JP6414161B2 - Method and apparatus for producing silicon single crystal - Google Patents

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Description

本発明は、チョクラルスキー法(以下、「CZ法」という)によるシリコン単結晶の製造方法及び装置に関し、特に、結晶欠陥が制御されたシリコン単結晶の製造方法に関するものである。また本発明は、そのような製造方法及び装置によって製造されたシリコン単結晶に関するものである。   The present invention relates to a method and apparatus for producing a silicon single crystal by the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”), and more particularly to a method for producing a silicon single crystal in which crystal defects are controlled. The present invention also relates to a silicon single crystal manufactured by such a manufacturing method and apparatus.

半導体デバイスの基板材料となるシリコン単結晶の多くはCZ法により製造されている。CZ法では石英ルツボ内に収容されたシリコン融液に種結晶を浸漬し、種結晶及び石英ルツボを回転させながら種結晶を徐々に上昇させることにより、種結晶の下端に大きな直径の単結晶を成長させる。CZ法によれば大きな直径のシリコン単結晶インゴットを高い歩留りで製造することが可能である。   Many silicon single crystals used as a substrate material for semiconductor devices are manufactured by the CZ method. In the CZ method, a seed crystal is immersed in a silicon melt contained in a quartz crucible, and the seed crystal is gradually raised while rotating the seed crystal and the quartz crucible, so that a single crystal having a large diameter is formed at the lower end of the seed crystal. Grow. According to the CZ method, it is possible to produce a silicon single crystal ingot having a large diameter with a high yield.

CZ法により製造されるシリコン単結晶に含まれる結晶欠陥の種類や分布は、シリコン単結晶の成長速度(引き上げ速度)Vと、融点から1300℃までの温度域内における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Gとの比V/Gに依存することが知られている。V/Gが大きい場合には空孔が過剰となり、その凝集体であるボイド欠陥が発生する。ボイド欠陥は一般的にCOP(Crystal Originated Particle)と称される結晶欠陥である。一方、V/Gが小さい場合には格子間シリコン原子が過剰となり、その凝集体である転位クラスターが発生する。したがって、COPや転位クラスターを含まない単結晶を製造するためには、V/Gを厳密に制御しなければならない。現在では、結晶引き上げ速度Vを制御することによって、COPや転位クラスターを含まない300mmウェーハ用のシリコン単結晶が量産されている。   The types and distribution of crystal defects contained in the silicon single crystal produced by the CZ method are the growth rate (pulling rate) V of the silicon single crystal and the temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction in the temperature range from the melting point to 1300 ° C. It is known that it depends on the ratio V / G with G. When V / G is large, vacancies become excessive and void defects that are aggregates thereof are generated. A void defect is a crystal defect generally called COP (Crystal Originated Particle). On the other hand, when V / G is small, the interstitial silicon atoms become excessive and dislocation clusters that are aggregates are generated. Therefore, in order to produce a single crystal that does not contain COP or dislocation clusters, V / G must be strictly controlled. At present, by controlling the crystal pulling speed V, silicon single crystals for 300 mm wafers that do not contain COPs or dislocation clusters are mass-produced.

しかしながら、V/Gを制御して引き上げられたシリコン単結晶から切り出されたCOP及び転位クラスターを含まないシリコンウェーハであっても、その全面は必ずしも均質ではなく、熱処理された場合の挙動が異なる複数の領域を含んでいる。例えば、COPが発生する領域と転位クラスターが発生する領域との間には、V/Gが大きいほうから順に、OSF領域、Pv領域、Pi領域の三つの領域が存在する。   However, even a silicon wafer that does not contain COPs and dislocation clusters cut out from a silicon single crystal pulled up by controlling V / G is not necessarily homogeneous on the entire surface, and the behavior when heat-treated is different. Of the area. For example, there are three regions, an OSF region, a Pv region, and a Pi region, in descending order of V / G between a region where COP occurs and a region where dislocation clusters occur.

OSF領域とは、as-grown状態でOSF核を含んでおり、1000〜1200℃の高温下で1〜10時間の熱酸化処理した場合にOSF(Oxidation induced Stacking Fault:酸化誘起積層欠陥)が発生する領域である。Pv領域とは、as-grown状態で酸素析出核を含んでおり、低温及び高温の2段階の熱処理を施した場合に酸素析出物が発生しやすい領域である。Pi領域とは、as-grown状態で酸素析出核をほとんど含んでおらず、熱処理を施しても酸素析出物が発生しにくい領域である。   The OSF region contains OSF nuclei in the as-grown state, and OSF (Oxidation induced Stacking Fault) occurs when thermal oxidation treatment is performed at a high temperature of 1000 to 1200 ° C. for 1 to 10 hours. It is an area to do. The Pv region includes oxygen precipitate nuclei in an as-grown state, and is a region where oxygen precipitates are likely to be generated when a low-temperature and high-temperature heat treatment is performed. The Pi region is a region that hardly contains oxygen precipitation nuclei in an as-grown state and hardly generates oxygen precipitates even after heat treatment.

結晶欠陥が少ないシリコン単結晶を製造する方法として、例えば特許文献1には、シリコン結晶を囲むように設置した冷却部とその上方に加熱部を有する製造装置を用い、結晶凝固温度から結晶温度1300℃までの冷却勾配2℃/mm以上とし、その後結晶温度が1200℃以上凝固温度以下での保持領域が200mm以上となる条件での結晶引き上げを行うことが記載されている。特許文献1に記載のシリコン単結晶の製造方法によれば、COP欠陥又は転位欠陥が著しく少なく、酸化膜耐圧特性、PN接合リーク電流特性などのデバイス特性に優れたCZシリコン単結晶を製造することが可能である。   As a method of manufacturing a silicon single crystal with few crystal defects, for example, Patent Document 1 uses a manufacturing apparatus having a cooling unit installed so as to surround a silicon crystal and a heating unit above it, and from a crystal solidification temperature to a crystal temperature 1300. It is described that the crystal pulling is performed under the condition that the cooling gradient to 2 ° C. is 2 ° C./mm or more and the holding region is 200 mm or more when the crystal temperature is 1200 ° C. or more and the solidification temperature or less. According to the method for manufacturing a silicon single crystal described in Patent Document 1, a CZ silicon single crystal having extremely few COP defects or dislocation defects and excellent device characteristics such as oxide film breakdown voltage characteristics and PN junction leakage current characteristics is manufactured. Is possible.

また特許文献2には、インゴットが成長している間に、インゴットにおける真性点欠陥の凝集が起こる温度T(例えば1050℃)よりも低い温度にインゴットのどの部分も冷却しないようにインゴットの温度を調整することにより、凝集真性点欠陥を実質的に有さない単結晶シリコンインゴットを成長させることが記載されている。この方法では、凝集反応が生じる温度Tより高い温度に単結晶が滞在する時間を十分に与えて、格子間シリコン原子及び空孔を対消滅させるか、あるいは外方拡散させることで、少なくとも定直径部分が凝集真性点欠陥を実質的に有さない単結晶シリコンインゴットを成長させる。 Further, Patent Document 2, while the ingot is grown, any portion temperature of the ingot so as not to cool aggregation occurs temperature T A (eg 1050 ° C.) of the ingot to a temperature lower than the intrinsic point defects in the ingot It is described that a single crystal silicon ingot having substantially no agglomerated intrinsic point defects is grown by adjusting. In this way, giving time to the single crystal stay to a temperature higher than the temperature T A of agglutination results in a sufficiently either by annihilation of interstitial silicon atoms and vacancies, or by causing out-diffuse, at least a constant A single crystal silicon ingot having a diameter portion substantially free from agglomerated intrinsic point defects is grown.

特開平11−43396号公報JP 11-43396 A 特表2003−517412号公報JP-T-2003-517412

最近、450mmウェーハ用のシリコン単結晶の量産化が進められているが、結晶直径がこれまでの主流である300mmから450mmになると、結晶中心部が冷えにくくなり、引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Gが小さくなるため、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内の全面をPv領域又はPi領域にすることができるV/Gの許容幅が非常に狭くなり、結晶引き上げ速度Vの制御が急激に難しくなるという問題がある。   Recently, mass production of silicon single crystals for 450 mm wafers has been promoted. However, when the crystal diameter is increased from 300 mm, which is the mainstream so far, to 450 mm, the center of the crystal is difficult to cool, and the temperature gradient in the crystal in the pulling axis direction. Since G becomes smaller, the allowable width of V / G that can make the entire surface in the cross section of the silicon single crystal perpendicular to the pulling axis direction into the Pv region or the Pi region becomes very narrow, and the crystal pulling speed V can be controlled. There is a problem that it becomes difficult suddenly.

したがって、本発明の目的は、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内の全面をPv領域又はPi領域にすることができる結晶引き上げ速度Vの許容幅(以下、「PvPiマージン」という)を拡大して結晶欠陥がない大口径シリコン単結晶の製造歩留まりを高め、これにより無欠陥シリコンウェーハの生産性を向上させることが可能なシリコン単結晶並びにその製造方法及び装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to set an allowable width of the crystal pulling speed V (hereinafter referred to as “PvPi margin”) that can make the entire surface in the cross section of the silicon single crystal perpendicular to the pulling axis direction into the Pv region or the Pi region. An object of the present invention is to provide a silicon single crystal that can be enlarged to increase the production yield of a large-diameter silicon single crystal free from crystal defects, thereby improving the productivity of a defect-free silicon wafer, and a method and apparatus for producing the same.

上記課題を解決するため、本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、メインヒータで加熱されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げると共に、前記シリコン融液から引き上げられた前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域を第1の冷却速度で冷却する結晶育成工程と、前記シリコン単結晶を前記シリコン融液から切り離した後、前記シリコン単結晶の冷却を促進させる冷却工程とを備え、前記冷却工程では、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域を前記第1の冷却速度よりも速い第2の冷却速度で冷却することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a method for producing a silicon single crystal according to the present invention is a method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method, and pulls up the silicon single crystal from a silicon melt heated by a main heater, A crystal growth step of cooling a temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal pulled up from the silicon melt at a first cooling rate; and after separating the silicon single crystal from the silicon melt, the silicon A cooling step that promotes cooling of the single crystal, wherein in the cooling step, the temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal is cooled at a second cooling rate that is faster than the first cooling rate. Features.

本発明によれば、冷却工程を利用してシリコン単結晶の600±200℃の温度域を急冷することができ、これによりPvPiマージンを広げて無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができ、特に450mm以上の大口径シリコン単結晶の製造において長尺な無欠陥結晶を育成することができる。したがって、無欠陥シリコンウェーハの生産性を向上させることができる。   According to the present invention, a temperature range of 600 ± 200 ° C. of a silicon single crystal can be rapidly cooled using a cooling process, thereby increasing a PvPi margin and increasing a manufacturing yield of defect-free crystals. A long defect-free crystal can be grown in the production of a large-diameter silicon single crystal of 450 mm or more. Therefore, the productivity of defect-free silicon wafers can be improved.

上記のように、特許文献1にはシリコン結晶を囲むように設置した冷却部とその上方に加熱部を有する製造装置が記載されている。しかし、特許文献1において着目する温度域は1200℃以上であり、シリコン結晶の冷却過程における600±200℃の温度域の滞在時間がPvPiマージンに影響を与えるという知見を開示するものではない。また特許文献2は、単結晶が1050℃以上の温度域(凝集反応が生じる温度Tより高い温度)に滞在する時間を十分に与えることを特徴としており、600±200℃の温度域の滞在時間を積極的に短くすることを開示するものではない。 As described above, Patent Document 1 describes a manufacturing unit having a cooling unit installed so as to surround a silicon crystal and a heating unit above the cooling unit. However, the temperature range of interest in Patent Document 1 is 1200 ° C. or higher, and does not disclose the knowledge that the residence time in the temperature range of 600 ± 200 ° C. during the cooling process of the silicon crystal affects the PvPi margin. The Patent Document 2, the single crystal has been characterized sufficiently give it time to stay in the temperature range of not lower than 1050 ° C. (a temperature higher than the temperature T A of agglutination reaction occurs), stay the temperature range of 600 ± 200 ° C. It does not disclose actively reducing the time.

これに対し、本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、PvPiマージンが固液界面近傍の温度勾配以外にも600±200℃の温度域の影響を受けることに着目し、シリコン単結晶の600±200℃の温度域を急冷してPvPiマージンを広げているので、無欠陥結晶の製造歩留まりを高め、これにより無欠陥シリコンウェーハの生産性を向上させることができる。なお、冷却工程直前における800℃以上の結晶領域は、その冷却過程で600±200℃の温度域を必ず通過し、600±200℃の温度域が冷却工程で急冷されるので、本発明の効果が確実に得られる領域であり、製品対象から除外されるものではない。   In contrast, the silicon single crystal manufacturing method according to the present invention pays attention to the fact that the PvPi margin is affected by the temperature range of 600 ± 200 ° C. in addition to the temperature gradient near the solid-liquid interface. Since the PvPi margin is widened by rapidly cooling the temperature range of 200 ° C., the production yield of defect-free crystals can be increased, thereby improving the productivity of defect-free silicon wafers. The crystal region of 800 ° C. or more immediately before the cooling step always passes through a temperature range of 600 ± 200 ° C. during the cooling process, and the temperature range of 600 ± 200 ° C. is rapidly cooled in the cooling step. Is an area that can be reliably obtained and is not excluded from the product scope.

本発明において、前記冷却工程は前記シリコン単結晶の製品取得領域の上端が800℃の温度位置に到達したときに開始されることが好ましい。ここで「製品取得領域」とは、シリコン単結晶インゴット全体の中でシリコンウェーハとして製品化する領域のことを言い、結晶直径が一定であるボディ部全体を対象としてもよく、ボディ部の一部を対象としてもよい。ボディ部の一部を対象とする場合、格子間酸素濃度やドーパント濃度の面内分布などの結晶欠陥以外の条件が所定の基準を満たしている領域を製品取得領域とすることが好ましい。これによれば、シリコン単結晶の引き上げ時において製品取得領域の最上部が800℃以上となった時点で冷却工程に移行することでシリコン単結晶の600±200℃の温度域を急冷させて、酸素析出を抑制することでPvPiセンターマージンを大きくすることができる。   In the present invention, the cooling step is preferably started when the upper end of the silicon single crystal product acquisition region reaches a temperature position of 800 ° C. Here, the “product acquisition area” refers to an area in the entire silicon single crystal ingot that is to be commercialized as a silicon wafer, and may include the entire body part having a constant crystal diameter or a part of the body part. May be targeted. When a part of the body portion is targeted, it is preferable that a region where conditions other than crystal defects such as interstitial oxygen concentration and in-plane distribution of dopant concentration satisfy a predetermined standard is a product acquisition region. According to this, at the time of pulling up the silicon single crystal, when the uppermost part of the product acquisition region becomes 800 ° C. or more, the temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal is rapidly cooled by moving to the cooling step, By suppressing oxygen precipitation, the PvPi center margin can be increased.

本発明において、前記結晶育成工程は、結晶直径が徐々に増加したショルダー部を育成するショルダー部育成工程と、前記ショルダー部の育成後に前記結晶直径が一定に維持されたボディ部を育成するボディ部育成工程とを含み、前記シリコン単結晶の製品取得領域の上端は、前記ボディ部の結晶成長方向の中央よりも結晶トップ側に位置することが好ましく、前記ボディ部の上端近傍に位置することがさらに好ましい。   In the present invention, the crystal growing step includes a shoulder portion growing step for growing a shoulder portion having a gradually increased crystal diameter, and a body portion for growing a body portion in which the crystal diameter is kept constant after the shoulder portion is grown. The upper end of the product acquisition region of the silicon single crystal is preferably located closer to the top of the crystal than the center of the body portion in the crystal growth direction, and is located near the upper end of the body portion. Further preferred.

本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、前記ボディ部育成工程終了直後に前記冷却工程を開始することが好ましい。ボディ部育成工程の終了後にテール部を育成する場合には、結晶直径の減少によりボディ部がシリコン融液からの輻射熱の影響を受けやすくなり、ボディ部育成工程中とは異なる熱履歴となる。またテール部は製品対象外となるため、テール部が長くなるほどボディ部の無欠陥結晶領域が減少し、無欠陥結晶の製造歩留まりが低くなる。しかし、ボディ部育成工程の終了後にテール絞りをすることなく冷却工程を開始した場合には、冷却工程による急冷効果の恩恵を受ける領域を広げることができ、無欠陥結晶の取得領域を拡大することができる。   In the method for producing a silicon single crystal according to the present invention, it is preferable that the cooling step is started immediately after the body part growing step is completed. When the tail part is grown after the body part growing process is finished, the body part is easily affected by the radiant heat from the silicon melt due to the decrease in crystal diameter, resulting in a thermal history different from that during the body part growing process. In addition, since the tail portion is excluded from the product target, the longer the tail portion, the smaller the defect-free crystal region of the body portion, and the lower the production yield of defect-free crystals. However, if the cooling process is started without tailing after the body part growing process, the area that can benefit from the rapid cooling effect of the cooling process can be expanded, and the area for acquiring defect-free crystals can be expanded. Can do.

本発明において、前記結晶育成工程は、前記ボディ部の育成後に前記結晶直径が徐々に減少したテール部を育成するテール部育成工程をさらに含み、前記テール部育成工程終了直後に前記冷却工程を開始することが好ましい。このように、テール部を育成する場合であってもテール部をできるだけ短尺化することにより、冷却工程による急冷効果の恩恵を受ける領域を広げることができ、無欠陥結晶の取得領域を拡大することができる。   In the present invention, the crystal growth step further includes a tail portion growth step for growing a tail portion in which the crystal diameter gradually decreases after the body portion is grown, and the cooling step is started immediately after the tail portion growth step is completed. It is preferable to do. In this way, even when growing the tail part, by shortening the tail part as much as possible, the area that can benefit from the rapid cooling effect by the cooling process can be expanded, and the acquisition area of defect-free crystals can be expanded. Can do.

