JP2018002496A - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018002496A JP2018002496A JP2016127283A JP2016127283A JP2018002496A JP 2018002496 A JP2018002496 A JP 2018002496A JP 2016127283 A JP2016127283 A JP 2016127283A JP 2016127283 A JP2016127283 A JP 2016127283A JP 2018002496 A JP2018002496 A JP 2018002496A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- oxygen concentration
- magnetic field
- crystal
- limit value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 177
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 70
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 70
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 73
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 73
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
- C30B15/305—Stirring of the melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
【課題】シリコン単結晶の製造コストを最小限に抑制しつつウェーハ面内の酸素濃度を外周部に至るまで均一にできるシリコン単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】ＣＺ法により引き上げる際の単結晶Ｃの直径Ｄと、融液Ｍに印加する水平磁場強度Ｇと、引き上げる際の単結晶Ｃの結晶回転Ｖと、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δと、の相関関係を、所定の製造条件について予め求め、前記ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、前記水平磁場強度の限界値と、前記引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値と、前記相関関係とから、引き上げる際の単結晶の最小の直径を求め、当該求められた最小の直径を目標直径としてシリコン単結晶を前記所定の製造条件の下で製造する。【選択図】 図１
Description
本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関するものである。
水平磁場印加チョクラルスキー法（ＨＭＣＺ法）において、坩堝内の融液の表面部では対流が起こり易くし、坩堝の底部では対流を抑制することにより、結晶成長軸方向の酸素濃度分布を均一にすることが提案されている（特許文献１）。
ところで、ウェーハの外周端部から１０ｍｍ程度以内の範囲（以下、外周部ともいう）における酸素濃度は、その他の中央部分に比べて低い。こうした外周部はデバイスプロセスにおける不良を発生させる要因となり得ることから、デバイスの歩留まりを高くするために、外周部に至るまで酸素濃度の均一化が求められている。
本発明が解決しようとする課題は、シリコン単結晶の製造コストを最小限に抑制しつつウェーハ面内の酸素濃度を外周部に至るまで均一にできるシリコン単結晶の製造方法を提供することである。
第１の観点による発明は、引き上げられる単結晶の直径、水平磁場強度及び単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性との相関関係を、所定の製造条件について予め求めておき、許容されるウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性、水平磁場強度の限界値及び単結晶の結晶回転の限界値と、前記相関関係とから、引き上げるべき単結晶の直径を求め、当該求められた直径の単結晶を前記所定の製造条件の下で製造することによって、上記課題を解決する。
第２の観点による発明は、引き上げられる単結晶の直径と、水平磁場強度と、単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性との相関関係を、所定の製造条件について予め求めておき、許容されるウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性と、引き上げられる単結晶の直径の限界値と、単結晶の結晶回転の限界値と、前記相関関係とから、印加すべき水平磁場強度を求め、当該求められた水平磁場強度と前記所定の製造条件の下で単結晶を製造することによって、上記課題を解決する。
第３の観点による発明は、引き上げられる単結晶の直径と、水平磁場強度と、単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性との相関関係を、所定の製造条件について予め求めておき、許容されるウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性と、引き上げられる単結晶の限界値と、水平磁場強度の限界値と、前記相関関係とから、単結晶の結晶回転を求め、当該求められた結晶回転と前記所定の製造条件の下で単結晶を製造することによって、上記課題を解決する。
