JP2007210865A - Silicon single crystal pulling device - Google Patents

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JP2007210865A JP2006035080A JP2006035080A JP2007210865A JP 2007210865 A JP2007210865 A JP 2007210865A JP 2006035080 A JP2006035080 A JP 2006035080A JP 2006035080 A JP2006035080 A JP 2006035080A JP 2007210865 A JP2007210865 A JP 2007210865A
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Jun Furukawa
純 古川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon single crystal pulling device of growing a single crystal and keeping good device characteristics and yield in a device process by preventing the variation of an oxygen concentration and a dopant concentration in a narrow range. <P>SOLUTION: A magnetic field impression medium 51 makes the magnetic field intensity (By) of the center (O) the highest with respect to the pulling direction Z. The magnetic field is generated so that the magnetic field intensity (By) may gradually decrease from the center (O) to the upper and lower directions respectively. The device is set so that a molten liquid surface 12a of a silicon molten liquid 12 of a crucible 13 may be located in accordance with the highest center (O) of the magnetic field intensity (By). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を形成するシリコン単結晶引上方法に関するものである。   The present invention relates to a silicon single crystal pulling method for forming a silicon single crystal by the Czochralski method.

シリコン単結晶は、坩堝に収容された多結晶シリコン原料をヒータで加熱してシリコン融液とし、CZ(Czochralski)法によりシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させることにより製造される。シリコンウェーハは、上記の方法で製造されたシリコン単結晶をスライス(切断)することにより製造され、このシリコンウェーハ上に集積回路等のデバイスが形成される。   The silicon single crystal is manufactured by heating a polycrystalline silicon raw material housed in a crucible with a heater to form a silicon melt, and pulling up the silicon single crystal from the silicon melt by a CZ (Czochralski) method. A silicon wafer is manufactured by slicing (cutting) a silicon single crystal manufactured by the above method, and a device such as an integrated circuit is formed on the silicon wafer.

こうしたシリコン単結晶は、1枚のシリコンウェーハ上により多くの回路を形成するために、ますます大直径化する傾向にある。一方で、シリコン単結晶の大直径化に伴う単結晶成長技術の課題として、単結晶の低酸素濃度化と品質の安定化、および生産性向上が挙げられる。こうした課題に対して、CZ法に水平磁場を印加したHMCZ(Horizontal Magnetic field applied CZ)技術の適用により単結晶の低酸素濃度化や結晶成長の安定化を実現する方法が知られている。また、シリコン単結晶とシリコン融液との境界面である固液界面形状を、単結晶の方向に向かって湾曲させた上凸型に維持することによって、固液界面近傍の高G化と面内均一化効果を得る方法も知られている(特許文献1)。
特開2001−158690号公報
These silicon single crystals tend to have a larger diameter in order to form more circuits on a single silicon wafer. On the other hand, problems of the single crystal growth technique accompanying the increase in the diameter of the silicon single crystal include a reduction in oxygen concentration and quality of the single crystal, and an improvement in productivity. In order to deal with such problems, a method of realizing a low oxygen concentration of a single crystal and stabilization of crystal growth by applying a horizontal magnetic field applied CZ (HMCZ) technique in which a horizontal magnetic field is applied to the CZ method is known. Also, by maintaining the solid-liquid interface shape, which is the boundary surface between the silicon single crystal and the silicon melt, in an upward convex shape curved toward the direction of the single crystal, a high G and a surface near the solid-liquid interface can be obtained. A method for obtaining an internal homogenization effect is also known (Patent Document 1).
JP 2001-158690 A

しかしながら、水平磁場印加により、ルツボ内シリコン融液の対流状態は不安定な状態から改善されるが、大口径の結晶を育成するためには大口径のルツボを用いるため融液量も増えることから、水平磁場を印加するだけでは十分な効果が得られず、不安定な領域が存在することが明らかになった。特に、ヘルムホルツ型のマグネットを用いて互いに平行に配置した2つのマグネット間にシリコン単結晶引上装置のチャンバを配置した場合、コイル径の設計により水平磁場強度の分布が均一な構造が得られるが、必要とされる強度の磁場を得るためには、マグネット自体が巨大なものとなり、大きな装置スペースが必要となるという課題があった。   However, by applying a horizontal magnetic field, the convection state of the silicon melt in the crucible is improved from an unstable state. However, since a large-diameter crucible is used to grow a large-diameter crystal, the amount of the melt increases. However, it was clarified that there was an unstable region because a sufficient effect could not be obtained only by applying a horizontal magnetic field. In particular, when a chamber of a silicon single crystal pulling apparatus is arranged between two magnets arranged parallel to each other using Helmholtz type magnets, a structure with a uniform distribution of horizontal magnetic field strength can be obtained by designing the coil diameter. In order to obtain a magnetic field having the required strength, there has been a problem that the magnet itself becomes enormous and requires a large device space.

一方、最近、シリコン単結晶引上装置のチャンバを取り囲むリング状のケースに、マグネットコイルを変形させて組み込んだ省スペース型の水平磁場マグネットが開発されている。この様な省スペース型の水平磁場マグネットの場合、コイルの設計スペースに応じた磁場強度に分布が発生する。そして、磁場強度分布と結晶成長実験を行った結果、磁場強度分布と磁場設定位置に関係して、シリコン融液に不安定な領域が発生することが明らかになった。   On the other hand, recently, a space-saving horizontal magnetic field magnet has been developed in which a magnet coil is deformed and incorporated in a ring-shaped case surrounding a chamber of a silicon single crystal pulling apparatus. In the case of such a space-saving horizontal magnetic field magnet, a distribution occurs in the magnetic field strength according to the coil design space. As a result of conducting the magnetic field strength distribution and the crystal growth experiment, it became clear that an unstable region occurs in the silicon melt in relation to the magnetic field strength distribution and the magnetic field setting position.

こうした、シリコン融液の不安定な領域では、シリコン単結晶内で不純物濃度(酸素濃度等含む)の不均一分布が発生し、シリコン単結晶の成長方向に不均一になる。大口径のシリコン単結晶では生産性のため、結晶成長速度を速くできる様に、固液界面形状を上凸形状とし結晶成長が多く行われている。   In such an unstable region of the silicon melt, a non-uniform distribution of impurity concentration (including oxygen concentration) occurs in the silicon single crystal and becomes non-uniform in the growth direction of the silicon single crystal. A large-diameter silicon single crystal has a high productivity because of its productivity, so that the solid-liquid interface shape is an upwardly convex shape so that the crystal growth rate can be increased.

