JP6107308B2 - Silicon single crystal manufacturing method - Google Patents

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    • C30B27/02Single-crystal growth under a protective fluid by pulling from a melt

Description

本発明は、チョクラルスキー法によって原料融液からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶製造装置およびこれを用いたシリコン単結晶製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon single crystal manufacturing apparatus that pulls a silicon single crystal from a raw material melt by the Czochralski method and a silicon single crystal manufacturing method using the same.

メモリーCPUや撮像素子など半導体デバイスの基板として用いられるシリコンウエーハを切り出すシリコン単結晶は、主にチョクラルスキー(CZ)法により製造されている。CZ法により作製されたシリコン単結晶中には酸素原子が含まれており、該シリコン単結晶から切り出されるシリコンウエーハを用いてデバイスを製造する際、シリコン原子と酸素原子とが結合して酸素析出物(BMD)が形成される。
これらはウエーハ内部の重金属などの汚染原子を捕獲してデバイス特性を向上させるIG能力を有することが知られており、ウエーハのバルク部の酸素析出量やBMD密度が高くなるほど高性能かつ信頼性の高いデバイスを得ることができる。
Silicon single crystals that cut out silicon wafers used as substrates for semiconductor devices such as memory CPUs and image sensors are mainly manufactured by the Czochralski (CZ) method. The silicon single crystal produced by the CZ method contains oxygen atoms. When a device is manufactured using a silicon wafer cut out from the silicon single crystal, the silicon atoms and oxygen atoms are combined to form oxygen precipitates. An object (BMD) is formed.
These are known to have the IG capability to capture device contamination characteristics such as heavy metals inside the wafer, and the higher the amount of oxygen precipitated and the BMD density in the bulk of the wafer, the higher the performance and reliability. A high device can be obtained.

近年ではシリコンウエーハ中の結晶欠陥を制御しつつ十分なIG能力を付与するために、単結晶成長中に酸素を高濃度に取り込むよう制御したり、炭素や窒素を意図的にドープするなどの製造方法が行われている。前記の方法によって製造されたシリコン単結晶から切り出されるシリコンウエーハに鏡面加工を施したポリッシュドウエーハ、鏡面加工後にウエーハ表層部の欠陥の抑制又はバルク内にIG層の形成を目的としてアニール処理を施したアニールウエーハ、エピタキシャル層を形成したエピタキシャルウエーハや、SOIウエーハなど、種々のウエーハの要求が高まっている。   In recent years, in order to provide sufficient IG capability while controlling crystal defects in silicon wafers, it has been controlled to incorporate oxygen at a high concentration during single crystal growth, and intentionally doped with carbon and nitrogen. The way is done. Polished wafers that have been mirror-finished from a silicon wafer cut from a silicon single crystal manufactured by the above-mentioned method, and annealed for the purpose of suppressing defects on the surface layer of the wafer or forming an IG layer in the bulk after mirror finishing. The demand for various wafers such as an annealed wafer, an epitaxial wafer on which an epitaxial layer is formed, and an SOI wafer is increasing.

これらのウエーハは何段階ものデバイスプロセスを通過するため、デバイスプロセス中に不純物が素子領域へ侵入し電気特性を阻害したり、作製された撮像素子の画像ムラが生じるなどの問題があった。このため有害となり得る不純物の拡散を防止する技術の前進は必須課題であり、最近ではIG層を形成するBMDの密度のミリメートルオーダーの周期的な変動を精密に抑制し、面内分布の制御や均一性の制御技術の確立が望まれている。
そのような技術の前進は、CPUメモリーや撮像素子のみならず、太陽電池向け材料の特性の向上に貢献するため、極めて応用範囲が広く、前述の如く電気特性の向上や、デバイスプロセス中のウエーハの反りやスリップ転位の発生を防止するなどの効果がある。
Since these wafers pass through several stages of device processes, there are problems such as impurities entering into the element region during the device process and hindering electrical characteristics, and image unevenness of the fabricated image sensor. For this reason, advancement of technology for preventing the diffusion of impurities that can be harmful is an essential issue. Recently, periodic fluctuations in the order of millimeters in the density of the BMD forming the IG layer are precisely suppressed, and in-plane distribution is controlled. Establishment of uniformity control technology is desired.
Advances in such technology contribute to improving the characteristics of not only CPU memories and image sensors, but also materials for solar cells, so they have a very wide range of applications. This prevents the occurrence of warpage and slip dislocation.

ここで特許文献1に、原料融液の充填域上方の結晶引き上げ域を取り囲む領域に温度制御板を設け、原料融液面の温度分布を、結晶引き上げ中の結晶固液界面において最も低く、ルツボ内壁面に向かう方向に次第に高くなるよう常時維持する技術について記述がある。前記技術によって、ルツボ内壁面の温度が下がらないように制御し、単結晶の成長および効率化の阻害要因を取り除くことができる。   Here, in Patent Document 1, a temperature control plate is provided in a region surrounding the crystal pulling region above the raw material melt filling region, and the temperature distribution of the raw material melt surface is lowest at the crystal solid-liquid interface during crystal pulling. There is a description of a technique that always maintains the height gradually in the direction toward the inner wall. By the above technique, the temperature of the inner wall surface of the crucible can be controlled so as not to decrease, and the factors that hinder the growth and efficiency of the single crystal can be removed.

しかしながら、原料融液の表面温度が上がり過ぎると表面張力流の適正な制御が困難となり、単結晶成長中に取り込まれる格子間酸素濃度のばらつきの抑制や結晶欠陥の導入を均一に制御することが極めて困難となる。格子間酸素濃度のばらつきはデバイスプロセスにおいて酸素析出量のばらつきに影響を及ぼす。   However, if the surface temperature of the raw material melt rises too much, it becomes difficult to properly control the surface tension flow, and it is possible to control the variation in interstitial oxygen concentration incorporated during single crystal growth and to uniformly control the introduction of crystal defects. It becomes extremely difficult. Variation in interstitial oxygen concentration affects variation in oxygen precipitation in the device process.

更に単結晶成長中は種々の欠陥も導入される。デバイスプロセスにおいてIG層を形成する場合、空孔欠陥の存在が重要であり、その密度の高さによって十分なゲッタリング能力を与えるBMD密度の大きさが決まる。しかしながら単結晶成長中に格子間シリコンが導入される場合、空孔と格子間シリコンとの反応によって空孔が消滅し、BMD析出のソースとなる単結晶中の空孔濃度が低下し、所望のBMD密度が得られないことがある。その十分な空孔濃度を導入するためには、点欠陥の段階で、成長方向に対して固液界面からの不連続な過剰な格子間シリコンの導入を抑える必要がある。
したがって、特許文献1の技術だけではBMDの密度のミリメートルオーダーの周期的な変動を精密に抑制するのには不十分である。
Furthermore, various defects are also introduced during single crystal growth. When an IG layer is formed in a device process, the presence of vacancy defects is important, and the height of the density determines the size of the BMD density that provides sufficient gettering ability. However, when interstitial silicon is introduced during single crystal growth, the vacancies disappear due to the reaction between the vacancies and the interstitial silicon, and the concentration of vacancies in the single crystal that becomes the source of BMD precipitation decreases. BMD density may not be obtained. In order to introduce the sufficient vacancy concentration, it is necessary to suppress the introduction of discontinuous excessive interstitial silicon from the solid-liquid interface in the growth direction at the point defect stage.
Therefore, the technique of Patent Document 1 alone is insufficient to accurately suppress periodic fluctuations in the order of millimeters of BMD density.

