JP2019108239A - Method for manufacturing fz silicon raw material rod and method for manufacturing fz silicon single crystal - Google Patents

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Abstract

To provide a method for manufacturing an FZ silicon raw material rod, capable of reducing a processing loss due to the mechanical processing of a cone part when preparing an FZ silicon raw material rod using a silicon crystal rod manufactured by the CZ method to improve a yield.SOLUTION: The method for manufacturing an FZ silicon raw material rod when using a CZ silicon crystal rod as a silicon raw material rod in an FZ method comprises: presetting a target shape and allowable range of a cone part of the FZ silicon raw material rod; manufacturing the CZ silicon crystal rod on manufacturing conditions of forming the cone part into the target shape; determining whether or not the shape of the cone part of the CZ silicon crystal rod is in the allowable range; and obtaining the CZ silicon crystal rod as the FZ silicon raw material rod without machining the cone part for the allowable range and obtaining the CZ silicon crystal rod as the FZ silicon raw material rod by machining the cone part so as to be in the allowable range except for the allowable range.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、FZ法(フローティングゾーン法)のシリコン原料棒であるFZ用シリコン原料棒の製造方法に関し、更に詳しくはCZ法(チョクラルスキー法)で製造したシリコン結晶棒(以下、CZシリコン結晶棒ともいう)をFZ法のシリコン原料棒として用いるときのFZ用シリコン原料棒の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a silicon raw material rod for FZ, which is a silicon raw material rod for FZ method (floating zone method), and more specifically, a silicon crystal rod manufactured by CZ method (Czochralski method) (hereinafter referred to as CZ silicon crystal) The present invention relates to a method of manufacturing a silicon raw material rod for FZ when using as a silicon raw material rod of FZ method).

従来、高耐圧パワーデバイスやサイリスタ等のパワーデバイス製造用にはFZ法により製造されたシリコンウェーハが使用されてきた。また近年、半導体デバイスの性能向上とコストの低減のため、大口径のシリコンウェーハが求められ、これに伴って大口径シリコン単結晶の育成が要求されている。   Heretofore, silicon wafers manufactured by the FZ method have been used for the manufacture of power devices such as high withstand voltage power devices and thyristors. Further, in recent years, in order to improve the performance of semiconductor devices and to reduce the cost, a large diameter silicon wafer is required, and along with this, the growth of large diameter silicon single crystals is required.

上記のように、シリコン単結晶を製造する方法として、FZ法が知られている。一般的なFZ単結晶製造装置を用いて、シリコン単結晶を製造する方法について説明する。
まず、シリコン原料棒としてシリコン結晶棒をチャンバー内に設置された上軸の上部保持治具に保持する。一方、直径の小さい単結晶の種(種結晶)を、シリコン結晶棒の下方に位置する下軸の下部保持治具に保持する。
As described above, the FZ method is known as a method for producing a silicon single crystal. A method of producing a silicon single crystal using a general FZ single crystal production apparatus will be described.
First, a silicon crystal rod as a silicon raw material rod is held by the upper holding jig of the upper shaft installed in the chamber. On the other hand, the single-crystal seed (seed crystal) with a small diameter is held by the lower holding jig of the lower shaft located below the silicon crystal rod.

次に、誘導加熱コイルによりシリコン原料棒を溶融して、種結晶に融着させる。その後、種絞りにより絞り部を形成して無転位化する。そして、上軸と下軸を回転させながらシリコン原料棒とシリコン単結晶を下降させることで浮遊帯域(溶融帯あるいはメルトともいう)をシリコン原料棒とシリコン単結晶の間に形成し、当該浮遊帯域をシリコン原料棒の上端まで移動させてゾーニングし、シリコン単結晶を成長させる。この成長は、Arガスに微量の窒素ガスを混合した雰囲気中で行われる。
上記誘導加熱コイルとしては、銅または銀からなる単巻または複巻の冷却用の水を流通させた誘導加熱コイルが用いられている。
Next, the silicon material rod is melted by the induction heating coil and fused to the seed crystal. After that, a narrowed portion is formed by seed squeezing to eliminate dislocations. Then, a floating zone (also referred to as a melting zone or a melt) is formed between the silicon source rod and the silicon single crystal by lowering the silicon source rod and the silicon single crystal while rotating the upper axis and the lower axis. Is moved to the upper end of the silicon material rod for zoning to grow a silicon single crystal. This growth is performed in an atmosphere in which a slight amount of nitrogen gas is mixed with Ar gas.
As said induction heating coil, the induction heating coil which distribute | circulated the water for cooling of the single roll which consists of copper or silver, or multiple rolls is used.

通常、FZ単結晶シリコンの原料としては、棒状の多結晶シリコンを使用する。しかし、FZ法で原料として必要とされる多結晶シリコン(FZ用多結晶シリコン棒)は、高純度であり、クラックやワレが生じにくく、均一な粒界組織であり、製造するFZ単結晶シリコンに適した直径値で、扁平やクランクが少なく、表面状態の良い円柱状である事が必要とされる。このような条件を満たすFZ用多結晶シリコン棒の製造は、CZ法で使用される、ナゲット状のサイズが許容される多結晶シリコンの製造に比較して、歩留りや、生産性が非常に低い。   Usually, rod-like polycrystalline silicon is used as a raw material of FZ single crystal silicon. However, polycrystalline silicon (polycrystalline silicon rod for FZ) required as a raw material in the FZ method has high purity, is less likely to cause cracks and cracks, and has a uniform grain boundary structure, and is manufactured. It is necessary to have a cylindrical shape with a flat surface, a small number of flats and cranks, and a good surface condition. The production of polycrystalline silicon rods for FZ satisfying such conditions is very low in yield and productivity as compared to the production of polycrystalline silicon having nuggets of acceptable size, which are used in the CZ method. .

FZ法でのシリコン単結晶の製造はシリコン単結晶の上に浮遊帯域が存在している。つまりシリコン融液がシリコン単結晶の上に載った状態を維持しながら、原料の溶融と単結晶成長が同時に行われるので、シリコン原料棒の直径が変動していると、シリコン単結晶製造中にシリコン融液が溢れたり、固化が生じたり、単結晶が有転位化し易くなる。このようなことが発生すると、これ以上、シリコン単結晶の成長はできないので、操業を停止させることになる。そして次のバッチに移行する。この結果、生産性、歩留りを大きく低下させる。従って、安定な操業の為には直径の変動が少ないシリコン原料棒が適しており、所望の形状になるように機械加工がなされる。   In the production of silicon single crystal by the FZ method, a floating zone exists on the silicon single crystal. That is, since the melting of the raw material and the single crystal growth are simultaneously performed while maintaining the state in which the silicon melt is placed on the silicon single crystal, if the diameter of the silicon raw material rod fluctuates, during the silicon single crystal production The silicon melt overflows, solidification occurs, and the single crystal tends to have dislocations. If such a thing occurs, since the growth of a silicon single crystal can not be performed any more, it will stop operation. And move to the next batch. As a result, the productivity and the yield are greatly reduced. Therefore, for stable operation, a silicon raw material rod with less variation in diameter is suitable, and machining is performed to obtain a desired shape.