この場合、シリコン融液の不安定な領域では、シリコン単結晶のウェーハ表面に平行な面内で見ると、不純物濃度に不均一になる、値が変化するなどの分布が観察される。不純物濃度は、酸素濃度とシリコン単結晶のキャリア濃度を決めるドーパント濃度のことで、面内に同心円状に分布が観察される。この酸素濃度およびドーパント濃度が微小な範囲で高濃度、低濃度にばらつくことはデバイス工程において、結晶欠陥の密度差による重金属不純物のゲッタリング不足の原因となり、さらに、抵抗率等ウェーハの特性として最も重要なデバイス特性および収率を低下させ悪影響を及ぼす可能性がある。   In this case, in the unstable region of the silicon melt, when viewed in a plane parallel to the wafer surface of the silicon single crystal, a distribution such as non-uniform impurity concentration or a change in value is observed. The impurity concentration is a dopant concentration that determines the oxygen concentration and the carrier concentration of the silicon single crystal, and a distribution is observed concentrically in the plane. When the oxygen concentration and the dopant concentration are in a very small range, the high concentration and the low concentration cause the lack of gettering of heavy metal impurities due to the difference in density of crystal defects in the device process. It can reduce and adversely affect important device characteristics and yields.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、不純物濃度が不均一に分布することを抑制して不純物濃度の均一化を図ることによって、酸素濃度およびドーパント濃度が微小な範囲でばらつくことを防止して、ゲッタリング能のばらつき、抵抗値の面内分布のばらつき等を防止して、デバイス工程においてデバイス特性および収率を良好に保つことができるシリコン単結晶を育成可能なシリコン単結晶引上装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the oxygen concentration and the dopant concentration vary within a minute range by suppressing the uneven distribution of the impurity concentration and making the impurity concentration uniform. A silicon single crystal capable of growing a silicon single crystal capable of maintaining good device characteristics and yield in a device process by preventing variation in gettering ability, variation in in-plane distribution of resistance value, etc. An object is to provide a crystal pulling apparatus.

上記の目的を達成するために、本発明のシリコン単結晶引上装置は、シリコン融液を貯溜するルツボと、前記ルツボを加熱するヒータと、前記ルツボを回転及び/又は昇降させるルツボ駆動手段と、前記ルツボおよびヒータを収容するチャンバと、前記チャンバの外側に設けられて該チャンバに磁場を印加する磁場印加手段とを有する単結晶引上装置であって、
前記磁場印加手段は、前記チャンバの外周面に沿うように形成され、前記ルツボの中心から略同心円状の等磁場線を形成可能とされてなることにより上記課題を解決した。
本発明のシリコン単結晶引上装置は、シリコン融液を貯溜するルツボと、前記ルツボを加熱するヒータと、前記ルツボを回転及び/又は昇降させるルツボ駆動手段と、前記ルツボおよびヒータを収容するチャンバと、前記チャンバの外側に設けられて該チャンバに磁場を印加する磁場印加手段とを有する単結晶引上装置であって、
前記磁場印加手段は、前記チャンバの外周面に沿うように形成され、前記ルツボに貯留されたシリコン融液の融液面から前記ルツボの底部に向けて磁場強度が一方的に増加するか、あるいは磁場強度が一方的に減少するように磁場を印加可能とされてなることにより上記課題を解決した。
本発明は、また、前記ルツボに貯留されたシリコン融液の融液面から前記ルツボの底部に向けて一方的に磁場強度が増加または減少する際の磁場強度の変動範囲は、前記磁場印加手段によって前記チャンバ内に印加される磁場の最強強度の0.6倍〜0.9倍の範囲に設定されることが好ましい。
本発明において、前記磁場印加手段は、前記チャンバを取り巻くように略リング状に形成されていることができる。
In order to achieve the above object, a silicon single crystal pulling apparatus according to the present invention includes a crucible for storing a silicon melt, a heater for heating the crucible, and a crucible driving means for rotating and / or raising and lowering the crucible. A single crystal pulling apparatus comprising: a chamber that houses the crucible and the heater; and a magnetic field applying means that is provided outside the chamber and applies a magnetic field to the chamber,
The magnetic field applying means is formed along the outer peripheral surface of the chamber, and the above-mentioned problem is solved by being able to form substantially concentric isomagnetic lines from the center of the crucible.
A silicon single crystal pulling apparatus according to the present invention includes a crucible for storing a silicon melt, a heater for heating the crucible, a crucible driving means for rotating and / or raising and lowering the crucible, and a chamber for housing the crucible and the heater. And a single crystal pulling device provided outside the chamber and having a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the chamber,
The magnetic field application means is formed along the outer peripheral surface of the chamber, and the magnetic field strength increases unilaterally from the melt surface of the silicon melt stored in the crucible toward the bottom of the crucible, or The above problem has been solved by making it possible to apply a magnetic field so that the magnetic field strength is unilaterally reduced.
According to the present invention, the range of fluctuation of the magnetic field strength when the magnetic field strength unilaterally increases or decreases from the melt surface of the silicon melt stored in the crucible toward the bottom of the crucible is the magnetic field applying means. Is preferably set in the range of 0.6 to 0.9 times the strongest intensity of the magnetic field applied in the chamber.
In the present invention, the magnetic field applying means may be formed in a substantially ring shape so as to surround the chamber.

本発明によれば、シリコン融液を貯溜するルツボと、前記ルツボを加熱するヒータと、前記ルツボを回転及び/又は昇降させるルツボ駆動手段と、前記ルツボおよびヒータを収容するチャンバと、前記チャンバの外側に設けられて該チャンバに磁場を印加する磁場印加手段とを有する単結晶引上装置であって、前記磁場印加手段は、前記チャンバの外周面に沿うように形成され、前記ルツボの中心から略同心円状の等磁場線を形成可能とされてなることにより、こうしたシリコン単結晶引上装置によれば、ルツボのシリコン融液には磁場印加手段で印加される水平磁場によって同心円状に等磁場線が形成される。同心円状に等磁場線が形成されることによって、ルツボ内のシリコン融液の対流状態を不安定な状態から改善することができる。
ここで、略同心円状の等磁場線を形成する範囲は、図3に示すように、少なくともルツボ内のシリコン融液の存在する範囲を含むものであればよく、それ以外のチャンバ内の領域は、図4のように、等磁場曲線が同心円状とならずに、磁場印加手段の省スペース化を履かすことが可能なようになっていてもよい。また、等磁場曲線が同心円状となる範囲は、シリコン融液が存在する高さ位置を少なくとも含むものであればよい。
また、図3に示すように、磁場方向も同様に、ルツボ内のシリコン融液の存在する範囲のみで略直線となっていればよく、それ以外の部分では、多少直線からずれていても構わない。
According to the present invention, a crucible for storing silicon melt, a heater for heating the crucible, a crucible driving means for rotating and / or raising and lowering the crucible, a chamber for housing the crucible and the heater, A single crystal pulling device provided on the outside and having a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the chamber, wherein the magnetic field applying means is formed along the outer peripheral surface of the chamber and extends from the center of the crucible. By making it possible to form substantially concentric isomagnetic lines, according to such a silicon single crystal pulling apparatus, the silicon melt of the crucible is concentrically equidistant by the horizontal magnetic field applied by the magnetic field applying means. A line is formed. By forming concentric magnetic field lines concentrically, the convection state of the silicon melt in the crucible can be improved from an unstable state.
Here, as shown in FIG. 3, the range in which the substantially concentric circular isomagnetic lines are formed includes at least the range where the silicon melt in the crucible exists, and the other regions in the chamber are As shown in FIG. 4, the isomagnetic curve may not be concentric, and space saving of the magnetic field applying means may be possible. Moreover, the range in which the isomagnetic field curves are concentric is sufficient if it includes at least the height position where the silicon melt exists.
In addition, as shown in FIG. 3, the direction of the magnetic field is also only required to be substantially straight only in the range where the silicon melt in the crucible exists, and in other portions, it may be slightly deviated from the straight line. Absent.