特に限定はされないが、上記第１乃至第３の観点による発明において、前記相関関係は、引き上げられる単結晶の直径をＤ（ｍｍ）、水平磁場強度をＧ（ガウス）、単結晶の結晶回転をＶ（ｒｐｍ）、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性をδ（１０１７atoms/cm3）、ａ，ｂ，ｃ，ｄを定数としたときに、δ＝ａＤ＋ｂＧ＋ｃＶ＋ｄなる式により定義し、予め前記定数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求めておくことが望ましい。
第１の観点による発明によれば、水平磁場強度と、単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性に、引き上げる単結晶の直径を加えた相関関係を予め求めておき、単結晶を製造する際においては、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、水平磁場強度の限界値と、単結晶の結晶回転の限界値と、相関関係とから、引き上げる単結晶の最小の直径を求める。これにより、引き上げられる単結晶の直径が最小となるので、シリコン単結晶の生産コストを最小限に抑制することができる。また、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性が限界値を維持するので、ウェーハ面内の酸素濃度を均一にすることができる。
第２の観点による発明によれば、水平磁場強度と、単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性に、引き上げられる単結晶の直径を加えた相関関係を予め求めておき、単結晶を製造する際においては、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、引き上げられる単結晶の直径の限界値と、単結晶の結晶回転の限界値と、相関関係とから、印加すべき水平磁場強度を求める。これにより、引き上げられる単結晶の直径が最小となるので、シリコン単結晶の生産コストを最小限に抑制することができる。また、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性が限界値を維持するので、ウェーハ面内の酸素濃度を均一にすることができる。
第３の観点による発明によれば、水平磁場強度と、単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性に、引き上げられる単結晶の直径を加えた相関関係を予め求めておき、単結晶を製造する際においては、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、引き上げられる単結晶の直径の限界値と、水平磁場強度の限界値と、相関関係とから、単結晶の結晶回転を求める。これにより、引き上げられる単結晶の直径が最小となるので、シリコン単結晶の生産コストを最小限に抑制することができる。また、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性が限界値を維持するので、ウェーハ面内の酸素濃度を均一にすることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態であるシリコン単結晶の製造方法が適用される製造装置の一例を示す断面図である。本実施形態の製造方法が適用されるシリコン単結晶の製造装置１（以下、単に製造装置１ともいう）は、円筒状の第１チャンバ１１と、同じく円筒状の第２チャンバ１２とを備え、これらは気密に接続されている。
第１チャンバ１１の内部には、シリコン融液Ｍを収容する石英製の坩堝２１と、この石英製の坩堝２１を保護する黒鉛製の坩堝２２とが、支持軸２３で支持されるとともに、駆動機構２４によって回転及び昇降が可能とされている。また、石英製の坩堝２１と黒鉛製の坩堝２２とを取り囲むように、環状のヒータ２５と、同じく環状の、断熱材からなる保温筒２６が配置されている。坩堝２１の下方にヒータを追加してもよい。
第１チャンバ１１の内部であって、石英製の坩堝２１の上部には、円筒状の熱遮蔽部材２７が設けられている。熱遮蔽部材２７は、モリブデン、タングステンなどの対価金属又はカーボンからなり、シリコン融液Ｍからシリコン単結晶Ｃへの放射を遮断するとともに、第１チャンバ１１内を流れるガスを整流する。熱遮蔽部材２７は、保温筒２６にブラケット２８を用いて固定されている。この熱遮蔽部材２７の下端に、シリコン融液Ｍの全面と対向するように遮熱部を設け、シリコン融液Ｍの表面からの輻射をカットするとともにシリコン融液Ｍの表面を保温するようにしてもよい。
第１チャンバ１１の上部に接続された第２チャンバ１２は、育成したシリコン単結晶Ｃを収容し、これを取り出すためのチャンバである。第２チャンバ１２の上部には、シリコン単結晶をワイヤ３１で回転させながら引上げる引上げ機構３２が設けられている。引上げ機構３２から垂下されたワイヤ３１の下端のチャックには種結晶Ｓが装着される。第１チャンバ１１の上部に設けられたガス導入口１３から、アルゴンガス等の不活性ガスが導入される。この不活性ガスは、引上げ中のシリコン単結晶Ｃと熱遮蔽部材２７との間を通過した後、熱遮蔽部材２７の下端とシリコン融液Ｍの融液面との間を通過し、さらに石英製の坩堝２１の上端へ立ち上がった後、ガス流出口１４から排出される。
第１チャンバ１１（非磁気シールド材からなる）の外側には、第１チャンバ１１を取り囲むように、石英製の坩堝２１内の融液Ｍに磁場を与える磁場発生装置４１が配置されている。磁場発生装置４１は、石英製の坩堝２１に向けて、水平磁場を生じさせるものであり、電磁コイルで構成されている。磁場発生装置４１は、坩堝２１内の融液Ｍに生じた熱対流を制御することで、結晶成長を安定させ、結晶成長方向における不純物分布のミクロなバラツキを抑制する。特に大口径のシリコン単結晶を製造する場合にはその効果が大きい。なお、以下に示す磁場強度は、坩堝２１内の融液Ｍの液面の中心位置で測定した値である。
