JP2005314143A - Method for producing silicon single crystal - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method capable of stably forming a shoulder and efficiently pulling a silicon single crystal by adjusting a furnace internal pressure according to the processes of pulling. <P>SOLUTION: The method for producing a silicon single crystal in an Ar gas atmosphere by the CZ process comprises the steps of melting a silicon stock at a furnace internal pressure of 13.3-40.0 kPa (100-300 Torr), acclimatizing a seed crystal to the melt, performing seed-narrowing, forming a shoulder at a furnace internal pressure of 0.67-6.7 kPa (5-50 Torr), and subsequently pulling a straight body part at a furnace internal pressure of 13.3-40.0 kPa (100-300 Torr). Further, the above melting of a silicon stock may include the melting accompanying meltback. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、チョクラルスキー法(以下、単に「CZ法」という)によってシリコン単結晶を製造する方法に関し、さらに詳しくは、引上げ過程に応じて炉内圧力を調整することにより、効率的に引上げることができるシリコン単結晶の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method (hereinafter simply referred to as “CZ method”), and more specifically, by efficiently adjusting the furnace pressure according to the pulling process. The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal that can be increased.

半導体材料のシリコンウェーハに用いるシリコン単結晶の製造に、最も広く採用されている方法としてCZ法による単結晶の引上げ方法がある。   A method of pulling a single crystal by a CZ method is the most widely adopted method for producing a silicon single crystal used for a silicon wafer of a semiconductor material.

図1は、CZ法によるシリコン単結晶の引上げに用いられる装置の構成を示す断面図である。単結晶引上げ装置1の中心部に配置される坩堝2は二重構造であって、内側の石英坩堝2aと、外側の黒鉛坩堝2bとで構成される。坩堝2の外側には黒鉛製のヒーター3が設けられ、坩堝2内にはこのヒーターによって溶融されたシリコン溶融液4が収容される。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an apparatus used for pulling a silicon single crystal by the CZ method. The crucible 2 disposed at the center of the single crystal pulling apparatus 1 has a double structure, and is composed of an inner quartz crucible 2a and an outer graphite crucible 2b. A graphite heater 3 is provided outside the crucible 2, and a silicon melt 4 melted by the heater is accommodated in the crucible 2.

単結晶の引上げ手段として引上げワイヤー5が用いられ、その先端に種結晶(シード)6が取り付けられる。種結晶がシリコン融液となじむ程度に溶融液4の温度を調節し、溶融液4表面に種結晶6の下端を接触させて上方へ引き上げることによって、その下端に単結晶7を凝固させ成長させる。   A pulling wire 5 is used as a single crystal pulling means, and a seed crystal (seed) 6 is attached to the tip thereof. The temperature of the melt 4 is adjusted to such an extent that the seed crystal becomes compatible with the silicon melt, and the lower end of the seed crystal 6 is brought into contact with the surface of the melt 4 and pulled upward to solidify and grow the single crystal 7 at the lower end. .

通常、単結晶7の回りには溶融液4面および坩堝2内面からの熱輻射を遮るため熱遮蔽材8が設置されており、装置内の不活性ガスとしてアルゴンガス(以下、単に「Arガス」という)が用いられ、単結晶7の引上げはArガス雰囲気で行われる。   Usually, a heat shielding material 8 is installed around the single crystal 7 to block heat radiation from the melt 4 surface and the crucible 2 inner surface, and an argon gas (hereinafter simply referred to as “Ar gas”) as an inert gas in the apparatus. The single crystal 7 is pulled in an Ar gas atmosphere.

図1において、Arガスは単結晶上方の流入口9から注入され、単結晶7の表面と熱遮蔽材8との間を流下して溶融液4表面を通り坩堝2の外側へと導かれ、炉の底部から排気口10により炉外へ放出される。このとき、シリコン融液4の表面から蒸発する酸化物(SiO、SiOx等)は、Arガスに随伴されて炉外へ放出される。   In FIG. 1, Ar gas is injected from the inlet 9 above the single crystal, flows down between the surface of the single crystal 7 and the heat shielding material 8, passes through the surface of the melt 4, and is guided to the outside of the crucible 2. It is discharged from the bottom of the furnace through the exhaust port 10 to the outside of the furnace. At this time, oxides (SiO, SiOx, etc.) evaporated from the surface of the silicon melt 4 are discharged to the outside of the furnace along with the Ar gas.

CZ法によって単結晶を引き上げる場合には、種結晶に残存している転位や種結晶を溶融液に接触させたときの熱応力により発生する転位を完全に除去し、これらが単結晶の直胴部(本体部)に及ばないようにする必要がある。このため、転位を結晶表面から排除し単結晶が無転位化するように、種結晶を上方に引上げながら直径5mm前後のシード絞りを行う。   When pulling up a single crystal by the CZ method, dislocations remaining in the seed crystal and dislocations generated by thermal stress when the seed crystal is brought into contact with the melt are completely removed. It is necessary not to reach the part (main part). For this reason, a seed squeezing with a diameter of about 5 mm is performed while pulling the seed crystal upward so as to eliminate dislocations from the crystal surface and make the single crystal dislocation-free.

このシード絞りでは、引上げ速度と溶融液の温度を制御することによって、所望の形状からなるシード絞り部を形成することができる。すなわち、引上げ速度を速く、または溶融液温度を高くすることによって、シード直径を細く形成でき、逆に、引上げ速度を遅く、また溶融液温度を低くすることによって、シード直径を大きく形成することができる。   In this seed squeezing, a seed squeezing part having a desired shape can be formed by controlling the pulling speed and the temperature of the melt. That is, the seed diameter can be reduced by increasing the pulling speed or by increasing the melt temperature, and conversely, the seed diameter can be increased by decreasing the pulling speed and decreasing the melt temperature. it can.

次に、シード絞りを行った後、製品径に相当する直胴部を確保するため、肩部を形成する。肩部を形成する場合には、引上げ速度と溶融液の温度を調整しながら、結晶径がシード直径から直胴部の直径になるように、結晶径を円錐状に拡大させる。   Next, after the seed squeezing, a shoulder portion is formed in order to secure a straight body portion corresponding to the product diameter. When the shoulder is formed, the crystal diameter is expanded in a conical shape so that the crystal diameter is changed from the seed diameter to the diameter of the straight body while adjusting the pulling speed and the temperature of the melt.

肩部の形成により結晶径が直胴部の直径に達したのち、直胴部の引上げに移行し、製品となる単結晶本体部の育成を行う。そして、所定長さの本体部を育成したのち、結晶径を減少させて、テール部を形成し、融液から切り離すことによりシリコン単結晶の製造を終了する。   After the crystal diameter reaches the diameter of the straight body due to the formation of the shoulder portion, the process moves to pulling up the straight body, and the single crystal main body to be a product is grown. And after growing the main-body part of predetermined length, a crystal diameter is reduced, a tail part is formed, and manufacture of a silicon single crystal is complete | finished by cut | disconnecting from a melt.

上述のCZ法を用いてシリコン単結晶を製造する際には、単結晶の極性およびその抵抗率を調整するためにシリコン溶融液中に各種のドープ剤が添加される。代表的なドープ剤としては、p型ではボロン、n型ではリンが一般的に使用されており、n型の低抵抗の単結晶育成では、ヒ素、アンチモン、赤燐などが使用されている。   When a silicon single crystal is manufactured using the above-described CZ method, various dopants are added to the silicon melt in order to adjust the polarity of the single crystal and its resistivity. As typical dopants, boron is generally used for p-type and phosphorus is used for n-type, and arsenic, antimony, red phosphorus, etc. are used for n-type low-resistance single crystal growth.

