DE112009000255T5

DE112009000255T5 - Silicon single crystal

Info

Publication number: DE112009000255T5
Application number: DE112009000255T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Fujiwara; Takehiko Hosoi; Tsuyoshi Nakamura; Koichi Hani
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2011-03-17
Also published as: JPWO2009104534A1; WO2009104534A1

Abstract

Ein Silizium-Einkristall, wobei dies Silizium-Einkristall mittels der Czochralski-Methode aus geschmolzenem Silizium gezüchtet wird und das geschmolzene Silizium durch Einfüllen und Schmelzen eines Siliziummaterials zur Kristallisation in einem in einer Kammer eingesetzten Quarztiegel erzeugt wird,
wobei
das Silizium-Einkristall einen Durchmesser von 451 bis 480 mm hat und der Durchmesser ausreichend für die Bildung eines Siliziumwafers mit einem Durchmesser von 450 mm ist und das Silizium-Einkristall eine Gesamtlänge von 660 mm oder mehr aufweist.A silicon single crystal wherein said silicon single crystal is grown from molten silicon by the Czochralski method, and said molten silicon is produced by filling and melting a silicon material for crystallization in a quartz crucible inserted in a chamber;
in which
the silicon single crystal has a diameter of 451 to 480 mm and the diameter is sufficient for forming a silicon wafer having a diameter of 450 mm and the silicon single crystal has a total length of 660 mm or more.

Description

[Technikfeld][Technology Field]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Silizium-Einkristall mit einem sehr großen Durchmesser – genauer: auf einen Silizium-Einkristallstab mit einem Durchmesser von 450 mm oder mehr, hochgezogen mittels der CZ-Methode.The present invention relates to a silicon single crystal having a very large diameter, namely, a silicon monocrystal rod having a diameter of 450 mm or more, pulled up by the CZ method.

[Bisheriger Stand der Technik][Prior Art]

In jüngster Zeit werden, was Silizium-Einkristalle anbelangt, zunehmend größere Durchmesser nachgefragt, und daher werden Silizium-Einkristalle für Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 300 mm hergestellt. Es wird außerdem erwartet, dass Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 450 mm hergestellt werden (Nicht patentbezogene Literatur 1).Recently, in terms of silicon single crystals, increasingly larger diameters are in demand, and therefore silicon single crystals are being produced for silicon wafers having a diameter of 300 mm. It is also expected to produce 450 mm diameter silicon wafers (Non-Patent Literature 1).

[Zitatliste][Citation List]

[Nicht patentbezogene Literatur][Non-patent related literature]

Nicht patentbezogene Literatur 1: Current State of Wafer Technology Required by State-of-the-Art LSI-Latest Version Silicon Device and Crystallization Technology; hrsg. von Realize Science & Engineering Center, Japan/Realize-AT Co., Ltd., veröffentlicht am 29. Dezember 2005, Kapitel 3: ”Crystallization Technology”, 1.5 Challenges in Crystallization Technology when 450-mm diameter is assumed (S. 243 und 244) Non-patent literature 1: Current State of Wafer Technology Required by State-of-the-Art LSI Latest Release Silicon Device and Crystallization Technology; ed. by Realize Science & Engineering Center, Japan / Realize-AT Co., Ltd., published December 29, 2005, Chapter 3: "Crystallization Technology", 1.5 Challenges in Crystallization Technology when 450-mm diameter is assumed (p 244)

[Offenlegung der Erfindung]DISCLOSURE OF THE INVENTION

[Durch die Erfindung zu lösendes Problem][Problem to be Solved by the Invention]

Auf diese Weise wird dann, wenn der Durchmesser des geraden Stababschnitts eines Silizium-Einkristalls auf eine Größe vergrößert wird, die der eines Wafers mit einem Durchmesser von 450 mm entspricht, und sofern – wie im Fall eines konventionellen Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm – die Länge des Abschnitts mit vergrößertem Durchmesser 110 mm und die des Abschnitts mit verringertem Durchmesser 300 mm beträgt, die Änderungsrate des Durchmessers in der Längsrichtung des Abschnitts mit vergrößertem Durchmesser und des Abschnitts mit verringertem Durchmesser groß. Damit wird es schwierig, den Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser und den Abschnitt mit verringertem Durchmesser auf stabile Weise zu züchten.In this way, when the diameter of the straight bar portion of a silicon single crystal is increased to a size corresponding to that of a wafer having a diameter of 450 mm and, as in the case of a conventional wafer having a diameter of 300 mm, the length of the enlarged diameter portion is 110 mm and that of the reduced diameter portion is 300 mm, the rate of change of the diameter in the longitudinal direction of the enlarged diameter portion and the reduced diameter portion is large. This makes it difficult to stably grow the enlarged diameter portion and the reduced diameter portion.

