DE112017003224T5

DE112017003224T5 - Process for producing silicon single crystal

Info

Publication number: DE112017003224T5
Application number: DE112017003224.5T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Saito; Toshiaki Saishoji; Kazumi Tanabe
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2019-03-21
Anticipated expiration: 2037-02-24
Also published as: WO2018003167A1; KR20180124975A; KR102157389B1; TW201800626A; DE112017003224B4; JP6680108B2; CN109415843A; TWI635199B; JP2018002496A

Abstract

Ein Silicium-Einkristall wird unter einer gegebenen Herstellungsbedingung hergestellt, indem für die gegebene Herstellungsbedingung vorher Korrelationen zwischen einem Durchmesser (D) eines Einkristalls (C), wenn er mit einem CZ-Verfahren hochgezogen wird, der Stärke eines horizontalen Magnetfeldes (G), das an eine Schmelze (M) angelegt wird, einer Kristallrotationsgeschwindigkeit (V) des Einkristalls (C), wenn er hochgezogen wird, und einer Verteilungscharakteristik (δ) einer Sauerstoffkonzentration in einem äußeren Umfangsteil eines Wafers erhalten werden, ein Minimaldurchmesser des Einkristalls, wenn er hochgezogen wird, aus einem Grenzwert der Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers, einem Grenzwert der Stärke des horizontalen Magnetfeldes, einem Grenzwert der Kristallrotationsgeschwindigkeit des Einkristalls, wenn er hochgezogen wird, und den Korrelationen erhalten wird, und der erhaltene Minimaldurchmessers als Zieldurchmesser verwendet wird.

A silicon single crystal is manufactured under a given manufacturing condition by making correlations between a diameter (D) of a single crystal (C) when pulled up by a CZ method, the strength of a horizontal magnetic field (G), the previous manufacturing condition is applied to a melt (M), a crystal rotation speed (V) of the single crystal (C) when being pulled up, and a distribution characteristic (δ) of an oxygen concentration in an outer peripheral part of a wafer, a minimum diameter of the single crystal when pulled up is obtained from a limit of the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, a limit value of the horizontal magnetic field intensity, a crystal rotation speed limit of the single crystal when pulled up and correlations, and the obtained minimum diameter as a target knife is used.

Description

[Technisches Gebiet][Technical area]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls.The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal.

[Stand der Technik][State of the art]

In einem Czochralski-Verfahren mit angelegtem horizontalen Magnetfeld (HMCZ-Verfahren) wurde vorgeschlagen, dass die Verteilung der Sauerstoffkonzentration in Richtung der Kristallwachstumsachse gleichmäßig gemacht wird, indem man die Konvektion in dem Oberflächenteil der Schmelze in einem Tiegel leicht auftreten lässt und die Konvektion in dem Bodenteil des Tiegels unterdrückt (Patentdokument 1: JP9-188590A ).In a horizontal magnetic field (HMCZ) Czochralski method, it has been proposed that the distribution of the oxygen concentration in the direction of the crystal growth axis be made uniform by allowing the convection in the surface portion of the melt to easily occur in a crucible and convection in the crucible Bottom part of the crucible suppressed (Patent Document 1: JP9-188590A ).

[Dokument des Standes der Technik][Document of the Prior Art]

[Patentdokument][Patent Document]

[Patentdokument 1] JP9-188590A [Patent Document 1] JP9-188590A

[Zusammenfassung der Erfindung]Summary of the Invention

[Durch die Erfindung zu lösende Probleme][Problems to be Solved by the Invention]

Im Allgemeinen ist die Sauerstoffkonzentration in einem Bereich von etwa 10 mm von dem Teil am Ende des äußeren Umfangs eines Wafers (dieser Bereich wird ebenso nachstehend als ein „äußerer Umfangsteil“ bezeichnet) niedriger als in den anderen Zentralbereichen. Ein solcher äußerer Umfangsteil kann in dem Bauelementprozess Defekte hervorrufen, und es ist folglich erforderlich, die Sauerstoffkonzentration bis in den äußeren Umfangsteil hinein gleichmäßig zu machen, um die Ausbeute an Bauelementen zu steigern.In general, the oxygen concentration is in a range of about 10 mm from the part at the end of the outer circumference of a wafer (this area will also be referred to as an "outer peripheral part" hereinafter) lower than in the other central areas. Such an outer peripheral part may cause defects in the device process, and hence it is necessary to make the oxygen concentration uniform to the outer peripheral part to increase the yield of devices.

Ein durch die vorliegende Erfindung zu lösendes Problem liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls zur Verfügung zu stellen, das die Sauerstoffkonzentration an der Waferoberfläche bis in den äußeren Umfangsteil hinein gleichmäßig machen kann, während die Herstellungskosten des Silicium-Einkristalls gering gehalten werden.A problem to be solved by the present invention is to provide a method of producing a silicon single crystal which can uniformize the oxygen concentration on the wafer surface into the outer peripheral portion while keeping the manufacturing cost of the silicon single crystal low ,

[Mittel zur Lösung der Aufgaben][Means to solve the tasks]

Ein erster Aspekt der Erfindung löst das obige Problem, indem vorher für eine gegebene Produktionsbedingung Korrelationen zwischen einem Durchmesser eines Einkristalls, der hochgezogen werden soll, der Stärke eines horizontalen Magnetfeldes und einer Kristallrotation des Einkristalls und einer Verteilungscharakteristik einer Sauerstoffkonzentration in einem äußeren Umfangsteil eines Wafers erhalten werden, ein Durchmesser des Einkristalls, der hochgezogen werden soll, aus der zulässigen Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers, einem Grenzwert der Stärke des horizontalen Magnetfeldes, einem Grenzwert der Kristallrotation des Einkristalls und den Korrelationen erhalten wird, und der Silicium-Einkristall mit dem erhaltenen Durchmesser unter der gegebenen Herstellungsbedingung hergestellt wird.A first aspect of the invention solves the above problem by obtaining, in advance, for a given production condition, correlations between a diameter of a single crystal to be pulled up, the strength of a horizontal magnetic field and a crystal rotation of the single crystal, and a distribution characteristic of an oxygen concentration in an outer peripheral part of a wafer For example, a diameter of the single crystal to be pulled up is obtained from the allowable distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, a limit of the horizontal magnetic field strength, a crystal rotation limit of the single crystal and the correlations, and the silicon single crystal is produced with the diameter obtained under the given manufacturing condition.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung löst das obige Problem, indem vorher für eine gegebene Herstellungsbedingung Korrelationen zwischen einem Durchmesser eines Einkristalls, der hochgezogen werden soll, einer Stärke eines horizontalen Magnetfeldes, einer Kristallrotation des Einkristalls und einer Verteilungscharakteristik einer Sauerstoffkonzentration in einem äußeren Umfangsteil eines Wafers erhalten werden, die anzulegende Stärke des horizontalen Magnetfeldes aus einer zulässigen Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers, einem Grenzwert des Durchmessers des Einkristalls, der hochgezogen werden soll, einem Grenzwert der Kristallrotationsgeschwindigkeit des Einkristalls und den Korrelationen erhalten wird, und der Einkristall unter der erhaltenen Stärke des horizontalen Magnetfeldes und der gegebenen Herstellungsbedingung hergestellt wird.A second aspect of the invention solves the above problem by previously obtaining correlations between a diameter of a single crystal to be pulled up, a strength of a horizontal magnetic field, a crystal rotation of the single crystal, and a distribution characteristic of an oxygen concentration in an outer peripheral part of a wafer for a given manufacturing condition For example, the horizontal magnetic field intensity to be applied is obtained from an allowable distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, a limit value of the diameter of the single crystal to be pulled up, a crystal rotation speed limit of the single crystal and the correlations, and the single crystal among obtained strength of the horizontal magnetic field and the given manufacturing condition is produced.

