DE112018006080T5

DE112018006080T5 - Silicon single crystal, process for producing the same, and silicon wafers

Info

Publication number: DE112018006080T5
Application number: DE112018006080.2T
Authority: DE
Inventors: Takamitsu Toyotake
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-09-10
Also published as: JPWO2019107190A1; CN111615569A; JP6958632B2; WO2019107190A1

Abstract

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls mit einer geringen Sauerstoffkonzentration und hoher Gleichmäßigkeit der Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene, sowie einen Siliciumwafer zur Verfügung zu stellen.Ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls mit dem MCZ-Verfahren, wobei das Verfahren einschließt, dass ein Silicium-Einkristall 3 aus einer Siliciumschmelze 2 in einem Quarztiegel 11 hochgezogen wird, während ein Cusp-Magnetfeld angelegt ist, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls, wenn der Silicium-Einkristall 3 unter Rotation hochgezogen wird, 17-19 U/min ist. Die Sauerstoffkonzentration des auf diese Weise hochgezogenen Silicium-Einkristalls 3 ist von 1 × 1017 Atome/cm3 bis 8 × 1017 Atome/cm3, ROG innerhalb eines Kristallquerschnitts senkrecht zu der Kristallwachstumsrichtung ist 15 % oder weniger und RRG innerhalb des Kristallquerschnitts ist 5 % oder weniger.It is the object of the present invention to provide a method for producing a silicon single crystal having a low oxygen concentration and high uniformity of the distributions of the oxygen concentration and the resistivity within the plane, as well as a silicon wafer. Single crystal by the MCZ method, the method including that a silicon single crystal 3 is pulled up from a silicon melt 2 in a quartz crucible 11 while a cusp magnetic field is applied, the rotation speed of the crystal when the silicon single crystal 3 is below Rotation is pulled up, 17-19 RPM is. The oxygen concentration of the silicon single crystal 3 pulled up in this way is from 1 × 10 17 atoms / cm 3 to 8 × 10 17 atoms / cm 3, ROG within a crystal cross section perpendicular to the crystal growth direction is 15% or less, and RRG within the crystal cross section is 5% or less .

Description

[Technisches Gebiet][Technical area]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Silicium-Einkristall, ein Verfahren zu dessen Herstellung, sowie einen Siliciumwafer und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls unter Verwendung eines MCZ (CZ mit angelegtem Magnetfeld)-Verfahrens, sowie einen Silicium-Einkristall und einen Siliciumwafer, die damit hergestellt werden.The present invention relates to a silicon single crystal, a method for its production, and a silicon wafer and, in particular, a method for producing a silicon single crystal using an MCZ (CZ with applied magnetic field) method, and a silicon single crystal and a silicon wafer, that are made with it.

[Stand der Technik][State of the art]

Ein Silicium-Einkristall mit einer niedrigen Konzentration an interstitiellem Sauerstoff wird bevorzugt für einen Siliciumwafer für Leistungshalbleiter, die hauptsächlich einen IGBT (Gate Insulated Bipolar Transistor, bipolarer Transistor mit isoliertem Gate) einschließen, verwendet. Obwohl ein solcher Silicium-Einkristall oft mit einem FZ-Verfahren hergestellt wird, bei dem ein Quarztiegel, der als eine Quelle für Sauerstoff dient, nicht verwendet wird, wird auch in Betracht gezogen, ein CZ-Verfahren (Czochralski-Verfahren) zu verwenden, um die Massenproduktion zu verbessern.A silicon single crystal having a low concentration of interstitial oxygen is preferably used for a silicon wafer for power semiconductors mainly including an IGBT (Gate Insulated Bipolar Transistor). Although such a silicon single crystal is often manufactured by an FZ method in which a quartz crucible serving as a source of oxygen is not used, it is also considered to use a CZ method (Czochralski method), to improve mass production.

Als eines der CZ-Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls mit niedriger Sauerstoffkonzentration ist ein MCZ-Verfahren, bei dem ein Silicium-Einkristall hochgezogen wird, während ein Magnetfeld angelegt ist, bekannt. Gemäß dem MCZ-Verfahren kann die Konvektion der Schmelze unterdrückt werden, und dadurch das Auflösen von Sauerstoff in der Siliciumschmelze in Folge der Erosion des Quarztiegels unterdrückt werden, und die Sauerstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall kann verringert werden. Patentdokument 1 beschreibt beispielsweise ein MCZ-Verfahren, das so ausgestaltet ist, dass ein horizontales Magnetfeld oder ein Cusp-Magnetfeld verwendet wird. Bei diesem MCZ-Verfahren wird ein Einkristall mit einer Konzentration von interstitionellem Sauerstoff von 6 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger unter den Bedingungen wachsen gelassen, dass die Stärke des horizontalen Magnetfeldes 2.000 G (Gauss) oder mehr, die Rotationsgeschwindigkeit des Quarztiegels 1,5 U/min oder weniger, die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls 7,0 U/m oder weniger ist und Ziehgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls so eingestellt ist, dass der Silicium-Einkristall frei von Dislokationscluster-Defekten wird.As one of the CZ methods for producing a silicon single crystal having a low oxygen concentration, an MCZ method in which a silicon single crystal is pulled up while a magnetic field is applied is known. According to the MCZ method, the convection of the melt can be suppressed, and thereby the dissolution of oxygen in the silicon melt due to the erosion of the quartz crucible can be suppressed, and the oxygen concentration in the silicon single crystal can be reduced. For example, Patent Document 1 describes an MCZ method that is configured to use a horizontal magnetic field or a cusp magnetic field. In this MCZ method, a single crystal is grown with an interstitial oxygen concentration of 6 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less under the conditions that the strength of the horizontal magnetic field is 2,000 G (gauss) or more, the rotational speed of the quartz crucible 1 , 5 rpm or less, the rotation speed of the crystal is 7.0 rpm or less, and the pulling speed of the silicon single crystal is adjusted so that the silicon single crystal becomes free from dislocation cluster defects.

Das Patentdokument 2 beschreibt ferner ein Verfahren, das die Schritte des Ausbildens einer Schmelze durch Schmelzen von polykristallinem Silicium in einem Tiegel, der in einer Vakuumkammer installiert ist, das Ausbilden eines Cusp-Magnetfelds in der Vakuumkammer, das Eintauchen eines Keimkristalls in die Schmelze und das Bilden eines Silicium-Einkristall-Ingots mit einem Durchmesser größer als etwa 150 mm, während der Keimkristall aus der Schmelze hochgezogen wird, einschließt. In diesem Verfahren werden mehrere Prozessparameter gleichzeitig so eingestellt, dass der Siliciumingot eine Sauerstoffkonzentration von weniger als etwa 5 ppma aufweist. Die Prozessparameter schließen die Temperatur der Seitenwand des Tiegels, den Transfer von Siliciummonoxid (SiO) aus dem Tiegel in den Einkristall und eine Verdampfungsrate von SiO aus der Schmelze ein, und die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels wird auf einen Bereich von etwa 1,3 U/min bis 2,2 U/min, die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls auf einen Bereich von etwa 8 U/min bis 14 U/min und die Stärke des Magnetfelds am Rand einer Schmelze-Feststoff-Grenzfläche wird auf einen Bereich von etwa 0,02 T (Tesla) bis 0,05 T eingestellt.Patent Document 2 further describes a method comprising the steps of forming a melt by melting polycrystalline silicon in a crucible installed in a vacuum chamber, forming a cusp magnetic field in the vacuum chamber, immersing a seed crystal in the melt and the Forming a silicon single crystal ingot having a diameter greater than about 150 mm while pulling the seed crystal up from the melt includes. In this method, several process parameters are set simultaneously so that the silicon ingot has an oxygen concentration of less than approximately 5 ppma. The process parameters include the temperature of the side wall of the crucible, the transfer of silicon monoxide (SiO) from the crucible into the single crystal and an evaporation rate of SiO from the melt, and the rotation speed of the crucible is set to a range of about 1.3 rpm up to 2.2 rpm, the rotation speed of the crystal to a range of approximately 8 rpm to 14 rpm and the strength of the magnetic field at the edge of a melt-solid interface is to a range of approximately 0.02 T ( Tesla) to 0.05 T.