特開平5−279172号公報JP-A-5-279172

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、BMDが均一に形成され、均一なゲッタリング能力を有し得るシリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶製造装置およびこれを用いたシリコン単結晶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 problems, and a silicon single crystal manufacturing apparatus capable of manufacturing a silicon single crystal in which a BMD is uniformly formed and can have uniform gettering capability, and It aims at providing the used silicon single crystal manufacturing method.

上記目的を達成するために、本発明は、原料融液を収容する石英ルツボと、該石英ルツボを格納するメインチャンバーとを具備し、チョクラルスキー法によって前記原料融液からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶製造装置であって、前記メインチャンバーに導入されるガスの流れを整えるための円筒形状のガス整流筒が前記引上げるシリコン単結晶を囲繞するように原料融液面の上方に配設されており、該ガス整流筒の原料融液面側にはリング状の熱遮蔽板が配設されており、該リング状の熱遮蔽板は、径方向に沿って上方に向かって傾斜する底面を有しており、該底面は、前記囲繞するシリコン単結晶側の内周傾斜面と、該内周傾斜面よりも外側に位置する外周傾斜面とを有しており、前記内周傾斜面の傾斜角αは水平方向に対し0°以上30°以下であり、前記外周傾斜面の傾斜角βは水平方向に対し5°より大きく40°以下であり、かつ傾斜角α<傾斜角βであり、前記石英ルツボの下方にはさらに下部断熱板が配設されていることを特徴とするシリコン単結晶製造装置を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention comprises a quartz crucible containing a raw material melt and a main chamber for storing the quartz crucible, and a silicon single crystal is drawn from the raw material melt by the Czochralski method. A silicon single crystal manufacturing apparatus for raising a cylindrical gas rectifier for adjusting the flow of gas introduced into the main chamber is disposed above the raw material melt surface so as to surround the silicon single crystal to be pulled up. A ring-shaped heat shield plate is disposed on the raw material melt surface side of the gas flow straightening cylinder, and the ring-shaped heat shield plate is inclined upward along the radial direction. The bottom surface has an inner peripheral inclined surface on the side of the surrounding silicon single crystal and an outer peripheral inclined surface located outside the inner peripheral inclined surface, and the inner peripheral inclined surface. The inclination angle α of the surface is horizontal The inclination angle β of the outer peripheral inclined surface is greater than 5 ° and not more than 40 ° with respect to the horizontal direction, and the inclination angle α <the inclination angle β, and further below the quartz crucible Provided is a silicon single crystal manufacturing apparatus in which a lower heat insulating plate is disposed.

引き上げた単結晶に関して、BMDの形成が精密かつ均一に制御されるためには、格子間酸素、空孔、格子間シリコンのような点欠陥を、引き上げる単結晶の固液界面において面内分布が均一となるよう導入されなければならない。それを実現させるためには実効偏析や温度勾配の変動に影響を及ぼす結晶引き上げ中の原料融液の温度の変動をより小さく制御することが重要である。原料融液温度は自然対流、強制対流そして表面張力流などのコンプレックスによって決定されるが、特に格子間酸素、空孔、格子間シリコンのような点欠陥のミクロな変動を抑制するためには、表面張力流の変動による原料融液の温度ムラを抑制することが効果的であることを本発明者らはつきとめた。   In order to control the formation of BMD accurately and uniformly with respect to the single crystal pulled, the in-plane distribution at the solid-liquid interface of the single crystal pulling point defects such as interstitial oxygen, vacancies, and interstitial silicon is required. Must be introduced to be uniform. In order to realize this, it is important to control the fluctuation of the temperature of the raw material melt during the pulling of the crystal, which affects the effective segregation and fluctuation of the temperature gradient, to be smaller. The raw material melt temperature is determined by the complex such as natural convection, forced convection and surface tension flow, but especially to suppress micro fluctuations of point defects such as interstitial oxygen, vacancies and interstitial silicon, The present inventors have found that it is effective to suppress temperature unevenness of the raw material melt due to fluctuations in the surface tension flow.

そして本発明のシリコン単結晶製造装置であれば、上記のような底面を有する熱遮蔽板が配設されているため、原料融液の表面の温度勾配の制御を効果的に行うことができ、原料融液の温度ムラを抑制することが可能である。これにより格子間酸素、空孔、格子間シリコン等を固液界面において面内均一に導入しながらシリコン単結晶を引上げることができる。   And if it is the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention, since the heat shielding plate having the bottom as described above is disposed, it is possible to effectively control the temperature gradient of the surface of the raw material melt, It is possible to suppress temperature unevenness of the raw material melt. As a result, the silicon single crystal can be pulled up while introducing interstitial oxygen, vacancies, interstitial silicon and the like uniformly in the plane at the solid-liquid interface.

そして、この引上げたシリコン単結晶から、種々のデバイスプロセスにおいて、BMDが均一に形成され、均一なゲッタリング能力を有し得る優れたシリコン単結晶ウエーハの供給が可能である。このため、CPUメモリーや撮像素子などの半導体デバイス又は太陽電池の電気的特性を阻害しないシリコン単結晶ウエーハを製造することができ、安定的に供給することができる。
例えば、従来の装置で得られた単結晶では、結晶面内において酸素濃度が変動しており、面内における酸素析出量の最大値と最小値の格差が大きく、その結晶を用いて撮像素子を作製した場合、画像ムラが生じてしまうことがあった。しかし、本発明のシリコン単結晶製造装置であれば、より確実に酸素等を面内均一に結晶中に導入することができ、その結果、撮像素子の画像ムラの発生を抑制することができる。
From the pulled silicon single crystal, BMD can be uniformly formed in various device processes, and an excellent silicon single crystal wafer that can have uniform gettering capability can be supplied. For this reason, it is possible to manufacture a silicon single crystal wafer that does not hinder the electrical characteristics of a semiconductor device such as a CPU memory or an image sensor or a solar cell, and can be supplied stably.
For example, in a single crystal obtained with a conventional apparatus, the oxygen concentration fluctuates in the crystal plane, and the difference between the maximum and minimum oxygen precipitation amounts in the plane is large. When manufactured, image unevenness may occur. However, with the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention, oxygen or the like can be more reliably introduced into the crystal in the plane, and as a result, the occurrence of image unevenness in the image sensor can be suppressed.

