JP6680108B2 - Method for producing silicon single crystal - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon single crystal.
水平磁場印加チョクラルスキー法(HMCZ法)において、坩堝内の融液の表面部では対流が起こり易くし、坩堝の底部では対流を抑制することにより、結晶成長軸方向の酸素濃度分布を均一にすることが提案されている(特許文献1)。 In the horizontal magnetic field applied Czochralski method (HMCZ method), convection is likely to occur at the surface of the melt in the crucible, and convection is suppressed at the bottom of the crucible to make the oxygen concentration distribution uniform in the crystal growth axis direction. It has been proposed to do so (Patent Document 1).
ところで、ウェーハの外周端部から10mm程度以内の範囲(以下、外周部ともいう)における酸素濃度は、その他の中央部分に比べて低い。こうした外周部はデバイスプロセスにおける不良を発生させる要因となり得ることから、デバイスの歩留まりを高くするために、外周部に至るまで酸素濃度の均一化が求められている。 By the way, the oxygen concentration in a range within about 10 mm from the outer peripheral edge of the wafer (hereinafter, also referred to as outer peripheral portion) is lower than that in other central portions. Since such an outer peripheral portion may cause a defect in the device process, it is required to make the oxygen concentration uniform throughout the outer peripheral portion in order to increase the device yield.
本発明が解決しようとする課題は、シリコン単結晶の製造コストを最小限に抑制しつつウェーハ面内の酸素濃度を外周部に至るまで均一にできるシリコン単結晶の製造方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a silicon single crystal capable of uniformizing the oxygen concentration in the wafer surface to the outer peripheral portion while suppressing the production cost of the silicon single crystal to the minimum. .
第1の観点による発明は、引き上げられる単結晶の直径、水平磁場強度及び単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性との相関関係を、所定の製造条件について予め求めておき、許容されるウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性、水平磁場強度の限界値及び単結晶の結晶回転の限界値と、前記相関関係とから、引き上げるべき単結晶の直径を求め、当該求められた直径の単結晶を前記所定の製造条件の下で製造することによって、上記課題を解決する。 In the invention according to the first aspect, the correlation between the diameter of the pulled single crystal, the horizontal magnetic field strength and the crystal rotation of the single crystal, and the distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer is obtained in advance under predetermined manufacturing conditions. , The allowable distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer, the limit value of the horizontal magnetic field strength and the limit value of the crystal rotation of the single crystal, and the correlation, the diameter of the single crystal to be pulled is calculated, The above problem is solved by producing a single crystal having a diameter under the predetermined production conditions.
第2の観点による発明は、引き上げられる単結晶の直径と、水平磁場強度と、単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性との相関関係を、所定の製造条件について予め求めておき、許容されるウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性と、引き上げられる単結晶の直径の限界値と、単結晶の結晶回転の限界値と、前記相関関係とから、印加すべき水平磁場強度を求め、当該求められた水平磁場強度と前記所定の製造条件の下で単結晶を製造することによって、上記課題を解決する。 In the invention according to the second aspect, the correlation between the diameter of the pulled single crystal, the horizontal magnetic field strength, the crystal rotation of the single crystal, and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer is obtained in advance for predetermined manufacturing conditions. Aside from the allowable distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer, the limit value of the diameter of the pulled single crystal, the limit value of the crystal rotation of the single crystal, and the correlation, the horizontal magnetic field strength to be applied Is solved and the above problem is solved by manufacturing a single crystal under the calculated horizontal magnetic field strength and the predetermined manufacturing conditions.
第3の観点による発明は、引き上げられる単結晶の直径と、水平磁場強度と、単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性との相関関係を、所定の製造条件について予め求めておき、許容されるウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性と、引き上げられる単結晶の限界値と、水平磁場強度の限界値と、前記相関関係とから、単結晶の結晶回転を求め、当該求められた結晶回転と前記所定の製造条件の下で単結晶を製造することによって、上記課題を解決する。 In the invention according to the third aspect, the correlation between the diameter of the pulled single crystal, the horizontal magnetic field strength, the crystal rotation of the single crystal, and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer is obtained in advance under predetermined manufacturing conditions. In advance, the distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer that is allowed, the limit value of the pulled single crystal, the limit value of the horizontal magnetic field strength, and the above correlation, determine the crystal rotation of the single crystal, and obtain the relevant value. The above problem is solved by producing a single crystal under the given crystal rotation and the above-mentioned predetermined production conditions.