[Zitatliste][List of quotations]

[Patentdokumente][Patent documents]

[Patent Document 1] JP 2010-222241A
[Patent Document 2] JP 2016-519049A

[Zusammenfassung der Erfindung][Summary of the invention]

[Von der Erfindung zu lösende Aufgabe][Problem to be solved by the invention]

In einem HMCZ-Verfahren für das Ziehen eines Silicium-Einkristalls, während ein horizontales Magnetfeld angelegt ist, kann eine Verringerung der Sauerstoffkonzentration des Silicium-Einkristalls erzielt werden, jedoch werden die Gleichmäßigkeit der Sauerstoffkonzentration oder des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene problematisch. Beispielsweise ist in dem in Patentdokument 1 beschriebenen herkömmlichen Herstellungsverfahren die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 1,5 U/min oder weniger und die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls ist 7 U/min oder weniger; die praktische Anwendung der Herstellungsbedingungen von oben kann jedoch ein Problem hervorrufen, dass die Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene nicht gleichmäßig sind. In ähnlicher Weise beträgt in dem in Patentdokument 2 beschriebenen herkömmlichen Herstellungsverfahren die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 1,3 U/min bis 2,2 U/min und die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls 8 U/min bis 14 U/min; die praktische Anwendung der obigen Herstellungsbedingungen kann jedoch ein Problem hervorrufen, dass die Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene nicht gleichmäßig sind.In an HMCZ method for pulling a silicon single crystal while a horizontal magnetic field is applied, a decrease in the oxygen concentration of the silicon single crystal can be achieved, but the in-plane oxygen concentration or in-plane resistivity becomes problematic. For example, in the conventional manufacturing method described in Patent Document 1, the rotation speed of the crucible is 1.5 rpm or less and the rotation speed of the crystal is 7 rpm or less; however, the practical application of the above manufacturing conditions may cause a problem that the in-plane distributions of oxygen concentration and resistivity are not uniform. Similarly, in the conventional manufacturing method described in Patent Document 2, the rotation speed of the crucible is 1.3 rpm to 2.2 rpm and the rotation speed of the crystal 8th RPM to 14 RPM; however, practical application of the above manufacturing conditions may cause a problem that the in-plane distributions of oxygen concentration and resistivity are not uniform.

Es ist folglich ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls unter Verwendung eines Czochralski-Verfahrens, das so eingerichtet ist, dass ein Cusp-Magnetfeld angelegt ist, zur Verfügung zu stellen, das einen Silicium-Einkristall mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration und einer hohen Gleichmäßigkeit der Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstandes innerhalb der Ebene erzeugen kann. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Silicium-Einkristall und einen Siliciumwafer zur Verfügung zu stellen, die eine niedrige Sauerstoffkonzentration aufweisen und eine hohe Gleichmäßigkeit der Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstandes innerhalb der Ebene besitzen.It is accordingly an object of the present invention to provide a method for producing a silicon single crystal using a Czochralski method which is arranged so that a cusp Magnetic field is applied to provide available which can produce a silicon single crystal having a low oxygen concentration and a high uniformity of the distributions of the oxygen concentration and the resistivity in the plane. Another object of the present invention is to provide a silicon single crystal and a silicon wafer which are low in oxygen concentration and have high in-plane distributions of oxygen concentration and resistivity.

[Mittel zur Lösung der Aufgabe][Means of solving the problem]

Der Erfinder hat die Faktoren, die eine Änderung der Verteilung der Sauerstoffkonzentration oder des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene in einem Silicium-Einkristall hervorrufen, intensiv untersucht und im Ergebnis gefunden, dass es dann, wenn ein Einkristall hochgezogen wird, während er einem Cusp-Magnetfeld ausgesetzt ist, möglich ist, die Gleichmäßigkeit der Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstandes innerhalb der Ebene zu verbessern, ohne eine Zunahme der Sauerstoffkonzentration und Kristalldeformation (Dislokation) einzuschließen, selbst wenn der Einkristall mit hoher Geschwindigkeit rotiert wird. Um einen Silicium-Einkristall mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration herzustellen, muss allgemein die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls niedrig gemacht werden; die niedrige Geschwindigkeit der Rotation kann jedoch die Gleichmäßigkeit der Sauerstoffkonzentration innerhalb der Ebene verringern. Es wurde jedoch klar, dass die Verwendung eines Cusp-Magnetfelds es erlaubt, selbst mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls einen Silicium-Einkristall mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration, und Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene, die stabilisiert werden sollen, zu erhalten, und so wurde die vorliegende Erfindung gemacht.The inventor has intensively investigated the factors causing a change in the distribution of oxygen concentration or in-plane resistivity in a silicon single crystal, and as a result, found that when a single crystal is pulled up while exposed to a cusp magnetic field is possible to improve the uniformity of the distributions of the oxygen concentration and the in-plane resistivity without including an increase in the oxygen concentration and crystal deformation (dislocation) even when the single crystal is rotated at high speed. In general, in order to produce a silicon single crystal having a low oxygen concentration, the rotation speed of the crystal must be made low; however, the slow speed of rotation can reduce the in-plane oxygen concentration uniformity. However, it became clear that the use of a cusp magnetic field makes it possible to obtain a silicon single crystal having a low oxygen concentration, and in-plane distributions of oxygen concentration and resistivity to be stabilized, even with a high rotation speed of the crystal , and thus the present invention has been made.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem obigen Befund und ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren unter Verwendung eines Czochralski-Verfahrens, das das Ziehen eines Silicium-Einkristalls aus einer Siliciumschmelze, während ein Cusp-Magnetfeld angelegt ist, einschließt, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls während des Prozesses des Ziehens des Silicium-Einkristalls unter Rotation auf 17 U/min oder mehr und 19 U/min oder weniger eingestellt ist.The present invention is based on the above finding, and a method for manufacturing a silicon single crystal according to the present invention is a method using a Czochralski method which involves pulling a silicon single crystal from a silicon melt while a cusp magnetic field is applied, wherein the rotation speed of the crystal is set at 17 rpm or more and 19 rpm or less during the process of pulling the silicon single crystal while rotating.

In der vorliegenden Erfindung ist die Rotationsgeschwindigkeit des Quarztiegels, der die Siliciumschmelze hält, vorzugsweise auf 4,5 U/min oder mehr und 8,5 U/min oder weniger eingestellt. Ferner ist die Magnetfeldstärke des Cusp-Magnetfelds vorzugsweise auf 500 G bis 700 G eingestellt, und die Zentralposition des Magnetfelds in Vertikalrichtung ist vorzugsweise auf einen Bereich von +40 mm bis -26 mm, bezogen auf die Position der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze, eingestellt. Unter den obigen Bedingungen ist es möglich, die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene in dem Einkristall zu verbessern.In the present invention, the rotation speed of the quartz crucible holding the silicon melt is preferably set to 4.5 rpm or more and 8.5 rpm or less. Further, the magnetic field strength of the cusp magnetic field is preferably set to 500 G to 700 G, and the central position of the magnetic field in the vertical direction is preferably set to a range of +40 mm to -26 mm with respect to the position of the liquid surface of the silicon melt. Under the above conditions, it is possible to improve the in-plane distribution uniformity of oxygen concentration and in-plane resistivity in the single crystal.

Ferner ist ein Silicium-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffkonzentration 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr und 8 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger, ROG (Radial Oxygen Gradient, radialer Sauerstoffgradient) in einem Kristallquerschnitt senkrecht zu einer Wachstumsrichtung des Kristalls 15 % oder weniger ist und RRG (Radial Resistivity Gradient, radialer Gradient des spezifischen Widerstands) in dem Kristallquerschnitt 5 % oder weniger ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Silicium-Einkristall mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration zur Verfügung gestellt werden, der für ein Material eines Siliciumwafers für einen Leistungshalbleiter geeignet ist.Further, a silicon single crystal according to the present invention is characterized in that the oxygen concentration is 1 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or more and 8 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less, ROG (Radial Oxygen Gradient) in a crystal cross section perpendicular to a growth direction of the crystal is 15% or less, and RRG (Radial Resistivity Gradient) in the crystal cross section is 5% or less. According to the present invention, there can be provided a silicon single crystal having a low oxygen concentration which is suitable for a material of a silicon wafer for a power semiconductor.

Ein erfindungsgemäßer Siliciumwafer ist dadurch gekennzeichnet, dass seine Sauerstoffkonzentration 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr und 8 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger, ROG 15 % oder weniger und RRG 5 % oder weniger ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Siliciumwafer bereitgestellt werden, der für ein Substratmaterial für einen Leistungshalbleiter geeignet ist.A silicon wafer according to the present invention is characterized in that its oxygen concentration is 1 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or more and 8 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less, ROG 15% or less, and RRG 5% or less. According to the present invention, a silicon wafer suitable for a substrate material for a power semiconductor can be provided.

[Vorteilhafte Effekte der Erfindung][Advantageous Effects of Invention]

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration und einer hohen Gleichmäßigkeit der Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene zur Verfügung gestellt werden. Ferner können erfindungsgemäß ein Silicium-Einkristall und ein Siliciumwafer bereitgestellt werden, die eine niedrige Sauerstoffkonzentration und eine hohe Gleichmäßigkeit der Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene besitzen.According to the present invention, there can be provided a method of manufacturing a silicon single crystal having a low oxygen concentration and a high in-plane distribution of oxygen concentration and resistivity. Further, according to the present invention, there can be provided a silicon single crystal and a silicon wafer which have a low oxygen concentration and a high in-plane distribution of oxygen concentration and resistivity.

