JPH05294784A - Single crystal growth device - Google Patents

Single crystal growth device

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Publication number
JPH05294784A
JPH05294784A JP9779892A JP9779892A JPH05294784A JP H05294784 A JPH05294784 A JP H05294784A JP 9779892 A JP9779892 A JP 9779892A JP 9779892 A JP9779892 A JP 9779892A JP H05294784 A JPH05294784 A JP H05294784A
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JP
Japan
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single crystal
crucible
jig
heat
melt
Prior art date
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Pending
Application number
JP9779892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Fujiwara
秀樹 藤原
Shunji Miyahara
俊二 宮原
Toshiyuki Fujiwara
俊幸 藤原
Takayuki Kubo
高行 久保
Shuichi Inami
修一 稲見
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 Metal Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP9779892A priority Critical patent/JPH05294784A/en
Publication of JPH05294784A publication Critical patent/JPH05294784A/en
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 逆円錐台形状の熱遮へい治具19の周囲に円
筒状の断熱材17が配設されている単結晶成長装置。 【効果】 熱遮へい治具19の周囲に断熱材17が配設
されているので、熱遮へい治具19の温度を上昇させる
ことができ、SiOが冷却して熱遮へい治具19に付着
する位置をるつぼ1の外側上方に外すことができる。し
たがってSiOがるつぼ1内に落下するのを抑制するこ
とができ、DF切れが抑制された結晶欠陥の少ない単結
晶を得ることができる。
(57) [Summary] [Construction] A single crystal growth apparatus in which a cylindrical heat insulating material 17 is arranged around a heat shield jig 19 having an inverted truncated cone shape. [Effect] Since the heat insulating material 17 is disposed around the heat shielding jig 19, the temperature of the heat shielding jig 19 can be raised, and the position where SiO cools and adheres to the heat shielding jig 19. Can be removed above the outside of the crucible 1. Therefore, it is possible to suppress SiO from falling into the crucible 1, and it is possible to obtain a single crystal in which DF breakage is suppressed and crystal defects are small.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体材料とし
て使用されるシリコン単結晶を成長させる単結晶成長装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single crystal growth apparatus for growing a silicon single crystal used as a semiconductor material, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】結晶を成長させるには種々の方法があ
り、その一つにチョクラルスキー法(以下、CZ法と記
す)がある。図6はCZ法で使用される結晶成長装置の
模式的断面図であり、図中1はるつぼを示している。る
つぼ1は内層容器1aと外層容器1bとで構成されてお
り、有底円筒形の石英製の内層容器1aの外側には有底
円筒形の黒鉛製の外層保持容器1bが嵌合されて構成さ
れている。るつぼ1は支持軸7に支持されており、支持
軸7は図中矢印方向に所定速度で回転し、かつ昇降する
ようになっている。るつぼ1の外側にはヒーター2が同
心円筒状に配設され、またヒータ2の外側には黒鉛製の
保温筒3、4が同心円筒状に配設されている。るつぼ1
内に装入された結晶用原料はヒータ2により溶融されて
溶融液13となり、るつぼ1内に充填されている。また
るつぼ1の中心軸上にはワイヤ等より成る引き上げ軸5
が配設され、引き上げ軸5は支持軸7の回転方向と同一
または逆方向に所定速度で回転するようになっている。
引き上げ軸5の下端には種結晶6が取り付けられてお
り、種結晶6を溶融液13の表面に接触させて引き上げ
軸5を回転させながら引き上げることにより、溶融液1
3を凝固させて単結晶12aを成長させるようになって
いる。
2. Description of the Related Art There are various methods for growing a crystal, one of which is the Czochralski method (hereinafter referred to as the CZ method). FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a crystal growth apparatus used in the CZ method, in which 1 indicates a crucible. The crucible 1 is composed of an inner layer container 1a and an outer layer container 1b, and a bottomed cylindrical quartz outer layer holding container 1b is fitted on the outer side of the quartz inner layer container 1a. Has been done. The crucible 1 is supported by a support shaft 7, and the support shaft 7 rotates in the direction of the arrow in the drawing at a predetermined speed and moves up and down. A heater 2 is arranged in a concentric cylindrical shape outside the crucible 1, and heat insulating cylinders 3 and 4 made of graphite are arranged in a concentric cylindrical shape outside the heater 2. Crucible 1
The crystallization raw material charged inside is melted by the heater 2 to form a melt 13 and is filled in the crucible 1. On the central axis of the crucible 1, a pulling shaft 5 made of wire or the like is provided.
The pull-up shaft 5 is adapted to rotate at a predetermined speed in the same or opposite direction to the rotation direction of the support shaft 7.
A seed crystal 6 is attached to the lower end of the pull-up shaft 5, and the melt 1
3 is solidified to grow the single crystal 12a.