Ein dritter Aspekt der Erfindung löst das obige Problem, indem vorher für eine gegebene Herstellungsbedingung Korrelationen zwischen einem Durchmesser eines Einkristalls, der hochgezogen werden soll, einer Stärke eines horizontalen Magnetfeldes, einer Kristallrotation des Einkristalls und einer Verteilungscharakteristik einer Sauerstoffkonzentration in einem äußeren Umfangsteil eines Wafers erhalten werden, die Kristallrotation des Einkristalls aus einer zulässigen Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers, einem Grenzwert des Durchmessers des Einkristalls, der hochgezogen werden soll, einem Grenzwert des horizontalen Magnetfeldes und den Korrelationen erhalten wird, und der Einkristall unter der erhaltenen Kristallrotation und der gegebenen Herstellungsbedingung hergestellt wird.A third aspect of the invention solves the above problem by previously obtaining correlations between a diameter of a single crystal to be pulled up, a strength of a horizontal magnetic field, a crystal rotation of the single crystal, and a distribution characteristic of an oxygen concentration in an outer peripheral part of a wafer for a given manufacturing condition are obtained, the crystal rotation of the single crystal of an allowable distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer, a limit of the diameter of the single crystal to be pulled up, a limit of the horizontal magnetic field and the correlations, and the single crystal under the obtained crystal rotation and the given manufacturing condition is produced.

Wenn auch nicht besonders beschränkt, sind in den obigen ersten bis dritten Aspekten der Erfindung, vorausgesetzt der Durchmesser des Einkristalls, der hochgezogen werden soll, ist D (mm), die Stärke des horizontalen Magnetfeldes ist G (Gauss), die Kristallrotation des Einkristalls ist V (U/min), die Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers ist δ (10¹⁷ Atome/cm³) und a, b, c und d sind Konstanten, die Korrelationen vorzugsweise durch die Gleichung δ=aD+bG+cV+d definiert, und die Konstanten a, b, c und d werden vorzugsweise vorher erhalten.Although not particularly limited, in the above first to third aspects of the invention, provided that the diameter of the single crystal to be pulled up is D (mm), the strength of the horizontal magnetic field is G (Gauss), which is crystal rotation of the single crystal V (rpm), the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer is δ (10 ¹⁷ atoms / cm ³ ) and a, b, c and d are constants, the correlations preferably by the equation δ = aD + bG + cV + d, and the constants a, b, c and d are preferably obtained in advance.

[Effekt der Erfindung] Effect of the Invention

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung werden die Korrelationen vorher erhalten, bei denen der Durchmesser des Einkristalls, der hochgezogen werden soll, zu der Stärke des horizontalen Magnetfeldes, der Kristallrotation des Einkristalls und der Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers hinzuaddiert wird, und, wenn der Einkristall hergestellt wird, ein Minimaldurchmesser des Einkristalls, der hochgezogen werden soll, aus dem Grenzwert der Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration im äußeren Umfangsteil des Wafers, dem Grenzwert der Stärke des horizontalen Magnetfeldes, dem Grenzwert der Kristallrotation des Einkristalls und den Korrelationen erhalten wird. Dies minimiert den Durchmesser des hochzuziehenden Einkristalls und kann folglich die Herstellungskosten des Silicium-Einkristalls auf ein Minimum senken. Darüber hinaus hält die Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers ihren Grenzwert aufrecht, und die Sauerstoffkonzentration an der Waferoberfläche kann somit gleichmäßig gemacht werden.According to the first aspect of the invention, the correlations are previously obtained in which the diameter of the single crystal to be pulled up is added to the horizontal magnetic field strength, the crystal rotation of the single crystal and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, and when the single crystal is manufactured, a minimum diameter of the single crystal to be pulled up is obtained from the limit of the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, the limit of the horizontal magnetic field strength, the crystal rotation limit of the single crystal, and the correlations. This minimizes the diameter of the monocrystal to be pulled up, and thus can minimize the manufacturing cost of the silicon monocrystal. Moreover, the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer maintains its limit, and the oxygen concentration at the wafer surface can thus be made uniform.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung werden die Korrelationen vorher erhalten, bei denen der Durchmesser des Einkristalls, der hochgezogen werden soll, zu der Stärke des horizontalen Magnetfeldes, der Kristallrotation des Einkristalls und der Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers hinzuaddiert wird, und, wenn der Einkristall hergestellt wird, die Stärke des horizontalen Magnetfeldes, das angelegt werden soll, aus dem Grenzwert der Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers, dem Grenzwert des Durchmessers des Einkristalls, der hochgezogen werden soll, dem Grenzwert der Kristallrotation des Einkristalls und den Korrelationen erhalten wird. Dies minimiert den Durchmesser des hochzuziehenden Einkristalls und kann folglich die Herstellungskosten des Silicium-Einkristalls auf ein Minimum drücken. Darüber hinaus hält die Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers ihren Grenzwert aufrecht, und die Sauerstoffkonzentration an der Waferoberfläche kann somit gleichmäßig gemacht werden.According to the second aspect of the invention, the correlations are previously obtained in which the diameter of the single crystal to be pulled up is added to the strength of the horizontal magnetic field, the crystal rotation of the single crystal and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, and That is, when the single crystal is manufactured, the strength of the horizontal magnetic field to be applied is set from the limit of the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, the limit value of the diameter of the single crystal to be pulled up, the limit value of crystal rotation of the single crystal and the correlations. This minimizes the diameter of the monocrystal to be pulled up and thus can minimize the manufacturing cost of the silicon monocrystal. In addition, the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer maintains its limit, and the oxygen concentration at the wafer surface can thus be made uniform.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung werden die Korrelationen vorher erhalten, bei denen der Durchmesser des Einkristalls, der hochgezogen werden soll, zu der Stärke des horizontalen Magnetfeldes, der Kristallrotation des Einkristalls und der Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers hinzuaddiert wird, und, wenn der Einkristall hergestellt wird, die Kristallrotation des Einkristalls erhalten wird aus dem Grenzwert der Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers, dem Grenzwert des Durchmessers des Einkristalls, der hochgezogen werden soll, dem Grenzwert der Stärke des horizontalen Magnetfeldes und den Korrelationen. Dies minimiert den Durchmesser des hochzuziehenden Einkristalls und kann folglich die Herstellungskosten des Silicium-Einkristalls auf ein Minimum senken. Darüber hinaus hält die Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers ihren Grenzwert aufrecht, und die Sauerstoffkonzentration an der Waferoberfläche kann somit gleichmäßig gemacht werden.According to the third aspect of the invention, the correlations are previously obtained in which the diameter of the single crystal to be pulled up is added to the strength of the horizontal magnetic field, the crystal rotation of the single crystal and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, and When the single crystal is manufactured, the crystal rotation of the single crystal is obtained from the limit of the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, the limit value of the diameter of the single crystal to be pulled up, the limit of the strength of the horizontal magnetic field and the correlations. This minimizes the diameter of the monocrystal to be pulled up, and thus can minimize the manufacturing cost of the silicon monocrystal. Moreover, the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer maintains its limit, and the oxygen concentration at the wafer surface can thus be made uniform.

