JP2009292721A - Apparatus and method for pulling silicon single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げるチョクラルスキー法(CZ法)シリコン単結晶引上げ装置及び方法、特にGrown−in欠陥を含まない無欠陥結晶(完全結晶)をシリコンインゴット中に簡易かつ再現性良く形成させることができ、かつシリコンインゴットからより多くの無欠陥結晶ウエハの取得を実現することができるCZ法シリコン単結晶引上げ装置及び方法に関する。 The present invention relates to a Czochralski method (CZ method) silicon single crystal pulling apparatus and method for pulling a silicon single crystal from a silicon melt, and in particular, a defect-free crystal (complete crystal) free from grown-in defects to a silicon ingot. The present invention relates to a CZ method silicon single crystal pulling apparatus and method that can be formed easily and with good reproducibility, and can acquire more defect-free crystal wafers from a silicon ingot.
近年の半導体回路の高集積化・微細化に伴うデバイス特性の向上に伴って、シリコン単結晶の製造過程において生ずる結晶欠陥の低減の要求も強くなってきている。そして、これに応えるために、CZ法でシリコン単結晶を製造する際には、ウエハ面内の欠陥分布を的確に制御してシリコン単結晶の引き上げを行う必要がある。 With the recent improvement in device characteristics associated with higher integration and miniaturization of semiconductor circuits, there is an increasing demand for reduction of crystal defects that occur in the manufacturing process of silicon single crystals. In order to meet this demand, when a silicon single crystal is manufactured by the CZ method, it is necessary to pull up the silicon single crystal by accurately controlling the defect distribution in the wafer surface.
ここで、CZ法でシリコン単結晶を引き上げる際には、結晶の欠陥分布は一般に、引上げ速度Vと融液近傍の軸方向温度勾配Gを用いて表されるV/Gと相関があると報告されている。そして、特に無欠陥結晶(完全結晶)と呼ばれているボイド欠陥、転位クラスター、OSFリング等の結晶欠陥の存在しない結晶を育成するためには(但し、最近ではOSFリング入りのものなどもある)、V/Gを精度よく制御することが必要となる。 Here, when pulling up a silicon single crystal by the CZ method, the defect distribution of the crystal is generally reported to have a correlation with the pulling rate V and V / G expressed using the axial temperature gradient G near the melt. Has been. In order to grow a crystal having no crystal defects such as a void defect, a dislocation cluster, and an OSF ring, which is called a defect-free crystal (perfect crystal) (however, recently, there are those containing an OSF ring). ), It is necessary to control V / G with high accuracy.
例えば、特許文献1には、無欠陥結晶(完全結晶)の無欠陥領域を形成する条件として、結晶の引き上げ速度をV(mm/min)とし、シリコンの融点から1300℃の間の軸方向の結晶内の温度勾配の平均をG(℃/mm)としたとき、V/Gで表される比が0.20〜0.22mm2/℃minとなるように制御して結晶を引き上げることが記載されている。
For example, in
この他にも、V/Gで決定されるウエハ面内の欠陥分布を制御するために、結晶育成時の結晶中心の軸方向温度勾配をGcとし、結晶外周部での軸方向温度勾配をGeとしたときに、結晶育成速度Vを設定値±0.02mm以内、ΔG=Ge−Gcを1℃/mm以内に制御すること(特許文献2を参照)や、Ge=Gc±0.3℃に制御すること(特許文献3を参照)などが提案されている。 In addition to this, in order to control the defect distribution in the wafer plane determined by V / G, the axial temperature gradient at the crystal center during crystal growth is set to Gc, and the axial temperature gradient at the crystal outer periphery is set to Ge. The crystal growth rate V is controlled within a set value ± 0.02 mm, ΔG = Ge−Gc is controlled within 1 ° C./mm (see Patent Document 2), or Ge = Gc ± 0.3 ° C. (See Patent Document 3) has been proposed.
しかしながら、実際には、例えば無欠陥結晶(完全結晶)の育成条件として提示されているような非常に狭い範囲(例えば、特開平8−330316号公報)でV/Gを精度よく制御することは極めて困難である。 However, in practice, it is not possible to accurately control V / G within a very narrow range (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-330316) proposed as a condition for growing defect-free crystals (perfect crystals). It is extremely difficult.
その理由として、まず、実際には石英ルツボ内径のバラツキやヒーターからの輻射熱による石英ルツボにへたりや変形が生じ、育成された結晶重量と石英ルツボ内径から計算された融液重量とは必ずしも同一にはならないということが挙げられる。 The reason is that, first, the quartz crucible inside the quartz crucible is actually fluctuated and the quartz crucible is deformed due to the radiant heat from the heater. It is mentioned that it is not.
また、炉内に熱遮蔽体が設置されているCZ法シリコン単結晶引上げ装置を使用した場合には、シリコン単結晶の引上げの際に熱遮蔽体が伸縮する。そしてその結果、結晶育成時の界面近傍の軸方向温度勾配Gの径方向温度分布が変化し、径方向のV/Gが変化してしまうこととなるので、引上げ速度のみ精度良く制御を行ったとしても、同一の欠陥分布を再現性よく得ることが非常に困難なものとなっていた。 In addition, when a CZ method silicon single crystal pulling apparatus in which a heat shield is installed in the furnace is used, the heat shield expands and contracts when the silicon single crystal is pulled. As a result, the radial temperature distribution of the axial temperature gradient G in the vicinity of the interface during crystal growth changes, and the radial V / G changes. Therefore, only the pulling speed is controlled with high accuracy. However, it has been very difficult to obtain the same defect distribution with good reproducibility.