本実施形態の製造装置１を用いて、ＣＺ法によりシリコン単結晶を育成するには、まず、石英製の坩堝２１内に、多結晶シリコンや必要に応じてドーパントからなるシリコン原料を充填し、ヒータ２５をＯＮして坩堝２１内でシリコン原料を融解し、シリコン融液Ｍとする。続いて、磁場発生装置４１をＯＮして坩堝２１への水平磁場の印加を開始しつつ、シリコン融液Ｍの温度を引き上げ開始温度となるように調温する。シリコン融液Ｍの温度と磁場強度が安定したら、ガス導入口１３から不活性ガスを導入しガス排出口１４から排出しながら、駆動機構２４によって坩堝２１を所定速度で回転させ、ワイヤ３１に装着された種結晶Ｓをシリコン融液Ｍに浸漬する。そして、ワイヤ３１も所定速度で回転させながら静かに引上げて種絞りを形成した後、所望の直径まで拡径し、略円柱形状の直胴部を有するシリコン単結晶Ｃを成長させる。
シリコン単結晶Ｃの引き上げにともない坩堝２１の液面が下がり、磁場発生装置４１から坩堝２１へ水平磁場を印加を含めてホットゾーンの条件が変動する。この液面の変動を抑制するため、シリコン単結晶Ｃの引き上げ中における融液Ｍの液面の鉛直方向の高さは、駆動機構２４によって一定となるように制御される。この駆動機構２４の制御は、例えば、坩堝２１の位置、ＣＣＤカメラなどで測定したシリコン融液Ｍの液面の位置、シリコン単結晶Ｃの引上げ長さ、第１チャンバ１１内の温度、シリコン融液Ｍの表面温度、不活性ガス流量等の情報に応じて実行され、これにより坩堝２１の上下方向の位置が駆動機構２４によって移動する。
さて、例えば３００ｍｍウェーハを製造する場合、シリコン単結晶Ｃの引上げ直径は、ばらつきを考慮して３００ｍｍより僅かに大きい所定値に設定される。図４は、そのようにして製造されたシリコン単結晶Ｃのウェーハ状態における酸素濃度の分布特性の一例を示すグラフである。横軸は、ウェーハ中心を０とする直径方向の位置を示し、縦軸は酸素濃度（１０１７atoms/cm3）を示す。なお、本明細書にいう酸素濃度は、全てＡＳＴＭ Ｆ−１２１（１９７９）に規格されたＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光光度法）による測定値である。また本明細書にいうウェーハ外周部とは、ウェーハの外周端部から１０ｍｍ内側までの領域である。以下の例では、ウェーハ外周部の酸素濃度の落込みとして、外周端部から５ｍｍの事例を図２、３、５に示したが、これはウェーハ外周部の代表例として示したものであり、５ｍｍの位置に限定するものではない。この例によると、ウェーハの外周部における酸素濃度は、他の部位に比べて０．５×１０１７atoms/cm3程度低くなっている。ウェーハの大径化にともなって水平磁場を印加し、坩堝２１内の融液Ｍに生じた熱対流を制御することで引上げ直径の制御性を改善すると、熱対流による融液酸素の撹拌が行われ難く、酸素が蒸発した表層の融液が結晶外周部に取り込まれ、結晶外周部の酸素濃度が低下し易くなるからである。
したがって、磁場発生装置４１による水平磁場強度を下げれば、ウェーハの外周部における酸素濃度の低下は抑制できる。しかしながら、磁場発生装置４１による水平磁場強度を下げると、坩堝２１内の融液Ｍに生じた熱対流の制御性が低下するので、引上げ速度の制御性が低下する。また、磁場発生装置４１による水平磁場強度を下げると、坩堝２１内の融液Ｍに生じた熱対流の制御性が低下するので、酸素濃度が上昇する。したがって、水平磁場強度を下げることにも、一定の限界値がある。
また、引き上げる際のシリコン単結晶Ｃの結晶回転（ワイヤ３１による単結晶の回転速度）を大きくすれば、ウェーハの外周部における酸素濃度の低下は抑制できる。しかしながら、引き上げる際のシリコン単結晶Ｃの結晶回転を大きくすると、シリコン単結晶Ｃにくねりが発生する。また、引き上げる際のシリコン単結晶Ｃの結晶回転を大きくすると、酸素濃度が上昇する。したがって、引き上げる際のシリコン単結晶Ｃの結晶回転を大きくすることにも、一定の限界値がある。
なお、引き上げるシリコン単結晶の直径は、引上げ速度などの制御ばらつきに起因する直径のばらつきを考慮した最小値が設定されているが、この直径を大きくすれば、廃棄される量が多くなって製造歩留まりが低下する。また、製造装置１の坩堝２１などの大きさの制約もある。したがって、引き上げる際のシリコン単結晶Ｃの直径を大きくすることにも、一定の限界値がある。
そこで、本発明者らは、水平磁場強度、シリコン単結晶Ｃの結晶回転及び直径のそれぞれが、結晶外周部の酸素濃度の分布特性に対してどのように影響しているか、その相関関係を検証した。
図２は、図１に示す所定の製造装置１を用いてシリコン単結晶Ｃを所定条件にて製造した場合における、水平磁場強度と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性との関係の一例を示すグラフである。横軸は、磁場発生装置４１による水平磁場強度（ガウス，Ｇ，右側が大、左側が小を示す。）を示し、縦軸は、ウェーハの外周端から中心に向かって５ｍｍの位置（以下、Ｉｎ５ともいう）と、同じくウェーハの外周端から中心に向かって１００ｍｍの位置（以下、Ｉｎ１０ともいう）のそれぞれにおける酸素濃度の差（Ｏｉ［Ｉｎ１０］−Ｏｉ［Ｉｎ５］，１０１７atoms/cm3）を示す。上述したとおり、水平磁場強度を下げれば酸素濃度の差はゼロに近づくことが解る。
図３は、図１に示す製造装置１を用いてシリコン単結晶Ｃを所定条件にて製造した場合における、単結晶の結晶回転（単結晶Ｃ自体の回転速度をいう）と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性との関係の一例をグラフである。横軸は、単結晶の結晶回転（ｒｐｍ，右側が大、左側が小を示す。）を示し、縦軸は、図２と同じく酸素濃度の差（Ｏｉ［Ｉｎ１０］−Ｏｉ［Ｉｎ５］，１０１７atoms/cm3）を示す。上述したとおり、結晶回転を大きくすれば酸素濃度の差はゼロに近づくことが解る。