Figurenlistelist of figures

1 Fig. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing apparatus to which the method for producing a silicon single crystal according to the present invention is applied.
2 FIG. 12 is a graph showing an example of the relationship between the intensity of the horizontal magnetic field of FIG 1 Illustrated manufacturing apparatus and a distribution characteristic of the oxygen concentration in an outer peripheral portion of a wafer illustrated.
3 FIG. 16 is a graph showing an example of the relationship between the crystal rotation of a single crystal in FIG 1 illustrated manufacturing apparatus and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer illustrated.
4 FIG. 12 is a graph showing an example of the relationship between the position in the direction of the diameter in a wafer of a silicon single crystal, which is similar to that in FIG 1 illustrated manufacturing apparatus, and illustrates the oxygen concentration.
5 FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the diameter of a single crystal coincident with that in FIG 1 has been pulled up, and illustrates the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part.

[Weg(e) zur Durchführung der Erfindung][Way (s) for carrying out the invention]

Nachstehend werden eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Herstellungsvorrichtung veranschaulicht, auf die das Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls (nachstehend ebenso einfach als „Herstellungsvorrichtung (1)“ bezeichnet), auf die das Verfahren zur Herstellung gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewandt wird, umfasst eine erste Kammer (11), die in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, und eine zweite Kammer (12), die ebenso in einer zylindrischen Form ausgebildet ist. Die ersten und zweiten Kammern (11) und (12) sind luftdicht miteinander verbunden.Hereinafter, one or more embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing apparatus to which the method for producing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention is applied. Contraption ( 1 ) to Preparation of a silicon single crystal (hereinafter, as simply as "production device (" 1 ) To which the manufacturing method according to the present embodiment is applied comprises a first chamber (FIG. 11 ), which is formed in a cylindrical shape, and a second chamber ( 12 ), which is also formed in a cylindrical shape. The first and second chambers ( 11 ) and (12) are connected to each other airtight.

Ein Quarztiegel (21) zur Aufbewahrung einer Siliciumschmelze (M) und ein Graphittiegel (22) für den Schutz des Quarztiegels (21) werden durch eine Tragewelle (23) in der ersten Kammer (11) getragen, und ein Antriebsmechanismus (24) erlaubt es, sie zu drehen und nach oben und unten zu bewegen. Zusätzlich sind eine ringförmige Heizung (25) und eine Tonne (26) zur thermischen Isolierung, die ebenso ringförmig ist und aus einem thermischen Isoliermaterial ausgebildet ist, so angeordnet, dass sie den Quarztiegel (21) und den Graphittiegel (22) umgeben. Eine zusätzliche Heizung kann unterhalb des Quarztiegels (21) hinzugefügt werden.A quartz crucible ( 21 ) for storing a silicon melt ( M ) and a graphite crucible ( 22 ) for the protection of the quartz seal ( 21 ) are supported by a carrying shaft ( 23 ) in the first chamber ( 11 ), and a drive mechanism ( 24 ) allows you to rotate and move up and down. In addition, an annular heating ( 25 ) and a ton ( 26 ) for thermal insulation, which is also annular and formed of a thermal insulating material, arranged so that they the quartz crucible ( 21 ) and the graphite crucible ( 22 ) surround. An additional heater can be found below the quartz crucible ( 21 ) to be added.

Ein zylindrisches Bauteil (27) zur thermischen Abschirmung ist innerhalb der ersten Kammer (11) und oberhalb des Quarztiegels (21) vorgesehen. Das Bauteil (27) zur thermischen Abschirmung ist aus einem refraktären Metall, wie Molybdän oder Wolfram, oder Kohlenstoff gebildet. Das Bauteil (27) zur thermischen Abschirmung dient dazu, die Strahlung von der Siliciumschmelze (M) zu einem Silicium-Einkristall (C) zu blockieren und das Gas, das in der ersten Kammer (11) fließt, zu regulieren. Das Bauteil (27) zur thermischen Abschirmung ist unter Verwendung einer Halterung (28) an der Tonne (22) zur thermischen Isolierung befestigt. In einer Ausführungsform kann das untere Ende des Bauteils (27) zur thermischen Abschirmung mit einem thermischen Barriereteil versehen sein, das der gesamten Oberfläche der Siliciumschmelze (M) gegenüberliegt. Dieses kann die Strahlung von der Oberfläche der Siliciumschmelze (M) abschneiden und das Wärmerückhaltevermögen an der Oberfläche der Siliciumschmelze (M) fördern.A cylindrical component ( 27 ) for thermal shielding is within the first chamber ( 11 ) and above the quartz crucible ( 21 ) intended. The component ( 27 ) for thermal shielding is formed of a refractory metal such as molybdenum or tungsten, or carbon. The component ( 27 ) for thermal shielding serves to remove the radiation from the silicon melt ( M ) to a silicon single crystal ( C ) and the gas in the first chamber ( 11 ) flows to regulate. The component ( 27 ) for thermal shielding is using a holder ( 28 ) at the bin ( 22 ) for thermal insulation. In one embodiment, the lower end of the component (FIG. 27 ) are provided for thermal shielding with a thermal barrier part which the entire surface of the silicon melt ( M ) is opposite. This can be the radiation from the surface of the silicon melt ( M ) and the heat retention on the surface of the silicon melt ( M ).

Die zweite Kammer (12), die mit dem oberen Teil der ersten Kammer (11) verbunden ist, ist eine Kammer, die einen gezogenen Silicium-Einkristall (C) aufnimmt. Der Silicium-Einkristall (C) kann durch die zweite Kammer (12) entnommen werden. Der obere Teil der zweiten Kammer (12) ist mit einem Hochziehmechanismus (32) versehen, der den Silicium-Einkristall mit einem Draht (31) hochzieht, während er rotiert wird. Ein Keimkristall (S) ist an einem Spannfutter am unteren Ende des Drahts (31) befestigt, der senkrecht an dem Hochziehmechanismus (32) aufgehängt ist. Ein Inertgas, wie ein Argongas, wird durch eine Gaseinlassöffnung (13), die an dem oberen Teil der ersten Kammer (11) vorgesehen ist, in die erste Kammer (11) eingeführt. Das Inertgas tritt durch einen Raum zwischen dem Silicium-Einkristall (C), der hochgezogen wird, und dem Bauteil (27) zur thermischen Abschirmung hindurch, tritt dann durch einen Raum zwischen dem unteren Ende des Bauteils (27) zur thermischen Abschirmung und der Schmelzoberfläche der Siliciumschmelze (M) hindurch, steigt ferner zu dem oberen Ende des Quarztiegels (21) empor und wird letztendlich durch eine Gasauslassöffnung (14) abgelassen.The second chamber ( 12 ) connected to the upper part of the first chamber ( 11 ) is a chamber containing a grown silicon single crystal ( C ). The silicon single crystal ( C ) can through the second chamber ( 12 ). The upper part of the second chamber ( 12 ) is equipped with a pull-up mechanism ( 32 ), the silicon single crystal with a wire ( 31 ) while rotating. A seed crystal ( S ) is at a chuck at the lower end of the wire ( 31 ), which is perpendicular to the Hochziehmechanismus ( 32 ) is suspended. An inert gas, such as an argon gas, is passed through a gas inlet ( 13 ) located at the upper part of the first chamber ( 11 ), into the first chamber ( 11 ) introduced. The inert gas passes through a space between the silicon single crystal ( C ), which is pulled up, and the component ( 27 ) for thermal shielding, then passes through a space between the lower end of the component ( 27 ) for thermal shielding and the melt surface of the silicon melt ( M ), it also rises to the top of the quartz crucible ( 21 ) and ultimately through a gas outlet ( 14 ) drained.

