコン単結晶引上げ装置の不活性ガスの流速制御装置及びその流速制御方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、図1及び図5に示すように、チャンバ11内に設けられシリコン融液12が貯留された石英るつぼ13と、石英るつぼ13の外周面を包囲しシリコン融液12を加熱するヒータ18と、シリコン融液12から引上げられるインゴット25の外周面を包囲しかつ下端がシリコン融液12表面から間隔をあけて上方に位置する筒部37と筒部37の下部内方に膨出して設けられた膨出部41とを有する熱遮蔽部材36と、チャンバ11の上部からチャンバ11の内部に不活性ガスを供給して膨出部41とインゴット25の間に不活性ガスを流下させる不活性ガス給排手段28とを備えたシリコン単結晶引上げ装置の改良である。
【0009】
その特徴ある構成は、インゴット25の外周面と膨出部41の内周面又はこの内周面の延長面との間に鉛直方向に延びかつインゴット25の半径方向に平行移動可能にそれぞれ設けられ更にインゴット25の外周面を包囲する複数の整流板43,44と、基端又は基部が膨出部41にそれぞれ取付けられかつ先端に複数の整流板43,44の上端がそれぞれ枢着され更に複数の整流板43,44及び膨出部41間の隙間を塞ぐ複数の調整板47,48と、シリコン融液12の対流12bの変化に応じて複数の整流板43,44をインゴット25の外周面に近づけるか或いはインゴット25の外周面から離すように複数の調整板47,48をそれぞれ駆動することによりインゴット25とシリコン融液12との固液界面12cが上凸状となるように制御する調整板駆動手段50とを備えたところにある。
【0010】
請求項4に係る発明は、図1及び図5に示すように、シリコン融液12を貯留する石英るつぼ13を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液12から引上げられるインゴット25を包囲しかつ下端がシリコン融液12表面から間隔をあけて上方に位置する筒部37と筒部37の下部内方に膨出して設けられた膨出部41とを有する熱遮蔽部材36を設け、チャンバ11の上部からチャンバ11の内部に不活性ガスを供給して膨出部41とインゴット25の間に不活性ガスを流下させつつ、インゴット25内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度でインゴット25を引上げるシリコン単結晶引上げ方法の改良である。
その特徴ある構成は、インゴット25の外周面と膨出部41の内周面又はこの内周面の延長面との間に鉛直方向に延びかつインゴット25の半径方向に平行移動可能にそれぞれ設けられた複数の整流板43,44がインゴット25の外周面を包囲し、基端又は基部を膨出部41にそれぞれ取付けかつ先端に複数の整流板43,44の上端をそれぞれ枢着した複数の調整板47,48が複数の整流板43,44及び膨出部41間の隙間を塞ぎ、シリコン融液12の対流12bの変化に応じてインゴット25の外周面に近づけるか或いはインゴット25の外周面から離すように調整板駆動手段50が複数の調整板47,48をそれぞれ駆動することによりインゴット25とシリコン融液12との固液界面12cが上凸状となるように制御するところにある。
【0011】
この請求項1に記載された不活性ガスの流速制御装置又は請求項4に記載された不活性ガスの流速制御方法では、インゴット25の外周面及びシリコン融液12の表面の境界部分であるメニスカス12a近傍のシリコン融液12に所定の対流12bが発生しているときに、調整板駆動手段50により複数の調整板47,48を駆動して、複数の整流板43,44をインゴット25の外周面に近づけると、複数の整流板43,44及びインゴット25間を流下する不活性ガスの流速が増大する。これによりメニスカス12aの表面を流下する不活性ガスの流速が増大するので、シリコン融液12には、メニスカス12a近傍で下降しかつシリコン融液12及びインゴット25間の固液界面12cの中心近傍で上昇する比較的大きな対流12bが発生し、固液界面12cが上凸状になって、固液界面12cの中心近傍の鉛直方向の温度勾配が大きくなる。この結果、固液界面12cの中心近傍の鉛直方向の温度勾配と、固液界面12cの周縁近傍の鉛直方向の温度勾配との差が小さくなるので、引上げられるインゴット25の無欠陥で高品質の部分をその長手方向に拡大できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第1の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図5に本発明のシリコン単結晶引上げ装置10を示す。この引上げ装置10のチャンバ11内には、シリコン融液12を貯留する石英るつぼ13が設けられ、この石英るつぼ13の外周面は黒鉛サセプタ14により被覆される。石英るつぼ13の下面は上記黒鉛サセプタ14を介して支軸16の上端に固定され、この支軸16の下部はるつぼ駆動手段17に接続される。るつぼ駆動手段17は図示しないが石英るつぼ13を回転させる第1回転用モータと、石英るつぼ13を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英るつぼ13が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ13の外周面は石英るつぼ13から所定の間隔をあけてヒータ18により包囲され、このヒータ18は保温筒19により包囲される。ヒータ18は石英るつぼ13に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・融解してシリコン融液12にする。
【0013】
またチャンバ11の上端には円筒状のケーシング21が接続される。このケーシング21には引上げ手段22が設けられる。引上げ手段22はケーシング21の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド(図示せず)と、このヘッドを回転させる第2回転用モータ(図示せず)と、ヘッドから石英るつぼ13の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル23と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル23を巻取り又は繰出す引上げ用モータ(図示せず)とを有する。ワイヤケーブル23の下端にはシリコン融液12に浸してインゴット25を引上げるための種結晶24が取付けられる。
更にチャンバ11にはこのチャンバ11のインゴット側に不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ11のるつぼ内周面側から排出するガス給排手段28が接続される。ガス給排手段28は一端がケーシング21の周壁に接続され他端が上記不活性ガスを貯留するタンク(図示せず)に接続された供給パイプ29と、一端がチャンバ11の下壁に接続され他端が真空ポンプ(図示せず)に接続された排出パイプ30とを有する。供給パイプ29及び排出パイプ30にはこれらのパイプ29,30を流れる不活性ガスの流量を調整する第1及び第2流量調整弁31,32がそれぞれ設けられる。
【0014】
一方、引上げ用モータの出力軸(図示せず)にはエンコーダ(図示せず)が設けられ、るつぼ駆動手段17には支軸16の昇降位置を検出するエンコーダ(図示せず)が設けられる。2つのエンコーダの各検出出力はコントローラ(図示せず)の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段22の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ(図示せず)が設けられ、このメモリにはエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル23の巻取り長さ、即ちインゴット25の引上げ長さが第1マップとして記憶される。また、メモリには、インゴット25の引上げ長さに対する石英るつぼ13内のシリコン融液12の液面レベルが第2マップとして記憶される。コントローラは、引上げ用モータにおけるエンコーダの検出出力に基づいて石英るつぼ13内のシリコン融液12の液面を常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段17の昇降用モータを制御するように構成される。