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Silizium-Einkristalls, der imstande ist, bei einem mittels der Czochralski-Methode hergestellten Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 450 mm oder mehr die Axialradius-Änderungsrate im Abschnitt mit erhöhtem Durchmesser und im Abschnitt mit verringertem Durchmesser zu reduzieren.A purpose of the present invention is to provide a silicon monocrystal capable of, in a Czochralski method silicon single crystal having a diameter of 450 mm or more, the axial radius change rate in the increased diameter portion and in the portion having reduced diameter to reduce.

[Mittel zur Lösung des Problems][Means to solve the problem]

Die Erfindung gemäß Anspruch 1 ist ein Silizium-Einkristall, wobei dieser Silizium-Einkristall mittels der Czochralski-Methode ausgeschmolzenem Silizium gezüchtet wird, welches durch Einfüllung und Schmelzung von Siliziummaterial zur Kristallisation in einem in einer Kammer eingesetzten Quarztiegel gewonnen wird, wobei der Silizium-Einkristall einen Durchmesser von 451 bis 480 mm aufweist und dieser Durchmesser ausreichend für die Bildung eines Siliziumwafers mit einem Durchmesser von 450 mm ist und die Gesamtlänge 660 mm oder mehr beträgt.The invention according to claim 1 is a silicon single crystal, wherein said silicon single crystal is grown by the Czochralski method of melted silicon obtained by filling and melting silicon material for crystallization in a quartz crucible inserted in a chamber, said silicon single crystal has a diameter of 451 to 480 mm and this diameter is sufficient for the formation of a silicon wafer having a diameter of 450 mm and the total length is 660 mm or more.

Aufgrund der Erfindung gemäß Anspruch 1 hat der mittels der Czochralski-Methode erzeugte Silizium-Einkristall (Ingot) mit einem Durchmesser von 451 bis 480 mm eine ausreichende Gesamtlänge, und zwar von 660 mm. Dadurch ist es möglich, die Änderungsraten des Axialradius (Rate des ansteigenden Durchmessers und Rate des abfallenden Durchmessers) sowohl im Abschnitt des erhöhten Durchmessers als auch im Abschnitt des verringerten Durchmessers zu reduzieren.Due to the invention according to claim 1, the silicon monocrystal (ingot) having a diameter of 451 to 480 mm produced by the Czochralski method has a sufficient overall length of 660 mm. Thereby, it is possible to reduce the rates of change of the axial radius (rate of increasing diameter and rate of decreasing diameter) in both the increased diameter portion and the reduced diameter portion.

Unter der Gesamtlänge (Länge) des Silizium-Einkristalls wird hier die Länge in der Achsenrichtung des Silizium-Einkristalls verstanden, die einen Abschnitt mit erhöhtem Durchmesser, einen geraden Stababschnitt und einen Abschnitt mit verringertem Durchmesser umfasst.The total length (length) of the silicon single crystal is understood here to mean the length in the axial direction of the silicon monocrystal that includes an increased diameter portion, a straight rod portion, and a reduced diameter portion.

Der Durchmesser des Silizium-Einkristalls ist der Durchmesser seines geraden Stababschnitts.The diameter of the silicon single crystal is the diameter of its straight bar section.