本発明において、前記ボディ部の直径は450mm以上であることが好ましい。結晶直径が450mm以上になると結晶中心部が冷えにくくなり、引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Gが小さくなるため、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内の全面をPv領域又はPi領域にすることができるV/Gの許容幅が非常に狭くなり、結晶引き上げ速度Vの制御が急激に難しくなる。しかし、本発明によればそのような問題を解決することができ、結晶欠陥がない大口径シリコン単結晶の製造歩留まりを高めることができ、これにより無欠陥シリコンウェーハの生産性を向上させることができる。   In the present invention, the diameter of the body part is preferably 450 mm or more. When the crystal diameter is 450 mm or more, the center of the crystal becomes difficult to cool, and the temperature gradient G in the crystal in the pulling axis direction becomes small. The permissible width of V / G that can be made becomes very narrow, and the control of the crystal pulling speed V becomes abruptly difficult. However, according to the present invention, such a problem can be solved and the production yield of a large-diameter silicon single crystal free from crystal defects can be increased, thereby improving the productivity of defect-free silicon wafers. it can.

本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、サブヒータを用いて前記シリコン単結晶を加熱することにより前記冷却工程開始直前における前記シリコン単結晶の800℃の温度位置を結晶トップ側に持ち上げることが好ましい。これによれば、冷却工程による急冷効果の恩恵を受けるシリコン単結晶の800℃以上の温度域を広げることができる。したがって、無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができ、無欠陥シリコンウェーハの生産性を向上させることができる。   In the method for producing a silicon single crystal according to the present invention, it is preferable that the silicon single crystal is heated using a sub-heater to raise the 800 ° C. temperature position of the silicon single crystal immediately before the start of the cooling step to the crystal top side. According to this, the temperature range of 800 ° C. or more of the silicon single crystal that benefits from the rapid cooling effect by the cooling process can be expanded. Therefore, the production yield of defect-free crystals can be increased, and the productivity of defect-free silicon wafers can be improved.

本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、前記サブヒータの下方に水冷体を配置して前記シリコン単結晶の800℃以上の温度域の冷却を促進させることが好ましい。例えば直径約450mmの大口径シリコン単結晶の場合、直径約300mmの小口径シリコン単結晶に比べて冷却に時間がかかり、引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Gが小さいため、所望のV/Gを得るためには結晶引き上げ速度Vを小さくしなければならず、生産性が低下する。上記のようにサブヒータを用いてシリコン単結晶を加熱する場合には上記問題がさらに深刻化する。しかし、水冷体を設けて引き上げ直後のシリコン単結晶の強制的に冷却する場合には、結晶内温度勾配Gを大きくすることができるので、結晶引き上げ速度Vを大きくして生産性を向上させることができる。   In the method for producing a silicon single crystal according to the present invention, it is preferable to dispose a water-cooled body below the sub-heater to promote cooling of the silicon single crystal in a temperature range of 800 ° C. or higher. For example, in the case of a large-diameter silicon single crystal having a diameter of about 450 mm, it takes longer to cool than a small-diameter silicon single crystal having a diameter of about 300 mm and the temperature gradient G in the crystal in the pulling axis direction is small. In order to obtain it, the crystal pulling speed V must be reduced, and the productivity is lowered. When the silicon single crystal is heated using the sub-heater as described above, the above problem becomes more serious. However, in the case where the silicon single crystal immediately after pulling is forcibly cooled by providing a water cooling body, the temperature gradient G in the crystal can be increased, so that the crystal pulling speed V is increased to improve productivity. Can do.

本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、前記冷却工程中に前記サブヒータの出力を停止又は低下させることにより、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域の冷却を促進させることが好ましい。これによれば、600±200℃の温度域の滞在時間を十分に短くしてPvPiマージンを広げることができる。したがって、無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができ、これにより無欠陥シリコンウェーハの生産性を向上させることができる。   The silicon single crystal manufacturing method according to the present invention preferably promotes cooling of the silicon single crystal in a temperature range of 600 ± 200 ° C. by stopping or lowering the output of the sub-heater during the cooling step. According to this, the residence time in the temperature range of 600 ± 200 ° C. can be sufficiently shortened to widen the PvPi margin. Therefore, the production yield of defect-free crystals can be increased, and thereby the productivity of defect-free silicon wafers can be improved.

本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、前記冷却工程中に前記メインヒータの出力を停止又は低下させることにより、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域の冷却を促進させることが好ましい。これによれば、600±200℃の温度域の滞在時間を十分に短くしてPvPiマージンを広げることができる。したがって、無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができ、これにより無欠陥シリコンウェーハの生産性を向上させることができる。   The silicon single crystal manufacturing method according to the present invention preferably promotes cooling of the silicon single crystal in a temperature range of 600 ± 200 ° C. by stopping or reducing the output of the main heater during the cooling step. According to this, the residence time in the temperature range of 600 ± 200 ° C. can be sufficiently shortened to widen the PvPi margin. Therefore, the production yield of defect-free crystals can be increased, and thereby the productivity of defect-free silicon wafers can be improved.

本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、前記結晶育成工程と前記シリコン単結晶を引き上げた後のシリコン残液にシリコン原料を追加する原料追加工程とを交互に繰り返すマルチプリング法によって複数本のシリコン単結晶を引き上げることが好ましい。冷却工程を利用して無欠陥結晶を製造する本発明によるシリコン単結晶の製造方法によれば、無欠陥結晶の取得領域を長くすることができるが、従来に比べるとシリコン単結晶インゴットが短く、一回の結晶育成工程で引き上げられるシリコン単結晶の量が少なく、残りのシリコン融液が無駄になってしまう。しかしマルチプリング法によって短尺なシリコン単結晶インゴットを何本も引き上げることにより、シリコン融液の無駄を防ぎ、無欠陥結晶の製造歩留まりをさらに高めることができる。   The method for producing a silicon single crystal according to the present invention includes a plurality of silicon layers formed by a multiple pulling method in which the crystal growth step and a raw material addition step of adding a silicon raw material to a silicon residual liquid after pulling up the silicon single crystal are alternately repeated. It is preferable to pull up the single crystal. According to the method for producing a silicon single crystal according to the present invention for producing a defect-free crystal using a cooling process, the acquisition region of the defect-free crystal can be lengthened, but the silicon single crystal ingot is shorter than the conventional one, The amount of silicon single crystal pulled up in one crystal growth process is small, and the remaining silicon melt is wasted. However, by pulling up a number of short silicon single crystal ingots by the multiple pulling method, waste of silicon melt can be prevented and the yield of defect-free crystals can be further increased.

本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、前記複数本のシリコン単結晶のうち、最後の一本以外のシリコン単結晶の結晶育成工程が終了した後の前記冷却工程では、前記メインヒータの出力を維持し、最後の一本のシリコン単結晶の結晶育成工程が終了した後の前記冷却工程では、前記メインヒータの出力を停止又は低下させることが好ましい。これによれば、マルチプリング法を適切に実施しながら冷却工程における冷却効果を高めることができる。   In the method for producing a silicon single crystal according to the present invention, in the cooling step after the crystal growth step of the silicon single crystal other than the last one of the plurality of silicon single crystals is completed, the output of the main heater is output. It is preferable to maintain or reduce the output of the main heater in the cooling step after the last crystal growth step of one silicon single crystal is completed. According to this, the cooling effect in a cooling process can be heightened, implementing a multiple pulling method appropriately.

また、本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、育成結晶の温度分布を伝熱解析により求め、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度とシリコン単結晶の600±200℃の温度域の滞在時間との関係式を用いた点欠陥数値解析を行うことにより、目標とするPvPiマージンが得られるシリコン単結晶の600±200℃の温度域の基準滞在時間を決定する工程と、前記結晶育成条件下でシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる結晶育成工程と、前記シリコン単結晶を前記シリコン融液から切り離した後、前記シリコン単結晶の冷却を促進させる冷却工程とを備え、前記冷却工程では、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域の実際の滞在時間が前記基準滞在時間以下となるように、前記シリコン単結晶の冷却速度を制御することを特徴とする。この場合において、前記Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度をΔCV_Pv-OSF(×1012/cm)とし、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域の実際の滞在時間をRT(×10−3/min−1)とするとき、ΔCV_Pv-OSF≦6.194×1015(RT)−1−2.818×1012を満たすように前記シリコン単結晶の冷却速度を制御することが好ましい。このように、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度ΔCV_Pv-OSFを600±200℃の滞在時間の変数として点欠陥数値解析に導入することにより、PvPiマージンを正確に計算することが可能となる。したがって、実際の600±200℃の滞在時間が、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度となる600±200℃の滞在時間よりも短くなるように結晶引き上げ速度Vやホットゾーンなどの結晶引き上げ条件を制御することができ、Pv領域又はPi領域からなる無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができる。 Further, the method for producing a silicon single crystal according to the present invention obtains the temperature distribution of the grown crystal by heat transfer analysis, the relative vacancy supersaturation degree at the Pv-OSF boundary, and the residence time of the silicon single crystal in the temperature range of 600 ± 200 ° C. A step of determining a reference residence time in a temperature range of 600 ± 200 ° C. of a silicon single crystal that can obtain a target PvPi margin by performing numerical analysis of a point defect using A crystal growth step for pulling up the silicon single crystal from the silicon melt, and a cooling step for promoting cooling of the silicon single crystal after separating the silicon single crystal from the silicon melt, in the cooling step, The cooling rate of the silicon single crystal is controlled so that the actual residence time of the silicon single crystal in the temperature range of 600 ± 200 ° C. is less than or equal to the reference residence time. And wherein the door. In this case, the relative vacancy supersaturation degree at the Pv-OSF boundary is ΔC V_Pv-OSF (× 10 12 / cm 3 ), and the actual residence time of the silicon single crystal in the temperature range of 600 ± 200 ° C. is RT ( × 10 −3 / min −1 ), the cooling rate of the silicon single crystal is controlled to satisfy ΔC V_Pv-OSF ≦ 6.194 × 10 15 (RT) −1 −2.818 × 10 12 It is preferable. Thus, by introducing the relative vacancy supersaturation degree ΔC V — Pv-OSF of the Pv-OSF boundary into the point defect numerical analysis as a variable of the stay time of 600 ± 200 ° C., the PvPi margin can be accurately calculated. Become. Therefore, the crystal pulling conditions such as the crystal pulling speed V and the hot zone are set so that the actual staying time of 600 ± 200 ° C. is shorter than the staying time of 600 ± 200 ° C. which is the relative vacancy supersaturation degree of the Pv-OSF boundary Can be controlled, and the production yield of defect-free crystals composed of Pv regions or Pi regions can be increased.

また、本発明によるシリコン単結晶製造装置は、ルツボ内のシリコン融液を加熱するメインヒータと、前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ軸と、少なくとも前記メインヒータ及び前記引き上げ軸を制御する制御部とを備え、前記制御部は、結晶育成工程において、前記シリコン融液から引き上げられた前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域が第1の冷却速度で冷却されるように結晶育成条件を制御し、前記シリコン単結晶を前記シリコン融液から切り離した後に前記シリコン単結晶の冷却を促進させる冷却工程において、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域が前記第1の冷却速度よりも速い第2の冷却速度で冷却されるように冷却条件を制御することを特徴とする。   The silicon single crystal manufacturing apparatus according to the present invention controls a main heater for heating the silicon melt in the crucible, a pulling shaft for pulling up the silicon single crystal from the silicon melt, and at least the main heater and the pulling shaft. A control unit, and in the crystal growth step, the control unit grows the crystal so that a temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal pulled up from the silicon melt is cooled at a first cooling rate. In the cooling step of controlling conditions and promoting cooling of the silicon single crystal after separating the silicon single crystal from the silicon melt, a temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal is the first cooling rate. The cooling condition is controlled so as to be cooled at the second cooling rate faster than the second cooling rate.

本発明によれば、冷却工程を利用してシリコン単結晶の600±200℃の温度域を急冷することができ、これによりPvPiマージンを広げて無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができ、特に450mm以上の大口径シリコン単結晶の製造において長尺な無欠陥結晶を育成することができる。したがって、無欠陥シリコンウェーハの生産性を向上させることができる。   According to the present invention, a temperature range of 600 ± 200 ° C. of a silicon single crystal can be rapidly cooled using a cooling process, thereby increasing a PvPi margin and increasing a manufacturing yield of defect-free crystals. A long defect-free crystal can be grown in the production of a large-diameter silicon single crystal of 450 mm or more. Therefore, the productivity of defect-free silicon wafers can be improved.

本発明によるシリコン単結晶製造装置は、前記シリコン融液から引き上げられた前記シリコン単結晶を800℃以上に加熱するサブヒータをさらに備え、前記サブヒータは、前記結晶育成工程における前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域を結晶トップ側に持ち上げることが好ましい。これによれば、冷却工程による急冷効果の恩恵を受けるシリコン単結晶の800℃以上の温度域を広げることができる。したがって、無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができ、無欠陥シリコンウェーハの生産性を向上させることができる。   The silicon single crystal manufacturing apparatus according to the present invention further includes a sub-heater that heats the silicon single crystal pulled up from the silicon melt to 800 ° C. or more, and the sub-heater is 600 ± of the silicon single crystal in the crystal growth step. It is preferable to raise the temperature range of 200 ° C. to the crystal top side. According to this, the temperature range of 800 ° C. or more of the silicon single crystal that benefits from the rapid cooling effect by the cooling process can be expanded. Therefore, the production yield of defect-free crystals can be increased, and the productivity of defect-free silicon wafers can be improved.

本発明において、前記制御部は、前記冷却工程において前記サブヒータの出力を停止又は低下させることが好ましい。これによれば、600±200℃の温度域の滞在時間を十分に短くしてPvPiマージンを広げることができる。したがって、無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができ、これにより無欠陥シリコンウェーハの生産性を向上させることができる。   In this invention, it is preferable that the said control part stops or reduces the output of the said subheater in the said cooling process. According to this, the residence time in the temperature range of 600 ± 200 ° C. can be sufficiently shortened to widen the PvPi margin. Therefore, the production yield of defect-free crystals can be increased, and thereby the productivity of defect-free silicon wafers can be improved.

本発明によるシリコン単結晶製造装置は、前記サブヒータの下方に配置され、前記シリコン融液から引き上げられた前記シリコン単結晶の800℃以上の温度域の冷却を促進させる水冷体をさらに備えることが好ましい。これによれば、固液界面近傍での結晶内温度勾配を大きくすることができる。したがって、大口径シリコン単結晶であっても結晶引き上げ速度を大きくして生産性を向上させることができる。   The silicon single crystal manufacturing apparatus according to the present invention preferably further includes a water cooling body that is disposed below the sub-heater and promotes cooling of the silicon single crystal pulled up from the silicon melt in a temperature range of 800 ° C. or higher. . According to this, the temperature gradient in the crystal near the solid-liquid interface can be increased. Therefore, even for a large-diameter silicon single crystal, the crystal pulling rate can be increased to improve productivity.

本発明において、前記制御部は、前記冷却工程において前記メインヒータの出力を停止又は低下させることが好ましい。これによれば、冷却工程における冷却効果を高めることができる。   In this invention, it is preferable that the said control part stops or reduces the output of the said main heater in the said cooling process. According to this, the cooling effect in a cooling process can be heightened.

本発明によるシリコン単結晶製造装置は、前記シリコン融液の上方に配置され、前記シリコン融液から引き上げられた前記シリコン単結晶が貫通する開口を有する熱遮蔽体をさらに備え、前記熱遮蔽体の前記開口の直径は500mm以上であることが好ましい。このような熱遮蔽体を備えたシリコン単結晶製造装置は、直径450mm以上の大口径のシリコン単結晶の製造に用いることができ、結晶欠陥がない大口径シリコン単結晶の製造歩留まりを高めることができる。   The silicon single crystal manufacturing apparatus according to the present invention further includes a heat shield disposed above the silicon melt and having an opening through which the silicon single crystal pulled up from the silicon melt passes. The diameter of the opening is preferably 500 mm or more. The silicon single crystal manufacturing apparatus provided with such a heat shield can be used for manufacturing a large diameter silicon single crystal having a diameter of 450 mm or more, and can increase the manufacturing yield of a large diameter silicon single crystal without crystal defects. it can.

また、本発明によるシリコン単結晶は、結晶直径が徐々に増加したショルダー部と、前記ショルダー部の下方に設けられ、前記結晶直径が450mm以上且つ一定に維持されたボディ部とを有し、前記ボディ部は、結晶成長方向と直交する断面内がPv領域及びPi領域の少なくとも一方からなる無欠陥結晶領域を有し、前記結晶成長方向における前記無欠陥結晶領域の長さは220mm以上であることを特徴とする。   The silicon single crystal according to the present invention has a shoulder portion having a gradually increased crystal diameter, and a body portion provided below the shoulder portion, the crystal diameter being 450 mm or more and maintained constant, The body portion has a defect-free crystal region having at least one of a Pv region and a Pi region in a cross section perpendicular to the crystal growth direction, and the length of the defect-free crystal region in the crystal growth direction is 220 mm or more. It is characterized by.

従来、直径450mm以上の大口径のシリコン単結晶の製造において結晶長が220mm以上の長尺な無欠陥結晶を製造することはできなかった。しかし上述した本発明によるシリコン単結晶の製造方法よれば、冷却工程を利用してPvPiマージンを広げることにより長尺な無欠陥結晶の製造が可能となった。本発明によれば、このように長尺な大口径シリコン単結晶を用いて無欠陥シリコンウェーハを製造することでその生産性を向上させることができる。   Conventionally, in manufacturing a silicon single crystal having a large diameter of 450 mm or more, a long defect-free crystal having a crystal length of 220 mm or more cannot be manufactured. However, according to the above-described method for producing a silicon single crystal according to the present invention, a long defect-free crystal can be produced by widening the PvPi margin using a cooling process. According to the present invention, the productivity can be improved by manufacturing a defect-free silicon wafer using such a long large-diameter silicon single crystal.

本発明において、前記ボディ部は、前記無欠陥結晶領域の上方に位置し、前記断面内にCOP及びOSF核の少なくとも一方を含む結晶欠陥含有領域をさらに有することが好ましい。この場合において、前記結晶成長方向における前記無欠陥結晶領域の長さは、前記結晶成長方向における前記結晶欠陥含有領域の長さよりも長いことが好ましい。これによれば、無欠陥シリコンウェーハの製造歩留まりを高めることができる。   In the present invention, it is preferable that the body portion further includes a crystal defect-containing region that is located above the defect-free crystal region and includes at least one of a COP and an OSF nucleus in the cross section. In this case, the length of the defect-free crystal region in the crystal growth direction is preferably longer than the length of the crystal defect-containing region in the crystal growth direction. According to this, the manufacturing yield of a defect-free silicon wafer can be increased.