特に、FZ法での種付け、絞り、コーン部の製造工程では、直胴部分を形成するのに比べて、介在するシリコン融液量が少量であり、シリコン原料棒の先端は、例えば、予め円錐形状に機械加工されて使用している。
シリコン原料棒の機械加工は歩留り低下の要因になるが、円柱状のシリコン原料棒の端面が平らな面の場合、種付け、絞り、コーン部の製造をするのは、レシピの作成や制御が非常に困難であり、FZ法により所望のコーン形状に制御するのは不可能である。
FZシリコン単結晶のコーン部の製造工程では、コーン部の直径は拡大されると同時に、シリコン原料棒が溶融するにつれて、溶融部の直径も拡大していくので製造のレシピや制御が難しい。この時、シリコン原料棒の直径の変動が大きいと、FZシリコン単結晶のコーン部の製造の制御が不安定化し、シリコン融液が溢れたり、固化が生じたり、単結晶が有転位化する要因となる。
In particular, in the FZ method of seeding, squeezing, and cone manufacturing processes, the amount of silicon melt to be interposed is small compared to forming a straight barrel, and the tip of the silicon material rod is, for example, a cone in advance. It is machined into shape and used.
Machining of silicon raw material rod causes yield reduction, but when the end face of cylindrical silicon raw material rod is flat surface, it is very difficult to create and control the seeding, drawing and cone part production It is difficult to control the desired cone shape by the FZ method.
In the process of manufacturing the cone portion of FZ silicon single crystal, the diameter of the cone portion is expanded and, at the same time, the diameter of the melted portion is also expanded as the silicon material rod is melted, it is difficult to make a recipe or control of manufacture. At this time, if the fluctuation of the diameter of the silicon raw material rod is large, the control of the production of the cone portion of the FZ silicon single crystal becomes unstable, the silicon melt overflows, solidification occurs, and the single crystal has dislocations. It becomes.

ここで機械加工したシリコン原料棒の円錐形状はFZ法のコーン部の製造工程において有転位化しにくい形状を目標形状として加工されている。この形状は、使用するFZ単結晶製造装置や、シリコン原料棒の直径や、製造するFZシリコン単結晶の直径によっても異なるので、適切な形状を選べばよい。そして、その目標形状に機械加工することで、形状が揃うので、FZシリコン単結晶のコーン部の製造のレシピが適合し、制御も安定化することになり、単結晶の有転位化率が低減される。
逆に目標形状から外れたシリコン原料棒を使用すると、FZシリコン単結晶のコーン部の製造のレシピが不適合となり、制御が不安定化し、シリコン融液が溢れたり、固化が生じたり、FZシリコン単結晶が有転位化する要因となる。
The conical shape of the silicon raw material rod machined here is processed in a manufacturing process of a cone portion of the FZ method with a shape which is difficult to be dislocated as a target shape. This shape also varies depending on the FZ single crystal manufacturing apparatus used, the diameter of the silicon raw material rod, and the diameter of the FZ silicon single crystal to be manufactured, so an appropriate shape may be selected. And, by machining to the target shape, the shape is uniform, so the recipe of manufacturing the cone part of FZ silicon single crystal conforms and the control is stabilized, and the dislocation rate of single crystal is reduced. Be done.
Conversely, if the silicon raw material rod deviates from the target shape, the recipe for manufacturing the cone part of FZ silicon single crystal becomes incompatible, control becomes unstable, silicon melt overflows, solidification occurs, or FZ silicon single It causes the crystal to have dislocations.

近年、直径300mm向けを中心としたCZ法で使用される多結晶シリコン(CZ用多結晶シリコン)の需要が大幅に増加している。この事から、上記のように、形状、純度等の品質規格が厳しく、生産性も低い上に、コストも高いFZ用多結晶シリコン結晶棒の供給が需要に対して逼迫しており、また価格も非常に高くなっている。その結果、良質なFZ用多結晶シリコン棒の確保が難しくなり、FZシリコン単結晶を安定して製造する事が困難になってきている。   In recent years, the demand for polycrystalline silicon (polycrystalline silicon for CZ) used in the CZ method centering on a diameter of 300 mm has significantly increased. From this, as described above, the quality standards such as shape and purity are strict, productivity is low, and the supply of polycrystalline silicon crystal rods for FZ, which is expensive, is under pressure with demand, and the price is also Is also very high. As a result, it becomes difficult to secure a good quality polycrystalline silicon rod for FZ, and it has become difficult to stably manufacture an FZ silicon single crystal.

このため、FZ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、CZ法により製造されたシリコン結晶棒を、FZ法でのシリコン原料棒として使用する方法が提案されている。(例えば、特許文献1−3参照)。
CZ法のシリコン結晶棒をFZ法のシリコン原料棒として用いることにより、高純度で、クラックやワレが生じにくく、均一なシリコン原料棒を安定して製造することができる。更に、FZ法で製造したいシリコン単結晶の直径に適したシリコン原料棒を製造することができ、扁平やクランクが少なく、表面状態が良い、シリコン原料棒を安定して供給できる。
Therefore, there has been proposed a method of producing a silicon single crystal by the FZ method, in which a silicon crystal rod produced by the CZ method is used as a silicon material rod in the FZ method. (For example, refer to patent documents 1-3).
By using the silicon crystal rod of the CZ method as the silicon raw material rod of the FZ method, it is possible to stably manufacture a uniform silicon raw material rod with high purity, less generation of cracks and cracks, and the like. Furthermore, a silicon raw material rod suitable for the diameter of a silicon single crystal to be manufactured by the FZ method can be manufactured, and a silicon raw material rod with few flats or cranks and a good surface condition can be stably supplied.

特開2005−306653号公報JP 2005-306653 A 特開2013−139388号公報JP, 2013-139388, A 特開2015−117177号公報JP, 2015-117177, A

前記CZ法では絶え間ないコストダウンの要求から、製造歩留りを改善する方法が種々、進められてきた。その中で、CZ法のシリコン結晶棒にとって、コーン部の役割は、所望の結晶の直径まで拡径するために必要不可欠な部位であるが、一般的には直胴部以外は製品にならないので、コーン部は重量が軽く、製造時間が短い形状が好ましく、結晶の有転位化率も勘案しながら、概ねフラットな形状(コーン部高さが低い、または、コーン部長さが短い)が選択されてきた。   In the CZ method, various methods for improving the manufacturing yield have been advanced in view of the constant cost reduction demand. Among them, for the CZ silicon crystal rod, the role of the cone is an essential part to expand the diameter of the desired crystal, but generally it is not a product other than the straight body. The shape of the cone part is preferred because of its light weight and short production time, and a generally flat shape (low cone height or short cone length) is selected, taking into account the dislocation ratio of crystals. It has

そして、一方でFZ法に用いられるシリコン原料棒は前記の如く、種付け、絞り、コーン部の製造に適した、例えば、円錐形状を持ち、CZ法のシリコン結晶棒も目標形状に機械加工され、歩留りの低下を免れなかった。   And, on the other hand, the silicon raw material rod used in the FZ method is, as described above, suitable for seeding, drawing and forming a cone, for example, having a conical shape, and the silicon crystal rod of the CZ method is machined to the target shape, It was inevitable that the yield would decline.

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、CZ法で製造したシリコン結晶棒を用いてFZ用シリコン原料棒を用意する際に、コーン部の機械加工による加工ロスが低減され、歩留りを向上することができるFZ用シリコン原料棒の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and when preparing a silicon raw material rod for FZ using a silicon crystal rod manufactured by the CZ method, the processing loss due to machining of the cone portion is reduced and the yield is increased. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a silicon raw material rod for FZ which can be improved.