更に、軸方向温度勾配Gを制御する場合においても、実際にはGは結晶の育成中においても刻々と変化するものであり、結晶育成中における軸方向温度勾配の径方向の分布を的確に把握することは非常に困難であることから、目的とする欠陥分布をウエハ面内に再現性良く得ることはできなかった。 Furthermore, even when the axial temperature gradient G is controlled, G actually changes every moment during crystal growth, and the radial distribution of the axial temperature gradient during crystal growth is accurately grasped. Since it is very difficult to do so, the intended defect distribution could not be obtained with good reproducibility within the wafer surface.
これについて更に詳細に説明すると、例えば特開平8−330316号公報で言えば、Gが半径方向に均一であれば、例えばG=3.0℃/mmのとき、引き上げ速度Vは、0.63±0.03mm/minにコントロールすればよいことになるが、Gは半径方向に一様ではなく、Gの半径方向での変化が10%に達したときには、許容幅はゼロとなってしまい、無欠陥結晶(完全結晶)の製造が不可能となる。これは、半径方向のGの僅かな均一性の低下によって実質的には無欠陥結晶(完全結晶)の製造が不可能となることを意味するが、Gの半径方向での変化が10%に達することは十分に起こり得、特開平8−330316号公報によって提案された方法では、無欠陥結晶の製造が極めて不安定なものとならざるを得ない。 This will be described in more detail. For example, in JP-A-8-330316, if G is uniform in the radial direction, for example, when G = 3.0 ° C./mm, the pulling speed V is 0.63. It is sufficient to control to ± 0.03 mm / min, but G is not uniform in the radial direction, and when the change in the radial direction of G reaches 10%, the allowable width becomes zero, It becomes impossible to produce defect-free crystals (perfect crystals). This means that a slight decrease in the uniformity of G in the radial direction substantially makes it impossible to manufacture defect-free crystals (perfect crystals), but the change in the radial direction of G becomes 10%. In the method proposed by Japanese Patent Laid-Open No. 8-330316, the production of defect-free crystals has to be extremely unstable.
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、無欠陥結晶(完全結晶)の取得率とその確実性を向上させることができるようなCZ法シリコン単結晶引上げ装置及び方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and its purpose is to pull a CZ method silicon single crystal that can improve the acquisition rate and the certainty of defect-free crystals (perfect crystals). It is to provide an apparatus and method.
以上のような課題を解決するために、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、炉内に熱遮蔽体を備えるCZ法シリコン単結晶引上げ装置においては、同一条件にて無欠陥結晶の育成を行った場合には、熱遮蔽体底面から融液液面までの距離(以下、単に「GAP」という)の変化が、結晶育成中の界面近傍の温度勾配Gに大きく影響しているということが判り、それがウエハ面の径方向の欠陥分布のバラツキの原因となっていることが判明した。 In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, in the CZ method silicon single crystal pulling apparatus provided with a heat shield in the furnace, the growth of defect-free crystals under the same conditions is performed. In this case, the change in the distance from the bottom surface of the heat shield to the melt surface (hereinafter simply referred to as “GAP”) greatly affects the temperature gradient G in the vicinity of the interface during crystal growth. It was found that this was the cause of variation in the defect distribution in the radial direction of the wafer surface.
そして更に本発明者らは、上記GAPの変化量を最小限に押さえ込むことで軸方向温度勾配Gのウエハ面内における欠陥分布の変化を抑え込むことができ、それによって引上げ結晶毎のウエハ面内における欠陥分布の再現性を高めることができるということを見出し、本発明を完成するに至った。 Further, the present inventors can suppress the change in the defect distribution in the wafer surface of the axial temperature gradient G by minimizing the amount of change in the GAP, and thereby in the wafer surface for each pulled crystal. The inventors have found that the reproducibility of the defect distribution can be improved, and have completed the present invention.
このようなことから、本発明においては、以下のような方法を基本原理的なものとして提供する。 For these reasons, the present invention provides the following method as a basic principle.
(1) シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げる単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備える単結晶引上げ装置でシリコン単結晶の引き上げを行う場合に、前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離の変化量を追跡し、当該変化量を最小限に押さえ込むことによって、シリコン単結晶から切出されるシリコンウエハの面内における結晶欠陥分布の再現性を高める方法。 (1) A single crystal pulling apparatus for pulling up a silicon single crystal from a silicon melt, wherein the silicon single crystal is pulled by a single crystal pulling apparatus having a heat shield surrounding the silicon single crystal. In addition, by tracking the amount of change in the distance from the bottom surface of the thermal shield to the melt surface and minimizing the amount of change, the distribution of crystal defects in the plane of the silicon wafer cut out from the silicon single crystal A method to improve reproducibility.
ここで、上記(1)に係る方法は、シリコンウエハの面内、特にその径方向の結晶欠陥分布の再現性を問題とし、結晶欠陥密度の大小は問題としていないが、結晶欠陥がゼロの場合の再現性を確実にした場合には、それは無欠陥結晶の製造の確度を高めたということになる。 Here, the method according to the above (1) has a problem of reproducibility of the crystal defect distribution in the plane of the silicon wafer, particularly in the radial direction, and the size of the crystal defect density is not a problem, but the crystal defect is zero. If the reproducibility is ensured, it means that the accuracy of manufacturing defect-free crystals has been increased.
