JP4016471B2 - Crystal growth method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、CZ法(チョクラルスキー法)により単結晶を育成する結晶育成方法に関し、更に詳しくは、OSFリングが引き上げ結晶の最外周部より内側に生じるか若しくは中心部で消滅する低速引き上げ条件で実施される結晶育成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造に使用されるシリコンウエーハは、主にCZ法により育成された単結晶から採取される。CZ法とは、周知の如く、石英坩堝内に収容されたシリコンの原料融液に種結晶を漬け、種結晶及び石英坩堝を逆方向に回転させながら種結晶を引き上げることにより、その下にシリコンの単結晶を育成する方法である。
【0003】
このようなCZ法による育成プロセスを経て製造されたシリコンウエーハは、熱酸化処理を受けたときに、OSFリングと呼ばれるリング状の酸化誘起積層欠陥を生じることが知られている。OSFリングはそれ自体が半導体素子の特性を劣化させる原因になるだけでなく、リングの外側と内側では物性が異なり、OSFリングの外側には格子間原子の凝集が原因とされる転位クラスタが発生するが、OSFリングの内側は比較的健全とされている。一方、このOSFリングについては、引き上げ速度が速くなるに連れて単結晶の外周側へ移動することが知られている。
【0004】
このような事情から、これまでは、OSFリングが、デバイス形成の際に有効部から除外される結晶最外周部に分布するような高速引き上げ条件で単結晶の育成が行われている。
【0005】
しかし、OSFリングの内側にも問題がないわけではない。この部分には空孔の凝集が原因とされる空孔クラスタが発生している。この欠陥は、ウエーハの表面をエッチングすると小さなピットとなって現れるが、非常に小さなため、これまでは特に問題視されることはなかった。しかし、近年の著しい集積度の増大に伴ってパターン幅が非常に微細化したため、高グレードの単結晶ではこの空孔クラスタさえも問題になり始めた。
【0006】
この空孔クラスタは、ウエーハ上にシリコン単結晶の薄膜を成長させた所謂エピタキシャルウエーハには殆ど発生しないが、このウエーハは非常に高価であるため、CZ法による単結晶の引き上げで空孔クラスタの少ない結晶を育成することが要求されるようになり、この観点から、高グレードの結晶育成では、これまでとは逆に引き上げ速度を遅くし、OSFリングを引き上げ結晶の最外周部より内側に発生させて欠陥部分を中心部に集中させるか、若しくは中心部で消滅させて歩留りの改善を図る低速引き上げ法が考えられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この低速引き上げでは、OSFリングの外側に発生する転位クラスタを少なくすることが、とりもおさず必要である。なぜなら、OSFリングを結晶中心部に発生させても、その外側の転位クラスタが放置されたままであると、高い品質は確保されないからである。
【0008】
本発明の目的は、低速引き上げにより空孔クラスタ発生領域を結晶中心部に集中させたときに問題となる結晶外周部での転位クラスタの発生を効果的に抑制することができる結晶育成方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らは低速引き上げによって空孔クラスタ発生領域を結晶中心部に集中させたときの、転位クラスタの発生原因について詳細な解析を行った。その結果、以下の知見を得ることができた。
【0010】
空孔クラスタについては、単結晶引き上げ中の熱履歴よって生じる空孔と格子間シリコンの濃度差によって発生すること、及び引き上げ速度を低下することによりこの濃度差が小さくなることが知られている。
【0011】
より詳細には、引き上げ中の固液界面で取り込まれた過剰な空孔と格子間シリコンのうち、高温部で拡散係数の大きい空孔が、結晶成長方向の温度勾配による平衡濃度の差による拡散、いわゆる坂道拡散により固液界面に向かって拡散移動する。また、結晶半径方向の温度分布と結晶表面の空孔の放出により、結晶表面では空孔は低濃度となる。これらのため、空孔の濃度は、温度勾配の小さい結晶中心部で高く、温度勾配の大きい外周部で低い分布となる。
【0012】
