JP5282762B2 - Method for producing silicon single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子の製造に用いられるCZ法(以下、MCZ法含む)によるシリコン単結晶の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon single crystal by a CZ method (hereinafter, including MCZ method) used for manufacturing a semiconductor element.
半導体素子の製造に用いられるシリコン単結晶の製造方法として、チャンバ内の石英ルツボに収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を成長させつつ引き上げるチョクラルスキー法(CZ法)が広く実施されている。
CZ法は、不活性ガス雰囲気下で石英ルツボ内のシリコン融液に種結晶を浸し、該石英ルツボ及び種結晶を回転させながら引き上げることにより所定のシリコン単結晶を育成するものである。更に、結晶の大型化に伴い、充填するシリコン多結晶の重量が増大している。そのためシリコン融液に磁場を印加し熱対流を抑制する方法(MCZ法)が開示されており、直径300mm以上のシリコン単結晶の製造には広く適応されている。
A Czochralski method (CZ method) in which a silicon single crystal is grown while being grown from a silicon melt accommodated in a quartz crucible in a chamber is widely used as a method for producing a silicon single crystal used for manufacturing a semiconductor element. .
In the CZ method, a seed crystal is immersed in a silicon melt in a quartz crucible under an inert gas atmosphere, and a predetermined silicon single crystal is grown by pulling up the quartz crucible and the seed crystal while rotating. Furthermore, as the size of the crystal increases, the weight of the silicon polycrystal to be filled increases. For this reason, a method (MCZ method) of applying a magnetic field to the silicon melt to suppress thermal convection is disclosed, and is widely applied to the production of silicon single crystals having a diameter of 300 mm or more.
一方、近年、半導体素子の高集積化とそれに伴う微細化の進展によりシリコンウェーハ内の成長欠陥(grown−in欠陥)が問題となってきた。CZ法により製造されたシリコン単結晶中の成長欠陥としては、空孔の凝集体である八面体のボイド状欠陥(非特許文献1参照)や、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター(非特許文献2参照)などが知られており、これらは半導体素子の特性を劣化させる要因となる。 On the other hand, in recent years, growth defects (grown-in defects) in silicon wafers have become a problem due to the progress of high integration of semiconductor elements and the accompanying miniaturization. Growth defects in a silicon single crystal produced by the CZ method include octahedral void defects (see Non-Patent Document 1), which are vacancy aggregates, and dislocation clusters formed as interstitial silicon aggregates. (See Non-Patent Document 2) and the like are known, and these are factors that deteriorate the characteristics of the semiconductor element.
これらの欠陥の種類及び濃度は、シリコン単結晶の引き上げ速度V及び固液界面近傍の結晶温度勾配Gの比、V/Gによって決定されることが知られている(非特許文献3参照)。 It is known that the type and concentration of these defects are determined by the pulling rate V of the silicon single crystal and the ratio of the crystal temperature gradient G near the solid-liquid interface, V / G (see Non-Patent Document 3).
図10は、V/Gと欠陥分布の関係の一例を示している。単結晶育成時の引き上げ速度V(mm/min)を変化させることによって、シリコン融点から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分布の平均値G(℃/mm)との比であるV/Gを変化させた場合のものである。 FIG. 10 shows an example of the relationship between V / G and defect distribution. By changing the pulling speed V (mm / min) during single crystal growth, the ratio with the average value G (° C./mm) of the temperature distribution in the crystal in the pulling axis direction in the temperature range from the silicon melting point to 1300 ° C. This is a case where a certain V / G is changed.
まず、図10の単結晶インゴットの縦割りサンプルの概略図に示すように、引き上げ速度Vが比較的高速な領域ではベーカンシー(以下、Vaともいう)と呼ばれる点欠陥である空孔が凝集したボイドと考えられているCOPやFPDと呼ばれる空孔型のgrown−in欠陥が存在し、V−Rich領域(V領域)と呼ばれている。 First, as shown in the schematic diagram of the vertically divided sample of the single crystal ingot in FIG. 10, in the region where the pulling speed V is relatively high, voids that are vacancies that are point defects called vacancy (hereinafter also referred to as Va) are aggregated. There is a vacancy-type grown-in defect called COP or FPD, which is considered as a V-Rich region (V region).
これより引き上げ速度Vが少し遅くなると、結晶周辺からOSFがリング状に発生し(OSF領域)、引き上げ速度が低下するに従ってOSFは中心に向ってシュリンクしていき、ついには結晶中心でOSFは消滅する。
さらに引き上げ速度Vを遅くすると、ベーカンシーやインタースティシャルシリコン(以下、Iともいう)と呼ばれる格子間型の点欠陥の過不足が少ないニュートラル(以下、Nともいう)領域が存在する。このN領域は、VaやIの偏りはあるが飽和濃度以下であるため、凝集した欠陥としては存在しないか、あるいは現在の欠陥検出方法では欠陥の存在が検出できないほど小さいことが判明してきた。
このN領域は、空孔が優勢なNv領域と、格子間シリコンが優勢なNi領域に分別される。
When the pulling speed V is slightly slower than this, OSF is generated in a ring shape from the periphery of the crystal (OSF region), and the OSF shrinks toward the center as the pulling speed decreases, and finally the OSF disappears at the crystal center. To do.
Further, when the pulling rate V is further reduced, there is a neutral (hereinafter also referred to as N) region in which excess or deficiency of interstitial point defects called vacancy or interstitial silicon (hereinafter also referred to as I) is small. Since the N region has a bias of Va and I but is below the saturation concentration, it has been found that the N region does not exist as an agglomerated defect or is so small that the presence of a defect cannot be detected by the current defect detection method.
The N region is divided into an Nv region where vacancies are dominant and an Ni region where interstitial silicon is dominant.
引き上げ速度Vを更に遅くすると、Iが過飽和となり、その結果、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスターが発生し、この領域はI−Rich領域(I領域)と呼ばれる。 When the pulling rate V is further decreased, I becomes supersaturated, and as a result, dislocation clusters formed as aggregates of interstitial silicon are generated, and this region is called an I-rich region (I region).