前述の通り、シリコン単結晶の製造過程において、シリコン溶融液表面から酸化物(SiO、SiOx等)が蒸発するため、Arガスによる酸化物の排出が充分に行われないと、酸化物に起因する異物が成長中のシリコン単結晶に付着し、引き上げられる単結晶に有転位が発生することがある。特に、n型のドープ剤であるヒ素、アンチモン等は揮発性が高く、溶融液中の酸素と容易に結合して複合酸化物として溶融液表面から多量に蒸発する性質があるため、複合酸化物の蒸発量の増大に伴い、単結晶に有転位が発生し易くなる。   As described above, oxides (SiO, SiOx, etc.) evaporate from the surface of the silicon melt during the process of manufacturing a silicon single crystal. Foreign matter may adhere to the growing silicon single crystal and cause dislocations in the pulled single crystal. In particular, n-type dopants such as arsenic and antimony have high volatility, and easily combine with oxygen in the melt to evaporate from the surface of the melt as a complex oxide. As the amount of evaporation increases, dislocations are likely to occur in the single crystal.

引上げ中にシリコン単結晶に有転位化があると、それ以降のシリコン単結晶の育成を継続することが困難になる。このため、比較的早い段階でシリコン単結晶に有転位化が発生した場合には、有転位化したシリコン単結晶を一旦溶融液に浸漬させ、液温を調整してこれを再溶解する操作、いわゆるメルトバックを行って、再び、溶解、シード絞りおよび肩部の形成を経て引上げを行うことがある。   If there is dislocation in the silicon single crystal during pulling, it will be difficult to continue growing the silicon single crystal thereafter. For this reason, in the case where dislocations occur in the silicon single crystal at a relatively early stage, an operation of once immersing the dislocated silicon single crystal in the melt, adjusting the liquid temperature, and re-dissolving it, The so-called meltback may be performed, and the pulling may be performed again through dissolution, seed squeezing and shoulder formation.

このような場合には、単結晶の育成に多大な時間を要するため、溶融液表面から蒸発する複合酸化物量の増大に伴い、原料融液内のドープ量(濃度)が低下し所望の比抵抗の単結晶が得られなくなる。特に、ヒ素、アンチモン等を高濃度にドープしたn型の低抵抗シリコン単結晶を育成する場合、所定の比抵抗を維持するため、シリコン融液中に新たにドープ剤を追加することが必要になる場合もある。   In such a case, since it takes a long time to grow a single crystal, the dope amount (concentration) in the raw material melt decreases as the amount of complex oxide evaporated from the surface of the melt decreases, and the desired specific resistance No single crystal can be obtained. In particular, when growing an n-type low-resistance silicon single crystal doped with high concentrations of arsenic, antimony, etc., it is necessary to add a new doping agent to the silicon melt in order to maintain a predetermined specific resistance. Sometimes it becomes.

CZ法によるシリコン単結晶の製造において、炉内圧力は酸化物の蒸発量やシリコン融液中に存在する気泡、さらには石英坩堝内の気泡にも影響を及ぼすことから、不活性ガスとしてのArガスの供給条件とともに、重要な操業条件となっている。このため、従来から、CZ法によるシリコン単結晶の製造における炉内圧力の条件について、種々の提案がなされている。   In the production of a silicon single crystal by the CZ method, the pressure in the furnace affects the amount of oxide evaporation, the bubbles present in the silicon melt, and also the bubbles in the quartz crucible. It is an important operating condition along with gas supply conditions. For this reason, various proposals have heretofore been made regarding the conditions of the furnace pressure in the production of a silicon single crystal by the CZ method.

例えば、特許文献1では、シリコン原料を6.5〜40.0kPa(65〜400mbar)の炉内圧力で溶解し、そのシリコン融液から単結晶の引上げを9.5kPa(95mbar)以下の炉内圧力で行う単結晶の製造方法が提案されている。   For example, in Patent Document 1, a silicon raw material is melted at a furnace pressure of 6.5 to 40.0 kPa (65 to 400 mbar), and a single crystal is pulled from the silicon melt in a furnace of 9.5 kPa (95 mbar) or less. A method for producing a single crystal under pressure has been proposed.

特許文献1の製造方法によれば、適正な炉内圧力で高圧溶解・低圧引上げを行うことにより、高圧操業(高圧溶解・高圧引上げ)で発生するピンホール発生の問題をなくすとともに、低圧操業(低圧溶解・低圧引上げ)で問題となる蒸発SiOに起因する有転位化を効果的に抑制することができるとしている。   According to the manufacturing method of Patent Document 1, by performing high-pressure melting and low-pressure pulling at an appropriate furnace pressure, the problem of pinholes generated in high-pressure operation (high-pressure melting and high-pressure pulling) is eliminated, and low-pressure operation ( It is said that dislocations caused by evaporated SiO, which is a problem in low-pressure melting and low-pressure pulling, can be effectively suppressed.

また、特許文献2には、多結晶シリコン原料を0.5〜6.0kPa(5〜60mbar)の炉内圧力で溶融し、10.0kPa(100mbar)以上の炉内圧で引上を行うシリコン単結晶の引上方法が提案されている。   Further, Patent Document 2 discloses a silicon single material in which a polycrystalline silicon raw material is melted at a furnace pressure of 0.5 to 6.0 kPa (5 to 60 mbar) and pulled up at a furnace pressure of 10.0 kPa (100 mbar) or more. Crystal pulling methods have been proposed.

特許文献2の製造方法では、特許文献1で採用する炉内圧力の条件と異なる圧力調整になるが、提案による操業条件によれば、単結晶のピンホールの発生を抑止し、初期の操業トラブルを解消し、かつ単結晶中のカーボン濃度を低下させることができることが開示されている。   In the manufacturing method of Patent Document 2, the pressure adjustment differs from the furnace pressure condition adopted in Patent Document 1. However, according to the proposed operating conditions, the occurrence of single crystal pinholes is suppressed and initial operation troubles are prevented. It is disclosed that the carbon concentration in the single crystal can be reduced.

さらに、特許文献3では、シリコンの溶融から肩部育成から直胴部育成への移行までの間、すなわち引上げ初期段階を0.67〜1.33kPa(5〜10Torr)の炉内圧力とし、その後3.33〜5.32kPa(25〜40Torr)の炉内圧力で引上げることにより単結晶を製造する方法が提案されている。   Further, in Patent Document 3, from the melting of silicon to the transition from shoulder growth to straight body growth, that is, the initial stage of pulling is set to a furnace pressure of 0.67 to 1.33 kPa (5 to 10 Torr), and thereafter A method of producing a single crystal by pulling up at a furnace pressure of 3.33 to 5.32 kPa (25 to 40 Torr) has been proposed.

特許文献3の製造方法では、引上げ初期段階で炉内圧を低くし、さらにるつぼの回転を低速として融液自由表面から蒸発するSiOを低減し、加えてシリコン融液中の酸素量を減少させ、また、引上げ後半になるとるつぼの回転を調整することで、石英坩堝から酸素が溶け出す量を制御し、単結晶のテール側での酸素濃度の低下を防止できるとしている。   In the production method of Patent Document 3, the pressure in the furnace is lowered at the initial stage of pulling, and the SiO that evaporates from the free surface of the melt is reduced by lowering the rotation speed of the crucible. In addition, the amount of oxygen in the silicon melt is reduced, In addition, the amount of oxygen dissolved from the quartz crucible is controlled by adjusting the rotation of the crucible in the latter half of the pulling, and the decrease in oxygen concentration on the tail side of the single crystal can be prevented.