一方、高温部での格子間シリコンは、拡散係数が空孔のそれの1/100〜1/1000と低いため殆ど動かない。このため、格子間シリコンの濃度は、結晶半径方向では熱履歴によらずほぼ一定となり、ここに空孔と格子間シリコンの濃度差が結晶半径方向で生じる。通常の高速引き上げの場合の空孔濃度分布及び格子間シリコン濃度分布を図1(a)に示す。
【0013】
図1(a)から分かるように、空孔の濃度は結晶中心部ほど高くなるのに対し、格子間シリコン濃度は結晶半径方向で一定である。そして温度勾配の小さい結晶中心部では、空孔濃度が格子間シリコン濃度より大となり、その濃度差Bが大きくなると、空孔クラスタが発生する。一方、温度勾配の大きい結晶外周部では、格子間シリコン濃度が空孔濃度より大となり、その濃度差Aが大きくなると、転位クラスタが発生する。
【0014】
図1(a)に示す高速引き上げから引き上げ速度を低下させると、図1(b)に示すように、高温部の熱履歴が長くなって坂道拡散が促進されるため、空孔濃度が低下する。しかし、結晶半径方向の分布形態は変化しない。このため、結晶中心部では過剰な空孔が減少し、濃度差Bが小さくなるが、結晶外周部では過剰な格子間シリコンが増加し、濃度差Aは大きくなる。結果、結晶の外周から転位クラスタが発生し、その発生位置が通常の発生位置より中心側へ拡大する。
【0015】
このように、引き上げ速度を低下させるだけでは、転位クラスタの発生は避けられない。しかし、図1(c)に示すように、引き上げ速度を低下させ、空孔濃度を低下させても、結晶外周部でその濃度低下率を抑え、空孔濃度分布を結晶半径方向で均一化することを合わせて行えば、濃度差Aを大きくすることなく濃度差Bが小さくなり、その結果、転位クラスタを発生させることなく、空孔クラスタの発生を抑えることが可能となる。そして、この結晶外周部での空孔濃度低下率の抑制は、結晶高温部で外周部の温度勾配を中心の温度勾配に近づけ、高温熱履歴を長くすることにより実現される。
【0016】
本発明の結晶育成方法は、上記知見に基づいて開発されたものであり、CZ法を用い、且つOSFリングが引き上げ結晶の最外周部より内側に生じるか若しくは中心部で消滅する低速引き上げ条件で単結晶を育成する結晶育成方法において、結晶温度が1300℃以上の高温部分で、結晶外周部の温度勾配を結晶中心部の温度勾配の±0.3℃/mm以下に抑制することを構成上の特徴点とする。
【0017】
結晶高温部分での外周部と内周部の温度勾配差が±0.3℃/mmを超えると、低速引き上げにより結晶中心部での濃度差Bは小さくなるが、これに伴って結晶外周部での濃度差Aが大きくなり、その結果、転位クラスタの発生が顕著となる。特に好ましい温度勾配差は±0.15℃/mm以下である。
【0018】
このような温度勾配差は、例えば坩堝内に収容された原料融液の液面位置を、坩堝の外側に配置された加熱ヒータの発熱部上端位置に対し、発熱部高さの1/5〜4/5下方に保持することにより比較的簡単に実現される。
【0019】
原料融液の液面位置がこの範囲より上方にあると、結晶高温部分での外周部と内周部の温度勾配差が±0.3℃/mmを超え、転位クラスタの発生が顕著となる。反対に、原料融液の液面位置がこの範囲より下方にあると、原料融液の温度制御が困難になり、その結果、結晶の直径制御が不安定になるとか有転位化が発生するといった問題が生じる。また、石英坩堝が加熱量の増加のために軟化し、倒れ込みや変形を生じることにより、結晶の引き上げができなくなる危険がある。特に好ましい範囲は、下限については1/4以上であり、上限については3/4以下である。
【0020】
また、上記した原料融液の液面位置管理以外には、加熱ヒータの外側に配置される保温材の、ヒータ上端より上の部分の厚みを下の部分の厚みより薄くするのも有効なことが、本発明者らによる実験により確認されている。具体的には、上の部分の厚みは下の部分の厚みの1/4〜3〜4が好ましい。上の部分の厚みを極端に薄くすると、原料融液から発生したガスが急冷固化し、融液内に落下し異物となって結晶有転位化を発生しやすくするからである。
【0021】
引き上げ速度は、空孔クラスタの発生域を狭めるために、OSFリングが結晶径方向の1/2位置より内側に生じる速度とするのが好ましく、OSFリングが結晶中心部で消滅する速度とするのが特に好ましい。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図2は本発明の実施形態に係る結晶育成方法の説明図である。