ここで傾斜角αが0°より小さい場合(マイナス値の場合)、原料融液面の最高温度とシリコン融点との差が大きくなりすぎてしまう(例えば、差が55℃を超えてしまう)。傾斜角βも同様の理由により5°以下であってはならない。また傾斜角αが30°を超える場合や、傾斜角βが40°を超える場合、あるいは傾斜角βが5°を超えていても傾斜角α>傾斜角βである場合には、シリコン単結晶からの放熱量が大きくなり、結晶直径を一定に制御するために加熱ヒーターを高電力に調節する必要がある。それによって原料融液内部の温度が過剰に高くなってしまう。   Here, when the inclination angle α is smaller than 0 ° (a negative value), the difference between the maximum temperature of the raw material melt surface and the silicon melting point becomes too large (for example, the difference exceeds 55 ° C.). The inclination angle β must not be less than 5 ° for the same reason. When the inclination angle α exceeds 30 °, the inclination angle β exceeds 40 °, or the inclination angle α> the inclination angle β even when the inclination angle β exceeds 5 °, the silicon single crystal Therefore, it is necessary to adjust the heater to high power in order to control the crystal diameter constant. As a result, the temperature inside the raw material melt becomes excessively high.

また、下部断熱板が配設されているので、効果的に原料融液面や原料融液の内部の温度勾配を小さくすることができる。   Moreover, since the lower heat insulating plate is disposed, the temperature gradient inside the raw material melt surface and the raw material melt can be effectively reduced.

このとき、前記下部断熱板は肉厚が50mm以上であるものとすることができる。
このようなものであれば、より一層効果的に、原料融液面や原料融液の内部の温度勾配を小さくすることができ、格子間酸素等をシリコン単結晶の固液界面において面内均一に導入することができ、BMD密度、さらにはゲッタリング能力の面内分布が均一なシリコン単結晶ウエーハを得ることができる。
At this time, the lower heat insulating plate may have a thickness of 50 mm or more.
If this is the case, the temperature gradient of the raw material melt surface and the internal temperature of the raw material melt can be reduced more effectively, and interstitial oxygen and the like can be uniformly distributed in the plane at the solid-liquid interface of the silicon single crystal. It is possible to obtain a silicon single crystal wafer having a uniform BMD density and further an in-plane distribution of gettering ability.

このとき、上記シリコン単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶製造方法であって、前記原料融液面の最高温度をシリコンの融点よりも10℃〜55℃の範囲で高温になるよう制御しつつ、前記シリコン単結晶を引上げることができる。   At this time, a silicon single crystal manufacturing method for pulling up a silicon single crystal using the silicon single crystal manufacturing apparatus, wherein the maximum temperature of the raw material melt surface is higher than the melting point of silicon within a range of 10 ° C. to 55 ° C. The silicon single crystal can be pulled up while being controlled to be.

このように原料融液面の最高温度を制御すれば、表面張力流の温度ムラを一層抑制することができる。単結晶引上げ中に原料融液面の最高温度をシリコンの融点よりも55℃以下の範囲で高温に制御すれば、シリコン単結晶中に取り込まれる格子間酸素濃度の面内分布を著しく均一に近づけることができる。また一方で、原料融液面の最高温度をシリコンの融点よりも10℃以上高温に制御すれば、実操業において原料融液が冷却されて固化し易くなるのを効果的に抑制することができる。   By controlling the maximum temperature of the raw material melt surface in this way, the temperature unevenness of the surface tension flow can be further suppressed. If the maximum temperature of the raw material melt surface is controlled to a high temperature in the range of 55 ° C. or lower than the melting point of silicon during the pulling of the single crystal, the in-plane distribution of interstitial oxygen concentration taken into the silicon single crystal is remarkably made closer. be able to. On the other hand, if the maximum temperature of the raw material melt surface is controlled to be higher by 10 ° C. or higher than the melting point of silicon, it is possible to effectively prevent the raw material melt from being cooled and solidified in actual operation. .

また、前記原料融液の内部の最高温度をシリコンの融点よりも40℃〜115℃の範囲で高温になるよう制御しつつ、前記シリコン単結晶を引上げることができる。   Also, the silicon single crystal can be pulled up while controlling the maximum temperature inside the raw material melt to be higher than the melting point of silicon within a range of 40 ° C. to 115 ° C.

このように原料融液の内部の最高温度を制御すれば、より一層対流による温度ムラの抑制が可能となる。これにより、シリコン単結晶中に取り込まれる格子間酸素濃度の面内分布を更に均一にすることができる。   By controlling the maximum temperature inside the raw material melt in this way, temperature unevenness due to convection can be further suppressed. Thereby, the in-plane distribution of the interstitial oxygen concentration taken into the silicon single crystal can be made more uniform.

以上のように、本発明によれば、BMDが均一に形成され、均一なゲッタリング能力を有し得るシリコン単結晶を製造することができる。そして、CPUメモリーや撮像素子などの半導体デバイス又は太陽電池の電気的な特性を阻害しないシリコン単結晶ウエーハを製造でき、安定的に供給することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture a silicon single crystal in which BMDs are uniformly formed and can have uniform gettering ability. Then, a silicon single crystal wafer that does not hinder the electrical characteristics of a semiconductor device such as a CPU memory or an image sensor or a solar cell can be manufactured and can be supplied stably.

本発明のシリコン単結晶製造装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the silicon single crystal manufacturing apparatus of this invention. 熱遮蔽板の一部を示す概略図である。It is the schematic which shows a part of heat shielding board. 原料融液面の温度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the temperature distribution of a raw material melt surface.

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1は、本発明のシリコン単結晶製造装置の一例である。
シリコン単結晶製造装置1のメインチャンバー2内には、溶融された原料融液3を収容するためのルツボ4(石英ルツボ5と、該石英ルツボ5を支持する黒鉛ルツボ6)が設けられている。また、該メインチャンバー2上に連設された引上げチャンバー7の上部には、育成されたシリコン単結晶を引上げる引上げ機構(図示せず)が設けられている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
FIG. 1 is an example of a silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention.
A crucible 4 (a quartz crucible 5 and a graphite crucible 6 that supports the quartz crucible 5) is provided in the main chamber 2 of the silicon single crystal manufacturing apparatus 1 to accommodate the melted raw material melt 3. . A pulling mechanism (not shown) for pulling up the grown silicon single crystal is provided above the pulling chamber 7 connected to the main chamber 2.

引上げチャンバー7の上部に取り付けられた引上げ機構からは引上げワイヤ8が巻き出されており、その先端には、種ホルダに支持された種結晶9が取り付けられており、その種結晶9を原料融液3に浸漬し、引上げワイヤ8を引上げ機構によって巻き取ることで種結晶9の下方にシリコン単結晶10を形成する。   A pulling wire 8 is unwound from a pulling mechanism attached to the upper part of the pulling chamber 7, and a seed crystal 9 supported by a seed holder is attached to the tip of the pulling wire 8. A silicon single crystal 10 is formed below the seed crystal 9 by dipping in the liquid 3 and winding the pulling wire 8 by a pulling mechanism.