これらのような結晶欠陥の領域の判定に関しては、例えば、N領域とV領域の判定については、セコエッチング後の光学顕微鏡によるFPD密度の観察とOSF熱処理後のOSF密度を併用することにより決定することができる。
また、I領域とN領域の判定については、I領域に観察される転位クラスターがセコエッチング後にピットとして観察されることから判別することができる。
Regarding the determination of the crystal defect region as described above, for example, the determination of the N region and the V region is determined by using both the observation of the FPD density by the optical microscope after the secco etching and the OSF density after the OSF heat treatment. be able to.
In addition, the determination of the I region and the N region can be made because dislocation clusters observed in the I region are observed as pits after seco etching.
近年、全面N領域(成長欠陥フリー領域)結晶、即ち無欠陥結晶の要求が増えており、特許文献1には、無欠陥シリコン単結晶の製造方法について、成長欠陥が成長界面における結晶の温度勾配とシリコン単結晶の成長速度により導入量が決まることを利用し、シリコン単結晶の成長速度を低めることが開示されている。
特許文献2ではシリコン単結晶の固相/液相における境界領域の温度勾配にほぼ比例する単結晶の最大引き上げ速度を超えない速度で引き上げることが開示されている。さらに結晶成長中の温度勾配Gと成長速度Vに着目した改善CZ法などが報告されている(非特許文献4参照)。このV/Gの比が一定のときに無欠陥結晶が得られるとされている。
In recent years, there has been an increasing demand for a whole surface N region (growth defect free region) crystal, that is, a defect-free crystal. It is disclosed that the amount of introduction is determined by the growth rate of the silicon single crystal and the growth rate of the silicon single crystal is lowered.
しかし、このような無欠陥結晶を製造した場合、新たに双晶欠陥の発生があり、製造したシリコン単結晶には品質不良部が発生する場合があり、そのために製品歩留まりが低下する問題が生じた。ここで、双晶とは例えば、シリコン単結晶の成長方向に垂直な面の方位<111>とした場合に同一結晶中に異なる面方位の<511>面が形成される欠陥であることが報告されている(非特許文献5参照)。
また、この双晶欠陥の形成要因として、シリコン単結晶の引き上げ時にシリコン融液から蒸発するSiOが炉内の上部に設置した低温部にて析出し、これらが剥離してシリコン融液に落下することにより、シリコン単結晶の結晶方位が変化してしまうことが知られている。
However, when such a defect-free crystal is manufactured, twin defects are newly generated, and the manufactured silicon single crystal may have a defective portion, resulting in a problem that the product yield decreases. It was. Here, for example, a twin crystal is a defect in which a <511> plane having a different plane orientation is formed in the same crystal when the orientation <111> of the plane perpendicular to the growth direction of the silicon single crystal is used. (See Non-Patent Document 5).
In addition, as a cause of the formation of twin defects, SiO that evaporates from the silicon melt at the time of pulling up the silicon single crystal is deposited at a low temperature portion installed in the upper part of the furnace, and these are separated and fall into the silicon melt. This is known to change the crystal orientation of the silicon single crystal.
特許文献3には、このような双晶欠陥の改善策として、単結晶製造装置内の不活性ガスの流れを、結晶の周囲に配置した整流筒を用いて制御する技術が開示されている。つまり、双晶欠陥は、シリコン融液表面に浮遊するシリコン単結晶のマトリクスと異なる異物が、結晶成長界面に付着することにより生ずる格子ひずみを緩和するために、それまで成長した面方位から異なる結晶方位の領域が成長することにより発生すると考えられていた。ここで、半導体素子向けのシリコン単結晶では、面方位は最も重要な特性であり重大な特性である。
しかし、微細化した半導体素子向けの無欠陥結晶の製造において、従来双晶欠陥の原因と考えられていたシリコン融液のSiO酸化物などの異物の付着がない状態で結晶を製造したとしても、双晶欠陥が発生し、製品歩留まりが低下する場合が見られた。 However, in the production of defect-free crystals for miniaturized semiconductor elements, even if the crystals are produced in the absence of foreign matter such as silicon oxide SiO oxide of silicon melt, which was previously considered to be a cause of twin defects, In some cases, twin defects occurred and the product yield decreased.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、CZ法(MCZ法を含む)による無欠陥シリコン単結晶の製造方法において、双晶欠陥が抑制された良質なシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and in a method for producing a defect-free silicon single crystal by the CZ method (including the MCZ method), a method for producing a high-quality silicon single crystal in which twin defects are suppressed. The purpose is to provide.
上記課題を解決するため、本発明では、CZ法によってチャンバ内でシリコン単結晶をシリコン融液から引上げて製造する方法において、双晶欠陥のない無欠陥結晶を得るために、前記シリコン単結晶の引き上げ速度(以下、成長速度ともいう)Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値を、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より0.2〜0.5%大きい範囲で、かつ、OSF領域が出現するV/G値よりも小さい範囲内で制御し、前記シリコン単結晶を製造することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。 In order to solve the above-mentioned problem, in the present invention, in a method for producing a silicon single crystal from a silicon melt in a chamber by a CZ method, in order to obtain a defect-free crystal free of twin defects, The V / G value of the ratio between the pulling rate (hereinafter also referred to as growth rate) V and the crystal temperature gradient G is defined as the boundary V between the dislocation cluster region formed as an interstitial silicon aggregate and the defect-free region dominated by interstitial silicon. The silicon single crystal is manufactured by controlling within a range 0.2 to 0.5% larger than the / G value and within a range smaller than the V / G value at which the OSF region appears. A method for producing a crystal is provided.