FigurenlisteFigure list

1 Fig. 13 is a cross-sectional side view schematically illustrating the configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.
2 Fig. 13 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention.
3 Fig. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating the shape of a silicon single crystal ingot.
4th Fig. 13 is a graph showing the ROG of the silicon wafer coupons according to Example 1 (CUSP).
5 Fig. 13 is a graph showing the RRG of the silicon wafer coupons according to Example 1 (CUSP).
6th Fig. 13 is a graph showing the ROG of the silicon wafer coupons according to Example 2 (CUSP).
7th Fig. 13 is a graph showing the ROG of the silicon wafer coupons according to Example 3 (CUSP).
8th Fig. 13 is a graph showing the ROG of the silicon wafer coupons according to Example 4 (CUSP).
9 Fig. 13 is a graph showing the ROG of the silicon wafer coupons according to Example 5 (CUSP).
10 Fig. 13 is a graph showing the ROG of the silicon wafer coupons according to Comparative Example 1 (CUSP).
11 Fig. 13 is a graph showing the ROG of the silicon wafer coupons according to Comparative Example 2 (HMCZ).
12 Fig. 13 is a graph showing the RRG of the silicon wafer coupons according to Comparative Example 2 (HMCZ).
13 Fig. 13 is a graph showing the RRG of the silicon wafer coupons according to Comparative Example 3 (FZ).

[Weg zur Durchführung der Erfindung][Way of carrying out the invention]

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.A preferred embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

1 ist eine Querschnittsseitenansicht, die schematisch die Konfiguration einer Einkristall-Herstellungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 1 Fig. 13 is a cross-sectional side view schematically illustrating the configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.

Wie in 1 illustriert ist, schließt eine Einkristall-Herstellungsvorrichtung 1 eine Kammer 10 (CZ-Ofen), einen Quarztiegel 11, der eine Siliciumschmelze 2 hält, in der Kammer 10, einen Graphit-Suszeptor 12, der den Quarztiegel 11 hält, eine Rotationswelle 13, die den Suszeptor 12 trägt, einen Wellenantriebsmechanismus 14, der die Rotationsquelle 13 dreht und anhebt, eine um den Suszeptor 12 herum angeordnete Heizung 15, ein außerhalb der Heizung 15 und entlang der inneren Oberfläche der Kammer 10 angeordnetes Wärmeisolationsmaterial 16, einen oberhalb des Quarztiegels 11 angeordneten Wärmeabschirmkörper 17, einen Einkristall-Hochziehdraht 18, der oberhalb des Quarztiegels 11 angeordnet ist, so dass er koaxial zu der Rotationswelle 13 ist, und einen Drahtaufwickelmechanismus 19, der an dem oberen Abschnitt der Kammer 10 angeordnet ist, ein.As in 1 illustrated includes a single crystal manufacturing apparatus 1 a chamber 10 (CZ furnace), a quartz crucible 11 holding a silicon melt 2 holds, in the chamber 10 , a graphite susceptor 12 holding the quartz crucible 11 holds, a rotating shaft 13 who have favourited the susceptor 12 carries a shaft drive mechanism 14th who is the source of rotation 13 turns and lifts, one around the susceptor 12 heating arranged around 15th , one outside the heater 15th and along the interior surface of the chamber 10 arranged thermal insulation material 16 , one above the quartz crucible 11 arranged heat shielding body 17th , a single crystal pull-up wire 18th , the one above the quartz crucible 11 is arranged so that it is coaxial with the rotating shaft 13 and a wire winding mechanism 19th that is at the top of the chamber 10 is arranged, a.

Die Einkristall-Herstellungsvorrichtung 1 schließt ferner einen außerhalb der Kammer 10 angeordneten Magnetfeldgenerator 21, eine CCD-Kamera 22, die das Innere der Kammer 10 aufnimmt, eine Bildverarbeitungseinheit 23, die ein von der CCD-Kamera 22 aufgenommenes Bild verarbeitet, und eine Steuereinheit 24, die den Wellenantriebsmechanismus 14, die Heizung 15 und den Drahtaufwickelmechanismus 19 auf Basis des Outputs von der Bildverarbeitungseinheit 23 steuert.The single crystal manufacturing apparatus 1 also includes one outside the chamber 10 arranged magnetic field generator 21st , a CCD camera 22nd showing the interior of the chamber 10 receives, an image processing unit 23 who have favourited one from the CCD camera 22nd captured image processed, and a control unit 24 who have favourited the shaft drive mechanism 14th , the heating system 15th and the wire winding mechanism 19th based on the output from the image processing unit 23 controls.

Die Kammer 10 besteht aus einer Hauptkammer 10a und einer länglichen zylindrischen Ziehkammer 10b, die mit einer oberen Öffnung der Hauptkammer 10a verbunden ist, und der Quarztiegel 11, der Suszeptor 12, die Heizung 15 und der Wärmeabschirmkörper 17 sind im Inneren der Hauptkammer 10a angebracht. Ein Gaseinlass 10c für die Zuführung von Inertgas (Spülgas), beispielsweise Argongas, in die Kammer 10 ist in der Ziehkammer 10b ausgebildet, und ein Gasauslass 10d zum Ablassen des Inertgases ist an dem Boden der Hauptkammer 10a ausgebildet. Ferner ist ein Beobachtungsfenster 10e an dem oberen Abschnitt der Hauptkammer 10a ausgebildet, um es zu ermöglichen, einen Wachstumszustand (Fest-Flüssig-Grenzfläche) des Silicium-Einkristalls 3 durch es hindurch zu beobachten.The chamber 10 consists of a main chamber 10a and an elongated cylindrical pull chamber 10b that with an upper opening of the main chamber 10a connected, and the quartz crucible 11 , the susceptor 12 , the heating system 15th and the heat shield body 17th are inside the main chamber 10a appropriate. A gas inlet 10c for the supply of inert gas (flushing gas), for example argon gas, into the chamber 10 is in the drawing chamber 10b formed, and a gas outlet 10d to vent the inert gas is at the bottom of the main chamber 10a educated. There is also an observation window 10e at the top of the main chamber 10a designed to enable a growth state (solid-liquid interface) of the silicon single crystal 3 to watch through it.

Der Quarztiegel 11 ist ein Gefäß, das aus Quarzglas hergestellt ist und eine zylindrische Seitenwand und einen gerundeten Boden aufweist. Der Suszeptor 12 steht in festem Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Quarztiegels 11 und deckt den Quarztiegel 11 ab und hält ihn, um so die Form des durch das Erhitzten erweichten Quarztiegels 11 aufrecht zu erhalten. Der Quarztiegel 11 und der Suszeptor 12 bilden einen Tiegel mit Doppelstruktur, der die Siliciumschmelze in der Kammer 10 trägt.The quartz crucible 11 is a vessel made of quartz glass and having a cylindrical side wall and a rounded bottom. The susceptor 12 is in firm contact with the outer surface of the quartz crucible 11 and covers the quartz crucible 11 and holds it, especially the shape of the quartz crucible softened by the heating 11 to maintain. The quartz crucible 11 and the susceptor 12 form a crucible with a double structure that holds the silicon melt in the chamber 10 wearing.

Der Suszeptor 12 ist an dem oberen Ende der sich vertikal erstreckenden Rotationswelle 13 befestigt. Das untere Ende der Rotationswelle 13 tritt durch das Zentrum des Bodens der Kammer 10 hindurch und ist mit dem Wellenantriebsmechanismus 14, der sich außerhalb der Kammer 10 befindet, verbunden. Der Suszeptor 12, die Rotationswelle 13 und der Wellenantriebsmechanismus 14 bilden einen Rotationsmechanismus und Anhebemechanismus für den Quarztiegel 11.The susceptor 12 is at the top of the vertically extending rotating shaft 13 attached. The lower end of the rotating shaft 13 enters through the center of the bottom of the chamber 10 through and is with the shaft drive mechanism 14th that is outside the chamber 10 is connected. The susceptor 12 , the rotating shaft 13 and the shaft drive mechanism 14th form a rotating mechanism and lifting mechanism for the quartz crucible 11 .

Die Heizung 15 wird verwendet, um ein in den Quarztiegel 11 eingefülltes Silicium-Ausgangsmaterial zu schmelzen und dessen geschmolzenen Zustand beizubehalten. Die Heizung 15 ist eine aus Kohlenstoff hergestellte Widerstandsheizung und ist ein im Wesentlichen zylindrisches Bauteil, das so angebracht ist, dass es den gesamten Umfang des Quarztiegels 11 in dem Suszeptor 12 umgibt. Die Heizung 15 ist von dem Wärmeisolationsmaterial 16 umgeben, und hierdurch kann das Wärmerückhaltevermögen innerhalb der Kammer 10 gesteigert werden. The heating system 15th is used to put one in the quartz crucible 11 to melt the filled silicon raw material and maintain its molten state. The heating system 15th is a carbon-made resistance heater and is a substantially cylindrical component that is attached to the entire circumference of the quartz crucible 11 in the susceptor 12 surrounds. The heating system 15th is from the thermal insulation material 16 surrounded, and this allows the heat retention capacity within the chamber 10 can be increased.