【0015】
インゴット25の外周面と石英るつぼ13の内周面との間には、インゴット25の外周面を包囲する熱遮蔽部材36が設けられる。この熱遮蔽部材36は円筒状に形成されヒータ18からの輻射熱を遮る筒部37と、この筒部37の上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部38とを有する。上記フランジ部38を保温筒19上に載置することにより、筒部37の下縁がシリコン融液12表面から所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材36はチャンバ11内に固定される。また筒部37の下部には、この筒部37の内方に膨出しかつ内部に断熱部材42を有する膨出部41が設けられる。この筒部37及び膨出部41はC(黒鉛)により、或いは表面にSiCがコーティングされた黒鉛等により作られる。
【0016】
図1〜図4に示すように、インゴット25の外周面と膨出部41の内周面との間には複数の整流板43,44が設けられる。これらの整流板43,44は鉛直方向に延びかつインゴット25の半径方向に平行移動可能にそれぞれ設けられる。具体的には、複数の整流板43,44は、インゴット25の円周方向に所定の間隔をあけて設けられた8枚の長方形板状のインナ整流板43と、隣合うインナ整流板43の間に設けられかつ両側縁が隣のインナ整流板43の側縁に重なる長方形板状の8枚のアウタ整流板44とを有する(図2及び図3)。上記のようにインナ整流板43及びアウタ整流板44を配設することにより、インゴット25の外径より大きく筒部37の内径より小さくかつインゴット25の外周面を包囲する筒状体46が構成される。
【0017】
また上記複数の整流板43,44の上端は複数の調整板47,48の先端にそれぞれ枢着され、これらの調整板47,48の基端は膨出部41にそれぞれ取付けられる(図1〜図4)。具体的には、複数の調整板47,48は、基端が膨出部41の内周面上端に円周方向に所定の間隔をあけて回動可能にそれぞれ取付けられかつ先端に8枚のインナ整流板43の上端がそれぞれ枢着された8枚の長方形板状のアッパ調整板47と、隣合うアッパ調整板47の間に位置し両側縁が隣のアッパ調整板47の側縁に重なるように基端が膨出部41の内周面上端に回動可能にそれぞれ取付けられかつ先端に8枚のアウタ整流板44の上端がそれぞれ枢着された長方形板状の8枚のロア調整板48とを有する(図2〜図4)。上記のようにアッパ調整板47及びロア調整板48を配設することにより、上記筒状体46と膨出部41との間の隙間を塞ぐコーン体49が構成される。
【0018】
またアッパ調整板47は、基端が膨出部41の内周面上端に回動可能に取付けられたアッパ固定部47aと、先端にアウタ整流板44の上端が枢着されかつアッパ固定部47aに摺動可能に設けられたアッパ摺動部47bとからなる。アッパ摺動部47bの中央にはインゴット25の半径方向に延びる長孔47cが形成され、この長孔47cにはアッパ固定部47aの先端中央に取付けられた案内軸47dが遊挿される。上記のようにアッパ固定部47aにアッパ摺動部47bを連結することにより、アウタ整流板44を常にインナ整流板43に接近した状態に保つように、アッパ調整板47の全長が伸縮可能になっている。なお、図2〜図4の符号47eは案内軸47dからアッパ摺動部47bが離脱するの阻止する平座金である。
【0019】
更に上記複数の調整板47,48は調整板駆動手段50により駆動・制御される(図1〜図4)。調整板駆動手段50は、下端がロア調整板48の先端近傍にそれぞれ取付けられかつ上端がチャンバ11(図5)外にそれぞれ配索された8本のワイヤ50aと、チャンバ11外に設けられかつ8本のワイヤ50aを繰出し可能に巻取るウインチ(図示せず)とを有する。上記ウインチによりワイヤ50aを繰出すことにより、複数の調整板47,48が図1の破線矢印で示す方向に回転して、複数の整流板43,44により構成された筒状体46がインゴット25の外周面に近づく方向に平行移動し、ウインチによりワイヤ50aを巻取ることにより、複数の調整板47,48が一点鎖線矢印で示す方向に回転して、筒状体46がインゴット25の外周面から離れる方向に平行移動するように構成される。なお、インナ整流板43及びアウタ整流板44の鉛直方向の長さは、筒状体46をインゴット25の外周面に近づけたときにこれらの整流板43,44の下端がシリコン融液12の表面に接近して所定の隙間があくように設定される。
【0020】
なお、インナ整流板43、アウタ整流板44、アッパ調整板47(アッパ固定部47a、アッパ摺動部47b、ガイドピン47d及び平座金47eからなる。)、ロア調整板48及びワイヤ50aはC(黒鉛)により、或いは表面にSiCがコーティングされた黒鉛等により作られる。また、この実施の形態では、インナ整流板、アウタ整流板、アッパ調整板及びロア調整板の枚数をそれぞれ8枚としたが、7枚以下又は9枚以上であってもよい。また、この実施の形態では、ワイヤをロア調整板の枚数と同一の8本としたが、ロア調整板と同一の本数であれば、7本以下又は9本以上であってもよい。更に、この実施の形態では、ウインチをワイヤの本数と同一の8台としたが、ワイヤと同一の台数であれば、7台以下又は9台以上であってもよく、1台のウインチで全てのワイヤを繰出し可能に巻取ることができれば、1台でもよい。
【0021】
このように構成された装置を用いてインゴットを引上げる方法を説明する。
先ず、シリコン融液12を貯留する石英るつぼ13を所定の回転速度で回転させ、チャンバ11の上部からチャンバ11の内部に不活性ガスを供給して、複数の整流板43,44により構成された筒状体46とインゴット25の間のリング状空間に不活性ガスを流下させつつ、そのシリコン融液12からインゴット25を引上げる。このインゴット25は、このインゴット25内が格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体の存在しないパーフェクト領域となる引上げ速度で引上げられる。即ち、インゴット25は、CZ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液12からボロンコフ(Voronkov)の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルで引上げられる。
【0022】
一般的に、CZ法によりシリコン融液12からインゴット25を引上げると、インゴット25内には、点欠陥(point defect)と点欠陥の凝集体(agglomerates:三次元欠陥)が発生する。点欠陥は空孔型点欠陥と格子間シリコン型点欠陥という二つの一般的な形態がある。空孔型点欠陥は一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常的な位置の一つから離脱したものである。このような空孔が空孔型点欠陥になる。一方、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置(インタースチシャルサイト)で発見されるとこれが格子間シリコン点欠陥になる。
【0023】