Bei der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist, wie in Bezug auf die Erfindung gemäß Anspruch 1 dargestellt, das Längenverhältnis zwischen dem Abschnitt mit erhöhtem Durchmesser und dem Abschnitt mit verringertem Durchmesser auf 1:1,9 bis 1:2,1 angesetzt. Das heißt, das Längenverhältnis zwischen dem Abschnitt mit erhöhtem Durchmesser und dem Abschnitt mit verringertem Durchmesser ist ungefähr 1:2 (±10%). Wenn das Längenverhältnis zwischen dem Abschnitt mit erhöhtem Durchmesser und dem Abschnitt mit verringertem Durchmesser kleiner als 1:1,9 ist, ergibt sich die Notwendigkeit, die Länge des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser, die nicht zu einem Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 450 mm verarbeitet werden kann, länger als die 210 mm zu machen, durch die eine günstige Radiuserhöhungsrate in der Achsenrichtung des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser ermöglicht wird. Andernfalls wird die Länge des Abschnitts mit verringertem Durchmesser geringer als die 450 mm, durch die eine günstige Radiuserhöhungsrate in der Achsenrichtung des Abschnitts mit verringertem Durchmesser ermöglicht wird. Das Ergebnis ist, dass die Ausbeute sich auf Grund einer Erhöhung der Länge des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser verringert oder die Züchtung des Abschnitts mit verringertem Durchmesser auf Grund einer Abnahme der Länge des Abschnitts mit verringertem Durchmesser instabil wird. Darüber hinaus ergibt sich, wenn das oben beschriebene Verhältnis 1:2,1 übersteigt, die Notwendigkeit, die Länge des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser geringer als die 210 mm zu machen, durch die eine günstige Radiuserhöhungsrate in der Achsenrichtung des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser ermöglicht wird. Andernfalls wird die Länge des Abschnitts mit verringertem Durchmesser, die nicht zu einem Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 450 mm verarbeitet werden kann, über die 450 mm hinaus erhöht, durch die eine günstige Radiuserhöhungsrate in der Achsenrichtung des Abschnitts mit verringertem Durchmesser ermöglicht wird. Dies hat zur Folge, dass die Züchtung des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser auf Grund einer Abnahme der Länge des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser instabil wird oder die Ausbeute sich auf Grund einer Erhöhung der Länge des Abschnitts mit verringertem Durchmesser verringert.In the invention according to claim 2, as shown in relation to the invention according to claim 1, the aspect ratio between the increased diameter portion and the reduced diameter portion is set to 1: 1.9 to 1: 2.1. That is, the aspect ratio between the increased diameter portion and the reduced diameter portion is about 1: 2 (± 10%). When the aspect ratio between the increased diameter portion and the reduced diameter portion is smaller than 1: 1.9, there is a need to increase the length of the increased diameter portion that is not processed into a silicon wafer having a diameter of 450 mm can make longer than the 210 mm, which allows a favorable radius increase rate in the axis direction of the increased diameter portion. Otherwise, the length of the reduced diameter portion becomes smaller than the 450 mm, by which a favorable radius increasing rate in the axis direction of the reduced diameter portion is possible. The result is that the yield decreases due to an increase in the length of the increased diameter portion or the growth of the reduced diameter portion becomes unstable due to a decrease in the length of the reduced diameter portion. Moreover, when the above-described ratio exceeds 1: 2.1, there is a need to make the length of the increased diameter portion smaller than the 210 mm, which enables a favorable radius increase rate in the axis direction of the increased diameter portion , Otherwise, the length of the reduced diameter portion that can not be processed into a 450 mm diameter silicon wafer is increased beyond the 450 mm, which allows a favorable radius increase rate in the axial direction of the reduced diameter portion. As a result, the growth of the increased diameter portion becomes unstable due to a decrease in the length of the increased diameter portion, or the yield decreases due to an increase in the length of the reduced diameter portion.

Unter dem Verhältnis wird hier ein Verhältnis verstanden, das durch die Rundung eines Werts ermittelt wird. Wenn z. B. die Länge des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser 210 mm beträgt und die Länge des Abschnitts mit verringertem Durchmesser 450 mm beträgt, so ist ihr Verhältnis 1:2, 142... Wird der Wert jedoch gerundet, so erreicht er 1:2,1.The ratio is understood to mean a ratio that is determined by the rounding of a value. If z. For example, if the length of the section with increased diameter is 210 mm and the length of the section with reduced diameter is 450 mm, its ratio is 1: 2, 142 ... However, if the value is rounded, it reaches 1: 2,1 ,

Bei der Erfindung gemäß Anspruch 3 beträgt, wie in Bezug auf die Erfindung gemäß Anspruch 1 dargestellt, der Durchmesser des Silizium-Einkristalls 465 mm, die Länge seines Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser 210 mm, die Länge seines geraden Stababschnitts 1700 bis 2540 mm, die Länge seines Abschnitts mit verringertem Durchmesser 450 mm und seine Gesamtlänge 2360 mm oder mehr, aber weniger als 3200 mm.In the invention according to claim 3, as shown in relation to the invention according to claim 1, the diameter of the silicon single crystal is 465 mm, the length of its section with increased diameter 210 mm, the length of its straight bar section 1700 to 2540 mm, the length its section of reduced diameter 450 mm and its total length 2360 mm or more, but less than 3200 mm.