このようなことから、本発明によれば、無欠陥結晶をある程度の確実性をもって製造する方法も提供されることとなる。そしてその方法を一般的に記述したものが下記の(2)である。また、本発明の基本原理に照らして、無欠陥結晶の引き上げ工程において、シリコン単結晶の引上げ速度の増減に対してある程度の自由度を持たせることによって、無欠陥結晶の製造確度を上げたものとして本発明をとらえ、それを一般的に記述したものが下記の(3)である。 For this reason, according to the present invention, a method for producing a defect-free crystal with a certain degree of certainty is also provided. The following (2) is a general description of the method. In addition, in light of the basic principle of the present invention, in the process of pulling up a defect-free crystal, the manufacturing accuracy of the defect-free crystal is increased by giving a certain degree of freedom to increase or decrease the pulling rate of the silicon single crystal. (3) below is a general description of the present invention.
なお、ここで言う「結晶欠陥」とは、ボイド欠陥、転位クラスター、OSFリング等のGrown−in欠陥を意味する。また、下記(2)の「所定の許容幅内」については、実施例において、ある特定の条件下においての具体的な数値が明示されているが、そこで示された数値に限られること無く、状況に応じて適切な値が設定される(この「適切な値」というのは、当業者であれば、実施例に示された実験と同様の実験を行うことによって導き出すことができる)。 Note that the “crystal defects” referred to here mean Grown-in defects such as void defects, dislocation clusters, and OSF rings. In addition, regarding the “within a predetermined allowable range” in the following (2), specific numerical values under a specific condition are clearly shown in the embodiments, but the numerical values are not limited to those shown therein, An appropriate value is set according to the situation (this “appropriate value” can be derived by a person skilled in the art by performing an experiment similar to the experiment shown in the Examples).
(2) シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げる単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備える単結晶引上げ装置でシリコン単結晶の引き上げを行う場合に、シリコン融液の中から引上げられているシリコン単結晶中に無欠陥結晶領域を形成する際に設定されるパラメータについて、少なくとも前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離及び前記シリコン単結晶の引上げ速度については所定の許容幅内に入るように設定してシリコン単結晶の引き上げを行うことによって、無欠陥結晶領域形成の確度を増す方法。 (2) A single crystal pulling apparatus for pulling up a silicon single crystal from a silicon melt, wherein the silicon single crystal is pulled by a single crystal pulling apparatus having a heat shield surrounding the silicon single crystal. In addition, regarding the parameters set when forming a defect-free crystal region in the silicon single crystal pulled from the silicon melt, at least the distance from the bottom surface of the heat shield to the melt surface and the silicon single crystal. A method for increasing the accuracy of forming a defect-free crystal region by pulling a silicon single crystal while setting the crystal pulling speed to be within a predetermined allowable width.
(3) シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げる単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備える単結晶引上げ装置でシリコン単結晶の引き上げを行う場合に、シリコン融液の中から引上げられているシリコン単結晶中に無欠陥結晶領域を形成する際に、前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離の制御の精密度を増すことによってシリコン単結晶の引上げ速度の増減の許容幅を大きくする方法。 (3) A single crystal pulling apparatus for pulling up a silicon single crystal from a silicon melt, wherein the single crystal pulling apparatus includes a heat shield surrounding the silicon single crystal. In addition, when forming a defect-free crystal region in a silicon single crystal pulled from the silicon melt, silicon is increased by increasing the precision of controlling the distance from the bottom surface of the heat shield to the melt surface. A method of increasing the allowable range of increase / decrease in the pulling rate of a single crystal.
以上のような本発明に係る方法を実施するために好適なCZ法シリコン単結晶引上げ装置は以下のようなものである。 A suitable CZ method silicon single crystal pulling apparatus for carrying out the method according to the present invention as described above is as follows.
(4) シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備えるシリコン単結晶引上げ装置において、シリコン融液の中から引上げられているシリコン単結晶中に無欠陥結晶領域を形成する際に設定されるパラメータについて、少なくとも前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離及び前記シリコン単結晶の引上げ速度については所定の許容幅内に入るように設定してシリコン単結晶の引き上げを行うことを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。 (4) A silicon single crystal pulling apparatus that pulls up a silicon single crystal from a silicon melt, wherein the silicon single crystal pulling apparatus includes a heat shield surrounding the silicon single crystal. With respect to parameters set when forming a defect-free crystal region in a silicon single crystal pulled up from at least the distance from the bottom surface of the heat shield to the melt surface and the pulling rate of the silicon single crystal are predetermined. The silicon single crystal pulling apparatus is characterized in that the silicon single crystal is pulled while being set so as to fall within an allowable width.
(5) シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備えるシリコン単結晶引上げ装置において、シリコン融液の中から引上げられているシリコン単結晶中に無欠陥結晶領域を形成する際に、前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離を精密に制御することによって、シリコン単結晶の引上げ速度にある程度の余裕を持ってシリコン単結晶の引き上げを行い得るようにしたことを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。 (5) A silicon single crystal pulling apparatus that pulls up a silicon single crystal from a silicon melt, wherein the silicon single crystal pulling apparatus includes a heat shield surrounding the silicon single crystal. When a defect-free crystal region is formed in a silicon single crystal that is pulled up from, the distance from the bottom surface of the heat shield to the melt surface is precisely controlled, so that the pulling rate of the silicon single crystal is increased to some extent. A silicon single crystal pulling apparatus characterized in that the silicon single crystal can be pulled up with a margin.