前述の通り、CZ法によりn型低抵抗のシリコン単結晶を製造するに際し、ヒ素、アンチモン、または赤燐をドープして引上げを行う場合に、これらの酸化物の蒸発が多く、これらが炉内で凝縮し落下することにより、結晶界面に異物が侵入し有転位化することがある。この場合には、引上げ状況に応じてメルトバックを行い、これにともなってシリコン融液中にドープ剤を追加することが必要になることがある。   As described above, when an n-type low-resistance silicon single crystal is produced by the CZ method, when the arsenic, antimony, or red phosphorus is doped and pulled, the oxides are often evaporated, Condensation and dropping at, foreign matter may enter the crystal interface and cause dislocation. In this case, it may be necessary to perform meltback according to the pulling condition and add a dopant to the silicon melt.

ところが、前記の特許文献1〜3で提案される製造方法は、上述のヒ素、アンチモン、または赤燐をドープしたn型低抵抗結晶の製造を意図するものでないため、提案される製造方法では、ドープ酸化物が溶融液の表面からの蒸発することを抑制できない。このため、引上げ過程において、特に肩部の形成において不安定となり、酸化物に起因する異物による単結晶の有転位化が発生し易く、メルトバックを行う頻度が増加することになる。
そこで、特許文献4では、アンチモンをドープし、比抵抗が0.01〜0.03Ωcmのシリコン単結晶を製造する方法であり、炉内圧力を5.33〜13.3kPa(40〜100Torr)とし、Arガスを供給して酸化ケイ素(SiO)を排出しながらアンチモンの蒸発を抑えることが提案されている。
However, since the manufacturing method proposed in Patent Documents 1 to 3 is not intended to manufacture the above-described n-type low resistance crystal doped with arsenic, antimony, or red phosphorus, It cannot suppress that dope oxide evaporates from the surface of a melt. For this reason, in the pulling process, it becomes unstable particularly in the formation of the shoulder, and the single crystal is easily dislocated due to the foreign matter caused by the oxide, and the frequency of meltback increases.
Therefore, Patent Document 4 is a method for producing a silicon single crystal having a specific resistance of 0.01 to 0.03 Ωcm by doping antimony, and the furnace pressure is set to 5.33 to 13.3 kPa (40 to 100 Torr). It has been proposed to suppress the evaporation of antimony while supplying Ar gas and discharging silicon oxide (SiO).

特許文献4で提案された製造方法によれば、炉内圧力を5.33〜13.3kPa(40〜100Torr)としたので、炉内圧力と溶融液中のアンチモンの蒸気圧との差を小さくでき、溶融液からアンチモンの蒸発量を大幅に減少させることができるとしている。   According to the manufacturing method proposed in Patent Document 4, since the furnace pressure is 5.33 to 13.3 kPa (40 to 100 Torr), the difference between the furnace pressure and the vapor pressure of antimony in the melt is reduced. The amount of antimony evaporated from the melt can be greatly reduced.

しかし、この製造方法では、炉内圧力を高く維持した状態で酸化ケイ素(SiO)を排出することが必要になるので、例えば、Arガスの供給量を50〜200リットル/分程度と多量に必要になる。このため、排出ガスへの熱負担が大きくなり、排出ガスの冷却装置を大型化する必要があるとともに、Arガスの流量が増加することによって、溶融液の表面が振動するなど不安定な状態になり易い。このことから、引上げ初期段階の肩部の形成において結晶に乱れが発生し、有転位化等のトラブルが発生することがある。   However, in this manufacturing method, it is necessary to discharge silicon oxide (SiO) in a state where the pressure in the furnace is kept high. For example, the supply amount of Ar gas is as large as about 50 to 200 liters / minute. become. For this reason, the heat burden on the exhaust gas becomes large, the exhaust gas cooling device needs to be enlarged, and the Ar gas flow rate increases, resulting in an unstable state such as vibration of the surface of the melt. Easy to be. For this reason, in the formation of the shoulder portion in the initial stage of pulling, the crystal may be disturbed, and troubles such as dislocation may occur.

特許第3360626号公報Japanese Patent No. 3360626

特開平5−9097公報JP-A-5-9097 特開平8−133886号公報JP-A-8-133886 特許第2575360号公報Japanese Patent No. 2575360

前述の通り、従来のシリコン単結晶の製造方法として、引上げ過程で発生するピンホールや、溶融液の表面から蒸発するSiOに起因する有転位化を抑制し、または酸素濃度分布が均一な単結晶を引き上げるために、炉内圧力を調整する方法が開示されている(特許文献1〜3)。さらに、アンチモンによるn型低抵抗のシリコン単結晶を製造する際に、炉内圧力を若干、高めた状態でArガスを供給して酸化ケイ素(SiO)を排出しながらアンチモンの蒸発を抑制する方法が提案されている(特許文献4)。しかし、いずれの方法であっても、引上げ初期段階のシリコン単結晶の肩部形成において、単結晶に有転位が発生し易いという問題がある。   As described above, as a conventional method for producing a silicon single crystal, a single crystal in which pinholes generated in the pulling process and dislocation caused by SiO evaporated from the surface of the melt is suppressed or the oxygen concentration distribution is uniform. In order to raise the temperature, a method of adjusting the pressure in the furnace is disclosed (Patent Documents 1 to 3). Furthermore, when manufacturing an n-type low-resistance silicon single crystal using antimony, a method of suppressing the evaporation of antimony while supplying Ar gas and discharging silicon oxide (SiO) with the furnace pressure slightly increased Has been proposed (Patent Document 4). However, either method has a problem that dislocations are likely to occur in the single crystal in forming the shoulder portion of the silicon single crystal in the initial stage of pulling.

シリコン単結晶の肩部形成の過程にあっては、引き上げ速度などを調整して急激な結晶径の拡径操作が実施されるため、肩部形成における結晶成長状態が非常に不安定であり、融液表面から蒸発する酸化物が取り込まれ易い状態にあること、および単結晶形状が変化することにより溶融液表面を流れるArガスの流れも変化することから、肩部形成の過程において単結晶が有転位化し易いという問題がある。特に、ドープ剤の複合酸化物の蒸発が激しいn型低抵抗のシリコン単結晶の肩部育成において有転位化が顕著になるという問題がある。   In the process of forming the shoulder portion of the silicon single crystal, the crystal growth state in the shoulder formation is very unstable because the operation of sharply expanding the crystal diameter is performed by adjusting the pulling speed and the like. The oxide that evaporates from the melt surface is easily taken in, and the flow of Ar gas that flows on the melt surface changes due to the change in the shape of the single crystal. There is a problem that it is easy to dislocation. In particular, there is a problem that dislocations become conspicuous in the shoulder growth of an n-type low-resistance silicon single crystal in which the complex oxide of the dopant is rapidly evaporated.