図４は、上述したとおり３００ｍｍウェーハを製造した場合の、シリコン単結晶Ｃのウェーハ状態における酸素濃度の分布特性の一例を示すグラフである。図５は、図４に示す結果を用い、引上げ直径の外周部の酸素濃度の分布特性（酸素挙動）は、直径によらず変化はないと仮定した上で、増径した時の酸素濃度を推測したグラフである。横軸は引き上げる際に設定される単結晶の直径（ｍｍ，右側が大、左側が小を示す。）を示し、縦軸は、図２及び図３と同じく酸素濃度の差（Ｏｉ［Ｉｎ１０］−Ｏｉ［Ｉｎ５］，１０１７atoms/cm3）を示す。上述したとおり、引き上げる際の単結晶の直径を大きく設定すれば酸素濃度の差はゼロに近づくことが解る。
これら図２〜図５の結果から、結晶外周部の酸素濃度の分布特性（Ｏｉ［Ｉｎ１０］−Ｏｉ［Ｉｎ５］，１０１７atoms/cm3）は、水平磁場強度、シリコン単結晶Ｃの回転速度及び直径のそれぞれと相関関係があることが解ったので、本発明者らは、引き上げる際の単結晶の直径をＤ（ｍｍ）、水平磁場強度をＧ（ガウス）、引き上げる際の単結晶の結晶回転をＶ（ｒｐｍ）、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性をδ（１０１７atoms/cm3）、ａ，ｂ，ｃ，ｄを定数としたときに、
［数１］
δ＝ａＤ＋ｂＧ＋ｃＶ＋ｄ…（式１）
なる式により相関関係を定義した。定数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、水平磁場強度、シリコン単結晶の回転速度及び直径のそれぞれに対する重みに相当する。
［数１］
δ＝ａＤ＋ｂＧ＋ｃＶ＋ｄ…（式１）
なる式により相関関係を定義した。定数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、水平磁場強度、シリコン単結晶の回転速度及び直径のそれぞれに対する重みに相当する。
そして、製造装置１毎の所定の製造条件の下で予め定数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求めておき、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値（許容値でもよい）と、水平磁場強度の限界値と、引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値とを上記式１に代入し、これにより求められるシリコン単結晶の直径Ｄ（＝（δ−ｂＧ−ｃＶ−ｄ）／ａ）を、引上げるシリコン単結晶の直径に設定する。
ここで、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値（許容値）とは、製品としてのウェーハに許容される外周部の酸素濃度の分布値（落ち込み値）の最大値であり、デバイスなどに応じて設定される製品出荷基準などである。例えばＯｉ［Ｉｎ１０］−Ｏｉ［Ｉｎ５］＝０．５×１０１７atoms/cm3である。また、水平磁場強度の限界値とは、上述したとおり引上げ速度の制御性や酸素濃度の増加を考慮した下限値であり、経験値やシミュレーションに基づいて製造装置１毎の製造条件毎に定められる。例えば２０００Ｇ，３０００Ｇ又は４０００Ｇである。また、引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値とは、くねりや酸素濃度の増加を考慮した上限値であり、経験値やシミュレーションに基づいて製造装置１毎の製造条件毎に定められる。例えば８ｒｐｍ，９ｒｐｍ，１０ｒｐｍ，１２ｒｐｍ又は１５ｒｐｍである。
図２〜図５に示す実例を回帰分析することにより、式１の定数ａ，ｂ，ｃ，ｄの一例を求めたところ、下記のとおりであった。
［数２］
δ＝−０．０１６６Ｄ＋０．０００５Ｇ−０．４８３６Ｖ＋８．１９８４…（式２）
［数２］
δ＝−０．０１６６Ｄ＋０．０００５Ｇ−０．４８３６Ｖ＋８．１９８４…（式２）
上記式２において、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値（許容値）を０．１×１０１７atoms/cm3、水平磁場強度の限界値を２５００Ｇ、引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値を８ｒｐｍとして上記式２に代入すると、これにより求められるシリコン単結晶の直径Ｄは、３３０ｍｍとなる。この直径Ｄを設定値としてシリコン単結晶を製造すれば、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δが０．５×１０１７atoms/cm3以下であることを満足し、引上げ速度の制御性が良好で、酸素濃度の増加やくねりも抑制され、さらに規定直径のウェーハに加工する際に廃棄される外周部の量が最小となるインゴットを得ることができる。
上述した例においては、式２にウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値、水平磁場強度の限界値、及び引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値を代入し、これによりシリコン単結晶の直径Ｄを求めたが、これに代えて、式２にウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値、シリコン単結晶の直径の限界値、及び引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値を代入し、これにより水平磁場強度を求め、求められた水平磁場強度を設定してシリコン単結晶を製造してもよい。またこれに代えて、式２にウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値、シリコン単結晶の直径の限界値、及び水平磁場強度の限界値を代入し、これにより引き上げる際の単結晶の結晶回転を求め、求められた結晶回転を設定してシリコン単結晶を製造してもよい。
１…シリコン単結晶の製造装置
１１…第１チャンバ
１２…第２チャンバ
１３…ガス導入口
１４…ガス排出口
