JP5145721B2 - Method and apparatus for producing silicon single crystal - Google Patents

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本発明は、半導体材料として使用されるシリコンウェーハ用単結晶の製造方法に関し、詳しくは、チョクラルスキー法(以下、「CZ法」という)により育成する、赤外線散乱体欠陥(COP)や転位クラスターの存在しないGrown−in欠陥フリーとなるシリコン単結晶の製造方法および製造装置に関する。   The present invention relates to a method for producing a single crystal for a silicon wafer used as a semiconductor material, and more specifically, infrared scatterer defects (COP) and dislocation clusters grown by the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”). The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a silicon single crystal that is free from Grown-in defects.

半導体材料のシリコンウェーハに用いるシリコン単結晶の製造に最も広く採用されてい る方法は、CZ法による単結晶の引き上げ育成方法である。CZ法は、石英るつぼ内の溶融したシリコンに種結晶を浸漬させて引き上げ、単結晶を成長させる方法であるが、この育成技術の進歩により、欠陥の少ない無転位の大型単結晶が製造されるようになってきている。   The most widely adopted method for producing a silicon single crystal used for a semiconductor material silicon wafer is a single crystal pulling and growing method by the CZ method. The CZ method is a method of growing a single crystal by immersing a seed crystal in molten silicon in a quartz crucible and growing the single crystal. With the progress of this growth technique, a dislocation-free large single crystal with few defects is produced. It has become like this.

半導体デバイスは、単結晶から得られたウェーハを基板として、回路形成のため多数のプロセスを経過して製品化される。そのプロセスでは数多くの物理的処理、化学的処理、さらには熱的処理が施され、中には1000℃を超える過酷な処理も含まれる。このため、単結晶の育成時にその原因が導入され、デバイスの製造過程で顕在化してその性能に大きく影響してくる微細欠陥、すなわちGrown−in欠陥が問題になる。   A semiconductor device is commercialized through a number of processes for forming a circuit using a wafer obtained from a single crystal as a substrate. In that process, many physical treatments, chemical treatments, and thermal treatments are performed, including severe treatments exceeding 1000 ° C. For this reason, the cause is introduced at the time of growing a single crystal, and a fine defect that becomes apparent in the manufacturing process of the device and greatly affects its performance, that is, a grown-in defect becomes a problem.

図1は、CZ法により得られたシリコン単結晶に存在する代表的なGrown−in欠陥の分布状況を説明する図である。この図は、育成直後の単結晶から引き上げ軸に垂直な面のウェーハを切り出し、硝酸銅水溶液に浸漬してCuを付着させ、熱処理後X線トポグラフ法により微小欠陥の分布観察を行った結果を模式的に示したものである。   FIG. 1 is a view for explaining the distribution of typical grown-in defects present in a silicon single crystal obtained by the CZ method. This figure shows the results of cutting a wafer perpendicular to the pulling axis from a single crystal immediately after growth, immersing it in an aqueous copper nitrate solution, attaching Cu, and observing the distribution of minute defects by X-ray topography after heat treatment. It is shown schematically.

このウェーハは、リング状に分布した酸素誘起積層欠陥(以下、「OSF」−Oxydation induced Stacking Fault−という)が外径の約2/3の位置に現れたものであるが、そのリングの内側部分には、赤外線散乱体欠陥またはCOP(Crystal Originated Particle)などと呼ばれる欠陥が現れ、リングの外側には、転位クラスターと呼ばれる微小転位からなる欠陥が存在する領域がある。この赤外線散乱体欠陥(以下、「COP」と記す)および転位クラスターがGrown−in欠陥といわれるものである。   In this wafer, oxygen-induced stacking faults distributed in a ring shape (hereinafter referred to as “OSF” -Oxidation Induced Stacking Fault-) appear at a position about 2/3 of the outer diameter. , An infrared scatterer defect or a defect called COP (Crystal Originated Particle) appears, and there is a region where a defect composed of a micro dislocation called a dislocation cluster exists outside the ring. This infrared scatterer defect (hereinafter referred to as “COP”) and a dislocation cluster are called Grown-in defects.

これらの欠陥の成因については必ずしも明らかではないが、次のように考えられる。すなわち、単結晶の育成時の固液界面近傍の結晶中では、空孔と格子間原子が、軸方向では、固液界面から結晶中に拡散していき、径方向では、結晶表面に拡散していき、空孔と格子間原子が結び付けば、消滅していく。拡散係数は、格子間原子の方が空孔よりも大きいが、結晶固化時に取り込まれる濃度は、空孔の方が格子間原子よりも大きいと考えられている。引き上げ速度が大きい場合は、結晶中にCOPが形成される温度にまで冷える過程で、固液界面から、格子間原子が結晶中に拡散して、入ってくる量が少なく、その入ってきた格子間原子が、固液界面で多く取り込まれた空孔を消滅させるには至らないため、空孔の方が格子間原子よりも濃度が優勢となり、この優勢となった空孔が合体してCOPを生じさせる。一方、引き上げ速度が小さい場合は、結晶中に転位クラスターが形成される温度にまで冷える過程で、固液界面から、格子間原子が結晶中に拡散して、入ってくる量が多くなり、はじめに多く取り込まれた空孔を消滅させ、格子間原子の方が空孔よりも濃度が優勢となり、この優勢となった格子間原子が合体して転位クラスター欠陥を形成させる。なお、OSFは、酸化熱処理時に生じる格子間原子による積層欠陥である。   The cause of these defects is not necessarily clear, but is thought to be as follows. That is, in the crystal near the solid-liquid interface when growing a single crystal, vacancies and interstitial atoms diffuse into the crystal from the solid-liquid interface in the axial direction and diffuse to the crystal surface in the radial direction. It disappears when vacancies and interstitial atoms are connected. The diffusion coefficient is larger for interstitial atoms than for vacancies, but the concentration taken in at the time of crystal solidification is considered to be greater for vacancies than for interstitial atoms. When the pulling rate is high, the interstitial atoms diffuse into the crystal from the solid-liquid interface in the process of cooling to the temperature at which COP is formed in the crystal, and the amount of incoming lattice is small. Since the interstitial atoms do not lead to the disappearance of the vacancies that are largely taken in at the solid-liquid interface, the concentration of the vacancies is greater than that of the interstitial atoms. Give rise to On the other hand, when the pulling rate is low, interstitial atoms diffuse into the crystal from the solid-liquid interface during the process of cooling to the temperature at which dislocation clusters are formed in the crystal, and the amount of incoming ions increases. Many trapped vacancies disappear, interstitial atoms have a higher concentration than vacancies, and the interstitial atoms that have predominated coalesce to form dislocation cluster defects. Note that OSF is a stacking fault caused by interstitial atoms generated during the oxidation heat treatment.

リング状OSFの発生する領域の近傍ではCOPも転位クラスター欠陥も極めて少なく、リング状OSF発生領域に接してその外側に、処理条件によっては酸素析出の現れる酸素析出促進領域があり、さらにその外側の転位クラスター発生領域との間に、酸素析出を生じない酸素析出抑制領域がある。これら酸素析出促進領域および酸素析出抑制領域は、いずれもGrown−in欠陥のきわめて少ない無欠陥領域である。   There are very few COPs and dislocation cluster defects in the vicinity of the region where the ring-shaped OSF is generated, and there is an oxygen precipitation promoting region on the outer side in contact with the ring-shaped OSF generation region and depending on the processing conditions. Between the dislocation cluster generation region, there is an oxygen precipitation suppression region where no oxygen precipitation occurs. These oxygen precipitation promoting region and oxygen precipitation suppressing region are both defect-free regions with very few grown-in defects.

上述した欠陥の発生状態は、通常、単結晶育成の際の引き上げ速度と、凝固直後の単結晶内温度分布に大きく影響される。   The defect occurrence state described above is usually greatly influenced by the pulling rate during single crystal growth and the temperature distribution in the single crystal immediately after solidification.

図2は、単結晶引き上げ時の、引き上げ速度と結晶欠陥の発生位置との一般的な関係を模式的に示す図である。この図は、例えば、引き上げ速度を徐々に低下させつつ成長させた単結晶を結晶中心の引き上げ軸に沿って切断し、その断面について前記図1に示した結果を得るのと同様な手法で欠陥の分布を調べることにより、得ることができる。   FIG. 2 is a diagram schematically showing a general relationship between the pulling speed and the position of occurrence of crystal defects when pulling a single crystal. This figure shows, for example, that a single crystal grown while gradually reducing the pulling rate is cut along the pulling axis at the center of the crystal, and the cross section of the defect is obtained in the same manner as the result shown in FIG. Can be obtained by examining the distribution of.

図2において、引き上げ軸に垂直な面で見ていくと、引き上げ速度が速い段階では、単結晶周辺部にリング状OSFがあり、内部はCOPが多数発生する領域となっている。そして、引き上げ速度の低下にしたがって、リング状OSFの径は次第に小さくなり、それとともにリング状OSFの外側部分には、転位クラスターの発生する領域が現れ、やがてリング状OSFは消滅して、全面が転位クラスター欠陥発生領域になる。   In FIG. 2, when viewed from a plane perpendicular to the pulling axis, at the stage where the pulling speed is high, there is a ring-shaped OSF around the single crystal, and the inside is a region where many COPs are generated. As the pulling speed decreases, the diameter of the ring-shaped OSF gradually decreases, and at the same time, a region where dislocation clusters are generated appears on the outer portion of the ring-shaped OSF. It becomes a dislocation cluster defect generation region.

前記図1は、この図2に示した単結晶のAの位置での引き上げ軸に垂直な断面、またはこのAの位置に相当する引き上げ速度で育成された単結晶の引き上げ軸に垂直な断面を表したものである。   FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the pulling axis at the position A of the single crystal shown in FIG. 2, or a cross section perpendicular to the pulling axis of the single crystal grown at the pulling speed corresponding to the position A. It is a representation.