Der Wärmeabschirmkörper 17 bildet eine geeignete heiße Zone um die Fest-Flüssig-Grenzfläche herum, indem eine Veränderung der Temperatur der Siliciumschmelze 2 unterdrückt wird, und er verhindert, dass der Silicium-Einkristall 3 durch Strahlungswärme von der Heizung 15 und dem Quarztiegel 11 erhitzt wird. Der Wärmeabschirmkörper 17 ist ein zylindrisches Bauteil aus Graphit, das einen Bereich oberhalb der Siliciumschmelze 2 abdeckt, wobei der Hochziehpfad für den Silicium-Einkristall 3 ausgenommen ist.The heat shield body 17th forms a suitable hot zone around the solid-liquid interface by changing the temperature of the silicon melt 2 is suppressed and it prevents the silicon single crystal 3 by radiant heat from the heater 15th and the quartz crucible 11 is heated. The heat shield body 17th is a cylindrical component made of graphite that covers an area above the silicon melt 2 covers, the pull-up path for the silicon single crystal 3 is excluded.

Eine kreisrunde Öffnung mit einem Durchmesser größer als dem des Silicium-Einkristalls 3 ist im Zentrum des unteren Endes des Wärmeabschirmkörpers 17 ausgebildet, und dadurch ist der Hochziehpfad für den Silicium-Einkristall 3 sichergestellt. Wie veranschaulicht ist, wird der Silicium-Einkristall 3 hochgezogen und tritt durch die Öffnung des Wärmeabschirmkörpers 17 hindurch. Der Durchmesser der Öffnung des Wärmeabschirmkörpers 17 ist kleiner als der Öffnungsdurchmesser des Quarztiegels 11 und der Abschnitt am unteren Ende des Wärmeabschirmkörpers 17 befindet sich innerhalb des Quarztiegels 11, so dass selbst dann, wenn der Rand am oberen Ende des Quarztiegel 11 angehoben wird und höher ist als das untere Ende des Wärmeabschirmkörpers 17, der Wärmeabschirmkörper 17 den Quarztiegel 11 nicht behindert.A circular opening with a diameter larger than that of the silicon single crystal 3 is in the center of the lower end of the heat shield body 17th and thereby the pull-up path for the silicon single crystal is formed 3 ensured. As illustrated, the silicon single crystal becomes 3 pulled up and enters through the opening of the heat shield body 17th through. The diameter of the opening of the heat shield body 17th is smaller than the opening diameter of the quartz crucible 11 and the portion at the lower end of the heat shield body 17th is located inside the quartz crucible 11 so that even if the rim is at the top of the quartz crucible 11 is raised and is higher than the lower end of the heat shielding body 17th , the heat shield body 17th the quartz crucible 11 not disabled.

Die Menge der Schmelze in dem Quarztiegel 11 nimmt mit dem Wachstum des Silicium-Einkristalls 3 ab; indem jedoch der Quarztiegel 11 angehoben wird, so dass der Spalt zwischen der Oberfläche der Schmelze und dem Wärmeabschirmkörper 17 konstant bleibt, ist es möglich, die Veränderung der Temperatur der Siliciumschmelze 2 zu unterdrücken und die Durchflussrate von Gas, das in der Nähe der Schmelze strömt, konstant zu halten, und hierdurch die Verdampfungsmenge von SiO-Gas aus der Siliciumschmelze 2 zu kontrollieren. So kann die Stabilität der Verteilung von Kristalldefekten, der Verteilung der Sauerstoffkonzentration, der Verteilung des spezifischen Widerstands etc. in Richtung der Hochziehwelle des Einkristalls verbessert werden.The amount of melt in the quartz crucible 11 increases with the growth of the silicon single crystal 3 from; however, by the quartz crucible 11 is raised, so that the gap between the surface of the melt and the heat shielding body 17th remains constant, it is possible to change the temperature of the silicon melt 2 and to keep constant the flow rate of gas flowing in the vicinity of the melt, and thereby the amount of evaporation of SiO gas from the silicon melt 2 to control. Thus, the stability of the distribution of crystal defects, the distribution of the oxygen concentration, the distribution of the specific resistance, etc. in the direction of the pull-up wave of the single crystal can be improved.

Der Draht 18, der als Hochziehwelle für den Silicium-Einkristall 3 dient, und der Drahtaufwickelmechanismus 19, der den Draht 18 aufwickelt, sind oberhalb des Quarztiegels 11 vorgesehen. Der Drahtaufwickelmechanismus 19 hat die Funktion, dass der Einkristall zusammen mit dem Draht 18 rotiert wird. Der Drahtaufwickelmechanismus 19 ist an dem oberen Abschnitt der Ziehkammer 10b vorgesehen. Der Draht 18 erstreckt sich von dem Drahtaufwickelmechanismus 19 nach unten und tritt durch die Ziehkammer 10b hindurch, bis sein vorderes Ende den Innenraum der Hauptkammer 10a erreicht. 1 illustriert einen Zustand, in dem der Silicium-Einkristall 3 beim Wachsen an dem Draht 18 aufgehängt ist. Beim Ziehen des Einkristalls wird ein Keimkristall in die Siliciumschmelze 2 eingetaucht und der Draht 18 allmählich unter Rotieren des Quarztiegels 11 und des Keimkristalls hochgezogen, und so wächst der Einkristall.The wire 18th , the pull-up wave for the silicon single crystal 3 serves, and the wire winding mechanism 19th holding the wire 18th are above the quartz crucible 11 intended. The wire winding mechanism 19th has the function that the single crystal together with the wire 18th is rotated. The wire winding mechanism 19th is at the top of the pull chamber 10b intended. The wire 18th extends from the wire winding mechanism 19th down and step through the pull chamber 10b through until its front end the interior of the main chamber 10a reached. 1 illustrates a state in which the silicon single crystal 3 while growing on the wire 18th is hung. When the single crystal is pulled, a seed crystal is drawn into the silicon melt 2 immersed and the wire 18th gradually while rotating the quartz crucible 11 and the seed crystal are pulled up, and so the single crystal grows.

Der Gaseinlass 10c für die Zuführung von Inertgas in die Kammer 10 ist an dem oberen Abschnitt der Ziehkammer 10b ausgebildet, und der Gasauslass 10d für das Ablassen des Inertgases aus der Kammer 10 ist an dem Boden der Hauptkammer 10a ausgebildet. Das Inertgas wird durch den Gaseinlass 10c in die Kammer 10 zugeführt, und die Menge des Inertgases, das zugeführt werden soll, wird durch ein Ventil gesteuert. Das Inertgas in der abgedichteten Kammer 10 wird durch den Gasauslass 10d aus der Kammer 10 abgelassen, so dass es möglich ist, in der Kammer 10 erzeugtes SiO-Gas oder CO-Gas zu sammeln und dadurch das Innere der Kammer 10 sauber zu halten. Auch wenn dies nicht veranschaulicht ist, ist eine Vakuumpumpe über eine Leitung mit dem Gasauslass 10d verbunden, und das Innere der Kammer 10 wird in einem bestimmten Zustand mit herabgesetztem Druck gehalten, indem die Durchflussrate des Inertgases unter Verwendung des Ventils kontrolliert wird, während das Inertgas in der Kammer 10 mit der Vakuumpumpe abgesaugt wird.The gas inlet 10c for feeding inert gas into the chamber 10 is at the top of the pull chamber 10b formed, and the gas outlet 10d for releasing the inert gas from the chamber 10 is at the bottom of the main chamber 10a educated. The inert gas is introduced through the gas inlet 10c into the chamber 10 is supplied, and the amount of the inert gas to be supplied is controlled by a valve. The inert gas in the sealed chamber 10 is through the gas outlet 10d out of the chamber 10 drained so that it is possible in the chamber 10 to collect generated SiO gas or CO gas and thereby the interior of the chamber 10 to keep clean. Although not illustrated, a vacuum pump is piped to the gas outlet 10d connected, and the interior of the chamber 10 is kept in a certain reduced pressure state by controlling the flow rate of the inert gas using the valve while the inert gas is in the chamber 10 is sucked off with the vacuum pump.

Der Magnetfeldgenerator 21 ist aus oberen und unteren Spulen 21a und 21b, die vertikal zueinander entgegengesetzt angeordnet sind, gebildet und liefert Ströme entgegengesetzter Richtungen zu dem Paar Magnetfelderzeugenden Spulen, um ein Cusp-Magnetfeld in der Kammer 10 zu erzeugen. In der Zeichnung bezeichnet „•“ einen Stromfluss, der aus der Papierebene kommt und „×“ bezeichnet einen Stromfluss, der in die Papierebene hineingeht.The magnetic field generator 21st is made up of upper and lower coils 21a and 21b which are vertically opposite to each other is formed and supplies currents of opposite directions to the pair of magnetic field generating coils to create a cusp magnetic field in the chamber 10 to create. In the drawing, “•” denotes a current flow that comes out of the paper plane and “×” denotes a current flow that goes into the paper plane.