２１…石英製の坩堝
２２…黒鉛製の坩堝
２３…支持軸
２４…駆動機構
２５…ヒータ
２６…保温筒
２７…熱遮蔽部材
２８…ブラケット
３１…ワイヤ
３２…引上げ機構
４１…磁場発生装置
Ｍ…シリコン融液
Ｃ…シリコン単結晶
Ｓ…種結晶
１１…第１チャンバ
１２…第２チャンバ
１３…ガス導入口
１４…ガス排出口
２１…石英製の坩堝
２２…黒鉛製の坩堝
２３…支持軸
２４…駆動機構
２５…ヒータ
２６…保温筒
２７…熱遮蔽部材
２８…ブラケット
３１…ワイヤ
３２…引上げ機構
４１…磁場発生装置
Ｍ…シリコン融液
Ｃ…シリコン単結晶
Ｓ…種結晶
Claims (4)
- ＣＺ法により引き上げる際の単結晶の直径と、融液に印加する水平磁場強度と、引き上げる際の単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性と、の相関関係を、所定の製造条件について予め求め、
前記ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、前記水平磁場強度の限界値と、前記引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値と、前記相関関係とから、引き上げる際の単結晶の最小の直径を求め、
当該求められた最小の直径を目標直径としてシリコン単結晶を前記所定の製造条件の下で製造するシリコン単結晶の製造方法。 - ＣＺ法により引き上げる際の単結晶の直径と、融液に印加する水平磁場強度と、引き上げる際の単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性と、の相関関係を、所定の製造条件について予め求め、
前記ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、前記引き上げる際の単結晶の直径の限界値と、前記引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値と、前記相関関係とから、印加する水平磁場強度を求め、
当該求められた水平磁場強度と前記所定の製造条件の下で単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法。 - ＣＺ法により引き上げる際の単結晶の直径と、融液に印加する水平磁場強度と、引き上げる際の単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性と、の相関関係を、所定の製造条件について予め求め、
前記ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、前記引き上げる際の単結晶の直径の限界値と、前記水平磁場強度の限界値と、前記相関関係とから、前記引き上げる際の単結晶の結晶回転を求め、
当該求められた結晶回転と前記所定の製造条件の下で単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法。 - 前記引き上げる際の単結晶の直径をＤ（ｍｍ）、水平磁場強度をＧ（ガウス）、前記引き上げる際の単結晶の結晶回転をＶ（ｒｐｍ）、前記ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性をδ（１０１７atoms/cm3）、ａ，ｂ，ｃ，ｄを定数としたときに、δ＝ａＤ＋ｂＧ＋ｃＶ＋ｄなる式により前記相関関係を定義し、前記所定の製造条件の下で予め前記定数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求めておく請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016127283A JP6680108B2 (ja) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | シリコン単結晶の製造方法 |
| TW106105220A TWI635199B (zh) | 2016-06-28 | 2017-02-17 | 單晶矽的製造方法 |
| CN201780040672.7A CN109415843A (zh) | 2016-06-28 | 2017-02-23 | 单晶硅的制造方法 |
| KR1020187030618A KR102157389B1 (ko) | 2016-06-28 | 2017-02-23 | 실리콘 단결정 제조 방법 |
| PCT/JP2017/006782 WO2018003167A1 (ja) | 2016-06-28 | 2017-02-23 | シリコン単結晶の製造方法 |
| DE112017003224.5T DE112017003224B4 (de) | 2016-06-28 | 2017-02-23 | Verfahren zur Herstellung von Silicium-Einkristall |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016127283A JP6680108B2 (ja) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | シリコン単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018002496A true JP2018002496A (ja) | 2018-01-11 |
| JP6680108B2 JP6680108B2 (ja) | 2020-04-15 |
Family
ID=60786799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016127283A Active JP6680108B2 (ja) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | シリコン単結晶の製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6680108B2 (ja) |