Da der Durchmesser des Silizium-Einkristalls 465 mm, die Länge seines Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser 210 mm, die Länge seines geraden Stababschnitts 1700 bis 2540 mm, die Länge seines Abschnitts mit verringertem Durchmesser 450 mm und seine Gesamtlänge 2360 mm oder mehr, aber weniger als 3200 mm betragen, ist es auf Grund der Erfindung nach Anspruch 3 insbesondere möglich, einen Quarztiegel mit einem Außendurchmesser von 36 Zoll, d. h. mit einem relativ kleinen Durchmesser, als zum Hochziehen des Silizium-Einkristalls notwendigen Quarztiegel zu verwenden.Since the diameter of the silicon monocrystal is 465 mm, the length of its increased diameter portion is 210 mm, the length of its straight bar portion is 1700 to 2540 mm, the length of its reduced diameter portion is 450 mm, and its total length is 2360 mm or more but less than 3200 mm, it is possible, by virtue of the invention according to claim 3, in particular, to obtain a quartz crucible having an outer diameter of 36 inches, i. H. having a relatively small diameter, to use as required for pulling up the silicon single crystal quartz crucible.

Wenn die Länge des geraden Stababschnitts weniger als 1700 mm beträgt, dann ist die Ausbeute (Verhältnis des Gewichts des geraden Stababschnitts zum Gewicht des für die Siliziumkristallisation einzusetzenden Materials) des geraden Stababschnitts, der zu einem Siliziumwafer – dem Produkt – mit einem Durchmesser von 450 mm verarbeitet werden kann, gleich oder kleiner als 80 Dadurch verringert sich die Ausbeute im Vergleich zum herkömmlichen Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm oder weniger in bedeutsamem Maße. Darüber hinaus erreicht die Gesamtlänge des Silizium-Einkristalls 3200 mm oder mehr, wenn die Länge des geraden Stababschnitts 2540 mm überschreitet. Dies erfordert angesichts des Volumens des eingespeisten Siliziummaterials den Einsatz eines Quarztiegels mit einem Außendurchmesser von 45 Zoll oder mehr. In diesem Fall erhöht sich die Bodenfläche des Tiegels und es erhöht sich die nach dem Hochziehen des Silizium-Einkristalls im Tiegel zurückbleibende Schmelzflüssigkeit. Daher ist diese Implementierung nicht effizient.If the length of the straight bar section is less than 1700 mm, then the yield (ratio of the weight of the straight bar section to the weight of material to be used for silicon crystallization) of the straight bar section resulting in a silicon wafer - the product - having a diameter of 450 mm As a result, the yield is significantly reduced as compared with the conventional wafer having a diameter of 300 mm or less. In addition, the total length of the silicon monocrystal reaches 3200 mm or more when the length of the straight bar portion exceeds 2540 mm. This requires the use of a quartz crucible having an outer diameter of 45 inches or more in view of the volume of the silicon material fed. In this case, the bottom surface of the crucible increases, and the melt liquid remaining in the crucible after the silicon monocrystal is pulled up increases. Therefore, this implementation is not efficient.

[Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung][Advantageous Effects of the Invention]

Bei der vorliegenden Erfindung sind die Änderungsraten des Axialradius im Abschnitt mit erhöhtem Durchmesser und im Abschnitt mit verringertem Durchmesser bei einem Silizium-Einkristall für Siliziumwafer, der mittels der Czochralski-Methode erzeugt wird, mit einem Durchmesser von 450, gering und daher ist es möglich, einen Einkristall mit einer stabilen Erhöhung und Abnahme des Durchmessers desselben zu züchten. Das Ergebnis besteht darin, dass ein Silizium-Einkristall von guter Qualität erzielt wird.In the present invention, the change rates of the axial radius in the increased diameter portion and in the reduced diameter portion in a silicon single crystal for silicon wafers produced by the Czochralski method with a diameter of 450 are small, and therefore it is possible to to grow a single crystal with a stable increase and decrease in the diameter thereof. The result is that a good quality silicon single crystal is achieved.

[Kurzbeschreibung der Zeichnungen][Brief Description of the Drawings]

[ ] ist ein Anordnungsschema einer Silizium-Einkristall-Züchtungsvorrichtung für die Züchtung eines Silizium-Einkristalls entsprechend einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.[ ] is an arrangement diagram of a silicon single crystal growth apparatus for growing a silicon single crystal according to a first embodiment of the present invention.

[ ] ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Quarztiegels zur Erzeugung des Silizium-Einkristalls entsprechend der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.[ Fig. 15 is a vertical cross-sectional view of a quartz crucible for producing the silicon single crystal according to the first embodiment of the present invention.