上記目的を達成するために、本発明は、CZ法で製造したシリコン結晶棒をFZ法のシリコン原料棒として用いるときのFZ用シリコン原料棒の製造方法であって、予め、前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状と該目標形状の許容範囲を設定しておき、前記CZシリコン結晶棒を製造するとき、コーン部が前記目標形状になる製造条件で製造し、該製造したCZシリコン結晶棒のコーン部の形状が前記許容範囲に入っているかどうかを判定し、該判定において、前記許容範囲に入っている場合は、前記CZシリコン結晶棒のコーン部の機械加工を行わずに前記FZ用シリコン原料棒とし、前記許容範囲に入っていない場合は、前記許容範囲に入るように前記CZシリコン結晶棒のコーン部の機械加工を行って前記FZ用シリコン原料棒とすることを特徴とするFZ用シリコン原料棒の製造方法を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention is a method for producing a silicon raw material rod for FZ when using a silicon crystal rod produced by the CZ method as a silicon raw material rod for FZ method, A target shape of a cone portion of a rod and an allowable range of the target shape are set, and when the CZ silicon crystal rod is manufactured, the CZ silicon crystal manufactured under the manufacturing conditions in which the cone portion becomes the target shape It is determined whether or not the shape of the cone portion of the rod is within the allowable range, and in the determination, if the shape is within the allowable range, the FZ without machining the cone portion of the CZ silicon crystal rod The silicon raw material rod for the FZ is processed by machining the cone portion of the CZ silicon crystal rod so as to fall within the allowable range if it is not within the allowable range. To provide a method of manufacturing a FZ silicon feed rod, characterized in that the rod.

このようにすれば、まず、CZシリコン結晶棒のコーン部を、予め設定したFZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状に極めて近い形状でCZ法により製造することができる。そして、設定した所定の許容範囲に入れば、機械加工を行うことなくそのまま使用できるし、許容範囲に入らない場合のみ、許容範囲に入るように機械加工するので、機械加工は最小限で済ますことができる。そのため、CZシリコン結晶棒のコーン部を概ねフラットな形状で製造していた従来法よりも確実に加工ロスを低減することができるので、歩留りを大きく改善することができる。
また、FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状やその許容範囲をさして考慮せずに、やや円錐形状にCZシリコン結晶棒のコーン部を製造するだけの場合よりも、より効率的に加工ロスの低減、歩留りの向上を図ることができる。
また、上記のように機械加工を省略することもでき、FZ用シリコン原料棒の生産性も改善することができる。しかも、本発明で製造したFZ用シリコン原料棒を用いてFZシリコン単結晶を製造した場合、目標形状に合わせて作製されたFZ法の製造のレシピに適合する範囲内であり、有転位化率は従来と同程度に抑えることができる。
In this way, first, the cone portion of the CZ silicon crystal rod can be manufactured by the CZ method in a shape very close to the target shape of the cone portion of the silicon material rod for FZ set in advance. And if it is within the set tolerance, it can be used as it is without machining, and it will be machined to be within the tolerance only if it is not within the tolerance, so machining is minimized. Can. Therefore, since the processing loss can be reduced more reliably than in the conventional method in which the cone portion of the CZ silicon crystal rod is manufactured in a substantially flat shape, the yield can be greatly improved.
In addition, the processing loss is more efficient than in the case of merely manufacturing the cone portion of the CZ silicon crystal rod in a slightly conical shape without considering the target shape and the tolerance of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ. Can be reduced and the yield can be improved.
In addition, machining can be omitted as described above, and productivity of the FZ silicon material rod can also be improved. In addition, when FZ silicon single crystal is manufactured using the silicon raw material rod for FZ manufactured according to the present invention, it is within the range that conforms to the recipe of manufacturing FZ method manufactured according to the target shape, Can be reduced to the same level as in the past.

以上のように、CZ法では製品とならないコーン部を逆にFZ法に適した形状として利用でき、加工ロスが低減するので、従来と同等な有転位化率にも関わらず、総合的な歩留りの飛躍的改善、生産性の改善、研削工程の負荷軽減が得られる。   As described above, the CZ method can not be used as a cone portion which is not a product, but can be used as a shape suitable for the FZ method, and the processing loss is reduced. Dramatically improved, productivity improved, and reduced load on the grinding process.

そして、前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状を円錐形状とし、該円錐形状のコーン部の高さ方向の各位置に対する目標直径をDとするとき、前記許容範囲として、前記目標直径Dと実測値との差が±3%以内のものとすることができる。   And when the target shape of the cone part of the silicon raw material rod for FZ is cone-shaped and the target diameter for each position in the height direction of the cone-shaped cone part is D, the target diameter D is taken as the allowable range. The difference between the measured value and the measured value can be within ± 3%.

このようにすれば、より確実に、目標形状に合わせて作製されたFZ法の製造のレシピに適合する範囲内となるようにすることができる。FZシリコン単結晶のコーン部の製造において、より確実に、シリコン融液が溢れたり、固化が生じたり、単結晶が有転位化する確率を、従来法のように目標形状に機械加工されたシリコン原料棒を使用する場合と同程度に抑えることができる。   In this way, it is possible to ensure that it is within the range that conforms to the recipe of manufacturing of the FZ method manufactured to the target shape. Silicon that has been machined to the target shape like the conventional method in the probability that silicon melt overflows or solidifies or the single crystal has dislocations more surely in the production of the cone part of FZ silicon single crystal When using a raw material rod, it can be suppressed to the same extent.

また、前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状を、前記コーン部の先端が50°〜150°の範囲から選択される角度θを有する円錐形状とすることができる。   Further, the target shape of the cone portion of the FZ silicon raw material rod may be a conical shape having an angle θ at which the tip of the cone portion is selected from the range of 50 ° to 150 °.

原料棒のコーン部の目標形状は、使用するFZ単結晶製造装置や、シリコン原料棒の直径や、製造するFZシリコン単結晶の直径によっても異なるので、有転位化率を勘案して、この範囲で適切な形状を選ぶことができる。   The target shape of the cone part of the raw material rod depends on the FZ single crystal production equipment used, the diameter of the silicon raw material rod, and the diameter of the FZ silicon single crystal to be manufactured, so You can choose the appropriate shape.

また、前記CZシリコン結晶棒のコーン部の形状の判定を行うとき、該CZシリコン結晶棒の製造時の操業データからコーン部の形状を算出して判定することができる。   Further, when the shape of the cone portion of the CZ silicon crystal rod is determined, the shape of the cone portion can be calculated and determined from operation data at the time of manufacturing the CZ silicon crystal rod.

このようにすれば、簡便にCZシリコン結晶棒のコーン部の形状の算出、判定を行うことができる。   In this way, the shape of the cone portion of the CZ silicon crystal rod can be easily calculated and determined.

また、本発明は、FZ法により、誘導加熱コイルを用いてシリコン原料棒を加熱溶融して浮遊帯域を形成し、該浮遊帯域を移動させてFZシリコン単結晶を製造する方法であって、前記シリコン原料棒として、上記本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法により製造したFZ用シリコン原料棒を用いることを特徴とするFZシリコン単結晶の製造方法を提供する。   Further, the present invention is a method of heating and melting a silicon raw material rod using an induction heating coil by FZ method to form a floating zone and moving the floating zone to produce an FZ silicon single crystal, The present invention provides a method of producing an FZ silicon single crystal characterized by using, as the silicon material rod, the silicon material rod for FZ manufactured by the method of manufacturing a silicon material rod for FZ of the present invention.

このようにすれば、FZシリコン単結晶を従来法と同程度の有転位化率で製造できるにも関わらず、総合的な歩留りの飛躍的改善、生産性の改善、研削工程の負荷軽減を得ることができる。   In this way, despite the fact that FZ silicon single crystal can be manufactured with the same degree of dislocation ratio as the conventional method, it is possible to dramatically improve the overall yield, improve the productivity, and reduce the load on the grinding process. be able to.