【0003】一般に単結晶12aの電気抵抗及び電気伝
導型を調整するために、あらかじめ溶融液13中に不純
物を添加(以下、ドーピングと記す)しておく場合が多
い。単結晶12aの成長の際、単結晶12aと溶融液1
3とが接触する界面において、単結晶12a中の不純物
濃度をCS 、溶融液13中の不純物濃度をCL とする
と、CS /CL (Ke:実効偏析係数)は溶融液13と
前記不純物に固有の値をとることが知られている。例え
ばシリコン(以下、Siと記す)中にリン不純物をドー
ピングする場合、前記Keは0.35である(「Si単
結晶とドーピング」P35:丸善)。したがってCZ法
では単結晶12aを引き上げてゆくに従って溶融液13
中の不純物濃度が濃縮され、それに伴い引き上げられる
単結晶12a中の不純物濃度は次第に増加していく。そ
のため単結晶12a中の不純物は結晶を引き上げる方向
に沿って偏析していき、その結果、単結晶12a中の電
気特性が結晶の成長方向に沿って不均一になるといった
課題があった。
Generally, in order to adjust the electric resistance and electric conductivity type of the single crystal 12a, impurities are often added to the melt 13 in advance (hereinafter referred to as doping). During the growth of the single crystal 12a, the single crystal 12a and the melt 1
When the impurity concentration in the single crystal 12a is C S and the impurity concentration in the melt 13 is C L at the interface where 3 and 3 contact, C S / C L (Ke: effective segregation coefficient) is the same as that of the melt 13 It is known to take a value peculiar to impurities. For example, when silicon (hereinafter referred to as Si) is doped with a phosphorus impurity, the Ke is 0.35 (“Si single crystal and doping” P35: Maruzen). Therefore, in the CZ method, as the single crystal 12a is pulled up, the melt 13
The impurity concentration in the inside is concentrated, and accordingly, the impurity concentration in the single crystal 12a pulled up gradually increases. Therefore, the impurities in the single crystal 12a segregate along the crystal pulling direction, and as a result, there is a problem in that the electrical characteristics in the single crystal 12a become nonuniform along the crystal growth direction.

【0004】上記不純物の偏析を抑制しながら結晶を成
長させる方法として、溶融層法が知られている。溶融層
法は、図7に示すように前記図6に示したものと略同様
に構成されたるつぼ1内の結晶用原料の上部のみをヒー
タ2にて溶融させることにより、るつぼ1内の上部には
溶融液13層、下部には固体層14を形成し、溶融液1
3中の不純物濃度が常に一定になるよう溶融液13層の
体積を制御して単結晶12bを成長させる方法である。
A melt layer method is known as a method of growing a crystal while suppressing the segregation of the impurities. As shown in FIG. 7, the melting layer method is performed by melting only the upper portion of the crystallization raw material in the crucible 1 having the same structure as that shown in FIG. A melt 13 layer is formed on the bottom, and a solid layer 14 is formed on the bottom.
This is a method of growing the single crystal 12b by controlling the volume of the melt 13 layer so that the impurity concentration in 3 is always constant.

【0005】上記CZ法及び溶融層法において内層容器
1aはSiO2 で形成されており、該SiO2 中の酸素
は溶融液13中に溶出し、その溶け出た酸素はSiOに
なって大部分は溶融液13表面から蒸発するが、一部の
酸素は単結晶12a、12b中に固溶する。一般に単結
晶12a、12b中の酸素濃度はるつぼ1及び引き上げ
軸5の回転速度を変更することにより調整が行なわれて
おり、CZ法では使用目的に応じて12〜17×1017
/cm3 程度の酸素濃度を含有させている。
[0005] inner container 1a in the CZ method and a melt layer method is formed by SiO 2, oxygen of the SiO 2 was eluted in the melt 13, most of which dissolved out oxygen is turned SiO Evaporates from the surface of the melt 13, but some oxygen dissolves in the single crystals 12a and 12b. Generally, the oxygen concentration in the single crystals 12a and 12b is adjusted by changing the rotational speeds of the crucible 1 and the pulling shaft 5, and in the CZ method, it is 12 to 17 × 10 17 depending on the purpose of use.
An oxygen concentration of about / cm 3 is included.