このように、CZ法によってチャンバ内でシリコン単結晶をシリコン融液から引上げて製造する方法において、シリコン単結晶の引き上げ速度Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値を、無欠陥結晶を得るためにOSF領域が出現するV/G値よりも小さい範囲とし、かつ、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域(I−Rich領域)と格子間シリコン優勢の無欠陥領域(Ni領域)の境界V/G値より0.2〜0.5%大きい値の範囲とすることによって、格子間シリコン濃度が過剰である格子間シリコン優勢領域(格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域近傍の格子間シリコン優勢の無欠陥領域)を除く結晶品質で無欠陥結晶を製造することができる。
即ち、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より0.2〜0.5%大きいV/G値の範囲で無欠陥結晶を製造することにより、過剰な格子間シリコンの濃度を下げることができ、従って、双晶欠陥の原因となる積層欠陥の形成を抑制することができ、双晶欠陥の発生が抑制された良質なシリコン単結晶、特には、双晶欠陥の発生が抑制された格子間シリコン優勢領域を含む良質な無欠陥結晶を製造することができる。
Thus, in the method of pulling a silicon single crystal from the silicon melt in the chamber by the CZ method, the V / G value of the ratio of the pulling speed V of the silicon single crystal to the crystal temperature gradient G In order to obtain a dislocation cluster region (I-Rich region) formed as an aggregate of interstitial silicon and a defect-free region (Ni) dominant in interstitial silicon, the range is smaller than the V / G value at which the OSF region appears. By setting the range to a value 0.2 to 0.5% larger than the boundary V / G value of the (region), it is formed as an interstitial silicon dominant region (interstitial silicon aggregate) in which the interstitial silicon concentration is excessive. A defect-free crystal can be produced with a crystal quality excluding the interstitial silicon-dominated defect-free region in the vicinity of the dislocation cluster region.
That is, a defect-free crystal in a V / G value range of 0.2 to 0.5% larger than the boundary V / G value between a dislocation cluster region formed as an interstitial silicon aggregate and a defect-free region dominant in interstitial silicon. Can reduce the concentration of excess interstitial silicon, and therefore can suppress the formation of stacking faults that cause twin defects, and the generation of twin defects is suppressed. A silicon single crystal, in particular, a high-quality defect-free crystal including an interstitial silicon dominant region in which generation of twin defects is suppressed can be manufactured.
またこのとき、前記シリコン単結晶の引き上げ速度Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値の制御を、前記結晶温度勾配Gを一定とし、前記引き上げ速度Vを、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現する最高成長速度より0.2〜0.5%高速とすることによって行うことができる。 Further, at this time, the control of the V / G value of the ratio of the pulling rate V of the silicon single crystal to the crystal temperature gradient G is made constant, the pulling rate V is set as an interstitial silicon aggregate. This can be done by setting the rate to 0.2 to 0.5% higher than the maximum growth rate at which the formed dislocation cluster region appears.
このように、シリコン単結晶の引き上げ速度Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値を、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より0.2〜0.5%大きい範囲で制御する方法としては、結晶温度勾配Gを一定とし、引き上げ速度Vを、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現する最高成長速度より0.2〜0.5%高速とすることによって行うことができる。 Thus, the V / G value of the ratio of the pulling rate V of the silicon single crystal to the crystal temperature gradient G is defined as the boundary V between the dislocation cluster region formed as an interstitial silicon aggregate and the defect-free region dominated by the interstitial silicon. As a method of controlling in a range 0.2 to 0.5% larger than the / G value, a dislocation cluster region is formed in which the crystal temperature gradient G is constant and the pulling rate V is formed as an aggregate of interstitial silicon. It can be carried out by making it 0.2 to 0.5% faster than the maximum growth rate.
またこのとき、前記シリコン単結晶の引き上げ速度Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値の制御を、前記引き上げ速度Vを一定とし、前記結晶温度勾配Gを、前記チャンバを格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現するチャンバ内の最低結晶温度勾配より0.2〜0.5%小さい結晶温度勾配となるチャンバ内構造とすることによって行うことできる。 At this time, the control of the V / G value of the ratio of the pulling rate V of the silicon single crystal to the crystal temperature gradient G is made constant, the pulling rate V is constant, and the crystal temperature gradient G This can be achieved by adopting an in-chamber structure in which the crystal temperature gradient is 0.2 to 0.5% smaller than the lowest crystal temperature gradient in the chamber where dislocation cluster regions formed as aggregates appear.
このように、シリコン単結晶の引き上げ速度Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値を、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より0.2〜0.5%大きい範囲で制御する方法としては、引き上げ速度Vを一定とし、前記結晶温度勾配Gを、チャンバを格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現するチャンバ内の最低結晶温度勾配より0.2〜0.5%小さい結晶温度勾配となるチャンバ内構造とすることによっても行うことができる。 Thus, the V / G value of the ratio of the pulling rate V of the silicon single crystal to the crystal temperature gradient G is defined as the boundary V between the dislocation cluster region formed as an interstitial silicon aggregate and the defect-free region dominated by the interstitial silicon. / G value is controlled within a range of 0.2 to 0.5% larger than the G value, the pulling rate V is constant, and the crystal temperature gradient G is formed as a dislocation cluster region formed by agglomerates of interstitial silicon as a chamber. This can also be achieved by adopting a structure in the chamber that provides a crystal temperature gradient that is 0.2 to 0.5% smaller than the minimum crystal temperature gradient in the chamber in which appears.
以上説明したように、本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、無欠陥結晶(特に、格子間シリコン優勢領域を含む無欠陥結晶)の育成において、双晶欠陥の発生が抑制され、高品質なシリコン単結晶の製造が可能となる。特に、無欠陥結晶における双晶欠陥の幅は非常に狭く、検出することが困難な場合において、品質判定のコストが省け、品質安定化に多大な効果がある。 As described above, according to the method for producing a silicon single crystal of the present invention, in the growth of a defect-free crystal (particularly, a defect-free crystal including an interstitial silicon dominant region), the generation of twin defects is suppressed. Quality silicon single crystals can be manufactured. In particular, in the case where the width of twin defects in a defect-free crystal is very narrow and difficult to detect, the cost of quality judgment can be saved, and there is a great effect on quality stabilization.
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、微細化した半導体素子向けの無欠陥結晶の製造において、シリコン融液のSiO酸化物などの異物がない状態で結晶を製造したとしても、双晶欠陥が発生し、製品歩留まりの低下する問題が生じていた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
As described above, in the manufacture of a defect-free crystal for a miniaturized semiconductor device, even if the crystal is manufactured in the absence of foreign matter such as SiO oxide of silicon melt, twin defects are generated and the product yield is reduced. There was a problem of declining.
本発明者らは、上記の課題を達成すべく、以下のように双晶欠陥の詳細を調査したところ、双晶欠陥は一般に領布された文献(非特許文献5)とは異なる原因によっても形成されることを見出した。 In order to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have investigated the details of twin defects as follows. The twin defects are also caused by a cause different from that of a generally distributed document (Non-patent Document 5). Found that formed.