以上のように、本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法およびFZシリコン単結晶の製造方法であれば、CZシリコン結晶棒のコーン部の形状が許容範囲に入っていれば機械加工を省略できるので、加工ロスが低減し、歩留りが改善される。許容範囲に入らない場合であっても目標形状に極めて近いので機械加工は最小限となり、加工ロスが低減し、歩留り低下を最小限に抑えることができる。そして製造されたFZ用シリコン原料棒を用いれば、コーン部の形状が許容範囲内であり、FZ法のコーン部の製造のレシピに適合するので、FZシリコン単結晶のコーン部の製造時にシリコン融液が溢れたり、固化が生じたり、単結晶の有転位化する確率を、従来法での機械加工されたシリコン原料棒を用いた場合と同程度に抑えることができる。   As described above, according to the method of manufacturing a silicon raw material rod for FZ and the method of manufacturing an FZ silicon single crystal of the present invention, machining can be omitted if the shape of the cone portion of the CZ silicon crystal rod falls within the allowable range. Therefore, processing loss is reduced and yield is improved. Even if it does not fall within the allowable range, machining is minimized since it is very close to the target shape, so that processing loss can be reduced and yield loss can be minimized. When the manufactured silicon raw material bar for FZ is used, the shape of the cone part is within the allowable range and conforms to the recipe for manufacturing the cone part of the FZ method. The probability that the liquid overflows, solidifies, or causes dislocation of the single crystal can be suppressed to the same extent as in the case of using the silicon material rod machined by the conventional method.

本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法およびFZシリコン単結晶の製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the silicon | silicone raw material stick | rod for FZ of this invention, and the manufacturing method of FZ silicon single crystal. CZ法によるシリコン結晶棒の形状の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the shape of the silicon crystal stick by CZ method. CZ法によるシリコン結晶棒のコーン部の角度θが基準よりも小さい場合の目標直径Dと実測値との関係を示す説明図である。It is an explanatory view showing a relation between target diameter D and actual value in case angle (theta) of a cone part of a silicon crystal stick by CZ method is smaller than a standard. CZ法によるシリコン結晶棒のコーン部の角度θが基準よりも大きい場合の目標直径Dと実測値との関係を示す説明図である。It is an explanatory view showing the relation between target diameter D and actual value in case angle (theta) of a cone part of a silicon crystal stick by CZ method is larger than a standard. CZ法によるシリコン結晶棒のコーン部の角度θが基準よりも小さい場合の機械加工の範囲の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the range of the machining in case angle (theta) of the cone part of the silicon crystal stick by CZ method is smaller than a reference | standard. CZ法によるシリコン結晶棒のコーン部の角度θが基準よりも大きい場合の機械加工の範囲の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the range of the machining in case angle (theta) of the cone part of the silicon crystal stick by CZ method is larger than a reference | standard. 本発明のFZシリコン単結晶の製造方法に用いることができるFZ単結晶製造装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the FZ single-crystal manufacturing apparatus which can be used for the manufacturing method of FZ silicon single crystal of this invention. 本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法に用いることができるCZ単結晶引上げ装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the CZ single crystal pulling apparatus which can be used for the manufacturing method of the silicon | silicone raw material stick | rod for FZ of this invention.

以下、図を参照しながら本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法で用いることができるCZ法による単結晶引上げ装置や、本発明のFZシリコン単結晶の製造方法で用いることができるFZ単結晶製造装置について説明する。
図8にCZ法による単結晶引上げ装置の一例を示す。
図8に示すように、単結晶引上げ装置41は、引上げ室42と、引上げ室42内に設けられたルツボ43(内側に石英ルツボ、外側に黒鉛ルツボ)と、ルツボ43の周囲に配置されたヒータ44と、ルツボ43を回転・昇降させるルツボ保持軸45及びその回転・昇降機構(図示せず)と、シリコンの種結晶46を保持するシードチャック47と、シードチャック47を引上げるワイヤ48と、ワイヤ48を回転又は巻き取る巻取機構(図示せず)を備えて構成されている。また、ヒータ44の外側周囲には断熱材49が配置されている。
シリコン単結晶(CZシリコン結晶棒50)は、原料のシリコン融液51からワイヤ48によって引上げられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
First, an apparatus for pulling a single crystal by the CZ method which can be used in the method for producing a silicon raw material bar for FZ of the present invention, and an apparatus for producing an FZ single crystal which can be used in the method for producing FZ silicon single crystal of the present invention will be described. .
FIG. 8 shows an example of a single crystal pulling apparatus by the CZ method.
As shown in FIG. 8, the single crystal pulling apparatus 41 is disposed around a pulling chamber 42, a crucible 43 (a quartz crucible inside and a graphite crucible outside) provided in the pulling chamber 42 and the crucible 43. The heater 44, the crucible holding shaft 45 for rotating and elevating the crucible 43 and its rotation and elevating mechanism (not shown), the seed chuck 47 for holding the silicon seed crystal 46, and the wire 48 for pulling up the seed chuck 47 , And a winding mechanism (not shown) for rotating or winding the wire 48. In addition, a heat insulating material 49 is disposed around the outside of the heater 44.
The silicon single crystal (CZ silicon crystal rod 50) is pulled up from the raw material silicon melt 51 by the wire 48.

なお、このような図8の単結晶引上げ装置41を用いて、CZシリコン結晶棒50を育成するときは、ルツボ43を回転させながら、ルツボ43内のシリコン融液51に、シードチャック47に保持された種結晶46を浸漬する。そして、ワイヤ48を回転・巻き取りしながら、シリコン融液51から棒状のCZシリコン結晶棒50を引き上げる。
ルツボ43はルツボ保持軸45により結晶成長軸方向に昇降可能であり、結晶成長中に結晶化して減少した融液の液面下降分を補うように該ルツボ43を上昇させる。結晶の側方にはシリコン融液51から発する酸化性蒸気を整流するために不活性ガスが流されている。
When growing the CZ silicon crystal rod 50 using the single crystal pulling apparatus 41 of FIG. 8 as described above, the silicon melt 51 in the crucible 43 is held by the seed chuck 47 while rotating the crucible 43. Soak the seed crystal 46 as it is. Then, while rotating and winding the wire 48, the rod-like CZ silicon crystal rod 50 is pulled up from the silicon melt 51.
The crucible 43 can be raised and lowered in the crystal growth axis direction by the crucible holding shaft 45, and raises the crucible 43 so as to compensate for the liquid level descent of the melt which has been crystallized and reduced during crystal growth. An inert gas is flowed to the side of the crystal to rectify the oxidizing vapor emitted from the silicon melt 51.

この他、磁場印加装置をさらに備えることもでき、磁場を印加しつつCZシリコン結晶棒50を育成する磁場印加CZ法(MCZ法)を行うことも可能である。   In addition, a magnetic field application device can be further provided, and it is also possible to perform a magnetic field application CZ method (MCZ method) for growing the CZ silicon crystal rod 50 while applying a magnetic field.

次に、図7にFZ単結晶製造装置の一例を示す。
図7に示すように、FZ単結晶製造装置30は、チャンバー20を有しており、チャンバー20内には、上下動および回転可能な上軸3および下軸5が設けられている。
上軸3には上部保持治具4が取り付けられており、該上部保持治具4によってFZ用シリコン原料棒1(本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法で製造したもの)が保持されている。下軸5に取り付けられた下部保持治具6には種結晶8が取り付けられており、該種結晶8の上方に絞り部9を経てFZシリコン単結晶2を成長させることができる。
Next, FIG. 7 shows an example of an FZ single crystal production apparatus.
As shown in FIG. 7, the FZ single crystal manufacturing apparatus 30 has a chamber 20, and in the chamber 20, an upper shaft 3 and a lower shaft 5 which can move up and down and can be rotated are provided.
An upper holding jig 4 is attached to the upper shaft 3, and the upper holding jig 4 holds the silicon raw material bar 1 for FZ (manufactured by the method of manufacturing the silicon raw material bar for FZ of the present invention). There is. The seed crystal 8 is attached to the lower holding jig 6 attached to the lower shaft 5, and the FZ silicon single crystal 2 can be grown above the seed crystal 8 through the narrowed portion 9.