まず、所定の低抵抗率を有するシリコン単結晶を育成するためには、溶融液の表面から蒸発するドープ剤の蒸発そのものを低減させる必要がある。この酸化物の蒸発を抑制するには、引き上げ過程で炉内圧力を高く維持することにより溶融液表面からのドープ剤の蒸発を抑制することができる。ただし、炉内圧力を高く維持すると、溶融液表面上を流れるArガスの流速が低下し、溶融液表面から蒸発する蒸発物を炉外に排出する効果が低減してしまい、蒸発物が結晶の育成界面の近傍に異物として落下し易くなる。   First, in order to grow a silicon single crystal having a predetermined low resistivity, it is necessary to reduce evaporation of the dopant that evaporates from the surface of the melt. In order to suppress the evaporation of the oxide, the evaporation of the dopant from the melt surface can be suppressed by maintaining the furnace pressure high during the pulling process. However, if the pressure in the furnace is kept high, the flow rate of Ar gas flowing on the surface of the melt is reduced, and the effect of discharging the evaporated material evaporating from the melt surface to the outside of the furnace is reduced. It becomes easy to fall as a foreign object in the vicinity of the growing interface.

このため、炉内圧力を高く維持した状態で炉内に供給するArガス流量を増加させると、溶融液表面上を流れるArガスの流速を速められ、溶融液表面から蒸発する蒸発物を炉外に排出する効果を高めることができる。しかしながら、溶融液の表面を流れるArガスの総流量が過大となり、溶融液の表面が振動したり、溶融液の表面温度が低下して融液表面が凍り付いたりするので、単結晶の引き上げそのものができなくなってしまい、Arガス供給量を増大させてArガス流速を速めることは望ましくない。   For this reason, if the flow rate of Ar gas supplied into the furnace is increased while maintaining a high pressure in the furnace, the flow rate of Ar gas flowing on the surface of the melt can be increased, and the evaporate evaporated from the surface of the melt can be removed from the outside of the furnace. The effect of discharging can be enhanced. However, since the total flow rate of Ar gas flowing on the surface of the melt becomes excessive, the surface of the melt vibrates, or the surface temperature of the melt decreases and the melt surface freezes. It is impossible to increase the Ar gas flow rate by increasing the Ar gas supply amount.

一方、炉内圧力を低く維持すると、溶融液表面から蒸発する蒸発物を炉外に排出する効果を高めることができるものの、溶融液表面からのドープ剤の蒸発を抑制することができず、所定の低抵抗率を有するn型のシリコン単結晶を育成することができなくなる。また、炉内圧力が低いと、石英坩堝内に残留する気泡の膨張が促進され、石英坩堝の表面が剥離し易くなるので、剥離した異物が単結晶内に取り込まれ有転位化を発生することがある。   On the other hand, if the pressure in the furnace is kept low, it is possible to enhance the effect of discharging the evaporated material evaporating from the melt surface to the outside of the furnace, but the evaporation of the dopant from the melt surface cannot be suppressed, and the predetermined Therefore, it becomes impossible to grow an n-type silicon single crystal having a low resistivity. In addition, if the pressure in the furnace is low, the expansion of bubbles remaining in the quartz crucible is promoted and the surface of the quartz crucible is easily peeled off, so that the peeled foreign matter is taken into the single crystal and causes dislocation. There is.

このように、炉内圧力を調整することによる効果は、その圧力条件により一長一短があり、これまで提案されている炉内圧力の調整法では、肩部形成における単結晶の有転位の発生を抑制することができず、所定の抵抗率を有する無転位の単結晶を引き上げることが困難であった。   As described above, the effect of adjusting the pressure in the furnace has advantages and disadvantages depending on the pressure condition, and the conventionally proposed methods for adjusting the pressure in the furnace suppress the occurrence of single crystal dislocations in shoulder formation. It was difficult to pull up dislocation-free single crystals having a predetermined resistivity.

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、CZ法によりn型の低抵抗のシリコン単結晶を製造する場合であっても、所望とする低抵抗率を有するシリコン単結晶が得られ、かつ肩部形成における有転位の発生を可及的に低減して無転位シリコン単結晶の収率を向上させることのできる、シリコン単結晶の製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. Even when an n-type low-resistance silicon single crystal is manufactured by the CZ method, the silicon single-crystal having a desired low resistivity is obtained. An object of the present invention is to provide a method for producing a silicon single crystal, in which a crystal is obtained and the yield of dislocation-free silicon single crystal can be improved by reducing the occurrence of dislocations in shoulder formation as much as possible. Yes.

本発明者は、前記の課題を解決するため、引上げ初期段階で行われる肩部の形成における溶融液、および単結晶の挙動について、詳細な検討を加えた。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has made detailed studies on the behavior of the melt and the single crystal in the shoulder formation performed in the initial pulling stage.

図2は、引上げ初期段階で行われるシード絞り〜肩部形成〜直胴部引上げの過程を模式的に示した部分拡大図である。図2(a)では、種結晶6を降下させて、その先端部を溶融液4の表面に接触させて、溶融液と十分になじませる。十分になじませることによって、種結晶6との溶融液4との温度差を小さくし、温度差に起因する熱応力が小さくし、導入される転位数を減少させることができる。   FIG. 2 is a partially enlarged view schematically showing a process of seed drawing, shoulder formation, and straight body pulling performed in an initial pulling stage. In FIG. 2 (a), the seed crystal 6 is lowered and its tip is brought into contact with the surface of the melt 4 so as to be sufficiently blended with the melt. By sufficiently acclimatizing, the temperature difference between the seed crystal 6 and the melt 4 can be reduced, the thermal stress resulting from the temperature difference can be reduced, and the number of dislocations introduced can be reduced.

図2(b)では、速い速度で引き上げることによって、種結晶6の先端部に溶融液4を凝固させつつ、直径が5mm程度のシード絞りを行う。次に、図2(c)では、種結晶6の引き上げ速度を低下させて、シード絞り部7aの直径を直胴部の直径まで成長させて肩部7bを形成する。さらに、図2(d)では、肩部7bの形成に続く直胴部7cへの遷移過程を経て本体部の引上げに移行している。   In FIG. 2 (b), the seed squeezing with a diameter of about 5 mm is performed while solidifying the melt 4 at the tip of the seed crystal 6 by pulling it up at a high speed. Next, in FIG. 2C, the pulling speed of the seed crystal 6 is decreased, and the diameter of the seed constriction part 7a is grown to the diameter of the straight body part to form the shoulder part 7b. Furthermore, in FIG.2 (d), it has changed to the raising of a main-body part through the transition process to the straight body part 7c following formation of the shoulder part 7b.

図2(c)に示す肩部を形成する過程では、溶融液4の温度分布を急激に変化させると、単結晶の直径制御が困難になり、結晶の急激な変形や、さらには有転位化を誘発することになる。また、図2(d)に示す肩部形成に続く直胴部への遷移過程では、結晶形状の変化にともなってArガス流れが変動し易く、また固液界面形状が変わるため、異物の影響を受け易くなる。   In the process of forming the shoulder portion shown in FIG. 2 (c), if the temperature distribution of the melt 4 is rapidly changed, it becomes difficult to control the diameter of the single crystal, and the crystal is rapidly deformed or further has dislocations. Will be triggered. Further, in the transition process to the straight body part following the shoulder formation shown in FIG. 2D, the Ar gas flow is likely to fluctuate with the change of the crystal shape, and the solid-liquid interface shape changes. It becomes easy to receive.