従来のシリコン単結晶の製造方法を用いて製造した面方位<100>、比抵抗が10Ω・cmのボロンドープ無欠陥結晶から採取し、表面研磨により仕上げた直径300mmのシリコンウェーハの面内マップを、パーティクル測定装置(KLA Tencor社 モデル名=SP2 粒径サイズは0.037μm up)にて観察した結果を図2に示す。尚、このシリコンウェーハを採取した無欠陥結晶を製造する際に用いた装置は、Arガスの遮蔽筒は具備しており、融液表面からのSiOの蒸発による酸化物の炉内部品への付着、メルト表面への落下はいずれも問題ない構造である。 An in-plane map of a 300 mm diameter silicon wafer taken from a boron-doped defect-free crystal having a surface orientation <100> manufactured using a conventional silicon single crystal manufacturing method and a specific resistance of 10 Ω · cm, and finished by surface polishing, FIG. 2 shows the results of observation with a particle measuring apparatus (KLA Tencor model name = SP2 particle size is 0.037 μm up). The apparatus used for producing defect-free crystals obtained from this silicon wafer has an Ar gas shielding cylinder, and the oxide adheres to the in-furnace parts by the evaporation of SiO from the melt surface. Any drop on the melt surface has no problem.
図2より、ウェーハ表面全体にまばらにパーティクルが付着した点が観察されるが、右下に長さ22mmの線状の欠陥が観察された。このウェーハを、通常のウェーハのクリーニングに用いられる、フッ化水素酸及び過酸化水素水の混合液と、塩酸及び過酸化水素水の混合液で洗浄した後に、本ウェーハを測定しても、ウェーハ右下に確認できた長さ22mmの線状の欠陥は変化しなかった。つまり、表面の欠陥がウェーハ表面にわずかな凹凸を形成し、レーザー式のパーティクルカウンターにより擬似的にパーティクルとして観察されたものであることが判った。 From FIG. 2, sparsely adhered particles were observed on the entire wafer surface, but a 22 mm long linear defect was observed in the lower right. Even if this wafer is measured after cleaning this wafer with a mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide solution, and a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution, which are used for normal wafer cleaning, The 22 mm long linear defect confirmed in the lower right did not change. In other words, it was found that the surface defects formed slight irregularities on the wafer surface and were observed as pseudo particles by a laser type particle counter.
上記の擬似的にパーティクルとして観察された長さ22mmの線状の欠陥の実態を調査するために、該当領域より、表面を含む断面方向のサンプルを採取した。本サンプルの透過型電子顕微鏡による観察結果を図3に示した。本観察は<110>方向からの観察結果であるが、図3より幅9.5nmの非常に狭い領域にて方位の変わった領域が観察できた。つまり、パーティクルカウンターにより観察された長さ22mmの欠陥は双晶であることが確認された。 In order to investigate the actual condition of the 22 mm long linear defect observed as a pseudo particle, a sample in the cross-sectional direction including the surface was taken from the corresponding region. The observation result of this sample with a transmission electron microscope is shown in FIG. Although this observation was an observation result from the <110> direction, a region with a changed orientation could be observed in a very narrow region having a width of 9.5 nm from FIG. That is, it was confirmed that the 22 mm long defect observed by the particle counter was twinned.
この双晶欠陥の原因を調査するために、双晶欠陥の起点部の調査を行った。分析には高分解能の透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた。サンプルは未熱処理であり、図4(a)にTEM写真の結果を、図4(b)に模式図を示した。これらの結果より、積層欠陥の終端部より双晶が形成されていることが確認できた。 In order to investigate the cause of this twin defect, the origin of the twin defect was investigated. A high-resolution transmission electron microscope (TEM) was used for the analysis. The sample was not heat-treated, and the result of the TEM photograph is shown in FIG. 4 (a), and the schematic diagram is shown in FIG. 4 (b). From these results, it was confirmed that twins were formed from the terminal portion of the stacking fault.
ここで、一般にシリコンウェーハ中の積層欠陥は、ウェーハの状態にて熱酸化処理をすることにより、格子間シリコンがシリコンウェーハ表面の酸化膜界面よりウェーハ内に拡散し、積層欠陥の核となる欠陥に格子間シリコンが集合して余剰な格子面を形成することに起因することが開示されている(シリコンの酸化と格子欠陥、応用物理第46巻 第11号、1977年 p1056、又はCZシリコンウェーハ中のリング状分布積層欠陥、応用物理 第57巻 第19号、1988年 p1542)。 Here, in general, stacking faults in silicon wafers are defects that become the core of stacking faults by interstitial silicon diffusing into the wafer from the oxide film interface on the silicon wafer surface by thermal oxidation treatment in the wafer state. It is disclosed that the interstitial silicon aggregates to form an excessive lattice plane (Silicon oxidation and lattice defects, Applied Physics Vol. 46, No. 11, 1977, p1056, or CZ silicon wafer). Ring-shaped distributed stacking faults, Applied Physics, Vol. 57, No. 19, 1988, p1542.
しかし、本サンプルには、熱処理を施していない。つまり、熱処理による格子間シリコンの供給がないにもかかわらず、積層欠陥の形成が見られる。
これより、無欠陥結晶の育成時、特に格子間シリコン優勢な領域を育成中に余剰の格子間シリコンが集合して積層欠陥を形成し、この形成された積層欠陥より引き続き、双晶欠陥が連続的に形成されたと推察された。
即ち、上記サンプルで観察された双晶は、一般に開示されている結晶成長界面への異物の付着により形成される双晶とは異なることが判った。
However, this sample is not heat-treated. That is, the formation of stacking faults can be seen despite the absence of interstitial silicon supplied by heat treatment.
As a result, during the growth of defect-free crystals, excessive interstitial silicon aggregates to form stacking faults, particularly during growth of the interstitial silicon dominant region, and twin defects continue from the formed stacking faults. It was guessed that it was formed.
That is, it has been found that the twins observed in the above sample are different from the twins formed by the adhesion of foreign substances to the crystal growth interface disclosed in general.