なお、ルツボ4は、シリコン単結晶製造装置1の下部に取り付けられた回転駆動機構(図示せず)によって回転昇降自在なペデスタルと呼ばれる支持軸11の上に受け皿を介して支持されている。   The crucible 4 is supported via a tray on a support shaft 11 called a pedestal that can be rotated up and down by a rotation drive mechanism (not shown) attached to the lower part of the silicon single crystal manufacturing apparatus 1.

また、ルツボ4の周囲に配設された加熱ヒーター12の外側や上方には、周辺部断熱部材13が設けられている。一方、ルツボ4の下方には、下部断熱板14が設けられている。
また、チャンバー2、7には、ガス導入口15、ガス流出口16が設けられており、チャンバー2、7内部にアルゴンガス等を導入し、排出できるようになっている。
A peripheral heat insulating member 13 is provided outside and above the heater 12 disposed around the crucible 4. On the other hand, a lower heat insulating plate 14 is provided below the crucible 4.
The chambers 2 and 7 are provided with a gas inlet 15 and a gas outlet 16 so that argon gas or the like can be introduced into the chambers 2 and 7 and discharged.

そして、円筒形状のガス整流筒17が引上げ中のシリコン単結晶10を囲繞するように原料融液3の表面(原料融液面3’)の上方に配設されている。ガス整流筒17は例えば黒鉛材からなるものとすることができる。またガス整流筒17は、メインチャンバー2の天井部、あるいはメインチャンバー2の上部や引上げチャンバー7内に設けられた冷却筒18から原料融液面3’に向かって延伸するように設けられている。
さらに、ガス整流筒17の原料融液面側にはリング状の熱遮蔽板19が設けられている。
A cylindrical gas rectifying cylinder 17 is disposed above the surface of the raw material melt 3 (raw material melt surface 3 ′) so as to surround the silicon single crystal 10 being pulled up. The gas rectifying cylinder 17 can be made of, for example, a graphite material. The gas rectifying cylinder 17 is provided so as to extend from the cooling cylinder 18 provided in the ceiling portion of the main chamber 2 or the upper portion of the main chamber 2 or in the pulling chamber 7 toward the raw material melt surface 3 ′. .
Further, a ring-shaped heat shielding plate 19 is provided on the raw material melt surface side of the gas flow straightening cylinder 17.

なお、ガス整流筒17の下端(熱遮蔽板19)から原料融液面3’までの距離を調整したり、加熱ヒーター12の上下方向への駆動により発熱中心を移動することが可能な構造となっている。
メインチャンバー2内におけるホットゾーンの最適構造や原料融液面3’、加熱ヒーター12の発熱中心の位置関係などの最適条件は、熱数値解析シュミレーションソフトFEMAGの計算により算出して設定することができる。
In addition, it is possible to adjust the distance from the lower end (heat shielding plate 19) of the gas flow straightening cylinder 17 to the raw material melt surface 3 ′, or to move the heating center by driving the heater 12 in the vertical direction. It has become.
Optimal conditions such as the optimum structure of the hot zone in the main chamber 2 and the positional relationship between the raw material melt surface 3 ′ and the heat generation center of the heater 12 can be calculated and set by calculation of the thermal numerical analysis simulation software FEMAG. .

ここで熱遮蔽板19についてさらに詳述する。
図2に熱遮蔽板19の一部を示す。図2に示すように、ガス整流筒17の先端に、ガス整流筒17の内側(囲繞するシリコン単結晶10側)および外側(石英ルツボ5側)に突き出るように取り付けられている。そして熱遮蔽板19の底面20は、熱遮蔽板19の径方向に沿って上方に向かって傾斜しており、特には2段階の傾斜面を有している。囲繞するシリコン単結晶10側に位置する内周面(内周傾斜面21)と、その外側に位置する石英ルツボ5側の外周面(外周傾斜面22)とに分かれている。
Here, the heat shield plate 19 will be further described in detail.
FIG. 2 shows a part of the heat shielding plate 19. As shown in FIG. 2, the gas rectifying cylinder 17 is attached to the tip of the gas rectifying cylinder 17 so as to protrude to the inside (the surrounding silicon single crystal 10 side) and the outside (the quartz crucible 5 side). The bottom surface 20 of the heat shielding plate 19 is inclined upward along the radial direction of the heat shielding plate 19, and particularly has a two-step inclined surface. It is divided into an inner peripheral surface (inner peripheral inclined surface 21) located on the side of the surrounding silicon single crystal 10 and an outer peripheral surface (outer peripheral inclined surface 22) on the quartz crucible 5 side located outside.

内周傾斜面21の傾斜角αは、水平方向に対し0°以上30°以下である。一方、外側傾斜面の傾斜角βは、水平方向に対し5°より大きく40°以下である。また、傾斜角αよりも傾斜角βの方が大きくなっている(傾斜角α<傾斜角β)。
傾斜角αはシリコン単結晶から至近領域の部位にあたる領域の傾斜角であるため、加熱ヒーターからシリコン単結晶に輻射熱が過剰に照射しないよう、傾斜角αの許容範囲を傾斜角βの許容範囲より小さく設計している。
The inclination angle α of the inner peripheral inclined surface 21 is 0 ° or more and 30 ° or less with respect to the horizontal direction. On the other hand, the inclination angle β of the outer inclined surface is larger than 5 ° and not larger than 40 ° with respect to the horizontal direction. Further, the inclination angle β is larger than the inclination angle α (inclination angle α <inclination angle β).
Since the inclination angle α is an inclination angle of a region corresponding to a region close to the silicon single crystal, the allowable range of the inclination angle α is larger than the allowable range of the inclination angle β so that the radiant heat is not excessively irradiated from the heater to the silicon single crystal. Designed small.

なお、内周傾斜面21と外周傾斜面22との境界位置は特に限定されず、各々の面の実際の傾斜角等に応じて、シミュレーション等を用いて最適条件になるよう適宜決定することができる。例えば内周傾斜面21は、内径がシリコン単結晶直径の1.1倍以上、外径がシリコン単結晶直径の2倍以下となるようにし、外周傾斜面22は、内径が石英ルツボ内径の0.6倍以上、外径が石英ルツボ内径の0.95倍以下となるように熱遮蔽板19を設計することができる。   In addition, the boundary position between the inner peripheral inclined surface 21 and the outer peripheral inclined surface 22 is not particularly limited, and may be appropriately determined using simulation or the like according to the actual inclination angle or the like of each surface. it can. For example, the inner peripheral inclined surface 21 has an inner diameter of 1.1 times or more of the silicon single crystal diameter and an outer diameter of not more than twice the silicon single crystal diameter, and the outer peripheral inclined surface 22 has an inner diameter of 0 of the quartz crucible inner diameter. The heat shielding plate 19 can be designed so that the outer diameter is not less than 6 times and not more than 0.95 times the inner diameter of the quartz crucible.

