JP2023170513A - Growing method of silicon single crystal, production method of silicon wafer, and single crystal pulling-up apparatus - Google Patents

Growing method of silicon single crystal, production method of silicon wafer, and single crystal pulling-up apparatus Download PDF

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淳 藤瀬
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Abstract

To suppress a variation in oxygen concentration in each silicon single crystal without increasing a production cost of a single crystal pulling-up apparatus.SOLUTION: A growing method of a silicon single crystal for pulling up a silicon single crystal while applying a horizontal magnetic field to a silicon melt M uses a single crystal pulling-up apparatus 1 equipped with a chamber 2, a crucible 3 for storing the silicon melt M, a heating unit 4 for heating the silicon melt M, and a cylindrical heat insulator 7 arranged inside the chamber 2. The central axis C of the heat insulator 7 is arranged so as to be deviated from the rotation center axis A of the crucible 3 by 1.5 mm or more in the horizontal direction orthogonal to the application direction MD of the magnetic field center of the horizontal magnetic field, thereby growing the silicon single crystal.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、シリコン単結晶の育成方法、シリコンウェーハの製造方法、および単結晶引き上げ装置に関する。 The present invention relates to a silicon single crystal growing method, a silicon wafer manufacturing method, and a single crystal pulling apparatus.

シリコン単結晶の育成方法として、チョクラルスキー法が知られている。近年、シリコン融液に水平磁場を印加しながらシリコン単結晶を育成する、いわゆるMCZ法が多用されるようになっている。MCZ法を用いてシリコン融液に水平磁場を印加した場合、図1(a)に示すように坩堝3内で右回りの対流C1が優勢となる場合(以下、右渦モードと呼ぶ。)と、図1(b)に示すように坩堝3内で左回りの対流C2が優勢となる場合(以下、左渦モードと呼ぶ。)のどちらかの対流モードが初期に形成される。図1において、符号MDは水平磁場の磁場中心の印加方向である。 The Czochralski method is known as a method for growing silicon single crystals. In recent years, the so-called MCZ method, in which a silicon single crystal is grown while applying a horizontal magnetic field to a silicon melt, has come into widespread use. When a horizontal magnetic field is applied to the silicon melt using the MCZ method, the clockwise convection C1 becomes dominant in the crucible 3 (hereinafter referred to as right-handed vortex mode) as shown in Fig. 1(a). , as shown in FIG. 1(b), when the counterclockwise convection C2 becomes predominant in the crucible 3 (hereinafter referred to as the left vortex mode), one of the convection modes is initially formed. In FIG. 1, the symbol MD indicates the direction of application of the center of the horizontal magnetic field.

対流モードが右渦モードとなるか左渦モードとなるかはランダムであり、対流モードと炉内環境によって結晶に取り込まれる酸素濃度がばらついてしまう。安定した酸素濃度を有するシリコン単結晶を得るためには、引き上げ中のシリコン融液の対流モードを制御することが重要となる。このため、坩堝内のシリコン融液の対流モードを制御する手法について様々な検討が行われている(例えば、特許文献1参照)。 It is random whether the convection mode is the right vortex mode or the left vortex mode, and the oxygen concentration taken into the crystal varies depending on the convection mode and the furnace environment. In order to obtain a silicon single crystal with a stable oxygen concentration, it is important to control the convection mode of the silicon melt during pulling. For this reason, various studies have been conducted on methods for controlling the convection mode of the silicon melt in the crucible (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1には、2つの対流モードのうち一方(右渦モードまたは左渦モード)を安定的に選択することによって、対流モードに起因する酸素濃度のばらつきを排除する方法が
開示されている。具体的には、装置の左右でヒーターの抵抗値や断熱材の厚みを異ならせて炉内の熱環境を非対称とすることによって対流モードを一方に固定し、シリコン単結晶ごとの酸素濃度のばらつきを抑制している。
Patent Document 1 discloses a method of eliminating variations in oxygen concentration caused by the convection mode by stably selecting one of two convection modes (right vortex mode or left vortex mode). Specifically, by making the thermal environment inside the furnace asymmetric by changing the heater resistance and the thickness of the insulation material on the left and right sides of the device, the convection mode is fixed to one side, and the variation in oxygen concentration for each silicon single crystal is reduced. is suppressed.

特開2019-151502号公報JP 2019-151502 Publication

しかしながら、上記特許文献1に記載の方法では、「左右で抵抗値が異なるヒーター」や「左右で厚みが異なる断熱材」といった特別な部材が必要となり、装置の製造コストが増大するという課題がある。 However, the method described in Patent Document 1 requires special members such as "heaters with different resistance values on the left and right sides" and "insulating materials with different thicknesses on the left and right sides," which poses a problem in that the manufacturing cost of the device increases. .