【0006】しかし上記した溶融層法においては、固体
層14があるので溶融液13量が少なくなり、溶融液1
3が内層容器1aと接触する面積はCZ法の場合に比べ
て略半分程度に減少する。したがって、溶融層法では溶
融液13への酸素の供給量自体が少なくなり、高い酸素
濃度を有する単結晶12bが得られ難いという問題があ
った。
However, in the above-mentioned melt layer method, since the solid layer 14 is provided, the amount of the melt liquid 13 is reduced, and the melt liquid 1
The area where 3 contacts the inner layer container 1a is reduced to about half of that in the CZ method. Therefore, the melt layer method has a problem that the supply amount of oxygen itself to the melt 13 is small and it is difficult to obtain the single crystal 12b having a high oxygen concentration.

【0007】溶融層法で高い酸素濃度を有する単結晶1
2bを成長させる方法として、本出願人は先に熱遮へい
治具を用いる方法を提案した(特願平3−46347
号)。図8は上記方法で用いられる結晶成長装置の要部
を示す模式的断面図であり、図中1はるつぼを示してい
る。るつぼ1の中心軸上には引き上げ軸5が配設されて
おり、引き上げ軸5の下端には単結晶12bが形成され
ている。またるつぼ1の上方にはるつぼ1と同心円状に
逆円錐台形状の熱遮へい治具19が配設されており、治
具の下端部19aは溶融液13表面の上方近傍に配置さ
れている。前記装置を用いて単結晶12bを成長させる
場合、ヒータ2で加熱されたるつぼ1が放射する放射熱
が熱遮へい治具19により遮断され、治具下端部19a
から中心軸に至る領域(図中Aで示す。以下、A領域と
記す)では溶融液13表面の温度が低下し、SiOが溶
融液13から蒸発するのが抑制され、その結果、高い酸
素濃度を有する単結晶12が得られる。
Single crystal having a high oxygen concentration by the melt layer method 1
As a method for growing 2b, the present applicant has previously proposed a method using a heat shield jig (Japanese Patent Application No. 3-46347).
issue). FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a crystal growth apparatus used in the above method, in which 1 indicates a crucible. A pulling shaft 5 is arranged on the central axis of the crucible 1, and a single crystal 12b is formed at the lower end of the pulling shaft 5. Further, an inverted truncated cone-shaped heat shield jig 19 is arranged above the crucible 1 concentrically with the crucible 1, and the lower end portion 19 a of the jig is arranged near the upper surface of the melt 13. When the single crystal 12b is grown using the above apparatus, the radiant heat radiated by the crucible 1 heated by the heater 2 is cut off by the heat shield jig 19, and the jig lower end portion 19a is formed.
In the region from the center to the central axis (indicated by A in the figure, hereinafter referred to as A region), the temperature of the surface of the melt 13 is reduced, and evaporation of SiO from the melt 13 is suppressed, resulting in a high oxygen concentration. A single crystal 12 having is obtained.