| KR (1) | KR102157389B1 (ja) |
| CN (1) | CN109415843A (ja) |
| DE (1) | DE112017003224B4 (ja) |
| TW (1) | TWI635199B (ja) |
| WO (1) | WO2018003167A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7249913B2 (ja) * | 2019-08-28 | 2023-03-31 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | シリコン単結晶の製造方法 |
| CN112831836A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-25 | 上海新昇半导体科技有限公司 | 拉晶方法和拉晶装置 |
| CN115404541B (zh) * | 2022-10-18 | 2023-08-25 | 四川晶科能源有限公司 | 一种拉晶方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0244799B2 (ja) | 1981-10-26 | 1990-10-05 | Sony Corp | Ketsushoseichohoho |
| US5178720A (en) * | 1991-08-14 | 1993-01-12 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method for controlling oxygen content of silicon crystals using a combination of cusp magnetic field and crystal and crucible rotation rates |
| JPH06172080A (ja) * | 1992-12-02 | 1994-06-21 | Kawasaki Steel Corp | 単結晶の引上方法 |
| JP3520883B2 (ja) | 1995-12-29 | 2004-04-19 | 信越半導体株式会社 | 単結晶の製造方法 |
| JPH09235192A (ja) * | 1996-03-01 | 1997-09-09 | Mitsubishi Materials Shilicon Corp | 低酸素濃度単結晶インゴット及び単結晶引上方法 |
| JP3601340B2 (ja) * | 1999-02-01 | 2004-12-15 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャルシリコンウエーハおよびその製造方法並びにエピタキシャルシリコンウエーハ用基板 |
| JP4484540B2 (ja) * | 2004-02-19 | 2010-06-16 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | 単結晶半導体の製造方法 |
| CN1332072C (zh) * | 2005-01-20 | 2007-08-15 | 上海合晶硅材料有限公司 | 直拉硅单晶中低氧控制方法 |
| KR100840751B1 (ko) * | 2005-07-26 | 2008-06-24 | 주식회사 실트론 | 고품질 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법, 성장 장치 및그로부터 제조된 잉곳 , 웨이퍼 |
| KR100746374B1 (ko) | 2005-12-20 | 2007-08-03 | 주식회사 실트론 | 결정 성장 조건의 예측방법 및 이를 이용한 단결정 잉곳성장방법 |
| JP5056603B2 (ja) * | 2008-06-11 | 2012-10-24 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶の引上げ方法及び該方法により引上げられたインゴットから得られたシリコン単結晶ウェーハ |
| JP2010100474A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Covalent Materials Corp | シリコン単結晶引上げ水平磁場の最適化方法およびシリコン単結晶の製造方法 |
| KR101472349B1 (ko) * | 2013-05-21 | 2014-12-12 | 주식회사 엘지실트론 | 반도체용 실리콘 단결정 잉곳 및 웨이퍼 |
| JP5921498B2 (ja) | 2013-07-12 | 2016-05-24 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | シリコン単結晶の製造方法 |
| CN105239154A (zh) * | 2015-09-10 | 2016-01-13 | 上海超硅半导体有限公司 | 提拉法单晶硅生长流场控制技术 |
| DE102015226399A1 (de) | 2015-12-22 | 2017-06-22 | Siltronic Ag | Siliciumscheibe mit homogener radialer Sauerstoffvariation |
-
2016
- 2016-06-28 JP JP2016127283A patent/JP6680108B2/ja active Active
-
2017
- 2017-02-17 TW TW106105220A patent/TWI635199B/zh active