本発明は、単結晶引き上げ装置の製造コストを増大させることなく、シリコン単結晶ごとの酸素濃度のばらつきを抑制できるシリコン単結晶の育成方法、シリコンウェーハの製造方法、および単結晶引き上げ装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a method for growing a silicon single crystal, a method for manufacturing a silicon wafer, and a single crystal pulling device that can suppress variations in oxygen concentration among silicon single crystals without increasing the manufacturing cost of the single crystal pulling device. The purpose is to

本発明のシリコン単結晶の育成方法は、チャンバと、シリコン融液を貯留する坩堝と、前記シリコン融液を加熱する加熱部と、前記チャンバの内側に配置された円筒型の断熱材と、を備えた単結晶引き上げ装置を用い、前記シリコン融液に水平磁場を印加しながら前記シリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の育成方法であって、前記断熱材を、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の回転中心軸に対して前記水平磁場の磁場中心の印加方向と直交する水平方向に1.5mm以上ずれるように配置してシリコン単結晶を育成することを特徴とする。 The silicon single crystal growth method of the present invention includes a chamber, a crucible for storing a silicon melt, a heating section for heating the silicon melt, and a cylindrical heat insulating material disposed inside the chamber. A method for growing a silicon single crystal by pulling the silicon single crystal while applying a horizontal magnetic field to the silicon melt using a single crystal pulling apparatus equipped with the above, The silicon single crystal is grown so as to be shifted by 1.5 mm or more in a horizontal direction perpendicular to the direction of application of the center of the horizontal magnetic field with respect to the rotation center axis of the horizontal magnetic field.

上記シリコン単結晶の育成方法において、前記断熱材は炭素繊維によって形成されていることが好ましい。 In the method for growing a silicon single crystal, the heat insulating material is preferably formed of carbon fiber.

本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記シリコン単結晶の育成方法を含み、育成された前記シリコン単結晶からシリコンウェーハを切り出すことを特徴とする。 The method for manufacturing a silicon wafer of the present invention includes the method for growing a silicon single crystal described above, and is characterized in that a silicon wafer is cut out from the grown silicon single crystal.

本発明の単結晶引き上げ装置は、チャンバと、シリコン融液を貯溜する坩堝と、前記シリコン融液を加熱する加熱部と、前記チャンバの内側に配置された円筒型の断熱材と、前記坩堝内の前記シリコン融液に水平磁場を印加する磁場印加部と、を備え、前記断熱材は、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の回転中心軸に対して前記水平磁場の磁場中心の印加方向と直交する水平方向に1.5mm以上ずれるように配置されていることを特徴とする。 The single crystal pulling apparatus of the present invention includes a chamber, a crucible for storing a silicon melt, a heating section for heating the silicon melt, a cylindrical heat insulating material disposed inside the chamber, and a crucible for storing a silicon melt. a magnetic field applying unit that applies a horizontal magnetic field to the silicon melt, and the heat insulating material has a central axis of the heat insulating material that is aligned with a direction in which the center of the magnetic field of the horizontal magnetic field is applied with respect to a central axis of rotation of the crucible. It is characterized by being arranged so as to be shifted by 1.5 mm or more in the orthogonal horizontal direction.

上記単結晶引き上げ装置において、前記断熱材は炭素繊維によって形成されていることが好ましい。 In the single crystal pulling apparatus described above, it is preferable that the heat insulating material is formed of carbon fiber.

対流モードを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining convection mode. 本発明の実施形態の単結晶引き上げ装置の模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a single crystal pulling apparatus according to an embodiment of the present invention. シリコン単結晶の育成方法における断熱材の配置位置を説明する模式平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view illustrating the placement position of a heat insulating material in a silicon single crystal growth method.