本発明によるシリコン単結晶は、前記ボディ部の下方に設けられ、結晶直径が徐々に減少したテール部をさらに備え、前記テール部の長さが400mm以下であることが好ましい。これによれば、無欠陥結晶の取得領域を拡大することができ、無欠陥シリコンウェーハの製造歩留まりをさらに高めることができる。   Preferably, the silicon single crystal according to the present invention further includes a tail portion provided below the body portion, the crystal diameter of which is gradually reduced, and the length of the tail portion is 400 mm or less. According to this, the acquisition area | region of a defect free crystal can be expanded, and the manufacturing yield of a defect free silicon wafer can further be raised.

本発明によれば、PvPiマージンを拡大して結晶欠陥がないシリコン単結晶の製造歩留まりを高めることが可能な製造方法及び装置を提供することができる。また本発明によれば、無欠陥シリコンウェーハの製造歩留まりを高めることが可能なシリコン単結晶を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and apparatus which can expand a PvPi margin and can improve the manufacture yield of a silicon single crystal without a crystal defect can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a silicon single crystal that can increase the production yield of defect-free silicon wafers.

図1は、本発明の実施の形態による単結晶製造装置の構成を概略的に示す側面断面図である。FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、本実施形態によるシリコン単結晶3の製造工程を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing manufacturing steps of the silicon single crystal 3 according to the present embodiment. 図3は、シリコン単結晶インゴットの形状を示す略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the shape of a silicon single crystal ingot. 図4は、V/Gと結晶欠陥の種類及び分布との一般的な関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a general relationship between V / G and the type and distribution of crystal defects. 図5は、シリコン単結晶インゴットの熱履歴と冷却工程の影響を効果的に受ける領域との関係を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the thermal history of the silicon single crystal ingot and the region that is effectively affected by the cooling process. 図6は、サブヒータ22及び水冷体21が設けられていないホットゾーン内で引き上げられたシリコン単結晶3の熱履歴を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the thermal history of the silicon single crystal 3 pulled up in a hot zone where the sub-heater 22 and the water-cooled body 21 are not provided. 図7は、サブヒータ22及び水冷体21が設けられたホットゾーン内で引き上げられたシリコン単結晶3の熱履歴を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing the thermal history of the silicon single crystal 3 pulled up in the hot zone in which the sub-heater 22 and the water-cooled body 21 are provided. 図8は、サブヒータ22及び水冷体21が設けられたホットゾーン内で引き上げられたシリコン単結晶3の熱履歴を示す模式図であって、図7のシリコン単結晶3の結晶長を短くした場合を示すものである。FIG. 8 is a schematic diagram showing the thermal history of the silicon single crystal 3 pulled up in the hot zone in which the sub-heater 22 and the water-cooled body 21 are provided, where the crystal length of the silicon single crystal 3 in FIG. 7 is shortened. Is shown. 図9は、シリコン単結晶3の製品取得領域について説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a product acquisition region of the silicon single crystal 3. 図10は、サブヒータ22及び水冷体21が設けられたホットゾーン内で引き上げられたシリコン単結晶3の熱履歴を示す模式図であって、図8のシリコン単結晶3のテール部3dを短尺化した場合を示すものである。FIG. 10 is a schematic diagram showing the thermal history of the silicon single crystal 3 pulled up in the hot zone where the sub-heater 22 and the water-cooled body 21 are provided, and the tail portion 3d of the silicon single crystal 3 in FIG. 8 is shortened. This shows the case. 図11は、サブヒータ22及び水冷体21が設けられていないホットゾーン内で引き上げられたシリコン単結晶3の熱履歴を示す模式図であって、図6のシリコン単結晶3の結晶長を短くし、さらにテール部3dを短尺化した場合を示すものである。FIG. 11 is a schematic diagram showing the thermal history of the silicon single crystal 3 pulled in the hot zone where the sub-heater 22 and the water cooling body 21 are not provided, and the crystal length of the silicon single crystal 3 in FIG. 6 is shortened. Furthermore, the case where the tail part 3d is shortened is shown. 図12は、点欠陥数値解析結果からPv−OSF境界の相対空孔過飽和度を求める方法を説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining a method for obtaining the relative vacancy supersaturation degree at the Pv-OSF boundary from the point defect numerical analysis result. 図13は、上述した5つの結晶引き上げ条件(条件#1〜#5)の600±200℃の滞在時間と結晶中心のPv−OSF境界の相対空孔過飽和度との関係を示す散布図である。FIG. 13 is a scatter diagram showing the relationship between the residence time of 600 ± 200 ° C. of the above-mentioned five crystal pulling conditions (conditions # 1 to # 5) and the relative vacancy supersaturation degree at the Pv-OSF boundary at the crystal center. . 図14は、450mm結晶を水冷式のホットゾーンで引き上げた条件#5の解析結果を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an analysis result of Condition # 5 in which a 450 mm crystal is pulled up in a water-cooled hot zone. 図15は、200mm結晶を水冷式のホットゾーンで引き上げた条件#1の解析結果を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an analysis result of Condition # 1 in which a 200 mm crystal is pulled up in a water-cooled hot zone. 図16は、比較例及び実施例1、2によるホットゾーン条件を説明するための図である。FIG. 16 is a diagram for explaining the hot zone condition according to the comparative example and the first and second embodiments. 図17は、シリコン単結晶の結晶成長方向の位置と800〜400℃の滞在時間との関係を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing the relationship between the position of the silicon single crystal in the crystal growth direction and the residence time of 800 to 400 ° C. 図18は、シリコン単結晶の結晶成長方向の位置とPvPiセンターマージンとの関係を示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing the relationship between the position of the silicon single crystal in the crystal growth direction and the PvPi center margin.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施の形態による単結晶製造装置の構成を概略的に示す側面断面図である。   FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、単結晶製造装置1は、水冷式のチャンバー10と、チャンバー10内においてシリコン融液2を保持する石英ルツボ11と、石英ルツボ11を保持する黒鉛ルツボ12と、黒鉛ルツボ12を支持する回転シャフト13と、回転シャフト13を回転及び昇降駆動するシャフト駆動機構14と、黒鉛ルツボ12の周囲に配置されたメインヒータ15と、メインヒータ15の外側であってチャンバー10の内面に沿って配置された断熱材16と、石英ルツボ11の上方に配置された熱遮蔽体17と、石英ルツボ11の上方であって回転シャフト13と同軸上に配置された単結晶引き上げ用のワイヤー18と、チャンバー10の上方に配置されたワイヤー巻き取り機構19と、装置内の各部を制御する制御部20とを備えている。   As shown in FIG. 1, the single crystal manufacturing apparatus 1 includes a water-cooled chamber 10, a quartz crucible 11 that holds the silicon melt 2 in the chamber 10, a graphite crucible 12 that holds the quartz crucible 11, and a graphite crucible. A rotating shaft 13 that supports the rotating shaft 13, a shaft driving mechanism 14 that drives the rotating shaft 13 to rotate and move up and down, a main heater 15 that is disposed around the graphite crucible 12, and an inner surface of the chamber 10 that is outside the main heater 15. , A heat shield 17 disposed above the quartz crucible 11, and a single crystal pulling wire disposed coaxially with the rotating shaft 13 above the quartz crucible 11. 18, a wire winding mechanism 19 disposed above the chamber 10, and a control unit 20 that controls each unit in the apparatus.

チャンバー10は、メインチャンバー10aと、メインチャンバー10aの上部開口に連結された細長い円筒状のプルチャンバー10bとで構成されており、石英ルツボ11、黒鉛ルツボ12、メインヒータ15及び熱遮蔽体17はメインチャンバー10a内に設けられている。プルチャンバー10bにはチャンバー10内にアルゴンガス等の不活性ガス(パージガス)やドーパントガスを導入するためのガス導入口10cが設けられており、メインチャンバー10aの下部にはチャンバー10内の雰囲気ガスを排出するためのガス排出口10dが設けられている。また、メインチャンバー10aの上部には覗き窓10eが設けられており、シリコン単結晶3の育成状況を覗き窓10eから観察可能である。   The chamber 10 includes a main chamber 10a and an elongated cylindrical pull chamber 10b connected to the upper opening of the main chamber 10a. The quartz crucible 11, the graphite crucible 12, the main heater 15, and the heat shield 17 are It is provided in the main chamber 10a. The pull chamber 10b is provided with a gas inlet 10c for introducing an inert gas (purge gas) such as argon gas or a dopant gas into the chamber 10, and an atmospheric gas in the chamber 10 is provided below the main chamber 10a. Is provided with a gas discharge port 10d. In addition, a viewing window 10e is provided in the upper part of the main chamber 10a, and the growth state of the silicon single crystal 3 can be observed from the viewing window 10e.

石英ルツボ11は、円筒状の側壁部と湾曲した底部とを有する石英ガラス製の容器である。黒鉛ルツボ12は、加熱によって軟化した石英ルツボ11の形状を維持するため、石英ルツボ11の外表面に密着して石英ルツボ11を包むように保持する。石英ルツボ11及び黒鉛ルツボ12はチャンバー10内においてシリコン融液を支持する二重構造のルツボを構成している。   The quartz crucible 11 is a quartz glass container having a cylindrical side wall and a curved bottom. The graphite crucible 12 is held in close contact with the outer surface of the quartz crucible 11 so as to wrap the quartz crucible 11 in order to maintain the shape of the quartz crucible 11 softened by heating. The quartz crucible 11 and the graphite crucible 12 constitute a double-structure crucible that supports the silicon melt in the chamber 10.

黒鉛ルツボ12は回転シャフト13の上端部に固定されており、回転シャフト13の下端部はチャンバー10の底部を貫通してチャンバー10の外側に設けられたシャフト駆動機構14に接続されている。黒鉛ルツボ12、回転シャフト13及びシャフト駆動機構14は石英ルツボ11の回転機構及び昇降機構を構成している。   The graphite crucible 12 is fixed to the upper end portion of the rotating shaft 13, and the lower end portion of the rotating shaft 13 passes through the bottom portion of the chamber 10 and is connected to a shaft driving mechanism 14 provided outside the chamber 10. The graphite crucible 12, the rotation shaft 13, and the shaft drive mechanism 14 constitute a rotation mechanism and a lifting mechanism for the quartz crucible 11.

メインヒータ15は、石英ルツボ11内に充填されたシリコン原料を融解してシリコン融液2を生成すると共に、シリコン融液2の溶融状態を維持するために用いられる。メインヒータ15はカーボン製の抵抗加熱式ヒータであり、黒鉛ルツボ12内の石英ルツボ11を取り囲むように設けられている。さらにメインヒータ15の外側には断熱材16がメインヒータ15を取り囲むように設けられており、これによりチャンバー10内の保温性が高められている。   The main heater 15 is used for melting the silicon raw material filled in the quartz crucible 11 to generate the silicon melt 2 and maintaining the molten state of the silicon melt 2. The main heater 15 is a carbon resistance heating heater, and is provided so as to surround the quartz crucible 11 in the graphite crucible 12. Further, a heat insulating material 16 is provided outside the main heater 15 so as to surround the main heater 15, thereby enhancing the heat retention in the chamber 10.

メインヒータ15は単一の部材で構成されていてもよく、独立に制御可能な複数の部材を組み合わせて構成されたものであってもよい。したがって、例えば図示のようなルツボの側部に配置されたサイドヒータとルツボの底部に配置されたボトムヒータとの組み合わせからなるものであってもよい。さらにサイドヒータが複数個に分割されていてもよい。メインヒータ15の出力は制御部20によって制御される。   The main heater 15 may be composed of a single member, or may be composed of a plurality of independently controllable members. Therefore, for example, it may be composed of a combination of a side heater arranged at the side of the crucible as shown and a bottom heater arranged at the bottom of the crucible. Further, the side heater may be divided into a plurality of parts. The output of the main heater 15 is controlled by the control unit 20.

熱遮蔽体17は、シリコン融液2の温度変動を抑制して結晶成長界面近傍に適切なホットゾーンを形成するとともに、メインヒータ15及び石英ルツボ11からの輻射熱によるシリコン単結晶3の加熱を防止するために設けられている。熱遮蔽体17は略円筒状の黒鉛製の部材であり、シリコン単結晶3の引き上げ経路を除いたシリコン融液2の上方の領域を覆うように設けられている。   The heat shield 17 suppresses temperature fluctuation of the silicon melt 2 to form an appropriate hot zone near the crystal growth interface, and prevents the silicon single crystal 3 from being heated by radiant heat from the main heater 15 and the quartz crucible 11. Is provided to do. The heat shield 17 is a substantially cylindrical member made of graphite, and is provided so as to cover the region above the silicon melt 2 excluding the pulling path of the silicon single crystal 3.

熱遮蔽体17の下端の開口17aの直径はシリコン単結晶3の直径よりも大きく、これによりシリコン単結晶3の引き上げ経路が確保されている。また熱遮蔽体17の下端部の外径は石英ルツボ11の口径よりも小さく、熱遮蔽体17の下端部は石英ルツボ11の内側に位置するので、石英ルツボ11のリム上端を熱遮蔽体17の下端よりも上方まで上昇させても熱遮蔽体17が石英ルツボ11と干渉することはない。   The diameter of the opening 17 a at the lower end of the heat shield 17 is larger than the diameter of the silicon single crystal 3, thereby securing a pulling path for the silicon single crystal 3. Further, the outer diameter of the lower end portion of the heat shield 17 is smaller than the diameter of the quartz crucible 11, and the lower end portion of the heat shield 17 is located inside the quartz crucible 11. The heat shield 17 does not interfere with the quartz crucible 11 even if it is raised above the lower end.

ボディ部3cの直径が約450mmとなる450mmウェーハ用シリコン単結晶(以下、「450mm結晶」(他のサイズの結晶についても同様)という)を引き上げる場合、熱遮蔽体17の開口17aの直径は引き上げ品種によって多少異なるが、500mm以上600mm以下であることが好ましい。   When pulling up a 450 mm wafer silicon single crystal (hereinafter referred to as “450 mm crystal” (the same applies to crystals of other sizes)) in which the diameter of the body portion 3 c is about 450 mm, the diameter of the opening 17 a of the heat shield 17 is raised. Although it differs somewhat depending on the type, it is preferably 500 mm or more and 600 mm or less.

シリコン単結晶3の成長と共に石英ルツボ11内の融液量は減少するが、融液面と熱遮蔽体17との間隔(ギャップ)が一定になるように石英ルツボ11を上昇させることにより、シリコン融液2の温度変動を抑制すると共に、融液面近傍を流れるガスの流速を一定にしてシリコン融液2からのドーパントの蒸発量を制御することができる。したがって、シリコン単結晶3の引き上げ軸方向の結晶欠陥分布、酸素濃度分布、抵抗率分布等の安定性を向上させることができる。   Although the amount of melt in the quartz crucible 11 decreases as the silicon single crystal 3 grows, the quartz crucible 11 is raised so that the distance (gap) between the melt surface and the heat shield 17 is constant, thereby increasing the silicon. It is possible to control the evaporation amount of the dopant from the silicon melt 2 while suppressing the temperature fluctuation of the melt 2 and keeping the flow velocity of the gas flowing near the melt surface constant. Therefore, the stability of the silicon single crystal 3 such as the crystal defect distribution, the oxygen concentration distribution, and the resistivity distribution in the pulling axis direction can be improved.

石英ルツボ11の上方には、シリコン単結晶3の引き上げ軸であるワイヤー18と、ワイヤー18を巻き取るワイヤー巻き取り機構19が設けられている。ワイヤー巻き取り機構19はワイヤー18と共にシリコン単結晶3を回転させる機能を有している。ワイヤー巻き取り機構19は制御部20によって制御される。ワイヤー巻き取り機構19はプルチャンバー10bの上方に配置されており、ワイヤー18はワイヤー巻き取り機構19からプルチャンバー10b内を通って下方に延びており、ワイヤー18の先端部はメインチャンバー10aの内部空間まで達している。図1には、育成途中のシリコン単結晶3がワイヤー18に吊設された状態が示されている。シリコン単結晶3の引き上げ時には石英ルツボ11とシリコン単結晶3とをそれぞれ回転させながらワイヤー18を徐々に引き上げることによりシリコン単結晶3を成長させる。   Above the quartz crucible 11, a wire 18 that is a pulling shaft of the silicon single crystal 3 and a wire winding mechanism 19 that winds the wire 18 are provided. The wire winding mechanism 19 has a function of rotating the silicon single crystal 3 together with the wire 18. The wire winding mechanism 19 is controlled by the control unit 20. The wire winding mechanism 19 is disposed above the pull chamber 10b, the wire 18 extends downward from the wire winding mechanism 19 through the pull chamber 10b, and the tip of the wire 18 is located inside the main chamber 10a. The space has been reached. FIG. 1 shows a state in which the silicon single crystal 3 being grown is suspended from the wire 18. When pulling up the silicon single crystal 3, the silicon single crystal 3 is grown by gradually pulling up the wire 18 while rotating the quartz crucible 11 and the silicon single crystal 3 respectively.

熱遮蔽体17の内側であって当該熱遮蔽体17の下端よりも上方にはシリコン単結晶3の引き上げ経路の周囲を取り囲むように水冷体21が設けられている。例えば直径約450mmの大口径シリコン単結晶の場合、直径約300mmの小口径シリコン単結晶に比べて冷却に時間がかかり、引き上げ軸方向の結晶内温度勾配Gが小さいため、水冷体21を設けずに所望のV/Gを得るためには結晶引き上げ速度Vを小さくしなければならない。しかし、水冷体21を設けて引き上げ直後のシリコン単結晶3を強制的に冷却する場合には、結晶内温度勾配Gを大きくすることができるので、結晶引き上げ速度Vを大きくして生産性を向上させることができる。   A water cooling body 21 is provided inside the heat shield 17 and above the lower end of the heat shield 17 so as to surround the periphery of the pulling path of the silicon single crystal 3. For example, in the case of a large-diameter silicon single crystal having a diameter of about 450 mm, it takes longer to cool than a small-diameter silicon single crystal having a diameter of about 300 mm, and the temperature gradient G in the crystal in the pulling axis direction is small. In order to obtain a desired V / G, the crystal pulling speed V must be reduced. However, in the case where the silicon single crystal 3 immediately after the pulling is forcibly cooled by providing the water cooling body 21, the temperature gradient G in the crystal can be increased, so that the crystal pulling speed V is increased to improve the productivity. Can be made.