[ ] ist eine Vorderansicht des Silizium-Einkristalls entsprechend der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.[ ] is a front view of the silicon single crystal according to the first embodiment of the present invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Silizium-Einkristall-ZüchtungsvorrichtungSilicon single crystal growth apparatus
1111: Kammerchamber
1616: Quarztiegelquartz crucible
1818: Umfassungswand-AbschnittContainment section
1919: Boden-AbschnittBottom section
2626: Schmelzemelt
CC: Impfkristallseed
S S: Silizium-EinkristallSilicon single crystal
S2S2: Abschnitt mit erhöhtem DurchmesserSection with increased diameter
S3S3: gerader Stababschnittstraight bar section
S4S4: Abschnitt mit verringertem DurchmesserSection of reduced diameter

[Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsart]DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Nachfolgend wird eine Ausführungsart der vorliegenden Erfindung im Einzelnen erklärt.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be explained in detail.

Erste AusführungFirst execution

In bezeichnet die Referenzziffer 10 eine Silizium-Einkristall-Züchtungsvorrichtung (im Folgenden: ”Kristall-Züchtungsvorrichtung”) für die Züchtung eines Silizium-Einkristalls S entsprechend einer ersten Ausführung. Die Kristall-Züchtungsvorrichtung 10 enthält eine Kammer 11 in der Form eines Hohlzylinders. Die Kammer 11 besteht aus: einer Hauptkammer 12 mit großem Durchmesser und einer Ziehkammer 13, die nachfolgend an der Hauptkammer 12 angebracht ist und deren Durchmesser geringer als derjenige der Hauptkammer 12 ist. Im Hauptabschnitt im Innern der Hauptkammer 12 ist ein Tiegel 14 an einem Stützschaft (Sockel) 15 befestigt, der dreh- und hebbar ist. Der Tiegel 14 ist als Doppelstruktur ausgelegt, in der ein innerer Quarztiegel 16 und ein äußerer Graphittiegel 17 (jeder Tiegel hat die Form eines Zylinders mit Boden) miteinander kombiniert sind. Was diese Bauteile betrifft, besteht der Quarztiegel 16 aus: einem Umfassungswand-Abschnitt 18, dessen Außendurchmesser über die gesamte Länge hinweg gleich ist, und einem unter dem Umfassungswand-Abschnitt 18 platzierten Bodenabschnitt 19 in verdickter Form. Die Abschnitte 18 und 19 sind durch einen Winkelabschnitt 20 mit einer Außenfläche in verdickter Form, dessen Krümmungsradius kleiner als derjenige der Außenfläche des Bodenabschnitts 19 ist, untrennbar miteinander verbunden ( ). Anzumerken ist, dass der Außendurchmesser des Quarztiegels 16 36 Zoll beträgt.In denotes the reference number 10 a silicon single crystal growth apparatus (hereinafter, "crystal growing apparatus") for growing a silicon single crystal S according to a first embodiment. The crystal-breeding device 10 contains a chamber 11 in the form of a hollow cylinder. The chamber 11 consists of: a main chamber 12 with a large diameter and a drawing chamber 13 following at the main chamber 12 is attached and whose diameter is smaller than that of the main chamber 12 is. In the main section inside the main chamber 12 is a crucible 14 on a support shaft (base) 15 attached, which is rotatable and liftable. The crucible 14 is designed as a double structure, in which an inner quartz crucible 16 and an outer graphite crucible 17 (Each crucible has the shape of a cylinder with bottom) are combined. As far as these components are concerned, there is the quartz crucible 16 from: a perimeter wall section 18 whose outside diameter is the same over the entire length and one below the perimeter wall section 18 placed floor section 19 in thickened form. The sections 18 and 19 are through an angle section 20 with an outer surface in thickened shape whose radius of curvature is smaller than that of the outer surface of the bottom portion 19 is inseparable ( ). It should be noted that the outside diameter of the quartz crucible 16 36 inches.