【0008】また、逆円錐台形状の熱遮へい治具を用い
た別の方法(特公昭57−40119号公報)が提案さ
れており、この方法では単結晶の引き上げ速度を高め、
また引き上げゾーン及び再充填装置に付着した凝縮物が
落下して結晶欠陥が発生するのを抑制することを目的と
している。
Another method (Japanese Patent Publication No. 57-40119) using a heat shield jig having an inverted truncated cone shape has been proposed. In this method, the pulling rate of a single crystal is increased,
It is also intended to prevent the condensate attached to the pulling zone and the refilling device from falling and causing crystal defects.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】図8に示した熱遮へい
治具19を用いた単結晶成長装置においても、治具下端
部19aからるつぼ内壁に至る領域(図中Bで示す。以
下、B領域と記す)では溶融液13表面は高温になって
おり、一部の酸素はSiOとなって溶融液13表面から
蒸発する。また図8に示したように、単結晶成長装置内
にはアルゴンガス(以下、Arと記す)が装置上部から
流入し、矢印で示す経路で流れている。したがって溶融
液13表面から蒸発した前記SiOは、前記Arによっ
て運ばれ、途中で冷却されて粉末状になり、粉末の一部
は熱遮へい治具19の逆円錐台部下面に付着する。前記
SiOが熱遮へい治具19のB領域に付着し、その後る
つぼ1内に落下して溶融液13に入ると、引き上げられ
る単結晶12b中に混入し、その部分を多結晶にするD
F(Dislocation Free)切れを引き起こす。その結果、
前記SiOが混入された単結晶12bでは結晶粒界や転
位等の欠陥が多く存在し、デバイスに使用できなくなる
という課題があった。
In the single crystal growth apparatus using the heat shield jig 19 shown in FIG. 8 as well, the region from the jig lower end portion 19a to the inner wall of the crucible (indicated by B in the figure. In the region), the surface of the melt 13 is at a high temperature, and some oxygen becomes SiO and evaporates from the surface of the melt 13. Further, as shown in FIG. 8, argon gas (hereinafter referred to as Ar) flows into the single crystal growth apparatus from the upper part of the apparatus and flows in the path indicated by the arrow. Therefore, the SiO evaporated from the surface of the melt 13 is carried by the Ar and cooled in the middle to be powdery, and a part of the powder adheres to the lower surface of the inverted truncated cone of the heat shield jig 19. When the SiO adheres to the area B of the heat shield jig 19 and then falls into the crucible 1 and enters the melt 13, it mixes into the pulled single crystal 12b and makes that portion polycrystalline.
Causes F (Dislocation Free) outage. as a result,
The single crystal 12b mixed with SiO has many defects such as crystal grain boundaries and dislocations, which makes it unusable for devices.

【0010】さらに上記公報記載の熱遮へい治具を用い
た結晶成長装置においては、上記引き上げゾーン及び再
充填装置に付着した凝縮物がるつぼ内に落下することは
前記熱遮へい治具により抑制されるが、図8に示したも
のと同様、SiOが熱遮へい治具の逆円錐台部下面に付
着し、るつぼ内に落下することは抑制し得ないという課
題があった。
Further, in the crystal growth apparatus using the heat shield jig described in the above publication, the heat shield jig suppresses the condensate attached to the pulling zone and the refilling device from dropping into the crucible. However, as in the case shown in FIG. 8, there is a problem that it is impossible to prevent SiO from adhering to the lower surface of the inverted truncated cone of the heat shield jig and dropping into the crucible.

【0011】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、熱遮へい治具を用いた単結晶成長装置において、単
結晶を引き上げる際に、前記熱遮へい治具に付着したS
iOが溶融液中に落下してDF切れが生じるのを抑制す
ることができる単結晶成長装置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 in a single crystal growth apparatus using a heat shield jig, when pulling a single crystal, S attached to the heat shield jig is pulled.
It is an object of the present invention to provide a single crystal growth apparatus capable of suppressing DF breakage due to iO falling into a melt.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る単結晶成長装置は、原料を収容したるつ
ぼ及び該るつぼの周囲に配設されたヒーター等を備え、
前記るつぼ内の溶融液面の上方近傍にその先端部が位置
する逆円錐台形状の熱遮へい治具が配設された単結晶成
長装置において、前記熱遮へい治具の周囲に円筒状の断
熱材が配設されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a single crystal growth apparatus according to the present invention comprises a crucible containing a raw material and a heater arranged around the crucible,
In a single crystal growth apparatus in which an inverted frustoconical heat shield jig whose tip portion is located above and above the melt surface in the crucible is provided, a cylindrical heat insulating material is provided around the heat shield jig. Is provided.

【0013】[0013]

【作用】図8に示した装置において、上記粉末状のSi
Oが熱遮へい治具19における内層容器1aの内径外側
部分(図中Cで示す。以下、C領域と記す)に付着する
のであれば、該SiOがるつぼ1内に落下することが抑
制される。
In the apparatus shown in FIG. 8, the powdery Si
If O adheres to the inner diameter outside portion (indicated by C in the figure, hereinafter referred to as C region) of the inner layer container 1a in the heat shielding jig 19, the SiO is prevented from falling into the crucible 1. ..