水冷体21の上方にはサブヒータ22が設けられている。サブヒータ22も水冷体21と同様にシリコン単結晶3の引き上げ経路の周囲を取り囲むように設けられている。サブヒータ22は、シリコン単結晶3の600±200℃(すなわち、800〜400℃)の温度域を結晶トップ側に持ち上げるために設けられている。シリコン単結晶3を800℃以上に加熱するためには、サブヒータ22が800℃以上で発熱する必要があり、1000℃以上で発熱することが好ましい。サブヒータ22はメインヒータ15と共に制御部20によって制御される。   A sub-heater 22 is provided above the water-cooled body 21. Similarly to the water-cooled body 21, the sub-heater 22 is also provided so as to surround the periphery of the pulling path of the silicon single crystal 3. The sub-heater 22 is provided to raise the temperature range of 600 ± 200 ° C. (that is, 800 to 400 ° C.) of the silicon single crystal 3 to the crystal top side. In order to heat the silicon single crystal 3 to 800 ° C. or higher, the sub-heater 22 needs to generate heat at 800 ° C. or higher, and preferably generates heat at 1000 ° C. or higher. The sub heater 22 is controlled by the control unit 20 together with the main heater 15.

サブヒータ22の上方にはドローチューブ23が設けられている。ドローチューブ23も水冷体の一種であり、シリコン単結晶3の冷却を促進させるために設けられている。ドローチューブ23は円筒状の部材であり、プルチャンバー10bから下方に延びてシリコン単結晶3の引き上げ経路の周囲を取り囲むように設けられている。   A draw tube 23 is provided above the sub heater 22. The draw tube 23 is also a kind of water-cooled body and is provided to promote cooling of the silicon single crystal 3. The draw tube 23 is a cylindrical member, and is provided so as to extend downward from the pull chamber 10 b and surround the periphery of the pulling path of the silicon single crystal 3.

このように、サブヒータ22は、ドローチューブ23と水冷体21との間にあって、サブヒータ22を配置しない場合における600℃の結晶温度の位置付近に設置され、これにより800℃の結晶温度の位置がより上方に持ち上げられる。また水冷体21は、ドローチューブ23と熱遮蔽体17の底部との間にあって、サブヒータ22を設置する場合にはサブヒータ22と熱遮蔽体17との間に設置される。   Thus, the sub-heater 22 is located between the draw tube 23 and the water-cooled body 21 and is located near the position of the crystal temperature of 600 ° C. when the sub-heater 22 is not disposed. Lifted up. The water-cooled body 21 is located between the draw tube 23 and the bottom of the heat shield 17. When the sub-heater 22 is installed, the water-cooled body 21 is installed between the sub-heater 22 and the heat shield 17.

図2は、本実施形態によるシリコン単結晶3の製造工程を示すフローチャートである。また、図3は、シリコン単結晶インゴットの形状を示す略断面図である。   FIG. 2 is a flowchart showing manufacturing steps of the silicon single crystal 3 according to the present embodiment. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the shape of a silicon single crystal ingot.

図2に示すように、本実施形態によるシリコン単結晶3の製造工程は、石英ルツボ11内のシリコン原料をメインヒータ15で加熱して融解することによりシリコン融液2を生成する原料融解工程S11と、ワイヤー18の先端部に取り付けられた種結晶を降下させてシリコン融液2に着液させる着液工程S12と、シリコン融液2との接触状態を維持しながら種結晶を徐々に引き上げて単結晶を育成する結晶育成工程(S13〜S16)を有している。   As shown in FIG. 2, the manufacturing process of the silicon single crystal 3 according to the present embodiment is a raw material melting step S11 in which the silicon raw material in the quartz crucible 11 is heated and melted by the main heater 15 to generate the silicon melt 2. Then, the seed crystal attached to the tip of the wire 18 is lowered to land on the silicon melt 2 and the seed crystal is gradually pulled up while maintaining the contact state with the silicon melt 2. It has a crystal growth process (S13 to S16) for growing a single crystal.

結晶育成工程では、無転位化のために結晶直径が細く絞られたネック部3aを形成するネッキング工程S13と、結晶成長と共に結晶直径が徐々に増加したショルダー部3bを形成するショルダー部育成工程S14と、450mm以上の規定の結晶直径に維持されたボディ部3cを形成するボディ部育成工程S15と、結晶成長と共に結晶直径が徐々に減少したテール部3dを形成するテール部育成工程S16とが順に実施される。   In the crystal growth step, a necking step S13 for forming a neck portion 3a with a narrowed crystal diameter for dislocation elimination, and a shoulder portion growth step S14 for forming a shoulder portion 3b with a crystal diameter gradually increasing as the crystal grows. A body part growing step S15 for forming a body part 3c maintained at a prescribed crystal diameter of 450 mm or more, and a tail part growing step S16 for forming a tail part 3d having a crystal diameter that gradually decreases with crystal growth. To be implemented.

その後、シリコン単結晶3が融液面から切り離され、結晶育成工程(特に、ボディ部育成工程S15)中の引き上げ速度(第1の引き上げ速度)よりも速い引き上げ速度(第2の引き上げ速度)でシリコン単結晶3を引き上げることにより冷却する冷却工程S17が実施される。このとき、サブヒータ22やメインヒータ15の出力を停止又は低下させることで冷却効果を高めることができる。以上により、図3に示すようなネック部3a、ショルダー部3b、ボディ部3c及びテール部3dを有するシリコン単結晶インゴットが完成する。   Thereafter, the silicon single crystal 3 is separated from the melt surface, and at a pulling speed (second pulling speed) faster than the pulling speed (first pulling speed) in the crystal growing process (particularly the body part growing process S15). A cooling step S17 for cooling by pulling up the silicon single crystal 3 is performed. At this time, the cooling effect can be enhanced by stopping or reducing the output of the sub heater 22 or the main heater 15. Thus, a silicon single crystal ingot having the neck portion 3a, the shoulder portion 3b, the body portion 3c, and the tail portion 3d as shown in FIG. 3 is completed.

上記のように、シリコン単結晶3に含まれる結晶欠陥の種類や分布は、結晶引き上げ速度Vと結晶内温度勾配Gとの比V/Gに依存するため、シリコン単結晶3中の結晶品質を制御するためにはV/Gを制御する必要がある。   As described above, the type and distribution of crystal defects contained in the silicon single crystal 3 depend on the ratio V / G between the crystal pulling rate V and the temperature gradient G in the crystal, and thus the crystal quality in the silicon single crystal 3 is improved. In order to control, it is necessary to control V / G.

図4は、V/Gと結晶欠陥の種類及び分布との一般的な関係を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing a general relationship between V / G and the type and distribution of crystal defects.

図4に示すように、V/Gが大きい場合には空孔が過剰となり、空孔の凝集体であるボイド欠陥(COP)が発生する。一方、V/Gが小さい場合には格子間シリコン原子が過剰となり、格子間シリコンの凝集体である転位クラスターが発生する。さらに、COPが発生する領域と転位クラスターが発生する領域との間には、V/Gが大きいほうから順に、OSF領域、Pv領域、Pi領域の三つの領域が存在する。シリコン単結晶が無欠陥結晶であると言うためには、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内の全面が無欠陥領域であることが必要である。ここで「無欠陥領域」とは、COPや転位クラスターなどのGrown−in欠陥を含まず、且つ、評価熱処理後にOSFリングが発生しない領域のことを言い、Pv領域又はPi領域であることを言う。   As shown in FIG. 4, when V / G is large, vacancies become excessive and void defects (COP) that are aggregates of vacancies are generated. On the other hand, when V / G is small, the number of interstitial silicon atoms becomes excessive, and dislocation clusters that are aggregates of interstitial silicon are generated. Further, there are three regions, an OSF region, a Pv region, and a Pi region, in descending order of V / G, between a region where COP is generated and a region where dislocation clusters are generated. In order to say that the silicon single crystal is a defect-free crystal, it is necessary that the entire surface in the cross section of the silicon single crystal perpendicular to the pulling axis direction is a defect-free region. Here, the “defect-free region” refers to a region that does not include a grown-in defect such as a COP or a dislocation cluster and does not generate an OSF ring after the evaluation heat treatment, and is a Pv region or a Pi region. .

結晶引き上げ速度Vを制御してPv領域又はPi領域からなる無欠陥結晶を高い歩留まりで育成するためには、PvPiマージンができるだけ広いことが好ましい。ここでPvPiマージンとは、広義には、シリコン単結晶3中の任意の領域をPv領域又はPi領域とすることができる結晶引き上げ速度Vの許容幅のことを言うが、狭義には、引き上げ軸方向と直交するシリコン単結晶の断面内のPvPiマージンの最小値(PvPi面内マージン)のことを言う。通常、結晶内温度勾配Gは一定であるため、PvPiマージンは図4におけるPv−OSF境界からPi−転位クラスター境界までのV/Gの幅の広さである。   In order to grow a defect-free crystal composed of the Pv region or the Pi region with a high yield by controlling the crystal pulling speed V, it is preferable that the PvPi margin is as wide as possible. Here, the PvPi margin means a permissible width of the crystal pulling speed V in which an arbitrary region in the silicon single crystal 3 can be a Pv region or a Pi region in a broad sense, but in a narrow sense, a pulling axis. This is the minimum value (PvPi in-plane margin) of the PvPi margin in the cross section of the silicon single crystal perpendicular to the direction. Usually, since the intracrystalline temperature gradient G is constant, the PvPi margin is the width of V / G from the Pv-OSF boundary to the Pi-dislocation cluster boundary in FIG.

シリコン単結晶3の直径制御は主に引き上げ速度Vを調整することにより行われ、直径変動を抑えるために結晶引き上げ速度Vを適宜変化させており、結晶引き上げ工程中は0.015mm/min程度の速度変動が生じている。すなわち、引き上げ速度Vの変動を完全になくすことはできないため、0.015mm/min程度の速度変動を許容するPvPiマージンが必要となる。   The diameter control of the silicon single crystal 3 is mainly performed by adjusting the pulling speed V, and the crystal pulling speed V is appropriately changed in order to suppress the diameter fluctuation. During the crystal pulling process, the diameter is about 0.015 mm / min. Speed fluctuation is occurring. That is, since the fluctuation of the pulling speed V cannot be completely eliminated, a PvPi margin that allows a speed fluctuation of about 0.015 mm / min is required.

例えば300mmウェーハ用シリコン単結晶(以下、単に「300mm結晶」(他のサイズの結晶についても以下同様)という。)の場合、0.02mm/min以上のPvPi面内マージンを確保することができた。しかし、450mm結晶の場合、大口径化に伴い固液界面近傍での結晶内温度勾配が小さくなるため、300mm結晶と比べてPvPiマージンは小さくなり、現状の450mm結晶のPvPi面内マージンは0.012mm/min以下である。そのため、全面が無欠陥領域となるシリコン単結晶を引き上げることが極めて困難な状況である。   For example, in the case of a silicon single crystal for a 300 mm wafer (hereinafter simply referred to as “300 mm crystal” (the same applies to other crystal sizes)), a PvPi in-plane margin of 0.02 mm / min or more could be secured. . However, in the case of a 450 mm crystal, the temperature gradient in the crystal near the solid-liquid interface becomes smaller as the diameter increases, so the PvPi margin becomes smaller than that of the 300 mm crystal, and the current 450 mm crystal has a PvPi in-plane margin of 0.1. 012 mm / min or less. Therefore, it is very difficult to pull up the silicon single crystal whose entire surface is a defect-free region.

一方、PvPiマージンの広さは、融点近傍の温度勾配以外にも、600±200℃の温度域の滞在時間の影響を受け、当該温度域の滞在時間が短いほどPvPiマージンは広くなる。そこで本実施形態においては、シリコン単結晶3を急冷して600±200℃の温度域の滞在時間を短くすることにより、PvPi面内マージンを拡大させて、無欠陥結晶の製造歩留まりの向上を図っている。   On the other hand, the width of the PvPi margin is affected by the stay time in the temperature range of 600 ± 200 ° C. in addition to the temperature gradient in the vicinity of the melting point. The shorter the stay time in the temperature range, the wider the PvPi margin. Therefore, in the present embodiment, the silicon single crystal 3 is rapidly cooled to shorten the residence time in the temperature range of 600 ± 200 ° C., thereby expanding the PvPi in-plane margin and improving the production yield of defect-free crystals. ing.

シリコン融液2から引き上げられたシリコン単結晶3は、融液面から遠ざかるほど温度が低下して冷却され、その冷却過程で600±200℃の温度域を通過するが、このときシリコン単結晶3が600±200℃の温度域を素早く通過することにより、空孔の凝集を抑えてPvPiマージンを広げることができる。600±200℃の温度域の滞在時間がどのくらい短ければPvPiマージンがどのくらい広くなるかは、空孔及び格子間シリコンの拡散・対消滅を解析する点欠陥数値解析から求めることができる。このように、PvPiマージンが広くなればPvPiマージン内に収まる結晶引き上げ速度Vの制御も容易となることから、無欠陥結晶を安定的に育成することが可能となる。   The silicon single crystal 3 pulled up from the silicon melt 2 is cooled as the distance from the melt surface decreases, and the silicon single crystal 3 passes through a temperature range of 600 ± 200 ° C. during the cooling process. Can quickly pass through the temperature range of 600 ± 200 ° C., thereby suppressing the aggregation of vacancies and widening the PvPi margin. How short the residence time in the temperature range of 600 ± 200 ° C. can be obtained from the point defect numerical analysis for analyzing the diffusion / pair annihilation of vacancies and interstitial silicon. As described above, if the PvPi margin is widened, it becomes easy to control the crystal pulling speed V that falls within the PvPi margin, and thus it is possible to stably grow defect-free crystals.

本実施形態においては、冷却工程S17の開始直前におけるシリコン単結晶の600±200℃の温度域を広げ、冷却工程S17を利用してシリコン単結晶3を急冷することにより、600±200℃の温度域の滞在時間を短くする。このように、冷却工程S17を利用してシリコン単結晶3の冷却効果を高めることにより、PvPiマージンを拡大させることができ、無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができる。   In the present embodiment, the temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal immediately before the start of the cooling step S17 is expanded, and the silicon single crystal 3 is rapidly cooled using the cooling step S17, so that the temperature of 600 ± 200 ° C. Shorten stay time in the area. As described above, by using the cooling step S17 to enhance the cooling effect of the silicon single crystal 3, the PvPi margin can be increased and the manufacturing yield of defect-free crystals can be increased.

冷却工程S17を利用してシリコン単結晶3の600±200℃の温度域の滞在時間を短くする方法において、当該温度域の滞在時間が短い結晶領域を広げて無欠陥結晶の製造歩留まりを高める方法は2つある。一つは、ホットゾーンを変更する方法である。冷却工程S17の開始直前におけるシリコン単結晶の800℃の温度位置を結晶トップ側に持ち上げることにより、無欠陥結晶の取得領域を拡大することができる。冷却工程S17の開始直前まで結晶を温めて800℃以上の領域が広くなるホットゾーンであれば、冷却工程S17での急冷効果を利用して結晶領域を広げることができる。図1におけるサブヒータ22は、冷却工程S17の開始直前における800℃の温度位置を結晶トップ側に持ち上げるためのホットゾーン変更手段を構成している。   In the method for shortening the residence time in the temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal 3 using the cooling step S17, a method for increasing the production yield of defect-free crystals by expanding the crystal region in which the residence time in the temperature range is short There are two. One is a method of changing the hot zone. By raising the 800 ° C. temperature position of the silicon single crystal immediately before the start of the cooling step S17 to the top side of the crystal, the defect-free crystal acquisition region can be expanded. If it is a hot zone where the crystal is warmed up to just before the start of the cooling step S17 and the region of 800 ° C. or higher is widened, the crystal region can be expanded by utilizing the rapid cooling effect in the cooling step S17. The sub-heater 22 in FIG. 1 constitutes a hot zone changing means for raising the 800 ° C. temperature position immediately before the start of the cooling step S17 to the crystal top side.

もう一つは、ホットゾーンを変更することなく無欠陥結晶となる領域を拡大する方法であり、テール部育成工程S16による熱履歴の影響を改善する方法である。テール部育成時は結晶形状の影響によりボディ部育成時とは異なる熱履歴となるため、製品取得領域(ボディ部)の600±200℃の滞在時間に影響を及ぼす。しかし、テール部の省略又は短尺化することができればテール部育成工程S16の影響を抑えて結晶品質を向上させることができる。   The other is a method of enlarging a region that becomes a defect-free crystal without changing the hot zone, and is a method of improving the influence of the thermal history due to the tail portion growing step S16. When the tail portion is grown, the thermal history is different from that when the body portion is grown due to the influence of the crystal shape, which affects the stay time of 600 ± 200 ° C. in the product acquisition region (body portion). However, if the tail portion can be omitted or shortened, the influence of the tail portion growing step S16 can be suppressed and the crystal quality can be improved.

図5は、シリコン単結晶インゴットの熱履歴と冷却工程の影響を効果的に受ける領域との関係を説明するための図であって、(a)は冷却工程直前における800℃の温度位置が相対的に低いシリコン単結晶インゴットの模式図、(b)は800℃の温度位置が相対的に高いシリコン単結晶インゴットの模式図、(c)は(a)及び(b)に示すシリコン単結晶インゴットの中心軸上のP点及びQ点それぞれの位置の温度変化を示すグラフである。   FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the thermal history of a silicon single crystal ingot and the region that is effectively affected by the cooling process. FIG. 5A shows a relative temperature position of 800 ° C. immediately before the cooling process. (B) is a schematic diagram of a silicon single crystal ingot having a relatively high temperature position at 800 ° C., (c) is a silicon single crystal ingot shown in (a) and (b). It is a graph which shows the temperature change of each position of P point and Q point on the center axis | shaft of this.