【0023】
結晶育成装置は、メインチャンバ1と、その上面中心部に連結されたプルチャンバ2とを備えている。これらは、軸方向を垂直とした略円筒状の真空容器からなり、図示されない水冷機構を有している。メインチャンバ1の内部には、略中央に位置して坩堝3が配置されると共に、坩堝3の外側に位置して円筒状のヒータ4及び保温材5が配置されている。
【0024】
坩堝3は石英製の内層容器と黒鉛製の外層容器とからなり、回転式かつ昇降式の支持軸6により支持されている。坩堝3の上方には、回転式かつ昇降式の引き上げ軸7がプルチャンバ2を通して吊り下げられている。
【0025】
結晶育成を行うには先ず、チャンバを解体した状態で、坩堝3内にシリコンの多結晶原料を装填する。次いで、チャンバを組み立て、その内部を真空排気した状態でヒータ4を作動させて、坩堝3内の原料を溶解する。
【0026】
このようにして、坩堝3内にシリコンの原料融液8が生成されると、引き上げ軸7の下端に装着された種結晶を原料融液8に浸漬し、この状態から坩堝3と引き上げ軸7を逆方向に回転させながら引き上げ軸7を上昇させる。これにより、種結晶の下方にシリコンの単結晶9が育成される。
【0027】
ここにおける引き上げ速度は、OSFリングが結晶の最外周部より内側に生じるか若しくは中心部で消滅する低速度とされる。また、単結晶9の引き上げに伴って坩堝3を上昇させることにより、原料融液8の液面レベルを一定に維持する。このとき、原料融液8の液面はヒータ4の発熱部上端より低く、液面から発熱部上端までのレベル差Lは、発熱部高さHの1/5〜4/5である。
【0028】
育成された単結晶9では、低速引き上げにより、OSFリングが小さくなり、空孔クラスタの発生領域が結晶中心に制限される。また、原料融液8の液面レベル管理により、結晶温度が1300℃以上の高温部分が、ヒータ4の発熱により外側から効率的に保温され、高温部での外周部の温度勾配が中心部の温度勾配の±0.3℃/mm以下に抑制されることにより、OSFリングの外側での転位クラスタの発生が抑制される。
【0029】
なお、ヒータ4が高さ方向に分割されている場合の発熱部高さHは最上段ヒータの上端から最下段ヒータの下端までの距離であり、例えば上下2段のいわゆるダブルヒータの場合は上段ヒータの上端から下段ヒータの下端までの距離が発熱部高さHとなる。
【0030】
図3は本発明の別の実施形態に係る結晶育成方法の説明図である。
【0031】
ここでは、ヒータ4の外側に配置される円筒状の保温材5の、ヒータ4の上端より上の部分5aの厚さTaが下の部分5bの厚さTbより薄くされている。本発明者らの実験によると、この構成によっても結晶温度が1300℃以上の高温部分が、ヒータ4の発熱により外側から効率的に保温され、高温部での外周部の温度勾配が中心部の温度勾配の±0.3℃/mm以下に抑制されることにより、OSFリングの外側での転位クラスタの発生が抑制される。
【0032】
この構成は、図2の実施形態で採用された原料融液8の液面レベル管理と組み合わせるほうが、より効果的である。
【0033】
【実施例】
次に本発明の実施例を示し、従来例と比較することにより、本発明の効果を明らかにする。
【0034】
18インチの石英坩堝内にシリコンの多結晶原料を70kgチャージし溶解して生成した原料融液から、(100)方位の6インチ結晶を引き上げる際に、従来例として、原料融液の液面から発熱部上端までのレベル差Lを、従来どおりの50mmとした。ヒータはシングルヒータであり、その発熱部高さHは400mmであるので、レベル差Lと発熱部高さHの比(L/H)は1/8となる。
【0035】
結晶温度が1300℃以上の高温部分における外周部と中心部の温度勾配差は0.52℃/mmであった。外周部及び中心部の各温度勾配は伝熱シュミレーションによる計算及び炉内にシミュレータを配置しての温度測定により求めた。
【0036】
引き上げ速度を変更したときの、空孔クラスタ発生域及び転位クラスタ発生域を調査した結果を図4(a)に示す。引き上げ速度が0.7mm/分より遅くなると、空孔クラスタの発生域が小さくなり始め、0.4mm/分以下でこの発生域が消滅する。しかし、引き上げ速度が0.6mm/分より遅くなると、外周から転位クラスタが発生し始める。このため、空孔クラスタの発生域を結晶中心部に制限しても、その外側全体に転位クラスタが発生するので、高品質なウエーハは得られない。