このため、肩部を形成する過程およびそれに続く直胴部への遷移過程では、固液界面の周辺には、可能な限り蒸発物が存在しない環境で単結晶を育成することが肝要であり、蒸発した酸化物を排出するための十分なArガス流速を確保する必要がある。ただし、Arガス供給量を増大してArガスの流速を速める操作を行うと、溶融液の表面が振動したり、溶融液の表面温度が低下して融液表面が凍り付き、単結晶の引き上げそのものができなくなってしまうので、Arガスの供給量を増大させることは避けなければならない。   For this reason, in the process of forming the shoulder and the subsequent transition to the straight body, it is important to grow a single crystal in an environment where there is no evaporant as much as possible around the solid-liquid interface. It is necessary to ensure a sufficient Ar gas flow rate for discharging the evaporated oxide. However, if the operation of increasing the Ar gas flow rate by increasing the Ar gas supply amount, the surface of the melt vibrates, the surface temperature of the melt decreases, the surface of the melt freezes, and the single crystal is pulled up itself. Therefore, it is necessary to avoid increasing the amount of Ar gas supplied.

そこで、肩部を形成する過程およびそれに続く直胴部への遷移過程では、炉内圧力を低圧に維持することにより、炉内のAr流速を速めて酸化物の排出効果を高めることが有効となる。ここで、炉内圧力を低圧に維持することから、石英坩堝内に残留する気泡の膨張が促進され、石英坩堝の表面剥離を誘発することが懸念されるが、肩部を形成する過程およびそれに続く直胴部への遷移過程に要する時間は、他の原料溶解形成時間、直胴部形成時間に比べ遙かに短く、石英坩堝の気泡成長に起因した異物混入の危険性はない。   Therefore, in the process of forming the shoulder portion and the subsequent transition process to the straight body portion, it is effective to increase the oxide discharge effect by increasing the Ar flow rate in the furnace and maintaining the furnace pressure at a low pressure. Become. Here, since the pressure in the furnace is maintained at a low pressure, the expansion of bubbles remaining in the quartz crucible is promoted, and there is a concern that surface separation of the quartz crucible may be induced. The time required for the subsequent transition process to the straight body portion is much shorter than the other raw material melt formation time and the straight body portion formation time, and there is no risk of contamination due to bubble growth in the quartz crucible.

一方、所定の抵抗率を有するシリコン単結晶を得るためには、溶融液表面から蒸発するドープ剤の酸化物発生量そのものを低減する必要がある。また、転位のないシリコン単結晶を得るためには、石英坩堝内に残留する気泡の膨張を抑制することも考慮しなければならい。このため、シリコン原料の溶融、シード絞り、および直胴部以降の引上げは炉内圧力を高圧に維持することにより、ドープ剤の蒸発そのものを抑制し、残留気泡の膨張を抑制することが有効となる。   On the other hand, in order to obtain a silicon single crystal having a predetermined resistivity, it is necessary to reduce the amount of oxide generated in the dopant evaporated from the melt surface. In addition, in order to obtain a silicon single crystal without dislocation, it is necessary to consider suppressing expansion of bubbles remaining in the quartz crucible. For this reason, it is effective to suppress the evaporation of residual dopant and to suppress the expansion of residual bubbles by maintaining the furnace pressure at a high level in the melting of the silicon raw material, the seed squeezing, and the pulling up after the straight body part. Become.

このように、本発明者等は単結晶の肩部形成における有転位の発生を抑制することを最重要課題とし、肩部形成においては炉内圧を低圧に維持することで有転位の発生を抑制し、肩部形成以外の工程においては、炉内圧力を高圧に維持することでドープ剤の蒸発そのものを抑制することが有効であると結論付けたものである。   As described above, the present inventors made it the most important issue to suppress the occurrence of dislocations in the shoulder formation of a single crystal, and in the shoulder formation, the occurrence of dislocations was suppressed by maintaining the furnace pressure at a low pressure. In the processes other than the shoulder formation, it was concluded that it is effective to suppress the evaporation of the dopant itself by maintaining the furnace pressure at a high level.

本発明は、上記の検討結果に基づいて完成されたものであり、下記(1)の単結晶製造方法を要旨としている。   The present invention has been completed based on the above examination results, and has the gist of the following method (1) for producing a single crystal.

(1)CZ法によりArガス雰囲気でシリコン単結晶を製造する方法において、13.3〜40.0kPa(100〜300Torr)の炉内圧力でシリコン原料を溶融し種結晶をなじませてシード絞りを行い、次いで0.67〜6.7kPa(5〜50Torr)の炉内圧力で肩部を形成したのち、引き続いて13.3〜40.0kPa(100〜300Torr)の炉内圧力で直胴部の引上げを行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法である。   (1) In a method for producing a silicon single crystal in an Ar gas atmosphere by the CZ method, the silicon raw material is melted at a furnace pressure of 13.3 to 40.0 kPa (100 to 300 Torr), and the seed crystal is adapted to reduce the seed squeezing. And then forming a shoulder at an in-furnace pressure of 0.67 to 6.7 kPa (5 to 50 Torr), followed by an in-furnace pressure of 13.3 to 40.0 kPa (100 to 300 Torr). This is a method for producing a silicon single crystal characterized by performing pulling.

(2)上記(1)に記載のシリコン単結晶の製造方法では、上記シリコン原料の溶融として、メルトバックにともなう溶融を行うことができる。   (2) In the method for producing a silicon single crystal according to (1), the silicon raw material can be melted with meltback.

本発明でいう「Arガス雰囲気でシリコン単結晶を製造する」とは、前記図1に示す装置構成の引上炉内の圧力を減圧調整するとともに、不活性ガスとしてArガスを用い、一定の流量で供給し続けることにより炉内雰囲気を構成することをいう。   In the present invention, “manufacturing a silicon single crystal in an Ar gas atmosphere” means that the pressure in the pulling furnace of the apparatus configuration shown in FIG. 1 is adjusted to a reduced pressure, and Ar gas is used as an inert gas. It means that the atmosphere in the furnace is constituted by continuing to supply at a flow rate.

本発明が規定する、炉内圧力を低圧に維持して「肩部を形成」する過程は、シード絞りを終了した後であって、前記図2(c)に示す肩部を形成する過程、およびこれに続く直胴部の直径までの成長が完了して直胴部へ遷移する過程を含む。具体的な炉内圧力の切り換えおよび調整は、引上げ作業への影響が少ない「肩部形成」の初期に行うとともに、直胴部へ遷移し直胴部の引上げが安定したタイミング、例えば、直胴部に移行し50mmの引上げを行った時点とすることができる。   According to the present invention, the process of “shoulder formation” while maintaining the furnace pressure at a low pressure is a process of forming the shoulder shown in FIG. And a subsequent process of completing the growth up to the diameter of the straight body part and transitioning to the straight body part. Specific switching and adjustment of the pressure in the furnace is performed at the initial stage of `` shoulder formation '' that has little effect on the pulling operation, and at the same time when the transition to the straight body portion is stable and the straight body portion is lifted stably, for example, the straight body It can be set as the time of moving to a part and raising 50 mm.

本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、安定して肩部を形成することができ、歩留まりよく単結晶を製造でき、石英坩堝の劣化を緩和するので、坩堝寿命を大幅に改善し、製造コストの顕著な低減を図ることができる。   According to the method for producing a silicon single crystal of the present invention, the shoulder portion can be stably formed, the single crystal can be produced with a high yield, and the deterioration of the quartz crucible is alleviated. The manufacturing cost can be significantly reduced.