また、本発明によれば、シリコン融液を貯溜するルツボと、前記ルツボを加熱するヒータと、前記ルツボを回転及び/又は昇降させるルツボ駆動手段と、前記ルツボおよびヒータを収容するチャンバと、前記チャンバの外側に設けられて該チャンバに磁場を印加する磁場印加手段とを有する単結晶引上装置であって、前記磁場印加手段は、前記チャンバの外周面に沿うように形成され、前記ルツボに貯留されたシリコン融液の融液面から前記ルツボの底部に向けて磁場強度が一方的に増加するか、あるいは磁場強度が一方的に減少するように磁場を印加可能とされてることにより、こうしたシリコン単結晶引上装置によれば、引上げたシリコン単結晶インゴットの酸素濃度は、シリコン単結晶インゴットの成長方向(軸方向)の長さ全域に渡ってて一定の割合で減少し、不安定な領域が生じることがない。 According to the present invention, the crucible for storing the silicon melt, the heater for heating the crucible, the crucible driving means for rotating and / or raising and lowering the crucible, the chamber for accommodating the crucible and the heater, A single crystal pulling apparatus provided outside the chamber and having a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the chamber, wherein the magnetic field applying means is formed along the outer peripheral surface of the chamber, This is because the magnetic field strength can be applied unilaterally from the melt surface of the stored silicon melt toward the bottom of the crucible, or the magnetic field strength can be unilaterally reduced. According to the silicon single crystal pulling apparatus, the oxygen concentration of the pulled silicon single crystal ingot is transferred over the entire length in the growth direction (axial direction) of the silicon single crystal ingot. Decreases at a constant rate of Te, never unstable region is generated.

前記ルツボに貯留されたシリコン融液の融液面から前記ルツボの底部に向けて一方的に磁場強度が増加または減少する際の磁場強度の変動範囲は、前記磁場印加手段によって前記チャンバ内に印加される磁場の最強強度の0.6倍〜0.9倍の範囲に設定されればよく、これにより不純物濃度が不均一に分布することを抑制でき、酸素濃度およびドーパント濃度が微小な範囲でばらつくことを防止する。   The fluctuation range of the magnetic field strength when the magnetic field strength is unidirectionally increased or decreased from the melt surface of the silicon melt stored in the crucible toward the bottom of the crucible is applied to the chamber by the magnetic field applying means. It is only necessary to set the range of 0.6 to 0.9 times the strongest intensity of the magnetic field to be applied, thereby suppressing the uneven distribution of the impurity concentration, and in the range where the oxygen concentration and the dopant concentration are minute. Prevent variation.

また、前記磁場印加手段は、前記チャンバを取り巻くように略リング状に形成されていればよく、具体的には、ルツボ側壁と同心状の円筒面に、軸対称として同一高さに2つまたは3つまたは4つのリング状マグネットコイルを貼り着けた形状とされること、言い換えると、垂直方向の軸線を有する第1の円筒面とこの第1の円筒よりも小さい半径を有し第1の円筒の軸線と交わりかつ水平方向の軸線を有する第2の円筒面との交線に対応するコイル形状とされることや、あるいは、軸対称な2つのコイルの片方を複数にしたような形状とされること、または、これらの形状を省スペース的な観点などから多少変更した形状とすることができ、これによって、水平磁場印加手段備えたシリコン単結晶引上装置の小型、軽量化を図ることが可能になる。   Further, the magnetic field applying means only needs to be formed in a substantially ring shape so as to surround the chamber, and specifically, two or the same height as the axial symmetry is provided on the cylindrical surface concentric with the crucible side wall. The shape is such that three or four ring-shaped magnet coils are attached, in other words, a first cylindrical surface having a vertical axis and a first cylinder having a smaller radius than the first cylinder. A coil shape corresponding to the intersection line with the second cylindrical surface having a horizontal axis line, or a shape in which one of the two axisymmetric coils is plural. Or, these shapes can be changed slightly from the viewpoint of space saving, etc., thereby reducing the size and weight of the silicon single crystal pulling apparatus provided with the horizontal magnetic field applying means. Possible It made.

本発明のシリコン単結晶引上装置によれば、シリコン融液の融液面からルツボの底部に向かう全域において、磁場強度を単調に漸増、または漸減させることによって、引上げたシリコン単結晶インゴットの酸素濃度は、シリコン単結晶インゴットの成長方向の長さ全域に渡ってて一定の割合で減少し、不安定な領域が生じることがない。不安定部が生じると、シリコン単結晶インゴットにおける酸素濃度の面内分布が微小な範囲で大きく揺らぎ、デバイス工程において結晶欠陥の密度差による重金属不純物のゲッタリング能不足の原因となるが、本発明により不純物濃度が不均一に分布することを抑制でき、酸素濃度およびドーパント濃度が微小な範囲でばらつくことを防止し、ドーバント濃度のばらつきによる抵抗率のばらつきを防止し、デバイス工程においてデバイス特性および収率を良好に保つことが可能になる。   According to the silicon single crystal pulling apparatus of the present invention, the oxygen of the pulled silicon single crystal ingot is increased by gradually increasing or decreasing the magnetic field strength monotonously over the entire area from the melt surface of the silicon melt toward the bottom of the crucible. The concentration decreases at a constant rate over the entire length in the growth direction of the silicon single crystal ingot, and an unstable region does not occur. When an unstable portion occurs, the in-plane distribution of oxygen concentration in the silicon single crystal ingot fluctuates greatly in a minute range, which causes insufficient gettering ability of heavy metal impurities due to the difference in density of crystal defects in the device process. Therefore, it is possible to suppress the uneven distribution of the impurity concentration, to prevent the oxygen concentration and the dopant concentration from varying within a minute range, to prevent the variation in resistivity due to the variation in the dopant concentration, and to improve the device characteristics and the convergence in the device process. The rate can be kept good.

以下、本発明の単結晶引上装置をシリコン単結晶引上装置に適用した場合の実施の形態を説明する。図1は本発明のシリコン単結晶引上装置を示す側面断面図であり、図2は上部から見たときのシリコン単結晶引上装置を示す上面断面図である。シリコン単結晶引上装置10は、チャンバ11と、該チャンバ11内に設けられてシリコン単結晶のシリコン融液12を貯溜する石英ルツボ13と、シリコン単結晶のシリコン融液12を加熱する側面ヒータ41と、保温材19と、ルツボ駆動手段17と、チャンバ11の外側に設けられてチャンバ11に水平磁場を印加する磁場印加手段51が備えられている。   Hereinafter, an embodiment when the single crystal pulling apparatus of the present invention is applied to a silicon single crystal pulling apparatus will be described. FIG. 1 is a side sectional view showing a silicon single crystal pulling apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a top sectional view showing the silicon single crystal pulling apparatus when viewed from above. The silicon single crystal pulling apparatus 10 includes a chamber 11, a quartz crucible 13 provided in the chamber 11 for storing a silicon single crystal silicon melt 12, and a side heater for heating the silicon single crystal silicon melt 12. 41, a heat insulating material 19, a crucible driving means 17, and a magnetic field applying means 51 that is provided outside the chamber 11 and applies a horizontal magnetic field to the chamber 11.

石英ルツボ13は、上方が開放された略円筒形の胴部13aと、この胴部13aの下方を閉塞する底部13bとからなる。石英ルツボ13の外面は黒鉛サセプタ(ルツボ支持体)14により支持されている。石英ルツボ13の下面は黒鉛サセプタ14を介して支軸16の上端に固定され、この支軸16の下部はルツボ駆動手段17に接続される。石英ルツボ13の胴部13aの外側周囲に黒鉛サセプタ14を介して側面ヒータ41が設けられている。   The quartz crucible 13 includes a substantially cylindrical body portion 13a that is open at the top, and a bottom portion 13b that closes the lower portion of the body portion 13a. The outer surface of the quartz crucible 13 is supported by a graphite susceptor (crucible support) 14. The lower surface of the quartz crucible 13 is fixed to the upper end of the support shaft 16 via the graphite susceptor 14, and the lower portion of the support shaft 16 is connected to the crucible driving means 17. A side heater 41 is provided around the outside of the body 13 a of the quartz crucible 13 via a graphite susceptor 14.