〔単結晶引き上げ装置の構成〕
本発明の実施形態の単結晶引き上げ装置の構成について説明する。
図2に示すように、単結晶引き上げ装置1は、MCZ法によりシリコン融液Mに水平磁場を印加しながらシリコン単結晶SMを引き上げる装置である。単結晶引き上げ装置1は、チャンバ2と、チャンバ2内に配置されシリコン融液Mを貯留する坩堝3と、ヒーター4と、シリコン単結晶SMを引き上げる引き上げ部5と、坩堝3の上方においてシリコン単結晶SMを囲むように設けられた熱遮蔽体6と、断熱材7と、坩堝駆動部8と、シリコン融液Mに水平磁場を印加する磁場印加部9(図3参照)と、を備えている。
[Single crystal pulling equipment configuration]
The configuration of a single crystal pulling apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 2, the single crystal pulling device 1 is a device that pulls a silicon single crystal SM while applying a horizontal magnetic field to a silicon melt M using the MCZ method. The single crystal pulling apparatus 1 includes a chamber 2, a crucible 3 disposed in the chamber 2 and storing a silicon melt M, a heater 4, a pulling section 5 for pulling up a silicon single crystal SM, and a silicon single crystal pulling unit 5 above the crucible 3. It includes a heat shield 6 provided to surround the crystal SM, a heat insulating material 7, a crucible driving section 8, and a magnetic field applying section 9 (see FIG. 3) that applies a horizontal magnetic field to the silicon melt M. There is.

坩堝3は、石英坩堝3Aと、石英坩堝3Aを収容する黒鉛坩堝3Bとから構成される二重構造である。
坩堝駆動部8は、坩堝3を下方から支持する支持軸11を備え、坩堝3を回転中心軸A回りに所定の速度で回転および昇降させる。
The crucible 3 has a double structure consisting of a quartz crucible 3A and a graphite crucible 3B that accommodates the quartz crucible 3A.
The crucible drive unit 8 includes a support shaft 11 that supports the crucible 3 from below, and rotates the crucible 3 around the rotation center axis A at a predetermined speed and moves it up and down.

チャンバ2は、メインチャンバ12と、メインチャンバ12の上部に接続されたプルチャンバ13とを備えている。メインチャンバ12とプルチャンバ13とは、ゲートバルブ14を介して接続されている。 The chamber 2 includes a main chamber 12 and a pull chamber 13 connected to the upper part of the main chamber 12. The main chamber 12 and the pull chamber 13 are connected via a gate valve 14.

メインチャンバ12は、坩堝3、ヒーター4、熱遮蔽体6などが配置される本体部12Aと、本体部12Aの上面を閉塞する蓋部12Bとを備えている。本体部12Aは円筒型をなしている。蓋部12Bには、アルゴンガスなどの不活性ガスをメインチャンバ12に導入するための開口部15が設けられている。本体部12Aと蓋部12Bとの間には、内側に延びる支持部17が設けられている。 The main chamber 12 includes a main body portion 12A in which a crucible 3, a heater 4, a heat shield 6, etc. are arranged, and a lid portion 12B that closes the upper surface of the main body portion 12A. The main body portion 12A has a cylindrical shape. The lid portion 12B is provided with an opening 15 for introducing an inert gas such as argon gas into the main chamber 12. A support portion 17 extending inward is provided between the main body portion 12A and the lid portion 12B.

プルチャンバ13には、不活性ガスをメインチャンバ12内に導入するガス導入口20が設けられている。メインチャンバ12の本体部12Aの下部には、図示しない真空ポンプの駆動により、メインチャンバ12内の気体を吸引して排出するガス排気口21が設けられている。
ガス導入口20からチャンバ2内に導入された不活性ガスは、育成中のシリコン単結晶SMと熱遮蔽体6との間を下降する。次いで、不活性ガスは熱遮蔽体6の下端とシリコン融液Mの液面との隙間を経た後、熱遮蔽体6の外側、さらに坩堝3の外側に向けて流れる。その後、不活性ガスは坩堝3の外側を下降し、ガス排気口21から排出される。
The pull chamber 13 is provided with a gas introduction port 20 for introducing an inert gas into the main chamber 12 . A gas exhaust port 21 is provided at the lower part of the main body portion 12A of the main chamber 12, which sucks and exhausts gas in the main chamber 12 by driving a vacuum pump (not shown).
The inert gas introduced into the chamber 2 from the gas inlet 20 descends between the silicon single crystal SM being grown and the heat shield 6 . Next, the inert gas passes through the gap between the lower end of the heat shield 6 and the surface of the silicon melt M, and then flows toward the outside of the heat shield 6 and further to the outside of the crucible 3. Thereafter, the inert gas descends outside the crucible 3 and is discharged from the gas exhaust port 21.

ヒーター4は抵抗加熱式による加熱部であり、シリコン融液Mを加熱する。ヒーター4は、坩堝3の周囲、かつ、断熱材7の内側に配置されている。ヒーター4は、その全体が円筒状となるように形成されている。 The heater 4 is a heating section using a resistance heating type, and heats the silicon melt M. The heater 4 is arranged around the crucible 3 and inside the heat insulating material 7. The heater 4 is formed to have a cylindrical shape as a whole.