Außerhalb des Tiegels 14 ist konzentrisch zum Umfassungswand-Abschnitt 18 ein Widerstandsheizkörper 21 platziert. Außerhalb des Heizkörpers 21 ist eine zylinderförmige wärmeisolierende Abdeckung 22 entlang der Innenfläche der Hauptkammer 12 platziert. Auf der Bodenfläche der Hauptkammer 12 ist eine runde Wärmeisolierungsplatte 23 platziert. Außerhalb der Hauptkammer 12 sind zwecks Bildung eines horizontalen Magnetfelds einander gegenüberstehende Supraleitungsmagnete 24 installiert.Outside the crucible 14 is concentric with the perimeter wall section 18 a resistance heater 21 placed. Outside the radiator 21 is a cylindrical heat-insulating cover 22 along the inner surface of the main chamber 12 placed. On the bottom surface of the main chamber 12 is a round heat insulation panel 23 placed. Outside the main chamber 12 For example, in order to form a horizontal magnetic field, superconducting magnets are opposed to each other 24 Installed.

Auf der Mittellinie des Tiegels 14 ist mittels der Ziehkammer 13 ein Hochziehschaft (der auch in einem Draht bestehen kann) 25 aufgehängt, der koaxial zum Stützschaft 15 dreh- und hebbar ist. Am unteren Ende des Hochziehschafts 25 ist ein Impfkristall C angebracht.On the center line of the crucible 14 is by means of the drawing chamber 13 a pull-up shaft (which can also be a wire) 25 suspended, coaxial with the support shaft 15 is rotatable and liftable. At the bottom of the pull-up shaft 25 a seed C is attached.

Im Folgenden wird eine Silizium-Einkristall-Züchtungsmethode mittels der Kristall-Züchtungsvorrichtung 10 im Einzelnen erklärt. Der Durchmesser eines geraden Stababschnitts S3 des herzustellenden Silizium-Einkristalls beträgt 465 mm, wodurch ein 450-mm-Siliziumwafer gebildet werden kann ( ). In den Tiegel 14 wird als Siliziummaterial zur Kristallisation und als P-Fremdstoff Bor eingespeist. Der Druck im Inneren der Kammer 11 wird auf 50 Torr reduziert, und als inaktives Gas wird mit 200 L/min Ar-Gas in sie eingeführt. Anschließend wird das in den Tiegel 14 eingespeiste Material durch Hitze vom Heizkörper 21 geschmolzen, um eine Schmelze 26 im Tiegel 14 zu bilden.Hereinafter, a silicon single crystal growth method by the crystal growth apparatus will be described 10 explained in detail. The diameter of a straight bar section S3 of the silicon monocrystal to be produced is 465 mm, whereby a 450 mm silicon wafer can be formed ( ). In the crucible 14 is fed as silicon material for crystallization and as P-impurity boron. The pressure inside the chamber 11 is reduced to 50 Torr, and as inactive gas is introduced into it with 200 L / min Ar gas. Then this is in the crucible 14 fed material by heat from the radiator 21 melted to a melt 26 in the crucible 14 to build.

Anschließend wird ein am unteren Ende des Hochziehschafts 25 befestigtes Impfkristall C in der Schmelze 26 getränkt; der Hochziehschaft 25 wird axial hochgezogen, während der Tiegel 14 und der Hochziehschaft 25 in Gegenrichtung zueinander gedreht werden, und der Silizium-Einkristall S wird an der Unterseite des Impfkristalls C gezüchtet.Subsequently, one at the lower end of the pull-up shaft 25 attached seed crystal C in the melt 26 soaked; the pull-up shaft 25 is pulled up axially, while the crucible 14 and the pull-up shaft 25 are rotated in the opposite direction to each other, and the silicon single crystal S is grown on the underside of the seed crystal C.

Im Rahmen des Prozesses der Züchtung des Silizium-Einkristalls S werden zuerst durch einen Pressschritt Versetzungen entfernt und daraufhin wird ein Halsabschnitt S1 geformt. Mittels eines sich an den Pressschritt anschließenden Durchmessererhöhungschritts wird ein Abschnitt mit erhöhtem Durchmesser S2 geformt, und sobald die Durchmessererhöhung gestoppt wird, wird die Bildung des geraden Stababschnitts S3 gestartet. Damit die Qualität des Silizium-Einkristalls S (des Produkts), wie z. B. die Sauerstoffkonzentration, das wünschenswerte Niveau erreichen kann, werden zu diesem Zeitpunkt die Stärke des angewandten Magnetfelds, die Drehgeschwindigkeit des Hochziehschafts 25 und die Drehgeschwindigkeit des Tiegels 14 jeweils eingestellt und angepasst.In the process of growing the silicon monocrystal S, dislocations are first removed by a pressing step, and then a neck portion S1 is formed. By means of a diameter increasing step subsequent to the pressing step, a portion of increased diameter S2 is formed, and as soon as the diameter increase is stopped, the formation of the straight bar portion S3 is started. Thus, the quality of the silicon single crystal S (of the product), such. For example, the oxygen concentration that can reach the desirable level becomes, at this time, the strength of the applied magnetic field, the rotational speed of the pull-up shaft 25 and the speed of rotation of the crucible 14 each adjusted and adjusted.