図5(a)に示すシリコン単結晶インゴット3Aでは、冷却工程直前における800℃の温度位置がQ点と同じ高さにあり、Q点よりも上方に位置するP点の温度は冷却がさらに進んで800℃よりも低い。そのため、Q点は冷却工程S17の影響を受けて急冷され、800〜400℃の滞在時間Tは短い。P点も冷却工程S17の影響を受けるが、ボディ部育成工程S15及びテール部育成工程S16の影響を受けて既に徐冷されているため、P点の800〜400℃の滞在時間Tは長い。 In the silicon single crystal ingot 3A shown in FIG. 5 (a), the temperature position at 800 ° C. immediately before the cooling step is at the same height as the Q point, and the temperature at the P point located above the Q point is further cooled. It is lower than 800 ° C. Therefore, Q points are quenched by the influence of the cooling step S17, the residence time T 1 of the 800 to 400 ° C. is short. Point P is also influenced cooling step S17, but because it is already slowly cooled under the influence of the body portion growing step S15 and tail growth step S16, the staying time T 2 of the eight hundred to four hundred ° C. of P points long .

一方、図5(b)に示すシリコン単結晶インゴット3Bでは、冷却工程直前における800℃の温度位置がP点と同じ高さにあり、P点よりも下方に位置するQ点の温度は800℃以上である。そのため、Q点のみならずP点も冷却工程S17の影響を受けて急冷され、P点の800〜400℃の滞在時間TはQ点の滞在時間Tと同様に短い。 On the other hand, in the silicon single crystal ingot 3B shown in FIG. 5B, the temperature position of 800 ° C. immediately before the cooling step is at the same height as the P point, and the temperature of the Q point located below the P point is 800 ° C. That's it. Therefore, the point P not Q point only be quenched by the influence of the cooling step S17, the residence time T 1 of the 800-400 ° C. at the point P is likewise shorter the residence time T 3 in the Q point.

このように、図5(b)のシリコン単結晶インゴット3Bは、図5(a)のシリコン単結晶インゴット3Aと比較して冷却工程直前における800℃の温度位置が結晶トップ側に持ち上げられているため、800℃以上となる結晶領域が図5(a)よりも広くなる。したがって、冷却工程S17による急冷効果の影響を受けるシリコン単結晶3の800℃以上の温度域の範囲を広げることができ、無欠陥結晶の取得領域の拡大につなげることができる。   As described above, the silicon single crystal ingot 3B of FIG. 5B has a temperature position of 800 ° C. immediately before the cooling step raised to the top of the crystal as compared with the silicon single crystal ingot 3A of FIG. Therefore, the crystal region at 800 ° C. or higher is wider than that in FIG. Therefore, the range of the temperature range of 800 ° C. or more of the silicon single crystal 3 affected by the rapid cooling effect by the cooling step S17 can be expanded, and the acquisition region of defect-free crystals can be expanded.

次に、サブヒータ22を用いて冷却工程直前の800℃の温度位置を結晶トップ側に持ち上げる方法についてより詳細に説明する。   Next, a method for raising the 800 ° C. temperature position immediately before the cooling step to the crystal top side using the sub-heater 22 will be described in more detail.

図6は、水冷体21のみが設けられ、サブヒータ22が設けられていないホットゾーン内で引き上げられたシリコン単結晶3の熱履歴を示す模式図である。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the thermal history of the silicon single crystal 3 pulled up in a hot zone in which only the water-cooled body 21 is provided and the sub-heater 22 is not provided.

図6に示すように、サブヒータ22が設けられていないホットゾーン内でシリコン融液2から引き上げたシリコン単結晶3は冷却され、冷却工程直前におけるシリコン単結晶3中の800℃の温度位置は例えば図示の位置Pになり、位置Pよりも上方のボディ部3cの結晶領域Aの温度は800℃未満となり、位置Pよりも下方のボディ部3cの結晶領域Bの温度は800℃以上となる。 As shown in FIG. 6, the silicon single crystal 3 pulled up from the silicon melt 2 in the hot zone where the sub-heater 22 is not provided is cooled, and the temperature position of 800 ° C. in the silicon single crystal 3 immediately before the cooling step is, for example, becomes position P 1 shown, the temperature of the crystal region a 1 of the upper body portion 3c from the position P 1 becomes lower than 800 ° C., the temperature of the crystal region B 1 of the body portion 3c of the lower than the position P 1 800 ℃ or more.

ボディ部3cの800℃未満の結晶領域Aは、ボディ部育成工程S15又はテール部育成工程S16中の引き上げ速度(第1の引き上げ速度)で800〜400℃の温度域をすでに通過しているか、あるいは通過途中であるため、800〜400℃の滞在時間が長くなる。そのためPvPiマージンが狭くなり、引き上げ速度VをPvPiマージン内に収めることができず、引き上げ速度Vの変動の影響を受けて結晶欠陥(COP又はOSF核の少なくとも一方)を含む単結晶が育成されてしまう。 Or crystal region A 1 below 800 ° C. of the body portion 3c has already passed through the temperature range of 800-400 ° C. at a pulling speed of the body portion growing step S15 or tails during the growth step S16 (first pulling speed) Or, since it is in the middle of passing, the staying time at 800 to 400 ° C. becomes longer. For this reason, the PvPi margin becomes narrow, the pulling speed V cannot be kept within the PvPi margin, and a single crystal containing crystal defects (at least one of COP or OSF nuclei) is grown under the influence of the fluctuation of the pulling speed V. End up.

一方、800℃以上の結晶領域Bは、冷却工程S17によって急冷されて800〜400℃の滞在時間が短くなる。すなわち、結晶領域Bの800〜400℃の温度域の冷却速度(第2の冷却速度)は、結晶領域Aの800〜400℃の温度域の冷却速度(第1の冷却速度)よりも速い。具体的には、第1の冷却速度が0.165〜0.295℃/minであるのに対し、第2の冷却速度は第1の冷却速度の2.5倍以上、つまり0.4125℃/min以上であることが好ましい。そのため、PvPiマージンを広くすることができ、引き上げ速度VをPvPiマージン内に収めることができ、結晶領域Bを無欠陥結晶として育成することができる。 Meanwhile, 800 ° C. or more crystalline regions B 1 represents residence time of from 800 to 400 ° C. is rapidly cooled by the cooling step S17 is shortened. That is, the cooling rate (second cooling rate) in the temperature region of 800 to 400 ° C. of the crystal region B 1 is higher than the cooling rate (first cooling rate) of the temperature region of 800 to 400 ° C. in the crystal region A 1. fast. Specifically, while the first cooling rate is 0.165 to 0.295 ° C./min, the second cooling rate is 2.5 times or more of the first cooling rate, that is, 0.4125 ° C. / Min or more is preferable. Therefore, it is possible to widen the PvPi margin, the pulling speed V can be kept within PvPi margin, it is possible to grow a crystal region B 1 as defect-free crystals.

しかしながら、結晶領域Aと比較して結晶領域Bの長さは非常に短いため、無欠陥結晶の製造歩留まりが非常に悪い。そこで本実施形態では、サブヒータ22を用いて冷却工程直前におけるシリコン単結晶3中の800℃以上の温度域を広げることにより、冷却工程による急冷効果を受ける範囲を広げ、これにより無欠陥結晶の取得領域の拡大を図っている。 However, since the length of the crystal region B 1 is very short compared to the crystal region A 1 , the production yield of defect-free crystals is very poor. Therefore, in this embodiment, the temperature range of 800 ° C. or more in the silicon single crystal 3 immediately before the cooling process is expanded by using the sub-heater 22 to expand the range that receives the rapid cooling effect by the cooling process, thereby acquiring defect-free crystals. The area is being expanded.

図7は、サブヒータ22が設けられたホットゾーン内で引き上げられたシリコン単結晶3の熱履歴を示す模式図である。   FIG. 7 is a schematic diagram showing the thermal history of the silicon single crystal 3 pulled up in the hot zone in which the sub heater 22 is provided.

図7に示すように、サブヒータ22が設けられたホットゾーン内でシリコン融液2から引き上げられたシリコン単結晶3はサブヒータ22によって再加熱され、冷却工程直前におけるシリコン単結晶3中の800℃の温度位置は図示の位置Pになり、位置Pよりも上方の結晶領域Aは800℃未満となり、位置Pよりも下方の結晶領域Bは800℃以上となる。 As shown in FIG. 7, the silicon single crystal 3 pulled up from the silicon melt 2 in the hot zone in which the sub heater 22 is provided is reheated by the sub heater 22 and is heated to 800 ° C. in the silicon single crystal 3 immediately before the cooling step. temperature position becomes position P 2 shown, upward crystal regions a 2 becomes less than 800 ° C. from the position P 1, crystalline region B 2 lower than the position P 2 becomes 800 ° C. or higher.

このように、800℃の温度位置がサブヒータ22によって図7の位置Pよりも結晶トップ側に持ち上げられることにより、図7の結晶領域Bは図6の結晶領域Bよりも長くなり、逆に図7の結晶領域Aは図6の結晶領域Aよりも短くなるので、結晶品質が悪い部分の取得を少なくすることができる。すなわち、無欠陥結晶の取得領域を増やすと共に結晶欠陥含有領域を減らして無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができる。 As described above, when the temperature position of 800 ° C. is raised by the sub-heater 22 to the crystal top side from the position P 1 in FIG. 7, the crystal region B 2 in FIG. 7 becomes longer than the crystal region B 1 in FIG. since crystal region a 2 in FIG. 7 is reversed shorter than crystal region a 1 in FIG. 6, it is possible to crystal quality is reduced to obtain a bad part. In other words, it is possible to increase the production yield of defect-free crystals by increasing the acquisition area of defect-free crystals and reducing the area containing crystal defects.

図8は、サブヒータ22及び水冷体21が設けられたホットゾーン内で引き上げられたシリコン単結晶3の熱履歴を示す模式図であって、図7のシリコン単結晶3の結晶長を短くした場合を示すものである。   FIG. 8 is a schematic diagram showing the thermal history of the silicon single crystal 3 pulled up in the hot zone in which the sub-heater 22 and the water-cooled body 21 are provided, where the crystal length of the silicon single crystal 3 in FIG. 7 is shortened. Is shown.

図8に示すように、冷却工程直前におけるシリコン単結晶3中の800℃の温度位置がボディ部3cの上端近傍の位置Pにある場合には、800℃以上の温度域が位置Pよりも下方の結晶領域Bとなり、ボディ部3cのほぼ全部が800℃以上の温度となる。 As shown in FIG. 8, when the temperature position of 800 ° C. in the silicon single crystal 3 immediately before the cooling step is at the position P 3 near the upper end of the body portion 3c, the temperature range of 800 ° C. or more is higher than the position P 3 . crystal region B 3 next to the downward, the temperature almost all of the more than 800 ° C. of the body portion 3c.

図7のシリコン単結晶3のように結晶長を十分に長くする場合には、800℃の温度位置Pよりもトップ側に位置する結晶領域Aが結晶欠陥を含むようになるため、当該結晶領域Aの製造は無駄になる。しかし、図8に示すようにシリコン単結晶3のボディ部3cの上端近傍が800℃の温度位置まで到達したときに冷却工程S17を開始する場合には、結晶欠陥含有領域を無くして無欠陥結晶の製造歩留まりを大幅に高めることができる。 When the crystal length is made sufficiently long like the silicon single crystal 3 of FIG. 7, the crystal region A 2 located on the top side of the temperature position P 2 at 800 ° C. includes crystal defects. preparation of crystalline regions a 2 is wasted. However, when the cooling step S17 is started when the vicinity of the upper end of the body portion 3c of the silicon single crystal 3 reaches the temperature position of 800 ° C. as shown in FIG. The production yield can be significantly increased.

図9は、シリコン単結晶3の製品取得領域について説明するための図である。   FIG. 9 is a diagram for explaining a product acquisition region of the silicon single crystal 3.

図9(a)に示すように、シリコン単結晶3のボディ部3cの全体を製品取得領域とする場合には、800℃の温度位置がボディ部3cの上端近傍Pに到達したときに冷却工程を開始すればよい。また、図9(b)に示すように、シリコン単結晶3のボディ部の一部を製品取得領域とする場合には、800℃の温度位置が製品取得領域の上端P'に到達したときに冷却工程を開始すればよい。例えば、格子間酸素濃度やドーパント濃度の面内分布などの結晶欠陥以外の条件が所定の基準を満たしている領域がボディ部の一部である場合には、当該ボディ部の一部を製品取得領域とし、製品取得領域に対してのみ無欠陥結晶が形成されるように制御することにより、無欠陥結晶の製造効率を高めることができる。 As shown in FIG. 9 (a), when the entire body portion 3c of the silicon single crystal 3 with the product acquisition area is cooled when the temperature position of 800 ° C. has reached near the upper end P 3 of the body portion 3c What is necessary is just to start a process. Further, as shown in FIG. 9B, when a part of the body portion of the silicon single crystal 3 is used as the product acquisition region, the temperature position of 800 ° C. reaches the upper end P 3 ′ of the product acquisition region. The cooling process may be started. For example, if a region where a condition other than crystal defects such as interstitial oxygen concentration and in-plane distribution of dopant concentration satisfies a predetermined standard is a part of the body part, a part of the body part is acquired. By controlling the region so that defect-free crystals are formed only in the product acquisition region, the production efficiency of defect-free crystals can be increased.

シリコン単結晶3の製品取得領域の上端P'は、ボディ部3cの結晶成長方向の中央よりも結晶トップ側に位置することが好ましく、ボディ部3cの上端近傍に位置することが好ましい。製品取得領域がボディ部3cの大半を占めることにより無欠陥シリコンウェーハの製造歩留まりを高めることができる。なお、ボディ部3cの上端近傍としたのは、シリコン単結晶のボディ部の上端は、酸素濃度やドーパント濃度の面内分布などの結晶欠陥以外の他の品質が安定せず、製品対象領域とされないことが多いからである。なおボディ部3cの上端近傍とは、例えばボディ部の上端0〜50mmの範囲であると定義することができる。 The upper end P 3 ′ of the product acquisition region of the silicon single crystal 3 is preferably located closer to the crystal top than the center of the body portion 3c in the crystal growth direction, and is preferably located near the upper end of the body portion 3c. Since the product acquisition region occupies most of the body portion 3c, the production yield of defect-free silicon wafers can be increased. Note that the upper end of the body portion of the silicon single crystal is located near the upper end of the body portion 3c, and the quality other than crystal defects such as the in-plane distribution of oxygen concentration and dopant concentration is not stable, and This is because it is often not done. The vicinity of the upper end of the body portion 3c can be defined as, for example, a range of 0 to 50 mm at the upper end of the body portion.

図10は、サブヒータ22及び水冷体21が設けられたホットゾーン内で引き上げられたシリコン単結晶3の熱履歴を示す模式図であって、図8のシリコン単結晶3のテール部3dを短尺化した場合を示すものである。   FIG. 10 is a schematic diagram showing the thermal history of the silicon single crystal 3 pulled up in the hot zone where the sub-heater 22 and the water-cooled body 21 are provided, and the tail portion 3d of the silicon single crystal 3 in FIG. 8 is shortened. This shows the case.

図10に示すように、本実施形態においてはシリコン単結晶3のテール部3dの長さを短くするか、或いはテール部3dを完全に省略し、さらにその分だけボディ部3cの長さを長くすることにより、無欠陥結晶の取得領域の拡大を図っている。   As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the length of the tail portion 3d of the silicon single crystal 3 is shortened or the tail portion 3d is completely omitted, and the length of the body portion 3c is further increased accordingly. By doing so, the acquisition area of defect-free crystals is expanded.

テール部3dは、シリコン単結晶3をシリコン融液2から切り離す際に熱衝撃等による転位の発生を防止するために形成されるものであるが、結晶直径が小さいため製品化することができず、本来必要ない部分である。また、テール部育成工程S16中は、結晶直径の減少により熱遮蔽体17の開口17aとシリコン単結晶3との間の隙間が広くなり、これによりシリコン単結晶3がシリコン融液2からの輻射熱の影響を受けて冷却されにくくなり、600±200℃の滞在時間がボディ部育成工程S15中よりも長くなる。すなわちテール部育成工程S16は冷却工程S17のようにシリコン単結晶3の急冷にも寄与しないばかりか、むしろ600±200℃の滞在時間に悪影響を与える。   The tail portion 3d is formed to prevent the occurrence of dislocation due to thermal shock or the like when the silicon single crystal 3 is separated from the silicon melt 2. However, the tail portion 3d cannot be commercialized because the crystal diameter is small. This is an unnecessary part. Further, during the tail portion growing step S <b> 16, the gap between the opening 17 a of the thermal shield 17 and the silicon single crystal 3 is widened due to the reduction of the crystal diameter, whereby the silicon single crystal 3 is radiated from the silicon melt 2. It becomes difficult to be cooled under the influence of the above, and the stay time of 600 ± 200 ° C. becomes longer than in the body part growing step S15. That is, the tail portion growing step S16 does not contribute to the rapid cooling of the silicon single crystal 3 unlike the cooling step S17, but rather adversely affects the residence time of 600 ± 200 ° C.

しかし、本実施形態においては、テール部3dの短尺化又は省略によりテール部育成工程S16をできるだけ短くしているので、800℃以上の温度域が位置Pよりも下方のボディ部3cの結晶領域Bを拡大することができ、テール部育成工程S16の影響をできるだけ抑えて無欠陥結晶の製造歩留まりをさらに高めることができる。 However, in the present embodiment, since the shortest possible tails growth step S16 by shortening of, or omission of the tail section 3d, than the temperature range positions P 3 above 800 ° C. below the body portion 3c crystal region it is possible to enlarge the B 3, it is possible to further increase the production yield of only suppressing defect-free crystals can influence tails growth step S16.

テール部3dの長さは400mm以下であることが好ましい。従来長500mm程度に対しテール部3dの長さが400mm以下に短尺化されたものであれば、テール部3dの短尺化による十分な効果を得ることができる。   The length of the tail portion 3d is preferably 400 mm or less. If the length of the tail part 3d is shortened to 400 mm or less with respect to the conventional length of about 500 mm, a sufficient effect can be obtained by shortening the tail part 3d.