チャンバー20内には、高周波発振機7aに接続された誘導加熱コイル7b(銅または銀からなる単巻または複巻の冷却用の水を流通させたもの)が配置されている。該誘導加熱コイル7bによりFZ用シリコン原料棒1を加熱溶融して、FZ用シリコン原料棒1とFZシリコン単結晶2との間に浮遊帯域10が形成される。上軸3と下軸5は、移動手段によって上下方向に移動できるようになっており、上軸3と下軸5を移動させて、浮遊帯域10をFZ用シリコン原料棒1の上端まで移動させることができる。必要に応じて、浮遊帯域10にドーピング用ガスを吹き付けるためのガス吹き付け用ノズル11を設けることもできる。   In the chamber 20, there is disposed an induction heating coil 7b (one which is made of copper or silver and through which cooling water for cooling is wounded) which is connected to the high frequency oscillator 7a. The FZ silicon raw material rod 1 is heated and melted by the induction heating coil 7 b to form the floating zone 10 between the FZ silicon raw material rod 1 and the FZ silicon single crystal 2. The upper shaft 3 and the lower shaft 5 can be moved up and down by the moving means, and the floating zone 10 is moved to the upper end of the FZ silicon raw material rod 1 by moving the upper shaft 3 and the lower shaft 5 be able to. If necessary, a gas spray nozzle 11 may be provided to spray the doping gas into the floating zone 10.

以下、本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法について、上記のCZ単結晶引上げ装置を用いた場合を例に説明する。図1にFZ用シリコン原料棒の製造フローの一例を示す。
まず、FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状とその許容範囲を設定する。ここでは、コーン部の先端の角度θが所定角度である円錐形状を目標形状とする(図1の工程100)。
なおこの目標形状における角度θの値は特に限定されず、例えば、50°〜150°の範囲から適宜選択することができる。各種条件、例えば、使用するFZ単結晶製造装置、シリコン原料棒の直径、製造するFZシリコン単結晶の直径などによってその都度設定すれば良い。
Hereinafter, the method for producing a silicon raw material bar for FZ according to the present invention will be described by taking the case of using the above-mentioned CZ single crystal pulling apparatus as an example. An example of the manufacturing flow of the silicon raw material stick | rod for FZ is shown in FIG.
First, the target shape of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ and its allowable range are set. Here, a conical shape in which the angle θ of the tip of the cone portion is a predetermined angle is a target shape (step 100 in FIG. 1).
The value of the angle θ in this target shape is not particularly limited, and can be appropriately selected, for example, from the range of 50 ° to 150 °. It may be set each time according to various conditions, for example, the FZ single crystal manufacturing apparatus to be used, the diameter of the silicon raw material rod, the diameter of the FZ silicon single crystal to be manufactured, etc.

なお上記目標形状、すなわち先端が所定角度の円錐形状は、円錐の高さ方向(あるいは、育成方向や、コーン部の長さ方向とも言える)の各位置に対して目標直径Dを有するものと言い換えることもできる。   The above-mentioned target shape, that is, a conical shape having a predetermined angle at the tip, can be reworded as having a target diameter D with respect to each position in the height direction of the cone (or can also be referred to as the growth direction It can also be done.

後述する工程101で、目標形状を目標にして、FZ用シリコン原料棒のもととなるCZシリコン結晶棒を引き上げるが、実際の製造では、目標形状から多少ずれる可能性がある。例えば、図3に示すように、目標の所定角度よりも下回る角度でコーン部が形成される場合(図3の実線のコーン部)、高さ方向の各位置に対する実測値D’(例えば、先端から所定高さHの位置の直径の値)は、目標(図3の点線のコーン部)である目標直径Dよりも小さくなる。
一方で、目標の所定角度よりも上回る角度でコーン部が形成される場合、図4に示すように、例えば先端から所定高さHの位置の直径の実測値D’’は、目標直径Dよりも大きくなる。
In step 101 described later, the CZ silicon crystal rod which is the basis of the silicon raw material bar for FZ is pulled up to target the target shape, but there is a possibility that the actual shape may deviate slightly from the target shape. For example, as shown in FIG. 3, when a cone is formed at an angle smaller than the target predetermined angle (a cone of a solid line in FIG. 3), actually measured values D ′ (eg, tip) for each position in the height direction The value of the diameter at the position of the predetermined height H) is smaller than the target diameter D which is the target (the dotted cone portion in FIG. 3).
On the other hand, when the cone portion is formed at an angle exceeding the target predetermined angle, as shown in FIG. 4, for example, the measured value D ′ ′ of the diameter at the predetermined height H from the tip is Will also grow.

そこで、目標形状からの許容し得るズレの範囲(許容範囲)も設定しておく。
目標形状の許容範囲としては、例えば、高さ方向の各位置に対する、上記目標直径Dと実測値との差が±3%以内のものとすることができる。このような基準であれば、目標形状に合わせて作成されたFZ法の製造のレシピに十分に適合する範囲であり、FZ法のコーン部の製造において、シリコン融液の溢れ、固化の発生、単結晶の有転位化などが生じる確率を、より確実に従来法の場合と同程度に抑制できる。
Therefore, a range of allowable deviation from the target shape (allowable range) is also set.
As the tolerance of the target shape, for example, the difference between the target diameter D and the actual measurement value can be within ± 3% for each position in the height direction. Such a standard is a range that is sufficiently compatible with the FZ method manufacturing recipe created according to the target shape, and overflows of silicon melt and solidification occur in the FZ method cone part manufacturing. The probability of occurrence of dislocation of a single crystal can be suppressed more reliably to the same extent as in the conventional method.

なお、上記のように高さ方向の各位置に対する直径を用いて許容範囲を表す代わりに、該許容範囲に相当するようなコーン部の先端の角度で許容範囲を表して設定することも可能である。このようにすることで、より簡便に許容範囲を設定することができる。   In addition, instead of using the diameter for each position in the height direction as described above to represent the allowable range, it is also possible to express and set the allowable range by the angle of the tip of the cone portion corresponding to the allowable range. is there. By doing this, the allowable range can be set more easily.

次に、CZ法により、コーン部が設定した目標形状であるシリコン原料棒となる製造条件でCZシリコン結晶棒を製造する(図1の工程101)。例えば、図8に示す単結晶引上げ装置を用い、上述したようにしてCZシリコン結晶棒を製造することができる。このとき、CZシリコン結晶棒のコーン部が目標形状になるように、また、直胴部が所望の直径を有するように、CZシリコン結晶棒の引き上げ速度やヒータ出力等の各種製造条件を制御しながら引き上げる。このようにして、コーン部、直胴部、テール部からなるCZシリコン結晶棒50が得られる。   Next, a CZ silicon crystal rod is manufactured by the CZ method under manufacturing conditions to be a silicon source rod having a target shape set by the cone part (step 101 in FIG. 1). For example, using the single crystal pulling apparatus shown in FIG. 8, a CZ silicon crystal rod can be manufactured as described above. At this time, various manufacturing conditions such as the pulling speed and the heater output of the CZ silicon crystal rod are controlled so that the cone portion of the CZ silicon crystal rod has a target shape and the straight body portion has a desired diameter. While pulling up. In this way, a CZ silicon crystal rod 50 comprising a cone portion, a straight body portion, and a tail portion is obtained.