上述したように、無欠陥結晶には、空孔優勢な無欠陥領域(以下、Nv領域ともいう)、格子間シリコンが優勢な無欠陥領域(以下、Ni領域ともいう)の2つが存在することが知られている(Advanced Czochralski Single Crystal Growth、結晶成長学会誌 vol27、No.2)。このうち、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域(I−rich領域)近傍の格子間シリコンが優勢な領域(Ni領域)にて結晶育成を行うと、育成界面で積層欠陥を形成し、その終端部より、双晶構造が形成される。形成された双晶は<111>面に沿って成長を続け、結晶側面の外周に抜け正常な方位の結晶成長となる。つまり、本発明者は、無欠陥結晶の双晶欠陥の発生の起点は、優勢な格子間シリコンの濃度を下げるために形成された積層欠陥(SF:Stacking Fault)であることを見出した。 As described above, defect-free crystals have two defect-free regions (hereinafter also referred to as Nv regions) and defect-free regions (hereinafter also referred to as Ni regions) where interstitial silicon is dominant. Is known (Advanced Czochralski Single Crystal Growth, Journal of Crystal Growth Vol. 27, No. 2). Among these, when crystal growth is performed in a region (Ni region) where interstitial silicon is dominant in the vicinity of the dislocation cluster region (I-rich region) formed as an aggregate of interstitial silicon, a stacking fault is formed at the growth interface. A twin structure is formed from the terminal portion. The formed twin crystal continues to grow along the <111> plane, passes through the outer periphery of the crystal side surface, and becomes crystal growth in a normal orientation. That is, the present inventor has found that the origin of the generation of twin defects in defect-free crystals is a stacking fault (SF) formed to reduce the concentration of dominant interstitial silicon.
そして、このような双晶欠陥の発生を抑制するためには、優勢な格子間シリコンの濃度を下げ、積層欠陥の形成を抑制することが重要であることが判り、この知見を基に本発明を完成させた。 And, in order to suppress the occurrence of such twin defects, it has been found that it is important to reduce the concentration of dominant interstitial silicon and suppress the formation of stacking faults. Was completed.
即ち、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、CZ法によってチャンバ内でシリコン単結晶をシリコン融液から引上げて製造する方法において、双晶欠陥のない無欠陥結晶を得るために、シリコン単結晶の引き上げ速度Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値を、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より0.2〜0.5%大きい範囲で、かつ、OSF領域が出現するV/G値よりも小さい範囲内で制御し、シリコン単結晶を製造することを特徴とする。 That is, the method for producing a silicon single crystal according to the present invention is a method for producing a silicon single crystal from a silicon melt by a CZ method in order to obtain a defect-free crystal free of twin defects. The V / G value of the ratio of the pulling speed V and the crystal temperature gradient G is 0.2 from the boundary V / G value between the dislocation cluster region formed as an interstitial silicon aggregate and the defect-free region dominated by the interstitial silicon. A silicon single crystal is manufactured by controlling within a range that is larger by 0.5% and smaller than the V / G value at which the OSF region appears.
無欠陥結晶は、V/Gの比を一定にすることにより達成されるが(日本結晶成長学会 vol.25 No.5,1998)、このV/Gの値が大きくなると空孔優勢領域(Nv領域)側の結晶品質となり、逆にV/Gの値が小さくなると格子間シリコン優勢領域(Ni領域)側の結晶品質となる。
つまり、本発明では、V/Gの値を、無欠陥結晶を得るためにOSF領域が出現するV/G値よりも小さい範囲で、かつ、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域(I−rich領域)と格子間シリコン優勢の無欠陥領域(Ni領域)の境界V/G値より0.2〜0.5%大きい範囲とすることにより、優勢な格子間シリコン濃度が多い領域(格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域近傍の格子間シリコン優勢の無欠陥領域)を含まない無欠陥結晶として、格子間シリコンの濃度を軽減することで、積層欠陥の発生を抑制し双晶欠陥の発生率を改善することができる。
A defect-free crystal is achieved by making the ratio of V / G constant (Japan Crystal Growth Society vol.25 No.5, 1998), but when the value of V / G increases, the vacancy dominant region (Nv On the contrary, when the value of V / G decreases, the crystal quality on the interstitial silicon dominant region (Ni region) side is obtained.
That is, in the present invention, the value of V / G is in a range smaller than the V / G value at which the OSF region appears in order to obtain a defect-free crystal, and the dislocation cluster region is formed as an interstitial silicon aggregate. A region having a high concentration of dominant interstitial silicon by making the range 0.2 to 0.5% larger than the boundary V / G value between the (I-rich region) and the interstitial silicon dominant defect-free region (Ni region) Reduces the concentration of interstitial silicon and suppresses stacking faults by reducing the concentration of interstitial silicon as a defect-free crystal containing no interstitial silicon-dominated defect-free region in the vicinity of dislocation cluster regions formed as an interstitial silicon aggregate Thus, the occurrence rate of twin defects can be improved.
V/Gの値を、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より大きくする割合が0.2%未満である場合、格子間シリコンの濃度の低下が不十分であり、積層欠陥の発生を完全に抑制することができず、即ち、双晶欠陥の発生を抑制することができない。また、0.5%より大きい場合には、無欠陥結晶となる製造マージンが低下し、結晶育成における製品歩留まりが低下し、効率的な生産ができないという問題が生ずる。 When the ratio of increasing the value of V / G to be larger than the boundary V / G value between the dislocation cluster region formed as an interstitial silicon aggregate and the defect-free region predominantly of interstitial silicon is less than 0.2%, The interstitial silicon concentration is not sufficiently lowered, and the generation of stacking faults cannot be completely suppressed, that is, the generation of twin defects cannot be suppressed. On the other hand, if the ratio is larger than 0.5%, the manufacturing margin for defect-free crystals decreases, the product yield in crystal growth decreases, and there is a problem that efficient production cannot be performed.
ここで、シリコン単結晶の引き上げ速度Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値を、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より0.2〜0.5%大きい範囲とするには、結晶温度勾配Gを決定するチャンバ内の構造を変化させずに、結晶温度勾配Gを一定とし、引き上げ速度Vを、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現する最高成長速度より0.2〜0.5%高速とすることによって行うことができる。 Here, the V / G value of the ratio of the pulling speed V of the silicon single crystal to the crystal temperature gradient G is defined as the boundary V / between the dislocation cluster region formed as an interstitial silicon aggregate and the defect-free region dominated by the interstitial silicon. In order to make the range 0.2 to 0.5% larger than the G value, the crystal temperature gradient G is kept constant without changing the structure in the chamber for determining the crystal temperature gradient G, and the pulling rate V is set to be between the lattices. This can be achieved by setting the speed to 0.2 to 0.5% higher than the maximum growth rate at which dislocation cluster regions formed as silicon aggregates appear.