【0037】
参考例1として、原料融液の液面から発熱部上端までのレベル差Lを、従来より大きい100mmとし、発熱部高さHに対する比(L/H)を1/4とした。結晶温度が1300℃以上の高温部分における外周部と中心部の温度勾配差は0.18℃/mmであった。このときの結果を図4(b)に示す。
【0038】
引き上げ速度が0.7mm/分より遅くなると、空孔クラスタの発生域が小さくなり始め、0.4mm/分以下でこの発生域が消滅することは従来例と同じである。しかし、外周から転位クラスタが発生し始める引き上げ速度は0.45mm/分まで低下する。その結果、空孔クラスタの発生域を結晶中心部に制限した場合でも、転位クラスタの発生域は結晶外周部に限定され、この間に比較的広い無欠陥領域が形成される。
【0039】
参考例2として、原料融液の液面から発熱部上端までのレベル差Lを、従来どおりの50mmとする一方、ヒータの外側に配置される円筒状の保温材の、ヒータ上端より上の部分の厚さTaを、下の部分の厚さTb(150mm)より薄い50mmとした。結晶温度が1300℃以上の高温部分における外周部と中心部の温度勾配差は0.23℃/mmであった。このときの結果を図5(a)に示す。参考例1に近い成果が得られた。
【0040】
実施例1として、原料融液の液面から発熱部上端までのレベル差Lを、従来より大きい100mmとすると共に、ヒータの外側に配置される円筒状の保温材の、ヒータ上端より上の部分の厚さTaを、下の部分の厚さTb(150mm)より薄い50mmとした。結晶温度が1300℃以上の高温部分における外周部と中心部の温度勾配差は0.08℃/mmまで減少した。このときの結果を図5(b)に示す。転位クラスタが発生し始める引き上げ速度が参考例1よりも更に低下し、引き上げ速度が0.35〜0.4mm/分の範囲では、空孔クラスタも転位クラスタも発生しない無欠陥・高品質の単結晶が製造される。
【0041】
実施例2として、原料融液の液面から発熱部上端までのレベル差Lを、参考例1より大きい150mmとし、発熱部高さHに対する比(L/H)を3/8とした。結晶温度が1300℃以上の高温部分における外周部と中心部の温度勾配差は0.10℃/mmであった。このときの結果を図5(c)に示す。転位クラスタが発生し始める引き上げ速度が参考例1よりも低下し、実施例1に近い結果が得られた。
【0042】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の結晶育成方法は、空孔クラスタの発生領域を狭めるために低速引き上げを行った場合に問題となる転位クラスタの発生を抑え、これにより欠陥の少ない高品質ウエーハの製造を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】クラスタの発生理由を説明するための濃度分布図である。
【図2】本発明の実施形態に係る結晶育成方法の説明図である。
【図3】本発明の別の実施形態に係る結晶育成方法の説明図である。
【図4】引き上げ速度とクラスタ発生域の関係を示す図表である。
【図5】引き上げ速度とクラスタ発生域の関係を示す図表である。
【符号の説明】
1 メインチャンバ
2 プルチャンバ
3 坩堝
4 ヒータ
5 保温材
6 支持軸
7 引き上げ軸
8 原料融液
9 単結晶[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystal growth method for growing a single crystal by a CZ method (Czochralski method), and more particularly, a low speed pulling condition in which an OSF ring is generated inside the outermost peripheral portion of the pulling crystal or disappears at the central portion. Relates to a crystal growth method performed in the above.