Eine Vorrichtung (41) zur Erzeugung eines Magnetfeldes ist außerhalb der ersten Kammer (11) (die aus einem nichtmagnetischen Abschirmmaterial ausgebildet ist) angeordnet, so dass sie die erste Kammer (11) umgibt. Die Vorrichtung (41) zur Erzeugung eines Magnetfeldes dient dazu, ein Magnetfeld an die Schmelze (M) in dem Quarztiegel (21) anzulegen. Die Vorrichtung (41) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, die ein horizontales Magnetfeld in Richtung des Quarztiegels (21) erzeugt, ist so konfiguriert, dass sie eine oder mehrere Magnetspulen einschließt. Die Vorrichtung (41) zur Erzeugung eines Magnetfeldes kontrolliert die thermische Konvektion der Schmelze (M) in dem Quarztiegel (21) und stabilisiert hierdurch das Kristallwachstum und unterdrückt die mikroskopische Schwankung der Verteilung von Verunreinigungen in Kristallwachstumsrichtung. Dieser Effekt ist insbesondere dann signifikant, wenn ein Silicium-Einkristall mit einem großen Durchmesser hergestellt wird. Die unten beschriebene Stärke des Magnetfeldes bezieht sich auf Werte, die an der Zentralposition der Schmelzeoberfläche der Schmelze (M) in dem Quarztiegel (21) gemessen werden.A device ( 41 ) for generating a magnetic field is outside the first chamber ( 11 ) (which is formed of a non-magnetic shielding material) arranged so that it the first chamber ( 11 ) surrounds. The device ( 41 ) for generating a magnetic field serves to apply a magnetic field to the melt ( M ) in the quartz crucible ( 21 ). The device ( 41 ) for generating a magnetic field which is a horizontal magnetic field in the direction of the quartz crucible ( 21 ) is configured to include one or more solenoids. The device ( 41 ) for generating a magnetic field controls the thermal convection of the melt ( M ) in the quartz crucible ( 21 ) and thereby stabilizes the crystal growth and suppresses the microscopic fluctuation of the distribution of impurities in the crystal growth direction. This effect is particularly significant when producing a silicon single crystal with a large diameter. The strength of the magnetic field described below refers to values which are at the central position of the melt surface of the melt ( M ) in the quartz crucible ( 21 ) are measured.

Wenn die Herstellungsvorrichtung (1) der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, um einen Silicium-Einkristall mit dem CZ-Verfahren zu ziehen, wird die Siliciumschmelze (M) zuerst hergestellt durch das Befüllen des Quarztiegels (21) mit einem Silicium-Ausgangsmaterial von polykristalinem Silicium, das gegebenenfalls mit einem Dotierungsmittel dotiert sein kann, und Einschalten der Heizung (25), um das Silicium-Ausgangsmaterial in dem Quarztiegel (21) zu schmelzen. Anschließend wird die Temperatur der Siliciumschmelze (M) auf eine Temperatur des Beginns des Hochziehens eingestellt, während die Vorrichtung (41) zur Erzeugung des Magnetfeldes eingeschaltet wird, um das Anlegen eines horizontalen Magnetfeldes an den Quarztiegel (21) zu beginnen. Nachdem sich die Temperatur der Siliciumschmelze (M) und die Magnetfeldstärke stabilisiert haben, wird der Quarztiegel (21) mit dem Antriebsmechanismus (24) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit rotiert, während das Inertgas durch die Gaseinlassöffnung (13) zugeführt wird und über die Gasauslassöffnung (14) abgelassen wird, und der Keimkristall (S), der an dem Draht (31) befestigt ist, wird in die Siliciumschmelze (M) eingetaucht. Dann wird, nachdem der Draht (31) langsam hochgezogen wurde, während er ebenso mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit gedreht wurde, um einen Halsteil des Silicium-Einkristalls (C) auszubilden, dessen Durchmesser bis zu einem gewünschten Durchmesser vergrößert. Der Silicium-Einkristall (C) wird so gezogen, dass er einen Teil eines geraden Körpers mit in etwa zylindrischer Form aufweist.When the manufacturing device ( 1 ) of the present embodiment is used to draw a silicon single crystal by the CZ method, the silicon melt ( M ) first prepared by filling the quartz crucible ( 21 ) with a silicon starting material of polycrystalline silicon, which may optionally be doped with a dopant, and switching on the heater ( 25 ) to the silicon starting material in the quartz crucible ( 21 ) to melt. Subsequently, the temperature of the silicon melt ( M ) is set to a start-up temperature while the device ( 41 ) is turned on to generate the magnetic field, the application of a horizontal magnetic field to the quartz crucible ( 21 ) to start. After the temperature of the silicon melt ( M ) and have stabilized the magnetic field strength, the quartz crucible ( 21 ) with the drive mechanism ( 24 ) is rotated at a predetermined speed, while the inert gas through the gas inlet opening ( 13 ) and via the gas outlet opening ( 14 ) is discharged, and the seed crystal ( S ) attached to the wire ( 31 ) is fixed in the silicon melt ( M immersed). Then, after the wire ( 31 ) slowly pulled up while being also rotated at a predetermined speed, around a neck portion of the silicon monocrystal ( C ), the diameter of which increases to a desired diameter. The silicon single crystal ( C ) is pulled so that it has a part of a straight body with an approximately cylindrical shape.

Wenn der Silicium-Einkristall (C) hochgezogen wird, senkt sich die Schmelzeoberfläche der Siliciumschmelze (M) in dem Quarztiegel (21) ab und die Bedingung der heißen Zone verändert sich, eingeschlossen das horizontale Magnetfeld, das von der Vorrichtung (41) zur Erzeugung eines Magnetfeldes an den Quarztiegel (21) angelegt ist. Um die Schwankung an der Oberfläche der Schmelze zu unterdrücken, wird die Höhe in senkrechter Richtung der Schmelzeoberfläche der Siliciumschmelze (M) während des Hochziehens des Silicium-Einkristalls (C) durch den Antriebsmechanismus (24) konstant gehalten. Diese Steuerung durch den Antriebsmechanismus (24) wird beispielsweise auf Basis von Informationen, wie der Position des Tiegels (21), der Position der Schmelzeoberfläche der Siliciumschmelze (M), gemessen mit einer CCD-Kamera oder dergleichen, die Hochziehlänge des Silicium-Einkristalls (C), der Temperatur in der ersten Kammer (11), der Oberflächentemperatur der Siliciumschmelze (M) und der Flussrate von Inertgas durchgeführt. Auf diese Weise wird die senkrechte Position des Quarztiegels (21) durch den Antriebsmechanismus (24) bewegt.When the silicon single crystal ( C ) is raised, the melt surface of the silicon melt ( M ) in the quartz crucible ( 21 ) and the hot zone condition changes, including the horizontal magnetic field generated by the device ( 41 ) for generating a magnetic field to the quartz crucible ( 21 ) is created. In order to suppress the fluctuation on the surface of the melt, the height in the vertical direction of the melt surface of the silicon melt ( M ) during the pulling up of the silicon monocrystal ( C ) by the drive mechanism ( 24 ) kept constant. This control by the drive mechanism ( 24 ) is based, for example, on information such as the position of the crucible ( 21 ), the position of the melt surface of the silicon melt ( M ), measured with a CCD camera or the like, the pull-up length of the silicon monocrystal ( C ), the temperature in the first chamber ( 11 ), the surface temperature of the silicon melt ( M ) and the flow rate of inert gas. In this way, the vertical position of the quartz crucible ( 21 ) by the drive mechanism ( 24 ) emotional.