前記のOSFは、デバイスの活性領域となるウェーハ表面に生成、成長した場合には、リーク電流の原因となり、デバイス特性を劣化させる。Grown−in欠陥の一つである転位クラスターも同様で、デバイスの特性不良の原因となり、また、COPは酸化膜耐圧性を低下させる因子となる。   When the OSF is generated and grown on the surface of a wafer serving as an active region of the device, it causes a leakage current and degrades the device characteristics. The same applies to dislocation clusters, which are one of the grown-in defects, and cause the device characteristics to be defective, and COP is a factor to reduce the oxide film pressure resistance.

そのため、リング状OSFやGrown−in欠陥が極めて少なくなるような無欠陥のウェーハを得ようとする技術開発がなされてきた。   For this reason, technological development has been made to obtain a defect-free wafer in which ring-shaped OSF and Grown-in defects are extremely reduced.

例えば、特許文献1に開示された発明では、引き上げ速度V(mm/min)と融点から1300℃までの温度範囲における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配をG(℃/mm)とするとき、結晶中心位置と外周から30mmまでの位置との間ではV/Gを0.20〜0.22mm2/(℃・min)とし、結晶外周部に向かっては、これを漸次増加させるように温度勾配を制御してシリコン単結晶ウェーハを製造する。このようにして、引き上げを行うと、OSFおよび転位クラスターを生成させることなく、リング状OSFの外側の酸素析出促進領域や酸素析出抑制領域のCOPフリー領域(無欠陥領域)のみが、ウェーハ面内全体に拡大する。 For example, in the invention disclosed in Patent Document 1, when the internal temperature gradient in the pulling axis direction in the temperature range from the pulling speed V (mm / min) and the melting point to 1300 ° C. is G (° C./mm), the crystal V / G is set to 0.20 to 0.22 mm 2 / (° C./min) between the center position and the position from the outer periphery to 30 mm, and the temperature gradient is gradually increased toward the outer periphery of the crystal. A silicon single crystal wafer is manufactured by controlling the above. In this way, when the pulling is performed, only the COP free region (defect-free region) of the oxygen precipitation promotion region and the oxygen precipitation suppression region outside the ring-shaped OSF is generated within the wafer surface without generating OSF and dislocation clusters. Expand to the whole.

しかし、この方法では、COPフリーの単結晶を育成できても、その条件範囲が限られるため、引き上げ速度の増加や単結晶の大口径化などへの対応が困難で、実際の生産においては、安定した歩留りの維持が容易には実現し難いところがある。   However, in this method, even if a COP-free single crystal can be grown, the range of conditions is limited, so it is difficult to cope with an increase in pulling speed or an increase in the diameter of the single crystal. In actual production, There are places where it is difficult to easily maintain a stable yield.

特許文献2には、引き上げ速度F(mm/min)と融点から1400℃までの温度範囲における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配をG(℃/mm)とするとき、結晶中心部のF/Gを0.112〜0.142mm2/(℃・min)として結晶を引き上げるシリコン単結晶ウェーハの製造方法が、また、特許文献3には、前記F/Gを0.119〜0.142mm2/(℃min)として結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法が記載されている。いずれの製造方法も、リング状OSFの発生領域は含まれるが、転位クラスターやCOPの発生領域を含まないシリコン単結晶ウェーハを得ようとするものであり、特許文献3に記載の方法を適用すれば、更に、ゲッタリング能力が高いウェーハが得られるとしている。なお、リング状OSFが顕在化しないようにするため、酸素濃度を24ppma未満にして、酸素析出が生じにくくなるように引き上げるか、あるいは、成長結晶が1050℃〜850℃の温度領域を通過する時間を140分以下にして引き上げを行う。 In Patent Document 2, when the temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction in the temperature range from the melting point to 1400 ° C. is G (° C./mm), the pulling rate F (mm / min) is F / G at the crystal center. Is a manufacturing method of a silicon single crystal wafer in which the crystal is pulled up to 0.112 to 0.142 mm 2 / (° C./min), and Patent Document 3 discloses that F / G is 0.119 to 0.142 mm 2 / A method for producing a silicon single crystal in which the crystal is pulled up as (° C. min) is described. Each of the manufacturing methods is intended to obtain a silicon single crystal wafer that includes a ring-shaped OSF generation region but does not include a dislocation cluster or a COP generation region. The method described in Patent Document 3 is applied. For example, a wafer having a high gettering capability can be obtained. In order to prevent the ring-shaped OSF from becoming apparent, the oxygen concentration is set to less than 24 ppma and the oxygen crystal is pulled up so that the precipitation of oxygen is difficult to occur, or the growth crystal passes through the temperature range of 1050 ° C. to 850 ° C. Pull up to 140 minutes or less.

しかしながら、これら特許文献2または特許文献3に記載される方法には、通常の引き上げ炉では、結晶長さ方向で引き上げ軸方向の結晶内温度勾配(G)が変化し、そのGの面内分布も、結晶長さによって異なるため、COPや転位クラスターの存在しない結晶を、結晶全長で歩留りよく量産することが生産技術的に困難であるという問題がある。   However, in the method described in Patent Document 2 or Patent Document 3, in a normal pulling furnace, the in-crystal temperature gradient (G) in the pulling axis direction changes in the crystal length direction, and the in-plane distribution of G However, since it varies depending on the crystal length, there is a problem in that it is difficult in terms of production technology to mass-produce crystals with no COP or dislocation clusters in the entire crystal length with a high yield.

また、特許文献4には、引き上げ直後の単結晶の周囲を取り囲む熱遮蔽材の寸法や位置の選定、さらには冷却用部材の使用などにより、引き上げ直後の単結晶の引き上げ軸方向における結晶内温度勾配を、中心部で大きく外周部で小さくするシリコン単結晶の製造装置が提示されており、この装置を用いて、引き上げ速度を0.70〜0.74mm/min付近の適度の範囲に制御して引き上げ育成を行うことにより、単結晶の直胴部の大半が無欠陥領域となる単結晶を得たことが記載されている。   Patent Document 4 discloses that the temperature inside the crystal in the pulling axis direction of the single crystal immediately after the pulling is selected by selecting the size and position of the heat shielding material surrounding the single crystal immediately after the pulling and using the cooling member. An apparatus for producing a silicon single crystal in which the gradient is large at the central part and small at the outer peripheral part is presented. With this apparatus, the pulling rate is controlled to an appropriate range around 0.70 to 0.74 mm / min. It is described that the single crystal in which most of the straight body of the single crystal is a defect-free region is obtained by pulling and growing.

特開平8−330316号公報JP-A-8-330316 特開平11−147786号公報JP-A-11-147786 特開平11−157996号公報JP-A-11-157996 特開2001−220289号公報JP 2001-220289 A

本発明の目的は、CZ法により転位クラスターやCOPのようなGrown−in欠陥のない単結晶を育成するに際し、結晶全長で歩留りよく、安定して引き上げることができるシリコン単結晶の製造方法、およびこの方法の実施に好適な製造装置を提供することにある。   The object of the present invention is to produce a silicon single crystal that can be pulled up stably and with good yield over the entire crystal length when growing a single crystal free of grown-in defects such as dislocation clusters and COP by the CZ method, and An object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus suitable for carrying out this method.

上記の目的を達成するために、本発明者らは、単結晶の引き上げの際に、無欠陥結晶が得られる引き上げ速度範囲(幅)を広くできる条件について検討した。無欠陥結晶が得られる引き上げ速度の範囲が広ければ、引き上げ速度の許容範囲が広くなるので引き上げ時に適切な速度範囲から外れるケースが減少し、歩留りが向上するとともに、安定した量産が可能となるからである。   In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have examined conditions that can widen the pulling speed range (width) at which a defect-free crystal is obtained when pulling a single crystal. If the range of pulling speed at which defect-free crystals can be obtained is wide, the allowable range of pulling speed is widened, so the number of cases that deviate from the appropriate speed range at the time of pulling is reduced, yield is improved, and stable mass production is possible. It is.

ところで、前掲の特許文献4に記載されているシリコン単結晶の製造装置は、引き上げ直後の単結晶の引き上げ軸方向における結晶内温度勾配が、中心部では大きく外周部では小さくなるように構成されているが、これは、単結晶の育成時に固液界面近傍で多量に取り込まれた空孔と格子間原子の結晶径方向における濃度分布を均一にするためである。   By the way, the silicon single crystal manufacturing apparatus described in the above-mentioned Patent Document 4 is configured such that the temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction of the single crystal immediately after the pulling is large in the central portion and small in the outer peripheral portion. This is because the concentration distribution in the crystal diameter direction of vacancies and interstitial atoms taken in a large amount in the vicinity of the solid-liquid interface during the growth of the single crystal is made uniform.

引き上げ軸方向の結晶内温度勾配は、通常は、凝固直後の引き上げ中の単結晶は表面からの熱放散により冷却されるので、外周部で大きく中心部では小さい。すなわち、中心部の温度勾配をGc、外周部の温度勾配をGeとすると、Gc<Geである。これに対し、前掲の特許文献4に記載の装置では、引き上げ直後の単結晶の周囲を取り囲む熱遮蔽材や冷却用部材の使用など、ホットゾーンの構造の改良により、融点から1250℃近傍までの温度域において、Gc>Geとすることができ、この温度分布条件によって、引き上げ直後の結晶の周辺部における空孔や格子間原子の径方向での結晶表面への拡散量と軸方向の固液界面から結晶中への拡散量が調整され、空孔や格子間原子の結晶径方向での濃度分布が、全面でほぼ等しくなる。   The temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction is usually large at the outer peripheral portion and small at the central portion because the single crystal being pulled immediately after solidification is cooled by heat dissipation from the surface. That is, Gc <Ge, where Gc is the temperature gradient at the center and Ge is the temperature gradient at the outer periphery. On the other hand, in the apparatus described in the above-mentioned Patent Document 4, the structure of the hot zone, such as the use of a heat shielding material and a cooling member surrounding the single crystal immediately after the pulling, is improved from the melting point to around 1250 ° C. In the temperature range, Gc> Ge can be satisfied. With this temperature distribution condition, the amount of diffusion to the crystal surface in the radial direction of vacancies and interstitial atoms in the periphery of the crystal immediately after pulling and the solid liquid in the axial direction The amount of diffusion from the interface into the crystal is adjusted, and the concentration distribution in the crystal diameter direction of vacancies and interstitial atoms becomes almost equal over the entire surface.