[0002]
[Prior art]
Silicon wafers used for manufacturing semiconductor devices are collected from single crystals grown mainly by the CZ method. As is well known, the CZ method involves soaking a seed crystal in a silicon raw material melt contained in a quartz crucible, pulling the seed crystal while rotating the seed crystal and the quartz crucible in the opposite direction, and forming silicon underneath. This is a method for growing a single crystal.
[0003]
It is known that a silicon wafer manufactured through such a growth process by the CZ method generates a ring-shaped oxidation-induced stacking fault called an OSF ring when subjected to a thermal oxidation treatment. The OSF ring itself not only causes deterioration of the characteristics of the semiconductor device, but also has different physical properties on the outside and inside of the ring, and dislocation clusters are generated outside the OSF ring due to aggregation of interstitial atoms. However, the inside of the OSF ring is relatively healthy. On the other hand, it is known that the OSF ring moves to the outer peripheral side of the single crystal as the pulling speed increases.
[0004]
Under these circumstances, single crystals have been grown so far under high-speed pulling conditions in which the OSF ring is distributed in the outermost peripheral portion of the crystal that is excluded from the effective portion during device formation.
[0005]
However, the inside of the OSF ring is not without problems. In this portion, vacancy clusters caused by flocculation are generated. Although this defect appears as a small pit when the wafer surface is etched, it is so small that it has not been particularly regarded as a problem until now. However, since the pattern width has become very fine as the degree of integration has increased remarkably in recent years, even this vacancy cluster has begun to be a problem in high-grade single crystals.
[0006]
This vacancy cluster hardly occurs in a so-called epitaxial wafer in which a silicon single crystal thin film is grown on a wafer. However, since this wafer is very expensive, the vacancy cluster is raised by pulling up the single crystal by the CZ method. From this point of view, it is required to grow fewer crystals. From this point of view, in high-grade crystal growth, the pulling speed is slowed and the OSF ring is pulled inside the outermost periphery of the crystal. Thus, a low-speed pulling method is conceived in which the defective portion is concentrated in the central portion or disappears in the central portion to improve the yield.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, with this low speed pulling, it is necessary to reduce the number of dislocation clusters generated outside the OSF ring. This is because even if the OSF ring is generated at the center of the crystal, high quality cannot be ensured if the outer dislocation clusters are left untreated.
[0008]
An object of the present invention is to provide a crystal growth method capable of effectively suppressing the generation of dislocation clusters at the outer periphery of the crystal, which becomes a problem when the vacancy cluster generation region is concentrated at the center of the crystal by low-speed pulling. There is to do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors have conducted a detailed analysis on the cause of the generation of dislocation clusters when the vacancy cluster generation region is concentrated at the center of the crystal by slow pulling. As a result, the following findings could be obtained.
[0010]
It is known that vacancy clusters are generated due to the concentration difference between vacancies and interstitial silicon caused by thermal history during single crystal pulling, and this concentration difference is reduced by lowering the pulling rate.
[0011]
More specifically, out of excess vacancies and interstitial silicon taken in at the solid-liquid interface during pulling, vacancies with a large diffusion coefficient in the high temperature region diffuse due to the difference in equilibrium concentration due to the temperature gradient in the crystal growth direction. It is diffused and moved toward the solid-liquid interface by so-called slope diffusion. In addition, due to the temperature distribution in the radial direction of the crystal and the release of vacancies on the crystal surface, the vacancies have a low concentration on the crystal surface. For these reasons, the concentration of vacancies is high in the center of the crystal where the temperature gradient is small and low in the outer periphery where the temperature gradient is large.