さらに、ヒ素、アンチモン、または赤燐等をドープしてn型低抵抗のシリコン単結晶を製造する場合には、安定して肩部を形成するとともに、引上げ過程の全般にわたってシリコン溶融液およびドープ剤の反応によって生じる酸化物の蒸発を抑制し、所望とする低抵抗率を有するシリコン単結晶を効率よく製造することが可能になる。しかも、ドープ剤の蒸発量を抑えられることから、追加ドープの頻度を減らすことができ、生産性の向上と同時に、ドープ剤の投入を低減し製造コストの低減に結びつけることができる。   Further, when an n-type low resistance silicon single crystal is manufactured by doping arsenic, antimony, red phosphorus or the like, the shoulder is stably formed, and the silicon melt and the dopant are used throughout the pulling process. It is possible to efficiently produce a silicon single crystal having a desired low resistivity by suppressing the evaporation of oxides caused by this reaction. In addition, since the evaporation amount of the dopant can be suppressed, the frequency of additional doping can be reduced, and at the same time as the productivity is improved, the introduction of the dopant can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

本発明の製造方法は、Arガス雰囲気中において、13.3〜40.0kPa(100〜300Torr)の炉内圧力でシリコン原料を溶融し種結晶をなじませてシード絞りを行い、次いで0.67〜6.7kPa(5〜50Torr)の炉内圧力で肩部を形成したのち、引き続いて13.3〜40.0kPa(100〜300Torr)の炉内圧力で直胴部の引上げを行うことを特徴としている。   In the manufacturing method of the present invention, in an Ar gas atmosphere, a silicon raw material is melted at a furnace pressure of 13.3 to 40.0 kPa (100 to 300 Torr), a seed crystal is applied, and then seed squeezing is performed, followed by 0.67. The shoulder is formed at a furnace pressure of ˜6.7 kPa (5 to 50 Torr), and then the straight body is pulled up at a pressure of 13.3 to 40.0 kPa (100 to 300 Torr). It is said.

ここで、Arガス雰囲気は、一定の流量でArガスを炉内に供給し続けることによって構成することができ、引上げ装置や育成される結晶によっても異なるが、例えば、20 〜400リットル/分の流量を採用することができる。   Here, the Ar gas atmosphere can be configured by continuing to supply Ar gas into the furnace at a constant flow rate, and varies depending on the pulling device and the crystal to be grown, for example, 20 to 400 liters / minute. A flow rate can be employed.

本発明の製造方法では、対象とするシリコン単結晶をヒ素、アンチモン、または赤燐でドープされたn型低抵抗の結晶とするのが望ましい。通常、結晶の比抵抗を下げるには、原料溶融液に添加するドープ量を増加し、結晶中に含有するドーパント濃度を増やせばよい。しかし、ヒ素、アンチモン、または赤燐をドープ剤とする場合には、その添加量を増加してゆくと、溶融液の表面から蒸発するドープ剤の酸化物が増加し、低抵抗結晶を育成することが困難になることがある。   In the manufacturing method of the present invention, it is desirable that the target silicon single crystal is an n-type low resistance crystal doped with arsenic, antimony, or red phosphorus. Usually, in order to reduce the specific resistance of the crystal, the amount of dope added to the raw material melt is increased, and the concentration of the dopant contained in the crystal is increased. However, when arsenic, antimony, or red phosphorus is used as a dopant, increasing the amount of addition increases the oxide of the dopant that evaporates from the surface of the melt, and grows a low-resistance crystal. Can be difficult.

そこで、ドープ剤の酸化物の蒸発を抑制するには、炉内圧力を高く維持するのが有効である。そのため、本発明の製造方法では、単結晶の本体となる直胴部の引上げのみならず、シリコン原料の溶融、その後の液温安定、およびシード絞りの過程に加え、さらにメルトバックにともなう再溶融の過程において炉内圧力を高く維持する。   Therefore, to suppress the evaporation of the oxide of the dopant, it is effective to keep the furnace pressure high. Therefore, in the manufacturing method of the present invention, not only pulling up the straight body part that becomes the main body of the single crystal, but also melting of the silicon raw material, subsequent liquid temperature stabilization, and seed squeezing process, and further remelting with meltback During this process, the furnace pressure is kept high.

炉内圧力を高圧にする場合には、13.3〜40.0kPa(100〜300Torr)に維持する必要がある。炉内圧力の上限を40.0kPaとしたのは、これを超えて高圧にすると、Arガス流れが遅くなり過ぎてしまい、パージ効果が低減することから単結晶が有転位化し、良品率の低下が懸念されるからである。一方、炉内圧力の下限を13.3kPaとしたのは、これよりも低圧にすると、溶融液表面からのドープ剤の蒸発が促進され過ぎてしまい定量的に所定の抵抗率が得られ難く、酸化物の蒸発量が増大することによる酸化物起因の単結晶の有転位化を生じてしまうからである。さらに、望ましい炉内圧は13.3〜26.6kPaである。   In order to increase the pressure in the furnace, it is necessary to maintain it at 13.3 to 40.0 kPa (100 to 300 Torr). The upper limit of the furnace pressure was set to 40.0 kPa. If the pressure is increased beyond this, the Ar gas flow becomes too slow, and the purge effect is reduced. This is because of concern. On the other hand, the lower limit of the furnace pressure is set to 13.3 kPa, and if the pressure is lower than this, evaporation of the dopant from the melt surface is promoted too much, and it is difficult to obtain a predetermined resistivity quantitatively. This is because dislocation of the single crystal due to the oxide occurs due to an increase in the evaporation amount of the oxide. Furthermore, a desirable furnace pressure is 13.3 to 26.6 kPa.

また、炉内圧力を高く維持することにより、石英坩堝内に残留する気泡の膨張をなくし、石英坩堝の表面剥離を防止することによって、肩部の形成を安定して行うことができる。これにより、さらに石英坩堝の寿命延長が図れ、引き上げられる単結晶の良品率が向上し、効率的なシリコン単結晶の製造が可能となる。   Further, by maintaining the furnace pressure high, the expansion of bubbles remaining in the quartz crucible is eliminated, and the surface of the quartz crucible is prevented from being peeled, so that the shoulder can be stably formed. As a result, the life of the quartz crucible can be further extended, the yield rate of the single crystal to be pulled up can be improved, and an efficient silicon single crystal can be produced.

一方、Arガスの流量を一定とした状態で炉内圧力を高く維持することにより、Arガスの流速が遅くなるので、Arガスが溶融液からの蒸発物を排出する作用(パージ効果)が低下することになる。このため、原料溶融、シード絞りおよび直胴部の引上げに比べ、不安定になり易い肩部の形成過程において有転位化が発生し易くなる。   On the other hand, by maintaining the furnace pressure high while keeping the Ar gas flow rate constant, the Ar gas flow rate is slowed down, so the action of the Ar gas to discharge the evaporated material from the melt (purge effect) is reduced. Will do. For this reason, dislocations are more likely to occur in the process of forming the shoulder, which is likely to be unstable, as compared with raw material melting, seed drawing, and pulling up the straight body.

前述の通り、炉内のArガスの流速を確保するためその流量を増加させると、溶融液の表面を流れるArガスの流量が過大となり、一層、肩部の形成が不安定になる。したがって、安定して肩部を形成するには、Arガスの流速を確保しつつ、Arガスの供給条件の変動をなくすことが必要になる。   As described above, if the flow rate is increased in order to ensure the flow rate of Ar gas in the furnace, the flow rate of Ar gas flowing on the surface of the melt becomes excessive, and the formation of the shoulder becomes more unstable. Therefore, in order to form the shoulder portion stably, it is necessary to eliminate fluctuations in Ar gas supply conditions while ensuring the Ar gas flow rate.