【0014】一方、SiOが昇華する温度については、
経験的に1000℃近傍であることが知られている。し
たがって、熱遮へい治具19のB領域温度を1000℃
以上に保持すれば、熱遮へい治具19のB領域に粉末状
のSiOが付着することが抑制され、SiOがるつぼ1
内に落下することが抑制される。
On the other hand, regarding the temperature at which SiO sublimes,
It is empirically known that the temperature is around 1000 ° C. Therefore, the temperature of the B region of the heat shield jig 19 is 1000 ° C.
If kept above, it is possible to prevent the powdery SiO from adhering to the region B of the heat shield jig 19, and thus the SiO crucible 1
It is suppressed that it falls inside.

【0015】熱遮へい治具19の温度を上げるには、ヒ
ーターパワーを上げる等種々の方法が考えられる。しか
し前記ヒーターパワーを上げると溶融液13の温度が上
昇し、所定の結晶径が得られないばかりか、単結晶の成
長が行えないおそれがあるため、溶融液13と単結晶1
2bの界面近傍における結晶成長条件は大きく変えない
ことが必要である。
To raise the temperature of the heat shield jig 19, various methods such as increasing the heater power can be considered. However, when the heater power is increased, the temperature of the melt 13 rises, a predetermined crystal diameter cannot be obtained, and there is a possibility that the single crystal cannot be grown.
It is necessary that the crystal growth conditions near the interface of 2b are not significantly changed.

【0016】熱遮へい治具19の放熱は主として炉壁2
0及びArへの熱伝達により行われる。したがって治具
支持部19b近傍を断熱構造にして炉壁20への放熱を
抑制すれば、熱遮へい治具19の温度を上昇させ得ると
考えられる。
The heat shield jig 19 dissipates heat mainly from the furnace wall 2.
By heat transfer to 0 and Ar. Therefore, it is considered that the temperature of the heat shield jig 19 can be increased by reducing the heat radiation to the furnace wall 20 by providing a heat insulating structure near the jig support portion 19b.

【0017】そこで前記治具支持部19bの周囲に断熱
材を配設し、熱遮へい治具の温度に及ぼす影響について
伝熱解析を行なった。図2は前記伝熱解析に用いた装置
を示す模式的部分断面図であり、装置の中心線より右半
分のみを示している。図中19は熱遮へい治具であり、
熱遮へい治具19は黒鉛により逆円錐台形状に作製され
ており、その寸法は、治具下端部19aの内径240m
m、上端部の内径420mm、高さ350mm、厚さ1
0mmである。治具支持部19bの周囲には断熱材17
が配設され、断熱材17はカーボンフェルトにより円筒
状に作製されており、その寸法は、直径800mm、厚
み120mmであり、高さは80、160、240mm
の3種類のものがそれぞれ使用されている。
Therefore, a heat insulating material was arranged around the jig supporting portion 19b, and heat transfer analysis was conducted on the influence on the temperature of the heat shielding jig. FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view showing the device used for the heat transfer analysis, and shows only the right half from the center line of the device. In the figure, 19 is a heat shield jig,
The heat shield jig 19 is made of graphite in an inverted truncated cone shape, and its dimensions are 240 m inside diameter of the jig lower end portion 19a.
m, inner diameter of upper end 420 mm, height 350 mm, thickness 1
It is 0 mm. A heat insulating material 17 is provided around the jig supporting portion 19b.
And the heat insulating material 17 is made of carbon felt in a cylindrical shape, and the dimensions are 800 mm in diameter and 120 mm in thickness, and the height is 80, 160, 240 mm.
3 types are used respectively.

【0018】図3は、上記伝熱解析用の装置を使用し、
断熱材17の高さを変化させて熱遮へい治具19の温度
分布を比較した結果を示すグラフであり、図中丸印は断
熱材17の高さが80mm、三角印は160mm、四角
印は240mmの場合をそれぞれ示している。
FIG. 3 shows the use of the above apparatus for heat transfer analysis,
It is a graph which shows the result of having compared the temperature distribution of the heat-shielding jig 19 by changing the height of the heat insulating material 17, the height of the heat insulating material 17 is 80 mm in the figure, the triangle mark is 160 mm, and the square mark is 240 mm. The case of each is shown.