図2に、製造したCZシリコン結晶棒50で、テール部(図2のCZシリコン結晶棒50の上部)を切断加工したものを示す。図2に示すように、目標形状を目標にした製造条件で製造されたコーン部12、直胴部13および切断加工済みのテール部(以下、単にテール部ともいう)14を有する。ネック部を除去し、コーン部12の形状を測定する。ここでは、上述したような高さ方向の各位置に対する直径や、あるいはコーン部の先端の角度θを測定する(図1の工程102)。測定は一般的なレーザー等の光学的な方法を用いて形状を把握しても良いし、コーン部長さ方向の位置と直径をノギスで測定したり、角度計を用いても良く、コーン部の角度θ等が測定または計算できれば方法を問わない。
また、CZ法にてコーン部を製造した時の操業データを用いて、コーン部の角度θ等を計算してもよい。操業データに基づいてコーン部の形状の算出を行えば、形状の測定(さらには後述の判定)をより簡単に行うことができる。
FIG. 2 shows the CZ silicon crystal rod 50 manufactured by cutting and processing the tail portion (the upper portion of the CZ silicon crystal rod 50 in FIG. 2). As shown in FIG. 2, it has a cone portion 12, a straight body portion 13 and a tail portion (hereinafter also referred to simply as a tail portion) 14 which has been cut and manufactured under manufacturing conditions aimed at a target shape. The neck is removed and the shape of the cone 12 is measured. Here, the diameter with respect to each position in the height direction as described above, or the angle θ of the tip of the cone portion is measured (step 102 in FIG. 1). The shape may be measured using a general optical method such as a laser, or the position and diameter of the cone in the length direction may be measured with a caliper, or an angle meter may be used. Any method may be used as long as the angle θ or the like can be measured or calculated.
Further, the angle θ or the like of the cone portion may be calculated using operation data when the cone portion is manufactured by the CZ method. If the shape of the cone portion is calculated based on the operation data, the measurement of the shape (and the determination described later) can be performed more easily.

そして、コーン部の形状が、工程100で予め設定した許容範囲に入っているかどうかの判定を行う(図1の工程103)。ここでは、コーン部の高さ方向の各位置に対する、目標直径Dと実績値の差が±3%以内であるか判定する。このようにこれらの直径の差で判定を行っても良いし、あるいは、この直径での許容範囲に相当するようなコーン部先端の角度範囲に基づいて判定を行っても良い。工程100で適宜設定した許容範囲に基づいて工程103での判定を行えばよい。   Then, it is determined whether or not the shape of the cone portion falls within the tolerance set in advance in step 100 (step 103 in FIG. 1). Here, it is determined whether the difference between the target diameter D and the actual value is within ± 3% with respect to each position in the height direction of the cone portion. As described above, the determination may be performed based on the difference between these diameters, or based on the angular range of the tip of the cone portion corresponding to the allowable range of this diameter. The determination in step 103 may be performed based on the tolerance set appropriately in step 100.

工程103の判定において、コーン部の形状が上記許容範囲内の場合は、コーン部の機械加工はせずにエッチング、洗浄等を行ってFZ用シリコン原料棒とする(図1の工程104)。   If it is determined in step 103 that the shape of the cone is within the allowable range, etching and cleaning are performed without machining the cone to obtain a silicon raw material bar for FZ (step 104 in FIG. 1).

一方でコーン部の形状が上記許容範囲外の場合は、上記許容範囲内になるようにコーン部を機械加工する(図1の工程105)。そして、再度、形状の測定をし、許容範囲内であるか、判定する。すなわち、工程102、工程103を再度行う。   On the other hand, if the shape of the cone portion is out of the above-mentioned allowable range, the cone portion is machined so as to be within the above-mentioned allowable range (Step 105 in FIG. 1). Then, the shape is measured again to determine whether it is within the allowable range. That is, step 102 and step 103 are performed again.

なお、許容範囲をコーン部先端の角度範囲で設定したとき、上記工程105において、コーン部の先端の角度θが基準(許容範囲)を下回っている場合の機械加工の方法は、図5に示すように、コーン部と直胴部の境界部分の位置を変えないように、角度θが許容範囲内に入るようにコーン部を機械加工すれば良い。ここで、符号31、32、33は、各々、機械加工前のコーン部の形状、機械加工後のコーン部の形状、機械加工範囲を示している。
一方、コーン部の角度θが基準(許容範囲)を上回っている場合の機械加工の方法は、図6に示すように、コーン部の先端部を基準に、角度θが許容範囲内に入るように、コーン部および直胴部を機械加工すれば良い。
そして、再判定において、許容範囲内であると判定された場合、それ以上のコーン部の機械加工は行わず、テール部14に上部保持治具4に取り付けるための必要な加工を実施し、このシリコン結晶棒1の加工歪みを除去するために表面のエッチングを行う。工程103において、一旦、許容範囲外と判定された場合は、上記のようにしてFZ用シリコン原料棒を用意する。
In addition, when the tolerance | permissible_range is set by the angle range of a cone part front-end | tip, in said process 105, the method of machining in case angle (theta) of the front-end | tip of a cone part is less than a reference | standard (acceptable range) is shown in FIG. Thus, the cone portion may be machined so that the angle θ falls within the allowable range so as not to change the position of the boundary portion between the cone portion and the straight body portion. Here, reference numerals 31, 32, and 33 respectively indicate the shape of the cone portion before machining, the shape of the cone portion after machining, and the machining range.
On the other hand, when the angle θ of the cone part exceeds the reference (acceptable range), as shown in FIG. 6, the angle θ is within the allowable range with reference to the tip of the cone part. In addition, the cone portion and the straight body portion may be machined.
Then, if it is determined in the re-determination that it is within the allowable range, no further machining of the cone portion is performed, and the necessary processing for attaching the upper holding jig 4 to the tail portion 14 is performed. The surface is etched to remove processing strain of the silicon crystal rod 1. In the step 103, if it is once determined to be out of the allowable range, the silicon raw material bar for FZ is prepared as described above.

上記のような製造方法であれば、コーン部の形状が許容範囲に入っていれば機械加工を省略できるので、加工ロスが低減し、歩留りが改善される。また許容範囲に入らない場合であっても目標形状の円錐形状に極めて近いので機械加工は最小限となり、従来法よりも加工ロスが低減し、歩留り低下を最小限に抑えることができる。   With the manufacturing method as described above, machining can be omitted if the shape of the cone portion falls within the allowable range, so processing loss is reduced and yield is improved. Further, even if it does not fall within the allowable range, machining is minimized since it is very close to the conical shape of the target shape, and processing loss can be reduced compared to the conventional method, and yield loss can be minimized.

次に、本発明のFZシリコン単結晶の製造方法について図7に示すFZ単結晶製造装置を用いた場合を例にして説明する。なお、図1には製造方法のフローも併せて記載されており、上記のようにして製造したCZシリコン結晶棒をFZ用シリコン原料棒として用い、FZシリコン単結晶を製造する(図1の工程106)。より具体的には以下の通りである。
FZ用シリコン原料棒1を、FZ単結晶製造装置30のチャンバー20内に収容し、図2のように、切断加工済みのテール部14を上方に、コーン部12を下方に向けた状態で上部保持治具4によってテール部14を保持する。また、下軸5の下部保持治具6に種結晶8を取り付ける。この際、例えば、テール部14をネジなどで上部保持治具4に固定することによって保持すれば良い。
Next, the method for producing the FZ silicon single crystal of the present invention will be described by taking the case of using the FZ single crystal production apparatus shown in FIG. 7 as an example. The flow of the manufacturing method is also described in FIG. 1, and the FZ silicon single crystal is manufactured using the CZ silicon crystal rod manufactured as described above as a silicon raw material rod for FZ (step of FIG. 1) 106). More specifically, it is as follows.
The silicon raw material rod 1 for FZ is housed in the chamber 20 of the FZ single crystal production apparatus 30, and as shown in FIG. 2, the upper part with the cut tailed portion 14 upward and the cone 12 directed downward. The tail portion 14 is held by the holding jig 4. Further, the seed crystal 8 is attached to the lower holding jig 6 of the lower shaft 5. At this time, for example, the tail portion 14 may be held by being fixed to the upper holding jig 4 with a screw or the like.