特に限定はされないが、上記第1乃至第3の観点による発明において、前記相関関係は、引き上げられる単結晶の直径をD(mm)、水平磁場強度をG(ガウス)、単結晶の結晶回転をV(rpm)、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性をδ(1017atoms/cm3)、a,b,c,dを定数としたときに、δ=aD+bG+cV+dなる式により定義し、予め前記定数a,b,c,dを求めておくことが望ましい。 Although not particularly limited, in the inventions according to the first to third aspects, the correlation is that the diameter of the pulled single crystal is D (mm), the horizontal magnetic field strength is G (gauss), and the crystal rotation of the single crystal. V (rpm), oxygen concentration distribution characteristics at the wafer outer periphery are defined as δ = aD + bG + cV + d, where δ (10 17 atoms / cm 3 ) and a, b, c, d are constants, It is desirable to find the constants a, b, c, d.
第1の観点による発明によれば、水平磁場強度と、単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性に、引き上げる単結晶の直径を加えた相関関係を予め求めておき、単結晶を製造する際においては、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、水平磁場強度の限界値と、単結晶の結晶回転の限界値と、相関関係とから、引き上げる単結晶の最小の直径を求める。これにより、引き上げられる単結晶の直径が最小となるので、シリコン単結晶の生産コストを最小限に抑制することができる。また、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性が限界値を維持するので、ウェーハ面内の酸素濃度を均一にすることができる。 According to the invention of the first aspect, the correlation in which the horizontal magnetic field strength, the crystal rotation of the single crystal, and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer are added in advance to the diameter of the single crystal to be pulled, When manufacturing a crystal, the limit value of the distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer, the limit value of the horizontal magnetic field strength, the limit value of the crystal rotation of the single crystal, and the correlation, the minimum of the single crystal to be pulled Find the diameter of. As a result, the diameter of the pulled single crystal is minimized, so that the production cost of the silicon single crystal can be minimized. Further, since the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer maintains the limit value, the oxygen concentration in the wafer surface can be made uniform.
第2の観点による発明によれば、水平磁場強度と、単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性に、引き上げられる単結晶の直径を加えた相関関係を予め求めておき、単結晶を製造する際においては、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、引き上げられる単結晶の直径の限界値と、単結晶の結晶回転の限界値と、相関関係とから、印加すべき1の水平磁場強度を求める。これにより、引き上げられる単結晶の直径が最小となるので、シリコン単結晶の生産コストを最小限に抑制することができる。また、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性が限界値を維持するので、ウェーハ面内の酸素濃度を均一にすることができる。 According to the invention of the second aspect, the horizontal magnetic field strength, the crystal rotation of the single crystal, and the distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer are added in advance to obtain the correlation, When manufacturing a single crystal, the limit value of the distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer, the limit value of the diameter of the single crystal to be pulled, the limit value of the crystal rotation of the single crystal, and the correlation, The horizontal magnetic field strength of 1 to be obtained is obtained . As a result, the diameter of the pulled single crystal is minimized, so that the production cost of the silicon single crystal can be minimized. Further, since the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer maintains the limit value, the oxygen concentration in the wafer surface can be made uniform.