図3は、このような濃度分布が得られる条件下で、引き上げ速度を連続的に低下させつつ結晶の引き上げを行い、得られた単結晶の中心軸を含む断面における結晶欠陥の発生位置と引き上げ速度との関係を示した図であるが、リング状OSFや無欠陥領域などが水平に近い状態になっている。   FIG. 3 shows the crystal defect pulling position in the cross-section including the central axis of the single crystal obtained by pulling the crystal while continuously reducing the pulling rate under such a concentration distribution condition. Although it is a figure which showed the relationship with speed, the ring-shaped OSF, a defect-free area | region, etc. are in the state near horizontal.

特許文献4に記載の装置により、前記のように、引き上げ速度0.70〜0.74mm/min付近で引き上げを行っているのは、図3に示される無欠陥領域(Grown−in欠陥のきわめて少ない酸素析出促進領域を含む)を引き上げ結晶全長で得るためである。この無欠陥領域が現れる引き上げ速度の範囲を広げることができれば、前述のように無欠陥結晶の引き上げ歩留りの向上に大きく寄与することができる。   As described above, the apparatus described in Patent Document 4 is pulled up at a pulling speed of about 0.70 to 0.74 mm / min because the defect-free region shown in FIG. This is because a small oxygen precipitation promoting region is included) and the entire crystal length is obtained. If the range of the pulling speed at which this defect-free region appears can be expanded, it can greatly contribute to the improvement of the pulling yield of the defect-free crystal as described above.

そこで、引き上げ直後の結晶の周りに熱遮蔽体および水冷体を組み込んだ輻射熱遮断スクリーンを配置し、引き上げ結晶長さに応じて溶融液表面と輻射熱遮断スクリーンの下端との距離(この距離を、以下「ギャップ」ともいう)を変化させることにより、前記無欠陥結晶が得られる引き上げ速度範囲(以下、「許容引き上げ速度幅」と記す)を広げることの可能性について調査した。なお、用いた装置は、前掲の特許文献4に記載される装置と同様に、引き上げ直後の単結晶の引き上げ軸方向における温度勾配を、中心部がGc、外周部がGeとしたとき、Gc>Geとすることができる装置である。   Therefore, a radiant heat shielding screen incorporating a heat shield and a water-cooled body is arranged around the crystal immediately after the pulling, and the distance between the melt surface and the lower end of the radiant heat shielding screen (this distance is referred to below) according to the pulled crystal length. The possibility of expanding the pulling speed range (hereinafter, referred to as “allowable pulling speed width”) in which the defect-free crystal is obtained was investigated by changing the “gap”. The apparatus used is similar to the apparatus described in the above-mentioned Patent Document 4, and the temperature gradient in the pulling axis direction of the single crystal immediately after pulling is Gc> when the central part is Gc and the outer peripheral part is Ge. A device that can be Ge.

その結果、下記(a)〜(e)の知見が得られた。
(a)無欠陥領域を結晶径方向で均一化するには、Gc>Geの関係を満足させる必要があり、Gc>Geが満たされる条件内でギャップを設定しなければならない。
(b)Gc>Geとするには、ギャップを大きくすることが有効であるが、引き上げ速度の低下も生じる。
(c)ギャップが小さいと引き上げ速度が上がるが、引き上げ結晶のトップ側での許容引き上げ速度幅が狭くなる。
(d)トップ側でのギャップが大きいほどトップ側での許容引き上げ速度幅が広がるが、ミドル部においてギャップが大きい場合には、許容引き上げ速度幅が極端に低下する。
(e)したがって、ギャップを大きくしてトップ部を育成し、ギャップを小さくしてミドル部以降を育成するのがよい。
As a result, the following findings (a) to (e) were obtained.
(A) In order to make the defect-free region uniform in the crystal diameter direction, it is necessary to satisfy the relationship of Gc> Ge, and the gap must be set within the condition that Gc> Ge is satisfied.
(B) In order to satisfy Gc> Ge, it is effective to increase the gap, but the pulling speed is also reduced.
(C) When the gap is small, the pulling speed is increased, but the allowable pulling speed width on the top side of the pulling crystal is narrowed.
(D) The larger the gap on the top side, the wider the allowable pulling speed range on the top side. However, when the gap is large in the middle part, the allowable pulling speed range is extremely reduced.
(E) Therefore, it is preferable to grow the top portion by increasing the gap and to grow the middle portion and the following by reducing the gap.

本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、その要旨は下記(1)のシリコン単結晶の製造方法、および(2)のシリコン単結晶製造装置にある。   The present invention has been made on the basis of such knowledge, and the gist of the present invention resides in the following method (1) for producing a silicon single crystal and (2) an apparatus for producing a silicon single crystal.

(1)シリコン単結晶の引き上げ域の周囲に水冷体および熱遮蔽体から構成される輻射熱遮断スクリーンを配設してCZ法によりシリコン単結晶を製造するに際し、シリコン単結晶の直胴部育成中の直胴部長さに応じてギャップを変化させるシリコン単結晶の製造方法であって、シリコン単結晶の直胴部のトップ部からミドル部にわたる育成の間で、前記ギャップを一旦狭め、その後のボトム部の育成で当該ギャップを一定に保持することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
(1) When a silicon single crystal is produced by the CZ method by arranging a radiant heat shielding screen composed of a water-cooled body and a heat shield around the pulling area of the silicon single crystal, the straight body portion of the silicon single crystal is being grown. A method for producing a silicon single crystal in which the gap is changed in accordance with the length of the straight body of the silicon single crystal, wherein the gap is once narrowed during the growth from the top part to the middle part of the straight body part of the silicon single crystal, and then the bottom A method for producing a silicon single crystal, wherein the gap is kept constant by growing a portion.

ここでいう「ギャップ」とは、前記のように、輻射熱遮断スクリーンの下端(この場合は、輻射熱遮断スクリーンに組み込まれた熱遮蔽体の下端)から溶融液表面までの距離である。また、「引き上げ域」とは、引き上げ直後の、高温状態(1250℃程度以上)の単結晶が存在する領域をいう。なお、前記のように、「直胴部育成中の直胴部長さに応じてギャップを変化させる」と記すのが正確な表現であるが、「直胴部」を「結晶」に置き換え、以下、単に「(引き上げ)結晶長さに応じてギャップを変化させる」などとも表記する。すなわち、ここでいう「結晶」とは、引き上げられたインゴットの直胴部を指すものとする。   The “gap” here is the distance from the lower end of the radiant heat cutoff screen (in this case, the lower end of the heat shield incorporated in the radiant heat cutoff screen) to the melt surface as described above. The “pulled region” refers to a region where a single crystal in a high temperature state (about 1250 ° C. or higher) exists immediately after the pulling. In addition, as described above, it is an accurate expression to write "change the gap according to the length of the straight body part during growth of the straight body part", but replace "straight body part" with "crystal", Or simply “change the gap according to the (pull-up) crystal length”. That is, the “crystal” here refers to the straight body portion of the pulled ingot.

前記本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、育成されるシリコン単結晶を、転位クラスターが存在せず、かつCOPが存在しない無欠陥のシリコン単結晶とすることができる。   According to the method for producing a silicon single crystal of the present invention, the grown silicon single crystal can be a defect-free silicon single crystal having no dislocation clusters and no COP.

また、前記本発明のシリコン単結晶の製造方法において、ギャップを、許容引き上げ速度幅が広くなるように調整してシリコン単結晶の直胴部の育成を開始し、当該ギャップでは許容引き上げ速度幅が狭くなる単結晶引き上げ長さに到達する前に、当該ギャップを減少させてシリコン単結晶を育成することとすれば、一層望ましい。   Further, in the method for producing a silicon single crystal according to the present invention, the gap is adjusted so that the allowable pulling speed width is wide, and the growth of the straight body portion of the silicon single crystal is started. It is more desirable to grow the silicon single crystal by reducing the gap before reaching the narrowed single crystal pulling length.

なお、「許容引き上げ速度幅」とは、前記のとおり、無欠陥結晶が得られる引き上げ速度の範囲である。   The “allowable pulling speed range” is a pulling speed range in which a defect-free crystal is obtained as described above.

(2)シリコン単結晶の引き上げ域の周囲に水冷体および熱遮蔽体から構成される輻射熱遮断スクリーンを配設したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶製造装置であって、シリコン単結晶の直胴部育成中の直胴部長さに応じて輻射熱遮断スクリーン下端から溶融液表面までの距離(すなわち、ギャップ)を変化させる距離制御手段を備えており、前記距離制御手段は、シリコン単結晶の直胴部のトップ部からミドル部にわたる育成の間で、前記輻射熱遮断スクリーン下端から溶融液表面までの距離を一旦狭め、その後のボトム部の育成で当該距離を一定に保持することを特徴とするシリコン単結晶製造装置。
(2) A silicon single crystal manufacturing apparatus using the Czochralski method in which a radiant heat shielding screen composed of a water-cooled body and a heat shield is disposed around a pulling area of a silicon single crystal, and a straight body portion of the silicon single crystal A distance control means for changing a distance (ie, a gap) from the lower end of the radiant heat shielding screen to the melt surface according to the length of the straight body being grown is provided, and the distance control means is a straight body of a silicon single crystal. The silicon single crystal is characterized in that the distance from the lower end of the radiant heat shielding screen to the melt surface is temporarily narrowed during the growth from the top part to the middle part, and the distance is kept constant by the subsequent growth of the bottom part. manufacturing device.