その後、FZ用シリコン原料棒1のコーン部12の下端をプレヒーター(不図示)で予備加熱する。チャンバー20の下部から窒素ガスを含んだArガスを供給し、チャンバー20上部から排気する。FZ用シリコン原料棒1のコーン部12の下端を誘導加熱コイル7bで加熱溶融した後、種結晶8に融着させ、種絞りにより絞り部9を形成して無転位化する。
そして、上軸3と下軸5を回転させながら、FZ用シリコン原料棒1のコーン部12からテール部14に向けてゾーニングしてFZシリコン単結晶2を成長させる。このとき、FZ用シリコン原料棒1を所定の速度、例えば2.0〜3.0mm/minで下降させる(図7のA方向)ことで浮遊帯域10をFZ用シリコン原料棒1のテール部14側に移動させてゾーニングすることができる。
Thereafter, the lower end of the cone portion 12 of the FZ silicon raw material rod 1 is preheated by a preheater (not shown). An Ar gas containing nitrogen gas is supplied from the lower part of the chamber 20 and exhausted from the upper part of the chamber 20. After the lower end of the cone portion 12 of the FZ silicon raw material rod 1 is heated and melted by the induction heating coil 7b, it is fused to the seed crystal 8, and the throttling portion 9 is formed by seed squeezing to make dislocation free.
Then, while rotating the upper shaft 3 and the lower shaft 5, zoning is performed from the cone portion 12 to the tail portion 14 of the FZ silicon material rod 1 to grow the FZ silicon single crystal 2. At this time, the floating zone 10 is set to the tail portion 14 of the silicon material rod 1 for FZ by lowering the silicon material rod 1 for FZ at a predetermined speed, for example, 2.0 to 3.0 mm / min (A direction in FIG. 7). It can be moved to the side and zoned.

ゾーニングの際には、上軸3と下軸5の回転軸の位置をずらして、FZ用シリコン原料棒1とFZシリコン単結晶2を偏芯させた状態で回転させることが好ましい。このようにすれば、単結晶化の際に溶融部を攪拌させ、製造するFZシリコン単結晶2の品質を均一化することができる。このときの偏芯量はFZシリコン単結晶2の直径に応じて設定すればよい。
ゾーニングが所定の長さまで来たところで、終了し、切り離しを実施する。
At the time of zoning, it is preferable to shift the position of the rotating shaft of the upper shaft 3 and the lower shaft 5 and rotate the silicon raw material rod 1 for FZ and the FZ silicon single crystal 2 in a decentered state. In this way, the molten portion can be stirred during single crystallization, and the quality of the FZ silicon single crystal 2 to be manufactured can be made uniform. The amount of eccentricity at this time may be set according to the diameter of the FZ silicon single crystal 2.
When the zoning has reached a predetermined length, it ends and the separation is performed.

このような本発明のFZシリコン単結晶の製造方法であれば、FZシリコン単結晶を従来法と同程度の有転位化率で製造できるにも関わらず、その原料棒の製造工程も含め、総合的な歩留りの飛躍的改善、生産性の改善、研削工程の負荷軽減を得ることができる。   With such a manufacturing method of FZ silicon single crystal of the present invention, although FZ silicon single crystal can be manufactured with the same degree of dislocation ratio as the conventional method, it is comprehensive including the manufacturing process of its raw material rod Dramatically improve yield, improve productivity, and reduce the load on the grinding process.

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例)
図1に示す本発明のフローに従って、CZ法により、FZ法のシリコン原料棒に用いるための10本のシリコン結晶棒を、図8に示すCZ単結晶引上げ装置を用いて製造した。
なお、直径150mm、長さ(直胴部)1500mmのものを製造した。コーン部はFZ法にて必要とされる円錐形状を目標形状として製造した。目標形状としては、所定高さを有する円錐形状で、その先端の角度θが120°とし、許容範囲としては、コーン部の高さ方向の各位置に対する、目標直径Dと実測値の差が±3%以内のものとした。なお、この許容範囲を、先端の角度の範囲で言い換えると、117.1°≦θ≦123.0°である。
Hereinafter, the present invention will be more specifically described with reference to examples of the present invention and comparative examples, but the present invention is not limited to these.
(Example)
According to the flow of the present invention shown in FIG. 1, ten silicon crystal rods for use in the silicon raw material in the FZ method were manufactured by the CZ method using the CZ single crystal pulling apparatus shown in FIG.
In addition, the thing of diameter 150 mm and length (straight body part) 1500 mm was manufactured. The cone part was manufactured with the cone shape required by the FZ method as the target shape. The target shape is a conical shape having a predetermined height, and the angle θ of the tip is 120 °, and as the allowable range, the difference between the target diameter D and the actual value for each position in the height direction of the cone is ± It was 3% or less. In addition, in other words, in the range of the angle of the tip, this allowable range is 117.1 ° ≦ θ ≦ 123.0 °.

引上げた10本のCZシリコン結晶棒を、ノギスを用いてコーン部の高さとその部分の直径を測定してコーン部の先端の角度θを計算で求めたところ、以下の表1のように分布していた。なお、ここでは各々概ね円錐形状であるとして、簡単に、コーン部と直胴部の境目の直径と、コーン部の高さとから、コーン部の先端の角度を求めた。   The height of the cone and the diameter of the 10 CZ silicon crystal rods pulled up were measured using a caliper and the angle θ of the tip of the cone was calculated as shown in Table 1 below. Was. Here, assuming that each has a substantially conical shape, the angle of the tip of the cone portion was easily obtained from the diameter of the boundary between the cone portion and the straight body portion and the height of the cone portion.

Figure 2019108239
Figure 2019108239

表1に示すように、No.1−2、5−7、9の6本は許容範囲内に収まり、残りの4本は許容範囲外となった。そこで、許容範囲内(角度θ:120°に対して、117.1°≦θ≦123.0°)のコーン部は、その部分の機械加工はせず、許容範囲外のコーン部は許容範囲に入るように機械加工を実施した。
そして各々のCZシリコン結晶棒をエッチング後、FZ法のシリコン原料棒として使用し、図7に示すFZ単結晶製造装置を用いてFZシリコン単結晶を製造した。コーン部の機械加工不要率、機械加工による加工ロス、FZ法での有転位化率について、表2にまとめた。
As shown in Table 1, no. Six of 1-2, 5-7 and 9 were within the tolerance range, and the remaining four were out of tolerance range. Therefore, the cone part within the allowable range (angle θ: 120 °, 117.1 ° ≦ θ ≦ 123.0 °) is not machined for that part, and the cone part outside the allowable range is the allowable range The machine was machined to get into
And after etching each CZ silicon crystal stick, it was used as a silicon raw material stick of FZ method, and FZ silicon single crystal was manufactured using the FZ single crystal manufacturing device shown in FIG. The unnecessary machining ratio of the cone part, the machining loss by machining, and the dislocation ratio in the FZ method are summarized in Table 2.

Figure 2019108239
Figure 2019108239

表2に示すように、60%ものCZシリコン結晶棒についてはコーン部の機械加工を省略することができた。また加工ロスもわずか0.2%であった。このようにコーン部の機械加工が最小限であり、レシピが適合し、制御が安定していたので、有転位化率は通常の機械加工したものと同等であり、歩留まり、生産性が高いものであった。   As shown in Table 2, machining of the cone part could be omitted for as much as 60% of the CZ silicon crystal rod. The processing loss was also only 0.2%. Thus, the machining of the cone part is minimal, the recipe conforms, and the control is stable, so the dislocation rate is equivalent to that of ordinary machining, and the yield and productivity are high. Met.