第3の観点による発明によれば、水平磁場強度と、単結晶の結晶回転と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性に、引き上げられる単結晶の直径を加えた相関関係を予め求めておき、単結晶を製造する際においては、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、引き上げられる単結晶の直径の限界値と、水平磁場強度の限界値と、相関関係とから、単結晶の結晶回転を求める。これにより、引き上げられる単結晶の直径が最小となるので、シリコン単結晶の生産コストを最小限に抑制することができる。また、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性が限界値を維持するので、ウェーハ面内の酸素濃度を均一にすることができる。 According to the invention of the third aspect, the horizontal magnetic field strength, the crystal rotation of the single crystal, and the distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer are added in advance to obtain the correlation, When manufacturing a single crystal, the limit value of the distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer, the limit value of the diameter of the pulled single crystal, the limit value of the horizontal magnetic field strength, and the correlation, from the single crystal Calculate the crystal rotation. As a result, the diameter of the pulled single crystal is minimized, so that the production cost of the silicon single crystal can be minimized. Further, since the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer maintains the limit value, the oxygen concentration in the wafer surface can be made uniform.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施の形態であるシリコン単結晶の製造方法が適用される製造装置の一例を示す断面図である。本実施形態の製造方法が適用されるシリコン単結晶の製造装置1(以下、単に製造装置1ともいう)は、円筒状の第1チャンバ11と、同じく円筒状の第2チャンバ12とを備え、これらは気密に接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an example of a manufacturing apparatus to which a method for manufacturing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention is applied. A silicon single crystal manufacturing apparatus 1 (hereinafter also simply referred to as a manufacturing apparatus 1) to which the manufacturing method of the present embodiment is applied includes a cylindrical
第1チャンバ11の内部には、シリコン融液Mを収容する石英製の坩堝21と、この石英製の坩堝21を保護する黒鉛製の坩堝22とが、支持軸23で支持されるとともに、駆動機構24によって回転及び昇降が可能とされている。また、石英製の坩堝21と黒鉛製の坩堝22とを取り囲むように、環状のヒータ25と、同じく環状の、断熱材からなる保温筒26が配置されている。坩堝21の下方にヒータを追加してもよい。
Inside the
第1チャンバ11の内部であって、石英製の坩堝21の上部には、円筒状の熱遮蔽部材27が設けられている。熱遮蔽部材27は、モリブデン、タングステンなどの対価金属又はカーボンからなり、シリコン融液Mからシリコン単結晶Cへの放射を遮断するとともに、第1チャンバ11内を流れるガスを整流する。熱遮蔽部材27は、保温筒26にブラケット28を用いて固定されている。この熱遮蔽部材27の下端に、シリコン融液Mの全面と対向するように遮熱部を設け、シリコン融液Mの表面からの輻射をカットするとともにシリコン融液Mの表面を保温するようにしてもよい。
Inside the
第1チャンバ11の上部に接続された第2チャンバ12は、育成したシリコン単結晶Cを収容し、これを取り出すためのチャンバである。第2チャンバ12の上部には、シリコン単結晶をワイヤ31で回転させながら引上げる引上げ機構32が設けられている。引上げ機構32から垂下されたワイヤ31の下端のチャックには種結晶Sが装着される。第1チャンバ11の上部に設けられたガス導入口13から、アルゴンガス等の不活性ガスが導入される。この不活性ガスは、引上げ中のシリコン単結晶Cと熱遮蔽部材27との間を通過した後、熱遮蔽部材27の下端とシリコン融液Mの融液面との間を通過し、さらに石英製の坩堝21の上端へ立ち上がった後、ガス流出口14から排出される。