以上説明したように、本実施形態によるシリコン単結晶の製造方法は、シリコン融液2からシリコン単結晶3を引き上げる結晶育成工程(S13〜S16)と、シリコン単結晶3をシリコン融液2から切り離した後、シリコン単結晶の冷却を促進させる冷却工程S17とを備え、当該冷却工程S17を利用して、冷却工程S17の開始直前におけるシリコン単結晶3中の600±200℃の温度域を結晶育成工程中の冷却速度(第1の冷却速度)よりも速い冷却速度(第2の冷却速度)で冷却するので、シリコン単結晶3の600±200℃の温度域を急冷することがで、これによりPvPiマージンを広げて無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができる。   As described above, the silicon single crystal manufacturing method according to the present embodiment includes the crystal growth step (S13 to S16) for pulling up the silicon single crystal 3 from the silicon melt 2 and the silicon single crystal 3 is separated from the silicon melt 2. Thereafter, a cooling step S17 for promoting the cooling of the silicon single crystal is provided, and the temperature range of 600 ± 200 ° C. in the silicon single crystal 3 immediately before the start of the cooling step S17 is grown using the cooling step S17. Since cooling is performed at a cooling rate (second cooling rate) faster than the cooling rate during the process (first cooling rate), the temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal 3 can be rapidly cooled, thereby The production yield of defect-free crystals can be increased by widening the PvPi margin.

また、本実施形態においては、サブヒータ22を用いてシリコン単結晶3を加熱することにより当該シリコン単結晶3中の800℃の温度位置を結晶トップ側に持ち上げるので、シリコン単結晶3のできるだけ広い結晶領域を急冷の対象とすることができる。したがって、無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができ、無欠陥シリコンウェーハの生産性を向上させることができる。   Further, in the present embodiment, by heating the silicon single crystal 3 using the sub-heater 22, the temperature position of 800 ° C. in the silicon single crystal 3 is raised to the crystal top side. The area can be subject to rapid cooling. Therefore, the production yield of defect-free crystals can be increased, and the productivity of defect-free silicon wafers can be improved.

さらに、本実施形態においては、シリコン単結晶3のボディ部3cの製品取得領域の上端が800℃の温度位置まで到達したときに冷却工程S17を開始するので、冷却工程S17によって急冷されない結晶領域を極力少なくすることができる。したがって、シリコン単結晶の断面内の全面が無欠陥領域となるシリコン単結晶の製造歩留まりを高めることができる。   Furthermore, in this embodiment, since the cooling step S17 is started when the upper end of the product acquisition region of the body part 3c of the silicon single crystal 3 reaches the temperature position of 800 ° C., the crystal region that is not rapidly cooled by the cooling step S17 is selected. It can be reduced as much as possible. Therefore, the production yield of the silicon single crystal in which the entire surface in the cross section of the silicon single crystal is a defect-free region can be increased.

図11は、サブヒータ22及び水冷体21が設けられていないホットゾーン内で引き上げられたシリコン単結晶3の熱履歴を示す模式図であって、図6のシリコン単結晶3の結晶長を短くし、さらにテール部3dを短尺化した場合を示すものである。   FIG. 11 is a schematic diagram showing the thermal history of the silicon single crystal 3 pulled in the hot zone where the sub-heater 22 and the water cooling body 21 are not provided, and the crystal length of the silicon single crystal 3 in FIG. 6 is shortened. Furthermore, the case where the tail part 3d is shortened is shown.

図11に示すように、本実施形態においては、サブヒータ22及び水冷体21を設けずシリコン単結晶3を引き上げて自然に冷却したときにそのボディ部3cの上端が800℃の温度位置となるタイミングでシリコン単結晶3をシリコン融液2から切り離すようにしている。冷却工程直前におけるシリコン単結晶3中の800℃の温度位置がボディ部3cの上端近傍の位置Pにある場合には、800℃以上の温度域が位置Pよりも下方の結晶領域Bとなり、ボディ部3cのほぼ全部が800℃以上の温度となるので、結晶欠陥含有領域を無くして無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができる。 As shown in FIG. 11, in this embodiment, when the sub-heater 22 and the water-cooled body 21 are not provided and the silicon single crystal 3 is pulled up and naturally cooled, the timing at which the upper end of the body portion 3c becomes a temperature position of 800 ° C. Thus, the silicon single crystal 3 is separated from the silicon melt 2. If the temperature positions of 800 ° C. in the silicon single crystal 3 in the cooling process just before is at the position P 4 near the upper end of the body portion 3c is lower than the temperature range of not lower than 800 ° C. is positioned P 4 crystal regions B 4 Thus, almost all of the body portion 3c has a temperature of 800 ° C. or higher, so that the crystal defect-containing region can be eliminated and the production yield of defect-free crystals can be increased.

しかし、図7のように800℃の温度位置を持ち上げない場合には無欠陥結晶の長さが非常に短くなる。そこで、これを改善するために結晶ボトム側においてテール部3dの短尺化あるいは完全な省略を図り、無欠陥結晶の取得領域の拡大を図るものである。   However, when the temperature position of 800 ° C. is not raised as shown in FIG. 7, the length of the defect-free crystal becomes very short. Therefore, in order to improve this, the tail portion 3d is shortened or completely omitted on the crystal bottom side, and the acquisition area of defect-free crystals is expanded.

本実施形態においては、無欠陥結晶の取得領域を長くすることができるが、従来に比べるとシリコン単結晶インゴットが短く、一回の結晶育成工程で引き上げられるシリコン単結晶の量が少なく、残りのシリコン融液が無駄になってしまう。シリコン融液の無駄を防ぎ、無欠陥結晶の製造歩留まりをさらに高めるためには、いわゆるマルチプリング法によって短尺なシリコン単結晶インゴットを何本も引き上げることが好ましい。   In this embodiment, the defect-free crystal acquisition region can be lengthened, but the silicon single crystal ingot is shorter than the conventional one, the amount of silicon single crystal pulled up in one crystal growth step is small, and the remaining The silicon melt is wasted. In order to prevent waste of the silicon melt and further increase the production yield of defect-free crystals, it is preferable to pull up a number of short silicon single crystal ingots by a so-called multiple pulling method.

マルチプリング法では、石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げた後、同一の石英ルツボ内のシリコン残液にシリコン原料を追加供給して融解し、得られたシリコン融液からシリコン単結晶の引き上げを行い、このような結晶育成工程と原料追加工程とを交互に繰り返すことにより、一つの石英ルツボから複数本のシリコン単結晶を製造する。上記のように短尺なインゴットを引き上げる場合には、石英ルツボ内に多くのシリコン融液が残っていることから、これを利用して新たなシリコン単結晶インゴットを引き上げることが可能である。シリコン融液の残量が次の一本のシリコン単結晶インゴットの引き上げに必要な量に満たない場合には、多結晶シリコン原料を石英ルツボ11内に追加してから次の結晶育成工程を開始すればよい。マルチプリング法によれば、シリコン単結晶一本当たりの石英ルツボの原価コストを低減することが可能である。またチャンバーを解体して石英ルツボを交換する頻度を低減できるため、操業効率を向上させることが可能である。   In the multiple pulling method, after pulling up a silicon single crystal from a silicon melt in a quartz crucible, additional silicon raw material is supplied and melted in the silicon residual liquid in the same quartz crucible, and a silicon single crystal is obtained from the obtained silicon melt. A plurality of silicon single crystals are produced from one quartz crucible by pulling up the crystal and alternately repeating such a crystal growth step and a raw material addition step. When pulling up a short ingot as described above, since a large amount of silicon melt remains in the quartz crucible, a new silicon single crystal ingot can be pulled up using this. When the remaining amount of the silicon melt is less than the amount necessary for pulling up the next single silicon single crystal ingot, the next crystal growth process is started after adding the polycrystalline silicon raw material into the quartz crucible 11. do it. According to the multiple pulling method, it is possible to reduce the cost of the quartz crucible per silicon single crystal. In addition, since the frequency with which the chamber is disassembled and the quartz crucible is replaced can be reduced, it is possible to improve operational efficiency.

マルチプリング法においては、シリコン単結晶の最後の一本を除き、メインヒータ15の出力はそのまま維持し、サブヒータ22の出力だけを停止又は低下させることにより、シリコン融液2の固化や石英ルツボ11の破損を防止して結晶引き上げを継続することができる。シリコン単結晶の最後の一本の結晶育成工程では、メインヒータ15とサブヒータ22の出力の両方を停止又は低下させることができ、冷却工程S17の冷却効果をさらに高めることができる。   In the multiple method, except for the last silicon single crystal, the output of the main heater 15 is maintained as it is, and only the output of the sub-heater 22 is stopped or lowered, so that the silicon melt 2 is solidified and the quartz crucible 11 is used. The crystal pulling can be continued while preventing breakage of the crystal. In the last single crystal growth step of the silicon single crystal, both the outputs of the main heater 15 and the sub heater 22 can be stopped or reduced, and the cooling effect of the cooling step S17 can be further enhanced.

また、1回の結晶製造工程で一本のシリコン単結晶3のみを引き上げるいわゆるシングルプリング法においては、一本のシリコン単結晶3をシリコン融液2から切り離した後の冷却工程S17の開始時にメインヒータ15とサブヒータ22の両方の出力を停止又は低下させることができ、冷却工程S17の冷却効果をさらに高めることができる。   In the so-called single pulling method in which only one silicon single crystal 3 is pulled up in one crystal manufacturing process, the main process is started at the start of the cooling step S17 after the single silicon single crystal 3 is separated from the silicon melt 2. The outputs of both the heater 15 and the sub-heater 22 can be stopped or reduced, and the cooling effect of the cooling step S17 can be further enhanced.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

例えば、上記実施形態においては、サブヒータ22及び水冷体21を追加してPvPiマージンを拡大させるホットゾーンを変更しているが、本発明はそのような構成に限定されるものではなく、既存の炉内構造物の変更又は新たな炉内構造物の追加によりホットゾーンを変更してもよい。さらに上述のようにホットゾーンを変更することなく冷却工程S17だけを利用してPvPiマージンを拡大させることも可能である。   For example, in the above embodiment, the hot zone for expanding the PvPi margin is changed by adding the sub-heater 22 and the water-cooled body 21, but the present invention is not limited to such a configuration, and the existing furnace The hot zone may be changed by changing the internal structure or adding a new internal furnace structure. Further, as described above, it is possible to expand the PvPi margin using only the cooling step S17 without changing the hot zone.

シリコン融液から引き上げられたシリコン単結晶の冷却過程における600±200℃の温度域の滞在時間がPvPiセンターマージンに与える影響について考察した。COP、OSF、Pv、Pi、L/DL(転位クラスター)といった各欠陥の境界は、点欠陥数値解析より得られる1000℃での相対空孔過飽和度により決定され、従来は表1に示すような固定値が用いられていた。   The influence of the residence time in the temperature range of 600 ± 200 ° C. on the PvPi center margin in the cooling process of the silicon single crystal pulled up from the silicon melt was examined. The boundaries of each defect such as COP, OSF, Pv, Pi, and L / DL (dislocation cluster) are determined by the relative vacancy supersaturation at 1000 ° C. obtained by point defect numerical analysis. Conventionally, as shown in Table 1 A fixed value was used.

しかしながら、Pv−OSF境界を決定する相対空孔過飽和度は、600±200℃の滞在時間によって変化する可変値であるため、600±200℃の滞在時間によって変化する変数として点欠陥数値解析に導入することができれば、PvPiセンターマージンを正確に計算することが可能となり、PvPiセンターマージンを考慮した無欠陥結晶の引き上げ条件の制御も可能となる。そこで、結晶直径やホットゾーンなどの結晶引き上げ条件が異なる複数の引き上げ試験の結果に基づいて、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度と600±200℃の滞在時間との関係を調査した。   However, since the relative vacancy supersaturation level that determines the Pv-OSF boundary is a variable value that changes with the stay time of 600 ± 200 ° C., it is introduced into the point defect numerical analysis as a variable that changes with the stay time of 600 ± 200 ° C. If it is possible, the PvPi center margin can be calculated accurately, and the defect-free crystal pulling conditions can be controlled in consideration of the PvPi center margin. Therefore, based on the results of a plurality of pulling tests with different crystal pulling conditions such as crystal diameter and hot zone, the relationship between the relative vacancy supersaturation degree at the Pv-OSF boundary and the stay time at 600 ± 200 ° C. was investigated.

表2は、結晶直径やホットゾーンなどの結晶引き上げ条件が異なる5つの引き上げ試験結果に基づいて、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度と600±200℃の滞在時間との関係を調査した結果を示す表であり、G1cは融点近傍(1412〜1350℃)の結晶中心温度勾配、RT600±200℃は600±200℃の滞在時間である。 Table 2 shows the results of investigating the relationship between the relative vacancy supersaturation at the Pv-OSF boundary and the residence time at 600 ± 200 ° C. based on the results of five pulling test results with different crystal pulling conditions such as crystal diameter and hot zone. G1c is a crystal center temperature gradient in the vicinity of the melting point (1412-1350 ° C.), and RT 600 ± 200 ° C. is a residence time of 600 ± 200 ° C.

またPvPiセンターマージンは、結晶中心のPvPiマージンである。PvPiセンターマージンは挙動が単純であり、PvPi面内マージンにも展開しやすいため、点欠陥数値解析ではPvPiセンターマージンを計算することが好ましい。通常、PvPi面内マージンはPvPiセンターマージンよりも狭い。PvPi面内マージンがPvPiセンターマージンの8割程度になると仮定すると、0.015mm/minのPvPi面内マージンを確保するためには0.019mm/minのPvPiセンターマージンを確保する必要がある。   The PvPi center margin is a PvPi margin at the center of the crystal. Since the behavior of the PvPi center margin is simple and it is easy to develop the PvPi in-plane margin, it is preferable to calculate the PvPi center margin in the point defect numerical analysis. Usually, the PvPi in-plane margin is narrower than the PvPi center margin. Assuming that the PvPi in-plane margin is about 80% of the PvPi center margin, in order to secure the PvPi in-plane margin of 0.015 mm / min, it is necessary to secure the PvPi center margin of 0.019 mm / min.

表2に示すように、5つの結晶引き上げ条件のうち、条件#1は200mm結晶を水冷式のホットゾーン内で引き上げた場合、条件#2は300mm結晶を非水冷式のホットゾーン内で引き上げた場合、条件#3は300mm結晶を水冷式のホットゾーン内で引き上げた場合、条件#4,#5は450mm結晶を水冷式の同じホットゾーン内で引き上げた場合であり、両者の違いは結晶育成条件だけである。なお水冷式とは、図1における水冷体21が有ることを意味し、非水冷式とは水冷体21が無いことを意味する。   As shown in Table 2, out of the five crystal pulling conditions, Condition # 1 was when a 200 mm crystal was pulled in a water-cooled hot zone, and Condition # 2 was a 300 mm crystal pulled in a non-water-cooled hot zone. In this case, the condition # 3 is when the 300 mm crystal is pulled up in the water-cooled hot zone, and the conditions # 4 and # 5 are when the 450 mm crystal is pulled up in the same water-cooled hot zone. It is only a condition. The water-cooled type means that the water-cooled body 21 in FIG. 1 is present, and the non-water-cooled type means that the water-cooled body 21 is not present.

次に、これら5つの結晶引き上げ条件下で育成されるシリコン単結晶の温度分布を伝熱解析により求めると共に、応力効果を導入した点欠陥数値解析を行って、図12(a)に示すような結晶内の1000℃での相対空孔過飽和度の分布を求めた。伝熱解析はシミュレーションソフトCGSimを用いて行った。また点欠陥数値解析はKozo Nakamura et al., "Experimental Study of the Impact of Stress on the Point Defect Incorporation during Silicon Growth" ECS Solid State Letters, 3(3) N5-N7(2014) に記載される手法を用いて行った。   Next, the temperature distribution of the silicon single crystal grown under these five crystal pulling conditions is obtained by heat transfer analysis, and a point defect numerical analysis in which a stress effect is introduced is performed, as shown in FIG. The distribution of relative vacancy supersaturation at 1000 ° C. in the crystal was determined. The heat transfer analysis was performed using simulation software CGSim. Numerical analysis of point defects is based on the method described in Kozo Nakamura et al., "Experimental Study of the Impact of Stress on the Point Defect Incorporation during Silicon Growth" ECS Solid State Letters, 3 (3) N5-N7 (2014). Used.

一方、図12(b)に示すように、実際に引き上げたシリコン単結晶の欠陥分布を評価し、この評価結果から結晶中心のPv−OSF境界を読み取ると共に、その位置に対応する相対空孔過飽和度を図12(a)から読み取った。例えば、図12(a)及び(b)の場合、結晶中心のPv−OSF境界は矢印で示す位置となり、相対空孔過飽和度は約2.2×1012cm−3となる。 On the other hand, as shown in FIG. 12B, the defect distribution of the actually pulled silicon single crystal is evaluated, the Pv-OSF boundary at the crystal center is read from the evaluation result, and the relative vacancy supersaturation corresponding to the position is read. The degree was read from FIG. For example, in the case of FIGS. 12A and 12B, the Pv-OSF boundary at the crystal center is at the position indicated by the arrow, and the relative vacancy supersaturation is about 2.2 × 10 12 cm −3 .

図13は、上述した5つの結晶引き上げ条件(条件#1〜#5)の600±200℃の滞在時間と結晶中心のPv−OSF境界の相対空孔過飽和度との関係を示す散布図であり、横軸は600±200℃の滞在時間RT−1(×10−3/min−1)、縦軸はPv−OSF境界の相対空孔過飽和度ΔCV_Pv-OSF(×1012/cm)をそれぞれ示している。なお横軸のRT−1は逆数であるため、値が大きい右側ほど滞在時間が短くなり、逆に値が小さい左側ほど滞在時間が長くなることを示している。 FIG. 13 is a scatter diagram showing the relationship between the residence time of 600 ± 200 ° C. of the above-mentioned five crystal pulling conditions (conditions # 1 to # 5) and the relative vacancy supersaturation degree at the Pv-OSF boundary at the crystal center. The horizontal axis is the residence time RT −1 (× 10 −3 / min −1 ) at 600 ± 200 ° C., and the vertical axis is the relative vacancy supersaturation degree ΔC V — Pv-OSF (× 10 12 / cm 3 ) at the Pv-OSF boundary. Respectively. Since RT -1 on the horizontal axis is a reciprocal, the stay time is shorter on the right side with a larger value, and on the contrary, the stay time is longer on the left side with a smaller value.