[0012]
On the other hand, interstitial silicon in the high temperature part hardly moves because the diffusion coefficient is as low as 1/100 to 1/1000 of that of vacancies. For this reason, the concentration of interstitial silicon is substantially constant in the crystal radial direction regardless of the thermal history, and a concentration difference between vacancies and interstitial silicon occurs in the crystal radial direction. FIG. 1A shows the vacancy concentration distribution and the interstitial silicon concentration distribution in the case of normal high-speed pulling.
[0013]
As can be seen from FIG. 1A, the concentration of vacancies increases toward the center of the crystal, whereas the interstitial silicon concentration is constant in the crystal radius direction. Then, in the crystal center portion where the temperature gradient is small, the vacancy concentration becomes larger than the interstitial silicon concentration, and when the concentration difference B becomes large, vacancy clusters are generated. On the other hand, at the crystal outer periphery where the temperature gradient is large, the interstitial silicon concentration is higher than the vacancy concentration, and when the concentration difference A increases, dislocation clusters are generated.
[0014]
When the pulling speed is decreased from the high speed pulling shown in FIG. 1A, the thermal history of the high temperature part becomes long and the slope diffusion is promoted as shown in FIG. . However, the distribution form in the crystal radial direction does not change. For this reason, excessive vacancies are reduced at the center of the crystal and the concentration difference B is reduced, but excessive interstitial silicon is increased at the periphery of the crystal, and the concentration difference A is increased. As a result, dislocation clusters are generated from the outer periphery of the crystal, and the generation position expands to the center side from the normal generation position.
[0015]
Thus, the generation of dislocation clusters is inevitable only by reducing the pulling rate. However, as shown in FIG. 1 (c), even if the pulling rate is lowered and the vacancy concentration is lowered, the concentration reduction rate is suppressed at the outer periphery of the crystal and the vacancy concentration distribution is made uniform in the crystal radial direction. If combined, the concentration difference B is reduced without increasing the concentration difference A, and as a result, generation of vacancy clusters can be suppressed without generating dislocation clusters. The suppression of the vacancy concentration decrease rate at the outer periphery of the crystal is realized by making the temperature gradient of the outer periphery close to the central temperature gradient at the high temperature portion of the crystal and lengthening the high temperature thermal history.
[0016]
The crystal growth method of the present invention has been developed based on the above knowledge, and uses the CZ method, and under low-speed pulling conditions in which the OSF ring is formed inside the outermost peripheral portion of the pulling crystal or disappears at the central portion. In the crystal growth method for growing a single crystal, the temperature gradient at the outer periphery of the crystal is suppressed to ± 0.3 ° C./mm or less of the temperature gradient at the center of the crystal at a high temperature portion where the crystal temperature is 1300 ° C. or higher. The feature point.
[0017]
When the temperature gradient difference between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion at the high temperature portion of the crystal exceeds ± 0.3 ° C./mm, the concentration difference B at the center portion of the crystal becomes small due to the slow pulling. As a result, the generation of dislocation clusters becomes remarkable. A particularly preferable temperature gradient difference is ± 0.15 ° C./mm or less.
[0018]
Such a temperature gradient difference is, for example, that the liquid surface position of the raw material melt accommodated in the crucible is 1/5 of the heat generating part height with respect to the heat generating part upper end position of the heater arranged outside the crucible. This is achieved relatively easily by holding it down 4/5.
[0019]
When the liquid surface position of the raw material melt is above this range, the temperature gradient difference between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion at the high temperature portion of the crystal exceeds ± 0.3 ° C./mm, and the generation of dislocation clusters becomes significant. . On the other hand, if the liquid surface position of the raw material melt is below this range, it becomes difficult to control the temperature of the raw material melt, resulting in unstable crystal diameter control or the occurrence of dislocations. Problems arise. Further, there is a risk that the quartz crucible becomes soft due to an increase in the heating amount and falls down or deforms, so that the crystal cannot be pulled up. A particularly preferable range is 1/4 or more for the lower limit and 3/4 or less for the upper limit.