The
第1チャンバ11(非磁気シールド材からなる)の外側には、第1チャンバ11を取り囲むように、石英製の坩堝21内の融液Mに磁場を与える磁場発生装置41が配置されている。磁場発生装置41は、石英製の坩堝21に向けて、水平磁場を生じさせるものであり、電磁コイルで構成されている。磁場発生装置41は、坩堝21内の融液Mに生じた熱対流を制御することで、結晶成長を安定させ、結晶成長方向における不純物分布のミクロなバラツキを抑制する。特に大口径のシリコン単結晶を製造する場合にはその効果が大きい。なお、以下に示す磁場強度は、坩堝21内の融液Mの液面の中心位置で測定した値である。
A
本実施形態の製造装置1を用いて、CZ法によりシリコン単結晶を育成するには、まず、石英製の坩堝21内に、多結晶シリコンや必要に応じてドーパントからなるシリコン原料を充填し、ヒータ25をONして坩堝21内でシリコン原料を融解し、シリコン融液Mとする。続いて、磁場発生装置41をONして坩堝21への水平磁場の印加を開始しつつ、シリコン融液Mの温度を引き上げ開始温度となるように調温する。シリコン融液Mの温度と磁場強度が安定したら、ガス導入口13から不活性ガスを導入しガス排出口14から排出しながら、駆動機構24によって坩堝21を所定速度で回転させ、ワイヤ31に装着された種結晶Sをシリコン融液Mに浸漬する。そして、ワイヤ31も所定速度で回転させながら静かに引上げて種絞りを形成した後、所望の直径まで拡径し、略円柱形状の直胴部を有するシリコン単結晶Cを成長させる。
In order to grow a silicon single crystal by the CZ method using the manufacturing apparatus 1 of this embodiment, first, the
シリコン単結晶Cの引き上げにともない坩堝21の液面が下がり、磁場発生装置41から坩堝21へ水平磁場を印加を含めてホットゾーンの条件が変動する。この液面の変動を抑制するため、シリコン単結晶Cの引き上げ中における融液Mの液面の鉛直方向の高さは、駆動機構24によって一定となるように制御される。この駆動機構24の制御は、例えば、坩堝21の位置、CCDカメラなどで測定したシリコン融液Mの液面の位置、シリコン単結晶Cの引上げ長さ、第1チャンバ11内の温度、シリコン融液Mの表面温度、不活性ガス流量等の情報に応じて実行され、これにより坩堝21の上下方向の位置が駆動機構24によって移動する。
As the silicon single crystal C is pulled up, the liquid level of the
さて、例えば300mmウェーハを製造する場合、シリコン単結晶Cの引上げ直径は、ばらつきを考慮して300mmより僅かに大きい所定値に設定される。図4は、そのようにして製造されたシリコン単結晶Cのウェーハ状態における酸素濃度の分布特性の一例を示すグラフである。横軸は、ウェーハ中心を0とする直径方向の位置を示し、縦軸は酸素濃度(1017atoms/cm3)を示す。なお、本明細書にいう酸素濃度は、全てASTM F−121(1979)に規格されたFT−IR法(フーリエ変換赤外分光光度法)による測定値である。また本明細書にいうウェーハ外周部とは、ウェーハの外周端部から10mm内側までの領域である。以下の例では、ウェーハ外周部の酸素濃度の落込みとして、外周端部から5mmの事例を図2、3、5に示したが、これはウェーハ外周部の代表例として示したものであり、5mmの位置に限定するものではない。この例によると、ウェーハの外周部における酸素濃度は、他の部位に比べて0.5×1017atoms/cm3程度低くなっている。ウェーハの大径化にともなって水平磁場を印加し、坩堝21内の融液Mに生じた熱対流を制御することで引上げ直径の制御性を改善すると、熱対流による融液酸素の撹拌が行われ難く、酸素が蒸発した表層の融液が結晶外周部に取り込まれ、結晶外周部の酸素濃度が低下し易くなるからである。
Now, for example, when manufacturing a 300 mm wafer, the pulling diameter of the silicon single crystal C is set to a predetermined value slightly larger than 300 mm in consideration of variations. FIG. 4 is a graph showing an example of oxygen concentration distribution characteristics in a wafer state of the silicon single crystal C manufactured in this way. The horizontal axis represents the position in the diameter direction with the wafer center as 0, and the vertical axis represents the oxygen concentration (10 17 atoms / cm 3 ). The oxygen concentration referred to in this specification is a value measured by the FT-IR method (Fourier transform infrared spectrophotometric method) standardized in ASTM F-121 (1979). Further, the wafer outer peripheral portion referred to in the present specification is a region from the