側面ヒータ41は、例えば石英ルツボ13を取り巻くように円筒形に形成され、石英ルツボ13を加熱する。また、側面ヒータ41とチャンバ11との間には側面ヒータ41を取り囲む筒状の保温材19が設けられている。   The side heater 41 is formed in a cylindrical shape so as to surround the quartz crucible 13, for example, and heats the quartz crucible 13. A cylindrical heat insulating material 19 surrounding the side heater 41 is provided between the side heater 41 and the chamber 11.

磁場印加手段51は、シリコン単結晶引上装置10のチャンバ11を取り囲むように、リング状のケースにマグネットコイルを平面状から立体状に変形させて組み込んだ、省スペース型の水平磁場マグネットである。このような磁場印加手段51は、側面ヒータ41、保温材19、チャンバ11を介してルツボ13に貯留されたシリコン融液12に水平磁場Lを与える。こうした磁場印加の詳細は後ほど述べる。   The magnetic field applying means 51 is a space-saving horizontal magnetic field magnet in which a magnet coil is deformed from a flat shape into a three-dimensional shape and incorporated in a ring-like case so as to surround the chamber 11 of the silicon single crystal pulling apparatus 10. . Such a magnetic field applying means 51 applies a horizontal magnetic field L to the silicon melt 12 stored in the crucible 13 via the side heater 41, the heat insulating material 19, and the chamber 11. Details of such magnetic field application will be described later.

ルツボ駆動手段17は、ルツボ13を回転させる第1回転用モータ(図示略)と、ルツボ13を昇降させる昇降用モータ(図示略)とを有し、これらのモータによりルツボ13が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能に構成される。特に上記昇降用モータにあっては、種結晶24の引上げとともに低下するシリコン融液12の液面12aを上述した所定位置に維持するため、減少するシリコン融液12の量に応じてルツボ13を上昇させるように構成されている。   The crucible driving means 17 has a first rotating motor (not shown) for rotating the crucible 13 and an elevating motor (not shown) for raising and lowering the crucible 13, and the crucible 13 is moved in a predetermined direction by these motors. It is configured to be able to rotate and move up and down. In particular, in the lifting motor, the liquid level 12a of the silicon melt 12 that decreases as the seed crystal 24 is pulled up is maintained at the predetermined position described above. It is configured to raise.

チャンバ11の上面にはチャンバ11より小径の円筒状のケーシング21が設けられる。このケーシング21の上端部には水平状態で旋回可能に引上げヘッド22が設けられ、ヘッド22からはワイヤケーブル23が石英ルツボ13の回転中心に向って垂下される。
図示しないが、ヘッド22にはヘッド22を回転させる第2回転用モータと、ワイヤケーブル23を巻取り又は繰出す引上げ用モータが内蔵される。ワイヤケーブル23の下端にはシリコン融液12に浸してシリコン単結晶インゴット25を引上げるための種結晶24がホルダ23aを介して取付けられる。
A cylindrical casing 21 having a smaller diameter than the chamber 11 is provided on the upper surface of the chamber 11. A pulling head 22 is provided at the upper end of the casing 21 so as to be turnable in a horizontal state. A wire cable 23 is suspended from the head 22 toward the rotation center of the quartz crucible 13.
Although not shown, the head 22 incorporates a second rotation motor that rotates the head 22 and a pulling motor that winds or feeds the wire cable 23. A seed crystal 24 for pulling up the silicon single crystal ingot 25 by dipping in the silicon melt 12 is attached to the lower end of the wire cable 23 via a holder 23a.

チャンバ11にはこのチャンバ11の上部からArガスのような不活性ガスを供給し、かつ上記不活性ガスをチャンバ11の下部から排出するガス給排手段28が接続されている。ガス給排手段28は一端がケーシング21の周壁に接続され、他端が図示しない不活性ガスのタンクに接続された供給パイプ29と、一端がチャンバ11の下壁に接続され、他端が真空ポンプ(図示せず)に接続された排出パイプ30とを有する。供給パイプ29及び排出パイプ30にはこれらのパイプ29,30を流れる不活性ガスの流量を調整する第1及び第2流量調整弁31,32がそれぞれ設けられている。   A gas supply / exhaust means 28 is connected to the chamber 11 for supplying an inert gas such as Ar gas from the upper portion of the chamber 11 and discharging the inert gas from the lower portion of the chamber 11. The gas supply / discharge means 28 has one end connected to the peripheral wall of the casing 21 and the other end connected to a tank of an inert gas (not shown), one end connected to the lower wall of the chamber 11, and the other end vacuumed. And a discharge pipe 30 connected to a pump (not shown). The supply pipe 29 and the discharge pipe 30 are respectively provided with first and second flow rate adjusting valves 31 and 32 for adjusting the flow rate of the inert gas flowing through the pipes 29 and 30.

次に、こうした構成のシリコン単結晶引上装置10におけるシリコン単結晶の引上手順と、本発明の作用を説明する。本実施形態のシリコン単結晶引上装置10を用いてシリコン単結晶を引上げるにあたっては、まず、ルツボ13に多結晶を原料となるシリコン塊をルツボ13に入れ、側面ヒータ41によって融解してシリコン融液12を形成する。そして、シリコン融液12の融液面12aの直上に種結晶24をホルダ23aを介してワイヤケーブル23に吊り下げる。   Next, a silicon single crystal pulling procedure in the silicon single crystal pulling apparatus 10 having such a configuration and an operation of the present invention will be described. When pulling up a silicon single crystal using the silicon single crystal pulling apparatus 10 of the present embodiment, first, a silicon lump made of polycrystal as a raw material is put in the crucible 13 and melted by the side heater 41 to form silicon. A melt 12 is formed. Then, the seed crystal 24 is suspended from the wire cable 23 via the holder 23a immediately above the melt surface 12a of the silicon melt 12.

次に、第1及び第2流量調整弁31,32を開くことにより、供給パイプ29から不活性ガスをケーシング21内に供給してシリコン融液12の表面から蒸発したSiOx ガスをこの不活性ガスとともに排出パイプ30から排出させる。この状態で、引上げヘッド22の図示しない引上げ用モータによりワイヤ19を繰出して種結晶24を降下させ、種結晶24の先端部を融液12に接触させる。   Next, the inert gas is supplied from the supply pipe 29 into the casing 21 by opening the first and second flow rate adjusting valves 31 and 32, and the SiOx gas evaporated from the surface of the silicon melt 12 is converted into the inert gas. At the same time, it is discharged from the discharge pipe 30. In this state, the wire 19 is fed out by a pulling motor (not shown) of the pulling head 22 to lower the seed crystal 24, and the tip of the seed crystal 24 is brought into contact with the melt 12.

種結晶24の先端部をシリコン融液12に接触させると、熱応力によりこの先端部にスリップ転位が導入されるため、その後、種結晶24を徐々に引上げて直径が約3mmの種絞り部25aを形成する。種絞り部25aを形成することにより、種結晶24に導入された転位は消滅し、その後、更に種結晶24を引上げることにより種絞り部25aの下部に無転位のシリコン単結晶インゴット25を育成させる。   When the tip of the seed crystal 24 is brought into contact with the silicon melt 12, slip dislocation is introduced into the tip due to thermal stress. Thereafter, the seed crystal 24 is gradually pulled up and the seed restricting portion 25 a having a diameter of about 3 mm. Form. The dislocation introduced into the seed crystal 24 disappears by forming the seed restricting portion 25a, and then the dislocation-free silicon single crystal ingot 25 is grown below the seed restricting portion 25a by further pulling up the seed crystal 24. Let

このようにシリコン単結晶インゴット25を育成する際には、シリコン融液12は側面ヒータ41により加熱されており、磁場印加手段51により磁場が印加されている。このとき、上記昇降用モータは減少する融液12の量に応じてルツボ13を上昇させ、種結晶24の引上げとともに低下するシリコン融液12の表面を所定位置に維持する。   Thus, when growing the silicon single crystal ingot 25, the silicon melt 12 is heated by the side heater 41 and a magnetic field is applied by the magnetic field applying means 51. At this time, the raising / lowering motor raises the crucible 13 according to the amount of the melt 12 to be reduced, and maintains the surface of the silicon melt 12 that is lowered as the seed crystal 24 is pulled up in a predetermined position.

本実施形態のシリコン単結晶引上装置は、チャンバ11の外側に設けられた磁場印加手段51によって、シリコン融液12に水平磁場が形成される。磁場印加手段51は、チャンバ11を取り囲むようにリング状にマグネットコイルを変形させた水平磁場マグネットであり、こうした形状の磁場印加手段51によって、ルツボ13内のシリコン融液12には、リング状に等磁場線が形成されるように磁場が印加される。   In the silicon single crystal pulling apparatus of this embodiment, a horizontal magnetic field is formed in the silicon melt 12 by the magnetic field applying means 51 provided outside the chamber 11. The magnetic field applying means 51 is a horizontal magnetic field magnet in which a magnet coil is deformed in a ring shape so as to surround the chamber 11, and the silicon melt 12 in the crucible 13 is ring-shaped by the magnetic field applying means 51 having such a shape. A magnetic field is applied so that isomagnetic field lines are formed.

図3は、リング状にマグネットコイルを変形させた水平磁場マグネットである磁場印加手段51によって、ルツボ13内に形成される磁場の分布を等磁場線などで示したものである。実線Rで示されたものがルツボであり、細かい矢印で示されたものがルツボに印加される磁力線Lを示す。また、ルツボの中心付近には引き上げた単結晶インゴットSが示される。そして、ルツボを取り囲むように等磁場線Mが示される。図3によれば、ルツボには磁場印加手段51で印加される水平磁場によって同心円状に等磁場線が形成される。   FIG. 3 shows the distribution of the magnetic field formed in the crucible 13 by the magnetic field applying means 51, which is a horizontal magnetic field magnet in which a magnet coil is deformed in a ring shape, by isomagnetic lines. A solid line R indicates a crucible, and a fine arrow indicates a magnetic field line L applied to the crucible. Also, a single crystal ingot S pulled up is shown near the center of the crucible. Then, isomagnetic field lines M are shown so as to surround the crucible. According to FIG. 3, concentric lines are formed concentrically in the crucible by the horizontal magnetic field applied by the magnetic field applying means 51.

一方、磁場印加手段51は、ルツボ13に貯留されたシリコン融液12の融液面から前記ルツボの底面に向けて、磁場強度が一方的に増加するか、あるいは磁場強度が一方的に減少するように水平磁場を印加する。図4は、こうした磁場強度とルツボに貯留されたシリコン融液との関係を示した説明図である。図4によれば、磁場印加手段51は引上げ方向Zに対して中心Oの磁場強度Byを最も高くし、この中心Oから上下方向にそれぞれ磁場強度Byが漸減するように磁界を発生させる。そして、この磁場強度Byの最も高い中心Oに合わせてルツボ13のシリコン融液12の融液面12aが位置するように設定する。   On the other hand, the magnetic field applying means 51 unilaterally increases the magnetic field strength or decreases the magnetic field strength unilaterally from the melt surface of the silicon melt 12 stored in the crucible 13 toward the bottom surface of the crucible. Apply a horizontal magnetic field. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnetic field strength and the silicon melt stored in the crucible. According to FIG. 4, the magnetic field application means 51 generates the magnetic field so that the magnetic field strength By of the center O becomes the highest in the pulling direction Z, and the magnetic field strength By gradually decreases from the center O in the vertical direction. And it sets so that the melt surface 12a of the silicon melt 12 of the crucible 13 may be located according to the center O with the highest magnetic field strength By.

このように磁場強度の分布とシリコン融液12の融液面12aの位置とを設定することによって、シリコン融液12は融液面12aからルツボ13の底部13aに向かって磁場強度Byが漸減するように水平磁場が磁場印加手段51から印加されることになる。こうした磁場強度の漸減割合は、シリコン融液12の融液面12a位置に加わる磁場の磁場強度Byを1とすると、ルツボ13の底部13a位置(シリコン融液12中、融液面12a位置から最も離間した下側となる位置)に加わる磁場強度Byが0.6〜0.9になるように(即ち、最強磁場強度の0.6倍〜0.9倍)設定されれば良い。   Thus, by setting the distribution of the magnetic field strength and the position of the melt surface 12 a of the silicon melt 12, the magnetic field strength By of the silicon melt 12 gradually decreases from the melt surface 12 a toward the bottom 13 a of the crucible 13. Thus, the horizontal magnetic field is applied from the magnetic field applying means 51. The gradual decrease rate of the magnetic field strength is such that the magnetic field strength By of the magnetic field applied to the position of the melt surface 12a of the silicon melt 12 is 1, and the position of the bottom 13a of the crucible 13 (from the position of the melt surface 12a in the silicon melt 12 most). The magnetic field strength By applied to the separated lower position may be set to be 0.6 to 0.9 (that is, 0.6 to 0.9 times the strongest magnetic field strength).

以上、説明したように、シリコン融液12は融液面12aからルツボ13の底部13aに向かって磁場強度が漸減するように、リング状にマグネットコイルを変形させた水平磁場マグネットである磁場印加手段51から水平磁場を印加することによって、図3に示すように、シリコン融液12にはリング状の等磁場線が形成されると共に、磁場強度分布と磁場設定位置に関係して、シリコン融液に不安定な領域が発生することを防止する。シリコン融液の不安定な領域の発生を解消することによって、シリコン単結晶内で不純物濃度の不均一分布の発生を防止し、シリコン単結晶の成長方向における不純物分布の均一化を達成することが可能になる。   As described above, the magnetic field applying means is a horizontal magnetic field magnet in which the silicon melt 12 is deformed in a ring shape so that the magnetic field strength gradually decreases from the melt surface 12a toward the bottom 13a of the crucible 13. By applying a horizontal magnetic field from 51, as shown in FIG. 3, a ring-shaped isomagnetic field line is formed in the silicon melt 12, and the silicon melt is related to the magnetic field strength distribution and the magnetic field setting position. To prevent unstable areas from occurring. By eliminating the generation of unstable regions of the silicon melt, it is possible to prevent the generation of a non-uniform distribution of impurity concentration in the silicon single crystal and achieve a uniform impurity distribution in the growth direction of the silicon single crystal. It becomes possible.

また、こうしたリング状にマグネットコイルを変形させた水平磁場マグネットを磁場印加手段51として用いることによって、従来のヘルムホルツ型のマグネットを用いた場合と比較して、磁場印加手段を有するシリコン単結晶引上装置のサイズを大幅に小型、軽量化することが可能になる。   Further, by using a horizontal magnetic field magnet in which a magnet coil is deformed in such a ring shape as the magnetic field applying means 51, it is possible to pull up a silicon single crystal having a magnetic field applying means as compared with the case where a conventional Helmholtz type magnet is used. The size of the apparatus can be greatly reduced and reduced in weight.

ルツボ13のシリコン融液12に印加される磁場は、図4に示したようなルツボの融液面からルツボの底面に向けて、磁場強度が一方的に減少するような配分にする以外にも、ルツボの融液面からルツボの底面に向けて、磁場強度が一方的に増加するように水平磁場を印加してもよい。図5によれば、磁場印加手段51は引上げ方向Zに対してルツボ13の底部13aの磁場強度Byを最も高くし、このルツボ13の底部13aから上下方向にそれぞれ磁場強度Byが漸減するように磁界を発生させる。   The magnetic field applied to the silicon melt 12 of the crucible 13 is not limited to the distribution in which the magnetic field strength decreases unilaterally from the melt surface of the crucible toward the bottom of the crucible as shown in FIG. A horizontal magnetic field may be applied so that the magnetic field strength increases unilaterally from the melt surface of the crucible toward the bottom surface of the crucible. According to FIG. 5, the magnetic field applying means 51 makes the magnetic field strength By of the bottom 13a of the crucible 13 the highest in the pulling direction Z, and the magnetic field strength By gradually decreases from the bottom 13a of the crucible 13 in the vertical direction. Generate a magnetic field.

このように磁場強度の分布とシリコン融液12の融液面12aの位置とを設定することによって、ルツボ13の底部13aからシリコン融液12の融液面12aに向かって磁場強度Byが漸減するように水平磁場が磁場印加手段51から印加されることになる。こうした磁場強度の漸減割合は、ルツボ13の底部13a位置に加わる磁場の磁場強度を1とすると、シリコン融液12の融液面12a位置に加わる磁場強度Byが0.6〜0.9になるように(即ち、最強磁場強度の0.6倍〜0.9倍)設定されれば良い。シリコン融液12に対する磁場強度の分布をこのようにすることで、シリコン融液に不安定な領域が発生することを防止し、シリコン単結晶の成長方向における不純物分布の均一化を達成することが可能になる。   Thus, by setting the distribution of the magnetic field strength and the position of the melt surface 12a of the silicon melt 12, the magnetic field strength By gradually decreases from the bottom 13a of the crucible 13 toward the melt surface 12a of the silicon melt 12. Thus, the horizontal magnetic field is applied from the magnetic field applying means 51. The gradual decrease rate of the magnetic field strength is such that when the magnetic field strength of the magnetic field applied to the bottom 13a position of the crucible 13 is 1, the magnetic field strength By applied to the melt surface 12a position of the silicon melt 12 is 0.6 to 0.9. (That is, 0.6 times to 0.9 times the strongest magnetic field strength). By making the distribution of the magnetic field strength with respect to the silicon melt 12 in this way, it is possible to prevent the generation of an unstable region in the silicon melt and to achieve a uniform impurity distribution in the growth direction of the silicon single crystal. It becomes possible.

本出願人は、本発明の作用および効果を検証した。検証に当たっては、直径24インチの石英ルツボを準備し、この石英ルツボに160kgの原料である多結晶シリコンを仕込んだ。そして、ヒータにより石英ルツボを、直径200mmのシリコン単結晶インゴットを引上げた。こうした原料を仕込んだ石英ルツボを加熱して、シリコン融液を形成し、直径200mmのシリコン単結晶インゴットを引上げた。引き上げにあたって、石英ルツボ内のシリコン融液に、シリコン単結晶引上装置のチャンバを取り囲むようにリング状のケースにマグネットコイルを変形させて組み込んだ省スペース型の水平磁場マグネット(磁場印加手段)を用いて水平磁場を印加した。   The applicant has verified the operation and effect of the present invention. For the verification, a quartz crucible having a diameter of 24 inches was prepared, and 160 kg of polycrystalline silicon as a raw material was charged into the quartz crucible. Then, the quartz crucible was pulled up by a heater, and a silicon single crystal ingot having a diameter of 200 mm was pulled up. A quartz crucible charged with such raw materials was heated to form a silicon melt, and a silicon single crystal ingot having a diameter of 200 mm was pulled up. When pulling up, a space-saving horizontal magnetic field magnet (magnetic field applying means) is incorporated in the silicon melt in the quartz crucible by deforming and incorporating a magnet coil into a ring-shaped case so as to surround the chamber of the silicon single crystal pulling device. A horizontal magnetic field was applied.

シリコン融液に水平磁場を印加するにあたって、本発明例として、3つの実施例を用意した。   In applying a horizontal magnetic field to the silicon melt, three examples were prepared as examples of the present invention.

第1の実施例としては、図6に示すように、磁場印加手段51は引上げ方向Zに対して中心Oの磁場強度Byを最も高くし、この中心Oから上下方向にそれぞれ磁場強度Byが漸減するように磁界を発生させた。そして、この磁場強度Byの最も高い中心Oに合わせてルツボ13のシリコン融液12の融液面12aが位置するように設定し、融液面12aからルツボ13の底部13aに向かって磁場強度Byが漸減するようにシリコン融液12に水平磁場を印加してシリコン単結晶インゴットを引上げた(サンプル1)。   In the first embodiment, as shown in FIG. 6, the magnetic field applying means 51 makes the magnetic field strength By of the center O highest in the pulling direction Z, and the magnetic field strength By gradually decreases from the center O in the vertical direction. A magnetic field was generated to Then, the melt surface 12a of the silicon melt 12 of the crucible 13 is set so as to be aligned with the center O having the highest magnetic field strength By, and the magnetic field strength By is directed from the melt surface 12a toward the bottom 13a of the crucible 13. The silicon single crystal ingot was pulled up by applying a horizontal magnetic field to the silicon melt 12 so as to gradually decrease (Sample 1).

本発明の第2の実施例としては、図7に示すように、磁場印加手段51は引上げ方向Zに対して中心Oの磁場強度Byを最も高くし、この中心Oから上下方向にそれぞれ磁場強度Byが漸減するように磁界を発生させた。そして、この磁場強度Byの最も高い中心Oよりも距離aだけ下側にルツボ13のシリコン融液12の融液面12aが位置するように設定し、融液面12aからルツボ13の底部13aに向かって磁場強度Byが漸減するようにシリコン融液12に水平磁場を印加してシリコン単結晶インゴットを引上げた(サンプル2)。   As a second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the magnetic field applying means 51 makes the magnetic field strength By of the center O the highest in the pulling direction Z, and the magnetic field strength in the vertical direction from the center O, respectively. A magnetic field was generated so that By gradually decreased. Then, the melt surface 12a of the silicon melt 12 of the crucible 13 is set to be located below the center O having the highest magnetic field strength By by a distance a, and the melt surface 12a is placed on the bottom 13a of the crucible 13. A silicon single crystal ingot was pulled up by applying a horizontal magnetic field to the silicon melt 12 so that the magnetic field strength By gradually decreased (Sample 2).

本発明の第3の実施例としては、図8に示すように、磁場印加手段51は引上げ方向Zに対してルツボ13の底部13aの磁場強度Byを最も高くし、このルツボ13の底部13aから上下方向にそれぞれ磁場強度Byが漸減するように磁界を発生させた。これによりルツボ13の底部13aからシリコン融液12の融液面12aに向かって磁場強度Byが漸減するようにシリコン融液12に水平磁場を印加してシリコン単結晶インゴットを引上げた(サンプル3)。   As a third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8, the magnetic field applying means 51 makes the magnetic field strength By of the bottom 13 a of the crucible 13 highest in the pulling direction Z, and from the bottom 13 a of the crucible 13. A magnetic field was generated so that the magnetic field strength By gradually decreased in the vertical direction. Thus, a horizontal magnetic field was applied to the silicon melt 12 so that the magnetic field strength By gradually decreased from the bottom 13a of the crucible 13 toward the melt surface 12a of the silicon melt 12, thereby pulling up the silicon single crystal ingot (sample 3). .

なお、本発明と対比させる比較例(従来例)として、図9に示すように、磁場印加手段61を引上げ方向Zに対して中心Oの磁場強度Byを最も高くし、この中心Oから上下方向にそれぞれ磁場強度Byが漸減するように磁界を発生させた。そして、この磁場強度Byの最も高い中心Oをルツボ13のシリコン融液12の中ほどに位置するように設定した。これにより、シリコン融液12の融液面12a(z=−a位置)からルツボ13の底部13aに向かって、融液の中ほどまで磁場強度Byが漸増し、この中ほどを過ぎると一転して磁場強度Byが漸減するようにシリコン融液12に水平磁場を印加してシリコン単結晶インゴットを引上げた(サンプル4)。   As a comparative example (conventional example) to be compared with the present invention, as shown in FIG. 9, the magnetic field applying means 61 has the highest magnetic field strength By at the center O with respect to the pulling direction Z, and the vertical direction from the center O. The magnetic field was generated so that the magnetic field strength By gradually decreased. The center O having the highest magnetic field strength By was set to be located in the middle of the silicon melt 12 of the crucible 13. As a result, the magnetic field strength By gradually increases from the melt surface 12a (z = −a position) of the silicon melt 12 toward the bottom 13a of the crucible 13 to the middle of the melt, and then changes after the middle. The silicon single crystal ingot was pulled up by applying a horizontal magnetic field to the silicon melt 12 so that the magnetic field strength By gradually decreased (Sample 4).

以上、説明した本発明の実施例1〜3(サンプル1〜3)と、比較例(従来例:サンプル4)によって引上げられたシリコン単結晶インゴットの成長方向の長さXLと酸素濃度Oiとの関係を図10(a)に示す。   As described above, the length XL in the growth direction and the oxygen concentration Oi of the silicon single crystal ingot pulled up by the embodiments 1 to 3 (samples 1 to 3) of the present invention described above and the comparative example (conventional example: sample 4). The relationship is shown in FIG.

図10(a)に示すように、シリコン融液12の融液面12aからルツボ13の底部13aに向かう全域において、磁場強度Byを単調に漸増、または漸減させた状態を引き上げ長の全長にわたって維持した場合には、引上げたシリコン単結晶インゴットの酸素濃度Oiは、長さXLの全域にわたって一定の割合で減少し、不安定な領域は見られない。一方、シリコン融液12の融液面12aからルツボ13の底部13aに向かって、融液の中ほどまで磁場強度Byが漸増し、この中ほどを過ぎると一転して磁場強度Byが漸減するようにシリコン融液12に水平磁場を印加した場合には、この磁場強度Byが漸増から漸減に転じる付近において、不安定部が生じる。   As shown in FIG. 10 (a), the magnetic field strength By is monotonously increased or decreased gradually over the entire length of the lifting length in the entire region from the melt surface 12a of the silicon melt 12 to the bottom 13a of the crucible 13. In this case, the oxygen concentration Oi of the pulled silicon single crystal ingot decreases at a constant rate over the entire length XL, and no unstable region is observed. On the other hand, the magnetic field strength By gradually increases from the melt surface 12a of the silicon melt 12 toward the bottom 13a of the crucible 13 to the middle of the melt, and after passing the middle, the magnetic field strength By is reversed and gradually decreases. In addition, when a horizontal magnetic field is applied to the silicon melt 12, an unstable portion is generated in the vicinity where the magnetic field strength By gradually changes from gradually increasing.

このような不安定部ではシリコン融液対流が不安定なため、図10(b)に示すように、シリコン単結晶インゴットにおける酸素濃度Oiの面内分布が微小な範囲で大きく揺らいでいる。このように酸素濃度の面内分布が大きく揺らぐと、デバイス工程において、結晶欠陥の密度差による重金属不純物のゲッタリング不足の原因となり、デバイスの特性および収率を低下させ悪影響を及ぼす可能性がある。本発明により不純物濃度が不均一に分布することを抑制でき、酸素濃度およびドーパント濃度が微小な範囲でばらつくことを防止し、デバイス工程においてデバイス特性および収率を良好に保つことができる。   Since the silicon melt convection is unstable in such an unstable portion, as shown in FIG. 10B, the in-plane distribution of the oxygen concentration Oi in the silicon single crystal ingot greatly fluctuates within a minute range. If the in-plane distribution of oxygen concentration fluctuates in this way, in the device process, it may cause insufficient gettering of heavy metal impurities due to the difference in density of crystal defects, which may adversely affect device characteristics and yield. . According to the present invention, it is possible to suppress the uneven distribution of the impurity concentration, to prevent the oxygen concentration and the dopant concentration from varying within a minute range, and to maintain good device characteristics and yield in the device process.

図11(a)は、上述した実施例でのサンプル1および2における、シリコン単結晶インゴットの成長方向の長さXLと、シリコン融液表面の磁場強度およびルツボ底部の磁場強度との関係を示したグラフである。このグラフによれば、シリコン融液表面の磁場強度はサンプル1および2ともシリコン単結晶インゴットの成長方向の長さXLの全域に渡って一定であり、また、ルツボ底部の磁場強度は、シリコン融液表面の磁場強度よりも低い範囲で緩やかに漸増している。   FIG. 11A shows the relationship between the length XL in the growth direction of the silicon single crystal ingot, the magnetic field strength on the surface of the silicon melt, and the magnetic field strength at the bottom of the crucible in the samples 1 and 2 in the above-described embodiment. It is a graph. According to this graph, the magnetic field strength on the surface of the silicon melt is constant over the entire length XL in the growth direction of the silicon single crystal ingot in both samples 1 and 2, and the magnetic field strength at the bottom of the crucible is It gradually increases in a range lower than the magnetic field strength of the liquid surface.

このような磁場強度の分布によって、図11(b)に示すように、サンプル1および2の双方でシリコン単結晶インゴットの酸素濃度Oiは、長さXLの全域にわたって一定の割合で減少する。これにより、図11(c)に示すように、シリコン単結晶インゴットにおける酸素濃度Oiの面内分布は揺らぐことなく安定して分布する。   Due to the distribution of the magnetic field strength, as shown in FIG. 11B, the oxygen concentration Oi of the silicon single crystal ingot in both samples 1 and 2 decreases at a constant rate throughout the entire length XL. As a result, as shown in FIG. 11C, the in-plane distribution of the oxygen concentration Oi in the silicon single crystal ingot is stably distributed without fluctuation.