Das Cusp-Magnetfeld ist in Bezug auf die Hochziehwelle symmetrisch und seine Magnetfelder heben sich jeweils im Zentrum des Magnetfelds auf und machen die vertikale Magnetfeldstärke null. Das vertikale Magnetfeld liegt an einer Position außerhalb des Zentrums vor und bildet ein horizontales Magnetfeld, das in radialer Richtung ausgerichtet ist. Das Magnetfeldzentrum des Cusp befindet sich in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze 2 und ist vorzugsweise auf den Bereich von +40 mm bis -26 mm, bezogen auf die Position der Flüssigkeitsoberfläche, eingestellt. Indem so das Cusp-Magnetfeld an die Siliciumschmelze angelegt wird, ist es möglich, die Konvektion der Schmelze in einer Richtung senkrecht zu Magnetfeldlinien zu unterdrücken.The cusp magnetic field is symmetrical with respect to the pull-up wave and its magnetic fields cancel each other out in the center of the magnetic field and make the vertical magnetic field strength zero. The vertical magnetic field is at a position outside the center and forms a horizontal magnetic field that is oriented in the radial direction. The magnetic field center of the cusp is located near the liquid surface of the silicon melt 2 and is preferably in the range of +40 mm up to -26 mm, based on the position of the liquid surface. By thus applying the cusp magnetic field to the silicon melt, it is possible to suppress the convection of the melt in a direction perpendicular to magnetic field lines.

Die Magnetfeldstärke des Cusp-Magnetfelds ist vorzugsweise 500 G bis 700 G. Wenn die Magnetfeldstärke niedriger als 500 G ist, ist es schwierig, einen Silicium-Einkristall mit einer Sauerstoffkonzentration zu ziehen, die so gering wie 8 × 10¹⁷ Atome/cm³ ist. Ferner ist es für existierende Magnetfeldgeneratoren schwierig, eine Magnetfeldstärke stabil auszugeben, die 700 G übersteigt, und eine Magnetfeldstärke so niedrig wie möglich ist ebenso unter dem Gesichtspunkt des Energieverbrauchs gewünscht. Der Wert der Magnetfeldstärke des Cusp-Magnetfelds, das in der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ist ein Wert im Zentrum des Magnetfeldes in vertikaler Richtung und an der Seitenwand des Quarztiegels in horizontaler Richtung.The magnetic field strength of the cusp magnetic field is preferably 500 G to 700 G. When the magnetic field strength is lower than 500 G, it is difficult to pull a silicon single crystal with an oxygen concentration as low as 8 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ . Further, it is difficult for existing magnetic field generators to stably output a magnetic field strength exceeding 700 G, and a magnetic field strength as low as possible is also desired from the viewpoint of power consumption. The value of the magnetic field strength of the cusp magnetic field described in the present invention is a value at the center of the magnetic field in the vertical direction and on the side wall of the quartz crucible in the horizontal direction.

Bei dem HMCZ-Verfahren, das eingerichtet ist, um ein horizontales Magnetfeld anzulegen, sind die magnetischen Kraftlinien in eine Richtung ausgerichtet, so dass, obwohl es einen Effekt gibt, dass die Konvektion in einer Richtung senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien unterdrückt wird, die Konvektion in einer Richtung parallel zu den magnetischen Kraftlinien nicht unterdrückt werden kann. Auf der anderen Seite besitzt das Cusp-Magnetfeld magnetische Kraftlinien, die radial ausgerichtet sind und es ist in Bezug auf die Hochziehwelle in Draufsicht symmetrisch, was die Unterdrückung der Konvektion der Schmelze in Umfangsrichtung innerhalb des Quarztiegels 11 ermöglicht. So ist es möglich, die Elution von Sauerstoff aus dem Quarztiegel 11 zu unterdrücken und dadurch die Sauerstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall zu verringern.In the HMCZ method, which is arranged to apply a horizontal magnetic field, the magnetic lines of force are aligned in one direction, so that although there is an effect that the convection is suppressed in a direction perpendicular to the magnetic lines of force, the convection cannot be suppressed in a direction parallel to the magnetic lines of force. On the other hand, the cusp magnetic field has magnetic lines of force which are radially aligned and it is symmetrical with respect to the pull-up shaft in plan view, which suppresses convection of the melt in the circumferential direction within the quartz crucible 11 enables. So it is possible for the elution of oxygen from the quartz crucible 11 suppress and thereby lower the oxygen concentration in the silicon single crystal.

Das Beobachtungsfenster 10e zur Beobachtung des Inneren der Kammer 10 ist an dem oberen Abschnitt der Hauptkammer 10a vorgesehen, und die CCD-Kamera 22 ist außerhalb des Beobachtungsfensters 10e installiert. Während des Ziehens des Einkristalls nimmt die CCD-Kamera 22 ein Bild der Grenze zwischen dem Silicium-Einkristall 3 und der Siliciumschmelze 2, die durch das Beobachtungsfenster 10e und die Öffnung 17a des Wärmeabschirmkörpers 17 zu sehen ist, auf. Die CCD-Kamera 22 ist mit der Bildverarbeitungseinheit 23 verbunden. Das aufgenommene Bild wird in der Bildverarbeitungseinheit 23 verarbeitet, und das Resultat der Verarbeitung wird an die Steuereinheit 24 geliefert und für die Steuerung der Ziehbedingungen verwendet.The observation window 10e to observe the interior of the chamber 10 is at the top of the main chamber 10a provided, and the CCD camera 22nd is outside the observation window 10e Installed. While pulling the single crystal, the CCD camera takes 22nd an image of the boundary between the silicon single crystal 3 and the silicon melt 2 looking through the observation window 10e and the opening 17a of the heat shield body 17th can be seen on. The CCD camera 22nd is with the image processing unit 23 connected. The recorded image is stored in the image processing unit 23 processed, and the result of the processing is sent to the control unit 24 and used to control the drawing conditions.

2 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Form eines Silicium-Einkristall-Ingots veranschaulicht. 2 Fig. 13 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention. 3 Fig. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating the shape of a silicon single crystal ingot.

Wie in den 2 und 3 veranschaulicht ist, wird in dem Herstellungsprozess für den Silicium-Einkristall 3 ein Silicium-Ausgangsmaterial in dem Quarztiegel 11 erhitzt und so die Siliciumschmelze 2 erzeugt (Schritt S11). Danach wird ein Keimkristall, der an dem Abschnitt am vorderen Ende des Drahts 18 befestigt ist, so abgesenkt, dass er in die Siliciumschmelze 2 eintaucht (Schritt S12).As in the 2 and 3 illustrated is in the manufacturing process for the silicon single crystal 3 a silicon raw material in the quartz crucible 11 heated and so the silicon melt 2 generated (step S11 ). After that, a seed crystal is attached to the section at the front end of the wire 18th is attached, lowered so that it is in the silicon melt 2 immersed (step S12 ).

Dann wird ein Einkristall-Hochziehprozess durchgeführt, bei dem der Keimkristall allmählich hochgezogen wird, während er in Kontakt mit der Siliciumschmelze 2 steht, und so wächst der Einkristall. Bei dem Einkristall-Hochziehprozess werden der Reihe nach ein Halsbildungsschritt (Schritt S13), in dem ein Halsabschnitt 3a, dessen Kristalldurchmesser verringert ist, um Dislokation zu vermeiden, ausgebildet wird, ein Schritt des Wachsens eines Schulterabschnitts (Schritt S14), in dem ein Schulterabschnitt 3b, dessen Kristalldurchmesser allmählich vergrößert wird, um einen festgelegten Durchmesser zu erhalten, ausgebildet wird, ein Schritt des Wachsens des Körperabschnitts (Schritt S15), in dem ein Körperabschnitt 3c, dessen Kristalldurchmesser konstant gehalten wird, ausgebildet wird, und ein Schritt des Wachsens des Schwanzabschnitts (Schritt S16), in dem ein Schwanzabschnitt 3d, dessen Kristalldurchmesser allmählich verringert wird, ausgebildet wird, durchgeführt. Schließlich wird der Einkristall von der Oberfläche der Schmelze getrennt, und der Schritt des Wachsens des Schwanzabschnitts beendet. Durch die obigen Schritte wird der Silicium-Einkristall-Ingot 3, der den Halsabschnitt 3a, den Schulterabschnitt 3b, den Körperabschnitt 3c und den Schwanzabschnitt 3d in dieser Reihenfolge vom oberen Ende (Kopfende) des Einkristalls zu dem unteren Ende (Boden) aufweist, vervollständigt.Then, a single crystal pull-up process is performed in which the seed crystal is gradually pulled up while it is in contact with the silicon melt 2 and so the single crystal grows. In the single crystal pull-up process, a necking step (step S13 ), in which a neck section 3a whose crystal diameter is reduced in order to avoid dislocation is formed, a step of growing a shoulder portion (step S14 ), in which a shoulder section 3b , the crystal diameter of which is gradually increased to have a predetermined diameter, a step of growing the body portion (step S15 ), in which a body section 3c whose crystal diameter is kept constant, and a step of growing the tail portion (step S16 ), in which a tail section 3d , the crystal diameter of which is gradually reduced, is performed. Finally, the single crystal is separated from the surface of the melt and the tail portion growing step is completed. Through the above steps, the silicon single crystal ingot 3 holding the neck section 3a , the shoulder section 3b , the body section 3c and the tail section 3d in this order from the top (top) of the single crystal to the bottom (bottom).