outer peripheral end portion of the wafer to the inner side of 10 mm. In the following example, as a drop in the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer, a case of 5 mm from the outer peripheral edge is shown in FIGS. 2, 3 and 5, which is shown as a typical example of the outer peripheral portion of the wafer. The position is not limited to 5 mm. According to this example, the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer is lower by 0.5 × 10 17 atoms / cm 3 than in other portions. When the horizontal magnetic field is applied as the diameter of the wafer increases and the convection of the melt M in the
したがって、磁場発生装置41による水平磁場強度を下げれば、ウェーハの外周部における酸素濃度の低下は抑制できる。しかしながら、磁場発生装置41による水平磁場強度を下げると、坩堝21内の融液Mに生じた熱対流の制御性が低下するので、引上げ速度の制御性が低下する。また、磁場発生装置41による水平磁場強度を下げると、坩堝21内の融液Mに生じた熱対流の制御性が低下するので、酸素濃度が上昇する。したがって、水平磁場強度を下げることにも、一定の限界値がある。
Therefore, if the horizontal magnetic field strength of the
また、引き上げる際のシリコン単結晶Cの結晶回転(ワイヤ31による単結晶の回転速度)を大きくすれば、ウェーハの外周部における酸素濃度の低下は抑制できる。しかしながら、引き上げる際のシリコン単結晶Cの結晶回転を大きくすると、シリコン単結晶Cにくねりが発生する。また、引き上げる際のシリコン単結晶Cの結晶回転を大きくすると、酸素濃度が上昇する。したがって、引き上げる際のシリコン単結晶Cの結晶回転を大きくすることにも、一定の限界値がある。 Further, if the crystal rotation of the silicon single crystal C (rotation speed of the single crystal by the wire 31) at the time of pulling is increased, it is possible to suppress the decrease in oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer. However, when the crystal rotation of the silicon single crystal C during pulling is increased, the silicon single crystal C is twisted. Further, when the crystal rotation of the silicon single crystal C during pulling is increased, the oxygen concentration rises. Therefore, there is a certain limit in increasing the crystal rotation of the silicon single crystal C when pulling.
なお、引き上げるシリコン単結晶の直径は、引上げ速度などの制御ばらつきに起因する直径のばらつきを考慮した最小値が設定されているが、この直径を大きくすれば、廃棄される量が多くなって製造歩留まりが低下する。また、製造装置1の坩堝21などの大きさの制約もある。したがって、引き上げる際のシリコン単結晶Cの直径を大きくすることにも、一定の限界値がある。
Note that the diameter of the silicon single crystal to be pulled is set to the minimum value that takes into account the variation in diameter due to the variation in control such as the pulling rate. Yield decreases. Further, there is a restriction on the size of the
そこで、本発明者らは、水平磁場強度、シリコン単結晶Cの結晶回転及び直径のそれぞれが、結晶外周部の酸素濃度の分布特性に対してどのように影響しているか、その相関関係を検証した。 Therefore, the inventors of the present invention verified how the horizontal magnetic field strength, the crystal rotation and the diameter of the silicon single crystal C respectively affect the distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the crystal, and the correlation thereof is verified. did.