(6) シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備えるシリコン単結晶引上げ装置において、少なくとも、前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離を実測して追跡し、当該距離を計算値通りに精密に制御しながらシリコン単結晶の引き上げを行うことによって無欠陥結晶領域を多く含むシリコンインゴットを製造することを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。 (6) A silicon single crystal pulling apparatus for pulling up a silicon single crystal from a silicon melt, wherein the silicon single crystal pulling apparatus includes a heat shield that surrounds the periphery of the silicon single crystal. Measure and track the distance from the bottom of the body to the melt surface, and manufacture a silicon ingot containing many defect-free crystal regions by pulling up the silicon single crystal while precisely controlling the distance as calculated. A silicon single crystal pulling apparatus characterized by that.
(7) シリコン融液に対して磁場を印加する磁場印加手段を備えていることを特徴とする(4)から(6)いずれか記載のシリコン単結晶引上げ装置。 (7) The silicon single crystal pulling apparatus according to any one of (4) to (6), further comprising magnetic field applying means for applying a magnetic field to the silicon melt.
なお、磁場は、少なくとも2500G以上の水平磁場を印加するのが好ましい。磁場は、2000G以下ではウエハ面内のGの均一性が不十分となり、5000G以上では却って無欠陥化率が悪化すると考えられるので、2500G〜5000Gの範囲で調整するのが好ましい。 Note that it is preferable to apply a horizontal magnetic field of at least 2500 G as the magnetic field. If the magnetic field is 2000 G or less, the uniformity of G in the wafer surface is insufficient, and if it is 5000 G or more, it is considered that the defect-free rate is deteriorated. Therefore, the magnetic field is preferably adjusted in the range of 2500 G to 5000 G.
ところで、これらの装置によって製造されたシリコンインゴットは、従来のものよりも無欠陥領域を多く含み、また、無欠陥領域形成の確度も高いことから、シリコンインゴットを連続的に多数本引上げた場合でも、不良品(無欠陥領域を殆ど含んでいないようなシリコンインゴット)が混じってしまうようなことが殆ど無い。従って、本発明においては、以下のような連続的に引上げられ、製造されたシリコンインゴット群もその範囲に含む。 By the way, silicon ingots manufactured by these devices include more defect-free regions than conventional ones, and the accuracy of forming defect-free regions is higher, so even when many silicon ingots are pulled up continuously. , There is almost no mixture of defective products (silicon ingots that hardly include defect-free regions). Therefore, in the present invention, the silicon ingot group which is continuously pulled up and manufactured as follows is also included in the scope.
(8) (4)から(7)いずれか記載のシリコン単結晶引上げ装置によって製造された、無欠陥領域を多く含むシリコンインゴット群。 (8) A silicon ingot group including many defect-free regions manufactured by the silicon single crystal pulling apparatus according to any one of (4) to (7).
更に本発明においては、より具体的な態様として、以下のような方法も含む。 Furthermore, the present invention includes the following method as a more specific embodiment.
(9) 設定GAPを引上げ径の0.2−0.5倍とし、このGAPを設定値±2.0mm以内に制御して引上げを行うことを特徴とする単結晶育成方法。 (9) A single crystal growth method characterized in that the set GAP is set to 0.2 to 0.5 times the pulling diameter, and pulling is performed by controlling the GAP within a set value ± 2.0 mm.
(10) メルトレベル検出装置を用いて熱遮蔽体底面から融液表面までの距離を精密に計測し、実測したGAP値と設定GAPの差分をルツボ送り量にフィードバックしてルツボ送りを調整することによりGAPを精密に制御する方法。 (10) Adjust the crucible feed by accurately measuring the distance from the bottom surface of the heat shield to the melt surface using the melt level detector, and feeding back the difference between the measured GAP value and the set GAP to the crucible feed amount. To precisely control the GAP.
(11) 磁場を印加することにより引上げ速度の許容幅を広げることを特徴とする無欠陥結晶(完全結晶)の育成方法。 (11) A method for growing a defect-free crystal (complete crystal), wherein the tolerance of the pulling rate is widened by applying a magnetic field.
シリコン単結晶の引き上げにあたっては、GAPの距離Lを精度よく制御することによって、結晶育成中における軸方向温度勾配Gの径方向分布を引上げ結晶毎に結晶長手方向で再現性良く変化させることができる。ここで、結晶長手方向でGを一定に保つことは非常に困難であるが、GAPの距離Lを精度よく制御することによって、径方向のGを精密に制御することも実現されるので、安定して無欠陥結晶を製造することができるようになる。 When pulling up the silicon single crystal, the radial distribution of the axial temperature gradient G during crystal growth can be changed with good reproducibility for each crystal in the longitudinal direction of the crystal by accurately controlling the distance L of the GAP. . Here, it is very difficult to keep G constant in the longitudinal direction of the crystal, but by accurately controlling the distance L of GAP, it is also possible to precisely control G in the radial direction. As a result, defect-free crystals can be manufactured.