この本発明のシリコン単結晶製造装置において、前記距離制御手段を、育成中のシリコン単結晶直胴部長さに対するギャップの測定値と、シリコン単結晶長さに応じてギャップを変化させるために設定入力されたギャップの設定値とを比較演算してギャップの補正量を算出する演算部を備え、前記演算部により算出されたギャップの補正量に基づきギャップを調整する制御手段とする実施形態を採ることができる。   In this silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention, the distance control means is set and inputted to change the gap according to the measured value of the gap with respect to the straight body length of the growing silicon single crystal and the length of the silicon single crystal. And a control unit that adjusts the gap based on the gap correction amount calculated by the calculation unit. Can do.

また、その際、前記ギャップの調整手段が、ルツボの上下昇降手段および/または輻射熱遮断スクリーンの上下昇降手段により構成されたものとすることができる。   In this case, the gap adjusting means may be constituted by a crucible vertical elevating means and / or a radiant heat blocking screen vertical elevating means.

本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、結晶引き上げ中にギャップを変化させることによって、許容引き上げ速度幅を広くすることが可能である。その結果、COPや転位クラスターのようなGrown−in欠陥のない結晶を、結晶全長で歩留りよく、安定して引き上げることが可能となり、無欠陥結晶を量産する際における歩留りを向上させることができる。この方法は、本発明のシリコン単結晶製造装置を用いて好適に実施することができる。   According to the method for producing a silicon single crystal of the present invention, it is possible to widen the allowable pulling speed range by changing the gap during crystal pulling. As a result, crystals having no grown-in defects such as COP and dislocation clusters can be pulled stably with a high yield over the entire crystal length, and the yield in mass-producing defect-free crystals can be improved. This method can be preferably carried out using the silicon single crystal production apparatus of the present invention.

以下に、本発明のシリコン単結晶の製造方法および製造装置を、図面を参照して説明する。   Below, the manufacturing method and manufacturing apparatus of the silicon single crystal of this invention are demonstrated with reference to drawings.

図4は、本発明の製造方法を実施するのに適した引き上げ装置の要部構成を模式的に示す図である。引き上げ装置の外観は図示しないチャンバーで構成され、その中心部にルツボ1が配設されている。ルツボ1は回転および昇降が可能な支持軸6の上端部に固定され、ルツボ1の外側にはヒーター2が概ね同心円状に配設されている。前記ルツボ1内に投入されたシリコン原料は溶融され、溶融液3が形成される。前記ルツボ1の中心軸上には、支持軸6と同一軸上で逆方向または同方向に所定の速度で回転する引き上げ軸5が配設されており、引き上げ軸5の下端には種結晶7が保持されている。   FIG. 4 is a diagram schematically showing a main configuration of a lifting device suitable for carrying out the manufacturing method of the present invention. The appearance of the pulling device is constituted by a chamber (not shown), and a crucible 1 is disposed at the center thereof. The crucible 1 is fixed to the upper end of a support shaft 6 that can rotate and move up and down, and a heater 2 is arranged substantially concentrically outside the crucible 1. The silicon raw material charged into the crucible 1 is melted to form a melt 3. On the central axis of the crucible 1, a pulling shaft 5 that rotates on the same axis as the support shaft 6 in the reverse direction or in the same direction at a predetermined speed is disposed. Is held.

更に、この装置には、引き上げた単結晶4の周りに輻射熱遮断スクリーン8が配設されている。この輻射熱遮断スクリーン8は、単結晶4の長さ方向に平行に配置された水冷体8aと、溶融液3および水冷体8aの間、石英るつぼ1および水冷体8aの間を遮蔽する縦断面がL字形の熱遮蔽体8bとから構成されている。なお、熱遮蔽体8bは、表面が高純度カーボン9で被覆された断熱材10である。   Further, in this apparatus, a radiant heat blocking screen 8 is disposed around the pulled up single crystal 4. This radiant heat blocking screen 8 has a longitudinal section that shields between the water-cooled body 8a arranged in parallel with the length direction of the single crystal 4 and the melt 3 and the water-cooled body 8a, and between the quartz crucible 1 and the water-cooled body 8a. It is comprised from the L-shaped heat shield 8b. The heat shield 8 b is a heat insulating material 10 whose surface is covered with high-purity carbon 9.

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、前記のとおり、シリコン単結晶の引き上げ域の周囲に輻射熱遮断スクリーンを配設してCZ法によりシリコン単結晶を製造する方法であって、シリコン単結晶の直胴部育成中の直胴部長さに応じて、ギャップを変化させることを特徴とする方法である。   As described above, the method for producing a silicon single crystal of the present invention is a method for producing a silicon single crystal by a CZ method by disposing a radiant heat blocking screen around a pulling region of the silicon single crystal. In this method, the gap is changed according to the length of the straight body part during the growth of the straight body part.

本発明の製造方法において、図4に示したように、シリコン単結晶4の引き上げ域の周囲に輻射熱遮断スクリーン8を配設して引き上げを行うのは、引き上げ直後の引き上げ軸方向の結晶内温度勾配が、外周部よりも中心部で大きくなるようにするためである。すなわち、凝固直後(例えば融点から1300℃の温度領域)の前記結晶内温度勾配を、Gc>Ge(但し、Gc:中心部における温度勾配、Ge:外周部における温度勾配)となるように調整して、結晶径方向の無欠陥領域の面内分布を均一にするためである。このような無欠陥の均一面が得られる速度で引き上げ育成を行うことにより、Grown−in欠陥のない単結晶の製造が可能となる。   In the manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 4, the radiant heat blocking screen 8 is arranged around the pulling region of the silicon single crystal 4 and the pulling is performed because the temperature in the crystal in the pulling axis direction immediately after the pulling is increased. This is because the gradient is greater at the center than at the outer periphery. That is, the temperature gradient in the crystal immediately after solidification (for example, the temperature range from the melting point to 1300 ° C.) is adjusted so that Gc> Ge (where Gc is the temperature gradient at the center and Ge is the temperature gradient at the outer periphery). This is because the in-plane distribution of the defect-free region in the crystal diameter direction is made uniform. By pulling and growing at such a speed that a uniform surface having no defect is obtained, a single crystal having no grown-in defects can be manufactured.

前記引き上げ軸方向の結晶内温度勾配の調整は、輻射熱遮断スクリーン8で行う。すなわち、引き上げ中の単結晶の溶融液表面から熱遮蔽体8bの下端までの間はるつぼ壁面や溶融液表面からの熱輻射により保温するようにし、そのすぐ上の部分では、冷却体8aおよび熱遮蔽体8bを用いてより強く冷却し、その冷却された結晶表面からの熱伝導により中心部の温度も低下させ、中心部の方の温度勾配を相対的に大きくなるようにして、凝固直後の引き上げ軸方向の結晶内温度勾配が、前記Gc>Geの条件を満たすようにする。   Adjustment of the temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction is performed by the radiant heat blocking screen 8. That is, the temperature from the surface of the melt of the single crystal being pulled up to the lower end of the heat shield 8b is kept warm by heat radiation from the crucible wall surface or the surface of the melt, and the cooling body 8a and heat Cooling more strongly using the shield 8b, the temperature of the central part is also lowered by the heat conduction from the cooled crystal surface, and the temperature gradient toward the central part becomes relatively large, so that The temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction satisfies the condition of Gc> Ge.

本発明の製造方法は、このように構成された引き上げ装置によりシリコン単結晶を製造する方法であるが、その特徴は、シリコン単結晶の直胴部育成中の直胴部長さに応じて、ギャップ(溶融液表面と輻射熱遮断スクリーン下端との距離)を変化させることにある。   The manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing a silicon single crystal by using the pulling apparatus configured as described above, and its feature is that the gap depends on the length of the straight body portion during the growth of the straight body portion of the silicon single crystal. (Distance between the melt surface and the lower end of the radiant heat blocking screen).

このようにギャップを変化させる操業を行うのは、以下に述べるギャップの変化と許容引き上げ速度幅(無欠陥結晶が得られる引き上げ速度の範囲)の拡大に関する調査結果に基づくものである。   The operation of changing the gap in this way is based on the investigation results on the change of the gap and the increase of the allowable pulling speed range (the range of pulling speed at which defect-free crystals can be obtained) described below.

すなわち、凝固直後の引き上げ軸方向の結晶内温度勾配が、前記Gc>Geの条件を満たすように構成した前記図4に示した引き上げ装置を用い、ギャップを変化させることによる許容引き上げ速度幅の拡大の可能性について調査した。具体的には、ギャップを30mm〜80mmの間で変化させるとともに、各ギャップに対して、図5に例示するように、引き上げ速度Vpを結晶の引き上げ長さに応じて0.90〜0.60mm/minの範囲で、徐々に下降させたり上昇させたりしながら、直径200mmのシリコン単結晶を育成した。   That is, the allowable pulling speed range is increased by changing the gap using the pulling apparatus shown in FIG. 4 in which the temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction immediately after solidification satisfies the condition of Gc> Ge. We investigated the possibility of. Specifically, the gap is changed between 30 mm and 80 mm, and for each gap, as illustrated in FIG. 5, the pulling speed Vp is 0.90 to 0.60 mm depending on the pulling length of the crystal. A silicon single crystal having a diameter of 200 mm was grown while being gradually lowered or raised within the range of / min.