即ち、図1に示すように、無欠陥結晶を得るためのシリコン単結晶の引き上げ速度Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値の制御を、結晶温度勾配Gは変化させずに、引き上げ速度Vを格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現する最高成長速度より0.2〜0.5%高速とすることによって行うことができる。 That is, as shown in FIG. 1, the control of the V / G value of the ratio of the pulling speed V of the silicon single crystal and the crystal temperature gradient G to obtain a defect-free crystal is performed without changing the crystal temperature gradient G. The rate V can be increased by 0.2 to 0.5% faster than the maximum growth rate at which dislocation cluster regions formed as interstitial silicon aggregates appear.
本発明のシリコン単結晶の製造方法においては、従来一般的に用いられている、図5に示すような単結晶引き上げ装置10を用いることができる。
図5に示すように、単結晶引上げ装置10は、チャンバ1内で、シリコン融液2を収容する石英ルツボ3と、この石英ルツボ3を保護する黒鉛ルツボ4とが、ルツボ駆動機構(不図示)によって自在に回転・昇降する保持軸で支持されており、またこれらのルツボ3、4を取り囲むように加熱ヒーター5と断熱材6が配置されている。さらに、チャンバ1の内部には整流筒7が設けられており、この整流筒7の下部に熱遮蔽材8が設置されている。
このような装置を用い、チャンバ1内の石英ルツボ3に収容されたシリコン融液2からシリコン単結晶9を成長させつつ引き上げる。
In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, a single
As shown in FIG. 5, the single
Using such an apparatus, the silicon single crystal 9 is pulled up from the
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、具体的には、予めシミュレーションとして、上述したようなシリコン単結晶の引き上げ装置を用いてシリコン単結晶の成長に伴い引き上げ速度Vを漸減させることにより格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現する最高成長速度を求める。そして、シミュレーションで用いたシリコン単結晶引き上げ装置のチャンバ内構造は変化させずに結晶温度勾配Gを一定として、引き上げ速度Vをシミュレーションで求めた最高成長速度より0.2〜0.5%高速とすることで行うことができる。 Specifically, the method for producing a silicon single crystal of the present invention is based on an interstitial pattern by gradually decreasing the pulling speed V as the silicon single crystal grows using a silicon single crystal pulling apparatus as described above as a simulation in advance. The maximum growth rate at which dislocation cluster regions formed as silicon aggregates appear is determined. The structure in the chamber of the silicon single crystal pulling apparatus used in the simulation is kept constant without changing the crystal temperature gradient G, and the pulling rate V is 0.2 to 0.5% faster than the maximum growth rate obtained by the simulation. Can be done.
このように、無欠陥結晶のウェーハ面内において非常に狭い領域に形成される双晶欠陥の発生を抑制することにより、高品質シリコン単結晶の製品歩留まりが向上する。更に、品質評価のための分布判定(パーティクル測定)が不要となり、ウェーハ製品の品質判定での検査コストの削減、ひいては、高品質シリコンウェーハ用結晶の更なる品質安定化に効果的である。 Thus, by suppressing the generation of twin defects formed in a very narrow region within the wafer surface of defect-free crystals, the product yield of high-quality silicon single crystals is improved. Furthermore, distribution determination (particle measurement) for quality evaluation is not required, which is effective for reducing the inspection cost in quality determination of wafer products and further stabilizing the quality of high-quality silicon wafer crystals.
また、本発明の他の実施形態としては、シリコン単結晶の引き上げ速度Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値を、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より0.2〜0.5%大きくするために、引き上げ速度Vを一定とした場合、V/Gの値が大きくなるように結晶温度勾配Gを制御すれば良いこととなる。 In another embodiment of the present invention, the V / G value of the ratio of the pulling rate V of the silicon single crystal to the crystal temperature gradient G is set to the dislocation cluster region formed as an interstitial silicon aggregate and the interstitial silicon. The crystal temperature gradient G is controlled so that the value of V / G becomes large when the pulling rate V is constant in order to make it 0.2 to 0.5% larger than the boundary V / G value of the dominant defect-free region. It will be good.
即ち、引き上げ速度Vを一定とし、結晶温度勾配Gを、チャンバを格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現するチャンバ内の最低結晶温度勾配より0.2〜0.5%小さい結晶温度勾配となるチャンバ内構造とすることによって、シリコン単結晶の引き上げ速度Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値を、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より0.2〜0.5%大きくすることができる。
尚、結晶温度勾配を変えるには、例えば結晶周囲に配置した熱遮蔽材の先端からシリコン融液との間隔を広くする条件とすることにより達成することができる。
That is, the pulling rate V is constant, and the crystal temperature gradient G is 0.2 to 0.5% smaller than the lowest crystal temperature gradient in the chamber where the dislocation cluster region in which the chamber is formed as an interstitial silicon aggregate appears. By adopting an in-chamber structure that provides a crystal temperature gradient, the V / G value of the ratio of the pulling rate V of the silicon single crystal to the crystal temperature gradient G can be determined by the dislocation cluster region formed between the interstitial silicon aggregates and the interstitial lattice. The boundary V / G value of the silicon-dominated defect-free region can be increased by 0.2 to 0.5%.
The crystal temperature gradient can be changed, for example, by setting the distance between the tip of the heat shielding material arranged around the crystal and the silicon melt to be wide.
なお、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、特定の結晶口径を有する単結晶の製造に限定されるものではなく、結晶口径が450mmの単結晶の製造等、適時な展開が可能である。 The method for producing a silicon single crystal of the present invention is not limited to the production of a single crystal having a specific crystal diameter, and can be developed in a timely manner, such as production of a single crystal having a crystal diameter of 450 mm.
以下、実施例及び比較例を示して本発明のシリコン単結晶の製造方法をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, although the manufacturing method of the silicon single crystal of this invention is demonstrated more concretely, showing an Example and a comparative example, this invention is not limited to this.