図13に示すように、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度ΔCV_Pv-OSFは600±200℃の滞在時間RTに反比例することが分かる。滞在時間RT−1が例えば1/1.3であれば、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度は6となるが、滞在時間RT−1が例えば1/1のように長くなると、相対空孔過飽和度ΔCV_Pv-OSFが小さくなり、これによりPvPiセンターマージンも狭くなる。逆に、滞在時間RT−1が1/2.5のように短くなると、相対空孔過飽和度ΔCV_Pv-OSFが大きくなり、これによりPvPiセンターマージンも広くなる。 As shown in FIG. 13, it can be seen that the relative vacancy supersaturation degree ΔC V — Pv-OSF at the Pv-OSF boundary is inversely proportional to the residence time RT of 600 ± 200 ° C. If the stay time RT −1 is 1 / 1.3, for example, the relative vacancy supersaturation degree at the Pv-OSF boundary is 6, but if the stay time RT −1 becomes longer, for example 1/1, The hole supersaturation degree ΔC V_Pv-OSF is reduced, and the PvPi center margin is thereby reduced. On the other hand, when the stay time RT- 1 is shortened to 1 / 2.5, the relative vacancy supersaturation degree ΔC V — Pv-OSF increases, thereby increasing the PvPi center margin.

さらに、図13に示した5つのプロット値の回帰直線から以下の関係式を導き出すことができた。   Furthermore, the following relational expressions could be derived from the regression lines of the five plot values shown in FIG.

ΔCV_Pv-OSF=6.194×1015(RT)−1−2.818×1012 (1) ΔC V_Pv-OSF = 6.194 × 10 15 (RT) −1 −2.818 × 10 12 (1)

このように、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度ΔCV_Pv-OSFは600±200℃の滞在時間RTの影響を受けており、滞在時間RTが短ければPv−OSF境界の相対空孔過飽和度ΔCV_Pv-OSFが大きくなることが分かった。結晶中心のPv−OSF境界の相対空孔過飽和度ΔCV_Pv-OSFが大きくなればPvPiセンターマージンも広がり、さらにPvPi面内マージンも広がるので、無欠陥結晶の引き上げが可能となる。さらに、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度となる600±200℃の滞在時間よりも短い滞在時間となるように結晶引き上げ速度Vやホットゾーンなどの結晶引き上げ条件を制御することにより、Pv領域又はPi領域からなる無欠陥結晶を育成することが可能となる。 Thus, the relative vacancy supersaturation degree ΔC V — Pv-OSF at the Pv-OSF boundary is affected by the residence time RT of 600 ± 200 ° C. If the residence time RT is short, the relative vacancy supersaturation degree at the Pv-OSF boundary It was found that ΔC V_Pv-OSF becomes large. If the relative vacancy supersaturation ΔC V — Pv-OSF at the Pv-OSF boundary at the crystal center increases, the PvPi center margin also increases and the PvPi in-plane margin also increases, so that it is possible to pull up defect-free crystals. Furthermore, by controlling the crystal pulling conditions such as the crystal pulling speed V and the hot zone so that the stay time is shorter than the stay time of 600 ± 200 ° C. which is the relative vacancy supersaturation degree of the Pv-OSF boundary, the Pv region Alternatively, it becomes possible to grow a defect-free crystal composed of the Pi region.

上記関係式を用いて冷却条件を制御する方法は以下のとおりである。まず、育成結晶の温度分布を伝熱解析により求め、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度とシリコン単結晶の600±200℃の温度域の滞在時間との関係式を用いた点欠陥数値解析を行うことにより、目標とするPvPiマージン(例えば0.015mm/min)が得られるシリコン単結晶の600±200℃の温度域の基準滞在時間を決定する。その後、前記結晶育成条件下で結晶育成工程を行い、さらに冷却工程を行う。冷却工程では、シリコン単結晶の600±200℃の温度域の実際の滞在時間が基準滞在時間以下となるように、シリコン単結晶の冷却速度を制御する。特に、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度をΔCV_Pv-OSF(×1012/cm)とし、シリコン単結晶の600±200℃の温度域の実際の滞在時間をRT(×10−3/min−1)とするとき、
ΔCV_Pv-OSF≦6.194×1015(RT)−1−2.818×1012
を満たすようにシリコン単結晶の冷却条件を制御すればよい。このような条件でシリコン単結晶を冷却することにより、PvPiマージンを拡大して無欠陥結晶の製造歩留まりを高めることができる。
A method for controlling the cooling condition using the above relational expression is as follows. First, the temperature distribution of the grown crystal is obtained by heat transfer analysis, and numerical analysis of point defects using the relational expression between the relative vacancy supersaturation degree at the Pv-OSF boundary and the residence time of the silicon single crystal in the temperature range of 600 ± 200 ° C. Is performed to determine the reference residence time in the temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal that provides a target PvPi margin (for example, 0.015 mm / min). Thereafter, a crystal growth step is performed under the crystal growth conditions, and a cooling step is further performed. In the cooling step, the cooling rate of the silicon single crystal is controlled such that the actual residence time of the silicon single crystal in the temperature range of 600 ± 200 ° C. is equal to or less than the reference residence time. In particular, the relative vacancy supersaturation degree at the Pv-OSF boundary is ΔC V — Pv-OSF (× 10 12 / cm 3 ), and the actual residence time of the silicon single crystal in the temperature range of 600 ± 200 ° C. is RT (× 10 −3 / Min −1 )
ΔC V_Pv-OSF ≦ 6.194 × 10 15 (RT) −1 −2.818 × 10 12
The cooling condition of the silicon single crystal may be controlled so as to satisfy the above. By cooling the silicon single crystal under such conditions, the PvPi margin can be expanded and the production yield of defect-free crystals can be increased.

図14は、450mm結晶を水冷式のホットゾーンで引き上げた条件#5の解析結果であって、(a)は実際に引き上げたシリコン単結晶中の欠陥分布、(b)はPv−OSF境界の相対空孔過飽和度の従来の指標(固定値)を用いて点欠陥数値解析した場合に得られる欠陥分布、(c)は新たな指標(600±200℃の滞在時間の関数)を用いて点欠陥数値解析した場合に得られる欠陥分布をそれぞれ示している。   FIG. 14 shows the analysis result of Condition # 5 in which a 450 mm crystal was pulled up in a water-cooled hot zone, where (a) shows the defect distribution in the actually pulled silicon single crystal, and (b) shows the Pv-OSF boundary. Defect distribution obtained when a point defect numerical analysis is performed using a conventional index (fixed value) of relative vacancy supersaturation, (c) is a point using a new index (function of dwell time at 600 ± 200 ° C.) The defect distribution obtained when the defect numerical analysis is performed is shown.

図14(b)に示す従来の指標を用いて計算した欠陥分布は、図14(a)に示す実際の評価結果と大きく異なり、PvPiセンターマージンの広さも大きく異なった。図14(b)に示した従来の指標を用いた点欠陥数値解析結果から引き上げ条件を決定する場合には、OSFが結晶中心部にディスク状に発生すると想定されるので、ギャップ(熱遮蔽体から融液表面までの距離)を大きくすべきと判断されることになる。   The defect distribution calculated using the conventional index shown in FIG. 14B is greatly different from the actual evaluation result shown in FIG. 14A, and the PvPi center margin is also greatly different. When the pulling condition is determined from the point defect numerical analysis result using the conventional index shown in FIG. 14B, it is assumed that the OSF is generated in a disk shape at the center of the crystal. It is judged that the distance from the melt surface to the melt surface should be increased.

一方、図14(c)に示す新たな指標を用いて計算した欠陥分布は、図14(a)に示す実際の評価結果とほぼ一致しており、OSFの位置やPvPiセンターマージンの広さを正しく表現していることが分かった。図14(c)に示した新たな指標を用いた点欠陥数値解析結果から引き上げ条件を決定する場合には、結晶中心と外周側に発生するOSFがほぼ同じ位置(速度)で発生すると予想されるので、最適なギャップであると判断されることになる。   On the other hand, the defect distribution calculated using the new index shown in FIG. 14C substantially matches the actual evaluation result shown in FIG. 14A, and the position of the OSF and the width of the PvPi center margin are determined. I understood that it was expressing correctly. When the pulling condition is determined from the point defect numerical analysis result using the new index shown in FIG. 14 (c), it is expected that the OSF generated at the crystal center and the outer peripheral side is generated at substantially the same position (velocity). Therefore, it is determined that the gap is optimal.

図15は、200mm結晶を水冷式のホットゾーンで引き上げた条件#1の解析結果であって、(a)は実際に引き上げたシリコン単結晶中の欠陥分布、(b)はPv−OSF境界の相対空孔過飽和度の従来の指標(固定値)を用いて点欠陥数値解析した場合に得られる欠陥分布、(c)は新たな指標(600±200℃の滞在時間の関数)を用いて点欠陥数値解析した場合に得られる欠陥分布をそれぞれ示している。   FIG. 15 shows the analysis result of Condition # 1 in which a 200 mm crystal was pulled up in a water-cooled hot zone, where (a) shows the defect distribution in the actually pulled silicon single crystal, and (b) shows the Pv-OSF boundary. Defect distribution obtained when a point defect numerical analysis is performed using a conventional index (fixed value) of relative vacancy supersaturation, (c) is a point using a new index (function of dwell time at 600 ± 200 ° C.) The defect distribution obtained when the defect numerical analysis is performed is shown.

450mm結晶の解析結果と同様、図15(b)に示す従来の指標を用いて計算した欠陥分布は、図15(a)に示す実際の評価結果と大きく異なった。これに対し、図15(c)に示す新たな指標を用いて計算した200mm結晶の欠陥分布は、図15(a)に示した実際の評価結果とほぼ一致しており、OSFの位置やPvPiセンターマージンの広さを正しく表現していることが分かった。   Similar to the analysis result of the 450 mm crystal, the defect distribution calculated using the conventional index shown in FIG. 15B was greatly different from the actual evaluation result shown in FIG. On the other hand, the defect distribution of the 200 mm crystal calculated using the new index shown in FIG. 15 (c) almost coincides with the actual evaluation result shown in FIG. 15 (a), and the position of OSF and PvPi It turns out that the width of the center margin is expressed correctly.

このように、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度が600±200℃の滞在時間により変化するという効果を点欠陥数値解析に導入し、PvPi面内マージンの計算に利用することにより、点欠陥数値解析の精度が向上するので、ホットゾーンの設計や結晶引き上げ条件の設定に役立てることができる。また、600±200℃の滞在時間をどのくらい短くすればPv領域又はPi領域からなる無欠陥結晶を育成できるかを判断することが可能となる。   Thus, by introducing the effect that the relative vacancy supersaturation degree of the Pv-OSF boundary changes with the stay time of 600 ± 200 ° C. into the point defect numerical analysis and using it for the calculation of the PvPi in-plane margin, the point defect Since the accuracy of numerical analysis is improved, it can be used for designing hot zones and setting crystal pulling conditions. In addition, it is possible to determine how short the residence time at 600 ± 200 ° C. can grow a defect-free crystal composed of a Pv region or a Pi region.

次に、450mmウェーハ用シリコン単結晶の製造において、シリコン融液から引き上げられた後の600±200℃の温度域の滞在時間を短くするため、冷却工程(S17)を利用したシリコン単結晶3の急冷を行った。その際、石英ルツボ11へのシリコン原料の充填量を500kgとし、シリコン単結晶3のボディ部3cの長さを1000mmとした。   Next, in the production of a silicon single crystal for a 450 mm wafer, in order to shorten the residence time in the temperature range of 600 ± 200 ° C. after being pulled up from the silicon melt, the silicon single crystal 3 using the cooling step (S17) Rapid cooling was performed. At that time, the filling amount of the silicon raw material into the quartz crucible 11 was 500 kg, and the length of the body portion 3c of the silicon single crystal 3 was 1000 mm.

冷却工程直前の800〜400℃の温度域を結晶トップ側へ持って行くためには、結晶全体を温めるホットゾーンになっていなければならない。ホットゾーン条件としては、図16に示すように、水冷体21のみを設けた従来構造(比較例)、サブヒータ22のみを設けた構造(実施例1)、水冷体21とサブヒータ22の両方を設けた構造(実施例2)の3通りとした。サブヒータ22の温度は約1000℃に設定した。   In order to bring the temperature range of 800 to 400 ° C. immediately before the cooling process to the top side of the crystal, it must be a hot zone for heating the entire crystal. As the hot zone condition, as shown in FIG. 16, a conventional structure (comparative example) in which only the water-cooled body 21 is provided, a structure in which only the sub-heater 22 is provided (Example 1), and both the water-cooled body 21 and the sub-heater 22 are provided. The three structures (Example 2) were used. The temperature of the sub-heater 22 was set to about 1000 ° C.

図17は、シリコン単結晶の結晶成長方向の位置と800〜400℃の滞在時間との関係を示すグラフであり、横軸はシリコン単結晶の結晶成長方向の位置L(mm)、縦軸は800〜400℃の滞在時間(min)をそれぞれ示している。   FIG. 17 is a graph showing the relationship between the position of the silicon single crystal in the crystal growth direction and the residence time of 800 to 400 ° C., where the horizontal axis is the position L (mm) in the crystal growth direction of the silicon single crystal, and the vertical axis is The stay time (min) of 800 to 400 ° C. is shown.

図17に示すように、水冷体21のみを設置した比較例において、ボディ部育成工程S15中の800〜400℃の滞在時間はほぼ一定であり、テール部育成工程S16中の前記滞在時間は結晶ボトム側でわずかに増加し、冷却工程S17の開始直前にピークを形成した。その後、800〜400℃の滞在時間は冷却工程S17の急冷効果により急激に低下した。800〜400℃の滞在時間が短くなる結晶領域は、結晶トップ側から約300mm以降(300〜1000mmの範囲)であった。   As shown in FIG. 17, in the comparative example in which only the water-cooled body 21 is installed, the staying time at 800 to 400 ° C. during the body part growing step S15 is substantially constant, and the staying time during the tail part growing process S16 is a crystal. It slightly increased on the bottom side, and a peak was formed immediately before the start of the cooling step S17. Thereafter, the staying time at 800 to 400 ° C. rapidly decreased due to the rapid cooling effect of the cooling step S17. The crystal region where the residence time at 800 to 400 ° C. was shortened was about 300 mm or more (range of 300 to 1000 mm) from the crystal top side.

これに対し、サブヒータ22のみを設置して800℃の温度位置を結晶トップ側に持ち上げた実施例1において、800〜400℃の滞在時間が短くなる結晶領域は、結晶トップ側から約0mm以降(0〜1000mmの範囲)であった。すなわち、結晶の800〜400℃の滞在時間が低下し始める位置が結晶トップ側にシフトし、これにより800℃の温度位置が結晶トップ側に持ち上がった。さらに、サブヒータ22と水冷体21の両方を設置した実施例2において、800〜400℃の滞在時間が短くなる結晶領域は、結晶トップ側から約100mm以降(100〜1000mmの範囲)であった。   On the other hand, in Example 1 in which only the sub-heater 22 is installed and the temperature position at 800 ° C. is raised to the crystal top side, the crystal region where the stay time at 800 to 400 ° C. is short is about 0 mm or more from the crystal top side ( 0-1000 mm range). That is, the position where the residence time of the crystal at 800 to 400 ° C. starts to decrease is shifted to the crystal top side, and the temperature position of 800 ° C. is raised to the crystal top side. Furthermore, in Example 2 in which both the sub-heater 22 and the water-cooled body 21 were installed, the crystal region where the residence time at 800 to 400 ° C. was shortened was about 100 mm or more (in the range of 100 to 1000 mm) from the crystal top side.

図18は、シリコン単結晶の結晶成長方向の位置とPvPiセンターマージンとの関係を示すグラフであり、横軸はシリコン単結晶の結晶成長方向の位置L(mm)、縦軸はPvPiセンターマージンΔV(mm/min)をそれぞれ示している。   FIG. 18 is a graph showing the relationship between the position of the silicon single crystal in the crystal growth direction and the PvPi center margin. The horizontal axis is the position L (mm) in the crystal growth direction of the silicon single crystal, and the vertical axis is the PvPi center margin ΔV. (Mm / min) is shown respectively.

図18に示すように、水冷体21のみを設置した比較例において、結晶トップ側から約800mm以下の結晶領域でPvPiセンターマージンが0.02mm/min以上となった。これに対し、サブヒータ22のみを設置して800℃の温度位置を結晶トップ側に持ち上げた実施例1では、結晶トップ側から約400mm以下の結晶領域でPvPiセンターマージンが0.02mm/min以上となった。さらにサブヒータ22と水冷体21の両方を設置した実施例2では、結晶トップ側から約500mm以下の結晶領域でPvPiセンターマージンが0.02mm/min以上となった。   As shown in FIG. 18, in the comparative example in which only the water-cooled body 21 is installed, the PvPi center margin is 0.02 mm / min or more in the crystal region of about 800 mm or less from the crystal top side. On the other hand, in Example 1 in which only the sub-heater 22 is installed and the temperature position of 800 ° C. is raised to the crystal top side, the PvPi center margin is 0.02 mm / min or more in the crystal region of about 400 mm or less from the crystal top side. became. Further, in Example 2 in which both the sub-heater 22 and the water-cooled body 21 were installed, the PvPi center margin was 0.02 mm / min or more in the crystal region of about 500 mm or less from the crystal top side.

比較例及び実施例1、2によるシリコン単結晶のボディ部の結晶引き上げ速度及び無欠陥結晶領域の長さを表3に示す。   Table 3 shows the crystal pulling rate and the length of the defect-free crystal region of the body part of the silicon single crystal according to the comparative example and Examples 1 and 2.

表3に示すように、まず水冷体21のみを設けた比較例によるホットゾーン内でシリコン単結晶3を引き上げたときのボディ部3cの引き上げ速度Vは0.35mm/minとなり、またPv領域又はPi領域となる無欠陥結晶領域(第1の結晶領域)の長さは220mmとなった。   As shown in Table 3, when the silicon single crystal 3 is pulled up in the hot zone according to the comparative example in which only the water-cooled body 21 is provided, the pulling speed V of the body portion 3c is 0.35 mm / min, and the Pv region or The length of the defect-free crystal region (first crystal region) serving as the Pi region was 220 mm.