引き上げ部5は、一端に種結晶SCが取り付けられる引き上げ軸24と、引き上げ軸24を昇降および回転させる引き上げ駆動部23とを備えている。
チャンバ2とヒーター4の中心軸は坩堝3の回転中心軸Aと一致し、また、坩堝3の回転中心軸Aは引き上げ軸24と一致している。
The pulling section 5 includes a pulling shaft 24 to which a seed crystal SC is attached to one end, and a pulling drive section 23 that raises and lowers and rotates the pulling shaft 24.
The central axes of the chamber 2 and the heater 4 coincide with the rotational central axis A of the crucible 3, and the rotational central axis A of the crucible 3 coincides with the pulling shaft 24.

断熱材7は円筒型をなし、径方向に所定の厚みを有している。断熱材7は、ヒーター4の外側、かつ、チャンバ2の内側に配置されている。断熱材7は、断熱材7の中心軸C(図3参照)を回転中心軸Aと一致するように配置した場合に、断熱材7の外周面とメインチャンバ12の本体部12Aの内周面との間に、少なくとも1.5mmの隙間が生じるように形成されている。 The heat insulating material 7 has a cylindrical shape and has a predetermined thickness in the radial direction. The heat insulating material 7 is arranged outside the heater 4 and inside the chamber 2. When the heat insulating material 7 is arranged so that the central axis C (see FIG. 3) of the insulating material 7 coincides with the rotation center axis A, the outer circumferential surface of the insulating material 7 and the inner circumferential surface of the main body 12A of the main chamber 12 A gap of at least 1.5 mm is formed between the two.

断熱材7は、メインチャンバ12の底面12C上に載置されている。断熱材7とメインチャンバ12の底面12Cとの間には黒鉛製のリング16が介在している。リング16は省略することもできる。
断熱材7は、炭素繊維によって形成された炭素繊維断熱材である。
断熱材7は、チャンバ2内において径方向(水平方向)に移動させることが可能である。単結晶引き上げ装置1は、断熱材7を移動後、断熱材7の位置を固定する固定具を備えてもよい。
The heat insulating material 7 is placed on the bottom surface 12C of the main chamber 12. A graphite ring 16 is interposed between the heat insulating material 7 and the bottom surface 12C of the main chamber 12. Ring 16 can also be omitted.
The heat insulator 7 is a carbon fiber heat insulator made of carbon fiber.
The heat insulator 7 can be moved in the radial direction (horizontally) within the chamber 2 . The single crystal pulling apparatus 1 may include a fixture that fixes the position of the heat insulating material 7 after the heat insulating material 7 is moved.

熱遮蔽体6は、育成中のシリコン単結晶SMに対して、坩堝3内のシリコン融液Mやヒーター4や坩堝3の側壁からの高温の輻射熱を遮断する。また、熱遮蔽体6は、結晶成長界面である固液界面の近傍に対しては、外部への熱の拡散を抑制し、シリコン単結晶SMの中心部および外周部の上下方向の温度勾配を制御する。
さらに、熱遮蔽体6は、シリコン融液Mからの蒸発物を炉上方から導入した不活性ガスにより、炉外に排気する整流筒として機能する。
The heat shield 6 blocks high-temperature radiant heat from the silicon melt M in the crucible 3, the heater 4, and the side wall of the crucible 3 from the growing silicon single crystal SM. In addition, the heat shield 6 suppresses the diffusion of heat to the outside near the solid-liquid interface, which is the crystal growth interface, and reduces the temperature gradient in the vertical direction at the center and outer periphery of the silicon single crystal SM. Control.
Further, the heat shield 6 functions as a rectifying tube that exhausts the evaporated material from the silicon melt M to the outside of the furnace using an inert gas introduced from above the furnace.

熱遮蔽体6は、上端がチャンバ2の支持部17に支持されている。熱遮蔽体6は、下端に向かうにしたがって直径が小さくなる円錐台筒状に形成されている。
なお、熱遮蔽体6の形状は上記したような形状に限ることはなく、例えば円筒状の本体部と、本体部の下端全周から内側に鍔状に突出する突出部とを備え、突出部を下方に向かうにしたがって直径が小さくなる円錐台筒状に形成してもよい。
The upper end of the heat shield 6 is supported by the support portion 17 of the chamber 2 . The heat shield 6 is formed into a truncated conical tube shape whose diameter decreases toward the lower end.
Note that the shape of the heat shield 6 is not limited to the above-described shape, and includes, for example, a cylindrical main body and a protrusion that protrudes inward from the entire lower end of the main body in a brim shape. It may be formed into a truncated conical tube shape whose diameter decreases toward the bottom.