図2は、図1に示す所定の製造装置1を用いてシリコン単結晶Cを所定条件にて製造した場合における、水平磁場強度と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性との関係の一例を示すグラフである。横軸は、磁場発生装置41による水平磁場強度(ガウス,G,右側が大、左側が小を示す。)を示し、縦軸は、ウェーハの外周端から中心に向かって5mmの位置(以下、In5ともいう)と、同じくウェーハの外周端から中心に向かって100mmの位置(以下、In10ともいう)のそれぞれにおける酸素濃度の差(Oi[In10]−Oi[In5],1017atoms/cm3)を示す。上述したとおり、水平磁場強度を下げれば酸素濃度の差はゼロに近づくことが解る。
FIG. 2 shows an example of the relationship between the horizontal magnetic field strength and the distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer when the silicon single crystal C is manufactured under the predetermined conditions using the predetermined manufacturing apparatus 1 shown in FIG. It is a graph shown. The horizontal axis indicates the horizontal magnetic field intensity (Gauss, G, right side indicates large, left side indicates small) by the
図3は、図1に示す製造装置1を用いてシリコン単結晶Cを所定条件にて製造した場合における、単結晶の結晶回転(単結晶C自体の回転速度をいう)と、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性との関係の一例をグラフである。横軸は、単結晶の結晶回転(rpm,右側が大、左側が小を示す。)を示し、縦軸は、図2と同じく酸素濃度の差(Oi[In10]−Oi[In5],1017atoms/cm3)を示す。上述したとおり、結晶回転を大きくすれば酸素濃度の差はゼロに近づくことが解る。 FIG. 3 shows the crystal rotation of the single crystal (referring to the rotation speed of the single crystal C itself) and the wafer outer peripheral portion in the case where the silicon single crystal C is manufactured under predetermined conditions using the manufacturing apparatus 1 shown in FIG. It is a graph which shows an example of the relationship with the distribution characteristic of oxygen concentration. The horizontal axis represents the crystal rotation of the single crystal (rpm, the right side indicates large, the left side indicates small), and the vertical axis indicates the oxygen concentration difference (Oi [In10] -Oi [In5], 10 as in FIG. 17 atoms / cm 3 ). As described above, it is understood that the difference in oxygen concentration approaches zero as the crystal rotation is increased.
図4は、上述したとおり300mmウェーハを製造した場合の、シリコン単結晶Cのウェーハ状態における酸素濃度の分布特性の一例を示すグラフである。図5は、図4に示す結果を用い、引上げ直径の外周部の酸素濃度の分布特性(酸素挙動)は、直径によらず変化はないと仮定した上で、増径した時の酸素濃度を推測したグラフである。横軸は引き上げる際に設定される単結晶の直径(mm,右側が大、左側が小を示す。)を示し、縦軸は、図2及び図3と同じく酸素濃度の差(Oi[In10]−Oi[In5],1017atoms/cm3)を示す。上述したとおり、引き上げる際の単結晶の直径を大きく設定すれば酸素濃度の差はゼロに近づくことが解る。 FIG. 4 is a graph showing an example of oxygen concentration distribution characteristics in the wafer state of the silicon single crystal C when a 300 mm wafer is manufactured as described above. FIG. 5 uses the results shown in FIG. 4 and assumes that the oxygen concentration distribution characteristics (oxygen behavior) at the outer peripheral portion of the pulled diameter do not change regardless of the diameter, and then the oxygen concentration when the diameter is increased is shown. This is the estimated graph. The horizontal axis represents the diameter of the single crystal (mm, the right side is large and the left side is small) set when pulling up, and the vertical axis is the difference in oxygen concentration (Oi [In10] as in FIGS. 2 and 3). -Oi [In5], 10 17 atoms / cm 3 ) is shown. As described above, it can be seen that the difference in oxygen concentration approaches zero if the diameter of the single crystal used for pulling is set large.
これら図2〜図5の結果から、結晶外周部の酸素濃度の分布特性(Oi[In10]−Oi[In5],1017atoms/cm3)は、水平磁場強度、シリコン単結晶Cの回転速度及び直径のそれぞれと相関関係があることが解ったので、本発明者らは、引き上げる際の単結晶の直径をD(mm)、水平磁場強度をG(ガウス)、引き上げる際の単結晶の結晶回転をV(rpm)、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性をδ(1017atoms/cm3)、a,b,c,dを定数としたときに、
[数1]
δ=aD+bG+cV+d…(式1)
なる式により相関関係を定義した。定数a,b,c,dは、水平磁場強度、シリコン単結晶の回転速度及び直径のそれぞれに対する重みに相当する。
From these results of FIGS. 2 to 5, the oxygen concentration distribution characteristics (Oi [In10] -Oi [In5], 10 17 atoms / cm 3 ) in the outer peripheral portion of the crystal are: horizontal magnetic field strength, rotation speed of the silicon single crystal C. And the diameter of the single crystal, the present inventors have found that the diameter of the single crystal when pulled is D (mm), the horizontal magnetic field strength is G (gauss), and the crystal of the single crystal when pulled. When the rotation is V (rpm), the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer is δ (10 17 atoms / cm 3 ), and a, b, c and d are constants,
[Equation 1]
δ = aD + bG + cV + d (Equation 1)
The correlation was defined by The constants a, b, c and d correspond to weights for the horizontal magnetic field strength, the rotation speed and the diameter of the silicon single crystal, respectively.