点欠陥は一般的にシリコン融液12とインゴット25の間の接触面、即ち固液界面26で形成される。しかし、インゴット25を連続的に引上げることによって固液界面26であった部分は引上げとともに冷却し始める。冷却の間、空孔型点欠陥又は格子間シリコン型点欠陥は拡散により互いに合併して、空孔型点欠陥の凝集体(vacancy agglomerates)又は格子間シリコン型点欠陥の凝集体(interstitial agglomerates)が形成される。言い換えれば、凝集体は点欠陥の合併に起因して発生する三次元構造となる。
【0024】
空孔型点欠陥の凝集体は、前述したCOPの他に、LSTD(Laser Scattering Tomograph Defects)又はFPD(Flow Pattern Defects)と呼ばれる欠陥を含み、格子間シリコン型点欠陥の凝集体は前述したL/Dと呼ばれる欠陥を含む。FPDとは、インゴット25をスライスして作製されたシリコンウェーハを30分間セコエッチング(Secco etching、HF:K2Cr2O7(0.15モル/リットル)=2:1の混合液によるエッチング)したときに現れる特異なフローパターンを呈する痕跡の源であり、LSTDとは、シリコン単結晶内に赤外線を照射したときにシリコンとは異なる屈折率を有し散乱光を発生する源である。
【0025】
ボロンコフの理論は、欠陥の数が少ない高純度インゴット25を成長させるために、インゴット25の引上げ速度をV(mm/分)、インゴット25とシリコン融液12の界面26近傍のインゴット25中の温度勾配をG(℃/mm)とするときに、V/G(mm2/分・℃)を制御することである。この理論では、図6に示すように、V/Gを横軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型点欠陥濃度を同一の縦軸にとって、V/Gと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がV/Gによって決定されることを説明している。より詳しくは、V/G比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴット25が形成される反面、V/G比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴット25が形成される。図6において、[I]は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在する領域((V/G)1以下)を示し、[V]はインゴット25内での空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域((V/G)2以上)を示し、[P]は空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域((V/G)1〜(V/G)2)を示す。領域[P]に隣接する領域[V]にはOSF核を形成する領域[OSF]((V/G)2〜(V/G)3)が存在する。
【0026】
このパーフェクト領域[P]は更に領域[PI]と領域[PV]に分類される。[PI]はV/G比が上記(V/G)1から臨界点までの領域であり、[PV]はV/G比が臨界点から上記(V/G)2までの領域である。即ち、[PI]は領域[I]に隣接し、かつ侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン型点欠陥濃度未満の格子間シリコン型点欠陥濃度を有する領域であり、[PV]は領域[V]に隣接し、かつOSFを形成し得る最低の空孔型点欠陥濃度未満の空孔型点欠陥濃度を有する領域である。なお、上記OSFは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。
【0027】
図1に戻って、シリコン融液12からインゴット25を引上げる際には、複数の調整板47,48をそれぞれ回動調整して、筒状体46とインゴット25との間のリング状空間の横断面積を変化させ、このリング状空間を通過する不活性ガスの流速を変化させることにより、インゴット25の外周面及びシリコン融液12の表面の境界部分であるメニスカス12a近傍のシリコン融液12に発生している対流を変化させる。なお、このメニスカス12a近傍のシリコン融液12に発生する対流の変化は、予めシミュレーションによるインゴットの引上げや、実験によるインゴットの引上げ等により求めておく。
【0028】
具体的には、メニスカス12a近傍のシリコン融液12に図17に示すような小さくかつ遅い対流12bが発生している場合には、ウインチによりワイヤ50aを繰出して調整板47,48を図1の破線矢印で示す方向に回転させることにより、筒状体46をインゴット25の外周面に近づける方向に平行移動させる。これにより上記リング状空間が狭くなるので、リング状空間を流下する不活性ガスの流速が増大し、メニスカス12aの表面に添って流れる不活性ガスの流速も増大する。この結果、上記メニスカス12a近傍のシリコン融液12に発生していた対流12bは、上記不活性ガスの流速の増大に伴って図1に示すように大きくかつ速くなり、メニスカス12a近傍で下降しかつ固液界面12cの中心近傍で上昇するようになるので、固液界面12cが上凸状になり、固液界面12cの中心近傍の鉛直方向の温度勾配が大きくなる。従って、固液界面12cの中心近傍の鉛直方向の温度勾配と、固液界面12cの周縁近傍の鉛直方向の温度勾配との差が小さくなるので、引上げられるインゴット25はその径方向及びその長手方向にわたって無欠陥で高品質となる。
【0029】
一方、メニスカス12aから離れたシリコン融液12の表面近傍に図18に示すような大きくかつ速い対流12bが発生している場合には、ウインチによりワイヤ50aを巻取って調整板47,48を図1の一点鎖線矢印で示す方向に回転させることにより、筒状体46をインゴット25の外周面から離す方向に平行移動させる。これにより上記リング状空間が広くなるので、リング状空間を流下する不活性ガスの流速が低下し、上記メニスカス12aの表面からシリコン融液12の表面に添って流れる不活性ガスの流速も低下する。この結果、上記メニスカス12aから離れたシリコン融液12の表面近傍に発生していた対流12bは、上記不活性ガスの流速の低下に伴って図1に示す位置まで移動し、メニスカス12a近傍で下降しかつ固液界面12cの中心近傍で上昇するようになるので、固液界面12cが上凸状になり、固液界面12cの中心近傍の鉛直方向の温度勾配が大きくなる。従って、固液界面12cの中心近傍の鉛直方向の温度勾配と、固液界面12cの周縁近傍の鉛直方向の温度勾配との差が小さくなるので、引上げられるインゴット25はその径方向及びその長手方向にわたって無欠陥で高品質となる。このようにシリコン融液12の対流12bの変化に応じて筒状体46をインゴット25の外周面に近づけたり、或いはインゴット25の外周面から離すことにより、引上げられるインゴット25の無欠陥で高品質の部分をその長手方向に拡大できる。
【0030】
図7〜図11は本発明の第2の実施の形態を示す。図7〜図11において図1〜図5と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、インゴット25の外周面と膨出部41の内周面との間に複数の整流板64が設けられ、これらの整流板64の上端が複数の調整板67,68の先端にそれぞれ枢着され、更にこれらの調整板67,68の基部は膨出部41の傾斜上面にこの面に沿って移動可能にそれぞれ取付けられる。複数の整流板64は、第1の実施の形態と同様に、8枚の長方形板状のインナ整流板(図示せず)と、8枚のアウタ整流板64とを有する(図7)。上記のようにインナ整流板及びアウタ整流板64を配設することにより、インゴット25の外径より大きく筒部37の内径より小さくかつインゴット25の外周面を包囲する筒状体66が構成される。
【0031】