磁場印加部9(図3参照)は、電磁コイルで構成された第1の磁性体9Aおよび第2の磁性体9Bを備えている。磁性体9A,9Bは、チャンバ2の外側において坩堝3を挟んで対向するように設けられている。このように磁場印加部9は、磁場中心の印加方向MDが、坩堝3の回転中心軸Aを通り水平方向となるように配置される。すなわち、磁場中心は坩堝3の回転中心軸Aを通る水平方向である。 The magnetic field application unit 9 (see FIG. 3) includes a first magnetic body 9A and a second magnetic body 9B, each of which is composed of an electromagnetic coil. The magnetic bodies 9A and 9B are provided outside the chamber 2 so as to face each other with the crucible 3 in between. In this way, the magnetic field applying section 9 is arranged so that the application direction MD of the center of the magnetic field passes through the rotation center axis A of the crucible 3 and is in the horizontal direction. That is, the center of the magnetic field is in the horizontal direction passing through the rotation center axis A of the crucible 3.

〔シリコン単結晶の育成方法〕
次に、上記した単結晶引き上げ装置1を用いたシリコン単結晶の育成方法を説明する。
図3は、シリコン単結晶の育成方法における断熱材7の配置位置を説明する模式平面図である。なお、図3においては、断熱材7の配置方法を説明するために、断熱材7のずれ量Δx(移動量)を強調している。
[Method for growing silicon single crystal]
Next, a method for growing a silicon single crystal using the above-described single crystal pulling apparatus 1 will be explained.
FIG. 3 is a schematic plan view illustrating the placement position of the heat insulating material 7 in the silicon single crystal growth method. In addition, in FIG. 3, in order to explain the arrangement method of the heat insulating material 7, the amount of deviation Δx (movement amount) of the heat insulating material 7 is emphasized.

まず、作業者は、図3に示すように、断熱材7を、断熱材7の中心軸Cが坩堝3の回転中心軸Aに対して水平磁場の磁場中心の印加方向MDと直交する水平方向(x軸方向)にずれるように配置する。具体的には、鉛直方向をz軸、水平磁場の磁場中心の印加方向MDをy軸、z軸およびy軸と直交する水平方向をx軸とした場合に、断熱材7を、断熱材7の中心軸Cがx軸方向にずれるように配置する。
断熱材7のずれ量Δxは、1.5mm以上である(|Δx|≧1.5mm)。なお、図3では、断熱材7を-x方向にずらしているが、断熱材7を+x方向にずらしてもよい。また、断熱材7のずれ量Δxの上限は、3.0mmである(|Δx|≦3.0mm)。この上限は、断熱材7がチャンバ2の内周面やヒーター4の外周面に干渉することによるものである。
First, as shown in FIG. (x-axis direction). Specifically, the heat insulating material 7 are arranged so that the central axis C of is shifted in the x-axis direction.
The amount of deviation Δx of the heat insulating material 7 is 1.5 mm or more (|Δx|≧1.5 mm). Note that in FIG. 3, the heat insulating material 7 is shifted in the -x direction, but the heat insulating material 7 may be shifted in the +x direction. Further, the upper limit of the deviation amount Δx of the heat insulating material 7 is 3.0 mm (|Δx|≦3.0 mm). This upper limit is due to interference of the heat insulating material 7 with the inner peripheral surface of the chamber 2 and the outer peripheral surface of the heater 4.

次いで、水平磁場を印加せずに、チャンバ2内に不活性ガスを導入し、減圧下の不活性ガス雰囲気に維持した状態で、坩堝3を回転させるとともに、坩堝3に貯留された多結晶シリコンなどの固形原料をヒーター4の加熱により溶融させ、シリコン融液Mを生成する。 Next, an inert gas is introduced into the chamber 2 without applying a horizontal magnetic field, and while maintaining the inert gas atmosphere under reduced pressure, the crucible 3 is rotated, and the polycrystalline silicon stored in the crucible 3 is A silicon melt M is produced by melting a solid raw material such as by heating with a heater 4.