[0020]
Besides the above-described liquid surface position control of the raw material melt, it is also effective to make the thickness of the heat insulating material arranged outside the heater lower than the thickness of the lower portion of the heater upper end. This has been confirmed by experiments by the present inventors. Specifically, the thickness of the upper part is preferably 1/4 to 3 to 4 of the thickness of the lower part. This is because if the thickness of the upper portion is made extremely thin, the gas generated from the raw material melt is rapidly cooled and solidified, falls into the melt and becomes a foreign substance, and crystal dislocation is easily generated.
[0021]
The pulling speed is preferably a speed at which the OSF ring is generated on the inner side of the ½ position in the crystal diameter direction in order to narrow the generation region of the vacancy cluster, and is a speed at which the OSF ring disappears at the crystal center. Is particularly preferred.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is an explanatory diagram of a crystal growth method according to an embodiment of the present invention.
[0023]
The crystal growing apparatus includes a main chamber 1 and a
[0024]
The
[0025]
To perform crystal growth, first, a polycrystalline silicon material of silicon is loaded into the
[0026]
When the silicon
[0027]
The pulling speed here is a low speed at which the OSF ring occurs inside the outermost peripheral part of the crystal or disappears at the central part. Moreover, the liquid level of the
[0028]
In the grown single crystal 9, the OSF ring is reduced by pulling at a low speed, and the generation region of the vacancy cluster is limited to the crystal center. Further, by controlling the liquid surface level of the
[0029]
The heating part height H when the heater 4 is divided in the height direction is the distance from the upper end of the uppermost heater to the lower end of the lowermost heater. For example, in the case of a so-called double heater with two upper and lower stages, the upper stage The distance from the upper end of the heater to the lower end of the lower heater is the heating part height H.
[0030]
FIG. 3 is an explanatory diagram of a crystal growth method according to another embodiment of the present invention.
[0031]
Here, in the cylindrical
[0032]
This configuration is better to combine the liquid level control of the
[0033]
【Example】
Next, examples of the present invention will be shown, and the effects of the present invention will be clarified by comparing with the conventional examples.
[0034]
When pulling up a 6 inch crystal of (100) orientation from a raw material melt formed by charging 70 kg of polycrystalline silicon raw material in an 18 inch quartz crucible, as a conventional example, from the surface of the raw material melt The level difference L to the upper end of the heat generating part was 50 mm as usual. Since the heater is a single heater and the heat generating portion height H is 400 mm, the ratio (L / H) between the level difference L and the heat generating portion height H is 1/8.
[0035]
The difference in temperature gradient between the outer peripheral portion and the central portion in the high temperature portion where the crystal temperature was 1300 ° C. or higher was 0.52 ° C./mm. Each temperature gradient of the outer peripheral part and the central part was obtained by calculation by heat transfer simulation and temperature measurement by placing a simulator in the furnace.
[0036]
FIG. 4A shows the result of investigating the vacancy cluster generation region and the dislocation cluster generation region when the pulling speed is changed. When the pulling speed is slower than 0.7 mm / min, the void cluster generation region starts to decrease, and at 0.4 mm / min or less, this generation region disappears. However, when the pulling rate is slower than 0.6 mm / min, dislocation clusters start to be generated from the outer periphery. For this reason, even if the generation region of the vacancy clusters is limited to the crystal central portion, dislocation clusters are generated on the entire outer side, so that a high-quality wafer cannot be obtained.
[0037]
As Reference Example 1, the level difference L from the liquid surface of the raw material melt to the upper end of the heat generating part was set to 100 mm larger than the conventional one, and the ratio (L / H) to the heat generating part height H was set to 1/4. The temperature gradient difference between the outer peripheral portion and the central portion in the high temperature portion where the crystal temperature was 1300 ° C. or higher was 0.18 ° C./mm. The result at this time is shown in FIG.
[0038]
When the pulling speed is slower than 0.7 mm / min, the generation area of the hole clusters starts to decrease, and this generation area disappears at 0.4 mm / min or less, which is the same as the conventional example. However, the pulling speed at which dislocation clusters start to be generated from the outer periphery decreases to 0.45 mm / min. As a result, even when the vacancy cluster generation region is limited to the crystal central portion, the dislocation cluster generation region is limited to the crystal outer peripheral portion, and a relatively wide defect-free region is formed therebetween.