Während des Einkristall-Hochziehprozesses werden, um den Durchmesser des Silicium-Einkristalls 3 und die Position des Flüssigkeitsniveaus der Siliciumschmelze 2 zu kontrollieren, ein Bild des Abschnitts an der Grenze zwischen dem Silicium-Einkristall 3 und der Siliciumschmelze 2 mit der CCD-Kamera 22 aufgenommen, und der Durchmesser des Einkristalls an der Fest-Flüssig-Grenzfläche und der Abstand (Spalt) zwischen der Oberfläche der Schmelze und dem Wärmeabschirmkörper 17 werden auf Basis des aufgenommenen Bildes berechnet. Die Steuereinheit 24 steuert die Hochziehbedingungen, wie beispielsweise die Hochziehgeschwindigkeit des Drahts 18 und die Leistung der Heizung 15, so dass der Durchmesser des Silicium-Einkristalls 3 der Zieldurchmesser wird. Ferner steuert die Kontrolleinheit 24 die Höhenposition des Quarztiegels 11, um so den Abstand zwischen der Oberfläche der Schmelze und dem Wärmeabschirmkörper 17 konstant zu halten.During the single crystal pull-up process, the diameter of the silicon single crystal 3 and the position of the liquid level of the silicon melt 2 to control an image of the section at the boundary between the silicon single crystal 3 and the silicon melt 2 with the CCD camera 22nd recorded, and the diameter of the single crystal at the solid-liquid interface and the distance (gap) between the surface of the melt and the heat shielding body 17th are calculated based on the captured image. The control unit 24 controls the pull-up conditions such as the pull-up speed of the wire 18th and the performance of the heater 15th so that the diameter of the silicon single crystal 3 the target diameter becomes. The control unit also controls 24 the height position of the quartz crucible 11 so as the distance between the surface of the melt and the heat shield body 17th keep constant.

In der vorliegenden Ausführungsform wird die Rotationsgeschwindigkeit des Silicium-Einkristalls 3 auf den Bereich von 17 U/min bis 19 U/min eingestellt. Wenn die Kristallrotationsgeschwindigkeit niedriger als 17 U/min ist, kann die Gleichmäßigkeit der Sauerstoffkonzentration innerhalb der Ebene nicht verbessert werden. Wenn andererseits die Kristallrotationsgeschwindigkeit höher als 19 U/min ist, wird die Sauerstoffkonzentration in dem Kristall hoch und zusätzlich besteht die Wahrscheinlichkeit, dass dann, wenn die Kristallachse abweicht, der Einkristall in Folge von exzentrischer Rotation zu einer Spiralform deformiert wird, was einen unregelmäßigen Abschnitt erzeugen kann, in dem der Kristalldurchmesser beim Schleifen des Außendurchmessers des gezogenen Kristalls kleiner ist als der Waferdurchmesser. Ferner ist es auch problematisch, dass mit der Kristalldeformation leicht Dislokation auftreten kann.In the present embodiment, the rotation speed of the silicon single crystal becomes 3 set to the range from 17 RPM to 19 RPM. If the crystal rotation speed is lower than 17 rpm, the in-plane oxygen concentration uniformity cannot be improved. On the other hand, if the crystal rotation speed is higher than 19 rpm, the oxygen concentration in the crystal becomes high, and in addition, if the crystal axis deviates, the single crystal is likely to be deformed into a spiral shape due to eccentric rotation, resulting in an irregular portion can produce in which the crystal diameter when grinding the outer diameter of the pulled crystal is smaller than the wafer diameter. Furthermore, there is also a problem that dislocation can easily occur with crystal deformation.

Die Rotationsgeschwindigkeit des Quarztiegels 11 während des Ziehens des Kristalls ist vorzugsweise 4,5 U/min bis 8,5 U/min. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Quarztiegels 11 niedriger ist als 4,5 U/min, verschlechtert sich die Gleichmäßigkeit der Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Quarztiegels 11 höher als 8,5 U/min ist, vergrößert sich der Erosionsverlust des Quarztiegels und erhöht die Sauerstoffkonzentration in der Siliciumschmelze erheblich.The speed of rotation of the quartz crucible 11 while pulling the crystal, it is preferably 4.5 rpm to 8.5 rpm. When the speed of rotation of the quartz crucible 11 is lower than 4.5 rpm, the uniformity of the distributions of the oxygen concentration and the in-plane resistivity deteriorates. When the speed of rotation of the quartz crucible 11 is higher than 8.5 rpm, the erosion loss of the quartz crucible increases and the oxygen concentration in the silicon melt increases significantly.

Wenn der Silicium-Einkristall unter den oben beschriebenen Kristall-Ziehbedingungen gezogen wird, ist es möglich, nicht nur die Konzentration von interstitiellem Sauerstoff des Silicium-Einkristalls zu verringern, sondern auch eine Verringerung der Sauerstoffkonzentration an dem äußeren Umfang des Einkristalls zu unterdrücken, wodurch die Verteilung der Sauerstoffkonzentration innerhalb der Ebene gleichmäßig gemacht werden kann.When the silicon single crystal is pulled under the above-described crystal pulling conditions, it is possible not only to decrease the concentration of interstitial oxygen of the silicon single crystal but also to suppress a decrease in the oxygen concentration at the outer periphery of the single crystal, thereby reducing the Distribution of oxygen concentration within the plane can be made uniform.

Die Sauerstoffkonzentration des Körperabschnitts 3c des so gezogenen Silicium-Einkristalls 3 (siehe 3) ist 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ bis 8 × 10¹⁷ Atome/cm³, der ROG in dem Kristallquerschnitt senkrecht zu der KristallWachstumsrichtung ist 15 % oder weniger und der RRG in dem Kristallquerschnitt ist 5 % oder weniger. Ferner hat ein Siliciumwafer, der durch Herausschneiden aus dem Silicium-Einkristall 3 und anschließende Bearbeitung erhalten wird, dieselbe Qualität. D.h., es ist möglich, einen Siliciumwafer zu erhalten, der folgendes aufweist: eine Sauerstoffkonzentration von 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr und 8 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger; einen ROG von 15 % oder weniger; und einen RRG von 5 % oder weniger. Sämtliche in der vorliegenden Anmeldung definierten Sauerstoffkonzentrationen sind Messwerte, die unter Verwendung von FTIR (Fourier Transform-Infrarotspektroskopie) (ASTM F-121 (1979)) erhalten wurden. Ferner sind die Widerstandswerte Messwerte, die unter Verwendung einer Vier-Sonden-Methode erhalten wurden.The oxygen concentration of the body part 3c of the silicon single crystal thus grown 3 (please refer 3 ) is 1 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ to 8 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ , the ROG in the crystal cross section perpendicular to the crystal growth direction is 15% or less, and the RRG in the crystal cross section is 5% or less. Furthermore, a silicon wafer obtained by cutting out the silicon single crystal 3 and subsequent processing is obtained, the same quality. That is, it is possible to obtain a silicon wafer having: an oxygen concentration of 1 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or more and 8 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less; an ROG of 15% or less; and an RRG of 5% or less. All of the oxygen concentrations defined in the present application are measured values obtained using FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) (ASTM F-121 (1979)). Further, the resistance values are readings obtained using a four-probe method.

Wie oben beschrieben, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Silicium-Einkristalls der Einkristall, während er mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit von 17 U/min bis 19 U/min rotiert wird, gemäß dem Czochralski-Verfahren gezogen, das eingerichtet ist, um die Einwirkung eines Cusp-Magnetfeldes zu verwenden, und dadurch kann ein Silicium-Einkristall mit niedriger Sauerstoffkonzentration und einer möglichst hohen Gleichmäßigkeit der Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene hergestellt werden. Folglich ist es möglich, einen Siliciumwafer mit wenig Sauerstoff für IGBT nicht nur mit dem FZ-Verfahren, sondern auch mit dem CZ-Verfahren herzustellen, was somit eine Verbesserung der Massenproduktion erlaubt.As described above, in the method for producing the silicon single crystal of the present invention, the single crystal is pulled while rotating at a high rotational speed of 17 rpm to 19 rpm according to the Czochralski method, which is adapted to the By using the action of a cusp magnetic field, a silicon single crystal having a low oxygen concentration and the highest possible uniformity of the distributions of the oxygen concentration and the in-plane resistivity can be produced. As a result, it is possible to manufacture a low-oxygen silicon wafer for IGBT by not only the FZ method but also the CZ method, thus allowing mass production to be improved.

Während die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben erläutert wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf sie beschränkt, und unterschiedliche Modifizierungen können an den Ausführungsformen durchgeführt werden, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es versteht sich, dass solche Modifikationen ebenso in den Bereich der Erfindung eingeschlossen sind.While the preferred embodiment of the present invention has been explained above, the present invention is not limited to them, and various modifications can be made to the embodiments without departing from the scope of the present invention, and it is understood that such modifications are also incorporated in FIGS Scope of the invention are included.

Beispielsweise ist, obwohl die in 1 veranschaulichte Einkristall-Herstellungsvorrichtung 1 in der obigen Ausführungsform verwendet wird, die detaillierte Konfiguration der Einkristall-Herstellungsvorrichtung nicht besonders beschränkt, sondern kann unterschiedliche Formen annehmen.For example, although the in 1 illustrated single crystal manufacturing apparatus 1 is used in the above embodiment, the detailed configuration of the single crystal manufacturing apparatus is not particularly limited but may take various forms.

