JP2021075425A - Method for manufacturing silicon single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チョクラルスキー法(CZ法)によりシリコン単結晶を製造する方法に関し、結晶長方向により均一な酸素濃度を有するシリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method (CZ method), and relates to a method for producing a silicon single crystal capable of producing a silicon single crystal having a more uniform oxygen concentration in the crystal length direction.
CZ法によるシリコン単結晶の育成は、図8に示すようなチャンバ50内に設置した石英ガラスルツボ51に原料であるポリシリコンを充填し、石英ガラスルツボ51の周囲に設けられたヒータ52によってポリシリコンを加熱して溶融し、シリコン融液Mとした後、シードチャックに取り付けた種結晶(シード)Pを当該シリコン融液Mに浸漬し、シードチャックおよび石英ガラスルツボ51を同方向または逆方向に回転させながらシードチャックを引上げることにより行う。
In the growth of a silicon single crystal by the CZ method, polysilicon as a raw material is filled in a
一般に、引上げ開始に先立ち、シリコン融液Mの温度が安定すると、種結晶Pをシリコン融液Mに接触させて種結晶Pの先端部を溶解した後、ネッキングを行う。ネッキングとは、種結晶Pとシリコン融液Mとの接触で発生するサーマルショックによりシリコン単結晶に生じる転位を除去するための不可欠の工程である。
このネッキングによりネック部P1が形成される。また、このネック部P1は、例えば直径300mmの結晶の場合、直径が5mm程度で、その長さが30〜40mm以上必要とされている。
Generally, when the temperature of the silicon melt M stabilizes prior to the start of pulling, the seed crystal P is brought into contact with the silicon melt M to melt the tip of the seed crystal P, and then necking is performed. Necking is an indispensable step for removing dislocations generated in a silicon single crystal due to a thermal shock generated by contact between the seed crystal P and the silicon melt M.
The neck portion P1 is formed by this necking. Further, the neck portion P1 is required to have a diameter of about 5 mm and a length of 30 to 40 mm or more in the case of a crystal having a diameter of 300 mm, for example.
また、引上げ開始後の工程としては、ネッキング終了後、直胴部直径にまで結晶を広げる肩部C1の形成工程、製品となる単結晶を育成する直胴部C2の形成工程、直胴部形成工程後の単結晶直径を徐々に小さくするテール部(図示せず)の形成工程が行われる。 The steps after the start of pulling include a step of forming a shoulder portion C1 that spreads the crystal to the diameter of the straight body portion after the end of necking, a step of forming a straight body portion C2 that grows a single crystal to be a product, and a process of forming the straight body portion. A step of forming a tail portion (not shown) is performed in which the diameter of the single crystal after the step is gradually reduced.
ところで、石英ガラスルツボ51の内側面はシリコン融液Mと接触して溶解するため、石英ガラスルツボ51に含まれる酸素がシリコン融液M中に溶け出し、シリコン融液Mと反応してSiOxとなる。このSiOxの大部分は、融液の自由表面から蒸発し、単結晶引上装置内に導入された不活性ガス(Ar等)とともに排出される。
By the way, since the inner surface of the
ここで、一部のSiOxは、育成中の単結晶に取り込まれ、シリコン単結晶に取り込まれた酸素は、半導体デバイス製造過程で酸素析出物による重金属のゲッタリングやスリップ転位の抑制といった効果をもたらす。
しかしながら、半導体デバイス製造過程において前記酸素析出物が活性層に存在すると電気的特性に悪影響を与える虞があった。そのため、半導体デバイスの種類に応じて適正な酸素濃度のウェーハを製造することが求められている。
Here, some SiOx is incorporated into the growing single crystal, and the oxygen incorporated into the silicon single crystal has an effect of suppressing heavy metal gettering and slip dislocations due to oxygen precipitates in the semiconductor device manufacturing process. ..
However, if the oxygen precipitate is present in the active layer in the process of manufacturing a semiconductor device, there is a risk that the electrical characteristics will be adversely affected. Therefore, it is required to manufacture a wafer having an appropriate oxygen concentration according to the type of semiconductor device.
また、引上初期に成長した直胴部の上部は、石英ガラスルツボ内のシリコン溶融量が多く、ルツボ内壁面とシリコン融液との接触面積が大きいため、石英ガラスルツボからの酸素の溶出量が多い状態で引き上げられる。単結晶の引き上げが進むにつれ、ルツボ内のシリコン融液量が減少していくため、ルツボ内壁面とシリコン融液との接触面積がより小さくなり、石英ガラスルツボからのシリコン融液への酸素の溶出量が少なくなる。 In addition, the upper part of the straight body that grew in the early stage of pulling has a large amount of silicon melted in the quartz glass crucible, and the contact area between the inner wall surface of the crucible and the silicon melt is large, so the amount of oxygen eluted from the quartz glass crucible. It is pulled up in a state where there are many. As the single crystal is pulled up, the amount of silicon melt in the crucible decreases, so the contact area between the inner wall surface of the crucible and the silicon melt becomes smaller, and oxygen from the quartz glass crucible to the silicon melt becomes smaller. The amount of elution decreases.
そのため、シリコン融液中における酸素濃度が安定せず、単結晶の成長方向における酸素濃度分布が不均一となる傾向があった(例えば、上部ほど酸素濃度が高く下部ほど低くなる等)。この単結晶の育成工程では、歩留りを向上させるため、結晶育成軸方向の酸素濃度を均一とする制御が望まれていた。 Therefore, the oxygen concentration in the silicon melt tends to be unstable, and the oxygen concentration distribution in the growth direction of the single crystal tends to be non-uniform (for example, the oxygen concentration is higher in the upper part and lower in the lower part). In this single crystal growing step, in order to improve the yield, it has been desired to control the oxygen concentration in the crystal growing axis direction to be uniform.
前記課題に対し、特許文献1(特開平6−56571号)には、シリコン融液の上方に逆円錐台形状又は円筒状の熱遮蔽治具を配置し、シリコン融液面と前記熱遮蔽治具の下端との隙間を調整することによって、単結晶の酸素濃度を制御する方法が開示されている。
特許文献1に開示された方法によれば、前記熱遮蔽治具の上方から融液面に供給された不活性ガスによる融液面の冷却、及びルツボから融液面に放射される熱の遮蔽程度を正確に制御でき、その結果融液中にある酸素の拡散蒸発が制御され、単結晶への酸素供給量を制御することができる。
In response to the above problem, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-56571), an inverted truncated cone-shaped or cylindrical heat-shielding jig is arranged above the silicon melt, and the silicon melt surface and the heat-shielding cure are provided. A method of controlling the oxygen concentration of a single crystal by adjusting the gap with the lower end of the jig is disclosed.
According to the method disclosed in
また、特許文献2(再公表WO2001/063027)には、炉内に流す不活性ガスの流量及び圧力を引上げ量に応じて変化させることで酸素濃度を制御することが開示されている。
特許文献2に開示された方法によれば、炉内の不活性ガス流量あるいは圧力を変化させることにより、結晶育成界面近傍の融液表面から酸化物として蒸発する酸素の量を容易に調整することが可能となり、シリコン融液中に含まれる酸素量を容易に制御することができる。
Further, Patent Document 2 (Republished WO2001 / 063027) discloses that the oxygen concentration is controlled by changing the flow rate and pressure of the inert gas flowing into the furnace according to the amount of pulling up.
According to the method disclosed in
しかしながら、特許文献1、2に開示された方法にあっては、いずれも結晶成長軸方向の結晶酸素濃度を均一にできるが、以下の問題を抱えていた。
具体的には、特許文献1に開示された方法にあっては、シリコン融液面と熱遮蔽治具との隙間によってシリコン融液面の温度が変化し、結晶の高さ方向の温度分布が変化するため、ボイド状欠陥(COP)や酸素析出物(BMD)といった結晶欠陥の形成に影響し、結晶欠陥の分布が不均一になるという問題があった。
However, all of the methods disclosed in
Specifically, in the method disclosed in
また、特許文献2に開示された方法にあっては、不活性ガスの流量と圧力とで融液からのSiOガスの蒸発量を調整するものであり、不活性ガスの流量が多い場合は排気ポンプに高排気性能の真空ポンプが必要になり、コストが高くなるという問題があった。一方、不活性ガスの流量が少ない場合は、炉内の汚れが排気されず単結晶化率が低下するという問題があった。
Further, in the method disclosed in
本発明者は、特許文献1に開示された方法のように熱遮蔽治具を用いるものでなく、特許文献2に開示された方法のように、不活性ガスの流量と圧力とで融液からのSiOガスの蒸発量を調整するものでもなく、新たな方法を検討した。
その結果、石英ガラスルツボの高さ方向に沿って、前記石英ガラスルツボの壁の厚さTに対する前記透明内層の厚さtの比率t/Tを調整することによって、引き上げるシリコン単結晶の結晶成長軸方向の酸素濃度を制御できることを知見し、本発明を完成するに至った。
The present inventor does not use a heat shield jig as in the method disclosed in
As a result, the crystal growth of the silicon single crystal to be pulled up by adjusting the ratio t / T of the thickness t of the transparent inner layer to the wall thickness T of the quartz glass crucible along the height direction of the quartz glass crucible. It has been found that the oxygen concentration in the axial direction can be controlled, and the present invention has been completed.
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、石英ガラスルツボの壁の厚さTに対する前記透明内層の厚さtの比率t/Tを調整することによって、シリコン結晶長方向に、より均一な酸素濃度分布を有するシリコン単結晶を製造できるシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made under the above-mentioned circumstances, and by adjusting the ratio t / T of the thickness t of the transparent inner layer to the wall thickness T of the quartz glass rut, the silicon crystal length direction. An object of the present invention is to provide a method for producing a silicon single crystal capable of producing a silicon single crystal having a more uniform oxygen concentration distribution.
前記課題を解決するためになされた、本発明に係るシリコン単結晶の製造方法は、不透明外層と透明内層を有する石英ガラスルツボを用いて、前記石英ガラスルツボ内に収容されたシリコン融液から、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法であって、前記石英ガラスルツボの側壁の厚さTに対する前記透明内層の厚さtの比率t/Tが、石英ガラスルツボ側壁の上部から下部にかけて調整された石英ガラスルツボを用い、引き上げるシリコン単結晶の結晶成長軸方向の酸素濃度のばらつきが20%以内であることに特徴を有する。
ここで、前記石英ガラスルツボが、石英ガラスルツボ側壁の上部から下部に向かって、複数の領域に区分され、石英ガラスルツボの側壁の厚さTに対する前記透明内層の厚さtの比率t/Tが、前記複数の領域ごとに調整されていることが望ましい。
また、前記石英ガラスルツボの側壁の厚さTに対する前記透明内層の厚さtの比率t/Tは、0.05より大きく0.8未満の範囲内であることが望ましい。
The method for producing a silicon single crystal according to the present invention, which has been made to solve the above problems, uses a quartz glass turret having an opaque outer layer and a transparent inner layer from a silicon melt contained in the quartz glass rug. A method for producing a silicon single crystal in which a silicon single crystal is pulled up by the Czochralski method, wherein the ratio t / T of the thickness t of the transparent inner layer to the thickness T of the side wall of the quartz glass rutsubo is the side wall of the quartz glass rutsubo. It is characterized in that the variation of the oxygen concentration in the crystal growth axis direction of the silicon single crystal to be pulled up is within 20% by using the quartz glass rutsubo adjusted from the upper part to the lower part.
Here, the quartz glass crucible is divided into a plurality of regions from the upper part to the lower part of the side wall of the quartz glass crucible, and the ratio t / T of the thickness t of the transparent inner layer to the thickness T of the side wall of the quartz glass crucible. However, it is desirable that the adjustment is made for each of the plurality of regions.
Further, it is desirable that the ratio t / T of the thickness t of the transparent inner layer to the thickness T of the side wall of the quartz glass crucible is in the range of more than 0.05 and less than 0.8.
このように本発明に係るシリコン単結晶の製造方法によれば、前記石英ガラスルツボの高さ方向に沿って、前記石英ガラスルツボの壁の厚さTに対する前記透明内層の厚さtの比率t/Tを調整し、引き上げるシリコン単結晶の結晶成長軸方向の酸素濃度を制御することにより、引き上げるシリコン単結晶の結晶成長軸方向の酸素濃度のばらつきを抑制し、酸素濃度をより均一にすることができる。 As described above, according to the method for producing a silicon single crystal according to the present invention, the ratio t of the thickness t of the transparent inner layer to the wall thickness T of the quartz glass crucible along the height direction of the quartz glass crucible. By adjusting / T and controlling the oxygen concentration in the crystal growth axis direction of the silicon single crystal to be pulled up, the variation in the oxygen concentration in the crystal growth axis direction of the silicon single crystal to be pulled up is suppressed, and the oxygen concentration is made more uniform. Can be done.
本発明によれば、石英ガラスルツボの壁の厚さTに対する前記透明内層の厚さtの比率t/Tを調整することによって、シリコン結晶長方向に、より均一な酸素濃度分布を有するシリコン単結晶を製造できるシリコン単結晶の製造方法を得ることができる。 According to the present invention, by adjusting the ratio t / T of the thickness t of the transparent inner layer to the wall thickness T of the quartz glass rut, silicon single silicon having a more uniform oxygen concentration distribution in the silicon crystal length direction. A method for producing a silicon single crystal capable of producing a crystal can be obtained.
以下、本発明に係るシリコン単結晶の製造方法について図面を用いながら説明する。図1は、本発明に係るシリコン単結晶の製造方法が実施される単結晶引上装置の断面図である。図2は、図1の単結晶引上装置が備える石英ガラスルツボの断面図である。
この単結晶引上装置1は、円筒形状のメインチャンバ10aの上にプルチャンバ10bを重ねて形成された炉体10を備え、この炉体10内に鉛直軸回りに回転可能、且つ昇降可能に設けられたカーボンサセプタ(或いは黒鉛サセプタ)2と、前記カーボンサセプタ2によって保持された石英ガラスルツボ3(以下、単にルツボ3と称する)とを具備している。このルツボ3は、カーボンサセプタ2の回転とともに鉛直軸回りに回転可能となされている。
Hereinafter, a method for producing a silicon single crystal according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a single crystal pulling device in which the method for producing a silicon single crystal according to the present invention is carried out. FIG. 2 is a cross-sectional view of a quartz glass crucible included in the single crystal pulling device of FIG.
The single
ここで図2、図3を用いてルツボ3の構成について詳しく説明する。
ルツボ3は、例えば口径800mmに形成され、所定の曲率を有する底部31と、前記底部31の周りに形成され、所定の曲率を有するコーナー部32と、前記コーナー部32から上方に延びる直胴部33とを有する。前記直胴部33の上端には、ルツボ開口(上端開口)が形成されている。
ルツボ3は、図2に示すように、不透明外層3A(不透明層)と透明内層3B(透明層)との2層構造である。
Here, the configuration of the
The
As shown in FIG. 2, the
このうち、不透明外層3Aは天然原料石英ガラスからなり、透明内層3Bは例えば高純度の合成原料石英ガラスからなる。
ここで不透明とは、石英ガラス中に多数の気泡(気孔)が内在し、見かけ上、白濁した状態を意味する。また、天然原料石英ガラスとは水晶等の天然質原料を溶融して製造されるシリカガラスを意味し、合成原料石英ガラスとは、例えばシリコンアルコキシドの加水分解により合成された合成原料を溶融して製造されるシリカガラスを意味する。
Of these, the opaque
Here, opaque means a state in which a large number of bubbles (pores) are contained in the quartz glass and the quartz glass is apparently cloudy. Further, the natural raw material quartz glass means silica glass produced by melting a natural material such as crystal, and the synthetic raw material quartz glass means, for example, a synthetic raw material synthesized by hydrolysis of silicon alkoxide is melted. It means the silica glass to be manufactured.
そして、この製造方法では、前記石英ガラスルツボの壁の厚さTに対する前記透明内層の厚さtの比率t/Tが、ルツボ高さ方向において調整(設定)された石英ガラスルツボが用いられる。
前述したように、単結晶を引き上げる過程において、シリコン融液中における酸素濃度は安定せず、単結晶の成長方向における酸素濃度分布が不均一となる傾向がある。どのように不均一になるかは、融液中の酸素濃度の変化の他、磁場強度、磁場中心位置、不活性ガスの流量や炉内圧、石英ガラスルツボ3の回転、単結晶の回転等のパラメータに影響されて決まる。
Then, in this manufacturing method, a quartz glass crucible in which the ratio t / T of the thickness t of the transparent inner layer to the wall thickness T of the quartz glass crucible is adjusted (set) in the crucible height direction is used.
As described above, in the process of pulling up the single crystal, the oxygen concentration in the silicon melt is not stable, and the oxygen concentration distribution in the growth direction of the single crystal tends to be non-uniform. In addition to changes in the oxygen concentration in the melt, how it becomes non-uniform depends on the magnetic field strength, magnetic field center position, inert gas flow rate and furnace pressure,
そのため、本発明においては、ある単結晶引上装置において、引き上げた単結晶の不均一となる酸素濃度分布の傾向(例えば、結晶上部の酸素濃度が下部よりも高くなる分布など)を予め把握しておき、それに基づき前記比率t/Tが調整される。
本実施形態においては、前記酸素濃度分布の傾向が、結晶上部の酸素濃度が下部よりも高くなる分布となる場合を例に説明する。
Therefore, in the present invention, in a certain single crystal pulling device, the tendency of the oxygen concentration distribution in which the pulled single crystal becomes non-uniform (for example, the distribution in which the oxygen concentration in the upper part of the crystal is higher than that in the lower part) is grasped in advance. Then, the ratio t / T is adjusted based on the ratio.
In the present embodiment, the case where the tendency of the oxygen concentration distribution is such that the oxygen concentration in the upper part of the crystal is higher than that in the lower part will be described as an example.
図3に拡大して示すようにルツボ3の直胴部33の高さ方向に沿って、例えばルツボ上部33Aとルツボ中間部33Bとルツボ下部33Cとで、ルツボ壁厚さ(不透明外層3Aと不透明内層3Bとを合わせた厚さ)Tに対する透明内層3Bの厚さtの比率t/Tが0.05より大きく0.8未満の間で設定されている。
例えば、上部33Aから下部33Cに向かって前記比率t/Tが小さい値から大きい値に設定されている。具体的には、例えば、上部33Aではルツボ壁厚さTに対する透明内層3Bの厚さtの比率t/Tが0.10とされ、中間部33Bの比率t/Tが0.3とされ、下部33Cの比率t/Tが0.6とされる。
As shown enlarged in FIG. 3, along the height direction of the
For example, the ratio t / T is set from a small value to a large value from the upper 33A to the lower 33C. Specifically, for example, in the
尚、前記比率t/Tが0.05以下の場合(透明内層3Bの厚さが薄すぎる場合)、結晶育成中に透明内層3Bがすべて溶けてしまい、気泡を含む不透明外層3Aがシリコン融液M側に露出し、微小な石英パーティクルが剥がれる虞がある。その場合、パーティクルが融液表面に到達し、有転位化率が上昇する、或いは気泡が結晶中に取り込まれてエアポケットが形成される不良が発生する等の虞がある。
一方、前記比率t/Tが0.8以上の場合(透明内層3Bの厚さが厚すぎる場合)、不透明外層3Aによる熱の均一拡散が不十分になり、温度制御が困難になる、或いは製品価格が高くなるなどの欠点がある。
When the ratio t / T is 0.05 or less (when the thickness of the transparent
On the other hand, when the ratio t / T is 0.8 or more (when the thickness of the transparent
上記のように比率t/Tを規定するのは、不透明外層3Aと透明内層3Bの熱伝達率が異なることによる。不透明外層3Aは、多量の気泡を含むため、熱を均一に拡散し均一な温度分布となる。一方、透明内層3Bは、熱伝導率が高く、温度制御が難しい。
The ratio t / T is defined as described above because the heat transfer coefficients of the opaque
そのため、ルツボ3の肉厚Tに対し透明内層3Bの比率t/Tが小さい場合には、熱を均一に拡散する不透明外層3Aが厚くなり、必要以上にルツボ3を加熱する必要がなく、ルツボ内表面温度を低くすることができるため、シリコン融液Mへの石英の溶解量を少なくすることができる。
一方、ルツボ3の肉厚Tに対し透明内層3Bの比率t/Tが大きい場合には、熱伝導が大きいため、ルツボ内表面温度が高くなり、石英の溶解量が多くなり、シリコン融液Mへの石英の溶解量を多くすることができる。
Therefore, when the ratio t / T of the transparent
On the other hand, when the ratio t / T of the transparent
結晶育成が進むとともにシリコン融液量が減少するため、育成する単結晶に対する酸素濃度の影響は、シリコン融液面M1が位置するルツボ上部33Aから中間部33B、下部33Cへと移行する。
また、上述したように石英ガラスルツボ中のシリコン融液量が多い引き上げ初期ほど、シリコン融液中の酸素量が多いため、単結晶上部ほど酸素濃度が高くなる傾向を有する。
そこで、本発明に係る実施形態にあっては、結晶酸素濃度に最も影響するシリコン融液面M1が順に移動するルツボ上部33A、中間部33B、下部33Cの比率t/Tを、一例として石英ガラスルツボの上部から下部に向かって、大きくなるように、それぞれ設定することにより結晶成長軸方向の酸素濃度が、より均一となるよう制御する構成となっている。
Since the amount of the silicon melt decreases as the crystal growth progresses, the influence of the oxygen concentration on the single crystal to be grown shifts from the
Further, as described above, since the amount of oxygen in the silicon melt is large in the initial stage of pulling up when the amount of silicon melt in the quartz glass crucible is large, the oxygen concentration tends to be higher in the upper part of the single crystal.
Therefore, in the embodiment of the present invention, the ratio t / T of the
次に図1の説明に戻り、カーボンサセプタ2の下方には、このカーボンサセプタ2を鉛直軸回りに回転させる回転モータなどの回転駆動部14と、カーボンサセプタ2を昇降移動させる昇降駆動部15とが設けられている。
尚、回転駆動部14には回転駆動制御部14aが接続され、昇降駆動部15には昇降駆動制御部15aが接続されている。
Next, returning to the description of FIG. 1, below the
The rotation
また単結晶引上装置1は、ルツボ3に装填された半導体原料(原料ポリシリコン)を溶融してシリコン溶融液M(以下、単に溶融液Mと呼ぶ)とする抵抗加熱によるサイドヒータ4と、ワイヤ6を巻き上げ、育成される単結晶Cを引き上げる引き上げ機構9とを備えている。前記引き上げ機構9が有するワイヤ6の先端には、種結晶Pが取り付けられている。
Further, the single
尚、サイドヒータ4には供給電力量を制御するヒータ駆動制御部4aが接続され、引き上げ機構9には、その回転駆動の制御を行う回転駆動制御部9aが接続されている。
また、この単結晶引上装置1においては、例えば、炉体2の外側に磁場印加用電磁コイル8が設置される。この磁場印加用電磁コイル8に所定の電流が印加されると、ルツボ3内のシリコン溶融液Mに対し所定強度の水平磁場が印加されるようになっている。磁場印加用電磁コイル8には、その動作制御を行う電磁コイル制御部8aが接続されている。
A heater
Further, in the single
即ち、本実施形態においては、溶融液M内に磁場を印加して単結晶を育成するMCZ法(Magnetic field applied CZ法)が実施され、それによりシリコン溶融液Mの対流を制御し、単結晶化の安定を図るようになされる。 That is, in the present embodiment, the MCZ method (Magnetic field applied CZ method) in which a magnetic field is applied into the melt M to grow a single crystal is carried out, thereby controlling the convection of the silicon melt M and causing the single crystal. It is designed to stabilize the crystallization.
また、ルツボ3内に形成される溶融液Mの上方には、単結晶Cの周囲を包囲する輻射シールド7が配置されている。この輻射シールド7は、上部と下部が開口形成され、育成中の単結晶Cに対するサイドヒータ4や溶融液M等からの余計な輻射熱を遮蔽すると共に、炉内のガス流を整流するものである。
尚、輻射シールド7の下端と溶融液面との間のギャップは、育成する単結晶の所望の特性に応じて所定の距離を一定に維持するよう制御される。
Further, above the melt M formed in the
The gap between the lower end of the radiation shield 7 and the surface of the molten liquid is controlled so as to maintain a constant distance according to the desired characteristics of the single crystal to be grown.
また、この単結晶引上装置1は、記憶装置11aと演算制御装置11bとを有するコンピュータ11を備え、回転駆動制御部14a、昇降駆動制御部15a、電磁コイル制御部8a、回転駆動制御部9aは、それぞれ演算制御装置11bに接続されている。
Further, the single
このように構成された単結晶引上装置1において、例えば、直径300mmの単結晶Cを育成する場合、次のように引き上げが行われる。即ち、最初にルツボ3に原料ポリシリコン(例えば350kg)を装填し、コンピュータ11の記憶装置11aに記憶されたプログラムに基づき結晶育成工程が開始される。
In the single
先ず、炉体10内が所定の雰囲気(主にアルゴンガスなどの不活性ガス)となされ、ルツボ3が所定の回転速度(rpm)で回転動作された状態で、ルツボ3内に装填された原料ポリシリコンが、サイドヒータ4による加熱によって溶融され、溶融液Mとされる(図4のステップS1)。
First, the raw material loaded in the
次いで、磁場印加用電磁コイル8に所定の電流が流され、溶融液M内に1000〜4000Gaussの範囲内で設定された磁束密度(例えば2500Gauss)で水平磁場が印加開始される(図4のステップS2)。
また、ワイヤ6が降ろされて種結晶Pが溶融液Mに接触され、種結晶Pの先端部を溶解した後、ネッキングが行われ、ネック部P1が形成開始される(図4のステップS3)。
ネック部P1が形成されると、サイドヒータ4への供給電力や、引き上げ速度、磁場印加強度などをパラメータとして引き上げ条件が調整され、ルツボ3の回転方向とは逆方向に所定の回転速度で種結晶Pが回転開始される。
Next, a predetermined current is passed through the magnetic field application electromagnetic coil 8, and a horizontal magnetic field is started to be applied into the melt M at a magnetic flux density (for example, 2500 Gauss) set in the range of 1000 to 4000 Gauss (step of FIG. 4). S2).
Further, the
When the neck portion P1 is formed, the pulling conditions are adjusted with the power supplied to the
そして、結晶径が徐々に拡径されて肩部C1が形成され(図4のステップS4)、製品部分となる直胴部C2を形成する工程に移行する(図4のステップS5)。
ここで、ルツボ3から溶出した酸素が導入されたシリコン融液Mから育成される単結晶中の酸素濃度は、例えば、磁場強度、磁場中心位置、不活性ガスの流量や炉内圧、石英ガラスルツボ3の回転、単結晶の回転等のパラメータが影響する。
Then, the crystal diameter is gradually increased to form the shoulder portion C1 (step S4 in FIG. 4), and the process proceeds to the step of forming the straight body portion C2 to be the product portion (step S5 in FIG. 4).
Here, the oxygen concentration in the single crystal grown from the silicon melt M into which the oxygen eluted from the
結晶成長軸方向の酸素濃度分布は、上記パラメータに影響されるが、従来は、上記パラメータ制御のみで結晶成長軸方向の酸素濃度を均一にすることは困難である。
そこで、本発明に係る実施形態においては、上記パラメータ条件に加え、ルツボ3の高さ方向におけるルツボ壁厚さTに対する透明内層3Bの厚さtの比率t/Tを調整することにより結晶成長軸方向における結晶酸素濃度を制御する。
The oxygen concentration distribution in the crystal growth axis direction is affected by the above parameters, but conventionally, it is difficult to make the oxygen concentration in the crystal growth axis direction uniform only by controlling the above parameters.
Therefore, in the embodiment of the present invention, in addition to the above parameter conditions, the crystal growth axis is adjusted by adjusting the ratio t / T of the thickness t of the transparent
具体的には、磁場強度、磁場中心位置、不活性ガスの流量や炉内圧、ベースとなる石英ガラスルツボ3の回転、単結晶の回転等の上記パラメータにより引き上げられた単結晶Cの成長軸方向の酸素濃度の傾向は、事前にデータとして記憶装置11aに記録しておき、それに合わせて前記石英ガラスルツボ3における比率t/Tを決定し、それに基づくルツボを製造して使用することとなる。
Specifically, the growth axis direction of the single crystal C raised by the above parameters such as the magnetic field strength, the magnetic field center position, the flow rate of the inert gas and the pressure inside the furnace, the rotation of the base
直胴部C2の育成初期では、シリコン融液面M1は、図5(a)に示すようにルツボ上部33Aに位置する。単結晶Cに取り込まれる酸素量は、シリコン融液面M1付近の融液M中の酸素濃度が最も影響する。
ここで、直胴部C2の育成初期では、シリコン融液量が多く、ルツボ内表面との接触面積が大きいために、融液中の酸素濃度は全体的に高いが、ルツボ上部33Aでは、ルツボ壁厚さTに対する透明内層3Bの厚さtの比率t/Tが例えば0.08と小さく設定されている。即ち、透明内層3Bの厚さが薄く形成されているため、不透明外層3Aが厚く、それにより熱が拡散して均一化される。それにより、ルツボ内表面の温度が低くなり、ルツボ3からシリコン融液Mへの石英の溶解量が抑制される。
At the initial stage of growing the straight body portion C2, the silicon melt surface M1 is located at the
Here, in the initial stage of growing the straight body portion C2, the amount of silicon melt is large and the contact area with the inner surface of the crucible is large, so that the oxygen concentration in the melt is high as a whole. The ratio t / T of the thickness t of the transparent
直胴部の育成が進み、図5(b)に示すようにシリコン溶融液面M1が減少してルツボ中部33Bの位置になると、このルツボ中部33Bでは、ルツボ壁厚さTに対する透明内層3Bの厚さtの比率t/Tが例えば0.3に設定されている。
ここで、ルツボ内のシリコン融液量は減少しているため、シリコン融液中の酸素濃度は低下傾向となるが、シリコン融液面M1が位置するルツボ中部33Bは、ルツボ上部33Aよりも透明内層3Bの厚さが厚いため、ルツボ3からシリコン融液Mへの石英の溶解量が増加する。
As the growth of the straight body portion progresses and the silicon melt surface M1 decreases to the position of the crucible
Here, since the amount of the silicon melt in the crucible is decreasing, the oxygen concentration in the silicon melt tends to decrease, but the
更に直胴部の育成が進み、図5(c)に示すようにシリコン溶融液面M1がルツボ下部33Cの位置になると、このルツボ下部33Cでは、ルツボ壁厚さTに対する透明内層3Bの厚さtの比率t/Tが例えば0.6と高めに設定されている。
ここで、ルツボ内のシリコン融液量は更に減少し少量となっているため、シリコン融液中の酸素濃度は低いが、ルツボ下部33Cでは、透明内層3Bの厚さが厚く形成されているため、熱伝導率が高くなっている。それにより、ルツボ内表面の温度が高くなり、ルツボ3からシリコン融液への石英の溶解量が多くなる。
Further growth of the straight body portion progresses, and when the silicon melt surface M1 reaches the position of the crucible
Here, since the amount of the silicon melt in the crucible is further reduced to a small amount, the oxygen concentration in the silicon melt is low, but the transparent
このように直胴部C2の育成を行うことにより、直胴部C2の成長軸方向において酸素濃度が均一になるように矯正される。
そして、所定の長さまで直胴部C2が形成されると、最終のテール部工程に移行する(図2のステップS6)。このテール部工程においては、結晶下端と溶融液Mとの接触面積が徐々に小さくなり、単結晶Cと溶融液Mとが切り離され、シリコン単結晶が製造される。
By growing the straight body portion C2 in this way, the oxygen concentration is corrected to be uniform in the growth axis direction of the straight body portion C2.
Then, when the straight body portion C2 is formed to a predetermined length, the process proceeds to the final tail portion step (step S6 in FIG. 2). In this tail portion step, the contact area between the lower end of the crystal and the melt M is gradually reduced, the single crystal C and the melt M are separated, and a silicon single crystal is produced.
以上のように、本実施の形態によれば、前記石英ガラスルツボの高さ方向に沿って、前記石英ガラスルツボの壁の厚さTに対する前記透明内層の厚さtの比率t/Tを調整し、引き上げるシリコン単結晶の結晶成長軸方向の酸素濃度を制御することにより、結晶成長軸方向の酸素濃度を所望の値に近づけ、且つ均一にすることができる。
また、従来一般的な単結晶引上装置の構成に対し、ルツボ3の壁厚さTに対する透明内層3Bの厚さtを調整するのみでよいため、かかるコストを抑えることができる。
また、シリコン融液面の温度は一定に保つ制御が可能であるため、結晶欠陥の分布が不均一になることを防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, the ratio t / T of the thickness t of the transparent inner layer to the wall thickness T of the quartz glass crucible is adjusted along the height direction of the quartz glass crucible. By controlling the oxygen concentration in the crystal growth axis direction of the silicon single crystal to be pulled up, the oxygen concentration in the crystal growth axis direction can be brought close to a desired value and made uniform.
Further, since it is only necessary to adjust the thickness t of the transparent
Further, since the temperature of the silicon melt surface can be controlled to be kept constant, it is possible to prevent the distribution of crystal defects from becoming non-uniform.
尚、前記実施の形態においては、ルツボ壁厚さTに対する透明内層3Bの厚さtの比率t/Tを、0.08、0.3、0.6と設定した場合を示したが、磁場強度、磁場中心位置、不活性ガスの流量や炉内圧、石英ガラスルツボの回転、単結晶の回転等のパラメータを変えることにより、比率t/Tを適宜変えることができる。
In the above embodiment, the ratio t / T of the thickness t of the transparent
また、前記実施の形態においては、石英ガラスルツボ3の高さ方向に3つの領域(33A,33B,33C)に分けて各領域に比率t/Tを設定したが、本発明にあっては、前記領域の数は限定されるものではなく、適宜設定することができる。
また各領域に分けて、特定の比率t/Tを設定するのではなく、石英ガラスルツボ3の高さ方向において、徐々に比率t/Tを変化させても良い。
Further, in the above-described embodiment, the
Further, instead of setting a specific ratio t / T separately for each region, the ratio t / T may be gradually changed in the height direction of the
また、石英ガラスルツボ3を不透明外層3Aと透明内層3Bとの2層構造としたが、本発明にあっては、その構成に限定されるものではなく、内層が透明層であれば、層の数は限定されない。
Further, the
更に、本発明を実施するに際し、特許文献1に開示された方法のように熱遮蔽治具を用いる方法、特許文献2に開示された方法のように不活性ガスの流量と圧力とで融液からのSiOガスの蒸発量を調整する方法を併用しても良い。
Further, when carrying out the present invention, a method using a heat shielding jig as in the method disclosed in
本発明に係るシリコン単結晶の製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。
(実験1)
実験1では、ルツボ壁厚さTに対する透明内層の厚さtの比率t/Tをルツボ高さ方向で変化させることにより、引き上げたシリコン単結晶の引き上げ方向の酸素濃度分布に対し、どのように影響するかを検証した。
The method for producing a silicon single crystal according to the present invention will be further described based on Examples.
(Experiment 1)
In
実験1では、上述の実施形態に示した構成の単結晶引上装置において、ルツボに350kgの原料ポリシリコンを投入し、直径300mmのシリコン単結晶の引上げを行なった。シリコン溶融液の自然対流を抑制するために、引上中に印加する水平磁場の磁束密度は2500Gaussに設定した。
また、不活性ガスの流量は、90L/minとし、炉内圧を50torrとした。
更に、ルツボの回転数を1rpmとし、単結晶の回転数を10rpmとした(回転方向は互いに逆方向とした)。
In
The flow rate of the inert gas was 90 L / min, and the pressure inside the furnace was 50 torr.
Further, the rotation speed of the crucible was set to 1 rpm, and the rotation speed of the single crystal was set to 10 rpm (the rotation directions were opposite to each other).
図3に示したルツボ壁厚さTに対する透明内層3Bの厚さtの比率t/Tは、実施例1、実施例2、比較例1において、表1に示すように設定した。
実施例1では、引き上げた単結晶の上部の酸素濃度が下部の酸素濃度よりも高くなる傾向を有する引上装置の条件下において石英ルツボの比率t/Tを設定した。
実施例2では、引き上げた単結晶の上部の酸素濃度が下部の酸素濃度よりも高くなる傾向を有する引上装置の条件下において石英ルツボの比率t/Tを設定した。
また、比較例1では、引き上げた単結晶の上部の酸素濃度が下部の酸素濃度よりも高くなる傾向を有する引上装置の条件下において石英ルツボの比率t/Tを変えずに実施した。
実験1の結果を図6のグラフに示す。図6のグラフの縦軸は酸素濃度(×1018/cm3)、横軸は固化率である。また、実施例1,2、及び比較例1の条件に基づき引き上げた単結晶の軸方向における酸素濃度のばらつきを、表1に示す。
The ratio t / T of the thickness t of the transparent
In Example 1, the ratio t / T of the quartz crucible was set under the condition of the pulling device in which the oxygen concentration in the upper part of the pulled single crystal tended to be higher than the oxygen concentration in the lower part.
In Example 2, the ratio t / T of the quartz crucible was set under the condition of the pulling device in which the oxygen concentration in the upper part of the pulled single crystal tended to be higher than the oxygen concentration in the lower part.
Further, in Comparative Example 1, the quartz crucible ratio t / T was not changed under the condition of the pulling device in which the oxygen concentration in the upper part of the pulled single crystal tended to be higher than the oxygen concentration in the lower part.
The result of
(表1)
(Table 1)
図6のグラフに示すように実施例1では、結晶引上初期の酸素濃度が抑えられ、低酸素濃度で結晶成長軸方向に均一な酸素濃度を有する単結晶が得られた。また、表1に示すように酸素濃度のばらつきは14%に抑えられた。
また、実施例2では、結晶引上後期の酸素濃度が向上し、高酸素濃度で結晶成長軸方向に均一な酸素濃度を有する単結晶が得られた。また、表1に示すように酸素濃度のばらつきは13%に抑えられた。
また、比較例1では、結晶上部ほど酸素濃度が高い単結晶が得られた。また、表1に示すように酸素濃度のばらつきは30%と大きくなった。
この実験1の結果から、本発明によれば結晶成長軸方向に酸素濃度を、より均一に制御でき、酸素濃度のばらつきを20%以内に抑えられることが確認された。
As shown in the graph of FIG. 6, in Example 1, the oxygen concentration at the initial stage of crystal pulling was suppressed, and a single crystal having a low oxygen concentration and a uniform oxygen concentration in the crystal growth axis direction was obtained. Further, as shown in Table 1, the variation in oxygen concentration was suppressed to 14%.
Further, in Example 2, the oxygen concentration in the late stage of crystal pulling was improved, and a single crystal having a high oxygen concentration and a uniform oxygen concentration in the crystal growth axis direction was obtained. Further, as shown in Table 1, the variation in oxygen concentration was suppressed to 13%.
Further, in Comparative Example 1, a single crystal having a higher oxygen concentration was obtained in the upper part of the crystal. Further, as shown in Table 1, the variation in oxygen concentration was as large as 30%.
From the results of this
(実験2)
実験2では、引き上げた単結晶の上部の酸素濃度が下部の酸素濃度よりも低くなる傾向を有する引上装置の条件下において、石英ルツボのルツボ壁厚さTに対する透明内層の厚さtの比率t/Tをルツボ高さ方向で変化させ、引き上げられる単結晶の高さ方向における酸素濃度のばらつきを検証した。単結晶引き上げの条件は、実験1と同じである。
実施例3、4、及び比較例2におけるルツボ上部、中部、下部における比率t/T、及びそれらの条件に基づき引き上げた単結晶の軸方向における酸素濃度のばらつきを、表2に示す。
また、図7のグラフに、実施例3、4及び比較例2における単結晶酸素濃度の変化を示す。図7のグラフにおいて、縦軸は酸素濃度(×1018/cm3)、横軸は固化率である。
(Experiment 2)
In
Table 2 shows the ratio t / T in the upper part, the middle part, and the lower part of the crucible in Examples 3, 4 and Comparative Example 2, and the variation in the oxygen concentration in the axial direction of the single crystal pulled up based on those conditions.
Further, the graph of FIG. 7 shows changes in the single crystal oxygen concentration in Examples 3 and 4 and Comparative Example 2. In the graph of FIG. 7, the vertical axis is the oxygen concentration (× 10 18 / cm 3 ), and the horizontal axis is the solidification rate.