(比較例1)
図5に示したような、Arガスを整流するための整流筒、整流筒の先端に結晶を冷却するために熱輻射を制御する熱遮蔽材が具備された装置を用いた。
この単結晶製造装置を用い、直径81cmの石英ルツボに原料多結晶シリコンを380kg充填し、結晶方位<100>の直径300mmのボロンドープシリコン単結晶(P型、比抵抗10Ω・cm)を育成した。この際、図6に示すような成長速度でシリコン単結晶の製造を行った。
比較例1の成長条件では、双晶欠陥の発生率は結晶成長方向の長さ比が0.2から0.4の位置にて高かった。これは、図5に示した通り、炉内の熱輻射を制御するための熱遮蔽材は、設置上の制約よりシリコン融液に直接つけることができない。そのためにシリコン融液から熱遮蔽材までの区間では結晶を冷却できない領域がある。この結晶成長方向の長さ比が0.2から0.4の範囲は、整流筒先端に具備した熱遮蔽材に結晶が差し掛かる領域で、急激な結晶中の温度勾配の変化が生ずる部分である。そのために格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域になりやすい領域、即ち、転位クラスター領域が出現する最高成長速度の領域となる。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 5, an apparatus provided with a rectifying cylinder for rectifying Ar gas and a heat shielding material for controlling thermal radiation to cool the crystal at the tip of the rectifying cylinder was used.
Using this single crystal manufacturing apparatus, 380 kg of raw material polycrystalline silicon was filled in a quartz crucible having a diameter of 81 cm, and a boron-doped silicon single crystal having a crystal orientation <100> and a diameter of 300 mm (P type,
Under the growth conditions of Comparative Example 1, the rate of twin defects was high when the length ratio in the crystal growth direction was 0.2 to 0.4. As shown in FIG. 5, the heat shielding material for controlling the heat radiation in the furnace cannot be directly applied to the silicon melt due to installation restrictions. Therefore, there is a region where the crystal cannot be cooled in the section from the silicon melt to the heat shielding material. This length ratio in the direction of crystal growth is in the range of 0.2 to 0.4 in the region where the crystal reaches the heat shielding material provided at the tip of the rectifying cylinder, where the temperature gradient in the crystal suddenly changes. is there. Therefore, it becomes a region that tends to become a dislocation cluster region formed as an aggregate of interstitial silicon, that is, a region of the highest growth rate at which the dislocation cluster region appears.
(実施例1)
上記比較例1と同様のチャンバ内構造を有する装置を用い、比較例1において成長方向に無欠陥結晶が得られている成長速度プロファイルに対し、0.4%高速化した条件にてシリコン単結晶を育成した。成長速度の違い以外は、比較例1と同様の条件とした。
Example 1
Using an apparatus having the same chamber structure as in Comparative Example 1, the silicon single crystal was grown under the condition of 0.4% speedup with respect to the growth rate profile in which a defect-free crystal was obtained in the growth direction in Comparative Example 1. Nurtured. The conditions were the same as in Comparative Example 1 except for the difference in growth rate.
図7に実施例1と比較例1の双晶欠陥の発生率を比較した結果を示す。引き上げ速度Vを、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より0.4%高速化することにより双晶発生不良率を改善することができた。これにより、育成した高品質シリコン単結晶の製品歩留まりが向上し、効率的に無欠陥結晶を得ることができた。 FIG. 7 shows the result of comparison of the occurrence rate of twin defects in Example 1 and Comparative Example 1. Improve the twinning defect rate by increasing the pulling speed V by 0.4% faster than the boundary V / G value between the dislocation cluster region formed as an interstitial silicon aggregate and the interstitial silicon dominant defect-free region We were able to. Thereby, the product yield of the grown high quality silicon single crystal was improved, and a defect-free crystal could be obtained efficiently.
尚、比較例1において成長方向に無欠陥結晶が得られている成長速度プロファイルに対し、0.2%高速化した条件とした場合、更には、0.5%高速化した条件とした場合も双晶発生不良率を改善することができた。
しかし、比較例1において成長方向に無欠陥結晶が得られている成長速度プロファイルに対し、0.1%高速化した条件とした場合は、格子間シリコンの濃度低下が不十分であり、双晶欠陥の発生を抑制することができなかった。また、比較例1において成長方向に無欠陥結晶が得られている成長速度プロファイルに対し、0.6%高速化した条件とした場合は、無欠陥結晶の製造歩留まりが低下し、無欠陥結晶の効率的な生産ができないという問題が生じた。
In Comparative Example 1, the growth rate profile in which a defect-free crystal is obtained in the growth direction is 0.2% faster, and further 0.5% faster. It was possible to improve the defect rate of twinning.
However, when the growth rate profile in which the defect-free crystal is obtained in the growth direction in Comparative Example 1 is set to be 0.1% faster, the interstitial silicon concentration is not sufficiently lowered, and twin crystals The generation of defects could not be suppressed. In addition, when the growth rate profile in which the defect-free crystal is obtained in the growth direction in Comparative Example 1 is set to a condition where the speed is increased by 0.6%, the production yield of the defect-free crystal is reduced, There was a problem that efficient production was not possible.
(比較例2)
エピタキシャルウェーハ用として、上記比較例1と同様のチャンバ内構造を有する装置を用いて、比較例1において成長方向に無欠陥結晶が得られている成長速度プロファイルに対し、約2倍の引き上げ速度で引き上げて空孔優勢領域にて製造した高速成長結晶から得られるウェーハの双晶欠陥を調べた。
図8に、比較例1と比較例2の双晶欠陥の発生率の比較図を示す。図8により、高速成長結晶(比較例2)から得られるウェーハにおいては、双晶欠陥の発生が見られず、無欠陥結晶製造の際に双晶発生不良率が高いことが確認された。
(Comparative Example 2)
For epitaxial wafers, using an apparatus having the same in-chamber structure as in Comparative Example 1, the pulling rate is about twice that of the growth rate profile in which defect-free crystals are obtained in the growth direction in Comparative Example 1. We investigated twin defects in wafers obtained from high-growth crystals that were pulled up and manufactured in the vacancy-dominated region.
FIG. 8 shows a comparison diagram of the occurrence rate of twin defects in Comparative Example 1 and Comparative Example 2. As shown in FIG. 8, in the wafer obtained from the fast growth crystal (Comparative Example 2), the generation of twin defects was not observed, and it was confirmed that the defect rate of twin generation was high during the production of defect-free crystals.