また複数の調整板67,68は、基部が膨出部41の傾斜上面に円周方向に所定の間隔をあけてインゴット25の半径方向に移動可能にそれぞれ取付けられかつ先端に8枚のアウタ整流板44の上端がそれぞれ枢着された8枚の略台形板状のロア調整板68と、隣合うロア調整板68の間に位置し両側縁が隣のロア調整板68の側縁に重なるように基部が膨出部41の傾斜上面にこの面に沿って移動可能にそれぞれ取付けられかつ先端に8枚のインナ整流板の上端がそれぞれ枢着された略台形板状の8枚のアッパ調整板67とを有する(図7〜図11)。上記のようにロア調整板68及びアッパ調整板67を配設することにより、上記複数の整流板64により構成された筒状体66と膨出部41との間の隙間を塞ぐコーン体69が構成される。
【0032】
ロア調整板68の中央にはインゴット25の半径方向に延びる長孔68aが形成され、この長孔68aには膨出部41の傾斜上面に取付けられたガイドピン68bが遊挿される。また膨出部41の傾斜上面には、傾斜上面から一部が突出してロア調整板68を受ける転動ローラ68cが回転可能に埋設される。これによりロア調整板68はガイドピン68bに案内されて転動ローラ68c上をインゴット25の半径方向に往復動可能に構成される。
【0033】
更に上記複数の調整板67,68は調整板駆動手段70により駆動・制御される(図7及び図11)。調整板駆動手段70は、下端がロア調整板68及びアッパ調整板67の基端にそれぞれ取付けられかつ上端がチャンバ外にそれぞれ配索された16本のワイヤ70aと、チャンバ外に設けられ16本のワイヤ70aを繰出し可能に巻取るウインチ(図示せず)とを有する。図7及び図11の符号70bはワイヤ70aを膨出部41の傾斜上面から筒部37内面に沿うように案内するガイドローラである。なお、インナ整流板及びアウタ整流板64の鉛直方向の長さは、筒状体66をインゴット25の外周面に近づけたときにこれらの整流板64の下端がシリコン融液12の表面に接近して所定の隙間があくように設定される。上記以外は第1の実施の形態と同一に構成される。
【0034】
このように構成された装置を用いてインゴットを引上げる方法を説明する。
メニスカス12a近傍のシリコン融液12に図17に示すような小さくかつ遅い対流12bが発生している場合には、ウインチによりワイヤ70aを繰出すと、調整板67,68が膨出部41の傾斜上面を図7の破線矢印で示す方向、即ち傾斜上面を下る方向に移動するため、筒状体66がインゴット25の外周面に近づく方向に平行移動する。これにより第1の実施の形態と同様に、固液界面12cが上凸状になるので、引上げられるインゴット25はその径方向及びその長手方向にわたって無欠陥で高品質となる。
【0035】
一方、メニスカス12aから離れたシリコン融液12の表面近傍に図18に示すような大きくかつ速い対流12bが発生している場合には、ウインチによりワイヤ70aを巻取ると、調整板67,68が膨出部41の傾斜上面を図7の一点鎖線矢印で示す方向、即ち傾斜上面を上る方向に移動するため、筒状体66がインゴット25の外周面から離れる方向に平行移動する。これにより第1の実施の形態と同様に、固液界面12cが上凸状になるので、引上げられるインゴット25はその径方向及びその長手方向にわたって無欠陥で高品質となる。このようにシリコン融液12の対流12bの変化に応じて筒状体66をインゴット25の外周面に近づけたり、或いはインゴット25の外周面から離すことにより、引上げられるインゴット25の無欠陥で高品質の部分をその長手方向に拡大できる。なお、この実施の形態では、複数の調整板67,68が膨出部41の上面に常に沿った状態に保たれるので、インゴット25及び筒部37間を流下した不活性ガスを第1の実施の形態より速やかにインゴット25及び筒状体46間に導くことができる。
【0036】
図12〜図14は本発明の第3の実施の形態を示す。図12〜図14において図1〜図5と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、インゴット25の外周面と膨出部41の内周面との間に複数の整流板74が設けられ、これらの整流板74の上端が複数の調整板77,78の先端にそれぞれ枢着され、更にこれらの調整板77,78の基部は膨出部41の傾斜下面にこの面に沿って移動可能にそれぞれ取付けられる。複数の整流板74は、第1の実施の形態と同様に、8枚の長方形板状のインナ整流板(図示せず)と、8枚のアウタ整流板74とを有する(図12)。上記のようにインナ整流板及びアウタ整流板74を配設することにより、インゴット25の外径より大きく筒部37の内径より小さくかつインゴット25の外周面を包囲する筒状76体が構成される。なお、この筒状体76は、インゴット25の外周面と膨出部41の内周面下方への延長面との間に設けられる。
【0037】
また複数の調整板77,78は、基部が膨出部41の傾斜下面に円周方向に所定の間隔をあけてインゴット25の半径方向に移動可能にそれぞれ取付けられかつ先端に8枚のアウタ整流板74の上端がそれぞれ枢着された8枚の略台形板状のロア調整板78と、隣合うロア調整板78の間に位置し両側縁が隣のロア調整板78の側縁に重なるように基部が膨出部41の傾斜下面にこの面に沿って移動可能にそれぞれ取付けられかつ先端に8枚のインナ整流板の上端がそれぞれ枢着された略台形板状の8枚のアッパ調整板77とを有する(図12〜図14)。上記のようにロア調整板78及びアッパ調整板77を配設することにより、上記複数の整流板74により構成された筒状体76と膨出部41との間の隙間を塞ぐコーン体79が構成される。
【0038】
ロア調整板78の中央にはインゴット25の半径方向に延びる長孔78aが形成され、この長孔78aには膨出部41の傾斜下面に取付けられたガイドピン78bが遊挿される。またガイドピン78bの下端には、ロア調整板78を受ける転動ローラ78cが回転可能に取付けられる。これによりロア調整板78はガイドピン78bに案内されて転動ローラ78c上をインゴット25の半径方向に往復動可能に構成される。
【0039】
更に上記複数の調整板77,78は調整板駆動手段70により駆動・制御される(図12及び図14)。調整板駆動手段70は、下端がロア調整板78及びアッパ調整板77の基端にそれぞれ取付けられかつ上端がチャンバ外にそれぞれ配索された16本のワイヤ70aと、チャンバ外に設けられ16本のワイヤ70aを繰出し可能に巻取るウインチ(図示せず)とを有する。図12及び図14の符号70bはワイヤ70aを膨出部41の傾斜下面から膨出部41外面を通って筒部37外面に沿うように案内するガイドローラである。なお、インナ整流板及びアウタ整流板74の鉛直方向の長さは、筒状体76をインゴット25の外周面に近づけたときにこれらの整流板74の下端がシリコン融液12の表面に接近して所定の隙間があくように設定される。上記以外は第1の実施の形態と同一に構成される。
【0040】
このように構成された装置を用いてインゴットを引上げる方法を説明する。
メニスカス12a近傍のシリコン融液12に図17に示すような小さくかつ遅い対流12bが発生している場合には、ウインチによりワイヤ70aを繰出すと、調整板77,78が膨出部41の傾斜下面を図12の破線矢印で示す方向、即ちに傾斜下面を下る方向に移動することにより、筒状体76がインゴット25の外周面に近づく方向に平行移動する。これにより第1の実施の形態と同様に、固液界面12cが上凸状になるので、引上げられるインゴット25はその径方向及びその長手方向にわたって無欠陥で高品質となる。
【0041】