即ち、本発明によれば、無欠陥結晶をシリコンインゴット中に簡易かつ再現性良く形成させることができ、かつシリコンインゴットからより多くの無欠陥結晶ウエハを取得することができるようになる。 That is, according to the present invention, defect-free crystals can be formed easily and reproducibly in a silicon ingot, and more defect-free crystal wafers can be obtained from the silicon ingot.
[用語の定義等]
本明細書において、「インゴット」はシリコン融液から成長した単結晶を意味し、インゴットから切り出されて「ウエハ」が作製される。
[Definition of terms]
In this specification, “ingot” means a single crystal grown from a silicon melt, and is cut out from the ingot to produce a “wafer”.
無欠陥結晶(完全結晶)というのは、ボイド(空洞)欠陥、酸化誘起積層欠陥(OSF;Oxidation Induced Stacking Fault)、及び転位クラスタのいずれも存在しない結晶のことを意味する。また、無欠陥領域(完全結晶領域)もしくは無欠陥な領域というのは、結晶の中でも、ボイド(空洞)欠陥、酸化誘起積層欠陥(OSF;Oxidation Induced Stacking Fault)、及び転位クラスタのいずれも存在しない領域のことを意味する。 A defect-free crystal (perfect crystal) means a crystal in which neither a void (cavity) defect, an oxidation-induced stacking fault (OSF), nor a dislocation cluster exists. In addition, a defect-free region (perfect crystal region) or a defect-free region means that neither a void (cavity) defect, an oxidation-induced stacking fault (OSF), nor a dislocation cluster exists in the crystal. It means an area.
「熱遮蔽体」は、原料融液液面からの輻射熱や炉内のヒーターからの放熱を遮蔽するために炉内に設置されるものであるが、これは炉内に流されるガスの流れを整流する働きもする。ここで、もしガスの整流が主目的であったとしても、結果として融液液面やヒーターからの熱を何らかの形で遮蔽しているものであれば、本発明に係る熱遮蔽体として機能するのに十分であるから、何らかの形で熱遮蔽を行うものである限り、本発明における「熱遮蔽体」の概念に含まれる。 “Thermal shield” is installed in the furnace to shield the radiant heat from the raw material melt liquid surface and the heat radiation from the heater in the furnace. It also works to rectify. Here, even if the main purpose of gas rectification is as long as the heat from the melt liquid surface or the heater is shielded in some form as a result, it functions as a heat shield according to the present invention. As long as the heat shielding is performed in some form, it is included in the concept of the “thermal shield” in the present invention.
「シリコン融液に対して磁場を印加する磁場印加手段」としては、例えば特開昭56−45889号公報に開示されているようなものを使用することができる。また、磁場印加手段の中でもカスプ磁場を作るものとしては、特開昭58−217493号公報に開示されているようなものを使用することができる。 As the “magnetic field applying means for applying a magnetic field to the silicon melt”, for example, those disclosed in JP-A-56-45889 can be used. Further, among the magnetic field applying means, those that produce a cusp magnetic field can be those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-217493.
図1は本発明を実施するためのCZ法シリコン単結晶引上げ装置のホットゾーンの基本構成を示した図である。この図1に示されるように、本発明を実施するためのCZ法シリコン単結晶引上げ装置は、シリコン融液13を貯留して自ら回転するルツボ21と、このルツボ21を加熱するヒーター22と、シリコン融液13から回転させられながら引上げられる単結晶11を取り囲んで当該単結晶11への輻射熱量を調整する熱遮蔽体23と、シリコン融液13に磁場を印加するためのソレノイド27と、を含む。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a hot zone of a CZ method silicon single crystal pulling apparatus for carrying out the present invention. As shown in FIG. 1, a CZ silicon single crystal pulling apparatus for carrying out the present invention includes a
ここで、熱遮蔽体23は一般的にはカーボン部材で構成され、シリコン融液13等からの輻射熱を遮蔽することによって単結晶11の側面の温度調整を行う。また、ヒーター22は、図27に示されるように、好適にはサイドヒーター22aとボトムヒーター22bとから構成される。
Here, the
本発明を実施するにあたっては、熱遮蔽体底面23aから融液液面13aまでの距離Lを精密に追跡してこれを制御する必要があるが、距離Lを精密に計測するものとして特願2000−083030号に係るメルトレベル検出装置を使用するようにすると好適である。そして本発明の実施にあたっては、特願2000−083030号に係るメルトレベル検出装置によって計測された距離Lが、予め設定された範囲からずれてしまったような場合には、例えばルツボ21を昇降させてこれを適性値に戻すように調整する。
In carrying out the present invention, it is necessary to precisely track and control the distance L from the
ここで、図2および図3は、特願2000−083030号に係るメルトレベル検出装置の実施形態を示すブロック図である。このメルトレベル検出装置を備えるCZ法単結晶引上げ装置においては、三角測量を原理とした距離計測ユニット8を採用しており、この距離計測ユニット8には、レーザー光をシリコン融液液面13aに投射するレーザー光照射器と、シリコン融液液面13aから反射してきたレーザー光を受光する受光器と、が備えられている。