そして、製造装置1毎の所定の製造条件の下で予め定数a,b,c,dを求めておき、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値(許容値でもよい)と、水平磁場強度の限界値と、引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値とを上記式1に代入し、これにより求められるシリコン単結晶の直径D(=(δ−bG−cV−d)/a)を、引上げるシリコン単結晶の直径に設定する。 Then, the constants a, b, c, and d are obtained in advance under a predetermined manufacturing condition for each manufacturing apparatus 1, and the oxygen concentration distribution characteristic δ at the outer peripheral portion of the wafer is limited to a limit value (which may be an allowable value) and a horizontal value. The limit value of the magnetic field strength and the limit value of the crystal rotation of the single crystal at the time of pulling are substituted into the above formula 1, and the diameter D (= (δ-bG-cV-d) / a of the silicon single crystal obtained by this is obtained. ) Is set to the diameter of the pulled silicon single crystal.
ここで、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値(許容値)とは、製品としてのウェーハに許容される外周部の酸素濃度の分布値(落ち込み値)の最大値であり、デバイスなどに応じて設定される製品出荷基準などである。例えばOi[In10]−Oi[In5]=0.5×1017atoms/cm3である。また、水平磁場強度の限界値とは、上述したとおり引上げ速度の制御性や酸素濃度の増加を考慮した下限値であり、経験値やシミュレーションに基づいて製造装置1毎の製造条件毎に定められる。例えば2000G,3000G又は4000Gである。また、引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値とは、くねりや酸素濃度の増加を考慮した上限値であり、経験値やシミュレーションに基づいて製造装置1毎の製造条件毎に定められる。例えば8rpm,9rpm,10rpm,12rpm又は15rpmである。 Here, the limit value (permissible value) of the distribution characteristic δ of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer is the maximum value of the distribution value (falling value) of the oxygen concentration in the outer peripheral portion that is allowed for the wafer as a product. For example, product shipping standards set according to the above. For example, Oi [In10] -Oi [In5] = 0.5 × 10 17 atoms / cm 3 . Further, the limit value of the horizontal magnetic field strength is the lower limit value in consideration of the controllability of the pulling speed and the increase of oxygen concentration as described above, and is set for each manufacturing condition of each manufacturing apparatus 1 based on empirical values and simulations. . For example, 2000G, 3000G or 4000G. Further, the limit value of the crystal rotation of the single crystal at the time of pulling is an upper limit value in consideration of the bending and the increase of the oxygen concentration, and is set for each manufacturing condition of each manufacturing apparatus 1 based on empirical values and simulations. For example, 8 rpm, 9 rpm, 10 rpm, 12 rpm or 15 rpm.
図2〜図5に示す実例を回帰分析することにより、式1の定数a,b,c,dの一例を求めたところ、下記のとおりであった。
[数2]
δ=−0.0166D+0.0005G−0.4836V+8.1984…(式2)
An example of the constants a, b, c, and d in the equation 1 was obtained by regression analysis of the examples shown in FIGS. 2 to 5 and was as follows.