また、サブヒータ22のみを設けた実施例1によるホットゾーン内でシリコン単結晶3を引き上げたときのボディ部3cの引き上げ速度Vは0.26mm/minとなり、また無欠陥結晶領域の長さは620mmとなった。比較例と比べると、実施例1の引き上げ速度Vは低下したが、無欠陥結晶領域は約2.8倍増加した。すなわちサブヒータ22のみを設けたことにより、無欠陥結晶の製造歩留まりは向上したが、引き上げ速度の低下により生産性が低下した。   Further, when the silicon single crystal 3 is pulled up in the hot zone according to the first embodiment in which only the sub-heater 22 is provided, the pulling speed V of the body portion 3c is 0.26 mm / min, and the length of the defect-free crystal region is 620 mm. It became. Compared with the comparative example, the pulling speed V of Example 1 decreased, but the defect-free crystal region increased about 2.8 times. That is, by providing only the sub-heater 22, the production yield of defect-free crystals was improved, but the productivity was lowered due to a decrease in the pulling speed.

さらに、サブヒータ22の下方に水冷体21を設けた実施例2によるホットゾーン内でシリコン単結晶3を引き上げたときのボディ部3cの引き上げ速度Vは0.33mm/minとなり、また無欠陥結晶領域の長さは490mmとなった。比較例と比べると、引き上げ速度Vが大きく低下することなく、無欠陥結晶領域は約2.2倍増加した。すなわちサブヒータ22と水冷体21の両方を設けたことにより、無欠陥結晶の製造歩留まりの向上と引き上げ速度のアップによる生産性の向上を図ることができた。   Further, when the silicon single crystal 3 is pulled up in the hot zone according to the second embodiment in which the water cooling body 21 is provided below the sub-heater 22, the pulling speed V of the body portion 3c is 0.33 mm / min, and the defect-free crystal region The length became 490 mm. Compared with the comparative example, the defect-free crystal region increased by about 2.2 times without significantly decreasing the pulling speed V. That is, by providing both the sub-heater 22 and the water-cooled body 21, it was possible to improve the production yield of defect-free crystals and the productivity by increasing the pulling speed.

1 単結晶製造装置
2 シリコン融液
3 シリコン単結晶(インゴット)
3A,3B シリコン単結晶インゴット
3a ネック部
3b ショルダー部
3c ボディ部
3d テール部
10 チャンバー
10a メインチャンバー
10b プルチャンバー
10c ガス導入口
10d ガス排出口
10e 覗き窓
11 石英ルツボ
12 黒鉛ルツボ
13 回転シャフト
14 シャフト駆動機構
15 メインヒータ
16 断熱材
17 熱遮蔽体
17a 熱遮蔽体の開口
18 ワイヤー
19 ワイヤー巻き取り機構
20 制御部
21 水冷体
22 サブヒータ
23 ドローチューブ
,A 800℃以下の結晶領域
,B,B,B 800℃以上の結晶領域
S11 原料融解工程
S12 着液工程
S13 ネッキング工程
S14 ショルダー部育成工程
S15 ボディ部育成工程
S16 テール部育成工程
S17 冷却工程
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single crystal manufacturing apparatus 2 Silicon melt 3 Silicon single crystal (ingot)
3A, 3B Silicon single crystal ingot 3a Neck portion 3b Shoulder portion 3c Body portion 3d Tail portion 10 Chamber 10a Main chamber 10b Pull chamber 10c Gas inlet 10d Gas outlet 10e Viewing window 11 Quartz crucible 12 Graphite crucible 13 Rotating shaft 14 Shaft drive Mechanism 15 Main heater 16 Heat insulating material 17 Heat shield 17a Heat shield opening 18 Wire 19 Wire winding mechanism 20 Control unit 21 Water-cooled body 22 Sub-heater 23 Draw tube A 1 , A 2 Crystal region B 1 , B below 800 ° C. 2 , B 3 , B 4 800 ° C. or higher crystal region S11 Raw material melting step S12 Liquid landing step S13 Necking step S14 Shoulder portion growing step S15 Body portion growing step S16 Tail portion growing step S17 Cooling step

Claims (25)

チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
メインヒータで加熱されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げると共に、前記シリコン融液から引き上げられた前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域を第1の冷却速度で冷却する結晶育成工程と、
前記シリコン単結晶を前記シリコン融液から切り離した後、前記シリコン単結晶の冷却を促進させる切り離し冷却工程とを備え、
前記シリコン単結晶の製品取得領域の上端が800℃の温度位置に到達したときに前記切り離し冷却工程を開始し、
前記切り離し冷却工程では、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域を前記第1の冷却速度よりも速い第2の冷却速度で冷却することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
A method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method,
A crystal growth step of pulling up the silicon single crystal from the silicon melt heated by the main heater and cooling a temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal pulled up from the silicon melt at a first cooling rate; ,
A separation cooling step for promoting cooling of the silicon single crystal after separating the silicon single crystal from the silicon melt,
When the upper end of the product acquisition region of the silicon single crystal reaches a temperature position of 800 ° C., the separation cooling process is started,
In the separation cooling step , the silicon single crystal is cooled at a second cooling rate higher than the first cooling rate in a temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal.
前記結晶育成工程は、
結晶直径が徐々に増加したショルダー部を育成するショルダー部育成工程と、
前記ショルダー部の育成後に前記結晶直径が一定に維持されたボディ部を育成するボディ部育成工程とを含み、
前記シリコン単結晶の製品取得領域の上端は、前記ボディ部の結晶成長方向の中央よりも結晶トップ側に位置する、請求項1に記載のシリコン単結晶の製造方法。
The crystal growth step includes
A shoulder portion growing step for growing a shoulder portion having a gradually increased crystal diameter;
A body part growing step of growing a body part in which the crystal diameter is kept constant after the shoulder part is grown,
2. The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein an upper end of a product acquisition region of the silicon single crystal is positioned on a crystal top side with respect to a center of the body portion in a crystal growth direction.
前記シリコン単結晶の製品取得領域の上端は、前記ボディ部の上端近傍に位置する、請求項2に記載のシリコン単結晶の製造方法。   3. The method for producing a silicon single crystal according to claim 2, wherein an upper end of a product acquisition region of the silicon single crystal is positioned near an upper end of the body portion. 前記ボディ部育成工程終了直後に前記切り離し冷却工程を開始する、請求項2又は3に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The method for producing a silicon single crystal according to claim 2 or 3, wherein the separation cooling process is started immediately after the body part growing process is finished. 前記結晶育成工程は、前記ボディ部の育成後に前記結晶直径が徐々に減少したテール部を育成するテール部育成工程をさらに含み、
前記テール部育成工程終了直後に前記切り離し冷却工程を開始する、請求項2又は3に記載のシリコン単結晶の製造方法。
The crystal growing step further includes a tail portion growing step for growing a tail portion in which the crystal diameter gradually decreases after the body portion is grown,
The method for producing a silicon single crystal according to claim 2 or 3, wherein the separation cooling step is started immediately after the tail portion growing step is finished.
前記ボディ部の直径は450mm以上である、請求項2乃至5のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon single crystal according to claim 2, wherein the body portion has a diameter of 450 mm or more. サブヒータを用いて前記シリコン単結晶を加熱することにより前記切り離し冷却工程開始直前における前記シリコン単結晶の800℃の温度位置を結晶トップ側に持ち上げる、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The temperature position of 800 ° C. of the silicon single crystal immediately before the start of the separation and cooling step is raised to the crystal top side by heating the silicon single crystal using a sub-heater. A method for producing a silicon single crystal. 前記サブヒータの下方に水冷体を配置して前記シリコン単結晶の800℃以上の温度域の冷却を促進させる、請求項7に記載のシリコン単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon single crystal according to claim 7, wherein a water-cooled body is disposed below the sub-heater to promote cooling of the silicon single crystal in a temperature range of 800 ° C. or higher. 前記切り離し冷却工程中に前記サブヒータの出力を停止又は低下させることにより、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域の冷却を促進させる、請求項7又は8に記載のシリコン単結晶の製造方法。 9. The method for producing a silicon single crystal according to claim 7, wherein cooling of the silicon single crystal in a temperature range of 600 ± 200 ° C. is promoted by stopping or reducing the output of the sub-heater during the separation cooling step. . 前記切り離し冷却工程中に前記メインヒータの出力を停止又は低下させることにより、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域の冷却を促進させる、請求項1乃至9のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 10. The cooling of the temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal is promoted by stopping or reducing the output of the main heater during the separation cooling step . A method for producing a silicon single crystal. 前記結晶育成工程と前記シリコン単結晶を引き上げた後のシリコン残液にシリコン原料を追加する原料追加工程とを交互に繰り返すマルチプリング法によって複数本のシリコン単結晶を引き上げる、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。   11. The plurality of silicon single crystals are pulled up by a multiple pulling method in which the crystal growth step and a raw material addition step of adding a silicon raw material to a silicon residual liquid after pulling up the silicon single crystal are alternately repeated. The manufacturing method of the silicon single crystal as described in any one of Claims. 前記複数本のシリコン単結晶のうち、最後の一本以外のシリコン単結晶の結晶育成工程が終了した後の前記切り離し冷却工程では、前記メインヒータの出力を維持し、最後の一本のシリコン単結晶の結晶育成工程が終了した後の前記切り離し冷却工程では、前記メインヒータの出力を停止又は低下させる、請求項11に記載のシリコン単結晶の製造方法。 In the separation cooling step after the crystal growth step of the silicon single crystal other than the last one of the plurality of silicon single crystals is completed, the output of the main heater is maintained and the last single silicon single crystal is maintained. The method for producing a silicon single crystal according to claim 11, wherein in the separation cooling step after the crystal growth step of the crystal is finished, the output of the main heater is stopped or reduced. チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
メインヒータで加熱されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げると共に、前記シリコン融液から引き上げられた前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域を第1の冷却速度で冷却する結晶育成工程と、
前記シリコン単結晶を前記シリコン融液から切り離した後、前記シリコン単結晶の冷却を促進させる切り離し冷却工程とを備え、
前記結晶育成工程では、サブヒータを用いて前記シリコン単結晶を加熱することにより前記切り離し冷却工程開始直前における前記シリコン単結晶の800℃の温度位置を結晶トップ側に持ち上げ、
前記切り離し冷却工程では、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域を前記第1の冷却速度よりも速い第2の冷却速度で冷却することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
A method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method,
A crystal growth step of pulling up the silicon single crystal from the silicon melt heated by the main heater and cooling a temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal pulled up from the silicon melt at a first cooling rate; ,
A separation cooling step for promoting cooling of the silicon single crystal after separating the silicon single crystal from the silicon melt,
In the crystal growth step, by heating the silicon single crystal using a sub-heater, the temperature position of 800 ° C. of the silicon single crystal immediately before the start of the separation cooling step is raised to the crystal top side,
In the separation cooling step , the silicon single crystal is cooled at a second cooling rate higher than the first cooling rate in a temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal.
前記サブヒータの下方に水冷体を配置して前記シリコン単結晶の800℃以上の温度域の冷却を促進させる、請求項13に記載のシリコン単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon single crystal according to claim 13, wherein a water-cooled body is disposed below the sub-heater to promote cooling of the silicon single crystal in a temperature range of 800 ° C. or higher. 前記切り離し冷却工程中に前記サブヒータの出力を停止又は低下させることにより、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域の冷却を促進させる、請求項13又は14に記載のシリコン単結晶の製造方法。 15. The method for producing a silicon single crystal according to claim 13, wherein cooling of the silicon single crystal in a temperature range of 600 ± 200 ° C. is promoted by stopping or reducing the output of the sub-heater during the separation cooling step. . 前記切り離し冷却工程中に前記メインヒータの出力を停止又は低下させることにより、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域の冷却を促進させる、請求項13乃至15のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 16. The cooling of the temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal is promoted by stopping or reducing the output of the main heater during the separation cooling process . A method for producing a silicon single crystal. 前記結晶育成工程と前記シリコン単結晶を引き上げた後のシリコン残液にシリコン原料を追加する原料追加工程とを交互に繰り返すマルチプリング法によって複数本のシリコン単結晶を引き上げる、請求項13乃至16のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。   The plurality of silicon single crystals are pulled up by a multiple pulling method in which the crystal growth step and the source addition step of adding a silicon source to the silicon residual liquid after pulling up the silicon single crystal are alternately repeated. The manufacturing method of the silicon single crystal as described in any one of Claims. 前記複数本のシリコン単結晶のうち、最後の一本以外のシリコン単結晶の結晶育成工程が終了した後の前記切り離し冷却工程では、前記メインヒータの出力を維持し、最後の一本のシリコン単結晶の結晶育成工程が終了した後の前記切り離し冷却工程では、前記メインヒータの出力を停止又は低下させる、請求項17に記載のシリコン単結晶の製造方法。 In the separation cooling step after the crystal growth step of the silicon single crystal other than the last one of the plurality of silicon single crystals is completed, the output of the main heater is maintained and the last single silicon single crystal is maintained. The method for producing a silicon single crystal according to claim 17, wherein, in the separation cooling step after the crystal growth step of the crystal is finished, the output of the main heater is stopped or reduced. チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
育成結晶の温度分布を伝熱解析により求め、Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度とシリコン単結晶の600±200℃の温度域の滞在時間との関係式を用いた点欠陥数値解析を行うことにより、目標とするPvPiマージンが得られるシリコン単結晶の600±200℃の温度域の基準滞在時間を決定する工程と、
前記結晶育成条件下でシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる結晶育成工程と、
前記シリコン単結晶を前記シリコン融液から切り離した後、前記シリコン単結晶の冷却を促進させる切り離し冷却工程とを備え、
前記切り離し冷却工程では、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域の実際の滞在時間が前記基準滞在時間以下となるように、前記シリコン単結晶の冷却速度を制御することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
A method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method,
The temperature distribution of the grown crystal is obtained by heat transfer analysis, and the point defect numerical analysis is performed using the relational expression between the relative vacancy supersaturation degree of the Pv-OSF boundary and the residence time of the silicon single crystal in the temperature range of 600 ± 200 ° C. A step of determining a reference residence time in a temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal that can obtain a target PvPi margin;
A crystal growth step of pulling up the silicon single crystal from the silicon melt under the crystal growth conditions;
A separation cooling step for promoting cooling of the silicon single crystal after separating the silicon single crystal from the silicon melt,
In the separation cooling step , the cooling rate of the silicon single crystal is controlled such that the actual residence time of the silicon single crystal in a temperature range of 600 ± 200 ° C. is equal to or less than the reference residence time. A method for producing a single crystal.
前記Pv−OSF境界の相対空孔過飽和度をΔCV_Pv-OSF(×1012/cm)とし、
前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域の実際の滞在時間をRT(×10−3/min−1)とするとき、
ΔCV_Pv-OSF≦6.194×1015(RT)−1−2.818×1012
を満たすように前記シリコン単結晶の冷却速度を制御する、請求項19に記載のシリコン単結晶の製造方法。
The relative vacancy supersaturation degree of the Pv-OSF boundary is ΔC V_Pv-OSF (× 10 12 / cm 3 ),
When the actual residence time of the silicon single crystal in the temperature range of 600 ± 200 ° C. is RT (× 10 −3 / min −1 ),
ΔC V_Pv-OSF ≦ 6.194 × 10 15 (RT) −1 −2.818 × 10 12
The method for producing a silicon single crystal according to claim 19, wherein a cooling rate of the silicon single crystal is controlled so as to satisfy the above condition.
ルツボ内のシリコン融液を加熱するメインヒータと、
前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ軸と、
前記シリコン融液から引き上げられた前記シリコン単結晶を800℃以上に加熱するサブヒータと、
少なくとも前記メインヒータ及び前記引き上げ軸を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
結晶育成工程において、前記シリコン融液から引き上げられた前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域が第1の冷却速度で冷却されるように結晶育成条件を制御し、
前記シリコン単結晶を前記シリコン融液から切り離した後に前記シリコン単結晶の冷却を促進させる切り離し冷却工程において、前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域が前記第1の冷却速度よりも速い第2の冷却速度で冷却されるように冷却条件を制御し、
前記サブヒータは、前記結晶育成工程における前記シリコン単結晶の600±200℃の温度域を結晶トップ側に持ち上げることを特徴とするシリコン単結晶製造装置。
A main heater for heating the silicon melt in the crucible;
A pulling shaft for pulling up the silicon single crystal from the silicon melt;
A sub-heater for heating the silicon single crystal pulled up from the silicon melt to 800 ° C. or higher;
A control unit for controlling at least the main heater and the lifting shaft;
The controller is
In the crystal growth step, the crystal growth conditions are controlled so that the temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal pulled up from the silicon melt is cooled at the first cooling rate,
In a separation cooling step of promoting cooling of the silicon single crystal after separating the silicon single crystal from the silicon melt, a temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal is higher than the first cooling rate. Control the cooling conditions to be cooled at a cooling rate of 2,
The silicon single crystal manufacturing apparatus, wherein the sub-heater raises a temperature range of 600 ± 200 ° C. of the silicon single crystal in the crystal growth step to a crystal top side.
前記制御部は、前記切り離し冷却工程において前記サブヒータの出力を停止又は低下させる、請求項21に記載のシリコン単結晶製造装置。 The said control part is a silicon single crystal manufacturing apparatus of Claim 21 which stops or reduces the output of the said subheater in the said isolation | separation cooling process . 前記サブヒータの下方に配置され、前記シリコン融液から引き上げられた前記シリコン単結晶の800℃以上の温度域の冷却を促進させる水冷体をさらに備える、請求項21又は22に記載のシリコン単結晶製造装置。   23. The silicon single crystal production according to claim 21, further comprising a water-cooled body that is disposed below the sub-heater and promotes cooling of the silicon single crystal pulled up from the silicon melt in a temperature range of 800 ° C. or higher. apparatus. 前記制御部は、前記切り離し冷却工程において前記メインヒータの出力を停止又は低下させる、請求項21乃至23のいずれか一項に記載のシリコン単結晶製造装置。 The said control part is a silicon single crystal manufacturing apparatus as described in any one of Claims 21 thru | or 23 which stops or reduces the output of the said main heater in the said isolation | separation cooling process . 前記シリコン融液の上方に配置され、前記シリコン融液から引き上げられた前記シリコン単結晶が貫通する開口を有する熱遮蔽体をさらに備え、
前記熱遮蔽体の前記開口の直径は500mm以上である、請求項21乃至24のいずれか一項に記載のシリコン単結晶製造装置。
Further comprising a heat shield disposed above the silicon melt and having an opening through which the silicon single crystal pulled up from the silicon melt passes,
The silicon single crystal manufacturing apparatus according to any one of claims 21 to 24, wherein a diameter of the opening of the thermal shield is 500 mm or more.
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