結晶欠陥の分布については、得られた単結晶を引き上げ軸に沿って縦割りし、引き上げ軸近傍を含む板状試片を作製し、この試片を硝酸銅水溶液に浸漬して、Cuを付着させ、900℃×20minの熱処理を施した後、X線トポグラフ法により調査した。   Regarding the distribution of crystal defects, the obtained single crystal was vertically divided along the pulling axis, a plate-shaped specimen including the vicinity of the pulling axis was produced, and this specimen was immersed in an aqueous copper nitrate solution to adhere Cu. And subjected to a heat treatment at 900 ° C. for 20 minutes, and then examined by an X-ray topographic method.

その結果、ギャップを45mmの一定に制御した状態で、引き上げ速度Vpを変更しながら、結晶引き上げを行った場合は、引き上げ速度のある幅(許容引き上げ速度幅であり、後にまとめて表示する)で、リング状OSF、COP、転位クラスターが存在しない無欠陥領域が結晶径方向の面内全面で得られている状態が認められた。引き上げ結晶のトップ部では、無欠陥領域の面内分布に不均一性があり、許容引き上げ速度幅も狭かった。ミドル部とボトム部では、トップ部に比べて面内均一性が良好で、許容引き上げ速度幅も広かった。   As a result, when the crystal pulling is performed while changing the pulling speed Vp while the gap is controlled to be constant at 45 mm, the width of the pulling speed is within a certain range (this is the allowable pulling speed width and will be collectively displayed later). It was confirmed that a defect-free region free from ring-shaped OSF, COP, and dislocation clusters was obtained on the entire surface in the crystal diameter direction. At the top of the pulling crystal, the in-plane distribution of the defect-free region was non-uniform and the allowable pulling speed range was narrow. In the middle part and the bottom part, in-plane uniformity was better than in the top part, and the allowable lifting speed range was wide.

ギャップを50mmの一定に制御した状態で、同様に結晶引き上げを行った場合は、ギャップを45mmで一定とした場合に比べて無欠陥領域の面内均一性が増大した。しかし、引き上げ結晶のトップ部で、若干、面内分布に不均一性があり、許容引き上げ速度幅もミドル部およびボトム部に比べて僅かながら狭かった。ミドル部とボトム部は、面内均一性も良好であった。   When the crystal was pulled in the same manner while the gap was controlled to be constant at 50 mm, the in-plane uniformity of the defect-free region increased as compared with the case where the gap was kept constant at 45 mm. However, in the top portion of the pulling crystal, the in-plane distribution was slightly non-uniform, and the allowable pulling speed range was slightly narrower than that of the middle and bottom portions. The middle part and the bottom part also had good in-plane uniformity.

ギャップを55mmの一定に制御した状態で、同様に結晶引き上げを行った場合は、トップ部では、ギャップを45mm、または50mmで一定とした場合に比べて無欠陥領域の面内均一性および許容引き上げ速度幅のいずれも増大した。しかし、ミドル部では、ギャップが広すぎて、Gc>Geが強調されすぎたために、結晶中心部から転位クラスターが発生し、かなりの面内不均一性が見られ、許容引き上げ速度幅も減少した。   When the crystal is pulled in the same manner while the gap is controlled to be constant at 55 mm, in-plane uniformity of the defect-free region and allowable pull-up at the top portion compared to the case where the gap is fixed at 45 mm or 50 mm. Any of the speed ranges increased. However, in the middle part, because the gap was too wide and Gc> Ge was emphasized too much, dislocation clusters were generated from the center of the crystal, a considerable in-plane nonuniformity was observed, and the allowable pulling speed range was also reduced. .

上記の調査結果を、表1にまとめて示す。さらに、図6にグラフで示した。   The above survey results are summarized in Table 1. Furthermore, it showed with the graph in FIG.

Figure 0005145721
Figure 0005145721

表1および図6に示すように、ギャップを50mm(一定)に制御した場合、トップ部からボトム部まで全体にわたって面内均一性が良く、許容引き上げ速度幅も広くなる。しかし、トップ部では、ギャップをさらに拡大して55mm(一定)に制御した場合の方が、面内均一性が良く、許容引き上げ速度幅も広くなる。   As shown in Table 1 and FIG. 6, when the gap is controlled to 50 mm (constant), the in-plane uniformity is good from the top part to the bottom part, and the allowable pulling speed range is wide. However, in the top portion, when the gap is further enlarged and controlled to 55 mm (constant), the in-plane uniformity is better and the allowable pulling speed range is wider.

したがって、引き上げ結晶の各部位で、許容引き上げ速度幅を広くして、歩留り良く無欠陥結晶を得るためには、次のいずれかの引き上げ条件で結晶育成を行うのが望ましい。
i)ギャップ=55mmで引き上げを開始し、徐々に、ギャップ=50mmとし、そして、ギャップ=45mmにして、引き上げる。
ii)最初、ギャップ=50mmで引き上げ、途中、徐々にギャップを狭めて、後半ギャップ=45mmにする。
iii)最初、ギャップ=55mmで引き上げ、途中、徐々にギャップを狭めて、後半ギャップ=45mmで一定にする。
Therefore, in order to obtain a defect-free crystal with a high yield by increasing the allowable pulling speed range at each portion of the pulling crystal, it is desirable to perform crystal growth under one of the following pulling conditions.
i) Start pulling up with a gap = 55 mm, gradually increase the gap = 50 mm, and set the gap = 45 mm.
ii) First, the gap is raised at 50 mm, and the gap is gradually narrowed in the middle to make the latter half gap = 45 mm.
iii) First, the gap is raised at 55 mm, and the gap is gradually narrowed in the middle, and the latter half gap is fixed at 45 mm.

本発明の製造方法において、シリコン単結晶の直胴部育成中の直胴部長さに応じて、ギャップを変化させるのは、上述したように、引き上げの途中で、引き上げた結晶の長さに応じてギャップを変える操業を行うことにより、無欠陥領域の面内均一性や許容引き上げ速度幅を変化させることが可能になるからである。   In the manufacturing method of the present invention, the gap is changed according to the length of the straight body portion during the growth of the straight body portion of the silicon single crystal, as described above, depending on the length of the crystal pulled up during the pulling. This is because it is possible to change the in-plane uniformity of the defect-free region and the allowable pulling speed range by performing the operation of changing the gap.

引き上げ途中でのギャップの調整は、例えば次のようにして行うことができる。すなわち、ギャップを一定に維持する場合は、結晶化して減少したシリコン溶融液の体積に相当する融液面レベルの低下分を溶融液の入ったルツボを上昇させることにより補い、ルツボ内の溶融液表面の位置が変動しないように制御する。また、ギャップを、引き上げた結晶長さに応じて変更する場合は、結晶長さに応じたギャップを設定し、あらかじめその結晶長さにおける溶融液表面の高さまたはギャップを把握しておき、ルツボの上昇速度を調整して、設定したギャップになるように制御する。   The adjustment of the gap during the pulling can be performed, for example, as follows. That is, when the gap is kept constant, the lowering of the melt surface level corresponding to the volume of the silicon melt reduced by crystallization is compensated by raising the crucible containing the melt, and the melt in the crucible Control so that the position of the surface does not fluctuate. When changing the gap according to the pulled crystal length, set the gap according to the crystal length, and grasp the height or gap of the melt surface at that crystal length in advance. Adjust the ascending speed of the so that it becomes the set gap.

この本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、育成されるシリコン単結晶を、転位クラスターが存在せず、かつCOPが存在しない無欠陥のシリコン単結晶とすることができる。   According to the method for producing a silicon single crystal of the present invention, the grown silicon single crystal can be a defect-free silicon single crystal in which dislocation clusters do not exist and COP does not exist.

すなわち、育成中のシリコン単結晶の引き上げ長さに応じてギャップを変化させる本発明の方法を実施するに際し、前述の調査結果に基づく、i)〜iii)のいずれかの望ましい引き上げ条件を適用することにより、無欠陥領域の面内分布が均一なシリコン単結晶を育成することが可能となる。   That is, when implementing the method of the present invention in which the gap is changed according to the pulling length of the silicon single crystal being grown, any desired pulling condition of i) to iii) based on the above-described investigation results is applied. This makes it possible to grow a silicon single crystal having a uniform in-plane distribution of defect-free regions.

図7は、許容引き上げ速度幅を広くすることができる望ましいギャップと引き上げ結晶長さの関係を示す図である。前記の望ましいi)〜iii)の引き上げ条件をグラフに表したものである。   FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a desirable gap that can widen the allowable pulling speed range and the pulling crystal length. The desirable pulling conditions of i) to iii) are represented in a graph.

図7に表示した望ましい引き上げ条件を表す曲線i)〜iii)には、共通して、トップ部でギャップが広く、ミドル部、ボトム部ではこれより狭いという一定の傾向が見られる。この傾向から判断して、無欠陥のシリコン単結晶の引き上げ方法としては、
『引き上げ結晶のトップ部では、広いギャップで引き上げを開始し、結晶が引き上げられるに伴いギャップを徐々に狭め、ミドル部ではギャップを引き上げ開始時に比べて狭い状態とし、その後、ギャップを一定に保持する』というギャップ制御を行いつつ引き上げる方法が望ましいと言える。
In curves i) to iii) representing desirable pulling conditions displayed in FIG. 7, there is a common tendency that the gap is wide at the top portion and narrower at the middle portion and the bottom portion. Judging from this tendency, as a method of pulling up a defect-free silicon single crystal,
“At the top of the pulling crystal, pulling is started with a wide gap, and the gap is gradually narrowed as the crystal is pulled up. It can be said that a method of pulling up while performing gap control is desirable.