一方、メニスカス12aから離れたシリコン融液12の表面近傍に図18に示すような大きくかつ速い対流12bが発生している場合には、ウインチによりワイヤ70aを巻取ると、調整板77,78が膨出部41の傾斜下面を図12の一点鎖線矢印で示す方向、即ち傾斜下面を上る方向に移動することにより、筒状体76がインゴット25の外周面から離れる方向に平行移動する。これにより第1の実施の形態と同様に、固液界面12cが上凸状になるので、引上げられるインゴット25はその径方向及びその長手方向にわたって無欠陥で高品質となる。このようにシリコン融液12の対流12bの変化に応じて筒状体76をインゴット25の外周面に近づけたり、或いはインゴット25の外周面から離すことにより、引上げられるインゴット25の無欠陥で高品質の部分をその長手方向に拡大できる。なお、この実施の形態では、複数の調整板77,78が膨出部41の下面に常に沿った状態に保たれるので、膨出部41に対向するインゴット25外周面に沿う不活性ガスの流速を変化させずに、メニスカス12a近傍における不活性ガスの流速のみを変化させることができ、チャンバ11内全体にわたって不活性ガスを高流速化することによりインゴット25が揺動するのを未然に防止できるという効果が得られる。
【0042】
図15は本発明の第4の実施の形態を示す。図15において図7と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、膨出部81の上面が水平に形成され、複数の調整板67,68がこの水平な膨出部81の上面をインゴット25の半径方向に移動可能に構成され、更にこれらの調整板67,68は調整板駆動手段80により駆動・制御される。調整板駆動手段80は、一端がロア調整板68及びアッパ調整板67の基端にそれぞれ取付けられかつ他端がチャンバ外にそれぞれ配索された16本の第1ワイヤ80aと、一端がロア調整板68及びアッパ調整板67の中央下面にそれぞれ取付けられかつ他端がチャンバ外にそれぞれ配索された16本の第2ワイヤ80bと、チャンバ外に設けられ上記第1及び第2ワイヤ80a,80bを繰出し可能に巻取るウインチ(図示せず)とを有する。図15の符号80cは第1ワイヤ80aや第2ワイヤ80bを膨出部81や筒部37に沿うように案内するガイドローラである。上記以外は第2の実施の形態と同一に構成される。
【0043】
このように構成された装置を用いてインゴットを引上げる方法を説明する。
メニスカス12a近傍のシリコン融液12に図17に示すような小さくかつ遅い対流12bが発生している場合には、ウインチにより第1ワイヤ80aを繰出しかつ第2ワイヤ80bを巻取ると、調整板67,68が膨出部81の上面を破線矢印で示す方向に移動するため、筒状体66がインゴット25の外周面に近づく方向に平行移動する。これにより第1の実施の形態と同様に、固液界面12cが上凸状になるので、引上げられるインゴット25はその径方向及びその長手方向にわたって無欠陥で高品質となる。
【0044】
一方、メニスカス12aから離れたシリコン融液12の表面近傍に図18に示すような大きくかつ速い対流12bが発生している場合には、ウインチにより第1ワイヤ80aを巻取りかつ第2ワイヤ80bを繰出すと、調整板67,68が膨出部81の上面を一点鎖線矢印で示す方向に移動するため、筒状体66がインゴット25の外周面から離れる方向に平行移動する。これにより第1の実施の形態と同様に、固液界面12cが上凸状になるので、引上げられるインゴット25はその径方向及びその長手方向にわたって無欠陥で高品質となる。このようにシリコン融液12の対流12bの変化に応じて筒状体66をインゴット25の外周面に近づけたり、或いはインゴット25の外周面から離すことにより、引上げられるインゴット25の無欠陥で高品質の部分をその長手方向に拡大できる。なお、この実施の形態の第1及び第2ワイヤ80a,80bを有する調整板駆動手段80は、膨出部の上面が水平でなく、膨出部の上面がインゴット25の外周面に向うに従って緩やかな角度で傾斜している場合、即ちウインチによりワイヤを繰出しても調整板がその自重により膨出部の上面を下る方向に移動しない場合にも適用できる。
【0045】
図16は本発明の第5の実施の形態を示す。図16において図12と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、膨出部81の下面が水平に形成され、調整板77,78がこの水平な膨出部81の下面をインゴット25の半径方向に移動可能に構成され、更にこれらの調整板77,78は調整板駆動手段80により駆動・制御される。調整板駆動手段80は、一端がロア調整板78及びアッパ調整板77の基端にそれぞれ取付けられかつ他端がチャンバ外にそれぞれ配索された16本の第1ワイヤ80aと、一端がロア調整板78及びアッパ調整板77の中央上面にそれぞれ取付けられかつ他端がチャンバ外にそれぞれ配索された16本の第2ワイヤ80bと、チャンバ外に設けられ上記第1及び第2ワイヤ80a,80bを繰出し可能に巻取るウインチ(図示せず)とを有する。図16の符号80cは第1ワイヤ80aや第2ワイヤ80bを膨出部81や筒部37に沿うように案内するガイドローラである。上記以外は第3の実施の形態と同一に構成される。
【0046】
このように構成された装置を用いてインゴットを引上げる方法を説明する。
メニスカス12a近傍のシリコン融液12に図17に示すような小さくかつ遅い対流12bが発生している場合には、ウインチにより第1ワイヤ80aを繰出しかつ第2ワイヤ80bを巻取ると、調整板77,78が膨出部81の下面を破線矢印で示す方向に移動するため、筒状体76がインゴット25の外周面に近づく方向に平行移動する。これにより第1の実施の形態と同様に、固液界面12cが上凸状になるので、引上げられるインゴット25はその径方向及びその長手方向にわたって無欠陥で高品質となる。
【0047】
一方、メニスカス12aから離れたシリコン融液12の表面近傍に図18に示すような大きくかつ速い対流12bが発生している場合には、ウインチにより第1ワイヤ80aを巻取りかつ第2ワイヤ80bを繰出すと、調整板77,78が膨出部81の下面を一点鎖線矢印で示す方向に移動するため、筒状体76がインゴット25の外周面から離れる方向に平行移動する。これにより第1の実施の形態と同様に、固液界面12cが上凸状になるので、引上げられるインゴット25はその径方向及びその長手方向にわたって無欠陥で高品質となる。このようにシリコン融液12の対流12bの変化に応じて筒状体76をインゴット25の外周面に近づけたり、或いはインゴット25の外周面から離すことにより、引上げられるインゴット25の無欠陥で高品質の部分をその長手方向に拡大できる。なお、この実施の形態の第1及び第2ワイヤ80a,80bを有する調整板駆動手段80は、膨出部81の下面が水平でなく、膨出部の下面がインゴットの外周面に向うに従って緩やかな角度で傾斜している場合、即ちウインチによりワイヤを繰出しても調整板がその自重により膨出部の下面を下る方向に移動しない場合にも適用できる。
【0048】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、インゴットの外周面と膨出部の内周面又はこの内周面の延長面との間に鉛直方向に延びかつインゴットの半径方向に移動可能に設けられた複数の整流板がインゴットの外周面を包囲し、基端又は基部を膨出部に取付けかつ先端に複数の整流板の上端を枢着した複数の調整板が複数の整流板及び膨出部間の隙間を塞ぎ、更にシリコン融液の対流の変化に応じて調整板駆動手段が複数の調整板を駆動・制御するように構成したので、メニスカス近傍のシリコン融液に所定の対流が発生しているときに、複数の整流板をインゴットの外周面に近づけると、複数の整流板及びインゴット間を流下する不活性ガスの流速が増大する。この結果、メニスカスの表面を流下する不活性ガスの流速が増大するので、シリコン融液には、メニスカス近傍で下降しかつシリコン融液及びインゴット間の固液界面の中心近傍で上昇する比較的大きな対流が発生し、固液界面が上凸状になる。従って、固液界面の中心近傍の鉛直方向の温度勾配と、固液界面の周縁近傍の鉛直方向の温度勾配との差が小さくなるので、引上げられるインゴットの無欠陥で高品質の部分をその長手方向に拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施形態の引上げ装置を示す図5のA部拡大断面図。