【0019】図3より明らかなように、熱遮へい治具1
9の温度は治具下端部19aに近いほど高温であり、ま
た断熱材17を高くすると1000℃以上の温度範囲が
熱遮へい治具19の上端方向(B領域からC領域)へ拡
大されていく。
As is apparent from FIG. 3, the heat shield jig 1
The temperature of 9 is higher as it is closer to the jig lower end portion 19a, and when the heat insulating material 17 is raised, the temperature range of 1000 ° C. or higher is expanded toward the upper end of the heat shielding jig 19 (B region to C region). ..

【0020】本発明に係る単結晶成長装置によれば、熱
遮へい治具の周囲に円筒状の断熱材が配設されているの
で熱遮へい治具の放熱が抑制され、熱遮へい治具におけ
るB領域の温度が上昇してSiOが熱遮へい治具のB領
域に付着するのが抑制され、その結果、前記SiOがる
つぼ内に落下するのが抑制されることとなる。
According to the single crystal growth apparatus of the present invention, since the cylindrical heat insulating material is arranged around the heat shield jig, heat radiation of the heat shield jig is suppressed, and B in the heat shield jig is suppressed. It is suppressed that the temperature of the area rises and SiO is attached to the area B of the heat shield jig, and as a result, the SiO is prevented from falling into the crucible.

【0021】[0021]

【実施例及び比較例】以下、本発明に係る単結晶成長装
置の実施例及び比較例を図面に基づいて説明する。なお
従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符号を付
けることとする。
EXAMPLES AND COMPARATIVE EXAMPLES Examples and comparative examples of a single crystal growth apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the same reference numerals are given to the components having the same functions as those of the conventional example.

【0022】図1は実施例に係る単結晶成長装置を示し
た断面図であり、図中1はるつぼを示している。るつぼ
1は内層容器1aと外層容器1bとで構成されており、
有底円筒形の石英製の内層容器1aの外側に有底円筒形
の黒鉛製の外層保持容器1bが嵌合されて構成されてい
る。るつぼ1は支持軸7に支持されており、支持軸7は
図中矢印方向に所定速度で回転し、かつ昇降するように
構成されている。このるつぼ1の外側にはヒーター2が
同心円筒状に配設され、またヒータ2の外側には黒鉛製
の保温筒3が同心円筒状に配設されている。るつぼ1の
上方には逆円錐台形状の熱遮へい治具19(黒鉛製、治
具下端部19aの内径240mm、上端部の内径420
mm、高さ350mm、厚さ10mm)が配設されてお
り、熱遮へい治具19の治具下端部19aは溶融液13
表面の上方近傍に配置されている。また治具支持部19
bの周囲には円筒形状の断熱材17(カーボンフェルト
製、直径800mm、厚み120mm、高さ160m
m)が配設されている。るつぼ1内に装入された所定重
量の結晶用原料は上部のみがヒータ2により溶融され、
常に所定の不純物濃度になるように溶融液13層の体積
が制御されるようになっている。るつぼ1の中心軸上に
はワイヤ等より成る引き上げ軸5が配設され、引き上げ
軸5は支持軸7の回転方向と同一または逆方向に所定速
度で回転させられ、また引き上げ軸5の下端には種結晶
(図示せず)が取り付けられており、種結晶を溶融液1
3の表面に接触させて引き上げ軸5を回転させながら引
き上げることにより、溶融液13を凝固させて単結晶1
2bを成長させるようになっている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a single crystal growth apparatus according to an embodiment, in which 1 is a crucible. The crucible 1 is composed of an inner layer container 1a and an outer layer container 1b,
A bottomed cylindrical quartz outer layer holding container 1b is fitted on the outside of a bottomed cylindrical quartz inner layer container 1a. The crucible 1 is supported by a support shaft 7, and the support shaft 7 is configured to rotate at a predetermined speed in the direction of the arrow in the drawing and to move up and down. A heater 2 is arranged in a concentric cylindrical shape outside the crucible 1, and a graphite heat insulating cylinder 3 is arranged in a concentric cylindrical shape outside the heater 2. Above the crucible 1, a heat shield jig 19 having an inverted truncated cone shape (made of graphite, the jig lower end portion 19a has an inner diameter of 240 mm, and the upper end portion has an inner diameter of 420 mm).
mm, height 350 mm, thickness 10 mm) are provided, and the jig lower end portion 19a of the heat shield jig 19 is the melt 13
It is located near the top of the surface. In addition, the jig support portion 19
Around the b, a cylindrical heat insulating material 17 (made of carbon felt, diameter 800 mm, thickness 120 mm, height 160 m
m) is provided. A predetermined weight of the crystal raw material charged in the crucible 1 is melted only by the heater 2,
The volume of the melt 13 layer is controlled so that the concentration of the impurities is always a predetermined value. A pull-up shaft 5 made of a wire or the like is arranged on the central axis of the crucible 1, and the pull-up shaft 5 is rotated at a predetermined speed in the same direction as or opposite to the rotation direction of the support shaft 7, and at the lower end of the pull-up shaft 5. Is equipped with a seed crystal (not shown) and melts the seed crystal 1
The molten liquid 13 is solidified by bringing the melt 13 into contact with the surface of the single crystal 3 and pulling it while rotating the pulling shaft 5.
It is designed to grow 2b.