望ましい結晶引き上げ方法の具体例としては、例えば、直径200mm、結晶の直胴部長さが1500mm以上の単結晶(インゴット)を育成する場合は、少なくとも結晶長さ200mmまでの間は、ギャップを65mm〜50mmの範囲として、徐々に狭めることとし、少なくとも結晶長さ1500mmに到達した時点においては、50mm〜45mmの範囲のギャップが保たれるようにギャップを制御しつつ育成する引き上げ方法が挙げられる。   As a specific example of a desirable crystal pulling method, for example, when growing a single crystal (ingot) having a diameter of 200 mm and a straight body length of 1500 mm or more, a gap of 65 mm to at least up to a crystal length of 200 mm is used. As the range of 50 mm, there is a pulling method in which growth is performed while controlling the gap so that the gap in the range of 50 mm to 45 mm is maintained at least when the crystal length reaches 1500 mm.

前記本発明のシリコン単結晶の製造方法において、シリコン単結晶の直胴部のミドル部および/またはボトム部育成中におけるギャップを、トップ部育成中におけるギャップよりも小さくするという実施形態には、(a)シリコン単結晶の直胴部のミドル部およびボトム部育成中におけるギャップをトップ部育成中におけるギャップよりも小さくする場合と、(b)同ミドル部またはボトム部育成中におけるギャップをトップ部育成中におけるギャップよりも小さくする場合、とが含まれるが、前者(a)は前記の図7から導き出された望ましい引き上げ方法と実質的に同一である。   In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, an embodiment in which the gap in the middle part and / or bottom part of the straight body part of the silicon single crystal is made smaller than the gap in the top part growth is ( a) When the gap between the middle part and the bottom part of the straight body part of the silicon single crystal is made smaller than the gap during the top part growth, and (b) The gap during the middle part or bottom part growth is grown at the top part. In the case of making it smaller than the gap in the inside, the former (a) is substantially the same as the desirable pulling method derived from FIG.

一方、後者の(b)は、ミドル部育成中、ボトム部育成中のいずれかで、ギャップをトップ部育成中におけるギャップよりも小さくするのであるが、前記の図6に示した調査結果でみる限り、ギャップを小さくする部位がミドル部、ボトム部のいずれであっても、トップ部からボトム部にわたって広い許容引き上げ速度幅が得られる。すなわち、トップ部育成中においては、許容引き上げ速度幅が広くなるように、55mm、50mmの大きいギャップとするのが良く、ミドル部またはボトム部育成中においては、これより小さい50mm、45mmのギャップに設定すれば、例えばギャップを55mmとした場合に見られるミドル部における許容引き上げ速度幅の減少を回避して、該速度幅を広くできるので望ましい。   On the other hand, in the latter case (b), the gap is made smaller than the gap during the top portion growth either during the middle portion growth or during the bottom portion growth. As long as the portion for reducing the gap is the middle portion or the bottom portion, a wide allowable pulling speed range from the top portion to the bottom portion can be obtained. That is, a large gap of 55 mm and 50 mm is preferable during the top portion growth so that the allowable pulling speed range is widened, and a smaller gap of 50 mm and 45 mm is formed during the middle portion or bottom portion growth. If it is set, for example, a decrease in the allowable pulling speed width in the middle portion seen when the gap is 55 mm can be avoided and the speed width can be widened, which is desirable.

また、前記本発明のシリコン単結晶の製造方法において、ギャップを、許容引き上げ速度幅が広くなるように調整してシリコン単結晶の直胴部の育成を開始し、当該ギャップでは許容引き上げ速度幅が小さくなる単結晶引き上げ長さに到達する前に、当該ギャップを減少させてシリコン単結晶を育成することとすれば、一層望ましい。   Further, in the method for producing a silicon single crystal according to the present invention, the gap is adjusted so that the allowable pulling speed width is wide, and the growth of the straight body portion of the silicon single crystal is started. It is more desirable to grow the silicon single crystal by reducing the gap before reaching the smaller single crystal pulling length.

これも、前記の図6に示したような調査結果をあらかじめ保有しておけば、その結果に基づいて採用できるより望ましい実施形態である。例えば、図6の調査結果によれば、直胴部の育成開始時に許容引き上げ速度幅が大きくなるようにギャップを55mmに設定して引き上げを続けた場合、ミドル部では許容引き上げ速度幅が小さくなるので、結晶引き上げ長さがミドル部に相当する長さに達する前に、あらかじめギャップを50mmまたは45mmに減少させることによって、許容引き上げ速度幅を常時広く維持しながら育成を続けることができる。   This is also a more desirable embodiment that can be adopted based on the result of the investigation as shown in FIG. For example, according to the investigation result of FIG. 6, when the lifting is continued with the gap set to 55 mm so that the allowable pulling speed width is increased at the start of the straight body part growth, the allowable pulling speed width is reduced in the middle part. Therefore, by reducing the gap to 50 mm or 45 mm in advance before the crystal pulling length reaches the length corresponding to the middle portion, the growth can be continued while the allowable pulling speed width is always kept wide.

以上説明した前記本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、結晶引き上げ中にギャップを適宜変更することにより許容引き上げ速度幅を広く維持することが可能である。この方法を適用することにより、引き上げ時に適正な速度範囲から外れるケースを減少させ得るので、引き上げ歩留りを向上させることができ、その結果、COPや転位クラスターのようなGrown−in欠陥のない、結晶径方向の無欠陥領域の面内分布が均一な単結晶を、結晶全長で歩留りよく、安定して引き上げることが可能となる。安定した引き上げができるので、量産にも十分対応可能である。   According to the method for producing a silicon single crystal of the present invention described above, it is possible to maintain a wide allowable pulling speed range by appropriately changing the gap during crystal pulling. By applying this method, it is possible to reduce the case of deviating from the appropriate speed range during pulling, so that the pulling yield can be improved. As a result, there is no crystal having grown-in defects such as COP and dislocation clusters. A single crystal having a uniform in-plane distribution of the defect-free region in the radial direction can be pulled stably with a high yield over the entire crystal length. Since it can be lifted stably, it can cope with mass production.

次に、本発明のシリコン単結晶製造装置について説明する。   Next, the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention will be described.

この装置は、前記のとおり、シリコン単結晶の引き上げ域の周囲に輻射熱遮断スクリーンを配設したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶製造装置であって、シリコン単結晶の直胴部育成中の直胴部長さに応じてギャップを変化させる距離制御手段を備えたことを特徴とするシリコン単結晶製造装置である。   This apparatus is a silicon single crystal manufacturing apparatus by the Czochralski method in which a radiant heat shielding screen is arranged around a pulling area of a silicon single crystal as described above. A silicon single crystal manufacturing apparatus comprising distance control means for changing a gap according to a length of a part.

本発明の製造装置において、このような距離制御手段を備えることとするのは、この装置を用いることによって、前述のように、引き上げの途中で、引き上げた結晶の長さに応じてギャップを変える操業を行うことができ、無欠陥領域の面内均一性や許容引き上げ速度幅を変化させることが可能になるからである。   In the manufacturing apparatus of the present invention, such a distance control means is provided, and by using this apparatus, as described above, the gap is changed during the pulling according to the length of the pulled crystal. This is because the operation can be performed and the in-plane uniformity of the defect-free region and the allowable pulling speed range can be changed.

この本発明のシリコン単結晶製造装置において、前記距離制御手段を、育成中のシリコン単結晶直胴部長さに対するギャップの測定値と、シリコン単結晶長さに応じてギャップを変化させるために設定入力されたギャップの設定値とを比較演算してギャップの補正量を算出する演算部を備え、前記演算部により算出されたギャップの補正量に基づきギャップを調整する制御手段とする実施形態を採ることができる。   In this silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention, the distance control means is set and inputted to change the gap according to the measured value of the gap with respect to the straight body length of the growing silicon single crystal and the length of the silicon single crystal. And a control unit that adjusts the gap based on the gap correction amount calculated by the calculation unit. Can do.

図8は、本発明のシリコン単結晶製造装置の要部の概略構成例を模式的に示す図である。引き上げ装置11には、シリコン単結晶の直胴部育成中の直胴部長さに応じてギャップを変化させる距離制御手段12が配設されている。   FIG. 8 is a diagram schematically showing a schematic configuration example of a main part of the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention. The pulling device 11 is provided with distance control means 12 for changing the gap according to the length of the straight body portion during the growth of the straight body portion of the silicon single crystal.

この距離制御手段12には、育成中のシリコン単結晶直胴部の長さを常時検出することができるインゴット長さ検出手段13と、ルツボ1の上方に取り付けられた光学的表面位置検出手段14を介してルツボ1内の溶融液3の表面位置を検出し、ギャップを測定することができる溶融液表面位置検出手段15が配備されている。さらに、前記シリコン単結晶直胴部の長さに対するギャップの測定値と、シリコン単結晶直胴部長さに応じてギャップを変化させるために設定入力されたギャップの設定値(すなわち、前記i)〜iii)のいずれかの望ましい引き上げ条件が入力されたギャップ設定値であり、以下、「ギャップ設定プロファイル」という)とを比較演算してギャップの補正量を算出する演算部16が具備されている。   The distance control means 12 includes an ingot length detection means 13 that can always detect the length of the straight body portion of the silicon single crystal that is being grown, and an optical surface position detection means 14 that is attached above the crucible 1. A melt surface position detecting means 15 is provided which can detect the surface position of the melt 3 in the crucible 1 and measure the gap. Furthermore, the measured value of the gap with respect to the length of the silicon single crystal straight body portion, and the set value of the gap set to change the gap according to the length of the silicon single crystal straight body portion (that is, i) to The calculation unit 16 is provided for calculating a gap correction amount by comparing and calculating a gap setting value to which any desired pulling condition of iii) is input, and hereinafter referred to as a “gap setting profile”).

本発明のシリコン単結晶製造装置における構成の特異点は、このように、育成中のインゴット長さに対するギャップ測定値と、前記のギャップ設定プロファイルとを比較演算してギャップ補正量を算出する演算部をギャップ制御手段に備える点にある。   In this way, the singularity of the configuration in the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention is that the calculation unit that calculates the gap correction amount by comparing the gap measurement value with respect to the length of the ingot being grown and the gap setting profile. In the gap control means.