[Beispiele][Examples]

Während des Ziehprozesses für einen Silicium-Einkristall für einen Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm gemäß dem Czochralski-Verfahren unter Verwendung des Cusp-Magnetfeldes wurde der Einfluss bewertet, den das Cusp-Magnetfeld und die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls auf die Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene hat. Bei dem Kristall-Ziehprozess wurde die Magnetfeldstärke des Cusp-Magnetfelds auf 600 G eingestellt, und das Zentrum des Magnetfelds wurde auf eine Position 40 mm oberhalb der Position der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze eingestellt. Ferner wurde die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels auf 6 U/min und die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls auf 18 U/min eingestellt. Danach wurden drei gezogene Silicium-Einkristall-Ingots bearbeitet und insgesamt sechs Siliciumwafer-Probestücke hergestellt (zwei Siliciumwafer-Probestücke für jeden Ingot).During the pulling process for a silicon single crystal for a wafer with a diameter of 200 mm according to the Czochralski method using the cusp magnetic field, the influence that the cusp magnetic field and the rotation speed of the crystal on the distributions of the oxygen concentration and the has specific resistance within the plane. In the crystal pulling process, the magnetic field strength of the cusp magnetic field was set to 600 G, and the center of the magnetic field was set to a position 40 mm above the position of the liquid surface of the silicon melt. Further, the speed of rotation of the crucible was set to 6 rpm and the speed of rotation of the Crystal set at 18 rpm. Thereafter, three pulled silicon single crystal ingots were processed, and a total of six silicon wafer coupons were prepared (two silicon wafer coupons for each ingot).

Dann wurde die Verteilung der Sauerstoffkonzentration innerhalb der Ebene in jedem der Siliciumwafer-Probestücke gemessen. Die Sauerstoffkonzentration wurde in einem Abstand von 5 mm in Radialrichtung von dem Zentrum des Wafers gemessen. Weil es nicht möglich war, die Sauerstoffkonzentration an dem äußersten Umfangsteil des Wafers zu messen, wurde die Messung der Sauerstoffkonzentration in der Waferebene so durchgeführt, dass sie von dem Zentrum des Wafers bis zu einer Position 95 mm in Radialrichtung von dem Zentrum entfernt durchgeführt wurde (der von der Messung ausgenommene Bereich an dem äußeren Umfangsteil des Wafers betrug 5 mm). Ferner wurde der ROG (Radial Oxygen Gradient, radialer Sauerstoffgradient) des Siliciumwafers aus den Ergebnissen der Messung der Sauerstoffkonzentration berechnet. Unter der Annahme, dass der Maximalwert der Sauerstoffkonzentration innerhalb des Messbereichs D_Max und ihr Minimalwert D_Min beträgt, kann ROG wie folgt berechnet werden: $ROG (%) = {(D_{Max} - D_{Min}) {/D}_{Min}} \times 100$

Then, the in-plane distribution of oxygen concentration in each of the silicon wafer coupons was measured. The oxygen concentration was measured at a distance of 5 mm in the radial direction from the center of the wafer. Because it was not possible to measure the oxygen concentration at the outermost peripheral part of the wafer, the measurement of the oxygen concentration in the wafer plane was carried out so that it was carried out from the center of the wafer to a position 95 mm in the radial direction from the center ( the area excluded from the measurement on the outer peripheral part of the wafer was 5 mm). Furthermore, the ROG (Radial Oxygen Gradient) of the silicon wafer was calculated from the results of the measurement of the oxygen concentration. Assuming that the maximum value of the oxygen concentration within the measuring range is D _Max and its minimum value is D _Min , ROG can be calculated as follows:

ROG (%) = {({D.}_{Max} - {D.}_{Min}) {/ D}_{Min}} \times 100

Dann wurde die Verteilung des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene in jedem der Siliciumwafer-Probestücke gemessen. Der spezifische Widerstand wurde unter Verwendung einer Vier-Sonden-Methode mit einem Abstand von 2 mm in Radialrichtung von dem Zentrum des Wafers gemessen. Weil es nicht möglich war, den spezifischen Widerstand an dem äußersten Umfangsteil des Wafers zu messen, wurde die Messung des spezifischen Widerstands in der Waferebene so durchgeführt, dass sie von dem Zentrum des Wafers bis zu einer Position 96 mm in Radialrichtung von dem Zentrum entfernt durchgeführt wurde (der von der Messung ausgeschlossene Bereich an dem äußeren Umfangsteil des Wafers betrug 4 mm). Ferner wurde der RRG (Radial Resistivity Gradient, radialer Gradient des spezifischen Widerstands) des Siliciumwafers aus den Ergebnissen der Messung des spezifischen Widerstands berechnet. Angenommen der Maximalwert des spezifischen Widerstands innerhalb des Bereichs der Messung ist ρ_Max und sein Minimalwert ρ_Min, kann RRG wie folgt berechnet werden: $RRG (%) = {(ρ_{Max} - ρ_{Min}) / ρ_{Min}} \times 100$

Then, the in-plane resistivity distribution in each of the silicon wafer coupons was measured. Resistivity was measured using a four-probe method at a distance of 2 mm in the radial direction from the center of the wafer. Because it was not possible to measure the resistivity at the outermost peripheral part of the wafer, the measurement of the resistivity in the wafer plane was carried out so as to be carried out from the center of the wafer to a position 96 mm in the radial direction from the center (the area excluded from the measurement on the outer peripheral part of the wafer was 4 mm). Further, the RRG (Radial Resistivity Gradient) of the silicon wafer was calculated from the results of the measurement of the specific resistance. Assuming the maximum value of the resistivity within the range of the measurement is ρ _Max and its minimum value ρ _Min , RRG can be calculated as follows:

RRG (%) = {(ρ_{Max} - ρ_{Min}) / ρ_{Min}} \times 100

4 ist ein Graph, der die Verteilungen der Sauerstoffkonzentration der Siliciumwafer-Probestücke veranschaulicht. Wie veranschaulicht ist, betrug in allen Wafer-Probestücken die Sauerstoffkonzentration innerhalb der Ebene 3 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger und der ROG 7,1 % bis 14,8 %. 4th Fig. 13 is a graph illustrating the oxygen concentration distributions of the silicon wafer coupons. As illustrated, in all of the wafer coupons, the in-plane oxygen concentration was 3 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less and the ROG was 7.1% to 14.8%.

5 ist ein Graph, der die Verteilungen des spezifischen Widerstands der Siliciumwafer-Probestücke veranschaulicht. Wie veranschaulicht ist, betrug die Verteilung des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene in allen Wafer-Probestücken 3,5% bis 4,9 %. 5 Figure 13 is a graph illustrating resistivity distributions of silicon wafer coupons. As illustrated, the in-plane resistivity distribution in all of the wafer coupons was 3.5% to 4.9%.

Silicium-Einkristalle wurden unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 gezogen, außer dass die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls auf 17 U/min eingestellt war, und dann wurden die Sauerstoffkonzentration und der ROG jedes der Siliciumwafer-Probestücke, die durch Bearbeiten der gezogenen Silicium-Einkristall-Ingots erhalten worden waren, unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 bestimmt. Im Ergebnis betrug, wie in 6 veranschaulicht ist, die Sauerstoffkonzentration in der Waferebene 3 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger und der ROG etwa 12,3 %.Silicon single crystals were pulled under the same conditions as in Example 1, except that the rotation speed of the crystal was set to 17 rpm, and then the oxygen concentration and the ROG of each of the silicon wafer coupons obtained by processing the pulled silicon single crystal Ingots were obtained under the same conditions as in Example 1 determined. As a result, as shown in 6th As illustrated, the oxygen concentration in the wafer plane is 3 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less and the ROG is about 12.3%.

Silicium-Einkristalle wurden unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 gezogen, außer dass die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls auf 19 U/min eingestellt war, und dann wurden die Sauerstoffkonzentration und ROG jedes der Siliciumwafer-Probestücke, die durch Bearbeiten der gezogenen Silicium-Einkristall-Ingots erhalten worden waren, unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 untersucht. Im Ergebnis betrug, wie in 7 veranschaulicht ist, die Sauerstoffkonzentration in der Waferebene 3 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger und der ROG etwa 7,5 %.Silicon single crystals were pulled under the same conditions as in Example 1, except that the rotation speed of the crystal was set to 19 rpm, and then the oxygen concentration and ROG of each of the silicon wafer coupons obtained by processing the pulled silicon single crystal ingots were obtained under the same conditions as in Example 1 examined. As a result, as shown in 7th As illustrated, the oxygen concentration in the wafer plane is 3 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less and the ROG is about 7.5%.