このため、本発明の製造方法では、不安定となり易い肩部を形成する過程および直胴部への遷移過程においてArガスの流量を一定とし、同時にArガスの流速を確保するために炉内圧力を低圧に維持する必要がある。   For this reason, in the manufacturing method of the present invention, the pressure in the furnace is maintained in order to keep the Ar gas flow rate constant and at the same time secure the Ar gas flow rate in the process of forming the shoulder portion that tends to be unstable and the transition process to the straight body portion. Must be maintained at a low pressure.

炉内圧力を低圧にする場合には、0.67〜6.7kPa(5〜50Torr)に維持する必要がある。炉内圧力の上限を6.7kPaとしたのは、これを超えて高圧にすると、Arガスの流速が遅くなり過ぎてしまい、溶融液表面から蒸発する酸化物が十分に排出されず、肩部形成において単結晶に有転位が発生してしまうからである。一方、炉内圧力の下限を0.67kPaとしたのは、本発明を適用することができる引上げ装置の設備仕様に基づくためである。さらに、炉内圧力を低圧にする場合の望ましい範囲は、2.66〜5.32kPaである。   When the furnace pressure is set to a low pressure, it is necessary to maintain the pressure within the range of 0.67 to 6.7 kPa (5 to 50 Torr). The upper limit of the pressure in the furnace is set to 6.7 kPa. If the pressure exceeds this value, the flow rate of Ar gas becomes too slow, and the oxide evaporated from the surface of the melt is not sufficiently discharged. This is because dislocation occurs in the single crystal during formation. On the other hand, the reason why the lower limit of the furnace pressure is 0.67 kPa is because it is based on the equipment specifications of the pulling apparatus to which the present invention can be applied. Furthermore, a desirable range when the furnace pressure is low is 2.66 to 5.32 kPa.

本発明の製造方法は、シリコン単結晶の極性がp型、n型に関係なく適用できるが、特に、肩部形成において有転位が発生し易い、ヒ素、アンチモンまたは赤燐を高濃度にドープしたn型の低抵抗シリコン単結晶の製造に有効である。具体的には、四深針測定法により、その抵抗率がヒ素で2.7mΩcm未満、アンチモンで18mΩcm未満、赤燐で1.5mとΩcm未満となるように高濃度にドープ剤がドープされたシリコン単結晶の製造に有効である。   The production method of the present invention can be applied regardless of whether the polarity of the silicon single crystal is p-type or n-type, but is particularly highly doped with arsenic, antimony, or red phosphorus, which tends to cause dislocations in shoulder formation. This is effective for manufacturing an n-type low-resistance silicon single crystal. Specifically, by the four-deep-needle measurement method, the dopant was doped at a high concentration so that the resistivity was less than 2.7 mΩcm for arsenic, less than 18 mΩcm for antimony, and 1.5 m and less than Ωcm for red phosphorus. This is effective for the production of silicon single crystals.

以下に、本発明のシリコン単結晶の製造方法による効果を、具体的な実施例1および2に基づいて説明する。
(実施例1)
前記図1に示す引上げ装置を用いて、ヒ素をドープし直径6インチのシリコン単結晶の引上げを実施した。引上げに際しシリコン原料の溶融液にヒ素をドープしたのち、種結晶をなじませてシード絞りを行い、肩部を育成し、引き続いて直胴部の引上げを行った。直胴部の結晶長さが800mmになったときの炉内圧力が結晶良品指数、初期トラブル発生頻度、および比抵抗に及ぼす影響について調査した。その調査結果を表1に示す。
Below, the effect by the manufacturing method of the silicon single crystal of this invention is demonstrated based on specific Example 1 and 2. FIG.
Example 1
Using the pulling apparatus shown in FIG. 1, arsenic was doped and a silicon single crystal having a diameter of 6 inches was pulled. At the time of pulling, the silicon raw material melt was doped with arsenic, then seeded with a seed crystal to squeeze the seed, grow the shoulder, and then lift the straight body. The effects of the furnace pressure when the crystal length of the straight body portion reached 800 mm on the good crystal index, initial trouble occurrence frequency, and specific resistance were investigated. The survey results are shown in Table 1.

ここで示す結晶良品指数は、歩留の指標となる数値であり、1操業当たりの製品となる結晶重量を使用した原料重量で除したものであり、後述するように「従来例(ベース条件)」における値を1として相対的に比較し、1.10以上を良品とした。
一方、初期トラブルの発生頻度は、1操業中に単結晶乱れ(有転位化)を発生した回数であり、同様に、「従来例(ベース条件)」における値を1として相対的に比較し、1.02以下を良品とした。さらに、比抵抗は、直胴部の引上げを開始した部位(直胴部0mm位置)での測定値である。
The crystal non-defective index shown here is a numerical value serving as a yield index, which is obtained by dividing the crystal weight of a product per operation by the raw material weight, and as described later, “conventional example (base condition)” “1” was relatively compared, and 1.10 or higher was regarded as a non-defective product.
On the other hand, the occurrence frequency of the initial trouble is the number of times that single crystal disorder (dislocation) occurred during one operation, and similarly, the value in the “conventional example (base condition)” is relatively compared as 1, 1.02 or less was regarded as a good product. Furthermore, the specific resistance is a measured value at a portion where the pulling up of the straight body portion (0 mm position of the straight body portion) is started.

炉内圧力の調整は、シリコン原料を溶融する「溶融」過程、種結晶をなじませシード絞りを行う「シード絞り」過程、肩部の育成およびそれに続く直胴部への遷移(直胴部50mm未満)を含む「肩部形成」過程、および直胴部の引上げ(直胴部50mm以降)から終了までの「直胴部」過程に区分して実施した。メルトバックがある場合には、上記の「シード絞り」過程に含ませることにした。   The pressure in the furnace is adjusted by the "melting" process of melting the silicon raw material, the "seed squeezing" process in which the seed crystal is blended to perform seed squeezing, the shoulder growth and the subsequent transition to the straight body part (straight body part 50 mm The process was divided into the “shoulder part formation” process including the “lower shoulder part” process and the “straight body part” process from pulling up the straight body part (after 50 mm of the straight body part) to the end. If there was a meltback, it was included in the “seed squeezing” process.

Figure 2005314143
Figure 2005314143

表1の結果から、本発明の製造方法で得られた本発明例1は、「従来例」との相対的な比較で、結晶良品指数は0.1ポイント程度改善され、また初期トラブルの発生頻度は1.01と、ほぼ変動がなかった。さらに、本発明例1では、比抵抗が0.19mΩcmほど改善されており、炉内圧力を「肩部形成」過程を除いて高圧に維持することによって、ヒ素ドープの酸化物の蒸発が抑制されたことによる。   From the results shown in Table 1, Example 1 of the present invention obtained by the production method of the present invention has a crystal quality index improved by about 0.1 points in comparison with the “conventional example” and the occurrence of initial trouble. The frequency was 1.01, almost unchanged. Furthermore, in Example 1 of the present invention, the specific resistance is improved by about 0.19 mΩcm, and by maintaining the furnace pressure at a high pressure except for the “shoulder formation” process, evaporation of the arsenic-doped oxide is suppressed. It depends.

本発明例2では、上記の本発明例1に比べ「溶融」過程、「シード絞り」過程、および「直胴部」過程での炉内圧力を高めたが、「肩部形成」過程では同様に低圧に維持した。このため、初期トラブルは「従来例」とそれほど変わりがなかったが、結晶良品指数および比抵抗は従来例に比べ大きく改善されている。   In the present invention example 2, the pressure in the furnace was increased in the “melting” process, the “seed squeezing” process, and the “straight trunk part” process as compared with the above-described invention example 1, but the same in the “shoulder formation” process. Maintained at a low pressure. For this reason, the initial trouble is not much different from that of the “conventional example”, but the crystal good product index and the specific resistance are greatly improved as compared with the conventional example.