このような熱遮蔽板19が配設されているものであれば、シリコン単結晶10を引上げ中、原料融液面の温度勾配の制御を効果的に行うことができ、原料融液の温度ムラをより簡便に抑制することができる。特には、原料融液面の温度分布を所定の温度範囲(例えば、最高温度がシリコンの融点よりも10℃〜55℃)に制御することができる。
したがって、格子間酸素、空孔、格子間シリコン等を固液界面において面内均一に導入しながらシリコン単結晶を引上げることができる。そしてこのようなシリコン単結晶から切り出したウエーハは、デバイスプロセスなど熱処理を施した際にBMDを面内均一に形成することができ、面内均一なゲッタリング能力を備えることができる。撮像素子などにおいては、従来生じていた画像ムラの発生を抑制することもできる。
このように、CPUメモリーや撮像素子などの半導体デバイス又は太陽電池の電気的特性を阻害しない優れたシリコン単結晶ウエーハを得ることが可能になる。
If such a heat shielding plate 19 is provided, the temperature gradient of the raw material melt surface can be effectively controlled while pulling up the silicon single crystal 10, and the temperature unevenness of the raw material melt can be controlled. Can be more easily suppressed. In particular, the temperature distribution on the surface of the raw material melt can be controlled within a predetermined temperature range (for example, the maximum temperature is 10 ° C. to 55 ° C. higher than the melting point of silicon).
Therefore, the silicon single crystal can be pulled up while introducing interstitial oxygen, vacancies, interstitial silicon and the like uniformly in the plane at the solid-liquid interface. A wafer cut out from such a silicon single crystal can form BMD uniformly in a plane when heat treatment such as a device process is performed, and can have a uniform gettering ability. In an image sensor or the like, it is possible to suppress the occurrence of image unevenness that has conventionally occurred.
As described above, it is possible to obtain an excellent silicon single crystal wafer that does not hinder the electrical characteristics of a semiconductor device such as a CPU memory or an image sensor or a solar cell.

また、下部断熱板14により原料融液面や原料融液内部の温度勾配を小さくすることができる。そして、その肉厚は特に限定されないが、特には50mm以上とするのが好ましい。50mm以上の肉厚のものを用いることで、より一層効果的に、原料融液面や原料融液内部の温度勾配を小さくすることができる。特には、前述したような原料融液面の温度範囲に制御できたり、原料融液内部の温度分布を所定の温度範囲(例えば、最高温度がシリコンの融点よりも40℃〜115℃)に制御することができる。なお、上限としては200mmもあれば十分である。
このようなものであれば、格子間酸素等をシリコン単結晶の固液界面において面内均一に導入することができ、ひいてはBMD密度、さらにはゲッタリング能力の面内分布が均一なシリコン単結晶ウエーハを得ることができる。
Moreover, the temperature gradient inside the raw material melt surface or the raw material melt can be reduced by the lower heat insulating plate 14. The thickness is not particularly limited, but is particularly preferably 50 mm or more. By using a material having a thickness of 50 mm or more, the temperature gradient inside the raw material melt surface or inside the raw material melt can be reduced more effectively. In particular, the temperature range of the raw material melt surface as described above can be controlled, and the temperature distribution inside the raw material melt can be controlled within a predetermined temperature range (for example, the maximum temperature is 40 ° C. to 115 ° C. higher than the melting point of silicon). can do. An upper limit of 200 mm is sufficient.
If this is the case, interstitial oxygen or the like can be introduced uniformly in the plane at the solid-liquid interface of the silicon single crystal, and as a result, the BMD density and further the silicon single crystal having a uniform in-plane distribution of gettering ability. You can get a wafer.

なお、メインチャンバー2の水平方向の外側に磁場印加装置23をさらに設置することができ、それによって、原料融液3に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加して原料融液の対流を抑制し、シリコン単結晶の安定成長をはかる、いわゆるMCZ(Magnetic field applied Czochralski)法によるシリコン単結晶製造装置とすることもできる。   In addition, a magnetic field application device 23 can be further installed outside the main chamber 2 in the horizontal direction, thereby suppressing the convection of the raw material melt by applying a magnetic field in the horizontal direction or the vertical direction to the raw material melt 3. In addition, a silicon single crystal manufacturing apparatus using a so-called MCZ (Magnetic Field Applied Czochralski) method for achieving stable growth of a silicon single crystal can be used.

次に、本発明のシリコン単結晶製造方法について説明する。
本発明の製造方法では、図1に示すような、熱遮蔽板19や下部断熱板14を備えたシリコン単結晶製造装置1を用いる。まず、シリコン単結晶製造装置1の石英ルツボ5内に多結晶原料を投入して充填する。この時シリコン単結晶の抵抗率を決定するリン、ホウ素、砒素、アンチモン、ガリウム、ゲルマニウム、アルミニウムなど所望の抵抗率制御用のドーパントも添加する。抵抗率制御用のドーパント以外に用途に応じて窒素や炭素をドープする場合もある。
真空ポンプを稼動させてガス流出口16から排気しながら、ガス導入口15からArガスを流入し、装置内部をAr雰囲気に置換する。そして、加熱ヒーター12で原料を加熱溶融して原料融液3を得る。
次に、該原料融液3に種結晶9を浸漬した後引上げ、CZ法により、棒状のシリコン単結晶10を引上げて製造する。
Next, the silicon single crystal manufacturing method of the present invention will be described.
In the manufacturing method of the present invention, a silicon single crystal manufacturing apparatus 1 having a heat shielding plate 19 and a lower heat insulating plate 14 as shown in FIG. 1 is used. First, the polycrystalline raw material is charged into the quartz crucible 5 of the silicon single crystal manufacturing apparatus 1 and filled. At this time, a desired resistivity controlling dopant such as phosphorus, boron, arsenic, antimony, gallium, germanium, and aluminum, which determines the resistivity of the silicon single crystal, is also added. In addition to the dopant for controlling the resistivity, nitrogen or carbon may be doped depending on the application.
While evacuating from the gas outlet 16 by operating the vacuum pump, Ar gas is introduced from the gas inlet 15 to replace the inside of the apparatus with Ar atmosphere. Then, the raw material melt 3 is obtained by heating and melting the raw material with the heater 12.
Next, the seed crystal 9 is immersed in the raw material melt 3 and then pulled, and the rod-shaped silicon single crystal 10 is pulled and manufactured by the CZ method.

ここで、このシリコン単結晶10の引上げを原料融液面3’や原料融液3の内部の温度を制御しつつ行う。
このシリコン単結晶引上げ中の原料融液面3’の温度制御としては、例えば、その最高温度をシリコンの融点よりも10℃〜55℃の範囲で高温になるよう制御することができる。シリコンの融点よりも55℃以下の範囲で高温に制御すれば、シリコン単結晶中に取り込まれる格子間酸素濃度の面内分布を著しく均一に近づけることができる。一方、シリコンの融点よりも10℃以上高温に制御すれば、原料融液の冷却により固化が生じるのを防ぐことができる。
Here, the pulling of the silicon single crystal 10 is performed while controlling the temperature of the raw material melt surface 3 ′ and the raw material melt 3.
As temperature control of the raw material melt surface 3 ′ during pulling of the silicon single crystal, for example, the maximum temperature can be controlled to be higher in the range of 10 ° C. to 55 ° C. than the melting point of silicon. If the temperature is controlled to be 55 ° C. or lower than the melting point of silicon, the in-plane distribution of the interstitial oxygen concentration taken into the silicon single crystal can be made extremely uniform. On the other hand, if the temperature is controlled to be higher by 10 ° C. or higher than the melting point of silicon, it is possible to prevent solidification due to cooling of the raw material melt.