(表2)
(Table 2)
図7のグラフ、及び表2に示すように、実施例3、4ではルツボ上部における比率t/Tをルツボ下部よりも大きく設定することにより、単結晶の引き上げ軸方向における酸素濃度分布のばらつきが小さく(10%以下)に抑えられた。
一方、比較例2では、ルツボ高さ方向において透明内層の厚さの比率t/Tを略一定に設定したが、引き上げた単結晶の上部の酸素濃度が下部よりも低くなり(ベースと同じ)、酸素濃度のばらつきが大きく(22%)なる結果となった。
As shown in the graph of FIG. 7 and Table 2, in Examples 3 and 4, by setting the ratio t / T in the upper part of the crucible to be larger than that in the lower part of the crucible, the variation in the oxygen concentration distribution in the pulling axis direction of the single crystal becomes large. It was kept small (10% or less).
On the other hand, in Comparative Example 2, the ratio t / T of the thickness of the transparent inner layer was set to be substantially constant in the crucible height direction, but the oxygen concentration at the upper part of the pulled-up single crystal was lower than that at the lower part (same as the base). As a result, the variation in oxygen concentration was large (22%).
(実験3)
実験3では、ルツボ壁厚さTに対する透明内層の厚さtの比率t/Tの適切な範囲について検証した。適切か否かの判定は、結晶の有転位化率、温度変動量の大きさにより判定した。
表3に実施例5〜7、比較例3〜6における条件である比率t/T、及び結果としての結晶の有転位化率、融液の温度変動量を示す。実験3の実施例5〜7、比較例3〜6では、引き上げた単結晶の引上軸方向の酸素濃度分布を均一とするために比率t/Tを設定した。その他の条件は、実験1と同じである。
(Experiment 3)
In
Table 3 shows the ratio t / T, which is the condition in Examples 5 to 7 and Comparative Examples 3 to 6, the resulting dislocation rate of the crystal, and the amount of temperature fluctuation of the melt. In Examples 5 to 7 and Comparative Examples 3 to 6 of
(表3)
(Table 3)
表3に示すように、実施例5〜7において設定した比率t/Tでは、有転位化率が10%以下、温度変動量が±3℃と良好な結果が得られた。
一方、比較例3、4のように比率t/Tが0.05と低い部位がある場合には、不透明層の気泡が露出し、微小な石英パーティクルが発生して有転位化率が上昇した。
また、比較例5、6のように比率t/Tが0.80以上の部位がある場合には、不透明外層による熱の均一拡散が不十分になり、温度制御が困難になってシリコン融液の温度変動量が大きくなった。
この結果より、ルツボ壁厚さTに対する透明内層の厚さtの比率t/Tの範囲は、0.05より大きく0.80未満であることが望ましいことを確認した。
As shown in Table 3, at the ratio t / T set in Examples 5 to 7, good results were obtained with the dislocation rate being 10% or less and the temperature fluctuation amount being ± 3 ° C.
On the other hand, when there is a portion where the ratio t / T is as low as 0.05 as in Comparative Examples 3 and 4, bubbles in the opaque layer are exposed, fine quartz particles are generated, and the dislocation rate increases. ..
Further, when there is a portion having a ratio t / T of 0.80 or more as in Comparative Examples 5 and 6, the uniform diffusion of heat by the opaque outer layer becomes insufficient, the temperature control becomes difficult, and the silicon melt The amount of temperature fluctuation has increased.
From this result, it was confirmed that the range of the ratio t / T of the thickness t of the transparent inner layer to the crucible wall thickness T is preferably larger than 0.05 and less than 0.80.
1 単結晶引上装置
2 カーボンサセプタ
3 石英ガラスルツボ(ルツボ)
4 サイドヒータ
6 ワイヤ
7 輻射シールド
8 磁場印加用電磁コイル
9 引き上げ機構
10 炉体
11 コンピュータ
11a 記憶装置
11b 演算制御装置
14 回転駆動部
15 昇降駆動部
C シリコン単結晶
M シリコン融液
C1 肩部
C2 直胴部
1 Single
4
Claims (3)
前記石英ガラスルツボの側壁の厚さTに対する前記透明内層の厚さtの比率t/Tが、石英ガラスルツボ側壁の上部から下部にかけて調整された石英ガラスルツボを用い、
引き上げるシリコン単結晶の結晶成長軸方向の酸素濃度のばらつきが20%以内である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 in which a silicon single crystal is pulled up from a silicon melt contained in the quartz glass crucible by a Czochralski method using a quartz glass crucible having an opaque outer layer and a transparent inner layer.
Using a quartz glass crucible in which the ratio t / T of the thickness t of the transparent inner layer to the thickness T of the side wall of the quartz glass crucible was adjusted from the upper part to the lower part of the side wall of the quartz glass crucible.
A method for producing a silicon single crystal, characterized in that the variation in oxygen concentration in the crystal growth axis direction of the silicon single crystal to be pulled up is within 20%.
石英ガラスルツボ側壁の上部から下部に向かって、複数の領域に区分され、石英ガラスルツボの側壁の厚さTに対する前記透明内層の厚さtの比率t/Tが、前記複数の領域ごとに調整されていることを特徴とする請求項1記載のシリコン単結晶の製造方法。 The quartz glass crucible
From the upper part to the lower part of the side wall of the quartz glass crucible, it is divided into a plurality of regions, and the ratio t / T of the thickness t of the transparent inner layer to the thickness T of the side wall of the quartz glass crucible is adjusted for each of the plurality of regions. The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the silicon single crystal is produced.
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Citations (1)
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WO2004106247A1 (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-09 | Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd. | Quartz glass crucible for pulling up silicon single crystal |
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CN101624721A (en) * | 2008-07-10 | 2010-01-13 | 日本超精石英株式会社 | Quartz glass crucible and silicon single crystal pulling method using same |
JP4987029B2 (en) * | 2009-04-02 | 2012-07-25 | ジャパンスーパークォーツ株式会社 | Silica glass crucible for pulling silicon single crystals |
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Patent Citations (1)
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---|---|---|---|---|
WO2004106247A1 (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-09 | Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd. | Quartz glass crucible for pulling up silicon single crystal |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114959880A (en) * | 2022-05-27 | 2022-08-30 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | Quartz crucible, crucible assembly and crystal pulling furnace for producing single crystal silicon rods |
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