【図2】図4のB−B線断面図。
【図3】図4のC−C線断面図。
【図4】図1のD−D線断面図。
【図5】その引上げ装置の縦断面構成図。
【図6】ボロンコフの理論に基づいた、V/G比が臨界点以上で空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成され、V/G比が臨界点以下で格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成されることを示す図。
【図7】本発明の第2実施形態を示す図1に対応する断面図。
【図8】図7のE−E線断面図。
【図9】図8のF−F線断面図。
【図10】図8のG−G線断面図。
【図11】図7のH−H線断面図。
【図12】本発明の第3実施形態を示す図1に対応する断面図。
【図13】図12のI−I線断面図。
【図14】図13のJ−J線断面図。
【図15】本発明の第4実施形態を示す図7に対応する断面図。
【図16】本発明の第5実施形態を示す図12に対応する断面図。
【図17】従来のメニスカス近傍のシリコン融液に小さくかつ遅い対流が発生した状態を示す図1に対応する断面図。
【図18】従来のメニスカスから離れたシリコン融液の表面近傍に大きくかつ速い対流が発生した状態を示す図1に対応する断面図。
【符号の説明】
11 チャンバ
12 シリコン融液
12b 対流
13 石英るつぼ
25 インゴット
28 ガス給排手段
36 熱遮蔽部材
37 筒部
41,81 膨出部
43,44,64,74 整流板
47,48,67,68,77,78 調整板
50,70,80 調整板駆動手段
50a,70a,80a,80b ワイヤ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a method for controlling the flow rate of an inert gas when pulling a silicon single crystal ingot (hereinafter simply referred to as an ingot) from a silicon melt stored in a quartz crucible.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for manufacturing a silicon single crystal, a method of pulling an ingot by a Czochralski method (hereinafter, referred to as a CZ method) is known. The CZ method is a method of manufacturing a cylindrical ingot by bringing a seed crystal into contact with a silicon melt stored in a quartz crucible and pulling the seed crystal while rotating the quartz crucible and the seed crystal.
[0003]
On the other hand, in a process of manufacturing a semiconductor integrated circuit, as a cause of lowering the yield, a micro defect of an oxygen precipitate serving as a nucleus of an oxidation-induced stacking fault (hereinafter, referred to as OSF) or a crystal is a cause. The presence of particles (Crystal Originated Particles, hereinafter referred to as COP) or interstitial-type large dislocations (hereinafter, referred to as L / D) is cited. OSF introduces microscopic defects serving as nuclei during crystal growth, becomes apparent in a thermal oxidation step or the like when manufacturing a semiconductor device, and causes defects such as an increase in leak current of the manufactured device. COPs are pits caused by crystals that appear on the wafer surface when the mirror-polished silicon wafer is washed with a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide. When this wafer is measured by a particle counter, the pits are also detected as light scattering defects together with the original particles.
[0004]
This COP causes deterioration of electrical characteristics such as a time-dependent dielectric breakdown characteristic (Time Dependent Breakdown, TDDB) of the oxide film and a dielectric breakdown voltage characteristic (Time Zero Dielectric Breakdown, TZDB) of the oxide film. Also, if COP exists on the wafer surface, a step is generated in a device wiring process, which may cause disconnection. This also causes a leak or the like in the element isolation portion, and lowers the product yield. Further, L / D is also called a dislocation cluster because a pit is generated when a silicon wafer having this defect is immersed in a selective etching solution containing hydrofluoric acid as a main component. This L / D also causes deterioration of electrical characteristics such as leak characteristics and isolation characteristics. As a result, it is necessary to reduce OSF, COP and L / D from a silicon wafer used for manufacturing a semiconductor integrated circuit.