Wenn ein 300 mm-Wafer hergestellt wird, wird beispielsweise der Hochziehdurchmesser des Silicium-Einkristalls (C) unter Berücksichtigung von Schwankungen auf einen vorgegebenen Wert geringfügig größer als 300 mm eingestellt. 4 ist ein Graph, der ein Beispiel der Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in einem Waferzustand des auf solche Weise hergestellten Silicium-Einkristalls (C) veranschaulicht. Die waagerechte Achse bezeichnet die Position in Richtung des Durchmessers, wobei das Zentrum des Wafers null ist, und die senkrechte Achse bezeichnet die Sauerstoffkonzentration (×10¹⁷ Atome/cm³). Die Sauerstoffkonzentration, auf die sich die vorliegende Beschreibung bezieht, ist ein Wert, der mit dem FT-IR-Verfahren (Fourier-Transformation-Infrarot-Spektroskopieverfahren), das vollständig durch ASTM F-121 (1979) standardisiert ist, gemessen wird. Der äußere Umfangsteil des Wafers, worauf sich die vorliegende Beschreibung bezieht, ist ein Bereich von dem Teil des Wafers am äußeren Umfangsende zu der Innenseite von 10 mm. Die folgenden, in den 2, 3 und 5 illustrierten Beispiele, sind diejenigen, in denen das Abfallen der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers an einer Position 5 mm von dem Teil am äußeren Umfangsende gemessen wird, diese Beispiele werden jedoch lediglich als typische Beispiele des äußeren Umfangsteils des Wafers gegeben, und die Messposition ist nicht auf die Position von 5 mm beschränkt. Gemäß diesen Beispielen ist die Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers um etwa 0,5×10¹⁷ Atome/cm³ niedriger als an anderen Stellen. Denn, wenn das horizontale Magnetfeld angelegt wird, wenn sich der Durchmesser des Wafers vergrößert und die thermische Konvektion die in der Siliciumschmelze (M) in dem Quarztiegel (21) auftritt, dadurch kontrolliert wird, um die Kontrollierbarkeit des Hochziehdurchmessers zu verbessern, wird es unwahrscheinlicher, dass der Sauerstoff in der Schmelze durch die thermische Konvektion gerührt wird, und die Schmelze in der Oberflächenschicht, aus der Sauerstoff verdampft, wird als der äußere Umfangsteil des Kristalls genommen, so dass die Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Kristalls tendenziell abnimmt.For example, when a 300 mm wafer is produced, the pull-up diameter of the silicon single crystal (FIG. C ) adjusted to a predetermined value slightly larger than 300 mm, taking into account variations. 4 FIG. 15 is a graph showing an example of the distribution characteristic of the oxygen concentration in a wafer state of the silicon single crystal thus prepared (FIG. C ). The horizontal axis indicates the position in the diameter direction with the center of the wafer being zero, and the vertical axis indicates the oxygen concentration (× 10 ¹⁷ atoms / cm ³ ). The oxygen concentration to which the present specification refers is a value measured by the FT-IR method (Fourier transform infrared spectroscopy method) completely standardized by ASTM F-121 (1979). The outer peripheral part of the wafer, to which the present description refers, is an area from the part of the wafer at the outer peripheral end to the inside of 10 mm. The following, in the 2 . 3 and 5 Illustrated examples are those in which the drop in oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer is measured at a position 5 mm from the part at the outer circumferential end, but these examples are given as typical examples of the outer peripheral part of the wafer only and the measuring position is not limited to the position of 5 mm. According to these examples, the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer is lower by about 0.5 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ than in other places. Because if the horizontal magnetic field is applied, as the diameter of the wafer increases and the thermal convection in the silicon melt ( M ) in the quartz crucible ( 21 is controlled thereby to improve the controllability of the pull-up diameter, the oxygen in the melt is less likely to be stirred by the thermal convection, and the melt in the surface layer from which oxygen evaporates is called the outer peripheral part of the Taken crystal, so that the oxygen concentration in the outer peripheral part of the crystal tends to decrease.

Entsprechend kann es, wenn die Stärke des horizontalen Magnetfeldes durch die Vorrichtung (41) zur Erzeugung des Magnetfeldes verringert wird, möglich sein, die Abnahme der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers zu unterdrücken. Die Verringerung der Stärke des horizontalen Magnetfeldes durch die Vorrichtung (41) zur Erzeugung des Magnetfeldes kann jedoch die Kontrollierbarkeit der thermischen Konvektion, die in der Siliciumschmelze (M) in dem Quarztiegel (21) auftritt, mindern und so zu einer geringen Kontrollierbarkeit der Hochziehgeschwindigkeit führen. Zusätzlich kann die Verringerung der Stärke des horizontalen Magnetfeldes durch die Vorrichtung (41) zur Erzeugung des Magnetfeldes die Kontrollierbarkeit der thermischen Konvektion, die in der Siliciumschmelze (M) in dem Quarztiegel (21) auftritt, mindern, was somit zu einer erhöhten Sauerstoffkonzentration führt. Folglich gibt es einen gewissen Grenzwert, wenn die Stärke des horizontalen Magnetfeldes verringert wird.Accordingly, when the strength of the horizontal magnetic field through the device ( 41 ) is reduced to generate the magnetic field, it may be possible to suppress the decrease of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer. The reduction of the intensity of the horizontal magnetic field by the device ( 41 ) for generating the magnetic field, however, the controllability of the thermal convection, which in the silicon melt ( M ) in the quartz crucible ( 21 ) occurs, and thus lead to a low controllability of the pull-up speed. In addition, the reduction of the intensity of the horizontal magnetic field by the device ( 41 ) for the generation of the magnetic field, the controllability of the thermal convection, in the silicon melt ( M ) in the quartz crucible ( 21 ), reduce, thus leading to an increased oxygen concentration. Consequently, there is a certain limit when the strength of the horizontal magnetic field is reduced.

Unter einem weiteren Aspekt, wenn die Kristallrotationsgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls (C) beim Hochziehen (was sich auf eine Rotationsgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls (C) nur durch den Draht (31) und nicht eine relative Rotationsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Rotationsgeschwindigkeit des Quarztiegels (21) bezieht) gesteigert wird, kann es möglich sein, die Abnahme der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers zu unterdrücken. Das Steigern der Kristallrotationsgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls (C) beim Hochziehen kann jedoch eine Verdrehung (twist) des Silicium-Einkristalls (C) hervorrufen. Zusätzlich kann die Steigerung der Kristallrotationsgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls (C) beim Hochziehen die Sauerstoffkonzentration erhöhen. Somit besteht ein gewisser Grenzwert auch, wenn die Kristallrotationsgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls (C) beim Hochziehen gesteigert wird.In a further aspect, when the crystal rotation rate of the silicon single crystal ( C when pulling up (which is due to a rotational speed of the silicon monocrystal ( C ) only through the wire ( 31 ) and not a relative rotational speed taking into account the rotational speed of the quartz crucible ( 21 ), it may be possible to suppress the decrease of the oxygen concentration in the outer circumferential part of the wafer. Increasing the Crystal Rotation Velocity of the Silicon Monocrystal ( C However, when pulling up, a twist of the silicon monocrystal (FIG. C ) cause. In addition, the increase in the crystal rotation speed of the silicon single crystal ( C ) raise the oxygen concentration when pulling up. Thus, there is some limit also when the crystal rotation speed of the silicon single crystal ( C ) is raised when pulling up.