Silicium-Einkristalle wurden unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 gezogen, außer dass das Zentrum des Cusp-Magnetfeldes auf eine Position 7 mm oberhalb der Position der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze eingestellt war, und dann wurden die Sauerstoffkonzentration und ROG jedes der Siliciumwafer-Probestücke, die durch Bearbeiten der gezogenen Silicium-Einkristall-Ingots erhalten worden waren, unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 bestimmt. Im Ergebnis betrug, wie in 8 veranschaulicht ist, die Sauerstoffkonzentration in der Waferebene 4,3 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger und der ROG betrug 5,9 % bis 11,7 %.Silicon single crystals were pulled under the same conditions as in Example 1, except that the center of the cusp magnetic field was set at a position 7 mm above the position of the liquid surface of the silicon melt, and then the oxygen concentration and ROG of each of the silicon wafer coupons were determined obtained by processing the pulled silicon single crystal ingots under the same conditions as in Example 1. As a result, as shown in 8th As illustrated, the oxygen concentration in the wafer plane was 4.3 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less and the ROG was 5.9% to 11.7%.

Silicium-Einkristalle wurden unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 gezogen, außer dass das Zentrum des Cusp-Magnetfelds auf eine Position 26 mm unterhalb der Position der Flüssigkeitsoberfläche der Siliciumschmelze eingestellt war, und dann wurden die Sauerstoffkonzentration und ROG jedes der Siliciumwafer-Probestücke, die durch Bearbeiten der gezogenen Silicium-Einkristall-Ingots erhalten worden waren, unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 bestimmt. Im Ergebnis betrug, wie in 9 veranschaulicht ist, die Sauerstoffkonzentration in der Waferebene 5,3 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger und der ROG war 3,0 % bis 10,4 %.Silicon single crystals were pulled under the same conditions as in Example 1 except that the center of the cusp magnetic field was set at a position 26 mm below the position of the liquid surface of the silicon melt, and then the oxygen concentration and ROG of each of the silicon wafer coupons obtained by processing the pulled silicon single crystal ingots became among the same Conditions as determined in Example 1. As a result, as shown in 9 As illustrated, the oxygen concentration in the wafer plane was 5.3 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less, and the ROG was 3.0% to 10.4%.

Silicium-Einkristalle wurden unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 gezogen, außer dass die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls auf 9 U/min eingestellt war, und dann wurden die Sauerstoffkonzentration und ROG jedes der Siliciumwafer-Probestücke, die durch Bearbeiten der gezogenen Silicium-Einkristall-Ingots erhalten worden waren, unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 bestimmt. Im Ergebnis betrug, wie in 10 veranschaulicht ist, die Sauerstoffkonzentration in der Waferebene 5,7 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger und der ROG war etwa 84,8 % bis 135,1 %. Somit war die Gleichmäßigkeit der Sauerstoffkonzentration innerhalb der Ebene sehr schlecht.Silicon single crystals were pulled under the same conditions as in Example 1, except that the rotation speed of the crystal was set to 9 rpm, and then the oxygen concentration and ROG of each of the silicon wafer coupons obtained by processing the pulled silicon single crystal ingots were obtained under the same conditions as in Example 1. As a result, as shown in 10 As illustrated, the oxygen concentration in the wafer plane was 5.7 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less, and the ROG was about 84.8% to 135.1%. Thus, the in-plane oxygen concentration uniformity was very poor.

Silicium-Einkristalle wurden mit einem HMCZ hochgezogen, das eingerichtet war, ein horizontales Magnetfeld anzuwenden. Dabei war die Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls auf 5 U/min eingestellt. Dann wurden die Verteilungen der Sauerstoffkonzentration und des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene jedes der Siliciumwafer-Probestücke, die durch Bearbeiten der gezogenen Silicium-Einkristall-Ingots erhalten worden waren, unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 bestimmt. Im Ergebnis betrug, wie in 11 veranschaulicht ist, obwohl die Sauerstoffkonzentration in der Waferebene 3,1 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger war, der ROG 57,3 % bis 83,4 %. Somit war die Gleichmäßigkeit der Sauerstoffkonzentration innerhalb der Ebene schlecht. Ferner betrug, wie in 12 veranschaulicht ist, der RRG 3,2 % bis 5,8 %. Somit war die Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene gut.Silicon single crystals were pulled up with an HMCZ designed to apply a horizontal magnetic field. The rotation speed of the crystal was set at 5 rpm. Then, in-plane distributions of oxygen concentration and in-plane resistivity of each of the silicon wafer coupons obtained by processing the pulled silicon single crystal ingots were determined under the same conditions as in Example 1. As a result, as shown in 11 As illustrated, although the oxygen concentration in the wafer plane was 3.1 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less, the ROG was 57.3% to 83.4%. Thus, the in-plane oxygen concentration uniformity was poor. Furthermore, as in 12 illustrated is the RRG 3.2% to 5.8%. Thus, the in-plane resistivity uniformity was good.

Nach der Herstellung von Silicium-Einkristallen für Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm mit einem FZ-Verfahren wurde die Verteilung des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene für jeden der Siliciumwafer-Probestücke, die jeweils einen Durchmesser von 200 mm hatten und durch Bearbeiten der hergestellten Silicium-Einkristall-Ingots erhalten worden waren, unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 bestimmt. Wie in 13 veranschaulicht ist, betrug im Ergebnis der RRG 7,7 % bis 11,9 %. Somit war die Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands innerhalb der Ebene schlechter als die von Beispiel 1.After producing silicon single crystals for wafers having a diameter of 200 mm by an FZ method, the in-plane resistivity distribution was determined for each of the silicon wafer test pieces each having a diameter of 200 mm and processing the produced silicon Single crystal ingots were obtained under the same conditions as in Example 1. As in 13 illustrated, the result of the RRG was 7.7% to 11.9%. Thus, the in-plane resistivity uniformity was inferior to that of Example 1.

Die obigen Resultate zeigen, dass durch Einstellen der Rotationsgeschwindigkeit des Kristalls in dem Ziehprozess des Silicium-Einkristalls mit dem Czochralski-Verfahren, das eingerichtet war, das Cusp-Magnetfeld zu verwenden, auf 17 U/min bis 19 U/min, es möglich ist, die Sauerstoffkonzentration in dem Silicium-Einkristall auf 8 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger zu verringern, was zu einer Verringerung sowohl des RRG als auch des RRG führt.The above results show that by setting the rotation speed of the crystal in the pulling process of the silicon single crystal with the Czochralski method, which was arranged to use the cusp magnetic field, to 17 rpm to 19 rpm, it is possible to reduce the oxygen concentration in the silicon single crystal to 8 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less, resulting in a decrease in both the RRG and the RRG.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1:1:: Einkristall-HerstellungsvorrichtungSingle crystal manufacturing apparatus
2:2:: SiliciumschmelzeSilicon melt
3:3:: Silicium-Einkristall (Ingot)Silicon single crystal (ingot)
3a:3a:: HalsabschnittNeck section
3b:3b:: SchulterabschnittShoulder section
3c:3c:: KörperabschnittBody section
3d:3d:: SchwanzabschnittTail section
10:10:: Kammerchamber
10a:10a:: HauptkammerMain chamber
10b:10b:: ZiehkammerDrawing chamber
10c:10c:: GaseinlassGas inlet
10d:10d:: GasauslassGas outlet
10e:10e:: BeobachtungsfensterObservation window
11:11:: QuarztiegelQuartz crucible
12:12:: SuszeptorSusceptor
13:13:: RotationswelleRotating shaft
14:14:: WellenantriebsmechanismusShaft drive mechanism
15:15:: Heizungheater
16:16:: WärmeisolationsmaterialThermal insulation material
17:17:: WärmeabschirmkörperHeat shield body
18:18:: Drahtwire
19:19:: DrahtaufwickelmechanismusWire winding mechanism
21:21:: MagnetfeldgeneratorMagnetic field generator
21a:21a:: Obere Spule (Spule zur Erzeugung eines Magnetfelds)Upper coil (coil for generating a magnetic field)
21b:21b:: Untere Spule (Spule zur Erzeugung eines Magnetfelds)Lower coil (coil for generating a magnetic field)
22: 22:: Kameracamera
23:23:: BildverarbeitungseinheitImage processing unit
24:24:: SteuereinheitControl unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

JP 2010222241 A [0004]
JP 2016519049 A [0004]

Claims

A method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method, the method including that a silicon single crystal is pulled up from a silicon melt while a cusp magnetic field is applied, characterized in that the rotation speed of the crystal during the pulling up of the silicon -Single crystal is set to 17 rpm or more and 19 rpm or less while rotating.

Process for producing a silicon single crystal according to Claim 1 wherein the rotation speed of a quartz crucible holding the silicon melt is set to 4.5 rpm or more and 8.5 rpm or less.

Process for producing a silicon single crystal according to Claim 1 or 2 , in which the magnetic field strength of the cusp magnetic field is set to 500 G to 700 G and the central position of the magnetic field in the vertical direction is set to a range of +40 mm to -26 mm, based on the position of the liquid surface of the silicon melt.

A silicon single crystal characterized in that its oxygen concentration is 1 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or more and 8 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less, ROG in a crystal cross section perpendicular to a crystal growth direction is 15% or less, and RRG in that Crystal cross section is 5% or less.

A silicon wafer characterized in that its oxygen concentration is 1 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or more and 8 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less, ROG 15% or less, and RRG 5% or less.