この装置を用いて本発明のシリコン単結晶の製造方法を実施するには、まず、インゴット長さ検出手段13により、育成中のシリコン単結晶直胴部の長さを常時検出し、単結晶育成中のルツボ1内のシリコン溶融液表面位置を溶融液表面位置検出手段15で検出する。なお、育成中の単結晶直胴部の長さは、直胴部の育成を開始した後の引き上げワイヤーの上昇量から検出できる。   In order to carry out the method for producing a silicon single crystal of the present invention using this apparatus, first, the length of the straight body portion of the silicon single crystal being grown is always detected by the ingot length detection means 13 to grow the single crystal. The surface position of the silicon melt in the crucible 1 inside is detected by the melt surface position detecting means 15. In addition, the length of the single crystal straight body part during the growth can be detected from the rising amount of the pulling wire after the growth of the straight body part is started.

インゴット長さ検出手段13からのインゴット直胴部長さ情報と溶融液表面位置検出手段15により得られる溶融液表面位置の測定結果から、育成中のインゴット直胴部長さに対するギャップを求めることができる。   From the ingot straight body length information from the ingot length detection means 13 and the measurement result of the melt surface position obtained by the melt surface position detection means 15, the gap with respect to the length of the ingot straight body being grown can be obtained.

溶融液表面位置検出手段15としては、輻射熱遮断スクリーンが据え置き式の固定タイプである場合には、ルツボ1の上方に備えた光学的表面位置検出手段14(例えば、二次元CCDカメラ)を用いることができ、インゴットと溶融液との成長界面に発生するフュージュンリングを検出することによって、単結晶インゴット育成中のルツボ1内の溶融液表面位置を検出することができる。   As the melt surface position detecting means 15, when the radiant heat blocking screen is a stationary fixed type, an optical surface position detecting means 14 (for example, a two-dimensional CCD camera) provided above the crucible 1 is used. The position of the melt surface in the crucible 1 during the growth of the single crystal ingot can be detected by detecting the fusion ring generated at the growth interface between the ingot and the melt.

次に、算出された育成中のインゴット長さに対するギャップと、ギャップ設定プロファイルとを比較し、演算部16で演算することにより、ギャップ設定プロファイルに対する偏差(すなわち、前記の補正量)を求める。   Next, the gap with respect to the calculated ingot length is compared with the gap setting profile, and the calculation unit 16 calculates the deviation (that is, the correction amount) with respect to the gap setting profile.

続いて、この偏差を相殺するように、距離制御手段12からルツボ上昇速度の制御指令がルツボ昇降装置17に伝達され、該ルツボ昇降装置17が作動してルツボを上下動させ、ギャップが設定値通りに調整される。   Subsequently, a control command for the crucible ascending speed is transmitted from the distance control means 12 to the crucible elevating device 17 so as to cancel out this deviation, the crucible elevating device 17 is operated to move the crucible up and down, and the gap becomes a set value. Adjusted to the street.

ギャップ設定プロファイルは、引き上げ条件制御PC18から演算部16に入力される。なお、ギャップ設定プロファイルを求めるにあたっては、各引き上げ装置ごとにギャップを変更させた引き上げ実験を行って、許容引き上げ速度幅が大きくなる最適なギャップ設定プロファイルを各引き上げ装置それぞれについて求めておくことが望ましい。   The gap setting profile is input from the pulling condition control PC 18 to the calculation unit 16. When obtaining the gap setting profile, it is desirable to conduct an experiment in which the gap is changed for each lifting device, and to obtain an optimum gap setting profile for each lifting device that increases the allowable lifting speed range. .

本発明のシリコン単結晶製造装置においては、前記ギャップの調整手段が、ルツボの上下昇降手段および/または輻射熱遮断スクリーンの上下昇降手段により構成されたものとすることができる。   In the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention, the gap adjusting means may be composed of a crucible vertical elevating means and / or a radiant heat blocking screen vertical elevating means.

前述の説明では、ルツボの昇降によってギャップを調整する場合について説明したが、これに限定されるものではない。輻射熱遮断スクリーンを昇降可能な構成とし、輻射熱遮断スクリーンの昇降操作によりギャップを調整するようにしてもよいし、ルツボの昇降と輻射熱遮断スクリーンの昇降とを併用してもよい。   In the above description, the case where the gap is adjusted by raising and lowering the crucible has been described. However, the present invention is not limited to this. The radiant heat cutoff screen can be moved up and down, and the gap can be adjusted by raising and lowering the radiant heat cutoff screen, or the raising and lowering of the crucible and the raising and lowering of the radiant heat cutoff screen can be used in combination.

輻射熱遮断スクリーンの昇降操作により調整する場合、シリコン単結晶成長に伴い溶融液表面位置が低下するが、この低下分を補正して溶融液表面位置が常に一定の状態となるようにルツボ昇降操作を行えば、輻射熱遮断スクリーンの昇降移動量を検出することによって単結晶育成中のギャップ値を検出することができる。その後は、前記と同様に、ギャップ設定プロファイルに対する偏差を相殺するように、輻射熱遮断スクリーンを昇降させ、所望のギャップ値に制御することができる。   When adjusting by raising / lowering the radiant heat cutoff screen, the melt surface position decreases with the growth of the silicon single crystal. If it does, the gap value during single crystal growth can be detected by detecting the amount of up-and-down movement of the radiant heat cutoff screen. Thereafter, in the same manner as described above, the radiant heat shut-off screen can be moved up and down to control a desired gap value so as to cancel out the deviation from the gap setting profile.

以上述べた本発明のシリコン単結晶製造装置を用いれば、本発明の方法を容易に、且つ好適に実施することができる。   If the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention described above is used, the method of the present invention can be carried out easily and suitably.

(実施例1)
図4に示した構成の引き上げ装置により、目標直径210mm、直胴部長さ1700mmのシリコン単結晶の引き上げを行った。
Example 1
A silicon single crystal having a target diameter of 210 mm and a straight body length of 1700 mm was pulled up by the pulling apparatus having the configuration shown in FIG.

るつぼ内にシリコン原料を装入し、所定の電気抵抗率になるようにp型ドーパントのボロン(B)を添加した。続いて、装置内をアルゴンの減圧雰囲気とし、ヒーターを用いて加熱し、原料を溶融させ、溶融液とした。次いで、種結晶を溶融液に浸漬し、るつぼと引き上げ軸を回転させつつ、引き上げを行った。なお、引き上げ軸に垂直な面の結晶方位を<100>とし、シード絞りを行った後、ショルダー部を形成させ、肩変えして、目標直径とした。   A silicon raw material was charged into the crucible, and p-type dopant boron (B) was added so as to obtain a predetermined electrical resistivity. Subsequently, the inside of the apparatus was placed in a reduced-pressure atmosphere of argon and heated using a heater to melt the raw material to obtain a melt. Next, the seed crystal was immersed in the melt and pulled up while rotating the crucible and the lifting shaft. Note that the crystal orientation of the plane perpendicular to the pulling axis was <100>, and after performing seed drawing, a shoulder portion was formed and the shoulder was changed to the target diameter.

引き上げの際、トップ部ではギャップを55mmと広くし、ミドル部以降ではギャップを50mmの一定にして結晶育成を行った。これは、前述した本発明の望ましい引き上げ方法であり、図7に示したii)またはiii)の引き上げ条件に準ずる方法である。この結果、トップ部でも、前記図6に示したギャップ=55mmのときの許容引き上げ速度幅と同程度の広い許容引き上げ速度幅が得られた。   At the time of pulling, the gap was widened to 55 mm at the top portion, and the crystal was grown with the gap kept constant at 50 mm after the middle portion. This is a desirable pulling method of the present invention described above, and is a method in accordance with the pulling condition of ii) or iii) shown in FIG. As a result, even in the top portion, a wide allowable pulling speed width as large as the allowable pulling speed width when the gap shown in FIG. 6 was 55 mm was obtained.

この方法により、引き上げ終了までギャップを55mmの一定とした場合よりも許容引き上げ速度幅を広く採り得ることが確認できた。   By this method, it was confirmed that the allowable pulling speed range could be wider than when the gap was kept constant at 55 mm until the end of the pulling.

(実施例2)
実施例1の場合と同様に、シリコン単結晶の引き上げを行った。引き上げの際、トップ部ではギャップを55mmと広くし、ミドル部ではギャップ=50mm、ボトム部ではギャップ=45mmになるように、徐々にギャップを狭めて結晶育成を行った。これは、図7に示したi)の引き上げ条件に該当する育成方法である。その結果、トップ部では前記図6の△印、ミドル部では同じく●印、ボトム部では同じく○印で示された値と同程度の許容引き上げ速度幅が得られた。
(Example 2)
As in the case of Example 1, the silicon single crystal was pulled up. During the pulling, the gap was gradually narrowed so that the gap was widened to 55 mm at the top, the gap = 50 mm at the middle, and the gap = 45 mm at the bottom. This is a growing method corresponding to the pulling condition of i) shown in FIG. As a result, an allowable pulling speed range equivalent to the value indicated by the Δ mark in FIG. 6 at the top portion, the same ● mark at the middle portion, and the same ○ mark at the bottom portion was obtained.

この方法によっても、ギャップを一定とした場合よりも許容引き上げ速度幅を広く採り得ることを確認した。   It has been confirmed that this method can also adopt a wider allowable pulling speed range than when the gap is constant.

(実施例3)
実施例1の場合と同様に、シリコン単結晶の引き上げを行った。引き上げの際、トップ部ではギャップを50mmと広くし、ミドル部から、ギャップを45mm(一定)にして結晶育成を行った。これは、図7に示したii)の引き上げ条件に該当する育成方法である。その結果、トップ部では前記図6の●印、ミドル部とボトム部では同じく○印で示された値と同程度の広い許容引き上げ速度幅が得られた。
(Example 3)
As in the case of Example 1, the silicon single crystal was pulled up. At the time of pulling up, crystal growth was carried out with a gap of 50 mm wide at the top part and a gap of 45 mm (constant) from the middle part. This is a growing method corresponding to the pulling condition of ii) shown in FIG. As a result, a wide allowable pulling speed range as large as the value indicated by the mark ● in FIG. 6 at the top part and the value indicated by the ◯ mark at the middle part and the bottom part was obtained.

この方法でも、ギャップを一定とした場合よりも許容引き上げ速度幅を広くできることが確認できた。   It was confirmed that this method can also widen the allowable pulling speed range as compared with the case where the gap is constant.

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、結晶育成中に結晶引き上げ長さに応じてギャップ(溶融液と熱遮蔽体下端の間の距離)を変化させる方法であり、これによって、無欠陥結晶が得られる引き上げ速度の範囲を広く維持することが可能である。その結果、引き上げ時に適正な速度範囲から外れるケースを減少させて歩留りを向上させることができ、量産にも十分対応できる安定した引き上げが可能となる。この方法は、本発明のシリコン単結晶製造装置を用いて好適に実施することができる。   The method for producing a silicon single crystal according to the present invention is a method of changing the gap (distance between the melt and the lower end of the heat shield) according to the crystal pulling length during crystal growth. It is possible to maintain a wide range of pulling speeds obtained. As a result, it is possible to reduce the number of cases that deviate from the appropriate speed range during pulling up, improve the yield, and enable stable pulling that can sufficiently cope with mass production. This method can be preferably carried out using the silicon single crystal production apparatus of the present invention.

したがって、本発明のシリコン単結晶の製造方法および製造装置は、半導体材料の製造分野において広く利用することができる。   Therefore, the silicon single crystal manufacturing method and manufacturing apparatus of the present invention can be widely used in the field of manufacturing semiconductor materials.

CZ法により得られたシリコン単結晶に存在する代表的なGrown−in欠陥の分布状況を説明する図である。It is a figure explaining the distribution situation of the typical Grown-in defect which exists in the silicon single crystal obtained by CZ method. 単結晶引き上げ時の、引き上げ速度と結晶欠陥の発生位置との一般的な関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the general relationship between the pulling speed | rate and the generation | occurrence | production position of a crystal defect at the time of single crystal pulling. 単結晶引き上げ時の、引き上げ速度と結晶欠陥の発生位置との関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between the pulling speed | rate and the generation | occurrence | production position of a crystal defect at the time of single crystal pulling. 本発明の製造方法を実施するのに適した引き上げ装置の要部構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the principal part structure of the raising apparatus suitable for implementing the manufacturing method of this invention. 本発明におけるギャップの変化に関する調査で用いた引き上げ速度の変化を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the change of the raising speed used in the investigation regarding the change of the gap in this invention. 本発明におけるギャップの変化に関する調査結果で、引き上げ結晶部位と許容引き上げ速度幅の関係を、ギャップをパラメータとして示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the pulling crystal portion and the allowable pulling speed width, with the gap as a parameter, as a result of investigation on the change in gap in the present invention. 広い許容引き上げ速度幅で、無欠陥結晶を得るのに望ましいギャップと引き上げ結晶長さの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a gap desirable for obtaining a defect-free crystal and a pulling crystal length with a wide allowable pulling speed range. 本発明のシリコン単結晶製造装置の要部の概略構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the example of schematic structure of the principal part of the silicon single crystal manufacturing apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:ルツボ
2:ヒーター
3:溶融液
4:単結晶
5:引き上げ軸
6:支持軸
7:種結晶
8:輻射熱遮断スクリーン
8a:水冷体
8b:熱遮蔽体
9:高純度カーボン
10:断熱材
11:引き上げ装置
12:距離制御手段
13:インゴット長さ検出手段
14:光学的表面位置検出手段
15:溶融液表面位置検出手段
16:演算部
17:ルツボ昇降装置
18:引き上げ条件制御PC
1: crucible 2: heater 3: molten liquid 4: single crystal
5: Lifting shaft
6: Support shaft
7: Seed crystal
8: Radiant heat blocking screen 8a: Water-cooled body 8b: Thermal shield 9: High purity carbon 10: Heat insulating material 11: Lifting device 12: Distance control means 13: Ingot length detection means 14: Optical surface position detection means 15: Melting Liquid surface position detection means 16: arithmetic unit 17: crucible lifting device 18: pulling condition control PC

Claims (6)

シリコン単結晶の引き上げ域の周囲に水冷体および熱遮蔽体から構成される輻射熱遮断スクリーンを配設してチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造するに際し、
シリコン単結晶の直胴部育成中の直胴部長さに応じて輻射熱遮断スクリーン下端から溶融液表面までの距離を変化させるシリコン単結晶の製造方法であって、
シリコン単結晶の直胴部のトップ部からミドル部にわたる育成の間で、前記輻射熱遮断スクリーン下端から溶融液表面までの距離を一旦狭め、その後のボトム部の育成で当該距離を一定に保持することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
When producing a silicon single crystal by the Czochralski method by disposing a radiant heat shielding screen composed of a water-cooled body and a heat shield around the pulling area of the silicon single crystal,
A method for producing a silicon single crystal, wherein the distance from the lower end of the radiant heat blocking screen to the melt surface is changed according to the length of the straight body part during the growth of the straight body part of the silicon single crystal,
During the growth from the top part of the straight body part of the silicon single crystal to the middle part, the distance from the lower end of the radiant heat cutoff screen to the melt surface is once narrowed, and the distance is kept constant by the subsequent growth of the bottom part. A method for producing a silicon single crystal characterized by
育成されるシリコン単結晶が、転位クラスターが存在せず、かつCOPが存在しない無欠陥結晶であることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶の製造方法。   2. The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the silicon single crystal to be grown is a defect-free crystal having no dislocation cluster and no COP. 前記輻射熱遮断スクリーン下端から溶融液表面までの距離を、無欠陥結晶が得られる引き上げ速度範囲が大きくなるように調整してシリコン単結晶の直胴部の育成を開始し、当該距離では無欠陥結晶が得られる引き上げ速度範囲が小さくなる単結晶引き上げ長さに到達する前に、当該距離を減少させてシリコン単結晶を育成することを特徴とする請求項1または2に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The distance from the lower end of the radiant heat shielding screen to the surface of the melt is adjusted so that the pulling speed range in which defect-free crystals can be obtained is increased, and the growth of the straight body of the silicon single crystal is started. 3. The silicon single crystal according to claim 1, wherein the silicon single crystal is grown by reducing the distance before reaching a single crystal pulling length in which a pulling speed range in which the pulling speed is obtained becomes small. Method. シリコン単結晶の引き上げ域の周囲に水冷体および熱遮蔽体から構成される輻射熱遮断スクリーンを配設したチョクラルスキー法によるシリコン単結晶製造装置であって、
シリコン単結晶の直胴部育成中の直胴部長さに応じて輻射熱遮断スクリーン下端から溶融液表面までの距離を変化させる距離制御手段を備えており、
前記距離制御手段は、シリコン単結晶の直胴部のトップ部からミドル部にわたる育成の間で、前記輻射熱遮断スクリーン下端から溶融液表面までの距離を一旦狭め、その後のボトム部の育成で当該距離を一定に保持することを特徴とするシリコン単結晶製造装置。
An apparatus for producing a silicon single crystal by the Czochralski method in which a radiant heat shielding screen composed of a water-cooled body and a heat shield is disposed around a pulling area of the silicon single crystal,
Equipped with a distance control means for changing the distance from the lower end of the radiant heat cutoff screen to the melt surface according to the length of the straight body during the growth of the straight body of the silicon single crystal,
The distance control means temporarily narrows the distance from the lower end of the radiant heat cutoff screen to the melt surface during the growth from the top part of the straight body part of the silicon single crystal to the middle part, and then the distance is obtained by growing the bottom part thereafter. An apparatus for producing a silicon single crystal characterized by maintaining a constant value.
前記距離制御手段は、育成中のシリコン単結晶直胴部長さに対する輻射熱遮断スクリーン下端から溶融液表面までの距離の測定値と、シリコン単結晶直胴部長さに応じて前記輻射熱遮断スクリーン下端から溶融液表面までの距離を変化させるために設定入力された前記距離の設定値とを比較演算して、当該距離の補正量を算出する演算部を備え、前記演算部により算出された補正量に基づき育成中のシリコン単結晶直胴部長さに対する前記距離を調整する制御手段であることを特徴とする請求項4に記載のシリコン単結晶製造装置。 The distance control means melts from the lower end of the radiant heat cutoff screen according to the measured value of the distance from the lower end of the radiant heat cutoff screen to the melt surface with respect to the length of the silicon single crystal straight barrel being grown and the length of the silicon single crystal straight barrel. Comparing and calculating the set value of the distance set and inputted to change the distance to the liquid surface, and calculating a correction amount of the distance, based on the correction amount calculated by the calculation unit The silicon single crystal manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the silicon single crystal manufacturing apparatus is a control unit that adjusts the distance with respect to the length of the straight body portion of the silicon single crystal being grown. 前記輻射熱遮断スクリーン下端から溶融液表面までの距離の調整手段が、ルツボの上下昇降手段および/または輻射熱遮断スクリーンの上下昇降手段により構成されることを特徴とする請求項5に記載のシリコン単結晶製造装置。 6. The silicon single crystal according to claim 5, wherein the means for adjusting the distance from the lower end of the radiant heat cutoff screen to the surface of the melt is composed of a crucible vertical elevating means and / or a radiant heat cutoff screen vertical elevating means. manufacturing device.
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