Unter einem weiteren Aspekt wird unter Berücksichtigung der Schwankung des Durchmessers infolge von Schwankungen der Steuerung, wie Schwankungen der Hochziehgeschwindigkeit ein Minimalwert für den Durchmesser des Silicium-Einkristalls (C), der hochgezogen werden soll, festgelegt, wenn dieser Durchmesser jedoch erhöht wird, nimmt die Menge zu, die verworfen werden muss und verringert so die Ausbeute der Produktion. Zusätzlich gibt es Einschränkungen der Herstellungsvorrichtung (1) im Hinblick auf die Größe des Quarztiegels (21) oder dergleichen. Somit gibt es einen gewissen Grenzwert auch für das Vergrößern des Durchmessers des Silicium-Einkristalls beim Hochziehen. In another aspect, considering the fluctuation of the diameter due to variations of the control such as fluctuations in the pulling-up speed, a minimum value for the diameter of the silicon monocrystal ( C ), which is to be pulled up, but as this diameter is increased, the amount to be discarded increases, thus reducing the yield of production. In addition, there are limitations of the manufacturing device ( 1 ) with regard to the size of the quartz crucible ( 21 ) or similar. Thus, there is some limit also for increasing the diameter of the silicon single crystal when pulled up.

Unter solchen Umständen haben die vorliegenden Erfinder untersucht, wie die Stärke des horizontalen Magnetfeldes und die Kristallrotationsgeschwindigkeit und der Durchmesser des Silicium-Einkristalls (C) jeweils die Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteils des Kristalls beeinflussen, und bestätigten die Korrelationen zwischen ihnen.Under such circumstances, the present inventors studied how the strength of the horizontal magnetic field and the crystal rotation speed and the diameter of the silicon single crystal (FIG. C ) each influence the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the crystal, and confirmed the correlations therebetween.

2 ist ein Graph, der ein Beispiel des Zusammenhangs zwischen der Stärke des horizontalen Magnetfeldes und der Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers zeigt, wenn der Silicium-Einkristall (C) unter einer gegebenen Herstellungsbedingung unter Verwendung der in 1 illustrierten Herstellungsvorrichtung (1) hergestellt wird. Die waagerechte Achse bezeichnet die Stärke des horizontalen Magnetfeldes (Gauss, (G), rechte Seite bezeichnet große Werte, während die linke Seite kleine Werte bezeichnet) durch die Vorrichtung (41) zur Erzeugung des Magnetfeldes und die senkrechte Achse bezeichnet einen Unterschied zwischen der Sauerstoffkonzentration an einer Position 5 mm von dem Teil des Wafers am äußeren Umfangsende in Richtung des Zentrums (diese Position wird nachstehend ebenso als „In5“ bezeichnet) und der Sauerstoffkonzentration an einer Position 100 mm von dem Teil des Wafers am äußeren Umfangsende in Richtung des Zentrums (diese Position wird nachstehend ebenso als „In10“ bezeichnet) (Unterschied: (Oi[InlO]-Oi[In5], 10¹⁷ Atome/cm³). Wie oben beschrieben, wurde gezeigt, dass sich der Unterschied der Sauerstoffkonzentration null annähert, wenn die Stärke des horizontalen Magnetfeldes verringert wird. 2 FIG. 16 is a graph showing an example of the relationship between the strength of the horizontal magnetic field and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer when the silicon single crystal (FIG. C ) under a given manufacturing condition using the in 1 illustrated manufacturing device ( 1 ) will be produced. The horizontal axis indicates the strength of the horizontal magnetic field (Gauss, ( G ), right side denotes large values, while the left side denotes small values) through the device (FIG. 41 ) for generating the magnetic field and the vertical axis denotes a difference between the oxygen concentration at a position 5 mm from the part of the wafer at the outer circumferential end toward the center (this position will also be referred to as "In5" hereinafter) and the oxygen concentration at one position 100 mm from the part of the wafer at the outer circumferential end toward the center (this position will be hereinafter also referred to as "In10") (difference: (Oi [In10] -Oi [In5], 10 ¹⁷ atoms / cm ³ ) , the difference in oxygen concentration has been shown to approach zero as the intensity of the horizontal magnetic field is reduced.

3 ist ein Graph, der ein Beispiel des Zusammenhangs zwischen der Kristallrotationsgeschwindigkeit des Einkristalls (nachstehend als „Rotationsgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls (C) selbst“ bezeichnet) und der Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers, wenn der Silicium-Einkristall (C) unter einer gegebenen Herstellungsbedingung unter Verwendung der Herstellungsvorrichtung (1), wie in 1 illustriert ist, hergestellt wird, illustriert. Die waagrechte Achse bezeichnet die Kristallrotationsgeschwindigkeit des Einkristalls (U/min, die rechte Seite bezeichnet große Werte, während die linke Seite kleine Werte bezeichnet), und die senkrechte Achse bezeichnet den Unterschied der Sauerstoffkonzentration (Oi[In10]-Oi[In5], 10¹⁷ Atome/cm³), wie in 2. Wie oben beschrieben, wurde gezeigt, dass sich der Unterschied der Sauerstoffkonzentration null annähert, wenn die Kristallrotationsgeschwindigkeit gesteigert wird. 3 FIG. 15 is a graph showing an example of the relationship between the crystal rotation speed of the single crystal (hereinafter referred to as "rotation speed of silicon single crystal (FIG. C ) itself and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer when the silicon single crystal (FIG. C ) under a given production condition using the manufacturing apparatus ( 1 ), as in 1 is illustrated, prepared, illustrated. The horizontal axis indicates the crystal rotation speed of the single crystal (rpm, the right side denotes large values, while the left side denotes small values), and the vertical axis indicates the difference of the oxygen concentration (Oi [In10] -Oi [In5], 10 ¹⁷ atoms / cm ³ ), as in 2 , As described above, it has been shown that the difference of the oxygen concentration approaches zero as the crystal rotation speed is increased.

4 ist ein Graph, der ein Beispiel der Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in einem Waferzustand des Silicium-Einkristalls (C) illustriert, wenn der 300 mm-Wafer hergestellt wird, wie oben beschrieben. 5 ist ein Graph, der die Sauerstoffkonzentration darstellt, wenn der Durchmesser vergrößert wird, die unter Verwendung der Resultate von 4 abgeschätzt ist unter der Annahme, dass sich die Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffverhalten) in dem äußeren Umfangsteil des Hochziehdurchmessers unabhängig von dem Durchmesser nicht verändert. Die waagrechte Achse bezeichnet den Durchmesser des Einkristalls (mm, die rechte Seite bezeichnet große Werte, während die linke Seite kleine Werte bezeichnet), der eingestellt wird, wenn der Einkristall hochgezogen wird, und die senkrechte Achse bezeichnet den Unterschied der Sauerstoffkonzentration (Oi[InlO]-Oi[In5], 10¹⁷ Atome/cm³), wie in 2 und 3. Wie oben beschrieben, wurde gezeigt, dass sich der Unterschied der Sauerstoffkonzentration null annähert, wenn der Durchmesser des Einkristalls beim Hochziehen größer eingestellt wird. 4 FIG. 15 is a graph showing an example of the distribution characteristic of the oxygen concentration in a wafer state of the silicon single crystal (FIG. C ) when the 300 mm wafer is prepared as described above. 5 is a graph representing the oxygen concentration as the diameter is increased using the results of 4 is estimated on the assumption that the distribution characteristic of the oxygen concentration (oxygen behavior) in the outer peripheral part of the pull-up diameter does not change regardless of the diameter. The horizontal axis indicates the diameter of the single crystal (mm, the right side indicates large values, while the left side denotes small values) set when the monocrystal is pulled up, and the vertical axis indicates the difference in oxygen concentration (Oi [InlO ] -Oi [In5], 10 ¹⁷ atoms / cm ³ ), as in 2 and 3 , As described above, it has been shown that the difference of the oxygen concentration approaches zero as the diameter of the single crystal at the time of pulling up is made larger.

Aus diesen Resultaten der 2 bis 5 wurde gefunden, dass die Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Kristalls (Oi[InlO]-Oi[In5], 10¹⁷ Atome/cm³) entsprechende Korrelationen mit der Stärke des horizontalen Magnetfeldes und der Rotationsgeschwindigkeit und dem Durchmesser des Silicium-Einkristalls (C) hat. Die Erfinder haben folglich die Korrelationen durch eine Gleichung definiert:
[Ausdruck 1] $δ = aD + bG + cV + d$

mit der Maßgabe, dass der Durchmesser des Einkristalls beim Hochziehen D (mm) ist, die Stärke des horizontalen Magnetfeldes G (Gauss) ist, die Kristallrotationsgeschwindigkeit des Einkristalls beim Hochziehen V (U/min) ist, die Verteilungscharakteristik der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers δ (10¹⁷ Atome/cm³) ist und a, b, c und d Konstanten sind. Die Konstanten a, b, c und d entsprechen den entsprechenden Gewichtungen für die Stärke des horizontalen Magnetfeldes und die Rotationsgeschwindigkeit und den Durchmesser des Silicium-Einkristalls.From these results the 2 to 5 It has been found that the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the crystal (Oi [InlO] - Oi [In5], 10 ¹⁷ atoms / cm ³ ) correlates correspondingly with the strength of the horizontal magnetic field and the rotational speed and the diameter of the silicon single crystal ( C ) Has. The inventors have thus defined the correlations by an equation:
[Expression 1]

δ = aD + bG + cV + d

with the proviso that the diameter of the single crystal when pulling up is D (mm), the strength of the horizontal magnetic field G (Gauss), the crystal rotation speed of the single crystal when pulling up is V (rpm), the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer is δ (10 ¹⁷ atoms / cm ³ ) and a, b, c and d are constants. The constants a, b, c and d correspond to the corresponding weights for the strength of the horizontal magnetic field and the Rotational speed and the diameter of the silicon single crystal.

Die Konstanten a, b, c und d werden vorher unter einer gegebenen Herstellungsbedingung für jede Herstellungsvorrichtung (1) für einen Silicium-Einkristall erhalten. Dann werden ein Grenzwert (der ein zulässiger Wert sein kann) der Verteilungscharakteristik (δ) der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers, ein Grenzwert der Stärke des horizontalen Magnetfeldes und ein Grenzwert der Kristallrotationsgeschwindigkeit des Einkristalls beim Hochziehen in die obige Gleichung 1 eingesetzt und der Durchmesser D (=(δ-bG-cV-d)/a) des Silicium-Einkristalls, der durch die obige Berechnung erhalten wird, wird als der Durchmesser des hochzuziehenden Silicium-Einkristalls (C) festgelegt.The constants a, b, c and d are previously determined under a given manufacturing condition for each manufacturing device ( 1 ) for a silicon single crystal. Then, a limit value (which may be an allowable value) of the distribution characteristic (δ) of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, a limit value of the horizontal magnetic field strength, and a crystal rotation speed limit of the monocrystal when pulled up into the above equation 1 are used Diameter D (= (δ-bG-cV-d) / a) of the silicon single crystal obtained by the above calculation is expressed as the diameter of the silicon monocrystal to be pulled up ( C ).

Hier bezeichnet der Grenzwert (zulässiger Wert) der Verteilungscharakteristik (δ) der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers einen Maximalwert des Verteilungswerts (Abfallwert) der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil, der für den Wafer als Produkt zulässig ist, und Beispiele davon schließen ein Produktlieferungskriterium ein, das im Hinblick auf Bauteile oder dergleichen festgelegt ist. Der Grenzwert für Oi[In10]-Oi[In5] kann beispielsweise 0,5×10¹⁷ Atome/cm³ sein. Der Grenzwert der Stärke des horizontalen Magnetfeldes bezieht sich auf einen unteren Grenzwert unter Berücksichtigung der Kontrollierbarkeit der Hochziehgeschwindigkeit und der Erhöhung der Sauerstoffkonzentration, wie oben beschrieben, und wird für jede Herstellungsbedingung jeder Herstellungsvorrichtung (1) für einen Silicium-Einkristall auf Basis empirischer Werte und/oder Simulation bestimmt. Beispielsweise kann er 2.000 G, 3.000 G oder 4.000 G sein. Der Grenzwert der Kristallrotationsgeschwindigkeit des Einkristalls beim Hochziehen bezieht sich auf einen oberen Grenzwert unter Berücksichtigung der Verdrehung und/oder der Erhöhung der Sauerstoffkonzentration und wird für jede Herstellungsbedingung für jede Herstellungsvorrichtung (1) auf Basis empirischer Werte und/oder Simulation bestimmt. Beispielsweise kann er 8 U/min, 9 U/min, 10 U/min, 12 U/min oder 15 U/min sein.Here, the limit value (permissible value) of the distribution characteristic (δ) of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer indicates a maximum value of the distribution value (waste value) of the oxygen concentration in the outer peripheral part allowed for the wafer as a product, and examples thereof include a product supply criterion a, which is set in terms of components or the like. The limit value for Oi [In10] -Oi [In5] may be, for example, 0.5 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ . The limit value of the strength of the horizontal magnetic field refers to a lower limit in consideration of the controllability of the pull-up speed and the increase in the oxygen concentration as described above, and is determined for each manufacturing condition of each manufacturing device (FIG. 1 ) for a silicon single crystal based on empirical values and / or simulation. For example, it can be 2,000 G, 3,000 G or 4,000 G. The limit value of the crystal rotation speed of the single crystal at the time of pulling up refers to an upper limit taking into account the twist and / or the increase in the oxygen concentration and is determined for each manufacturing condition for each manufacturing device ( 1 ) determined on the basis of empirical values and / or simulation. For example, it may be 8 rpm, 9 rpm, 10 rpm, 12 rpm or 15 rpm.

Beispiele der Konstanten a, b, c und d in Gleichung 1 wurden durch Regressionsanalyse der tatsächlichen in 2 bis 5 illustrierten Beispiele wie folgt erhalten.
[Ausdruck 2] $δ = 0,0166 D + 0,0005 G - 0,4836 V + 8,1984$

Examples of the constants a, b, c and d in Equation 1 were obtained by regression analysis of the actual in 2 to 5 Illustrated examples are obtained as follows.
[Expression 2]

δ = 0.0166 D + 0.0005 G - .4836 V + 8.1984

In der Gleichung 2 von oben ergibt, mit der Maßgabe, dass der Grenzwert (zulässige Wert) der Verteilungscharakteristik (δ) der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers 0,1×10¹⁷ Atome/cm³ ist, der Grenzwert der Stärke des horizontalen Magnetfeldes 2.500 G ist und der Grenzwert der Kristallrotationsgeschwindigkeit des Einkristalls beim Hochziehen 8 U/min ist, das Einsetzen dieser Werte in die obige Gleichung 2 einen Durchmesser (D) des Silicium-Einkristalls von 330 mm. Wenn der Silicium-Einkristall mit diesem Durchmesser (D) als vorgegebenem Wert hergestellt wird, kann ein Ingot erhalten werden, der die Verteilungscharakteristik(δ) der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers von 0,5×10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger erfüllt. In dem erhaltenen Ingot ist die Kontrollierbarkeit der Hochziehgeschwindigkeit gut, die Zunahme der Sauerstoffkonzentration und die Verdrehung sind unterdrückt und die Menge des äußeren Umfangsteils, der verworfen werden muss, ist minimal, wenn der Ingot in Wafer mit einem festgesetzten Durchmesser weiterverarbeitet wird.In the above equation 2, with the proviso that the limit value (allowable value) of the distribution characteristic (δ) of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer is 0.1 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ , the limit of the intensity of horizontal Magnetic field is 2,500 G, and the limit value of the crystal rotation speed of the single crystal when pulling up is 8 rpm, substituting these values in the above equation 2 has a diameter (D) of the silicon single crystal of 330 mm. When the silicon single crystal having this diameter (D) is prepared as a predetermined value, an ingot having the distribution characteristic (δ) of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer of 0.5 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less can be obtained Fulfills. In the obtained ingot, the controllability of the pulling-up speed is good, the increase of the oxygen concentration and the twisting are suppressed, and the amount of the outer peripheral part which must be discarded is minimum when the ingot is further processed into wafers of a fixed diameter.

In dem oben beschriebenen Beispiel werden der Grenzwert der Verteilungscharakteristik (δ) der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers, der Grenzwert der Stärke des horizontalen Magnetfeldes und der Grenzwert der Kristallrotationsgeschwindigkeit des Einkristalls beim Hochziehen in Gleichung 2 eingesetzt und dadurch der Durchmesser (D) des Silicium-Einkristalls erhalten. In einem alternativen Beispiel können der Grenzwert der Verteilungscharakteristik (δ) der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers, der Grenzwert des Durchmessers des Silicium-Einkristalls und der Grenzwert der Kristallrotationsgeschwindigkeit des Einkristalls beim Hochziehen in Gleichung 2 eingesetzt und dadurch die Stärke des horizontalen Magnetfeldes erhalten werden, und die erhaltene Stärke des horizontalen Magnetfeldes kann eingestellt werden und so ein Silicium-Einkristall hergestellt werden. In einem alternativen Beispiel können der Grenzwert der Verteilungscharakteristik (δ) der Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Umfangsteil des Wafers, der Grenzwert des Durchmessers des Silicium-Einkristalls und der Grenzwert der Stärke des horizontalen Magnetfeldes in Gleichung 2 eingesetzt und dadurch die Kristallrotationsgeschwindigkeit des Einkristalls beim Hochziehen erhalten werden, und die erhaltene Kristallrotationsgeschwindigkeit kann eingestellt werden und so ein Silicium-Einkristall hergestellt werden.In the example described above, the limit of the distribution characteristic (δ) of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, the limit of the horizontal magnetic field strength, and the crystal rotation speed limit of the single crystal in pulling up are set in Equation 2 and thereby the diameter (D) of the Obtained silicon single crystal. In an alternative example, the limit of the distribution characteristic (δ) of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, the limit value of the diameter of the silicon single crystal, and the limit value of the crystal rotation speed of the single crystal in pulling up can be set in Equation 2, thereby obtaining the strength of the horizontal magnetic field can be adjusted, and the obtained strength of the horizontal magnetic field can be adjusted to produce a silicon single crystal. In an alternative example, the limit of the distribution characteristic (δ) of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, the limit value of the diameter of the silicon monocrystal and the limit of the horizontal magnetic field strength in Equation 2 can be set, thereby obtaining the crystal rotation speed of the single crystal at the time of pulling up and the obtained crystal rotation speed can be adjusted to produce a silicon single crystal.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Herstellungsvorrichtung für Silicium-EinkristallProduction device for silicon single crystal
1111: erste Kammerfirst chamber
1212: zweite Kammersecond chamber
1313: GaseinlassöffnungGas inlet port
1414: Gasauslassöffnunggas outlet
2121: Quarztiegelquartz crucible
22 22: Graphittiegelgraphite crucible
2323: Tragewellesupport shaft
2424: Antriebsmechanismusdrive mechanism
2525: Heizungheater
2626: Tonne für die thermische IsolierungTon for thermal insulation
2727: Bauteil für die thermische AbschirmungComponent for thermal shielding
2828: Halterungbracket
3131: Drahtwire
3232: HochziehmechanismusRaising mechanism
4141: Vorrichtung zur Erzeugung eines MagnetfeldesDevice for generating a magnetic field
MM: Siliciumschmelzesilicon melt
CC: Silicium-EinkristallSilicon single crystal
SS: Keimkristallseed crystal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 9188590 A [0002, 0003]

Claims

A method of producing a silicon single crystal comprising: in advance, for a given manufacturing condition, correlations are obtained between a diameter of a single crystal when pulled up by a CZ method, a thickness of a horizontal magnetic field applied to a melt, a crystal rotation speed of the single crystal when being pulled up, and a distribution characteristic of an oxygen concentration in FIG an outer peripheral part of a wafer; a minimum diameter of the single crystal when raised is obtained from a limit of the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, a limit of the strength of the horizontal magnetic field applied to the melt, a limit of the crystal rotation speed of the single crystal when it is pulled up, and the correlations; and The silicon single crystal is prepared under the given production condition using the obtained minimum diameter as the target diameter.

A method of producing a silicon single crystal comprising: in advance, for a given manufacturing condition, correlations are obtained between a diameter of a single crystal when pulled up by a CZ method, a thickness of a horizontal magnetic field applied to a melt, a crystal rotation speed of the single crystal when being pulled up, and a distribution characteristic of an oxygen concentration in FIG an outer peripheral part of a wafer; the applied strength of the horizontal magnetic field is obtained from a limit of the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, a limit value of the diameter of the single crystal when being pulled up, a limit of the crystal rotation speed of the single crystal when being pulled up, and the correlations; and The silicon monocrystal is prepared under the obtained strength of the horizontal magnetic field and the given manufacturing condition.

A method of producing a silicon single crystal comprising: in advance, for a given manufacturing condition, correlations are obtained between a diameter of a single crystal when pulled up by a CZ method, a thickness of a horizontal magnetic field applied to a melt, a crystal rotation speed of the single crystal when being pulled up, and a distribution characteristic of an oxygen concentration in FIG an outer peripheral part of a wafer; the crystal rotation speed of the single crystal when raised is obtained from a limit of the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer, a limit value of the diameter of the single crystal when being pulled up, a limit of the strength of the horizontal magnetic field and the correlations; and the single crystal is prepared under the obtained crystal rotation speed and given production condition.

A method for producing a silicon single crystal according to at least one of Claims 1 to 3 in which, provided that the diameter of the single crystal when pulled up is D (mm), the strength of the horizontal magnetic field is G (Gauss), the crystal rotation speed of the single crystal when pulled up is V (rpm) , the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral part of the wafer is δ (10 ¹⁷ atoms / cm ³ ) and a, b, c and d are constants which are correlations defined by an equation δ = aD + bG + cV + d and Constants a, b, c and d are obtained beforehand under the given manufacturing condition.