また、シリコン単結晶引上げ中の原料融液3の内部の温度制御としては、例えば、その最高温度をシリコンの融点よりも40℃〜115℃の範囲で高温になるよう制御することができる。このような温度範囲に制御することで、より一層、原料融液内部の温度ムラを抑制することができ、シリコン単結晶中に導入される格子間酸素等の面内分布の均一化を図ることができる。   Moreover, as temperature control inside the raw material melt 3 during the pulling of the silicon single crystal, for example, the maximum temperature can be controlled to be higher in the range of 40 ° C. to 115 ° C. than the melting point of silicon. By controlling to such a temperature range, temperature unevenness inside the raw material melt can be further suppressed, and the in-plane distribution of interstitial oxygen introduced into the silicon single crystal can be made uniform. Can do.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
本発明のシリコン単結晶製造装置を用いてCZシリコン単結晶を製造した後、ウエーハ状に切り出し、該シリコン単結晶ウエーハについて面内の初期酸素濃度分布を調査した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
Example 1
After the CZ silicon single crystal was manufactured using the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention, it was cut into a wafer shape, and the in-plane initial oxygen concentration distribution of the silicon single crystal wafer was investigated.

まず、図1のシリコン単結晶製造装置を用意した。なお、メインチャンバーの上部に設置された冷却筒から延びるガス整流筒の先端に設置された熱遮蔽板の内周傾斜面の傾斜角αが25°で、外周傾斜面の傾斜角βが35°のものを用いた。更に黒鉛ルツボより下方には肉厚が40mmの下部断熱板を装着してある。   First, the silicon single crystal manufacturing apparatus of FIG. 1 was prepared. In addition, the inclination angle α of the inner peripheral inclined surface of the heat shield plate installed at the tip of the gas flow straightening cylinder extending from the cooling cylinder installed on the upper part of the main chamber is 25 °, and the inclination angle β of the outer peripheral inclined surface is 35 °. The thing of was used. Further, a lower heat insulating plate having a thickness of 40 mm is mounted below the graphite crucible.

このようなシリコン単結晶製造装置のメインチャンバー内に設置された口径32インチ(800mm)の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料360kgを石英ルツボ内に充填した。さらに抵抗調整用のボロンドーパントも充填し、加熱ヒーターを用いて加熱し原料を溶融した。
そして、MCZ法を用い、中心磁場強度3000ガウスの水平磁場を印加しながら、直径300mm、直胴長さ140cmのP型シリコン単結晶を育成した。
In a quartz crucible having a diameter of 32 inches (800 mm) installed in the main chamber of such a silicon single crystal manufacturing apparatus, 360 kg of silicon polycrystalline material was filled in the quartz crucible. Further, boron dopant for adjusting the resistance was filled and heated using a heater to melt the raw material.
Then, using the MCZ method, a P-type silicon single crystal having a diameter of 300 mm and a straight body length of 140 cm was grown while applying a horizontal magnetic field having a central magnetic field strength of 3000 gauss.

なお、原料融液内部の最高温度とシリコンの融点との温度差(ΔT)が93℃であった。
また石英ルツボ内の原料融液面の最高温度とシリコンの融点との温度差(ΔT)が52℃であった。このときの石英ルツボの径方向における原料融液面の温度分布のイメージを図3に示す。縦軸が原料融液面の温度であり、横軸が融点(シリコン単結晶)からの、ルツボ径方向における距離である。
The temperature difference (ΔT 1 ) between the maximum temperature inside the raw material melt and the melting point of silicon was 93 ° C.
The temperature difference (ΔT 2 ) between the maximum temperature of the raw material melt surface in the quartz crucible and the melting point of silicon was 52 ° C. The image of the temperature distribution of the raw material melt surface in the radial direction of the quartz crucible at this time is shown in FIG. The vertical axis is the temperature of the raw material melt surface, and the horizontal axis is the distance in the crucible radial direction from the melting point (silicon single crystal).

また、これら原料融液内部の温度については直接の計測が困難ではあるものの、FEMAG(文献:F.Dupret, P.Nicodeme, Y.Ryckmans, P.Wouters, and M.J.Crochet, Int.J.Heat Mass Transfer, 33 1849(1990))のようなソフトウェアによるシミュレーション解析による予測が可能である。また、原料融液面についてはFEMAGによる予測または放射温度計による計測が可能である。   Moreover, although it is difficult to directly measure the temperature inside these raw material melts, FEMAG (documents: F. Dupret, P. Nicodeme, Y. Ryckmans, P. Waterers, and MJ Crochet, Int. J And prediction by simulation analysis by software such as Heat Mass Transfer, 33 1849 (1990). Further, the raw material melt surface can be predicted by FEMAG or measured by a radiation thermometer.

引き上げたシリコン単結晶からスライスしたウエーハを鏡面加工し、ウエーハを赤外分光器に顕微鏡を付けた顕微FT−IRによって、ウエーハ試料の径方向に2mmステップで走査させ、1107cm−1格子間酸素とシリコンのSi−Oピークを使用して格子間酸素を測定した。その際、顕微FT−IRの空間分解能を100μm×100μmとし、酸素濃度の測定ばらつきを0.01ppma(1979年ASTM基準)以下に抑えることを可能にし、測定に供した。 A wafer sliced from the pulled silicon single crystal is mirror-finished, and the wafer is scanned in a 2 mm step in the radial direction of the wafer sample by a microscopic FT-IR with a microscope attached to an infrared spectrometer, and 1107 cm −1 interstitial oxygen and Interstitial oxygen was measured using the Si-O peak of silicon. At that time, the spatial resolution of the microscopic FT-IR was set to 100 μm × 100 μm, and the measurement variation of the oxygen concentration could be suppressed to 0.01 ppma (1979 ASTM standard) or less, which was used for measurement.