Here, FIG. 2 and FIG. 3 are block diagrams showing an embodiment of a melt level detection apparatus according to Japanese Patent Application No. 2000-083030. In the CZ method single crystal pulling apparatus equipped with this melt level detecting device, a
そして、距離計測ユニット8から出力されたレーザー光2はスキャンミラー28で反射させられ、入射窓18を透過して、引上げ装置のチャンバー17内に設置された石英製プリズム20を経由し、シリコン融液液面13aに投射される。シリコン融液液面13aに投射されたレーザー光2は、ここで一旦鏡面反射をし、熱遮蔽体23の下端部裏面(底面)23aに計測スポット31が当たる。そして、熱遮蔽体23の底面23aに計測スポット31として照射されたレーザー光2は、ここで散乱し、その反射散乱光の一部がシリコン融液液面13aで鏡面反射し(二次反射光)、プリズム20、入射窓18、スキャンミラー28を経由して、距離計測ユニット8に入射される。三角測量を原理とした距離計測ユニット8は、その中に内蔵されているレーザー光照射器と受光器の間の距離、レーザー光の照射角及び受光角より、そのときの距離(Dw)を算出する。
The
次に、スキャンミラー28を回転または移動させることにより、計測スポット31を熱遮蔽体23の下端部の上面25に移動させ、そこからの反射光(一次反射光)を、プリズム20、入射窓18、スキャンミラー28を経由して、距離計測ユニット8に受光させる(図中、破線で示した経路)。そして、Dwを算出したときと同様の手法によって、熱遮蔽体23の下端部の上面までの距離を算出し、熱遮蔽体23の下端部の厚み26を加えることによって、熱遮蔽体23の下端部の裏面(底面)23aまでの距離(Ds)を求める。
Next, by rotating or moving the
そして、次の(1)式により、熱遮蔽体底面23aからシリコン融液液面13aまでの距離(GAPの距離)Lを計算する。
And the distance (GAP distance) L from the heat
GAPの距離L=(Dw−Ds)/2 ・・・(1)式 GAP distance L = (Dw−Ds) / 2 (1)
[設定条件]
図1に示されるようなCZ法シリコン単結晶引上げ装置を用い、結晶引上げ速度V及びGAPの距離Lに対して精密に制御を行って単結晶を引上げた場合について、それを行わなかった場合と対比させて、無欠陥結晶の形成具合を調べた。実験は直径200mmの結晶を用いて行った。
[Setting conditions]
The case where the single crystal is pulled by precisely controlling the crystal pulling speed V and the distance L of the GAP using the CZ method silicon single crystal pulling apparatus as shown in FIG. In contrast, the formation of defect-free crystals was examined. The experiment was performed using a crystal having a diameter of 200 mm.
結晶欠陥の分布は、一般的には結晶をエッチング液に浸した後にその表面を観察することによって調査することができるが、この実施例では、ボイド及び転位クラスタについては無撹拌Seccoエッチングをすることにより、OSFについては780℃で3時間及びそれに続く1000℃で16時間の酸化性熱処理をした後にライトエッチングをすることにより、欠陥の分布を調査した。 The distribution of crystal defects can generally be investigated by immersing the crystal in an etchant and then observing its surface, but in this example, the void and dislocation clusters are subjected to unstirred Secco etching. Thus, the OSF was subjected to oxidative heat treatment at 780 ° C. for 3 hours and then at 1000 ° C. for 16 hours, and then subjected to light etching to investigate the distribution of defects.
なお、GAPの距離Lは60mm付近で調整し、結晶引上げ速度Vは定常状態では0.4mm/min程度となるように調整した。また、磁場は、3000Gの水平磁場を印加した。 The GAP distance L was adjusted around 60 mm, and the crystal pulling speed V was adjusted to be about 0.4 mm / min in a steady state. The magnetic field applied was a 3000 G horizontal magnetic field.
[GAPの距離Lの計測]
GAPの距離Lは、上記の特願2000−083030号に係るメルトレベル検出装置によって計測し、その計測値をルツボ送り量にフィードバックし、GAPの距離Lを設定値±2.0mm/min以内となるように制御すると同時に、結晶引上げ速度Vが設定値±0.01mm/min以内となるように制御した。
[Measurement of GAP distance L]
The GAP distance L is measured by the melt level detection device according to the above Japanese Patent Application No. 2000-083030, the measured value is fed back to the crucible feed amount, and the GAP distance L is set within a set value ± 2.0 mm / min. At the same time, the crystal pulling speed V was controlled to be within a set value ± 0.01 mm / min.
[一般的なCZ法シリコン単結晶引上げ装置を使用したときのGAPの距離Lのばらつき]
まず、図1に示されるようなCZ法シリコン単結晶引上げ装置を用い、当該装置において従来からの手法によってGAPの距離Lが一定になるように制御して、複数回シリコン単結晶を引き上げてみた。図4は、そのようにしたときのGAPの距離Lの実測値を示したものである。
[Dispersion of GAP distance L when using a general CZ method silicon single crystal pulling device]
First, using a CZ method silicon single crystal pulling apparatus as shown in FIG. 1 and controlling the GAP distance L to be constant by a conventional method in the apparatus, the silicon single crystal was pulled multiple times. . FIG. 4 shows the measured value of the distance L of the GAP when doing so.