【0023】上記した単結晶成長装置、また比較例とし
て図8に示した単結晶成長装置を使用して多結晶シリコ
ンを溶融させ、原料に対するKeが0.35であるリン
を不純物として用い、溶融層法により結晶を引き上げ、
長さが1200mmの単結晶12bをそれぞれ50バッ
チ成長させた。引き上げ条件を表1に示す。
Polycrystalline silicon was melted by using the above-mentioned single crystal growth apparatus or the single crystal growth apparatus shown in FIG. 8 as a comparative example, and phosphorus having a Ke of 0.35 with respect to the raw material was used as an impurity. Pull up the crystal by the layer method,
Fifty batches of single crystals 12b each having a length of 1200 mm were grown. Table 1 shows the pulling conditions.

【0024】[0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】図4は、本実施例及び比較例の単結晶成長
装置を使用した場合、DF切れを生じたときの単結晶1
2b長さとその頻度を示す棒グラフであり、点印は実施
例、斜線印は比較例を示している。図4より明らかなよ
うに、DF切れの頻度は比較例に係る装置を用いた場合
では34バッチであったが、実施例に係る装置を用いた
場合では9バッチに減少した。
FIG. 4 shows the single crystal 1 when DF breakage occurred when the single crystal growth apparatus of the present example and the comparative example were used.
It is a bar graph showing the length of 2b and its frequency, where the dotted marks indicate the examples and the shaded marks indicate the comparative examples. As is clear from FIG. 4, the frequency of DF breakage was 34 batches when the device according to the comparative example was used, but decreased to 9 batches when the device according to the example was used.

【0026】また図5は、実施例及び比較例における熱
遮へい治具19を単結晶引き上げ終了後に観察した結果
であり、熱遮へい治具19にSiOが付着した位置とる
つぼ1の位置との関係を示す模式的部分断面図である。
図5より明らかなように、SiOは比較例のものでは内
層容器1aの内部上方(B領域)に付着するが、実施例
のものでは内層容器1aの外部上方(C領域)に付着し
ている。
FIG. 5 is a result of observing the heat shielding jig 19 in the example and the comparative example after completion of pulling the single crystal, and shows the relationship between the position where SiO adheres to the heat shielding jig 19 and the position of the crucible 1. It is a schematic partial cross-sectional view showing.
As is clear from FIG. 5, in the case of the comparative example, SiO adheres to the upper inside (region B) of the inner layer container 1a, but in the case of the example, it adheres to the upper outside (region C) of the inner layer container 1a. ..

【0027】この結果から明らかなように、熱遮へい治
具19を断熱することにより熱遮へい治具19の温度が
上昇し、SiOが熱遮へい治具19に付着する位置がC
領域に外れ、したがって前記SiOがるつぼ1内に落下
するのが抑制され、DF切れ防止に効果をもたらすこと
が確認された。
As is clear from this result, by insulating the heat shield jig 19, the temperature of the heat shield jig 19 rises and the position where SiO adheres to the heat shield jig 19 is C.
It was confirmed that the SiO was prevented from falling out of the region, and thus the SiO fell into the crucible 1 to prevent DF breakage.

【0028】また断熱材17は、例えばセラミクスウー
ルのように、断熱効果を有し、かつ装置を汚染しなけれ
ばどのような材質でも使用することが可能であり、炉内
を観察するのを妨げない範囲内であれば高さが大きいも
の程よく、装置内の温度分布を均一にするため円筒形の
ものがよいことが確認された。
The heat insulating material 17 has a heat insulating effect and can be made of any material as long as it does not pollute the apparatus, such as ceramic wool, which hinders observation inside the furnace. It was confirmed that the larger the height, the better as long as it is within the range, and that a cylindrical shape is preferable in order to make the temperature distribution in the apparatus uniform.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る単結
晶成長装置にあっては、熱遮へい治具の周囲に断熱材が
配設されているので、前記熱遮へい治具の温度が上昇
し、SiOが前記熱遮へい治具に付着する位置がるつぼ
の外側上方に外れ、したがって前記SiOがるつぼ内に
落下するのを減少させることができ、DF切れを抑制す
ることができる。
As described in detail above, in the single crystal growth apparatus according to the present invention, since the heat insulating material is arranged around the heat shielding jig, the temperature of the heat shielding jig is It is possible to prevent the position where the SiO rises and adheres to the heat shielding jig from being dislocated outside the upper part of the crucible and thus the SiO falls into the crucible, and to prevent the DF breakage.

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

【図1】本発明に係る結晶成長装置の実施例を模式的に
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an embodiment of a crystal growth apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係る伝熱解析に用いられた装置を示す
模式的部分断面図である。
FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view showing an apparatus used for heat transfer analysis according to the present invention.

【図3】断熱材の高さの変化に伴う熱遮へい治具の温度
分布を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a temperature distribution of a heat shield jig with a change in height of a heat insulating material.

【図4】実施例及び比較例に係る単結晶成長装置を用い
た場合における、DF切れを生じたときの単結晶長さと
その頻度を示す棒グラフである。
FIG. 4 is a bar graph showing the single crystal length and the frequency when DF breakage occurs in the case of using the single crystal growth apparatus according to the example and the comparative example.

【図5】実施例及び比較例に係る単結晶成長装置を用い
た場合における、熱遮へい治具にSiOが付着した位置
とるつぼの位置との関係を示す模式的部分断面図であ
る。
FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view showing the relationship between the position where SiO is attached to the heat shield jig and the position of the crucible when the single crystal growth apparatuses according to the example and the comparative example are used.

【図6】従来のCZ法で使用される単結晶成長装置の要
部を示す模式的断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a single crystal growth apparatus used in a conventional CZ method.

【図7】従来の溶融層法で使用される単結晶成長装置の
要部を示す模式的断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a single crystal growth apparatus used in a conventional melt layer method.

【図8】熱遮へい治具を用いた単結晶成長装置の要部を
示す模式的要部断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a main part of a single crystal growth apparatus using a heat shield jig.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 るつぼ 2 ヒータ 13 溶融液 17 断熱材 19 熱遮へい治具 19a 治具下端部 1 Crucible 2 Heater 13 Melt Liquid 17 Heat Insulating Material 19 Heat Shield Jig 19a Jig Lower End

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 高行 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 稲見 修一 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takayuki Kubo 4-53-3 Kitahama, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sumitomo Metal Industries, Ltd. (72) Inventor Shuichi Inami 4-chome, Kitahama, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Prefecture No. 5 33 Sumitomo Metal Industries, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原料を収容したるつぼ及び該るつぼの周
囲に配設されたヒーター等を備え、前記るつぼ内の溶融
液面の上方近傍にその下端部が位置する逆円錐台形状の
熱遮へい治具が配設された単結晶成長装置において、前
記熱遮へい治具の周囲に円筒状の断熱材が配設されてい
ることを特徴とする単結晶成長装置。
1. An inverted frustoconical thermal shield having a crucible containing a raw material, a heater disposed around the crucible, and the like, the lower end of which is located in the vicinity of and above the melt surface in the crucible. A single crystal growing apparatus in which a tool is provided, wherein a cylindrical heat insulating material is provided around the heat shielding jig.
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US5450814A (en) * 1992-10-26 1995-09-19 Research Development Corporation Of Japan Single crystal pulling apparatus having slidable shield plate to control area of opening around single crystal
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