- 2017-02-23 CN CN201780040672.7A patent/CN109415843A/zh active Pending
- 2017-02-23 DE DE112017003224.5T patent/DE112017003224B4/de active Active
- 2017-02-23 KR KR1020187030618A patent/KR102157389B1/ko active IP Right Grant
- 2017-02-23 WO PCT/JP2017/006782 patent/WO2018003167A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6680108B2 (ja) | 2020-04-15 |
| CN109415843A (zh) | 2019-03-01 |
| KR20180124975A (ko) | 2018-11-21 |
| TWI635199B (zh) | 2018-09-11 |
| DE112017003224T5 (de) | 2019-03-21 |
| WO2018003167A1 (ja) | 2018-01-04 |
| TW201800626A (zh) | 2018-01-01 |
| DE112017003224B4 (de) | 2021-09-30 |
| KR102157389B1 (ko) | 2020-09-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108779577B (zh) | 单晶硅的制造方法 | |
| KR101304444B1 (ko) | 자기장을 이용한 반도체 단결정 잉곳 제조 장치 및 방법 | |
| JP2017210387A (ja) | シリコン単結晶の製造方法及び装置 | |
| KR20100045399A (ko) | 실리콘 단결정의 제조 방법 | |
| JP5240191B2 (ja) | シリコン単結晶引上装置 | |
| WO2018003167A1 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| US11473211B2 (en) | Method of estimating oxygen concentration of silicon single crystal and method of manufacturing silicon single crystal | |
| JP6601057B2 (ja) | ｎ型シリコン単結晶インゴットの製造方法、および、ｎ型シリコンウェーハの製造方法 | |
| US10655242B2 (en) | Growing apparatus and single-crystal ingot growing method using the same | |
| JP6863506B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| JP2011093770A (ja) | 抵抗率計算プログラム及び単結晶の製造方法 | |
| KR101862157B1 (ko) | 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치 | |
| JP6981371B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| JP6237605B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| JP2018177593A (ja) | 単結晶の製造方法及び装置 | |
| JP6304125B2 (ja) | シリコン単結晶の軸方向の抵抗率制御方法 | |
| KR101540567B1 (ko) | 단결정 잉곳, 이를 제조하는 방법 및 장치 | |
| JP6958632B2 (ja) | シリコン単結晶及びその製造方法並びにシリコンウェーハ | |
| JP6658421B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| JP2020037499A (ja) | 熱遮蔽部材、単結晶引き上げ装置及び単結晶の製造方法 | |
| JP2018043904A (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| WO2022254885A1 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| JP6809400B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| JP6583196B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法及び製造装置 | |
| JP2008019128A (ja) | 単結晶製造装置、単結晶製造方法および単結晶 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180926 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191105 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191210 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200218 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200302 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6680108 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |