JP6954083B2 - Method for manufacturing silicon raw material rod for FZ and method for manufacturing FZ silicon single crystal - Google Patents

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Description

本発明は、FZ法(フローティングゾーン法)のシリコン原料棒であるFZ用シリコン原料棒の製造方法に関し、更に詳しくはCZ法(チョクラルスキー法)で製造したシリコン結晶棒(以下、CZシリコン結晶棒ともいう)をFZ法のシリコン原料棒として用いるときのFZ用シリコン原料棒の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a silicon raw material rod for FZ, which is a silicon raw material rod of the FZ method (floating zone method). The present invention relates to a method for manufacturing a silicon raw material rod for FZ when (also referred to as a rod) is used as a silicon raw material rod for the FZ method.

従来、高耐圧パワーデバイスやサイリスタ等のパワーデバイス製造用にはFZ法により製造されたシリコンウェーハが使用されてきた。また近年、半導体デバイスの性能向上とコストの低減のため、大口径のシリコンウェーハが求められ、これに伴って大口径シリコン単結晶の育成が要求されている。 Conventionally, silicon wafers manufactured by the FZ method have been used for manufacturing power devices such as high withstand voltage power devices and thyristors. Further, in recent years, in order to improve the performance and reduce the cost of semiconductor devices, a silicon wafer having a large diameter is required, and along with this, a silicon single crystal having a large diameter is required to be grown.

上記のように、シリコン単結晶を製造する方法として、FZ法が知られている。一般的なFZ単結晶製造装置を用いて、シリコン単結晶を製造する方法について説明する。
まず、シリコン原料棒としてシリコン結晶棒をチャンバー内に設置された上軸の上部保持治具に保持する。一方、直径の小さい単結晶の種(種結晶)を、シリコン結晶棒の下方に位置する下軸の下部保持治具に保持する。
As described above, the FZ method is known as a method for producing a silicon single crystal. A method of manufacturing a silicon single crystal using a general FZ single crystal manufacturing apparatus will be described.
First, the silicon crystal rod is held as the silicon raw material rod by the upper holding jig of the upper shaft installed in the chamber. On the other hand, a single crystal seed (seed crystal) having a small diameter is held in a lower shaft holding jig located below the silicon crystal rod.

次に、誘導加熱コイルによりシリコン原料棒を溶融して、種結晶に融着させる。その後、種絞りにより絞り部を形成して無転位化する。そして、上軸と下軸を回転させながらシリコン原料棒とシリコン単結晶を下降させることで浮遊帯域(溶融帯あるいはメルトともいう)をシリコン原料棒とシリコン単結晶の間に形成し、当該浮遊帯域をシリコン原料棒の上端まで移動させてゾーニングし、シリコン単結晶を成長させる。この成長は、Arガスに微量の窒素ガスを混合した雰囲気中で行われる。
上記誘導加熱コイルとしては、銅または銀からなる単巻または複巻の冷却用の水を流通させた誘導加熱コイルが用いられている。
Next, the silicon raw material rod is melted by the induction heating coil and fused to the seed crystal. After that, a squeezed portion is formed by a seed squeezing to make it dislocation-free. Then, a floating zone (also referred to as a melt zone or melt) is formed between the silicon raw material rod and the silicon single crystal by lowering the silicon raw material rod and the silicon single crystal while rotating the upper axis and the lower axis, and the floating zone is formed. Is moved to the upper end of the silicon raw material rod and zoned to grow a silicon single crystal. This growth is carried out in an atmosphere in which a trace amount of nitrogen gas is mixed with Ar gas.
As the induction heating coil, an induction heating coil in which single-winding or compound-winding cooling water made of copper or silver is circulated is used.

通常、FZ単結晶シリコンの原料としては、棒状の多結晶シリコンを使用する。しかし、FZ法で原料として必要とされる多結晶シリコン(FZ用多結晶シリコン棒)は、高純度であり、クラックやワレが生じにくく、均一な粒界組織であり、製造するFZ単結晶シリコンに適した直径値で、扁平やクランクが少なく、表面状態の良い円柱状である事が必要とされる。このような条件を満たすFZ用多結晶シリコン棒の製造は、CZ法で使用される、ナゲット状のサイズが許容される多結晶シリコンの製造に比較して、歩留りや、生産性が非常に低い。 Usually, rod-shaped polycrystalline silicon is used as a raw material for FZ single crystal silicon. However, the polycrystalline silicon (polycrystalline silicon rod for FZ) required as a raw material in the FZ method has a high purity, is less likely to cause cracks and cracks, has a uniform grain boundary structure, and is a FZ single crystal silicon to be produced. It is required to have a columnar shape with a diameter value suitable for the above, less flatness and crank, and a good surface condition. The production of polycrystalline silicon rods for FZ that satisfy such conditions has a very low yield and productivity as compared with the production of polycrystalline silicon used in the CZ method, which allows a nugget-like size. ..

FZ法でのシリコン単結晶の製造はシリコン単結晶の上に浮遊帯域が存在している。つまりシリコン融液がシリコン単結晶の上に載った状態を維持しながら、原料の溶融と単結晶成長が同時に行われるので、シリコン原料棒の直径が変動していると、シリコン単結晶製造中にシリコン融液が溢れたり、固化が生じたり、単結晶が有転位化し易くなる。このようなことが発生すると、これ以上、シリコン単結晶の成長はできないので、操業を停止させることになる。そして次のバッチに移行する。この結果、生産性、歩留りを大きく低下させる。従って、安定な操業の為には直径の変動が少ないシリコン原料棒が適しており、所望の形状になるように機械加工がなされる。 In the production of a silicon single crystal by the FZ method, a floating band exists on the silicon single crystal. In other words, while the silicon melt remains on the silicon single crystal, the raw material is melted and the single crystal grows at the same time. Therefore, if the diameter of the silicon raw material rod fluctuates, the silicon single crystal is being manufactured. The silicon melt overflows, solidification occurs, and the single crystal tends to undergo dislocation. When such a situation occurs, the silicon single crystal cannot grow any more, and the operation is stopped. Then move to the next batch. As a result, productivity and yield are greatly reduced. Therefore, for stable operation, a silicon raw material rod having a small diameter fluctuation is suitable, and machining is performed so as to obtain a desired shape.

特に、FZ法での種付け、絞り、コーン部の製造工程では、直胴部分を形成するのに比べて、介在するシリコン融液量が少量であり、シリコン原料棒の先端は、例えば、予め円錐形状に機械加工されて使用している。
シリコン原料棒の機械加工は歩留り低下の要因になるが、円柱状のシリコン原料棒の端面が平らな面の場合、種付け、絞り、コーン部の製造をするのは、レシピの作成や制御が非常に困難であり、FZ法により所望のコーン形状に制御するのは不可能である。
FZシリコン単結晶のコーン部の製造工程では、コーン部の直径は拡大されると同時に、シリコン原料棒が溶融するにつれて、溶融部の直径も拡大していくので製造のレシピや制御が難しい。この時、シリコン原料棒の直径の変動が大きいと、FZシリコン単結晶のコーン部の製造の制御が不安定化し、シリコン融液が溢れたり、固化が生じたり、単結晶が有転位化する要因となる。
In particular, in the seeding, drawing, and cone manufacturing processes by the FZ method, the amount of intervening silicon melt is smaller than that of forming a straight body portion, and the tip of the silicon raw material rod is, for example, a cone in advance. It is machined into a shape and used.
Machining of silicon raw material rods causes a decrease in yield, but when the end face of a cylindrical silicon raw material rod is a flat surface, seeding, drawing, and manufacturing of the cone part are extremely difficult to create and control recipes. It is difficult to control the desired cone shape by the FZ method.
In the manufacturing process of the cone portion of the FZ silicon single crystal, the diameter of the cone portion is expanded, and at the same time, the diameter of the molten portion is also expanded as the silicon raw material rod is melted, so that the manufacturing recipe and control are difficult. At this time, if the diameter of the silicon raw material rod fluctuates greatly, the control of the production of the cone portion of the FZ silicon single crystal becomes unstable, and the silicon melt overflows, solidifies, or the single crystal undergoes dislocation. It becomes.

ここで機械加工したシリコン原料棒の円錐形状はFZ法のコーン部の製造工程において有転位化しにくい形状を目標形状として加工されている。この形状は、使用するFZ単結晶製造装置や、シリコン原料棒の直径や、製造するFZシリコン単結晶の直径によっても異なるので、適切な形状を選べばよい。そして、その目標形状に機械加工することで、形状が揃うので、FZシリコン単結晶のコーン部の製造のレシピが適合し、制御も安定化することになり、単結晶の有転位化率が低減される。
逆に目標形状から外れたシリコン原料棒を使用すると、FZシリコン単結晶のコーン部の製造のレシピが不適合となり、制御が不安定化し、シリコン融液が溢れたり、固化が生じたり、FZシリコン単結晶が有転位化する要因となる。
Here, the conical shape of the silicon raw material rod machined here is machined with a shape that is unlikely to undergo dislocation in the manufacturing process of the cone portion of the FZ method as a target shape. This shape differs depending on the FZ single crystal manufacturing apparatus used, the diameter of the silicon raw material rod, and the diameter of the FZ silicon single crystal to be manufactured, so an appropriate shape may be selected. Then, by machining to the target shape, the shapes are aligned, so that the recipe for manufacturing the cone part of the FZ silicon single crystal is suitable, the control is stabilized, and the dislocation rate of the single crystal is reduced. Will be done.
On the contrary, if a silicon raw material rod that deviates from the target shape is used, the recipe for manufacturing the cone part of the FZ silicon single crystal becomes incompatible, the control becomes unstable, the silicon melt overflows or solidifies, or the FZ silicon single crystal is used. It causes the crystal to undergo dislocation.

近年、直径300mm向けを中心としたCZ法で使用される多結晶シリコン(CZ用多結晶シリコン)の需要が大幅に増加している。この事から、上記のように、形状、純度等の品質規格が厳しく、生産性も低い上に、コストも高いFZ用多結晶シリコン結晶棒の供給が需要に対して逼迫しており、また価格も非常に高くなっている。その結果、良質なFZ用多結晶シリコン棒の確保が難しくなり、FZシリコン単結晶を安定して製造する事が困難になってきている。 In recent years, the demand for polycrystalline silicon (polycrystalline silicon for CZ) used in the CZ method mainly for diameters of 300 mm has increased significantly. For this reason, as mentioned above, the supply of polycrystalline silicon crystal rods for FZ, which has strict quality standards such as shape and purity, low productivity, and high cost, is tight to meet the demand, and the price is high. Is also very high. As a result, it has become difficult to secure a high-quality polycrystalline silicon rod for FZ, and it has become difficult to stably produce an FZ silicon single crystal.

このため、FZ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、CZ法により製造されたシリコン結晶棒を、FZ法でのシリコン原料棒として使用する方法が提案されている。(例えば、特許文献1−3参照)。
CZ法のシリコン結晶棒をFZ法のシリコン原料棒として用いることにより、高純度で、クラックやワレが生じにくく、均一なシリコン原料棒を安定して製造することができる。更に、FZ法で製造したいシリコン単結晶の直径に適したシリコン原料棒を製造することができ、扁平やクランクが少なく、表面状態が良い、シリコン原料棒を安定して供給できる。
Therefore, a method for producing a silicon single crystal by the FZ method, in which a silicon crystal rod produced by the CZ method is used as a silicon raw material rod by the FZ method, has been proposed. (See, for example, Patent Document 1-3).
By using the silicon crystal rod of the CZ method as the silicon raw material rod of the FZ method, it is possible to stably produce a uniform silicon raw material rod having high purity and less likely to cause cracks and cracks. Further, it is possible to manufacture a silicon raw material rod suitable for the diameter of the silicon single crystal to be manufactured by the FZ method, and it is possible to stably supply a silicon raw material rod having few flatnesses and cranks and having a good surface condition.

特開2005−306653号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-306653 特開2013−139388号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-139388 特開2015−117177号公報JP 2015-117177

前記CZ法では絶え間ないコストダウンの要求から、製造歩留りを改善する方法が種々、進められてきた。その中で、CZ法のシリコン結晶棒にとって、コーン部の役割は、所望の結晶の直径まで拡径するために必要不可欠な部位であるが、一般的には直胴部以外は製品にならないので、コーン部は重量が軽く、製造時間が短い形状が好ましく、結晶の有転位化率も勘案しながら、概ねフラットな形状(コーン部高さが低い、または、コーン部長さが短い)が選択されてきた。 In the CZ method, various methods for improving the manufacturing yield have been promoted due to the continuous demand for cost reduction. Among them, for the silicon crystal rod of the CZ method, the role of the cone part is an indispensable part for expanding the diameter to the desired crystal diameter, but in general, only the straight body part is a product. , The cone part is preferably light in weight and has a short manufacturing time, and a generally flat shape (low cone part height or short cone length) is selected in consideration of the dislocation rate of crystals. I came.

そして、一方でFZ法に用いられるシリコン原料棒は前記の如く、種付け、絞り、コーン部の製造に適した、例えば、円錐形状を持ち、CZ法のシリコン結晶棒も目標形状に機械加工され、歩留りの低下を免れなかった。 On the other hand, as described above, the silicon raw material rod used in the FZ method has a conical shape suitable for seeding, drawing, and manufacturing a cone portion, and the silicon crystal rod in the CZ method is also machined into a target shape. It was inevitable that the yield would decline.

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、CZ法で製造したシリコン結晶棒を用いてFZ用シリコン原料棒を用意する際に、コーン部の機械加工による加工ロスが低減され、歩留りを向上することができるFZ用シリコン原料棒の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when a silicon raw material rod for FZ is prepared using a silicon crystal rod manufactured by the CZ method, the processing loss due to machining of the cone portion is reduced, and the yield is reduced. It is an object of the present invention to provide a method for producing a silicon raw material rod for FZ which can be improved.

上記目的を達成するために、本発明は、CZ法で製造したシリコン結晶棒をFZ法のシリコン原料棒として用いるときのFZ用シリコン原料棒の製造方法であって、予め、前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状と該目標形状の許容範囲を設定しておき、前記CZシリコン結晶棒を製造するとき、コーン部が前記目標形状になる製造条件で製造し、該製造したCZシリコン結晶棒のコーン部の形状が前記許容範囲に入っているかどうかを判定し、該判定において、前記許容範囲に入っている場合は、前記CZシリコン結晶棒のコーン部の機械加工を行わずに前記FZ用シリコン原料棒とし、前記許容範囲に入っていない場合は、前記許容範囲に入るように前記CZシリコン結晶棒のコーン部の機械加工を行って前記FZ用シリコン原料棒とすることを特徴とするFZ用シリコン原料棒の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention is a method for producing a silicon raw material rod for FZ when a silicon crystal rod produced by the CZ method is used as a silicon raw material rod for the FZ method. When the target shape of the cone portion of the rod and the permissible range of the target shape are set and the CZ silicon crystal rod is manufactured, the cone portion is manufactured under the manufacturing conditions so that the target shape is formed, and the manufactured CZ silicon crystal is manufactured. It is determined whether or not the shape of the cone portion of the rod is within the permissible range, and if it is within the permissible range in the determination, the FZ is performed without machining the cone portion of the CZ silicon crystal rod. The silicon raw material rod for FZ is used, and if it is not within the permissible range, the cone portion of the CZ silicon crystal rod is machined so as to be within the permissible range to obtain the silicon raw material rod for FZ. Provided is a method for manufacturing a silicon raw material rod for FZ.

このようにすれば、まず、CZシリコン結晶棒のコーン部を、予め設定したFZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状に極めて近い形状でCZ法により製造することができる。そして、設定した所定の許容範囲に入れば、機械加工を行うことなくそのまま使用できるし、許容範囲に入らない場合のみ、許容範囲に入るように機械加工するので、機械加工は最小限で済ますことができる。そのため、CZシリコン結晶棒のコーン部を概ねフラットな形状で製造していた従来法よりも確実に加工ロスを低減することができるので、歩留りを大きく改善することができる。
また、FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状やその許容範囲をさして考慮せずに、やや円錐形状にCZシリコン結晶棒のコーン部を製造するだけの場合よりも、より効率的に加工ロスの低減、歩留りの向上を図ることができる。
また、上記のように機械加工を省略することもでき、FZ用シリコン原料棒の生産性も改善することができる。しかも、本発明で製造したFZ用シリコン原料棒を用いてFZシリコン単結晶を製造した場合、目標形状に合わせて作製されたFZ法の製造のレシピに適合する範囲内であり、有転位化率は従来と同程度に抑えることができる。
In this way, first, the cone portion of the CZ silicon crystal rod can be manufactured by the CZ method in a shape extremely close to the target shape of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ set in advance. And if it falls within the set predetermined allowable range, it can be used as it is without machining, and only if it does not fall within the allowable range, it is machined so that it falls within the allowable range, so machining can be minimized. Can be done. Therefore, the processing loss can be surely reduced as compared with the conventional method in which the cone portion of the CZ silicon crystal rod is manufactured in a substantially flat shape, and the yield can be greatly improved.
Further, the processing loss is more efficient than the case where the cone portion of the CZ silicon crystal rod is simply manufactured into a slightly conical shape without considering the target shape of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ and its allowable range. Can be reduced and the yield can be improved.
Further, as described above, machining can be omitted, and the productivity of the silicon raw material rod for FZ can be improved. Moreover, when an FZ silicon single crystal is produced using the silicon raw material rod for FZ produced in the present invention, the dislocation rate is within a range suitable for the manufacturing recipe of the FZ method produced according to the target shape. Can be suppressed to the same level as before.

以上のように、CZ法では製品とならないコーン部を逆にFZ法に適した形状として利用でき、加工ロスが低減するので、従来と同等な有転位化率にも関わらず、総合的な歩留りの飛躍的改善、生産性の改善、研削工程の負荷軽減が得られる。 As described above, the cone portion, which is not a product in the CZ method, can be used as a shape suitable for the FZ method, and the processing loss is reduced. Dramatic improvement, productivity improvement, and load reduction in the grinding process can be obtained.

そして、前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状を円錐形状とし、該円錐形状のコーン部の高さ方向の各位置に対する目標直径をDとするとき、前記許容範囲として、前記目標直径Dと実測値との差が±3%以内のものとすることができる。 Then, when the target shape of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ is a conical shape and the target diameter with respect to each position of the conical cone portion in the height direction is D, the target diameter D is set as the permissible range. The difference between the measured value and the measured value can be within ± 3%.

このようにすれば、より確実に、目標形状に合わせて作製されたFZ法の製造のレシピに適合する範囲内となるようにすることができる。FZシリコン単結晶のコーン部の製造において、より確実に、シリコン融液が溢れたり、固化が生じたり、単結晶が有転位化する確率を、従来法のように目標形状に機械加工されたシリコン原料棒を使用する場合と同程度に抑えることができる。 In this way, it is possible to more reliably ensure that the shape is within the range conforming to the recipe for manufacturing the FZ method prepared according to the target shape. In the production of the cone part of the FZ silicon single crystal, the probability that the silicon melt overflows, solidifies, or the single crystal undergoes dislocation is more reliably determined by machining the silicon into a target shape as in the conventional method. It can be suppressed to the same extent as when a raw material rod is used.

また、前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状を、前記コーン部の先端が50°〜150°の範囲から選択される角度θを有する円錐形状とすることができる。 Further, the target shape of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ can be a conical shape having an angle θ at which the tip of the cone portion is selected from the range of 50 ° to 150 °.

原料棒のコーン部の目標形状は、使用するFZ単結晶製造装置や、シリコン原料棒の直径や、製造するFZシリコン単結晶の直径によっても異なるので、有転位化率を勘案して、この範囲で適切な形状を選ぶことができる。 The target shape of the cone part of the raw material rod differs depending on the FZ single crystal manufacturing apparatus used, the diameter of the silicon raw material rod, and the diameter of the FZ silicon single crystal to be manufactured. You can choose the appropriate shape with.

また、前記CZシリコン結晶棒のコーン部の形状の判定を行うとき、該CZシリコン結晶棒の製造時の操業データからコーン部の形状を算出して判定することができる。 Further, when determining the shape of the cone portion of the CZ silicon crystal rod, the shape of the cone portion can be calculated and determined from the operation data at the time of manufacturing the CZ silicon crystal rod.

このようにすれば、簡便にCZシリコン結晶棒のコーン部の形状の算出、判定を行うことができる。 In this way, the shape of the cone portion of the CZ silicon crystal rod can be easily calculated and determined.

また、本発明は、FZ法により、誘導加熱コイルを用いてシリコン原料棒を加熱溶融して浮遊帯域を形成し、該浮遊帯域を移動させてFZシリコン単結晶を製造する方法であって、前記シリコン原料棒として、上記本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法により製造したFZ用シリコン原料棒を用いることを特徴とするFZシリコン単結晶の製造方法を提供する。 Further, the present invention is a method for producing an FZ silicon single crystal by heating and melting a silicon raw material rod using an induction heating coil by the FZ method to form a floating zone and moving the floating zone. Provided is a method for producing an FZ silicon single crystal, which comprises using the silicon raw material rod for FZ produced by the method for producing a silicon raw material rod for FZ of the present invention as the silicon raw material rod.

このようにすれば、FZシリコン単結晶を従来法と同程度の有転位化率で製造できるにも関わらず、総合的な歩留りの飛躍的改善、生産性の改善、研削工程の負荷軽減を得ることができる。 In this way, although the FZ silicon single crystal can be produced with a dislocation rate similar to that of the conventional method, the overall yield is dramatically improved, the productivity is improved, and the load on the grinding process is reduced. be able to.

以上のように、本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法およびFZシリコン単結晶の製造方法であれば、CZシリコン結晶棒のコーン部の形状が許容範囲に入っていれば機械加工を省略できるので、加工ロスが低減し、歩留りが改善される。許容範囲に入らない場合であっても目標形状に極めて近いので機械加工は最小限となり、加工ロスが低減し、歩留り低下を最小限に抑えることができる。そして製造されたFZ用シリコン原料棒を用いれば、コーン部の形状が許容範囲内であり、FZ法のコーン部の製造のレシピに適合するので、FZシリコン単結晶のコーン部の製造時にシリコン融液が溢れたり、固化が生じたり、単結晶の有転位化する確率を、従来法での機械加工されたシリコン原料棒を用いた場合と同程度に抑えることができる。 As described above, in the method for producing the silicon raw material rod for FZ and the method for producing the FZ silicon single crystal of the present invention, machining can be omitted if the shape of the cone portion of the CZ silicon crystal rod is within the permissible range. Therefore, the processing loss is reduced and the yield is improved. Even if it does not fall within the permissible range, it is extremely close to the target shape, so machining is minimized, machining loss is reduced, and yield reduction can be minimized. If the manufactured silicon raw material rod for FZ is used, the shape of the cone portion is within the permissible range and conforms to the recipe for manufacturing the cone portion of the FZ method. The probability that the liquid will overflow, solidify, or undergo a rearrangement of a single crystal can be suppressed to the same level as when a machined silicon raw material rod by a conventional method is used.

本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法およびFZシリコン単結晶の製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flow chart which shows an example of the manufacturing method of the silicon raw material rod for FZ of this invention, and the manufacturing method of the FZ silicon single crystal. CZ法によるシリコン結晶棒の形状の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the shape of the silicon crystal rod by the CZ method. CZ法によるシリコン結晶棒のコーン部の角度θが基準よりも小さい場合の目標直径Dと実測値との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the target diameter D and the measured value when the angle θ of the cone part of the silicon crystal rod by the CZ method is smaller than a reference. CZ法によるシリコン結晶棒のコーン部の角度θが基準よりも大きい場合の目標直径Dと実測値との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the target diameter D and the measured value when the angle θ of the cone part of the silicon crystal rod by the CZ method is larger than a reference. CZ法によるシリコン結晶棒のコーン部の角度θが基準よりも小さい場合の機械加工の範囲の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the range of machining when the angle θ of the cone part of the silicon crystal rod by the CZ method is smaller than a reference. CZ法によるシリコン結晶棒のコーン部の角度θが基準よりも大きい場合の機械加工の範囲の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the range of machining when the angle θ of the cone part of the silicon crystal rod by the CZ method is larger than a reference. 本発明のFZシリコン単結晶の製造方法に用いることができるFZ単結晶製造装置の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of the FZ single crystal manufacturing apparatus which can be used in the manufacturing method of the FZ silicon single crystal of this invention. 本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法に用いることができるCZ単結晶引上げ装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the CZ single crystal pulling apparatus which can be used in the manufacturing method of the silicon raw material rod for FZ of this invention.

以下、図を参照しながら本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法で用いることができるCZ法による単結晶引上げ装置や、本発明のFZシリコン単結晶の製造方法で用いることができるFZ単結晶製造装置について説明する。
図8にCZ法による単結晶引上げ装置の一例を示す。
図8に示すように、単結晶引上げ装置41は、引上げ室42と、引上げ室42内に設けられたルツボ43(内側に石英ルツボ、外側に黒鉛ルツボ)と、ルツボ43の周囲に配置されたヒータ44と、ルツボ43を回転・昇降させるルツボ保持軸45及びその回転・昇降機構(図示せず)と、シリコンの種結晶46を保持するシードチャック47と、シードチャック47を引上げるワイヤ48と、ワイヤ48を回転又は巻き取る巻取機構(図示せず)を備えて構成されている。また、ヒータ44の外側周囲には断熱材49が配置されている。
シリコン単結晶(CZシリコン結晶棒50)は、原料のシリコン融液51からワイヤ48によって引上げられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
First, a single crystal pulling apparatus by the CZ method that can be used in the method for producing a silicon raw material rod for FZ of the present invention and an FZ single crystal manufacturing apparatus that can be used in the method for producing an FZ silicon single crystal of the present invention will be described. ..
FIG. 8 shows an example of a single crystal pulling device by the CZ method.
As shown in FIG. 8, the single crystal pulling device 41 is arranged around the pulling chamber 42, the crucible 43 (quartz crucible on the inside, and the graphite crucible on the outside) provided in the pulling chamber 42, and the crucible 43 on the outside. A heater 44, a crucible holding shaft 45 for rotating and raising and lowering the crucible 43, a mechanism for rotating and raising and lowering the crucible (not shown), a seed chuck 47 for holding a silicon seed crystal 46, and a wire 48 for pulling up the seed chuck 47. , A winding mechanism (not shown) for rotating or winding the wire 48 is provided. Further, a heat insulating material 49 is arranged around the outside of the heater 44.
The silicon single crystal (CZ silicon crystal rod 50) is pulled up from the raw material silicon melt 51 by a wire 48.

なお、このような図8の単結晶引上げ装置41を用いて、CZシリコン結晶棒50を育成するときは、ルツボ43を回転させながら、ルツボ43内のシリコン融液51に、シードチャック47に保持された種結晶46を浸漬する。そして、ワイヤ48を回転・巻き取りしながら、シリコン融液51から棒状のCZシリコン結晶棒50を引き上げる。
ルツボ43はルツボ保持軸45により結晶成長軸方向に昇降可能であり、結晶成長中に結晶化して減少した融液の液面下降分を補うように該ルツボ43を上昇させる。結晶の側方にはシリコン融液51から発する酸化性蒸気を整流するために不活性ガスが流されている。
When the CZ silicon crystal rod 50 is grown by using the single crystal pulling device 41 of FIG. 8, the silicon melt 51 in the crucible 43 is held by the seed chuck 47 while rotating the crucible 43. Immerse the seed crystal 46. Then, while rotating and winding the wire 48, the rod-shaped CZ silicon crystal rod 50 is pulled up from the silicon melt 51.
The crucible 43 can be raised and lowered in the crystal growth axis direction by the crucible holding shaft 45, and raises the crucible 43 so as to compensate for the decrease in the liquid level of the melt that crystallizes and decreases during crystal growth. An inert gas is flowed to the side of the crystal in order to rectify the oxidizing vapor generated from the silicon melt 51.

この他、磁場印加装置をさらに備えることもでき、磁場を印加しつつCZシリコン結晶棒50を育成する磁場印加CZ法(MCZ法)を行うことも可能である。 In addition, a magnetic field application device can be further provided, and a magnetic field application CZ method (MCZ method) for growing the CZ silicon crystal rod 50 while applying a magnetic field can also be performed.

次に、図7にFZ単結晶製造装置の一例を示す。
図7に示すように、FZ単結晶製造装置30は、チャンバー20を有しており、チャンバー20内には、上下動および回転可能な上軸3および下軸5が設けられている。
上軸3には上部保持治具4が取り付けられており、該上部保持治具4によってFZ用シリコン原料棒1(本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法で製造したもの)が保持されている。下軸5に取り付けられた下部保持治具6には種結晶8が取り付けられており、該種結晶8の上方に絞り部9を経てFZシリコン単結晶2を成長させることができる。
Next, FIG. 7 shows an example of the FZ single crystal manufacturing apparatus.
As shown in FIG. 7, the FZ single crystal manufacturing apparatus 30 has a chamber 20, and an upper shaft 3 and a lower shaft 5 that can move up and down and rotate are provided in the chamber 20.
An upper holding jig 4 is attached to the upper shaft 3, and the silicon raw material rod 1 for FZ (manufactured by the method for manufacturing the silicon raw material rod for FZ of the present invention) is held by the upper holding jig 4. There is. A seed crystal 8 is attached to the lower holding jig 6 attached to the lower shaft 5, and the FZ silicon single crystal 2 can be grown above the seed crystal 8 through the drawing portion 9.