この図4に示されるように、従来からの手法によって制御した場合には、GAPの距離Lが一定になるように制御したつもりでも、実際にはかなりのばらつきが生じていることが判る。これは、既に述べたように、石英ルツボ内径のバラツキ、シリコン単結晶育成時の石英のへたりや変形、および熱遮蔽体が伸縮することに起因しているものと考えられる。 As shown in FIG. 4, it can be seen that when the control is performed by the conventional method, even if the GAP distance L is controlled to be constant, there is actually considerable variation. As described above, this is considered to be caused by the variation in the inner diameter of the quartz crucible, the sag and deformation of the quartz during the growth of the silicon single crystal, and the expansion and contraction of the heat shield.
[結晶引上げ速度Vの制御、GAPの距離Lの制御]
<結晶引上げ速度Vのみの制御(従来方法)>
まず、従来から行われている方法に従い、GAPの距離Lを一定に設定して、結晶引上げ速度Vを調整することによって無欠陥結晶の作製を試みた。
[Control of crystal pulling speed V, control of GAP distance L]
<Control of crystal pulling speed V only (conventional method)>
First, in accordance with a conventional method, an attempt was made to produce a defect-free crystal by setting the GAP distance L constant and adjusting the crystal pulling speed V.
すると、図5に示されるように、結晶引上げ速度Vは、その精密な調整によって、設定値から僅かにずれるだけで収まったものの、GAPの距離Lについては、上記の特願2000−083030号に係るメルトレベル検出装置によって計測したところ、その実測値(GAP実績値=GAPの距離L)は設定値から大きく外れることが判った。このズレは、結晶引上げの最後の段階では、4mm〜8mmにも達した。 Then, as shown in FIG. 5, the crystal pulling speed V was only slightly deviated from the set value due to its precise adjustment, but the GAP distance L is described in Japanese Patent Application No. 2000-083030. When measured by the melt level detection device, it was found that the actual measurement value (GAP actual value = GAP distance L) deviates greatly from the set value. This deviation reached 4 mm to 8 mm in the final stage of crystal pulling.
そして、グラフの下に示されている欠陥分布図に示されているように、GAP実績値がGAP設定値から外れるに従って無欠陥領域が消失し、転位クラスターが表出してきた。 Then, as shown in the defect distribution diagram shown below the graph, the defect-free region disappears and dislocation clusters appear as the GAP actual value deviates from the GAP set value.
この図5から、従来からの方法では、製品対象領域の全てについて無欠陥領域とすることができなかったのは、GAP実績値が実際にはGAP設定値からずれていたことが原因であろうことが理由であろうと推測することができる。 From FIG. 5, the reason why the conventional method could not make all the product target areas non-defective areas is that the actual GAP values deviated from the GAP set values. It can be inferred that this is the reason.
<GAPの距離Lのみの精密制御(対照実験)>
今度は、GAPの距離Lを、上記の特願2000−083030号に係るメルトレベル検出装置からの実測値に基づいて精密にフィードバック制御し、その一方で、結晶引上げ速度Vについては、設定値から故意にずらしてみた。
<Precise control of GAP distance L only (control experiment)>
This time, the GAP distance L is precisely feedback controlled based on the actual measurement value from the melt level detection device according to the above Japanese Patent Application No. 2000-083030, while the crystal pulling speed V is determined from the set value. I deliberately shifted it.
すると、図6に示されるように、結晶引上げ速度VがV設定値から大きく外れた箇所では無欠陥領域が消失し、転位クラスターやOSFリングが表出してきた。 Then, as shown in FIG. 6, the defect-free region disappears at a position where the crystal pulling speed V deviates significantly from the V setting value, and dislocation clusters and OSF rings have appeared.
このことから、GAPの距離Lについて、その実測値に基づいて精密に制御してシリコン単結晶の引き上げを行った場合でも、結晶引上げ速度Vが設定値から大きく外れた箇所では無欠陥領域が消失するということが判るが、それと同時に、それにはある程度の許容幅があり、その許容幅を超えない範囲で結晶引上げ速度Vが変化した場合には、無欠陥領域が形成されるということがわかる。 Therefore, even when the silicon single crystal is pulled up by precisely controlling the GAP distance L based on the actually measured value, the defect-free region disappears at the place where the crystal pulling speed V deviates greatly from the set value. At the same time, it can be seen that there is a certain tolerance, and when the crystal pulling speed V changes within a range not exceeding the tolerance, a defect-free region is formed.
<結晶引上げ速度Vのみの精密制御(対照実験)>
次に、結晶引上げ速度Vについて精密に制御する一方で、GAPの距離Lについては、設定値から故意にずらしてみた。
<Precise control of crystal pulling speed V only (control experiment)>
Next, while precisely controlling the crystal pulling speed V, the GAP distance L was intentionally shifted from the set value.
すると、図7に示されるように、GAPの距離LがGAP設定値から大きく外れた箇所では無欠陥領域が消失し、転位クラスターやOSFリングが表出してきた。 Then, as shown in FIG. 7, the defect-free region disappears at a location where the distance L of the GAP greatly deviates from the GAP set value, and dislocation clusters and OSF rings have appeared.
このことから、GAPの距離Lについても、結晶引上げ速度Vを精密に制御した場合に対する許容幅が存在し、その許容幅を超えない範囲でGAPの距離Lが変化した場合には、無欠陥領域が形成されるということがわかる。 Therefore, there is an allowable width for the GAP distance L when the crystal pulling speed V is precisely controlled, and when the GAP distance L changes within a range not exceeding the allowable width, the defect-free region is obtained. It can be seen that is formed.