[Equation 2]
δ = −0.0166D + 0.0005G−0.4836V + 8.11984 (Formula 2)
上記式2において、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値(許容値)を0.1×1017atoms/cm3、水平磁場強度の限界値を2500G、引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値を8rpmとして上記式2に代入すると、これにより求められるシリコン単結晶の直径Dは、330mmとなる。この直径Dを設定値としてシリコン単結晶を製造すれば、ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δが0.5×1017atoms/cm3以下であることを満足し、引上げ速度の制御性が良好で、酸素濃度の増加やくねりも抑制され、さらに規定直径のウェーハに加工する際に廃棄される外周部の量が最小となるインゴットを得ることができる。
In the
上述した例においては、式2にウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値、水平磁場強度の限界値、及び引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値を代入し、これによりシリコン単結晶の直径Dを求めたが、これに代えて、式2にウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値、シリコン単結晶の直径の限界値、及び引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値を代入し、これにより水平磁場強度を求め、求められた水平磁場強度を設定してシリコン単結晶を製造してもよい。またこれに代えて、式2にウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性δの限界値、シリコン単結晶の直径の限界値、及び水平磁場強度の限界値を代入し、これにより引き上げる際の単結晶の結晶回転を求め、求められた結晶回転を設定してシリコン単結晶を製造してもよい。
In the above-mentioned example, the limit value of the distribution characteristic δ of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer, the limit value of the horizontal magnetic field strength, and the limit value of the crystal rotation of the single crystal at the time of pulling are substituted into the
1…シリコン単結晶の製造装置
11…第1チャンバ
12…第2チャンバ
13…ガス導入口
14…ガス排出口
21…石英製の坩堝
22…黒鉛製の坩堝
23…支持軸
24…駆動機構
25…ヒータ
26…保温筒
27…熱遮蔽部材
28…ブラケット
31…ワイヤ
32…引上げ機構
41…磁場発生装置
M…シリコン融液
C…シリコン単結晶
S…種結晶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon single
Claims (4)
前記ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、前記水平磁場強度の限界値と、前記引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値と、前記相関関係とから、引き上げる際の単結晶の最小の直径を求め、
当該求められた最小の直径を目標直径としてシリコン単結晶を前記所定の製造条件の下で製造するシリコン単結晶の製造方法。 The correlation between the diameter of the single crystal when pulled by the CZ method, the strength of the horizontal magnetic field applied to the melt, the crystal rotation of the single crystal when pulled, and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer is determined by a predetermined value. Obtained in advance about manufacturing conditions,
Limit value of the distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer, the limit value of the horizontal magnetic field strength, the limit value of the crystal rotation of the single crystal when pulling, and the correlation, from the single crystal when pulling Find the smallest diameter,
A method for producing a silicon single crystal, in which the obtained minimum diameter is used as a target diameter to produce a silicon single crystal under the predetermined production conditions.
前記ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、前記引き上げる際の単結晶の直径の限界値と、前記引き上げる際の単結晶の結晶回転の限界値と、前記相関関係とから、印加する1の水平磁場強度を求め、
当該求められた1の水平磁場強度と前記所定の製造条件の下で単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法。 The correlation between the diameter of the single crystal when pulled by the CZ method, the strength of the horizontal magnetic field applied to the melt, the crystal rotation of the single crystal when pulled, and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer is determined by a predetermined value. Obtained in advance about manufacturing conditions,
Limit value of the distribution characteristics of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer, the limit value of the diameter of the single crystal when pulling, the limit value of the crystal rotation of the single crystal when pulling, from the correlation, apply Find the horizontal magnetic field strength of 1 ,
A method for producing a silicon single crystal, wherein a single crystal is produced under the obtained horizontal magnetic field strength of 1 and the predetermined production conditions.
前記ウェーハ外周部における酸素濃度の分布特性の限界値と、前記引き上げる際の単結晶の直径の限界値と、前記水平磁場強度の限界値と、前記相関関係とから、前記引き上げる際の単結晶の結晶回転を求め、
当該求められた結晶回転と前記所定の製造条件の下で単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法。 The correlation between the diameter of the single crystal when pulled by the CZ method, the strength of the horizontal magnetic field applied to the melt, the crystal rotation of the single crystal when pulled, and the distribution characteristic of the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the wafer is determined by a predetermined value. Obtained in advance about manufacturing conditions,
Limit value of the distribution characteristics of the oxygen concentration in the wafer outer peripheral portion, the limit value of the diameter of the single crystal in the pulling, the limit value of the horizontal magnetic field strength, and the correlation, from the single crystal in the pulling Seek crystal rotation,
A method for producing a silicon single crystal, which comprises producing the single crystal under the obtained crystal rotation and the predetermined production conditions.
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