[0005]
A method of manufacturing a silicon single crystal ingot for cutting out a defect-free silicon wafer having no OSF, COP and L / D is disclosed (for example, see Patent Document 1). In general, when the ingot is pulled up at a high speed, a region [V] in which agglomerates of vacancy type point defects are predominantly formed is formed inside the ingot. A region [I] where an aggregate of silicon type point defects predominantly exists is formed. For this reason, in the above-mentioned manufacturing method, by pulling the ingot at an optimum pulling speed, it is possible to manufacture a silicon single crystal composed of a perfect region [P] in which the above-mentioned point defect aggregate does not exist.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-1393 corresponding to U.S. Pat. No. 6,045,610.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method for manufacturing a silicon single crystal ingot disclosed in
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inert gas flow rate control device and a flow rate control method thereof for a silicon single crystal pulling apparatus, which can expand a defect-free and high quality portion of a pulled ingot in its longitudinal direction.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIGS. 1 and 5, the invention according to
[0009]
The characteristic configuration is provided between the outer peripheral surface of the
[0010]
As shown in FIGS. 1 and 5, the invention according to claim 4 rotates the
The characteristic configuration is provided between the outer peripheral surface of the
[0011]
In the inert gas flow rate control device described in the first aspect or the inert gas flow rate control method described in the fourth aspect, the meniscus which is a boundary portion between the outer peripheral surface of the
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 shows a silicon single
[0013]
A
Further, a gas supply / discharge means 28 for supplying an inert gas to the ingot side of the
[0014]
On the other hand, an encoder (not shown) is provided on an output shaft (not shown) of the pulling motor, and an encoder (not shown) for detecting the vertical position of the
[0015]
A
[0016]
As shown in FIGS. 1 to 4, a plurality of rectifying
[0017]
In addition, the upper ends of the plurality of rectifying
[0018]
The
[0019]
Further, the plurality of adjusting
[0020]
The
[0021]
A method for pulling up an ingot using the device configured as described above will be described.
First, the
[0022]
Generally, when the
[0023]
Point defects are generally formed at the contact surface between the
[0024]
Aggregates of vacancy-type point defects include defects called LSTDs (Laser Scattering Tomograph Defects) or FPDs (Flow Pattern Defects), in addition to the above-mentioned COPs. / D. FPD means that a silicon wafer manufactured by slicing an
[0025]
Boronkov's theory states that, in order to grow a high-
[0026]
This perfect area [P] is further divided into the area [P I ] And area [P V ]are categorized. [P I ] Means that the V / G ratio is above (V / G) 1 To the critical point, [P V ] Means that the V / G ratio is above the critical point (V / G) 2 The area up to. That is, [P I ] Is a region adjacent to the region [I] and having an interstitial silicon-type point defect concentration lower than the lowest interstitial silicon-type point defect concentration capable of forming interstitial dislocations. V ] Is a region adjacent to the region [V] and having a vacancy type point defect concentration lower than the lowest vacancy type point defect concentration capable of forming an OSF. In the OSF, micro defects serving as nuclei are introduced during crystal growth, and become apparent in a thermal oxidation step or the like when manufacturing a semiconductor device, and cause a defect such as an increase in leak current of the manufactured device.
[0027]
Returning to FIG. 1, when pulling up the
[0028]
Specifically, when a small and
[0029]
On the other hand, when a large and
[0030]
7 to 11 show a second embodiment of the present invention. 7 to 11, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 5 indicate the same parts.
In this embodiment, a plurality of rectifying
[0031]
The plurality of
[0032]
A
[0033]
Further, the plurality of adjusting
[0034]
A method for pulling up an ingot using the device configured as described above will be described.
When a small and
[0035]
On the other hand, when a large and
[0036]
12 to 14 show a third embodiment of the present invention. 12 to 14, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 5 indicate the same parts.
In this embodiment, a plurality of rectifying
[0037]
The plurality of adjusting
[0038]
A
[0039]
Further, the plurality of adjusting
[0040]
A method for pulling up an ingot using the device configured as described above will be described.
When a small and
[0041]
On the other hand, when a large and
[0042]
FIG. 15 shows a fourth embodiment of the present invention. 15, the same reference numerals as those in FIG. 7 indicate the same parts.
In this embodiment, the upper surface of the bulging
[0043]
A method for pulling up an ingot using the device configured as described above will be described.
When the small and
[0044]
On the other hand, when a large and
[0045]
FIG. 16 shows a fifth embodiment of the present invention. 16, the same reference numerals as those in FIG. 12 indicate the same parts.
In this embodiment, the lower surface of the bulging
[0046]
A method for pulling up an ingot using the device configured as described above will be described.
When a small and
[0047]
On the other hand, when a large and
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the ingot extends vertically between the outer peripheral surface of the ingot and the inner peripheral surface of the bulging portion or an extended surface of the inner peripheral surface and is provided so as to be movable in the radial direction of the ingot. A plurality of rectifying plates surround the outer peripheral surface of the ingot, and a plurality of adjusting plates having a base end or a base attached to the bulging portion and the upper ends of the rectifying plates pivotally mounted at the distal end are provided with the plurality of rectifying plates and the bulging plate. The gap between the parts is closed, and the adjusting plate driving means drives and controls the plurality of adjusting plates in accordance with the change of the convection of the silicon melt, so that a predetermined convection occurs in the silicon melt near the meniscus. When the plurality of current plates are brought closer to the outer peripheral surface of the ingot during the operation, the flow rate of the inert gas flowing between the plurality of current plates and the ingot increases. As a result, the flow rate of the inert gas flowing down the surface of the meniscus is increased, so that the silicon melt has a relatively large amount of falling near the meniscus and rising near the center of the solid-liquid interface between the silicon melt and the ingot. Convection occurs, and the solid-liquid interface becomes upwardly convex. Therefore, the difference between the vertical temperature gradient near the center of the solid-liquid interface and the vertical temperature gradient near the periphery of the solid-liquid interface is reduced, and the defect-free and high-quality portion of the pulled ingot is lengthened. Can expand in any direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged sectional view of a portion A in FIG. 5 showing a pulling device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line BB of FIG. 4;
FIG. 3 is a sectional view taken along line CC of FIG. 4;
FIG. 4 is a sectional view taken along line DD of FIG. 1;
FIG. 5 is a vertical sectional configuration diagram of the pulling device.
FIG. 6 shows an ingot in which the vacancy point defect concentration is dominant when the V / G ratio is above the critical point and the interstitial silicon point defect concentration when the V / G ratio is below the critical point, based on Bornkov's theory. The figure which shows that the ingot which is dominant is formed.
FIG. 7 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention and corresponding to FIG. 1;
FIG. 8 is a sectional view taken along line EE of FIG. 7;
FIG. 9 is a sectional view taken along line FF of FIG. 8;
FIG. 10 is a sectional view taken along line GG of FIG. 8;
FIG. 11 is a sectional view taken along line HH of FIG. 7;
FIG. 12 is a sectional view illustrating a third embodiment of the present invention and corresponding to FIG. 1;
FIG. 13 is a sectional view taken along line II of FIG. 12;
FIG. 14 is a sectional view taken along line JJ of FIG. 13;
FIG. 15 is a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention and corresponding to FIG. 7;
FIG. 16 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention and corresponding to FIG. 12;
FIG. 17 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1, showing a state in which a small and slow convection occurs in a conventional silicon melt near a meniscus.