次いで、磁場印加部9を駆動して水平磁場を印加する。ここで、断熱材7をx軸方向にずらして設置していることにより、断熱材7とヒーター4との間の隙間は、周方向で不均一となっている。本実施形態では、断熱材7を-x方向にずらしているため、図3における右側(+x方向)の隙間が狭くなっている。この状態でシリコン融液Mの加熱を行うと、シリコン融液Mは左側よりも右側が相対的に高温になる。具体的には、右側の方が断熱材7とヒーター4との間の隙間が小さく、輻射による熱移動がより大きくなるため、それに近いシリコン融液Mの温度が高くなる。
シリコン融液Mの左側よりも右側が相対的に高温になると、シリコン融液Mの浮力は左側よりも右側の方が大きくなり、対流モードは右渦モードよりも左渦モードの方が形成されやすくなる。
Next, the magnetic field applying section 9 is driven to apply a horizontal magnetic field. Here, since the heat insulating material 7 is disposed offset in the x-axis direction, the gap between the heat insulating material 7 and the heater 4 is non-uniform in the circumferential direction. In this embodiment, since the heat insulating material 7 is shifted in the −x direction, the gap on the right side (+x direction) in FIG. 3 is narrower. When the silicon melt M is heated in this state, the right side of the silicon melt M becomes relatively hotter than the left side. Specifically, the gap between the heat insulating material 7 and the heater 4 is smaller on the right side, and the heat transfer due to radiation is larger, so the temperature of the silicon melt M near the right side becomes higher.
When the right side of the silicon melt M becomes relatively hotter than the left side, the buoyancy of the silicon melt M becomes larger on the right side than on the left side, and the left vortex mode is formed more than the right vortex mode in the convection mode. It becomes easier.

なお、本実施形態では、左渦モードを形成しやすくするために断熱材7を-x方向にずらしたが、断熱材7を+x方向にずらした場合は、右渦モードが形成されやすくなる。 Note that in this embodiment, the heat insulating material 7 is shifted in the −x direction to facilitate the formation of the left vortex mode, but if the heat insulating material 7 is shifted in the +x direction, the right vortex mode is more likely to be formed.

この後、事前に設定されたプロセス条件に基づき、シリコン融液Mに種結晶SCを着液してから、シリコン単結晶SMを引き上げる。 Thereafter, a seed crystal SC is deposited on the silicon melt M based on process conditions set in advance, and then the silicon single crystal SM is pulled up.

〔シリコンウェーハの製造方法〕
上記したシリコン単結晶の育成方法で育成されたシリコン単結晶SMのインゴットから、図示しないワイヤソーを用いてシリコンウェーハを切り出し、面取り、研磨、洗浄などの一般的なウェーハ製造加工工程を経ることで、シリコンウェーハを製造することができる。
[Silicon wafer manufacturing method]
A silicon wafer is cut out using a wire saw (not shown) from a silicon single crystal SM ingot grown using the silicon single crystal growth method described above, and is subjected to common wafer manufacturing processing steps such as chamfering, polishing, and cleaning. Silicon wafers can be manufactured.

上記実施形態によれば、断熱材7を、水平磁場の磁場中心の印加方向MDと直交する水平方向にずれるように配置するだけの簡単な方法で、引き上げ装置1の構造の対称性に関係なく、対流モードを一方のモード(右渦モードまたは左渦モード)に固定しやすできる。したがって、対流モードの固定によって、シリコン単結晶SMごとの酸素濃度のばらつきを抑制できる。 According to the above embodiment, the heat insulating material 7 can be simply arranged so as to be shifted in the horizontal direction perpendicular to the application direction MD of the magnetic field center of the horizontal magnetic field, regardless of the symmetry of the structure of the pulling device 1. , it is easy to fix the convection mode to one mode (right vortex mode or left vortex mode). Therefore, by fixing the convection mode, variations in oxygen concentration among silicon single crystal SMs can be suppressed.

また、周方向に厚みが異なるような特殊形状の断熱材を用いる場合は、右渦モード用の断熱材/左渦モード用の断熱材を使い分ける必要があるが、上記実施形態のように断熱材の厚みや構造が周方向で同じであれば、断熱材の設計や製造、管理が容易である。 Furthermore, when using a specially shaped heat insulating material with different thicknesses in the circumferential direction, it is necessary to use heat insulating material for right vortex mode and heat insulating material for left vortex mode. If the thickness and structure of the insulation material are the same in the circumferential direction, it is easy to design, manufacture, and manage the insulation material.

また、断熱材7を炭素繊維によって形成された炭素繊維断熱材としたことによって、耐熱温度が高く、かつ、断熱性能に優れた断熱材とすることができる。 Further, by using a carbon fiber heat insulating material formed of carbon fibers as the heat insulating material 7, it is possible to obtain a heat insulating material with a high heat resistance and excellent heat insulation performance.