(実施例2)
結晶温度勾配を制御することにより格子間シリコンの濃度を低減するために、図5に示した装置において結晶温度勾配を小さく、つまりV/Gの値を大きくした。具対的には、熱遮蔽材の先端からシリコン融液との間隔を1mm広くした条件にて直径300mmのシリコン単結晶を育成した。
このときの結晶温度勾配は格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現するチャンバ内の最低結晶温度勾配より0.4%低い値である。前記に示した条件以外は実施例1の従来の成長条件と同一とした。
(Example 2)
In order to reduce the concentration of interstitial silicon by controlling the crystal temperature gradient, the crystal temperature gradient was reduced, that is, the value of V / G was increased in the apparatus shown in FIG. Specifically, a silicon single crystal having a diameter of 300 mm was grown under the condition that the distance from the tip of the heat shielding material to the silicon melt was increased by 1 mm.
The crystal temperature gradient at this time is 0.4% lower than the lowest crystal temperature gradient in the chamber in which dislocation cluster regions formed as aggregates of interstitial silicon appear. The conditions other than those described above were the same as the conventional growth conditions of Example 1.
図9に比較例1及び実施例2の双晶欠陥の発生率を比較した結果を示す。
シリコン単結晶の引き上げ速度Vと結晶温度勾配Gの比のV/G値を、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より0.4%大きくすることによって、即ち、引き上げ速度Vは変化させずに、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現するチャンバ内の最低結晶温度勾配より0.4%小さい結晶温度勾配Gとなるようにチャンバ内構造を調整することにより、双晶発生不良率を改善することができた。これにより、育成した高品質シリコン単結晶の製品歩留まりが向上し効率的な製造方法であることが確認できた。
FIG. 9 shows the result of comparison of the occurrence rate of twin defects in Comparative Example 1 and Example 2.
The V / G value of the ratio of the pulling rate V of the silicon single crystal to the crystal temperature gradient G is determined from the boundary V / G value between the dislocation cluster region formed as an interstitial silicon aggregate and the defect-free region dominated by interstitial silicon. Crystals that are 0.4% smaller than the lowest crystal temperature gradient in the chamber in which dislocation cluster regions appear as aggregates of interstitial silicon appear by increasing 0.4%, that is, without changing the pulling rate V. By adjusting the internal structure of the chamber so that the temperature gradient G is obtained, the twin generation failure rate could be improved. Thereby, the product yield of the grown high quality silicon single crystal was improved, and it was confirmed that this was an efficient manufacturing method.
また、同様に、引き上げ速度Vは変化させずに、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現するチャンバ内の最低結晶温度勾配より0.2%小さい、また、0.5%小さい結晶温度勾配Gとなるようにチャンバ内構造を調整することにより、双晶発生不良率を改善することができた。
一方、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現するチャンバ内の最低結晶温度勾配より0.1%小さい結晶温度勾配Gとなるようにチャンバ内構造を調整した場合には、双晶欠陥の発生を抑制することができず、0.6%小さい結晶温度勾配Gとなるように調整した場合には、無欠陥結晶の製造歩留まりが低下し、無欠陥結晶の効率的な生産ができないという問題が生じた。
Similarly, the pulling speed V is not changed, and is 0.2% smaller than the lowest crystal temperature gradient in the chamber where dislocation cluster regions formed as interstitial silicon aggregates appear, and 0.5%. By adjusting the internal structure of the chamber so as to obtain a small crystal temperature gradient G, it was possible to improve the twin generation failure rate.
On the other hand, when the structure in the chamber is adjusted so that the crystal temperature gradient G is 0.1% smaller than the lowest crystal temperature gradient in the chamber in which dislocation cluster regions formed as interstitial silicon aggregates appear, When the crystal temperature gradient G cannot be suppressed and the crystal temperature gradient G is adjusted to be 0.6% smaller, the production yield of defect-free crystals is reduced, and the efficient production of defect-free crystals is reduced. The problem of not being able to occur.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
1…チャンバ、 2…シリコン融液、 3…石英ルツボ、 4…黒鉛ルツボ、 5…加熱ヒーター、 6…断熱材、 7…整流筒、 8…熱遮蔽材、 9…シリコン単結晶、 10…単結晶引き上げ装置。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記結晶温度勾配Gを一定とし、前記引き上げ速度Vを、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現する最高成長速度より0.2〜0.5%高速とすることによって、又は
前記引き上げ速度Vを一定とし、前記結晶温度勾配Gを、前記チャンバを格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域が出現するチャンバ内の最低結晶温度勾配より0.2〜0.5%小さい結晶温度勾配となるチャンバ内構造とすることによって、
格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域と格子間シリコン優勢の無欠陥領域の境界V/G値より0.2〜0.5%大きい範囲で、かつ、OSF領域が出現するV/G値よりも小さい範囲内で制御することにより、格子間シリコンの凝集体として形成される転位クラスター領域近傍の格子間シリコン優勢の無欠陥領域を含まない無欠陥結晶として、前記シリコン単結晶を製造することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 In a method of manufacturing a silicon single crystal from a silicon melt in a chamber by the CZ method, in order to obtain a defect-free crystal free of twin defects, the ratio of the pulling rate V of the silicon single crystal to the crystal temperature gradient G is V / G value
The crystal temperature gradient G is constant, and the pulling rate V is 0.2 to 0.5% faster than the maximum growth rate at which dislocation cluster regions formed as interstitial silicon aggregates appear, or
The pulling rate V is constant, and the crystal temperature gradient G is 0.2 to 0.5% of the minimum crystal temperature gradient in the chamber in which dislocation cluster regions appear in which the chamber is formed as an interstitial silicon aggregate. By having a structure in the chamber that results in a small crystal temperature gradient,
V / G in which the OSF region appears in a range 0.2 to 0.5% larger than the boundary V / G value between the dislocation cluster region formed as an interstitial silicon aggregate and the defect-free region dominant in interstitial silicon. By controlling within a range smaller than the G value, the silicon single crystal is produced as a defect-free crystal that does not include a defect-free region predominantly of interstitial silicon in the vicinity of dislocation cluster regions formed as an interstitial silicon aggregate. A method for producing a silicon single crystal, comprising:
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