JP2022067701A - Method for manufacturing silicon single crystal - Google Patents

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Abstract

To provide a silicon single crystal and a silicon wafer having improved distribution of in-plane resistivity.SOLUTION: A method for manufacturing a silicon single crystal comprises: adding a main dopant and a conductive auxiliary dopant having opposite polarity to grow a first silicon single crystal (S22); cutting a crystal portion grown while adding the auxiliary dopant from the first silicon single crystal to prepare a wafer sample (S23); measuring distribution of resistivity of the wafer sample in a radial direction at a first pitch (S24); calculating a deviation index of resistivity PA-RRG in each of a plurality of resistivity evaluation regions obtained by dividing the wafer sample in the radial direction at a second pitch wider than the first pitch (S25); calculating a division dope frequency and division dope amount of the auxiliary dopant necessary for setting the maximum of PA-RRG calculated from the wafer sample to a value equal to or less than a target value (S26); and adding the auxiliary dopant of the division dope amount at the division dope frequency to grow a second silicon single crystal (S27).SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関し、特に、主ドーパントのみならずこれと反対極性の導電型を有する副ドーパントが添加されたシリコン単結晶の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal, and more particularly to a method for producing a silicon single crystal to which not only a main dopant but also a sub-dopant having a conductive type having a polarity opposite to the main dopant is added.

半導体デバイスの基板材料となるシリコン単結晶の多くはCZ法により製造されている。CZ法は、石英ルツボ内に収容されたシリコン融液に種結晶を浸漬し、種結晶及び石英ルツボを回転させながら種結晶を徐々に引き上げることにより、種結晶の下方に大きな直径の単結晶を成長させる。CZ法によれば、高品質のシリコン単結晶を高い歩留まりで製造することが可能である。 Most of the silicon single crystals used as substrate materials for semiconductor devices are manufactured by the CZ method. In the CZ method, a seed crystal is immersed in a silicon melt contained in a quartz rut, and the seed crystal and the quartz rut are gradually pulled up while rotating, so that a single crystal having a large diameter is formed below the seed crystal. Grow. According to the CZ method, it is possible to produce a high quality silicon single crystal with a high yield.

シリコン単結晶の育成では、単結晶の抵抗率を調整するために各種のドープ剤(ドーパント)が使用される。代表的なドーパントは、ボロン(B)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)などである。通常、これらのドーパントは、多結晶シリコン原料と共に石英ルツボ内に投入され、ヒータによる加熱で多結晶シリコンと共に融解される。これにより、所定量のドーパントを含んだシリコン融液が生成される。 In the growth of a silicon single crystal, various doping agents (dopants) are used to adjust the resistivity of the single crystal. Typical dopants are boron (B), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) and the like. Usually, these dopants are put into a quartz crucible together with the polysilicon raw material and melted together with the polysilicon by heating with a heater. As a result, a silicon melt containing a predetermined amount of dopant is produced.

しかし、シリコン単結晶中のドーパント濃度は偏析によって引き上げ軸方向に変化するため、引き上げ軸方向に均一な抵抗率を得ることは難しい。この問題を解決するには、シリコン単結晶の引き上げ途中で、主ドーパントと反対極性の導電型のドーパントを添加する方法が有効である。例えば、n型シリコン単結晶の引き上げ途中でシリコン融液にp型トーパントを加えることにより、n型ドーパントの偏析の影響によるシリコン単結晶の抵抗率の低下を抑制することができる。このような主ドーパントと反対極性の導電型の副ドーパントを添加する方法は、カウンタードープ法と呼ばれている。 However, since the dopant concentration in the silicon single crystal changes in the pull-up axial direction due to segregation, it is difficult to obtain a uniform resistivity in the pull-up axial direction. To solve this problem, it is effective to add a conductive dopant having a polarity opposite to that of the main dopant during the pulling of the silicon single crystal. For example, by adding a p-type topant to the silicon melt during the pulling up of the n-type silicon single crystal, it is possible to suppress a decrease in the resistance of the silicon single crystal due to the influence of segregation of the n-type dopant. Such a method of adding a conductive type sub-dopant having the opposite polarity to the main dopant is called a counter-doping method.

カウンタードープ法に関し、例えば特許文献1には、初期に投入した型(例えばn型)と反対極性の型(例えばp型)のドーパントの投入速度が所定の関係式を満たすように投入することで結晶長手方向の抵抗率分布を均一にする方法が記載されている。また特許文献2には、粒状ドープ剤供給装置及び方法が記載されている。 Regarding the counterdope method, for example, in Patent Document 1, a dopant of a type having the opposite polarity (for example, p-type) to that of the initially introduced type (for example, n-type) is charged so as to satisfy a predetermined relational expression. A method for making the resistivity distribution in the crystal longitudinal direction uniform is described. Further, Patent Document 2 describes a granular doping agent supply device and a method.

特開平3-247585号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-247585 特開平6-1688号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-1688

粒状の副ドーパントを連続的に投入する従来のカウンタードープ法によれば、面内抵抗率分布を良好にすることが可能である。しかし、粒状の副ドーパントが微細なものになることが多く、このような微細な粒状の副ドーパントをルツボ内の融液に向けて投下した場合に、軽すぎて炉内に流れる不活性ガスに煽られて思わぬところに飛んでいき、シリコン融液以外のところに付着するなどして、単結晶の有転位化の確率を高くする原因になる。さらに、微細且つ微量な副ドーパントを取り扱う場合、計量精度の問題があり、投入量のばらつきが生じやすい。このような理由から、カウンタードープ法ではある程度のまとまった量の副ドーパントを投入する必要がある。 According to the conventional counter-doping method in which granular sub-dopants are continuously charged, it is possible to improve the in-plane resistivity distribution. However, the granular sub-dopant often becomes fine, and when such a fine granular sub-dopant is dropped toward the melt in the crucible, it becomes too light and becomes an inert gas flowing in the furnace. It is agitated and flies to unexpected places, and adheres to places other than the silicon melt, which causes a high probability of dislocation of single crystals. Further, when handling a fine and minute amount of sub-dopant, there is a problem of measurement accuracy, and the amount of input tends to vary. For this reason, in the counterdope method, it is necessary to add a certain amount of sub-dopant.

しかしながら、副ドーパントの1回当たりの追加投入量が多すぎると、カウンタードープ前後で結晶中心部と外周部の成長タイミングの違いによって面内の抵抗率の差が大きく、面内抵抗率分布が悪化する。特に、チップサイズレベルで見たときの抵抗率の面内変化が大きい場合には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体デバイスの製造において問題となるため、カウンタードープ前後の結晶部分はウェーハ製品として使用できない。 However, if the amount of additional input of the sub-dopant at one time is too large, the difference in in-plane resistivity is large due to the difference in growth timing between the crystal center portion and the outer peripheral portion before and after counter-doping, and the in-plane resistivity distribution deteriorates. do. In particular, when the in-plane change in resistivity when viewed at the chip size level is large, it becomes a problem in the manufacture of power semiconductor devices such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), so the crystal parts before and after counter-doping are wafers. Cannot be used as a product.

したがって、本発明の目的は、面内抵抗率分布を改善することが可能なシリコン単結晶の製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a silicon single crystal capable of improving the in-plane resistivity distribution.

上記課題を解決するため、本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、主ドーパントと反対極性の導電型を有する副ドーパントを添加して第1シリコン単結晶を育成するステップと、前記副ドーパントを添加する期間中に育成された結晶部分を前記第1シリコン単結晶から切り出してウェーハサンプルを作製するステップと、前記ウェーハサンプルの抵抗率の径方向分布を第1ピッチで測定するステップと、前記ウェーハサンプルをその径方向に前記第1ピッチよりも広い第2ピッチで区画して得られる複数の抵抗率評価領域の各々における抵抗率の偏差指標であるPA-RRG(Partial Area-Resistivity Radial Gradient)を求めるステップと、前記ウェーハサンプルから求めた前記PA-RRGの最大値が目標値以下となるために必要な前記副ドーパントの分割ドープ回数及び分割ドープ量を求めるステップと、前記分割ドープ量の前記副ドーパントを前記分割ドープ回数で添加して第2シリコン単結晶を育成するステップとを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the method for producing a silicon single crystal according to the present invention includes a step of adding a sub-dopment having a conductive type having a polarity opposite to that of the main dopant to grow a first silicon single crystal, and adding the sub-dopant. A step of cutting out the crystal portion grown during the period from the first silicon single crystal to prepare a wafer sample, a step of measuring the radial distribution of the resistivity of the wafer sample at the first pitch, and the wafer sample. PA-RRG (Partial Area-Resistivity Radial Gradient), which is an index of resistivity deviation in each of a plurality of resistivity evaluation regions obtained by partitioning the film in a second pitch wider than the first pitch in the radial direction. A step, a step of obtaining the number of divided dopings and the divided doping amount of the sub-dampant required for the maximum value of the PA-RRG obtained from the wafer sample to be equal to or less than the target value, and the sub-dopment of the divided doping amount. Is added at the number of division dopings to grow a second silicon single crystal.

これまで、ドーパント投入回数はできるだけ少ないほうがよいと考えられており、そのため1回当たりのドーパント投入量は抵抗率規格を満たす範囲内で最大ドープ量が設定されていた。しかし、本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、チップサイズレベルでの面内抵抗率分布を考慮して1回当たりのドーパント投入量を少なくするので、カウンタードープ後のシリコン単結晶の成長軸方向における抵抗率の急激な変化を制御し、カウンタードープ前後の面内抵抗率分布を改善することができる。 Until now, it has been considered that the number of times of dopant input should be as small as possible, and therefore, the maximum amount of dopant added per dopant has been set within the range satisfying the resistivity standard. However, in the method for producing a silicon single crystal according to the present invention, the amount of dopant input per batch is reduced in consideration of the in-plane resistivity distribution at the chip size level, so that the growth axis direction of the silicon single crystal after counter-doping It is possible to control a sudden change in resistivity in the water and improve the in-plane resistivity distribution before and after counter-doping.

本発明において、前記分割ドープ回数は、前記PA-RRGの最大値(PA-RRGmax)を前記目標値(PA-RRGtarget)で除した値よりも大きな正の整数のうちの最小値であることが好ましい。このように、副ドーパントの投入回数をできるだけ少なくして間欠的に投入することで、副ドーパントの投入量を正しく制御でき、また単結晶の有転位化の確率を低減することができる。 In the present invention, the number of division dopings is the minimum value among positive integers larger than the value obtained by dividing the maximum value (PA-RRG max ) of the PA-RRG by the target value (PA-RRG target ). Is preferable. In this way, by intermittently charging the sub-dopant by reducing the number of times the sub-dopant is charged as much as possible, the amount of the sub-dopant added can be correctly controlled, and the probability of dislocation of the single crystal can be reduced.

本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、前記第1シリコン単結晶を育成する前に、前記副ドーパントを添加する際の1回当たりの最大ドープ量をシリコンウェーハに要求される抵抗率規格から求めるステップをさらに備え、前記第1シリコン単結晶を育成するステップは、前記最大ドープ量の前記副ドーパントを添加し、前記分割ドープ量は、前記最大ドープ量を前記分割ドープ回数で除した値であることが好ましい。このように、シリコンウェーハ上に複数の抵抗率評価領域を設定し、抵抗率評価領域ごとにシリコンウェーハのRRGを評価することにより、シリコンウェーハの面内抵抗率分布をチップサイズレベルで評価することができる。 In the method for producing a silicon single crystal according to the present invention, before growing the first silicon single crystal, the maximum doping amount at one time when the sub-dopant is added is obtained from the resistance standard required for the silicon wafer. Further including a step, in the step of growing the first silicon single crystal, the sub-dopant having the maximum doping amount is added, and the divided doping amount is a value obtained by dividing the maximum doping amount by the number of divided dopings. Is preferable. In this way, by setting a plurality of resistivity evaluation regions on the silicon wafer and evaluating the RRG of the silicon wafer for each resistivity evaluation region, the in-plane resistivity distribution of the silicon wafer is evaluated at the chip size level. Can be done.

本発明において、前記PA-RRGは、前記抵抗率評価領域内における抵抗率の最大値と最小値との差を当該最小値で除した値を百分率で表した値であることが好ましい。このように、複数の抵抗率評価領域内の抵抗率の偏差を抵抗率評価領域ごとに評価することにより、チップサイズレベルでの抵抗率評価を実現でき、IGBT等のパワー半導体デバイスの基板材料として好適なシリコンウェーハを提供することができる。 In the present invention, the PA-RRG is preferably a value expressed as a percentage by dividing the difference between the maximum value and the minimum value of the resistivity in the resistivity evaluation region by the minimum value. In this way, by evaluating the resistivity deviation in the plurality of resistivity evaluation regions for each resistivity evaluation region, resistivity evaluation at the chip size level can be realized, and as a substrate material for power semiconductor devices such as IGBTs. Suitable silicon wafers can be provided.

本発明において、前記第2ピッチは、前記第1ピッチの3倍以上であることが好ましい。これにより、PA-RRGの測定値の信頼性を高めることができる。 In the present invention, the second pitch is preferably three times or more the first pitch. This makes it possible to improve the reliability of the measured values of PA-RRG.

本発明において、前記第1ピッチは1mm以上5mm以下が好ましく、1mm以上2mm以下がさらに好ましい。また、前記第2ピッチは10mm以上20mm以下であることが好ましい。これにより、シリコンウェーハの抵抗率評価の信頼性を高めることができる。 In the present invention, the first pitch is preferably 1 mm or more and 5 mm or less, and more preferably 1 mm or more and 2 mm or less. Further, the second pitch is preferably 10 mm or more and 20 mm or less. As a result, the reliability of resistivity evaluation of the silicon wafer can be improved.

本発明において、前記PA-RRGの目標値は5%以下であることが好ましい。これにより、IGBT等のパワー半導体デバイスの基板材料として好適なシリコンウェーハを提供することができる。 In the present invention, the target value of PA-RRG is preferably 5% or less. This makes it possible to provide a silicon wafer suitable as a substrate material for a power semiconductor device such as an IGBT.

本発明によれば、面内抵抗率分布を改善することが可能なシリコン単結晶の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a silicon single crystal capable of improving the in-plane resistivity distribution.

図1は、本発明の実施の形態による単結晶製造装置の構成を示す略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態によるシリコン単結晶の製造方法を説明するためのフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart for explaining a method for producing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention. 図3(a)及び(b)は、カウンタードープ法について説明するための図であって、シリコン単結晶の結晶成長方向における抵抗率の変化を示すグラフである。3A and 3B are diagrams for explaining the counterdoping method, and are graphs showing changes in resistivity in the crystal growth direction of a silicon single crystal. 図4は、カウンタードープ時の副ドーパントの分割ドープ回数及び分割ドープ量の決定方法を説明するためのフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart for explaining a method of determining the number of divided dopings and the amount of divided doping of the sub-dopant at the time of counter-doping. 図5は、比較例及び実施例によるウェーハサンプルの抵抗率分布の測定結果を示すグラフであり、横軸はウェーハ中心からの距離[mm]、縦軸は抵抗率[Ωcm]をそれぞれ示している。FIG. 5 is a graph showing the measurement results of the resistivity distribution of the wafer sample according to the comparative example and the example. The horizontal axis shows the distance [mm] from the center of the wafer, and the vertical axis shows the resistivity [Ωcm]. .. 図6は、比較例及び実施例によるウェーハサンプルの各抵抗率評価領域におけるPA-RRGを示すグラフであり、横軸は抵抗率評価領域の位置(-6~+6)、縦軸はPA-RRG[%]をそれぞれ示している。FIG. 6 is a graph showing PA-RRG in each resistivity evaluation region of wafer samples according to Comparative Examples and Examples. The horizontal axis is the position of the resistivity evaluation region (-6 to +6), and the vertical axis is PA-RRG. [%] Are shown respectively.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施の形態による単結晶製造装置の構成を示す略断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、単結晶製造装置1は、シリコン単結晶2の引き上げ炉を構成するチャンバー10と、チャンバー10内に設置された石英ルツボ12と、石英ルツボ12を支持するグラファイト製のサセプタ13と、サセプタ13を昇降及び回転可能に支持するシャフト14と、サセプタ13の周囲に配置されたヒータ15と、石英ルツボ12の上方に配置された熱遮蔽部材16と、石英ルツボ12の上方であってシャフト14と同軸上に配置された単結晶引き上げワイヤー17と、チャンバー10の上方に配置されたワイヤー巻き取り機構18と、石英ルツボ12内にドーパント5を添加するドーパント供給装置20と、各部を制御する制御部30とを備えている。 As shown in FIG. 1, the single crystal manufacturing apparatus 1 includes a chamber 10 constituting a pulling furnace for a silicon single crystal 2, a quartz rut 12 installed in the chamber 10, and a graphite susceptor supporting the quartz rut 12. 13, a shaft 14 that supports the susceptor 13 so as to be able to move up and down and rotatably, a heater 15 arranged around the susceptor 13, a heat shielding member 16 arranged above the quartz rut 12, and above the quartz rut 12. A single crystal pulling wire 17 arranged coaxially with the shaft 14, a wire winding mechanism 18 arranged above the chamber 10, a dopant supply device 20 for adding the dopant 5 into the quartz apex 12, and each part. It is provided with a control unit 30 for controlling the above.

チャンバー10は、メインチャンバー10aと、メインチャンバー10aの上部開口を覆うトップチャンバー10bと、トップチャンバー10bの上部開口に連結された細長い円筒状のプルチャンバー10cとで構成されており、石英ルツボ12、サセプタ13、ヒータ15及び熱遮蔽部材16はメインチャンバー10a内に設けられている。サセプタ13はチャンバー10の底部中央を貫通して鉛直方向に設けられたシャフト14の上端部に固定されており、シャフト14はシャフト駆動機構19によって昇降及び回転駆動される。 The chamber 10 is composed of a main chamber 10a, a top chamber 10b that covers the upper opening of the main chamber 10a, and an elongated cylindrical pull chamber 10c connected to the upper opening of the top chamber 10b. The susceptor 13, the heater 15, and the heat shielding member 16 are provided in the main chamber 10a. The susceptor 13 is fixed to the upper end of a shaft 14 provided in the vertical direction through the center of the bottom of the chamber 10, and the shaft 14 is moved up and down and rotationally driven by the shaft drive mechanism 19.

ヒータ15は、石英ルツボ12内に充填された多結晶シリコン原料を融解してシリコン融液3を生成するために用いられる。ヒータ15はカーボン製の抵抗加熱式ヒータであり、サセプタ13内の石英ルツボ12を取り囲むように設けられている。ヒータ15の外側には断熱材11が設けられている。断熱材11はメインチャンバー10aの内壁面に沿って配置されており、これによりメインチャンバー10a内の保温性が高められている。 The heater 15 is used to melt the polycrystalline silicon raw material filled in the quartz crucible 12 to generate the silicon melt 3. The heater 15 is a carbon resistance heating type heater, and is provided so as to surround the quartz crucible 12 in the susceptor 13. A heat insulating material 11 is provided on the outside of the heater 15. The heat insulating material 11 is arranged along the inner wall surface of the main chamber 10a, whereby the heat retaining property in the main chamber 10a is enhanced.

熱遮蔽部材16は、ヒータ15及び石英ルツボ12からの輻射熱によってシリコン単結晶2が加熱されることを防止すると共に、シリコン融液3の温度変動を抑制するために設けられている。熱遮蔽部材16は上方から下方に向かって直径が縮小した略円筒状の部材であり、シリコン融液3の上方を覆うと共に、育成中のシリコン単結晶2を取り囲むように設けられている。熱遮蔽部材16の材料としてはグラファイトを用いることが好ましい。熱遮蔽部材16の中央にはシリコン単結晶2の直径よりも大きな開口部が設けられており、シリコン単結晶2の引き上げ経路が確保されている。図示のように、シリコン単結晶2は開口部を通って上方に引き上げられる。熱遮蔽部材16の開口の直径は石英ルツボ12の口径よりも小さく、熱遮蔽部材16の下端部は石英ルツボ12の内側に位置するので、石英ルツボ12のリム上端を熱遮蔽部材16の下端よりも上方まで上昇させても熱遮蔽部材16が石英ルツボ12と干渉することはない。 The heat shielding member 16 is provided to prevent the silicon single crystal 2 from being heated by the radiant heat from the heater 15 and the quartz crucible 12 and to suppress the temperature fluctuation of the silicon melt 3. The heat shielding member 16 is a substantially cylindrical member whose diameter decreases from the upper side to the lower side, and is provided so as to cover the upper part of the silicon melt 3 and surround the growing silicon single crystal 2. It is preferable to use graphite as the material of the heat shielding member 16. An opening larger than the diameter of the silicon single crystal 2 is provided in the center of the heat shielding member 16 to secure a pulling path for the silicon single crystal 2. As shown, the silicon single crystal 2 is pulled upward through the opening. Since the diameter of the opening of the heat shielding member 16 is smaller than the diameter of the quartz crucible 12 and the lower end portion of the heat shielding member 16 is located inside the quartz crucible 12, the upper end of the rim of the quartz crucible 12 is from the lower end of the heat shielding member 16. The heat shielding member 16 does not interfere with the quartz crucible 12 even if it is raised upward.

シリコン単結晶2の成長と共に石英ルツボ12内の融液量は減少するが、融液面と熱遮蔽部材16との間隔(ギャップ)が一定になるように石英ルツボ12の上昇を制御することにより、シリコン融液3の温度変動を抑制すると共に、融液面近傍(パージガス誘導路)を流れるArガスの流速を一定にしてシリコン融液3からのドーパントの蒸発量を制御することができる。したがって、シリコン単結晶2の引き上げ軸方向の結晶欠陥分布、酸素濃度分布、抵抗率分布等の安定性を向上させることができる。 Although the amount of melt in the quartz rut 12 decreases with the growth of the silicon single crystal 2, the rise of the quartz rut 12 is controlled so that the distance (gap) between the melt surface and the heat shielding member 16 becomes constant. It is possible to control the evaporation amount of the dopant from the silicon melt 3 by suppressing the temperature fluctuation of the silicon melt 3 and keeping the flow velocity of the Ar gas flowing near the melt surface (purge gas guide path) constant. Therefore, it is possible to improve the stability of the crystal defect distribution, the oxygen concentration distribution, the resistivity distribution, etc. in the pulling axis direction of the silicon single crystal 2.

石英ルツボ12の上方には、シリコン単結晶2の引き上げ軸であるワイヤー17と、ワイヤー17を巻き取るワイヤー巻き取り機構18が設けられている。ワイヤー巻き取り機構18はワイヤー17と共にシリコン単結晶2を回転させる機能を有している。ワイヤー巻き取り機構18はプルチャンバー10cの上方に配置されており、ワイヤー17はワイヤー巻き取り機構18からプルチャンバー10c内を通って下方に延びており、ワイヤー17の先端部はメインチャンバー10aの内部空間まで達している。図1には、育成途中のシリコン単結晶2がワイヤー17に吊設された状態が示されている。単結晶の引き上げ時には種結晶をシリコン融液3に浸漬し、石英ルツボ12と種結晶をそれぞれ回転させながらワイヤー17を徐々に引き上げることにより単結晶を成長させる。 Above the quartz crucible 12, a wire 17 which is a pulling shaft of the silicon single crystal 2 and a wire winding mechanism 18 for winding the wire 17 are provided. The wire winding mechanism 18 has a function of rotating the silicon single crystal 2 together with the wire 17. The wire winding mechanism 18 is arranged above the pull chamber 10c, the wire 17 extends downward from the wire winding mechanism 18 through the inside of the pull chamber 10c, and the tip of the wire 17 is inside the main chamber 10a. It has reached the space. FIG. 1 shows a state in which the silicon single crystal 2 being grown is suspended from the wire 17. When pulling up the single crystal, the seed crystal is immersed in the silicon melt 3, and the single crystal is grown by gradually pulling up the wire 17 while rotating the quartz rut pot 12 and the seed crystal, respectively.

プルチャンバー10cの上部にはチャンバー10内にArガス(パージガス)を導入するためのガス吸気口10dが設けられており、メインチャンバー10aの底部にはチャンバー10内のArガスを排気するためのガス排気口10eが設けられている。Arガス供給源31はマスフローコントローラ32を介してガス吸気口10dに接続されており、Arガス供給源31からのArガスはガス吸気口10dからチャンバー10内に導入され、その導入量はマスフローコントローラ32により制御される。また密閉されたチャンバー10内のArガスはガス排気口10eからチャンバー10の外部へ排気されるので、チャンバー10内のSiOガスやCOガスを回収してチャンバー10内を清浄に保つことが可能となる。 A gas intake port 10d for introducing Ar gas (purge gas) into the chamber 10 is provided in the upper part of the pull chamber 10c, and a gas for exhausting the Ar gas in the chamber 10 is provided at the bottom of the main chamber 10a. An exhaust port 10e is provided. The Ar gas supply source 31 is connected to the gas intake port 10d via the mass flow controller 32, Ar gas from the Ar gas supply source 31 is introduced into the chamber 10 from the gas intake port 10d, and the introduced amount is the mass flow controller. It is controlled by 32. Further, since the Ar gas in the sealed chamber 10 is exhausted to the outside of the chamber 10 from the gas exhaust port 10e, it is possible to recover the SiO gas and CO gas in the chamber 10 and keep the inside of the chamber 10 clean. Become.

ガス排気口10eには配管を介して真空ポンプ33が接続されており、真空ポンプでチャンバー10内のArガスを吸引しながらバルブ34でその流量を制御することでチャンバー10内は一定の減圧状態に保たれている。チャンバー10内の気圧は圧力計によって測定され、ガス排気口10eからのArガスの排気量はチャンバー10内の気圧が一定となるように制御される。 A vacuum pump 33 is connected to the gas exhaust port 10e via a pipe, and the inside of the chamber 10 is in a constant depressurized state by controlling the flow rate with the valve 34 while sucking Ar gas in the chamber 10 with the vacuum pump. It is kept in. The air pressure in the chamber 10 is measured by a pressure gauge, and the amount of Ar gas exhausted from the gas exhaust port 10e is controlled so that the air pressure in the chamber 10 is constant.

ドーパント供給装置20は、チャンバー10の外側からその内部に引き込まれたドーパント供給管21と、チャンバー10の外側に設置され、ドーパント供給管21の上端に接続されたドーパントホッパー22と、ドーパント供給管21が貫通するトップチャンバー10bの開口部10fを密閉するシールキャップ23とを備えている。 The dopant supply device 20 includes a dopant supply tube 21 drawn from the outside of the chamber 10 into the inside thereof, a dopant hopper 22 installed outside the chamber 10 and connected to the upper end of the dopant supply tube 21, and a dopant supply tube 21. It is provided with a seal cap 23 for sealing the opening 10f of the top chamber 10b through which the top chamber 10b penetrates.

ドーパント供給管21は、ドーパントホッパー22の設置位置からトップチャンバー10bの開口部10fを通って石英ルツボ12内のシリコン融液の直上まで到達する配管である。シリコン単結晶2の引き上げ途中において、ドーパント供給装置20から石英ルツボ12内のシリコン融液3に粒状のドーパント5が添加される。ドーパントホッパー22から排出されたドーパント5は、ドーパント供給管21を通ってシリコン融液3に添加される。なお、添加されるドーパント5の形態を粒状として説明をしたが、板状であっても良い。ドーパント供給装置20から石英ルツボ12内のシリコン融液3に添加できる形態であれば良く、ドーパントの形態は特に限定されない。 The dopant supply pipe 21 is a pipe that reaches directly above the silicon melt in the quartz crucible 12 from the installation position of the dopant hopper 22 through the opening 10f of the top chamber 10b. During the pulling up of the silicon single crystal 2, the granular dopant 5 is added from the dopant supply device 20 to the silicon melt 3 in the quartz crucible 12. The dopant 5 discharged from the dopant hopper 22 is added to the silicon melt 3 through the dopant supply pipe 21. Although the form of the added dopant 5 has been described as granular, it may be in the form of a plate. The form of the dopant is not particularly limited as long as it can be added to the silicon melt 3 in the quartz crucible 12 from the dopant supply device 20.

図2は、本発明の実施の形態によるシリコン単結晶2の製造方法を説明するためのフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart for explaining a method for manufacturing a silicon single crystal 2 according to an embodiment of the present invention.

図2に示すように、シリコン単結晶2の製造では、まず石英ルツボ12に主ドーパントと共に多結晶シリコン原料を充填する(原料充填工程S11)。n型シリコン単結晶を引き上げる場合の主ドーパントは例えばリン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)あるいはこれらを含む化合物であり、副ドーパントは例えばボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)あるいはこれらを含む化合物である。また、p型シリコン単結晶を引き上げる場合の主ドーパントは例えばボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)あるいはこれらを含む化合物であり、副ドーパントは例えばリン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)あるいはこれらを含む化合物である。 As shown in FIG. 2, in the production of the silicon single crystal 2, the quartz crucible 12 is first filled with the polycrystalline silicon raw material together with the main dopant (raw material filling step S11). The main dopant for pulling up an n-type silicon single crystal is, for example, phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi) or a compound containing these, and the sub-dopants are, for example, boron (B) and aluminum. (Al), gallium (Ga), indium (In) or a compound containing these. The main dopant for pulling up a p-type silicon single crystal is, for example, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) or a compound containing these, and the sub-dopant is, for example, phosphorus (P). , Arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi) or a compound containing these.

次に、石英ルツボ12内の多結晶シリコンをヒータ15で加熱して溶融し、主ドーパントを含むシリコン融液3を生成する(溶融工程S12)。 Next, the polysilicon in the quartz crucible 12 is heated by the heater 15 and melted to generate the silicon melt 3 containing the main dopant (melting step S12).

次に、ワイヤー17の先端部に取り付けた種結晶を降下させてシリコン融液3に着液させる(ステップS13)。その後、シリコン融液3との接触状態を維持しながら種結晶を徐々に引き上げてシリコン単結晶2を成長させる結晶引き上げ工程(ステップS14~S17)を実施する。 Next, the seed crystal attached to the tip of the wire 17 is lowered and landed on the silicon melt 3 (step S13). After that, a crystal pulling step (steps S14 to S17) is carried out in which the seed crystal is gradually pulled up while maintaining the contact state with the silicon melt 3 to grow the silicon single crystal 2.

結晶引き上げ工程では、無転位化のために結晶直径が細く絞られたネック部を形成するネッキング工程S14と、結晶直径が徐々に大きくなったショルダー部を形成するショルダー部育成工程S15と、結晶直径が規定の直径(例えば約300mm)に維持された直胴部を形成する直胴部育成工程S16と、結晶直径が徐々に小さくなったテール部を形成するテール部育成工程S17が順に実施され、最終的にはシリコン単結晶2が融液面から切り離される。以上により、シリコン単結晶インゴットが完成する。 In the crystal pulling step, a necking step S14 for forming a neck portion in which the crystal diameter is narrowed to eliminate dislocations, a shoulder portion growing step S15 for forming a shoulder portion in which the crystal diameter is gradually increased, and a crystal diameter. The straight body part growing step S16 for forming a straight body part maintained at a specified diameter (for example, about 300 mm) and the tail part growing step S17 for forming a tail part having a gradually reduced crystal diameter are carried out in order. Finally, the silicon single crystal 2 is separated from the melt surface. From the above, the silicon single crystal ingot is completed.

直胴部育成工程S16は、主ドーパントと反対極性の導電型を有する副ドーパントをシリコン融液3中に投入する少なくとも1回のカウンタードープ工程(追加ドープ工程)を有することが好ましい。これにより、シリコン単結晶2の直胴部の結晶長手方向における抵抗率の変化を抑制することができる。 It is preferable that the straight body portion growing step S16 has at least one counter-doping step (additional doping step) in which a sub-dopant having a conductive type having a polarity opposite to that of the main dopant is charged into the silicon melt 3. As a result, it is possible to suppress a change in resistivity in the crystal longitudinal direction of the straight body portion of the silicon single crystal 2.

次に、主ドーパントと反対極性の導電型を有する副ドーパントを添加するカウンタードープについて詳細に説明する。 Next, a counterdope for adding a sub-dopant having a conductive type having a polarity opposite to that of the main dopant will be described in detail.

図3(a)及び(b)は、シリコン単結晶の結晶成長方向における抵抗率の変化を示すグラフであって、横軸は結晶直胴部の全長を1とした相対値であり、縦軸は基準とした抵抗率を1とした相対値でそれぞれ示している。 3 (a) and 3 (b) are graphs showing changes in resistivity in the crystal growth direction of a silicon single crystal, and the horizontal axis is a relative value with the total length of the straight body of the crystal as 1, and the vertical axis is a vertical axis. Is shown as a relative value with the resistivity as a reference being 1.

図3(a)及び(b)において破線で示すように、主ドーパントとしてリンを単独でドープしたシリコン単結晶の場合、シリコン単結晶の抵抗率は引き上げ開始時が最も高く、引き上げが進むにつれて徐々に低下するため、結晶長が約0.44を超えたところで抵抗率が規格から外れることになる。 As shown by the broken lines in FIGS. 3 (a) and 3 (b), in the case of a silicon single crystal doped with phosphorus alone as the main dopant, the resistivity of the silicon single crystal is highest at the start of raising, and gradually increases as the pulling progresses. When the crystal length exceeds about 0.44, the resistivity deviates from the standard.

そこで、図3(a)及び(b)において実線で示すように、抵抗率が規格下限値を下回る前に主ドーパントと反対極性の導電型の副ドーパントをシリコン融液中に追加投入して抵抗率を上昇させる。図3(a)の例では、結晶長が約0.44の位置で1回目のカウンタードープを実施し、結晶長が0.63の位置で2回目カウンタードープを実施する。これにより、抵抗率が規格内に収まるシリコン単結晶の長さをできるだけ長くすることができ、シリコン単結晶の製造歩留まりを高めることができる。 Therefore, as shown by the solid line in FIGS. 3 (a) and 3 (b), before the resistivity falls below the lower limit of the standard, a conductive type sub-dopant having the opposite polarity to the main dopant is additionally charged into the silicon melt to resist the resistance. Increase the rate. In the example of FIG. 3A, the first counterdope is performed at the position where the crystal length is about 0.44, and the second counterdope is performed at the position where the crystal length is 0.63. As a result, the length of the silicon single crystal whose resistivity is within the standard can be made as long as possible, and the production yield of the silicon single crystal can be increased.

しかしながら、図3(a)のように1回のカウンタープ時に抵抗率が規格下限値から規格上限値まで上昇するようにできるだけ多量の副ドーパントを投入する場合には、トーパント投入直後にシリコン単結晶の抵抗率が急変し、IGBT等のパワー半導体デバイスのチップサイズレベルでの面内抵抗率分布が悪化するという問題がある。 However, as shown in FIG. 3A, when as much subdopant as possible is added so that the resistivity rises from the lower limit value to the upper limit value of the standard at one counterp, the silicon single crystal is added immediately after the topant is added. There is a problem that the resistivity of the device suddenly changes and the in-plane resistivity distribution at the chip size level of a power semiconductor device such as an IGBT deteriorates.

そこで、本実施形態では、図3(b)に示すように、1回のドーパント投入量を少なくし、且つドーパント投入回数を増やすことにより、抵抗率の急激な変化を抑制して面内抵抗率分布、特にチップサイズ相当の小さな領域(Partial Area)内の面内抵抗率分布を改善することができる。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3B, the in-plane resistivity is suppressed by suppressing a sudden change in resistivity by reducing the amount of dopant added at one time and increasing the number of times of dopant input. The distribution, especially the in-plane resistivity distribution in a small area corresponding to the chip size (Partial Area) can be improved.

面内抵抗率分布を改善することができる副ドーパントの分割ドープ回数及び分割ドープ量は、抵抗率の規格を満たす限りにおいてできるだけ少ないほうが好ましい。例えば、極少量の副ドーパントを連続的に投入し、或いは非常に少量の副ドーパントを高い頻度で断続的に投入すれば面内抵抗率分布を良好にすると考えられる。しかし、この場合、微細な粒状ドーパントを用意して投入する必要があり、このような微細な粒状ドープ剤は軽すぎて思わぬところに飛んでいき、シリコン融液以外のところに付着するなどして、単結晶の有転位化の確率を高くする原因となる。さらに、微細且つ微量なドーパントを取り扱う場合、計量精度の問題があり、投入量のばらつきが生じやすい。このような理由から、カウンタードープでは適量の副ドーパントを適切な回数で投入する必要がある。 It is preferable that the number of divided dopings and the amount of divided doping of the sub-dopant capable of improving the in-plane resistivity distribution are as small as possible as long as the resistivity standard is satisfied. For example, it is considered that the in-plane resistivity distribution is improved by continuously adding a very small amount of the sub-dopant or intermittently adding a very small amount of the sub-dopant at a high frequency. However, in this case, it is necessary to prepare and input fine granular dopants, and such fine granular doping agents are too light to fly to unexpected places and adhere to places other than the silicon melt. Therefore, it causes a high probability of dislocation of a single crystal. Further, when handling a fine and minute amount of dopant, there is a problem of measurement accuracy, and the amount of input tends to vary. For this reason, in counterdope, it is necessary to add an appropriate amount of sub-dopant at an appropriate number of times.

以下、カウンタードープ時の副ドーパントの分割ドープ回数及び分割ドープ量の決定方法について詳細に説明する。 Hereinafter, a method for determining the number of divided dopings and the amount of divided doping of the sub-dopant at the time of counter-doping will be described in detail.

図4は、カウンタードープ時の副ドーパントの分割ドープ回数及び分割ドープ量の決定方法を説明するためのフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart for explaining a method of determining the number of divided dopings and the amount of divided doping of the sub-dopant at the time of counter-doping.

図4に示すように、本実施形態によるカウンタードープ条件の決定方法は、まずシリコンウェーハに要求される抵抗率規格から、副ドーパントを添加する際の1回当たりの最大ドープ量を算出する(ステップS21)。なお最大ドープ量とは、シリコン単結晶の抵抗率をその規格下限値から規格上限値まで増加させるために必要な副ドーパントの投入量のことをいう。 As shown in FIG. 4, in the method of determining the counter-doping condition according to the present embodiment, first, the maximum doping amount at one time when the sub-dopant is added is calculated from the resistivity standard required for the silicon wafer (step). S21). The maximum doping amount refers to the amount of sub-dopant input required to increase the resistivity of a silicon single crystal from the standard lower limit value to the standard upper limit value.

次に、1回又は複数回のカウンタードープを実施しながらシリコン単結晶(第1シリコン単結晶)を育成する。1回又は複数回のカウンタードープでは、1回当たりの副ドーパントの投下量を上記計算で求めた最大ドープ量に設定する(ステップS22)。 Next, a silicon single crystal (first silicon single crystal) is grown while performing one or a plurality of counter-dopings. In the one-time or a plurality of counter-dopings, the amount of the sub-dopant dropped per one time is set to the maximum doping amount obtained by the above calculation (step S22).

次に、こうして求めたシリコン単結晶からカウンタードープ期間中に育成された結晶部分を切り出してシリコンウェーハの抵抗率評価用サンプルを作製する(ステップS23)。 Next, a crystal portion grown during the counterdoping period is cut out from the silicon single crystal thus obtained to prepare a sample for resistivity evaluation of a silicon wafer (step S23).

次に、ウェーハサンプルの抵抗率の径方向分布を測定する(ステップS24)。抵抗率の測定ピッチ(第1ピッチ)は特に限定されないが、1mm以上5mm以下が好ましく、1mm以上2mm以下がさらに好ましい。シリコンウェーハの抵抗率の測定方法は特に限定されないが、四探針法により測定することが好ましい。 Next, the radial distribution of the resistivity of the wafer sample is measured (step S24). The resistivity measurement pitch (first pitch) is not particularly limited, but is preferably 1 mm or more and 5 mm or less, and more preferably 1 mm or more and 2 mm or less. The method for measuring the resistivity of the silicon wafer is not particularly limited, but it is preferable to measure the resistivity by the four-probe method.

次に、ウェーハサンプルを径方向に所定のピッチで区画して複数の抵抗率評価領域を設定し、各抵抗率評価領域内における抵抗率の偏差指標であるPA-RRG(Partial Area-Resistivity Radial Gradient)を求める(ステップS25)。PA-RRGは、ウェーハ全面ではなく特定の区画領域内の抵抗率の面内ばらつきの大きさを示す指標であり、抵抗率評価領域内の抵抗率の最大値ρmaxと最小値ρminとの差を最小値ρminで除した値を百分率で表したものである。すなわち、PA-RRG=(ρmax-ρmin)/ρmin×100[%]として求めることができる。 Next, the wafer sample is partitioned in the radial direction at a predetermined pitch, a plurality of resistivity evaluation regions are set, and PA-RRG (Partial Area-Resistivity Radial Gradient), which is an index of resistivity deviation in each resistivity evaluation region, is set. ) (Step S25). PA-RRG is an index showing the magnitude of in-plane variation of resistivity in a specific section region instead of the entire surface of the wafer, and has a maximum value ρ max and a minimum value ρ min of the resistivity in the resistivity evaluation region. The value obtained by dividing the difference by the minimum value ρ min is expressed as a percentage. That is, it can be obtained as PA-RRG = (ρ max −ρ min ) / ρ min × 100 [%].

抵抗率評価領域の区画ピッチ(第2ピッチ)は、当該シリコンウェーハを用いて製造する半導体デバイスのチップサイズに基づいて任意に定められる値であり、10mm以上20mm以下であることが好ましく、12mm以上16mm以下であることが特に好ましい。或いは、抵抗率評価領域の区画ピッチは、抵抗率の径方向の測定ピッチ(第1ピッチ)の3倍以上であることが好ましい。換言すると、抵抗率の測定ピッチは、抵抗率評価領域内の3点以上を測定できるピッチであることが好ましい。これにより、PA-RRGの測定値の信頼性を高めることができる。 The section pitch (second pitch) in the resistivity evaluation region is a value arbitrarily determined based on the chip size of the semiconductor device manufactured using the silicon wafer, and is preferably 10 mm or more and 20 mm or less, preferably 12 mm or more. It is particularly preferably 16 mm or less. Alternatively, the section pitch in the resistivity evaluation region is preferably three times or more the radial measurement pitch (first pitch) of the resistivity. In other words, the resistivity measurement pitch is preferably a pitch that can measure three or more points in the resistivity evaluation region. This makes it possible to improve the reliability of the measured values of PA-RRG.

次に、ウェーハサンプルから求めた複数のPA-RRGの最大値PA-RRGmaxが目標値PA-RRGtarget以下となるために必要な副ドーパントの分割ドープ回数及び分割ドープ量を求める(ステップS26)。副ドーパントの分割ドープ回数は、PA-RRGの最大値PA-RRGmaxを目標値PA-RRGtargetで除した値よりも大きな正の整数のうちの最小値として求めることができる。このように、副ドーパントの投入回数をできるだけ少なくして間欠的に投入することで、副ドーパントの投入量を正しく制御でき、また単結晶の有転位化の確率を低減することができる。 Next, the number of divided dopings and the amount of divided doping of the sub-dopant necessary for the maximum value PA-RRG max of the plurality of PA-RRGs obtained from the wafer sample to be equal to or less than the target value PA-RRG target are obtained (step S26). .. The number of division dopings of the sub-dopant can be obtained as the minimum value among positive integers larger than the value obtained by dividing the maximum value PA-RRG max of PA-RRG by the target value PA-RRG target . In this way, by intermittently charging the sub-dopant by reducing the number of times the sub-dopant is charged as much as possible, the amount of the sub-dopant added can be correctly controlled, and the probability of dislocation of the single crystal can be reduced.

その後、PA-RRGが目標値以下となるように、分割ドープ回数及び分割ドープ量の副ドーパントのカウンタードープを実施しながら、後続のシリコン単結晶(第2シリコン単結晶)を育成する(ステップS27)。 After that, the subsequent silicon single crystal (second silicon single crystal) is grown while counter-doping the sub-dopant of the number of division dopings and the division doping amount so that PA-RRG is equal to or less than the target value (step S27). ).

以上説明したように、本実施形態によるシリコン単結晶の製造方法は、PA-RRGが目標値以下となるように副ドーパントの分割ドープ回数及び分割ドープ量を予め決定し、これに従ってカウンタードープを実施するので、チップサイズ相当の狭い領域内の面内抵抗率分布が規格を満たすように改善されたシリコンウェーハを製造することができる。 As described above, in the method for producing a silicon single crystal according to the present embodiment, the number of divided dopings and the amount of divided doping of the sub-dopant are determined in advance so that the PA-RRG is equal to or less than the target value, and counter-doping is performed accordingly. Therefore, it is possible to manufacture a silicon wafer in which the in-plane resistivity distribution in a narrow region corresponding to the chip size is improved so as to satisfy the standard.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention, and these are also the present invention. Needless to say, it is included in the range.

(比較例)
リンを主ドーパントとし、ボロンを副ドーパントとする直径約200mmのn型シリコン単結晶をCZ法により育成した。その際、直胴部の引き上げ途中で2回のカウンタードープを実施した。このシリコン単結晶の副ドーパントの投入直後に固化した結晶部分を切り出してウェーハサンプルを作製し、当該ウェーハサンプルの面内抵抗率分布を四探針法により測定した。
(Comparative example)
An n-type silicon single crystal having a diameter of about 200 mm having phosphorus as a main dopant and boron as a secondary dopant was grown by the CZ method. At that time, counter-doping was performed twice while the straight body was being pulled up. A wafer sample was prepared by cutting out a crystal portion solidified immediately after charging the sub-dopant of the silicon single crystal, and the in-plane resistivity distribution of the wafer sample was measured by a four-probe method.

次に、ウェーハサンプルをその半径方向に12~16mmピッチで区画し、13個の抵抗率評価領域を設定した。各抵抗率評価領域の範囲を表1に示す。なお、「位置」は半径方向に分割した抵抗率評価領域に番号を付けたものである。 Next, the wafer sample was partitioned in the radial direction at a pitch of 12 to 16 mm, and 13 resistivity evaluation regions were set. Table 1 shows the range of each resistivity evaluation region. The "position" is a numbered resistivity evaluation region divided in the radial direction.

Figure 2022067701000002
Figure 2022067701000002

続いて、ウェーハサンプルの抵抗率分布に基づいて個々の抵抗率評価領域のPA-RRG(Partial Area-Resistivity Radial Gradient)を求めた。抵抗率分布は径方向に2mmピッチで測定したので、一つの抵抗率評価領域から得られる抵抗率のデータ数は7点から9点である。 Subsequently, PA-RRG (Partial Area-Resistivity Radial Gradient) of each resistivity evaluation region was obtained based on the resistivity distribution of the wafer sample. Since the resistivity distribution was measured at a pitch of 2 mm in the radial direction, the number of resistivity data obtained from one resistivity evaluation region is 7 to 9 points.

図5は、比較例及び実施例によるウェーハサンプルの抵抗率分布の測定結果を示すグラフであり、横軸はウェーハ中心からの距離[mm]、縦軸は抵抗率[Ωcm]をそれぞれ示している。 FIG. 5 is a graph showing the measurement results of the resistivity distribution of the wafer sample according to the comparative example and the example. The horizontal axis shows the distance [mm] from the center of the wafer, and the vertical axis shows the resistivity [Ωcm]. ..

図5に示すように、比較例によるウェーハサンプルの抵抗率は外周部よりも中心部のほうが低くなった。これは、ウェーハの外周部が中心部よりも先に固化することによりドーパント濃度が低くなり、これにより外周部の抵抗率が高くなったからと考えられる。 As shown in FIG. 5, the resistivity of the wafer sample according to the comparative example was lower in the central portion than in the outer peripheral portion. It is considered that this is because the outer peripheral portion of the wafer is solidified before the central portion, so that the dopant concentration is lowered and the resistivity of the outer peripheral portion is increased.

図6は、比較例及び実施例によるウェーハサンプルの各抵抗率評価領域におけるPA-RRGを示すグラフであり、横軸は抵抗率評価領域の位置(-6~+6)、縦軸はPA-RRG[%]をそれぞれ示している。 FIG. 6 is a graph showing PA-RRG in each resistivity evaluation region of wafer samples according to Comparative Examples and Examples. The horizontal axis is the position of the resistivity evaluation region (-6 to +6), and the vertical axis is PA-RRG. [%] Are shown respectively.

図6に示すように、比較例によるウェーハサンプルのPA-RRGは位置3で最大となり、PA-RRGの最大値PA-RRGmaxは10.55%となった。 As shown in FIG. 6, the PA-RRG of the wafer sample according to the comparative example became the maximum at the position 3, and the maximum value PA-RRG max of the PA-RRG was 10.55%.

(実施例)
カウンタードープ後に発生する面内抵抗率分布の変動を抑制して各抵抗率評価領域におけるPA-RRGを目標値以下にするため、副ドーパント(ボロン)の分割ドープ回数を求めた。抵抗率規格から求められるPA-RRGの目標値が2.5%である場合、1回の副ドーパントの投下量を1/5以下に分割して投入すると、抵抗率の上昇値が1/5となり、PA-RRGを2.5%以下に改善できる。この計算ではウェーハ中心の抵抗率を基準として抵抗率の上昇率を見積もった。比較例では2回のカウンタードープを実施していたので、5×2=10回以上の分割ドープを実施すればよいことになる。
(Example)
In order to suppress the fluctuation of the in-plane resistivity distribution generated after counter-doping and keep the PA-RRG in each resistivity evaluation region below the target value, the number of divided dopings of the sub-dopant (boron) was determined. When the target value of PA-RRG obtained from the resistivity standard is 2.5%, if the amount of the sub-dopant dropped at one time is divided into 1/5 or less and charged, the increase value of the resistivity is 1/5. Therefore, PA-RRG can be improved to 2.5% or less. In this calculation, the rate of increase in resistivity was estimated based on the resistivity at the center of the wafer. In the comparative example, the counter dope was performed twice, so that it is sufficient to carry out the split dope 5 × 2 = 10 times or more.

上記の結果を踏まえ、図3(b)に示したように、副ドーパントの分割ドープ量を1/5にすると共に分割ドープ回数を5回(合計10回)にしたときのシリコンウェーハの面内抵抗率分布及びPA-RRGを図5及び図6に示す。 Based on the above results, as shown in FIG. 3 (b), the in-plane of the silicon wafer when the divided doping amount of the sub-dopant is reduced to 1/5 and the number of divided dopings is set to 5 times (10 times in total). The resistivity distribution and PA-RRG are shown in FIGS. 5 and 6.

図5に示すように、実施例によるウェーハサンプルの抵抗率は外周部と中心部との差が非常に小さくなり、抵抗率の面内ばらつきが小さくなった。また、図6に示すように、実施例によるウェーハサンプルのPA-RRGも非常に小さくなり、PA-RRGの最大値をその目標値である2.5%以下にすることができた。 As shown in FIG. 5, the resistivity of the wafer sample according to the embodiment has a very small difference between the outer peripheral portion and the central portion, and the in-plane variation of the resistivity has become small. Further, as shown in FIG. 6, the PA-RRG of the wafer sample according to the embodiment was also very small, and the maximum value of PA-RRG could be set to 2.5% or less, which is the target value.

1 単結晶製造装置
2 シリコン単結晶
3 シリコン融液
5 ドーパント
10 チャンバー
10a メインチャンバー
10b トップチャンバー
10c プルチャンバー
10d ガス吸気口
10e ガス排気口
10f 開口部
11 断熱材
12 石英ルツボ
13 サセプタ
14 シャフト
15 ヒータ
16 熱遮蔽部材
17 ワイヤー
18 ワイヤー巻き取り機構
19 シャフト駆動機構
20 ドーパント供給装置
21 ドーパント供給管
22 ドーパントホッパー
23 シールキャップ
30 制御部
31 Arガス供給源
32 マスフローコントローラ
33 真空ポンプ
34 バルブ
S11 原料充填工程
S12 溶融工程
S14 ネッキング工程
S15 ショルダー部育成工程
S16 直胴部育成工程
S17 テール部育成工程
1 Single crystal manufacturing equipment 2 Silicon single crystal 3 Silicon melt 5 Dopant 10 Chamber 10a Main chamber 10b Top chamber 10c Pull chamber 10d Gas intake port 10e Gas exhaust port 10f Opening 11 Insulation material 12 Quartz rut 13 Suceptor 14 Shaft 15 Heater 16 Heat shield member 17 Wire 18 Wire winding mechanism 19 Shaft drive mechanism 20 Dopant supply device 21 Dopant supply tube 22 Dopant hopper 23 Seal cap 30 Control unit 31 Ar Gas supply source 32 Mass flow controller 33 Vacuum pump 34 Valve S11 Raw material filling process S12 Melting Process S14 Necking process S15 Shoulder part growing process S16 Straight body part growing process S17 Tail part growing process

Claims (7)

主ドーパントと反対極性の導電型を有する副ドーパントを添加して第1シリコン単結晶を育成するステップと、
前記副ドーパントを添加する期間中に育成された結晶部分を前記第1シリコン単結晶から切り出してウェーハサンプルを作製するステップと、
前記ウェーハサンプルの抵抗率の径方向分布を第1ピッチで測定するステップと、
前記ウェーハサンプルをその径方向に前記第1ピッチよりも広い第2ピッチで区画して得られる複数の抵抗率評価領域の各々における抵抗率の偏差指標であるPA-RRGを求めるステップと、
前記ウェーハサンプルから求めた前記PA-RRGの最大値が目標値以下となるために必要な前記副ドーパントの分割ドープ回数及び分割ドープ量を求めるステップと、
前記分割ドープ量の前記副ドーパントを前記分割ドープ回数で添加して第2シリコン単結晶を育成するステップとを備えることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
A step of growing a first silicon single crystal by adding a sub-dopant having a conductive type having a polarity opposite to that of the main dopant.
A step of cutting out a crystal portion grown during the period of adding the sub-dopant from the first silicon single crystal to prepare a wafer sample.
The step of measuring the radial distribution of the resistivity of the wafer sample at the first pitch, and
A step of obtaining PA-RRG, which is a deviation index of resistivity in each of a plurality of resistivity evaluation regions obtained by partitioning the wafer sample in a second pitch wider than the first pitch in the radial direction.
A step of obtaining the number of divided dopings and the amount of divided doping of the sub-dopant necessary for the maximum value of the PA-RRG obtained from the wafer sample to be equal to or less than the target value.
A method for producing a silicon single crystal, which comprises a step of adding the sub-dopant of the divided doping amount at the number of times of the divided doping to grow a second silicon single crystal.
前記分割ドープ回数は、前記PA-RRGの最大値を前記目標値で除した値よりも大きな正の整数のうちの最小値である、請求項1に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the number of division dopings is the minimum value among positive integers larger than the maximum value of PA-RRG divided by the target value. 前記第1シリコン単結晶を育成する前に、前記副ドーパントを添加する際の1回当たりの最大ドープ量をシリコンウェーハに要求される抵抗率規格から求めるステップをさらに備え、
前記第1シリコン単結晶を育成するステップは、前記最大ドープ量の前記副ドーパントを添加し、
前記分割ドープ量は、前記最大ドープ量を前記分割ドープ回数で除した値である、請求項1又は2に記載のシリコン単結晶の製造方法。
Before growing the first silicon single crystal, a step of obtaining the maximum doping amount at one time when adding the sub-dopant from the resistivity standard required for the silicon wafer is further provided.
In the step of growing the first silicon single crystal, the sub-dopant having the maximum doping amount is added.
The method for producing a silicon single crystal according to claim 1 or 2, wherein the split doping amount is a value obtained by dividing the maximum doping amount by the number of split dopings.
前記PA-RRGは、前記抵抗率評価領域内における抵抗率の最大値と最小値との差を当該最小値で除した値を百分率で表した値である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The PA-RRG is a value expressed as a percentage by dividing the difference between the maximum value and the minimum value of the resistivity in the resistivity evaluation region by the minimum value, and is any one of claims 1 to 3. The method for producing a silicon single crystal according to the section. 前記第2ピッチは、前記第1ピッチの3倍以上である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The method for producing a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the second pitch is three times or more the first pitch. 前記第1ピッチは1mm以上5mm以下である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The method for producing a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 5, wherein the first pitch is 1 mm or more and 5 mm or less. 前記第2ピッチは10mm以上20mm以下である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The method for producing a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 6, wherein the second pitch is 10 mm or more and 20 mm or less.
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