FIG. 18 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1, showing a state in which a large and fast convection occurs near the surface of a silicon melt away from a conventional meniscus.
[Explanation of symbols]
11 chambers
12 Silicon melt
12b convection
13 Quartz crucible
25 ingots
28 Gas supply and discharge means
36 Heat shield
37 tube
41, 81 bulge
43,44,64,74 Rectifier plate
47, 48, 67, 68, 77, 78 Adjustment plate
50, 70, 80 adjustment plate driving means
50a, 70a, 80a, 80b Wire
Claims (4)
前記インゴット(25)の外周面と前記膨出部(41)の内周面又はこの内周面の延長面との間に鉛直方向に延びかつ前記インゴット(25)の半径方向に平行移動可能にそれぞれ設けられ更に前記インゴット(25)の外周面を包囲する複数の整流板(43,44)と、
基端又は基部が前記膨出部(41)にそれぞれ取付けられかつ先端に前記複数の整流板(43,44,64)の上端がそれぞれ枢着され更に前記複数の整流板(43,44,64)及び前記膨出部(41)間の隙間を塞ぐ複数の調整板(47,48,67,68)と、
前記シリコン融液(12)の対流(12b)の変化に応じて前記複数の整流板(43,44,64)を前記インゴット(25)の外周面に近づけるか或いは前記インゴット(25)の外周面から離すように前記複数の調整板(47,48,67,68)をそれぞれ駆動することにより前記インゴット(25)と前記シリコン融液(12)との固液界面(12c)が上凸状となるように制御する調整板駆動手段(50,70)と
を備えたことを特徴とする不活性ガスの流速制御装置。A quartz crucible (13) provided in the chamber (11) and containing the silicon melt (12); and a heater (18) surrounding the outer peripheral surface of the quartz crucible (13) and heating the silicon melt (12). And a cylindrical portion (37) surrounding the outer peripheral surface of the ingot (25) pulled up from the silicon melt (12) and having a lower end located above the silicon melt (12) surface at an interval from the surface. A heat shielding member (36) having a bulging portion (41) bulging inward at a lower portion of the cylindrical portion (37); and a heat shielding member (36) from the upper portion of the chamber (11). A silicon single crystal pulling apparatus comprising: an inert gas supply / discharge means (28) for supplying an active gas to flow an inert gas between the bulging portion (41) and the ingot (25);
It extends in the vertical direction between the outer peripheral surface of the ingot (25) and the inner peripheral surface of the bulging portion (41) or an extended surface of the inner peripheral surface, and is movable in parallel in the radial direction of the ingot (25). A plurality of rectifying plates (43, 44) each provided and further surrounding the outer peripheral surface of the ingot (25);
Base ends or bases are respectively attached to the bulging portions (41), and upper ends of the plurality of rectifying plates (43, 44, 64) are respectively pivotally attached to distal ends, and further, the plurality of rectifying plates (43, 44, 64) are provided. ) And a plurality of adjusting plates (47, 48, 67, 68) for closing the gap between the bulging portions (41);
The plurality of current plates (43, 44, 64) are brought closer to the outer peripheral surface of the ingot (25) or the outer peripheral surface of the ingot (25) according to the change in the convection (12b) of the silicon melt (12). The solid-liquid interface (12c) between the ingot (25) and the silicon melt (12) is made convex by driving each of the plurality of adjusting plates (47, 48, 67, 68) so as to separate from them. And an adjusting plate driving means (50, 70) for controlling the flow rate of the inert gas.
前記インゴット(25)の外周面と前記膨出部(41)の内周面又はこの内周面の延長面との間に鉛直方向に延びかつ前記インゴット(25)の半径方向に平行移動可能にそれぞれ設けられた前記複数の整流板(43,44,64)が前記インゴット(25)の外周面を包囲し、
基端又は基部を前記膨出部(41)にそれぞれ取付けかつ先端に前記複数の整流板(43,44,64)の上端をそれぞれ枢着した前記複数の調整板(47,48,67,68)が前記複数の整流板(43,44,64)及び前記膨出部(41)間の隙間を塞ぎ、
前記シリコン融液(12)の対流(12b)の変化に応じて前記複数の整流板(43,44,64)を前記インゴット(25)の外周面に近づけるか或いは前記インゴット(25)の外周面から離すように調整板駆動手段(50,70)が前記複数の調整板(47,48,67,68)をそれぞれ駆動することにより前記インゴット(25)と前記シリコン融液(12)との固液界面(12c)が上凸状となるように制御する
ことを特徴とする不活性ガスの流速制御方法。A quartz crucible (13) for storing the silicon melt (12) is rotated at a predetermined rotation speed to surround an ingot (25) pulled up from the silicon melt (12) and a lower end thereof is formed of the silicon melt (12). A heat shielding member (36) having a tubular portion (37) located above and spaced apart from the surface and a bulged portion (41) bulged inwardly below the tubular portion (37) is provided. And supplying an inert gas from the upper part of the chamber (11) to the inside of the chamber (11) to cause the inert gas to flow between the bulging portion (41) and the ingot (25). (25) A method for pulling a silicon single crystal in which the ingot (25) is pulled at a pulling speed at which a perfect region in which the aggregates of interstitial silicon type point defects and the aggregates of vacancy type point defects do not exist is provided.
It extends in the vertical direction between the outer peripheral surface of the ingot (25) and the inner peripheral surface of the bulging portion (41) or an extended surface of the inner peripheral surface, and is movable in parallel in the radial direction of the ingot (25). The plurality of straightening plates (43, 44, 64) provided respectively surround the outer peripheral surface of the ingot (25),
The plurality of adjusting plates (47, 48, 67, 68) each having a base end or a base attached to the bulging portion (41) and the upper ends of the plurality of rectifying plates (43, 44, 64) pivotally attached to the distal end. ) Closes the gap between the plurality of current plates (43, 44, 64) and the bulging portion (41),
The plurality of current plates (43, 44, 64) are brought closer to the outer peripheral surface of the ingot (25) or the outer peripheral surface of the ingot (25) according to the change in the convection (12b) of the silicon melt (12). The adjusting plate driving means (50, 70) respectively drives the plurality of adjusting plates (47, 48, 67, 68) so as to separate from the ingot (25) and the silicon melt (12). A method for controlling the flow rate of an inert gas, characterized in that the liquid interface (12c) is controlled so as to be convex upward.
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