(比較例)
CZ法により、FZ法のシリコン原料棒に用いるための10本のシリコン結晶棒を、図8に示すCZ単結晶引上げ装置を用いて製造した。
なお、直径150mm、長さ(直胴部)1500mmのものを製造した。コーン部は一般的なCZ法にて製造される比較的フラットな形状(先端の角度θ:130°〜160°)にて製造した。
その部分を実施例の許容範囲と同様の範囲(先端の角度θ:120°に対して、117.1°≦θ≦123.0°)に入るまで機械加工を実施した。エッチング後、FZ法のシリコン原料棒として使用し、図7に示すFZ単結晶製造装置を用いてFZシリコン単結晶を製造した。
コーン部の機械加工不要率、機械加工による加工ロス、FZ法での有転位化率について、表3にまとめた。
(Comparative example)
Ten silicon crystal rods for use in silicon raw material rods of FZ method were manufactured by the CZ method using a CZ single crystal pulling apparatus shown in FIG.
In addition, the thing of diameter 150 mm and length (straight body part) 1500 mm was manufactured. The cone portion was manufactured in a relatively flat shape (tip angle θ: 130 ° to 160 °) manufactured by the general CZ method.
The part was machined until it was in the same range as the tolerance of the example (the tip angle θ: 120 °: 117.1 ° ≦ θ ≦ 123.0 °). After etching, an FZ silicon single crystal was manufactured using the FZ single crystal manufacturing apparatus shown in FIG.
The unnecessary machining ratio of the cone part, the machining loss by machining, and the dislocation ratio in the FZ method are summarized in Table 3.

Figure 2019108239
Figure 2019108239

表3に示すように、レシピが適合し、制御が安定していたので、有転位化率は通常の機械加工したものと同等であったが、コーン部の機械加工があったことによる、歩留りの低下があった。加工ロスは1.2%であり、実施例の0.2%に比べて6倍近くであった。   As shown in Table 3, since the recipe conformed and the control was stable, the dislocation ratio was equivalent to that of ordinary machining, but the yield due to the machining of the cone part There was a decline in The processing loss was 1.2%, which was nearly six times the 0.2% of the example.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an exemplification, and it has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any one having the same function and effect can be used. It is included in the technical scope of the invention.

1…FZ用シリコン原料棒、 2…FZシリコン単結晶、 3…上軸、
4…上部保持治具、 5…下軸、 6…下部保持治具、
7a…高周波発振機、 7b…誘導加熱コイル、
8…種結晶、 9…絞り部、 10…浮遊帯域、 11…ガス吹き付け用ノズル、
12…CZシリコン結晶棒のコーン部、 13…CZシリコン結晶棒の直胴部、
14…CZシリコン結晶棒のテール部(切断加工済み)、 20…チャンバー、
30…FZ単結晶製造装置、 31…機械加工前のコーン部の形状、
32…機械加工後のコーン部の形状、 33…機械加工範囲。
41…単結晶引上げ装置、 42…引上げ室、 43…ルツボ、 44…ヒータ、
45…ルツボ保持軸、 46…種結晶、 47…シードチャック、
48…ワイヤ、 49…断熱材、 50…CZシリコン結晶棒、
51…シリコン融液。
1 ... Silicon material rod for FZ, 2 ... FZ silicon single crystal, 3 ... Upper axis,
4 ... upper holding jig, 5 ... lower shaft, 6 ... lower holding jig,
7a: high frequency oscillator, 7b: induction heating coil,
8: seed crystal, 9: throttle portion, 10: floating zone, 11: nozzle for gas spraying,
12: Cone portion of CZ silicon crystal rod, 13: straight body portion of CZ silicon crystal rod,
14 ... CZ silicon crystal rod tail (cut), 20 ... chamber,
30 ... FZ single crystal manufacturing apparatus, 31 ... shape of cone before machining,
32 ... shape of cone after machining, 33 ... machining range.
41 single crystal pulling apparatus, 42 pulling chamber, 43 crucible, 44 heater,
45 ... crucible holding shaft, 46 ... seed crystal, 47 ... seed chuck,
48 ... wire, 49 ... thermal insulation, 50 ... CZ silicon crystal bar,
51: Silicon melt.

Claims (5)

CZ法で製造したシリコン結晶棒をFZ法のシリコン原料棒として用いるときのFZ用シリコン原料棒の製造方法であって、
予め、前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状と該目標形状の許容範囲を設定しておき、
前記CZシリコン結晶棒を製造するとき、コーン部が前記目標形状になる製造条件で製造し、
該製造したCZシリコン結晶棒のコーン部の形状が前記許容範囲に入っているかどうかを判定し、
該判定において、前記許容範囲に入っている場合は、前記CZシリコン結晶棒のコーン部の機械加工を行わずに前記FZ用シリコン原料棒とし、前記許容範囲に入っていない場合は、前記許容範囲に入るように前記CZシリコン結晶棒のコーン部の機械加工を行って前記FZ用シリコン原料棒とすることを特徴とするFZ用シリコン原料棒の製造方法。
A method of manufacturing a silicon raw material rod for FZ when using a silicon crystal rod manufactured by the CZ method as a silicon raw material rod for FZ method,
The target shape of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ and the allowable range of the target shape are set in advance,
When manufacturing said CZ silicon crystal rod, it manufactures on the manufacturing conditions which a cone part becomes said target shape,
Determining whether the shape of the cone portion of the manufactured CZ silicon crystal rod is within the allowable range;
In this determination, when it is within the allowable range, the cone portion of the CZ silicon crystal rod is not machined and the silicon raw material bar for FZ is used, and when it is not within the allowable range, the allowable range And machining the cone portion of the CZ silicon crystal rod into the silicon raw material rod for FZ to obtain the silicon raw material rod for FZ.
前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状を円錐形状とし、該円錐形状のコーン部の高さ方向の各位置に対する目標直径をDとするとき、
前記許容範囲として、前記目標直径Dと実測値との差が±3%以内のものとすることを特徴とする請求項1に記載のFZ用シリコン原料棒の製造方法。
Assuming that the target shape of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ is a conical shape and the target diameter for each position in the height direction of the conical portion of the conical shape is D,
The method for manufacturing a silicon raw material rod for FZ according to claim 1, wherein a difference between the target diameter D and an actual measurement value is within ± 3% as the allowable range.
前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状を、前記コーン部の先端が50°〜150°の範囲から選択される角度θを有する円錐形状とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のFZ用シリコン原料棒の製造方法。   The target shape of the cone portion of the FZ silicon raw material rod is a conical shape having an angle θ at which the tip end of the cone portion is selected from the range of 50 ° to 150 °. The manufacturing method of the silicon | silicone raw material stick | rod for FZ as described in 2. 前記CZシリコン結晶棒のコーン部の形状の判定を行うとき、該CZシリコン結晶棒の製造時の操業データからコーン部の形状を算出して判定することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のFZ用シリコン原料棒の製造方法。   When determining the shape of the cone portion of the CZ silicon crystal rod, the shape of the cone portion is calculated and determined from operation data at the time of manufacturing the CZ silicon crystal rod. The manufacturing method of the silicon | silicone raw material stick | rod for FZ as described in any one of these. FZ法により、誘導加熱コイルを用いてシリコン原料棒を加熱溶融して浮遊帯域を形成し、該浮遊帯域を移動させてFZシリコン単結晶を製造する方法であって、
前記シリコン原料棒として、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のFZ用シリコン原料棒の製造方法により製造したFZ用シリコン原料棒を用いることを特徴とするFZシリコン単結晶の製造方法。
According to the FZ method, a silicon raw material rod is heated and melted using an induction heating coil to form a floating zone, and the floating zone is moved to produce an FZ silicon single crystal,
A silicon raw material rod for FZ manufactured by the method for manufacturing a silicon raw material rod for FZ according to any one of claims 1 to 4 is used as the silicon raw material bar, Method.
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