Bei dieser Ausführung wird unter der Bedingung, dass das Magnetfeld S1 mit 0,4 Tesla angelegt wird, die Drehgeschwindigkeit des Hochziehschafts 25 auf 8 U/min eingestellt ist und die Drehgeschwindigkeit des Tiegels 14 auf 0,1 U/min eingestellt ist, zuerst der Halsabschnitt S1 hergestellt. Im Anschluss daran werden der Strom des Heizgeräts 21 und eine Hubgeschwindigkeit des Hochziehschafts 25 in der Weise geändert, dass der Abschnitt mit erhöhtem Durchmesser S2 in einer nach oben weisenden Kegelform geformt wird. Zu einem Zeitpunkt, zu dem der Durchmesser des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser S2 einen im Voraus bestimmten Durchmesser (385 mm) erreicht, werden der Strom des Heizgeräts 21 und die Hubgeschwindigkeit des Hochziehschafts 25 erneut geändert. Dann wird die Durchmessererhöhung gestoppt. Damit ist der Durchmessererhöhungsschritt abgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Axiallänge des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser S2 210 mm. Von diesem Zeitpunkt an geht der Prozess zum geraden Stababschnitt S3 über und der Strom des Heizgeräts 21 und die Hubgeschwindigkeit des Hochziehschafts 25 werden in ähnlicher Weise angepasst, um mit dem Schritt der Züchtung des geraden Stababschnitts S3 zu beginnen.In this embodiment, under the condition that the magnetic field S1 of 0.4 Tesla is applied, the rotational speed of the pull-up shaft 25 is set to 8 rpm and the speed of rotation of the crucible 14 is set to 0.1 rpm, first, the neck portion S1 is made. Following this, the power of the heater 21 and a lifting speed of the pulling-up shaft 25 is changed in such a manner that the increased diameter portion S2 is formed in an upwardly facing cone shape. At a time when the diameter of the increased diameter portion S2 reaches a predetermined diameter (385 mm), the heater current becomes 21 and the lifting speed of the pull-up shaft 25 changed again. Then the diameter increase is stopped. This is the Diameter increasing step completed. At this time, the axial length of the increased diameter portion S2 is 210 mm. From this point on, the process goes to the straight bar section S3 and the power of the heater 21 and the lifting speed of the pull-up shaft 25 are similarly adjusted to start the step of growing the straight bar section S3.

Anschließend, und zwar zu einem Zeitpunkt, zu dem die Länge des geraden Stababschnitts S3 1700 mm erreicht, wird der Strom des Heizgeräts 21 angepasst. Hierdurch wird allmählich ein Abschnitt mit verringertem Durchmesser S4 ( ) in einer nach unten weisenden Kegelform geformt, und an der Spitze des nach unten weisenden Kegels wird die Züchtung des Silizium-Einkristalls S schließlich beendet.Subsequently, at a time when the length of the straight bar portion S3 reaches 1700 mm, the heater current becomes 21 customized. This gradually becomes a reduced diameter section S4 (FIG. ) is formed in a downwardly facing conical shape, and at the tip of the downwardly facing cone, the growth of the silicon single crystal S is finally stopped.

Selbstverständlich werden beim Schritt der Züchtung des Abschnitts mit verringertem Durchmesser der Strom des Heizgeräts 21 und die Hubgeschwindigkeit des Hochziehschafts 25 so angepasst, dass die Länge des Abschnitts mit verringertem Durchmesser S4 450 mm beträgt.Of course, in the step of growing the reduced diameter portion, the power of the heater becomes 21 and the lifting speed of the pull-up shaft 25 adjusted so that the length of the reduced diameter section S4 is 450 mm.