なお、本実施形態では、作業者が断熱材7を移動させる構成としたが、これに限ることはなく、単結晶引き上げ装置1の製造段階で、断熱材7の中心軸Cが坩堝3の回転中心軸Aに対して水平磁場の磁場中心の印加方向MDと直交する水平方向に1.5mm以上ずれるように、断熱材7を配置してもよい。 In this embodiment, the worker moves the heat insulating material 7, but the invention is not limited to this, and in the manufacturing stage of the single crystal pulling apparatus 1, the center axis C of the heat insulating material 7 is moved by the rotation of the crucible 3. The heat insulating material 7 may be arranged so as to be shifted from the central axis A by 1.5 mm or more in the horizontal direction perpendicular to the direction MD of the magnetic field center of the horizontal magnetic field.

〔実施例〕
断熱材のずれ量を変化させながら、シリコン単結晶の育成を行い、シリコン単結晶の酸素濃度を比較した。
表1に示すように、変化させる断熱材のずれ量ΔxはΔx=-3.0mm、-2.0mm、-1.5mm、-1.0mm、+1.0mm、+1.5mm、+2.0mm、+3.0mmとした。
これら条件で、直径300mm、結晶長2000mmのシリコン単結晶を育成した。シリコン単結晶は、各条件で20本ずつ育成した。
〔Example〕
Silicon single crystals were grown while changing the amount of deviation of the insulation material, and the oxygen concentrations of the silicon single crystals were compared.
As shown in Table 1, the amount of deviation Δx of the insulation material to be changed is Δx=-3.0mm, -2.0mm, -1.5mm, -1.0mm, +1.0mm, +1.5mm, +2.0mm, +3.0 mm.
Under these conditions, a silicon single crystal with a diameter of 300 mm and a crystal length of 2000 mm was grown. Twenty silicon single crystals were grown under each condition.

Figure 2023170513000002
Figure 2023170513000002

各条件における右渦モード/左渦モードの発生率と、育成したシリコン単結晶の頂部から1000mm下方の位置の酸素濃度をフーリエ変換赤外線分光法(Fourier Transform Infrared Spectroscopy/FTIR)で測定した結果を表1に示す。
右渦モード/左渦モードの判断は、温度計測部30(図2参照)を用いてシリコン融液表面の2ヶ所T1、T2を測定し、その温度の大小から判断した。温度計測部30は、一対の反射部30Aと、一対の放射温度計30Bとを備え、シリコン融液Mの表面の温度を計測する。
また、表1の酸素濃度は、比較例1(Δx=0mm)の酸素濃度の平均値を基準値として、各条件20本のシリコン単結晶の酸素濃度の最小値~最大値を基準値に対する比として示した。
The table shows the occurrence rate of right vortex mode/left vortex mode under each condition and the oxygen concentration at a position 1000 mm below the top of the grown silicon single crystal measured by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Shown in 1.
The right vortex mode/left vortex mode was determined by measuring two locations T1 and T2 on the surface of the silicon melt using the temperature measurement unit 30 (see FIG. 2), and based on the magnitude of the temperature. The temperature measurement unit 30 includes a pair of reflection units 30A and a pair of radiation thermometers 30B, and measures the temperature of the surface of the silicon melt M.
In addition, the oxygen concentrations in Table 1 are the ratios of the minimum to maximum oxygen concentrations of 20 silicon single crystals under each condition to the standard value, with the average value of the oxygen concentration of Comparative Example 1 (Δx = 0 mm) as the standard value. It was shown as

表1からわかるように、|Δx|≧1.5mmであれば(実施例1~6)、対流モード発生率が左渦モード100%または右渦モード100%となり、右渦モードまたは左渦モードに固定できることがわかる。一方、|Δx|=1.0の場合(比較例2,3)、右渦モードまたは左渦モードに固定できず、酸素濃度の最大値・最小値の幅も0.3と大きくなっている。
右渦モード/左渦モードのどちらになるかによって、酸素濃度の平均値は基準値(1.0)からは増加または減少しているが、最大値・最小値の幅は0.4(比較例1)から0.05(実施例1~6)へと大きく減少しており、酸素濃度の制御性が向上していることがわかる。所望の酸素濃度の結晶を育成するには、右渦または左渦モードに固定したうえで、結晶育成時のルツボ回転速度や結晶回転速度などの他のプロセス条件を調整すればよい。
As can be seen from Table 1, if |Δx|≧1.5 mm (Examples 1 to 6), the convection mode occurrence rate becomes 100% left vortex mode or 100% right vortex mode, and the right vortex mode or left vortex mode It can be seen that it can be fixed to On the other hand, when |Δx| = 1.0 (Comparative Examples 2 and 3), it is not possible to fix the mode to right vortex mode or left vortex mode, and the width of the maximum and minimum values of oxygen concentration is as large as 0.3. .
Depending on whether the mode is right vortex mode or left vortex mode, the average value of oxygen concentration increases or decreases from the standard value (1.0), but the width of the maximum and minimum values is 0.4 (comparison). There is a large decrease from Example 1) to 0.05 (Examples 1 to 6), indicating that the controllability of the oxygen concentration is improved. In order to grow a crystal with a desired oxygen concentration, it is sufficient to fix the mode to right-handed or left-handed vortex mode, and then adjust other process conditions such as crucible rotation speed and crystal rotation speed during crystal growth.