比較例3では、「シード絞り」過程、「肩部形成」過程、および「直胴部」過程における炉内圧力を高圧に維持して引上げを実施した。このため、「従来例」に比べ、比抵抗は十分に低い値が得られたが、初期トラブル発生頻度の約2倍程度と多発しており、良好な結果は得られなかった。
(実施例2)
実施例1の場合と同様に、前記図1に示す引上げ装置を用いて、ボロンをドープして直径8インチのシリコン単結晶の引上げを実施した。そのため、シリコン原料の溶融液にボロンをドープしたのち、種結晶をなじませてシード絞りを行い、肩部を形成し、引き続いて直胴部の引上げを行った。直胴部の結晶長さが1400mmになったときの炉内圧力が結晶良品指数、初期トラブル発生頻度、および比抵抗に及ぼす影響について調査した。その調査結果を表2に示す。
In Comparative Example 3, pulling was performed while maintaining the furnace pressure at a high pressure in the “seed squeezing” process, the “shoulder formation” process, and the “straight trunk part” process. For this reason, the specific resistance was sufficiently low as compared with the “conventional example”, but it was frequently generated at about twice the frequency of occurrence of the initial trouble, and good results were not obtained.
(Example 2)
As in Example 1, using the pulling apparatus shown in FIG. 1, a silicon single crystal having a diameter of 8 inches was pulled by doping boron. Therefore, after doping boron into the silicon raw material melt, the seed crystal was blended to perform seed squeezing to form a shoulder portion, and then the straight body portion was pulled up. The effect of the pressure in the furnace when the crystal length of the straight body portion reached 1400 mm on the good crystal index, initial trouble occurrence frequency, and specific resistance was investigated. The survey results are shown in Table 2.

このとき、結晶良品指数および初期トラブル発生頻度は実施例1の場合と同様としたが、ボロンをドープした場合は、炉内圧力の調整によって比抵抗の変動が予測されにくいので、比抵抗の測定は行わなかった。   At this time, the crystal non-defective index and the initial trouble occurrence frequency were the same as in the case of Example 1. However, when boron is doped, it is difficult to predict the change in the specific resistance by adjusting the furnace pressure, so the specific resistance is measured. Did not.

Figure 2005314143
Figure 2005314143

表2の結果から、本発明例1、2ともに、本発明規定する炉内圧力に調整することによって、「従来例」に比べ初期トラブル発生頻度は同等であったが、結晶良品指数のまま良品率が0.11〜0.13ポイント向上した。   From the results shown in Table 2, the initial trouble occurrence frequency was the same as that of the “conventional example” by adjusting the pressure in the furnace defined in the present invention to both of the present invention examples 1 and 2, but the non-defective product remained as the crystal good product index. The rate improved by 0.11 to 0.13 points.

比較例3では、「シード絞り」過程、「肩部形成」過程、および「直胴部」過程における炉内圧力を高圧に維持して引上げを実施した。このため、「従来例」に比べ、初期トラブル頻度が増加し、メルトバックの回数が増える結果となった。   In Comparative Example 3, pulling was performed while maintaining the furnace pressure at a high pressure in the “seed squeezing” process, the “shoulder formation” process, and the “straight trunk part” process. For this reason, compared with the “conventional example”, the initial trouble frequency increased and the number of meltbacks increased.

本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、安定して肩部を形成することができ、歩留まりよく単結晶を製造でき、石英坩堝の劣化を緩和するので、坩堝寿命を大幅に改善し、製造コストの低減が顕著になる。   According to the method for producing a silicon single crystal of the present invention, the shoulder portion can be stably formed, the single crystal can be produced with a high yield, and the deterioration of the quartz crucible is alleviated. The reduction in manufacturing cost becomes significant.

さらに、ヒ素、アンチモン、または赤燐等をドープしてn型低抵抗のシリコン単結晶を製造する場合には、安定して肩部を形成するとともに、引上げ過程の全般にわたってシリコン溶融液およびドープ剤の反応によって生じる酸化物の蒸発を抑制し、低抵抗結晶を効率よく製造することが可能になる。   Further, when an n-type low resistance silicon single crystal is manufactured by doping arsenic, antimony, red phosphorus or the like, the shoulder is stably formed, and the silicon melt and the dopant are used throughout the pulling process. It is possible to suppress the evaporation of the oxide generated by this reaction and to efficiently produce a low resistance crystal.

しかも、ドープ剤の蒸発量を抑えられることから、追加ドープの頻度を減らすことができ、生産性の向上と同時に、ドープ剤の投入を低減し製造コストの低減に結びつけることができる。したがって、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、半導体基板用として用いられるシリコンウェーハの製造に広く適用することができる。   In addition, since the evaporation amount of the dopant can be suppressed, the frequency of additional doping can be reduced, and at the same time as the productivity is improved, the introduction of the dopant can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. Therefore, the method for producing a silicon single crystal of the present invention can be widely applied to the production of silicon wafers used for semiconductor substrates.

CZ法によるシリコン単結晶の引上げに用いられる装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the apparatus used for pulling of the silicon single crystal by CZ method. 引上げ初期段階で行われるシード絞り〜肩部形成〜直胴部引上げの過程を模式的に示した部分拡大図である。It is the elements on larger scale which showed typically the process of seed drawing-shoulder formation-straight body part raising performed at the initial stage of raising.

符号の説明Explanation of symbols

1:単結晶引上げ装置、 2:坩堝
2a:石英坩堝、 2b:黒鉛坩堝
3:ヒーター、 4:溶融液
5:引上げワイヤー、 6:種結晶(シード)
7:単結晶、 7a:シード絞り部
7b:肩部、 7c:直胴部(本体部)
8:熱遮蔽材、 9:流入口
10:排出口
1: single crystal pulling device, 2: crucible 2a: quartz crucible, 2b: graphite crucible 3: heater, 4: melt 5: pulling wire, 6: seed crystal (seed)
7: Single crystal, 7a: Seed throttling part 7b: Shoulder part, 7c: Straight trunk part (main body part)
8: heat shielding material, 9: inlet 10: outlet

Claims (2)

チョクラルスキー法によりアルゴン(Ar)ガス雰囲気でシリコン単結晶を製造する方法において、13.3〜40.0kPa(100〜300Torr)の炉内圧力でシリコン原料を溶融し種結晶をなじませてシード絞りを行い、次いで0.67〜6.7kPa(5〜50Torr)の炉内圧力で肩部を形成したのち、引き続いて13.3〜40.0kPa(100〜300Torr)の炉内圧力で直胴部の引上げを行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。   In a method for producing a silicon single crystal in an argon (Ar) gas atmosphere by the Czochralski method, a silicon raw material is melted at a furnace pressure of 13.3 to 40.0 kPa (100 to 300 Torr), and the seed crystal is adapted to be seeded. After carrying out throttling and then forming a shoulder at an in-furnace pressure of 0.67 to 6.7 kPa (5 to 50 Torr), a straight cylinder is subsequently applied at an in-furnace pressure of 13.3 to 40.0 kPa (100 to 300 Torr). A method for producing a silicon single crystal, wherein the part is pulled up. 上記シリコン原料の溶融がメルトバックにともなう溶融であることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶の製造方法。
The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the silicon raw material is melted with meltback.
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