Auf diese Weise wird die Länge des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser S2 beim Silizium-Einkristall S mit einem Durchmesser von 465 mm bei 210 mm stabilisiert, und damit kann die Erhöhung des Durchmessers des Abschnitts mit erhöhtem Durchmesser S2 in sicherer Weise durchgeführt werden und hat eine erhöhte Produktivität zum Ergebnis. Darüber hinaus ist die Länge des Abschnitts mit verringertem Durchmesser S4 auf 450 mm angelegt, und damit kann mit Sicherheit verhindert werden, dass die bei der Trennung des nach unten weisenden Kegels von der Schmelze 26 wahrscheinlich eintretende Versetzung sich auf den geraden Stababschnitt S3 überträgt.In this way, the length of the increased diameter portion S2 of the silicon single crystal S having a diameter of 465 mm is stabilized at 210 mm, and thus the increase in the diameter of the increased diameter portion S2 can be surely performed and increased Productivity to the result. In addition, the length of the reduced diameter portion S4 is set to 450 mm, and thus can be prevented with certainty that in the separation of the downwardly facing cone from the melt 26 probably occurring offset transfers to the straight bar section S3.

Darüber hinaus ist die Länge des geraden Stababschnitts S3 auf 1700 mm angelegt und daher beträgt die Gesamtlänge 2360 mm. Dies hat zur Folge, dass der Durchmesser des Quarztiegels 16 auf 36 Zoll eingestellt werden kann, was ein relativ kleiner Durchmesser ist.In addition, the length of the straight bar section S3 is set to 1700 mm, and therefore the total length is 2360 mm. As a result, the diameter of the quartz crucible 16 can be adjusted to 36 inches, which is a relatively small diameter.

In diesem Fall, wenn die Gesamtlänge des Silizium-Einkristalls S auf 3200 mm oder mehr eingestellt ist, erfordert das Volumen des eingespeisten Siliziummaterials, dass der Außendurchmesser des Quarztiegels 16 45 Zoll oder mehr beträgt. Falls dies erfolgt, wird die Bodenfläche des Tiegels 14 erhöht, und die schließlich im Tiegel 14 zurückbleibende Schmelze 26 vermehrt sich, und daher ist dies nicht effizient.In this case, when the total length of the silicon monocrystal S is set to 3200 mm or more, the volume of the injected silicon material requires that the outside diameter of the quartz crucible 16 45 inches or more. If this happens, the bottom surface of the crucible becomes 14 increased, and finally in the crucible 14 residual melt 26 multiplies, and therefore this is not efficient.

[Industrielle Anwendungsmöglichkeit][Industrial application]

Die vorliegende Erfindung ist für ein Silizium-Einkristall zur Herstellung von Siliziumwafers mit großem Durchmesser von Nutzen, die das Substrat für Prozessoren wie z. B. MPUs, Speichergeräte wie z. B. DRAM und Flash-Speicher und Leistungsgeräte wie z. B. IGBTs bilden.The present invention is useful for a silicon single crystal for the production of large diameter silicon wafers, which is the substrate for processors such as. As MPUs, storage devices such. As DRAM and flash memory and power devices such. B. IGBTs form.

Ein mittels der CZ-Methode gezüchteter Silizium-Einkristall hat eine ausreichende Länge, d. h. einen Durchmesser von 451 bis 480 mm und eine Gesamtlänge von 660 mm oder mehr. Dadurch ist es möglich, die Änderungsraten des Axialradius sowohl im Abschnitt mit erhöhtem Durchmesser als auch im Abschnitt mit verringertem Durchmesser zu reduzieren.A silicon monocrystal grown by the CZ method has a sufficient length, i. H. a diameter of 451 to 480 mm and a total length of 660 mm or more. Thereby, it is possible to reduce the rates of change of the axial radius in both the increased diameter portion and the reduced diameter portion.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Current State of Wafer Technology Required by State-of-the-Art LSI Latest Release Silicon Device and Crystallization Technology; ed. by Realize Science & Engineering Center, Japan / Realize-AT Co., Ltd., published December 29, 2005, Chapter 3: "Crystallization Technology", 1.5 Challenges in Crystallization Technology when 450-mm diameter is assumed (p 244) [0003]

Claims

A silicon single crystal, wherein said silicon single crystal is grown from molten silicon by the Czochralski method, and said molten silicon is produced by filling and melting a silicon material for crystallization in a quartz crucible inserted in a chamber; in which the silicon single crystal has a diameter of 451 to 480 mm and the diameter is sufficient for forming a silicon wafer having a diameter of 450 mm and the silicon single crystal has a total length of 660 mm or more.

The silicon single crystal according to claim 1, wherein the aspect ratio between the increased diameter portion and the reduced diameter portion is between 1: 1.9 and 1: 2.1.

The silicon single crystal according to claim 1, wherein the diameter of the silicon monocrystal is 465 mm, the length of its increased diameter portion is 210 mm, the length of its straight rod portion is 1700 to 2540 mm, the length of its reduced diameter portion is 450 mm, and its entire length 2360 mm or more.