1…単結晶引き上げ装置、2…チャンバ、3…坩堝、4…ヒーター(加熱部)、5…引き上げ部、6…熱遮蔽体、7…断熱材、9…磁場印加部、23…引き上げ駆動部、24…引き上げ軸、A…回転中心軸、C…中心軸、M…シリコン融液、MD…水平磁場の磁場中心の印加方向、SC…種結晶、SM…シリコン単結晶。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Single crystal pulling apparatus, 2... Chamber, 3... Crucible, 4... Heater (heating part), 5... Pulling part, 6... Heat shield, 7... Heat insulating material, 9... Magnetic field application part, 23... Pulling drive part , 24... Pulling axis, A... Rotation center axis, C... Central axis, M... Silicon melt, MD... Application direction of the magnetic field center of the horizontal magnetic field, SC... Seed crystal, SM... Silicon single crystal.

Claims (5)

チャンバと、シリコン融液を貯留する坩堝と、前記シリコン融液を加熱する加熱部と、前記チャンバの内側に配置された円筒型の断熱材と、を備えた単結晶引き上げ装置を用い、前記シリコン融液に水平磁場を印加しながら前記シリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の育成方法であって、
前記断熱材を、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の回転中心軸に対して前記水平磁場の磁場中心の印加方向と直交する水平方向に1.5mm以上ずれるように配置してシリコン単結晶を育成するシリコン単結晶の育成方法。
Using a single crystal pulling apparatus including a chamber, a crucible for storing silicon melt, a heating section for heating the silicon melt, and a cylindrical heat insulating material disposed inside the chamber, the silicon A method for growing a silicon single crystal, the method comprising: pulling the silicon single crystal while applying a horizontal magnetic field to the melt;
The silicon single crystal is grown by arranging the heat insulating material such that the center axis of the heat insulating material is shifted from the rotation center axis of the crucible by 1.5 mm or more in a horizontal direction perpendicular to the direction of application of the center of the magnetic field of the horizontal magnetic field. A method for growing silicon single crystals.
請求項1に記載のシリコン単結晶の育成方法において、
前記断熱材は炭素繊維によって形成されているシリコン単結晶の育成方法。
The method for growing a silicon single crystal according to claim 1,
The method for growing a silicon single crystal in which the heat insulating material is made of carbon fiber.
請求項1または請求項2に記載のシリコン単結晶の育成方法を含み、
育成された前記シリコン単結晶からシリコンウェーハを切り出すシリコンウェーハの製造方法。
Including the method for growing a silicon single crystal according to claim 1 or claim 2,
A method for manufacturing a silicon wafer, comprising cutting a silicon wafer from the grown silicon single crystal.
チャンバと、
シリコン融液を貯溜する坩堝と、
前記シリコン融液を加熱する加熱部と、
前記チャンバの内側に配置された円筒型の断熱材と、
前記坩堝内の前記シリコン融液に水平磁場を印加する磁場印加部と、を備え、
前記断熱材は、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の回転中心軸に対して前記水平磁場の磁場中心の印加方向と直交する水平方向に1.5mm以上ずれるように配置されている単結晶引き上げ装置。
a chamber;
A crucible that stores silicon melt,
a heating section that heats the silicon melt;
a cylindrical heat insulator disposed inside the chamber;
a magnetic field applying unit that applies a horizontal magnetic field to the silicon melt in the crucible,
The heat insulating material is a pulled single crystal that is arranged such that the central axis of the heat insulating material is shifted from the central axis of rotation of the crucible by 1.5 mm or more in a horizontal direction perpendicular to the direction of application of the center of the magnetic field of the horizontal magnetic field. Device.
請求項4に記載の単結晶引き上げ装置において、
前記断熱材は炭素繊維によって形成されている単結晶引き上げ装置。
In the single crystal pulling apparatus according to claim 4,
In the single crystal pulling device, the heat insulating material is made of carbon fiber.
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