上記のように、ウエーハ径方向の最外周から、0.5mmから2mmの測定間隔(ここでは2mm間隔)でFT−IRスキャン測定を行う。このようにして測定したウエーハ径方向における複数の測定点から選んだ2つの測定点を両端とする区間(区間サイズ(Δx))を設定する。ここではΔxを6mmとした。より具体的には、ウエーハ径方向において端から1番目と3番目を両端とする第1の測定区間を設定し、以降、これを繰り返し、ウエーハの径方向の他端に達するまで区間を設定し続けた。
そして、上記のようにして設定した区間ごとに、区間の起点の酸素濃度[Oi][ppma]と終点の酸素濃度[Oi][ppma]との差Δ[Oi]を区間サイズΔx[mm]で割った酸素濃度勾配Δ[Oi]/Δx[ppma/mm]の絶対値を算出する。この酸素濃度勾配の平均値、すなわち全ての上記算出値の平均値を初期酸素変動の代表値として、ウエーハ面内酸素濃度の均一性を評価した。
なお、この平均値であるが、数値が小さいほど結果が良好であることを意味する。
As described above, FT-IR scan measurement is performed from the outermost circumference in the wafer radial direction at a measurement interval of 0.5 mm to 2 mm (here, an interval of 2 mm). A section (section size (Δx)) having two measurement points selected from a plurality of measurement points in the wafer radial direction thus measured is set. Here, Δx was 6 mm. More specifically, the first measurement section having both the first and third ends from the end in the wafer radial direction is set, and thereafter, this is repeated until the other end in the wafer radial direction is reached. Continued.
Then, for each section set as described above, the oxygen concentration of the starting point of the interval [Oi] 0 [ppma] and the oxygen concentration of the end point [Oi] 1 [ppma] difference delta [Oi] The interval size Δx and [ The absolute value of the oxygen concentration gradient Δ [Oi] / Δx [ppma / mm] divided by mm] is calculated. The average value of this oxygen concentration gradient, that is, the average value of all the above calculated values was used as a representative value of the initial oxygen fluctuation, and the uniformity of the oxygen concentration in the wafer surface was evaluated.
In addition, although it is this average value, it means that a result is so favorable that a numerical value is small.

そして、実際に引上げたシリコン単結晶からスライスしたウエーハの酸素濃度勾配の平均値は0.022[ppma/mm]であった。
またそのウエーハによるデバイスプロセス後の撮像素子デバイスには画像ムラはなかった。これは、シリコン単結晶中に酸素が面内均一に導入され、素子形成の際のプロセスによる酸素析出物の密度の面内分布が均一であるためと考えられる。
The average value of the oxygen concentration gradient of the wafer sliced from the actually pulled silicon single crystal was 0.022 [ppma / mm].
Moreover, there was no image unevenness in the image sensor device after the device process by the wafer. This is presumably because oxygen is uniformly introduced into the silicon single crystal in the plane, and the density distribution of oxygen precipitates by the process at the time of element formation is uniform.

(実施例2)
熱遮蔽板における傾斜角αが25°、傾斜角βが35°であり、肉厚が60mmの下部断熱板を装着する以外は実施例1と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
(Example 2)
A silicon single crystal is pulled up and manufactured in the same manner as in Example 1 except that a lower heat insulating plate having an inclination angle α of 25 °, an inclination angle β of 35 °, and a wall thickness of 60 mm is mounted. Then, the average value of the oxygen concentration gradient was measured.

ΔTおよびΔTの値であるが、其々、76℃、44℃であった。
また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、0.010[ppma/mm]であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには画像ムラはなかった。
The values of ΔT 1 and ΔT 2 were 76 ° C. and 44 ° C., respectively.
Moreover, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.010 [ppma / mm]. Further, there was no image unevenness in the image sensor device after the process by the wafer.

(実施例3)
熱遮蔽板における傾斜角αが0°、傾斜角βが7°である以外は実施例1と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
(Example 3)
A silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle α of the heat shield plate was 0 ° and the inclination angle β was 7 °, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured in the same manner.

ΔTおよびΔTの値であるが、其々、114℃、54℃であった。
また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、0.038[ppma/mm]であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには画像ムラはなかった。
The values of ΔT 1 and ΔT 2 were 114 ° C. and 54 ° C., respectively.
Moreover, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.038 [ppma / mm]. Further, there was no image unevenness in the image sensor device after the process by the wafer.

(実施例4)
熱遮蔽板における傾斜角αが30°、傾斜角βが40°である以外は実施例1と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
Example 4
A silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle α of the heat shield plate was 30 ° and the inclination angle β was 40 °, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured in the same manner.

ΔTおよびΔTの値は、其々、112℃、50℃であった。
また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、0.027[ppma/mm]であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには画像ムラはなかった。
The values of ΔT 1 and ΔT 2 were 112 ° C. and 50 ° C., respectively.
Further, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.027 [ppma / mm]. Further, there was no image unevenness in the image sensor device after the process by the wafer.

(比較例1)
従来のシリコン単結晶製造装置を用意した。この装置は、図1のシリコン単結晶製造装置とは熱遮蔽板が異なっている。
そして、実施例1と同様の手順でシリコン単結晶を引上げて製造し、酸素濃度勾配の平均値を測定した。
なお、熱遮蔽板は、傾斜角αが35°、傾斜角βが45°のものを用いた。
(Comparative Example 1)
A conventional silicon single crystal manufacturing apparatus was prepared. This apparatus is different from the silicon single crystal manufacturing apparatus of FIG.
And the silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same procedure as in Example 1, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured.
In addition, the heat shielding board used the thing whose inclination | tilt angle (alpha) is 35 degrees and inclination-angle (beta) 45 degrees.

ΔTおよびΔTの値は、其々、120℃、48℃であった。
また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、0.045[ppma/mm]であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには強い画像ムラが確認された。これは、シリコン単結晶中に酸素が面内不均一に導入され、素子形成の際のプロセスによる酸素析出物の密度の面内分布が不均一であるためと考えられる。
The values of ΔT 1 and ΔT 2 were 120 ° C. and 48 ° C., respectively.
Further, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.045 [ppma / mm]. Further, strong image unevenness was confirmed in the image sensor device after the process by the wafer. This is presumably because oxygen is introduced into the silicon single crystal non-uniformly in the plane, and the density distribution of oxygen precipitates due to the process during element formation is non-uniform.

(比較例2)
熱遮蔽板における傾斜角αが−5°、傾斜角βが−5°である以外は比較例1と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
(Comparative Example 2)
The silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the inclination angle α of the heat shield plate was −5 ° and the inclination angle β was −5 °, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured in the same manner. did.

ΔTおよびΔTの値は、其々、122℃、62℃であった。
また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、0.055[ppma/mm]であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには強い画像ムラが確認された。
The values of ΔT 1 and ΔT 2 were 122 ° C. and 62 ° C., respectively.
Further, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.055 [ppma / mm]. Further, strong image unevenness was confirmed in the image sensor device after the process by the wafer.

(比較例3)
熱遮蔽板における傾斜角αが25°、傾斜角βが50°である以外は比較例1と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
(Comparative Example 3)
A silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the inclination angle α of the heat shield plate was 25 ° and the inclination angle β was 50 °, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured in the same manner.

ΔTおよびΔTの値は、其々、124℃、45℃であった。
また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、0.034[ppma/mm]であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには強い画像ムラが確認された。
The values of ΔT 1 and ΔT 2 were 124 ° C. and 45 ° C., respectively.
Moreover, it was 0.034 [ppma / mm] when the average value of the oxygen concentration gradient was measured. Further, strong image unevenness was confirmed in the image sensor device after the process by the wafer.

(比較例4)
熱遮蔽板における傾斜角αが30°、傾斜角βが7°である以外は比較例1と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
(Comparative Example 4)
A silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the inclination angle α of the heat shield plate was 30 ° and the inclination angle β was 7 °, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured in the same manner.