[0039]
As Reference Example 2, the level difference L from the liquid surface of the raw material melt to the upper end of the heat generating portion is set to 50 mm as in the conventional case, while the cylindrical heat insulating material disposed outside the heater is a portion above the upper end of the heater The thickness Ta was set to 50 mm, which is thinner than the thickness Tb (150 mm) of the lower part. The difference in temperature gradient between the outer peripheral portion and the central portion in the high temperature portion where the crystal temperature was 1300 ° C. or higher was 0.23 ° C./mm. The result at this time is shown in FIG. Results close to Reference Example 1 were obtained.
[0040]
As Example 1 , the level difference L from the liquid surface of the raw material melt to the upper end of the heat generating part is set to 100 mm larger than the conventional one, and the portion of the cylindrical heat insulating material disposed outside the heater above the upper end of the heater The thickness Ta was set to 50 mm, which is thinner than the thickness Tb (150 mm) of the lower part. The difference in temperature gradient between the outer peripheral portion and the central portion in the high temperature portion where the crystal temperature is 1300 ° C. or higher was reduced to 0.08 ° C./mm. The result at this time is shown in FIG. When the pulling speed at which dislocation clusters begin to be generated is further lower than that in Reference Example 1 and the pulling speed is in the range of 0.35 to 0.4 mm / min, no defect-free and high-quality single crystals are generated. Crystals are produced.
[0041]
As Example 2 , the level difference L from the surface of the raw material melt to the upper end of the heat generating part was 150 mm larger than Reference Example 1, and the ratio (L / H) to the heat generating part height H was 3/8. The difference in temperature gradient between the outer peripheral portion and the central portion in the high temperature portion where the crystal temperature was 1300 ° C. or higher was 0.10 ° C./mm. The result at this time is shown in FIG. The pulling speed at which dislocation clusters begin to occur is lower than that in Reference Example 1, and results close to Example 1 are obtained .
[0042]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the crystal growth method of the present invention suppresses the generation of dislocation clusters, which is a problem when pulling up at a low speed in order to narrow the generation region of vacancy clusters, thereby reducing the number of defects. Enables production of quality wafers.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a concentration distribution diagram for explaining a reason for occurrence of a cluster.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a crystal growth method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a crystal growth method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a chart showing a relationship between a pulling speed and a cluster generation area.
FIG. 5 is a chart showing a relationship between a pulling speed and a cluster generation area.
[Explanation of symbols]
1
Claims (2)
前記単結晶の引き上げに伴って坩堝を上昇させることにより、坩堝内に収容された原料融液の液面位置を一定に維持するとともに、前記液面位置を坩堝の外側に配置された加熱ヒータの発熱部上端位置に対し、発熱部高さの1/5〜4/5下方に保持し、且つ前記ヒータの外側に円筒状の保温材を配置するとともに、ヒータの上端より上の部分の保温材の厚さを下の部分の厚さの1/4〜3/4とし、結晶温度が1300℃以上の高温部分で、結晶外周部の温度勾配を結晶中心部の温度勾配の±0.3℃/mm以下に抑制することを特徴とする結晶育成方法。 In a crystal growth method using a CZ method and growing a single crystal under a low-speed pulling condition in which an OSF ring is generated inside the outermost peripheral portion of the pulling crystal or disappears at the center portion,
By raising the crucible with the pulling of the single crystal, the liquid level position of the raw material melt contained in the crucible is maintained constant, and the liquid level position of a heater disposed outside the crucible is maintained. A heat insulating material that is held 1/5 to 4/5 below the height of the heat generating portion with respect to the heat generating portion upper end position, and a cylindrical heat insulating material is disposed outside the heater, and a heat insulating material in a portion above the upper end of the heater. The thickness of the crystal is 1/4 to 3/4 of the thickness of the lower part, and the temperature gradient of the crystal periphery is ± 0.3 ° C. of the temperature gradient of the crystal center in the high temperature part where the crystal temperature is 1300 ° C. or higher. / Mm or less, a crystal growth method characterized by being controlled .
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