<GAPの距離L及び結晶引上げ速度Vの精密制御(本発明)>
最後に、GAPの距離Lを、上記の特願2000−083030号に係るメルトレベル検出装置からの実測値に基づいて精密にフィードバック制御すると共に、結晶引上げ速度Vについても精密に制御した。
<Precise control of GAP distance L and crystal pulling speed V (present invention)>
Finally, the GAP distance L was precisely feedback controlled based on the actual measurement value from the melt level detection apparatus according to the above Japanese Patent Application No. 2000-083030, and the crystal pulling speed V was also precisely controlled.
その結果、図8に示されるように、製造されたシリコンインゴットの広い領域にわたって無欠陥結晶領域が形成された。このシリコンインゴットは、その製品対象領域の殆どが無欠陥結晶領域であり、無欠陥結晶シリコンウエハの取得率が格段に良い。 As a result, as shown in FIG. 8, a defect-free crystal region was formed over a wide region of the manufactured silicon ingot. In this silicon ingot, most of the product target region is a defect-free crystal region, and the acquisition rate of the defect-free crystal silicon wafer is remarkably good.
[許容幅]
ここで、上記の実験において示唆されている「許容幅」について精密に計測をしたところ、図9に示されるような結果が得られた。
[Allowable width]
Here, when the “allowable width” suggested in the above-mentioned experiment was measured precisely, the result shown in FIG. 9 was obtained.
この図9に示されるように、GAPの距離Lが±2mmの範囲内にある場合には、結晶引上げ速度Vは±0.01mm/minの許容幅がある。但し、同じこの図9に示されるように、GAPの距離Lが3mmずれてしまった場合には、結晶引上げ速度Vの許容幅は、±0.005mm/minと半分にまで狭まってしまう。 As shown in FIG. 9, when the GAP distance L is within a range of ± 2 mm, the crystal pulling speed V has an allowable width of ± 0.01 mm / min. However, as shown in FIG. 9, when the GAP distance L is shifted by 3 mm, the allowable width of the crystal pulling speed V is narrowed to a half of ± 0.005 mm / min.
このように、GAPの距離Lをきちんと制御すればするほど、結晶引上げ速度Vの許容幅が大きくなる。更に加えて言えば、本発明を実施するためには磁場をかけなくてもよいが、磁場をかけたほうが速度Vの許容幅は大きくなる(因みに、磁場をかけたときには、磁場をかけない場合よりも、最適なGAPの距離Lは狭くなる)。 As described above, as the GAP distance L is properly controlled, the allowable range of the crystal pulling speed V is increased. In addition, in order to carry out the present invention, it is not necessary to apply a magnetic field, but the permissible width of the velocity V increases when a magnetic field is applied (in the case where a magnetic field is not applied when a magnetic field is applied). Rather, the optimum LAP distance L becomes narrower).
2 レーザー光
8 距離計測ユニット
11 単結晶
13 シリコン融液
13a 融液液面
17 チャンバー
18 入射窓
20 石英製プリズム
21 ルツボ
22 ヒーター
22a サイドヒーター
22b ボトムヒーター
23 熱遮蔽体
23a 熱遮蔽体底面
25 熱遮蔽体23の下端部の上面
26 熱遮蔽体23の下端部の厚み
27 ソレノイド
28 スキャンミラー
31 計測スポット
L 熱遮蔽体底面23aから融液液面13aまでの距離
2
Claims (7)
前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離であるGAPの変化量を追跡し、当該変化量を最小限に押さえ込むことによって、シリコン単結晶から切出されるシリコンウエハの面内における結晶欠陥分布の再現性を高める方法。 A single crystal pulling apparatus that pulls up a silicon single crystal from a silicon melt, and when pulling up the silicon single crystal with a single crystal pulling apparatus that includes a heat shield surrounding the silicon single crystal.
By tracking the amount of change in GAP, which is the distance from the bottom surface of the heat shield to the melt surface, and suppressing the amount of change to the minimum, the distribution of crystal defects in the plane of the silicon wafer cut out from the silicon single crystal To improve the reproducibility of images.
少なくとも、前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離であるGAPの変化量を実測して追跡し、当該距離の変化量を最小限に押さえ込みながらシリコン単結晶の引き上げを行うことによって無欠陥結晶領域を多く含むシリコンインゴットを製造することを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。 A silicon single crystal pulling apparatus for pulling up a silicon single crystal from a silicon melt, wherein the silicon single crystal pulling apparatus includes a heat shield surrounding the silicon single crystal.
By measuring and tracking at least the amount of change in GAP, which is the distance from the bottom surface of the heat shield to the melt surface, and pulling up the silicon single crystal while minimizing the amount of change in the distance, there is no defect. A silicon single crystal pulling apparatus characterized by manufacturing a silicon ingot containing a large amount of crystal regions.
前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離であるGAPの変化量を追跡し、当該変化量を最小限に押さえ込みながらシリコン単結晶の引き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。 A method for producing a silicon single crystal that pulls up a silicon single crystal from a silicon melt using a single crystal pulling apparatus including a heat shield surrounding the silicon single crystal to be pulled up,
A method for producing a silicon single crystal, wherein the amount of change in GAP, which is the distance from the bottom surface of the heat shield to the melt surface, is tracked and the silicon single crystal is pulled up while minimizing the amount of change. .
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