ΔTおよびΔTの値は、其々、127℃、57℃であった。
また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、0.049[ppma/mm]であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには強い画像ムラが確認された。
The values of ΔT 1 and ΔT 2 were 127 ° C. and 57 ° C., respectively.
Further, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.049 [ppma / mm]. Further, strong image unevenness was confirmed in the image sensor device after the process by the wafer.

以上の実施例1−4、比較例1−4における傾斜角α、β、下部断熱板の肉厚、ΔT、ΔT、酸素濃度勾配の平均値、撮像素子の画像ムラの有無について表1にまとめた。 Table 1 shows the inclination angles α and β, the thickness of the lower heat insulating plate, ΔT 1 , ΔT 2 , the average value of the oxygen concentration gradient, and the presence or absence of image unevenness in the image sensor in Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4. It was summarized in.

Figure 0006107308
Figure 0006107308

表1に示すように、本発明の製造装置や製造方法を用いれば、原料融液の温度ムラを容易に防ぐことができ、半導体デバイス又は太陽電池の電気的な特性を阻害しないシリコン単結晶ウエーハを製造でき、安定的に供給することができる。そして、得られたシリコンウエーハを用いれば、種々のデバイスプロセスにおいて、BMDが均一に形成され、デバイスの電気特性が優れた高品質のシリコン単結晶ウエーハの供給が可能である。   As shown in Table 1, if the manufacturing apparatus and manufacturing method of the present invention are used, the temperature unevenness of the raw material melt can be easily prevented, and the silicon single crystal wafer that does not hinder the electrical characteristics of the semiconductor device or solar cell Can be manufactured and can be supplied stably. By using the obtained silicon wafer, it is possible to supply a high-quality silicon single crystal wafer in which BMD is uniformly formed in various device processes and the electrical characteristics of the device are excellent.

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 substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

1…シリコン単結晶製造装置、 2…メインチャンバー、 3…原料融液、
3’…原料融液面、 4…ルツボ、 5…石英ルツボ、 6…黒鉛ルツボ、
7…引上げチャンバー、 8…引上げワイヤ、 9…種結晶、
10…シリコン単結晶、 11…支持軸、 12…加熱ヒーター、
13…周辺部断熱部材、 14…下部断熱板、 15…ガス導入口、
16…ガス流出口、 17…ガス整流筒、 18…冷却筒、 19…熱遮蔽板、
20…底面、 21…内周傾斜面、 22…外周傾斜面、 23…磁場印加装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon single crystal manufacturing apparatus, 2 ... Main chamber, 3 ... Raw material melt,
3 '... Raw material melt surface, 4 ... Crucible, 5 ... Quartz crucible, 6 ... Graphite crucible,
7 ... Pulling chamber, 8 ... Pulling wire, 9 ... Seed crystal,
10 ... Silicon single crystal, 11 ... Support shaft, 12 ... Heating heater,
13 ... Peripheral heat insulating member, 14 ... Lower heat insulating plate, 15 ... Gas inlet,
16 ... Gas outlet, 17 ... Gas rectifier cylinder, 18 ... Cooling cylinder, 19 ... Heat shield plate,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Bottom surface, 21 ... Inner peripheral inclined surface, 22 ... Outer peripheral inclined surface, 23 ... Magnetic field application apparatus.

Claims (3)

原料融液を収容する石英ルツボと、該石英ルツボを格納するメインチャンバーとを具備するシリコン単結晶製造装置を用いて、チョクラルスキー法によって前記原料融液からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶製造方法であって、
前記シリコン単結晶製造装置として、
前記メインチャンバーに導入されるガスの流れを整えるための円筒形状のガス整流筒が、前記メインチャンバーの天井部または該メインチャンバー上に連設された引上げチャンバー内に設けられた冷却筒から原料融液面に向かって延伸し、前記引上げるシリコン単結晶を囲繞するように原料融液面の上方に配設されており、該ガス整流筒の原料融液面側にはリング状の熱遮蔽板が配設されており、
該リング状の熱遮蔽板は、径方向に沿って内周側から外周側へいくほど上方に向かって傾斜する底面を有しており、該底面は、前記囲繞するシリコン単結晶側の内周傾斜面と、該内周傾斜面よりも外側に位置する外周傾斜面とを有しており、
前記内周傾斜面の傾斜角αは水平方向に対し0°以上30°以下(0°を除く)であり、前記外周傾斜面の傾斜角βは水平方向に対し5°より大きく40°以下であり、かつ傾斜角α<傾斜角βであり、
前記石英ルツボの下方にはさらに下部断熱板が配設されているものを用い、
前記原料融液面の最高温度をシリコンの融点よりも10℃〜55℃の範囲で高温になるよう制御しつつ、前記シリコン単結晶を引上げることを特徴とするシリコン単結晶製造方法。
A quartz crucible for accommodating a raw material melt, a silicon single crystal manufacturing apparatus comprising a main chamber for storing a quartz crucible, pulling a silicon single crystal and a silicon single crystal from the material melt by the Czochralski method A manufacturing method comprising:
As the silicon single crystal manufacturing apparatus,
A cylindrical gas rectifying cylinder for regulating the flow of gas introduced into the main chamber is fed from a cooling cylinder provided in a ceiling portion of the main chamber or a pulling chamber connected to the main chamber. A ring-shaped heat shielding plate is disposed above the raw material melt surface so as to extend toward the liquid surface and surround the silicon single crystal to be pulled up. Is arranged,
The ring-shaped heat shielding plate has a bottom surface that is inclined upward as it goes from the inner circumferential side to the outer circumferential side along the radial direction, and the bottom surface is an inner circumferential side on the surrounding silicon single crystal side. An inclined surface, and an outer peripheral inclined surface located outside the inner peripheral inclined surface,
The inclination angle α of the inner peripheral inclined surface is 0 ° to 30 ° (excluding 0 °) with respect to the horizontal direction, and the inclination angle β of the outer peripheral inclined surface is greater than 5 ° and not more than 40 ° with respect to the horizontal direction. And the inclination angle α <the inclination angle β,
Under the quartz crucible, a lower heat insulating plate is further used,
A method for producing a silicon single crystal, comprising pulling up the silicon single crystal while controlling the maximum temperature of the raw material melt surface to be higher in the range of 10 to 55 ° C. than the melting point of silicon.
前記下部断熱板は肉厚が50mm以上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製造方法。 The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the lower heat insulating plate has a thickness of 50 mm or more . 前記原料融液の内部の最高温度をシリコンの融点よりも40℃〜115℃の範囲で高温になるよう制御しつつ、前記シリコン単結晶を引上げることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシリコン単結晶製造方法。 While the maximum temperature of the interior of the raw material melt and controlled to a high temperature in the range of 40 ° C. to 115 ° C. than the melting point of silicon, according to claim 1 or claim 2, wherein the pulling of the silicon single crystal A method for producing a silicon single crystal according to 1.
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