図12(a)は、上述した比較例(従来例)でのサンプル4における、シリコン単結晶インゴットの成長方向の長さXLと、シリコン融液表面の磁場強度およびルツボ底部の磁場強度との関係を示したグラフである。このグラフによれば、シリコン融液表面の磁場強度はシリコン単結晶インゴットの成長方向の長さXLの全域に渡って一定であるのに対して、ルツボ底部の磁場強度は、シリコン単結晶インゴットの成長方向の長さXLの中ほどを過ぎた付近でシリコン融液表面の磁場強度を上回り、更にその後減少に転じている。   FIG. 12A shows the relationship between the length XL in the growth direction of the silicon single crystal ingot, the magnetic field strength on the surface of the silicon melt, and the magnetic field strength at the bottom of the crucible in the sample 4 in the comparative example (conventional example) described above. It is the graph which showed. According to this graph, the magnetic field strength at the surface of the silicon melt is constant over the entire length XL in the growth direction of the silicon single crystal ingot, whereas the magnetic field strength at the bottom of the crucible is equal to that of the silicon single crystal ingot. Near the middle of the length XL in the growth direction, it exceeds the magnetic field strength on the surface of the silicon melt, and then decreases.

このような磁場強度の分布になると、図12(b)に示すように、融液対流の変動が生じて不安定部が出来てしまい、結果的に酸素濃度の面内分布が大きく揺らいで、結晶欠陥の密度差による重金属不純物のゲッタリング不足の原因となる。   When such a magnetic field strength distribution is obtained, as shown in FIG. 12 (b), fluctuations in the melt convection occur and an unstable portion is formed. As a result, the in-plane distribution of the oxygen concentration greatly fluctuates, This causes insufficient gettering of heavy metal impurities due to the density difference of crystal defects.

以上のような検証結果から、本発明によって、引き上げ長の全長にわたって、シリコン融液に平面的には同心円状でかつ、高さ方向には磁場強度の単一的な(単調)増加または減少とされる磁場を印加した状態を維持して単結晶を引き上げることにより、不純物濃度が不均一に分布することを抑制して、酸素濃度およびドーパント濃度が微小な範囲でばらつくことを防止し、酸素濃度及び抵抗率の面内および軸方向分布の発生を低減して、デバイス工程においてデバイス特性および収率を良好に保てることが確認された。   From the above verification results, according to the present invention, a single (monotonic) increase or decrease in the magnetic field strength in the height direction is concentric with the silicon melt in a plane over the entire length of the pulling length. By pulling up the single crystal while maintaining the applied magnetic field, it is possible to suppress the uneven distribution of the impurity concentration and to prevent the oxygen concentration and the dopant concentration from varying within a minute range, In addition, it was confirmed that the device characteristics and yield can be kept good in the device process by reducing the occurrence of in-plane and axial distribution of resistivity.

図1は、本発明の単結晶引上装置の概略を示す側面断面図である。FIG. 1 is a side sectional view showing an outline of a single crystal pulling apparatus of the present invention. 図2は、図1の単結晶引上方法の上面断面図である。FIG. 2 is a top sectional view of the single crystal pulling method of FIG. 図3は、ルツボのシリコン融液に印加される磁力線と、それにより形成される等磁場線を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing magnetic lines of force applied to the silicon melt of the crucible and isomagnetic lines formed thereby. 図4は、本発明の実施形態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention. 図5は、本発明の別な実施形態を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing another embodiment of the present invention. 図6は、本発明の実施例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention. 図8は、本発明の実施例を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention. 図9は、従来の比較例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory view showing a conventional comparative example. 図10は、本発明と比較例の検証結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing verification results of the present invention and the comparative example. 図11は、本発明の検証結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the verification results of the present invention. 図12は、比較例の検証結果を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing a verification result of the comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

10 シリコン単結晶引上装置
12 シリコン融液
12a 融液面
13 石英ルツボ
19 側面ヒータ
51 磁場印加手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon single crystal pulling apparatus 12 Silicon melt 12a Melt surface 13 Quartz crucible 19 Side heater 51 Magnetic field application means

Claims (4)

シリコン融液を貯溜するルツボと、前記ルツボを加熱するヒータと、前記ルツボを回転及び/又は昇降させるルツボ駆動手段と、前記ルツボおよびヒータを収容するチャンバと、前記チャンバの外側に設けられて該チャンバに磁場を印加する磁場印加手段とを有する単結晶引上装置であって、
前記磁場印加手段は、前記チャンバの外周面に沿うように形成され、前記ルツボの中心から略同心円状の等磁場線を形成可能とされてなることを特徴とするシリコン単結晶引上装置。
A crucible for storing the silicon melt, a heater for heating the crucible, a crucible driving means for rotating and / or raising and lowering the crucible, a chamber for accommodating the crucible and the heater, and a chamber provided outside the chamber. A single crystal pulling device having magnetic field applying means for applying a magnetic field to the chamber,
The silicon single crystal pulling apparatus, wherein the magnetic field applying means is formed along the outer peripheral surface of the chamber, and is capable of forming substantially concentric isomagnetic lines from the center of the crucible.
シリコン融液を貯溜するルツボと、前記ルツボを加熱するヒータと、前記ルツボを回転及び/又は昇降させるルツボ駆動手段と、前記ルツボおよびヒータを収容するチャンバと、前記チャンバの外側に設けられて該チャンバに磁場を印加する磁場印加手段とを有する単結晶引上装置であって、
前記磁場印加手段は、前記チャンバの外周面に沿うように形成され、前記ルツボに貯留されたシリコン融液の融液面から前記ルツボの底部に向けて磁場強度が一方的に増加するか、あるいは磁場強度が一方的に減少するように磁場を印加可能とされてなることを特徴とするシリコン単結晶引上装置。
A crucible for storing the silicon melt, a heater for heating the crucible, a crucible driving means for rotating and / or raising and lowering the crucible, a chamber for accommodating the crucible and the heater, and a chamber provided outside the chamber. A single crystal pulling device having magnetic field applying means for applying a magnetic field to the chamber,
The magnetic field application means is formed along the outer peripheral surface of the chamber, and the magnetic field strength increases unilaterally from the melt surface of the silicon melt stored in the crucible toward the bottom of the crucible, or A silicon single crystal pulling apparatus characterized in that a magnetic field can be applied so that the magnetic field strength is unilaterally reduced.
前記ルツボに貯留されたシリコン融液の融液面から前記ルツボの底部に向けて一方的に磁場強度が増加または減少する際の磁場強度の変動範囲は、前記磁場印加手段によって前記チャンバ内に印加される磁場の最強強度の0.6倍〜0.9倍の範囲に設定されることを特徴とする請求項1または2に記載のシリコン単結晶引上装置。   The fluctuation range of the magnetic field strength when the magnetic field strength is unidirectionally increased or decreased from the melt surface of the silicon melt stored in the crucible toward the bottom of the crucible is applied to the chamber by the magnetic field applying means. 3. The silicon single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein the silicon single crystal pulling apparatus is set in a range of 0.6 to 0.9 times the strongest strength of the magnetic field. 前記磁場印加手段は、前記チャンバを取り巻くように略リング状に形成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のシリコン単結晶引上装置。   4. The silicon single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field applying means is formed in a substantially ring shape so as to surround the chamber.
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