チャンバー20内には、高周波発振機7aに接続された誘導加熱コイル7b(銅または銀からなる単巻または複巻の冷却用の水を流通させたもの)が配置されている。該誘導加熱コイル7bによりFZ用シリコン原料棒1を加熱溶融して、FZ用シリコン原料棒1とFZシリコン単結晶2との間に浮遊帯域10が形成される。上軸3と下軸5は、移動手段によって上下方向に移動できるようになっており、上軸3と下軸5を移動させて、浮遊帯域10をFZ用シリコン原料棒1の上端まで移動させることができる。必要に応じて、浮遊帯域10にドーピング用ガスを吹き付けるためのガス吹き付け用ノズル11を設けることもできる。 In the chamber 20, an induction heating coil 7b (a single-wound or double-wound cooling water made of copper or silver is circulated) connected to the high-frequency oscillator 7a is arranged. The FZ silicon raw material rod 1 is heated and melted by the induction heating coil 7b to form a floating zone 10 between the FZ silicon raw material rod 1 and the FZ silicon single crystal 2. The upper shaft 3 and the lower shaft 5 can be moved in the vertical direction by a moving means, and the upper shaft 3 and the lower shaft 5 are moved to move the floating band 10 to the upper end of the silicon raw material rod 1 for FZ. be able to. If necessary, a gas blowing nozzle 11 for blowing the doping gas into the floating zone 10 can be provided.

以下、本発明のFZ用シリコン原料棒の製造方法について、上記のCZ単結晶引上げ装置を用いた場合を例に説明する。図1にFZ用シリコン原料棒の製造フローの一例を示す。
まず、FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状とその許容範囲を設定する。ここでは、コーン部の先端の角度θが所定角度である円錐形状を目標形状とする(図1の工程100)。
なおこの目標形状における角度θの値は特に限定されず、例えば、50°〜150°の範囲から適宜選択することができる。各種条件、例えば、使用するFZ単結晶製造装置、シリコン原料棒の直径、製造するFZシリコン単結晶の直径などによってその都度設定すれば良い。
Hereinafter, the method for producing the silicon raw material rod for FZ of the present invention will be described by using the above-mentioned CZ single crystal pulling device as an example. FIG. 1 shows an example of a manufacturing flow of a silicon raw material rod for FZ.
First, the target shape of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ and its allowable range are set. Here, the target shape is a conical shape in which the angle θ of the tip of the cone portion is a predetermined angle (step 100 in FIG. 1).
The value of the angle θ in this target shape is not particularly limited, and can be appropriately selected from the range of, for example, 50 ° to 150 °. It may be set each time according to various conditions, for example, the FZ single crystal manufacturing apparatus to be used, the diameter of the silicon raw material rod, the diameter of the FZ silicon single crystal to be manufactured, and the like.

なお上記目標形状、すなわち先端が所定角度の円錐形状は、円錐の高さ方向(あるいは、育成方向や、コーン部の長さ方向とも言える)の各位置に対して目標直径Dを有するものと言い換えることもできる。 The target shape, that is, a conical shape having a tip having a predetermined angle, can be rephrased as having a target diameter D with respect to each position in the height direction of the cone (or can be said to be the growing direction or the length direction of the cone portion). You can also do it.

後述する工程101で、目標形状を目標にして、FZ用シリコン原料棒のもととなるCZシリコン結晶棒を引き上げるが、実際の製造では、目標形状から多少ずれる可能性がある。例えば、図3に示すように、目標の所定角度よりも下回る角度でコーン部が形成される場合(図3の実線のコーン部)、高さ方向の各位置に対する実測値D’(例えば、先端から所定高さHの位置の直径の値)は、目標(図3の点線のコーン部)である目標直径Dよりも小さくなる。
一方で、目標の所定角度よりも上回る角度でコーン部が形成される場合、図4に示すように、例えば先端から所定高さHの位置の直径の実測値D’’は、目標直径Dよりも大きくなる。
In step 101, which will be described later, the CZ silicon crystal rod, which is the base of the silicon raw material rod for FZ, is pulled up with the target shape as the target, but in actual manufacturing, there is a possibility that the target shape is slightly deviated. For example, as shown in FIG. 3, when the cone portion is formed at an angle lower than the target predetermined angle (solid line cone portion in FIG. 3), the measured value D'(for example, the tip) for each position in the height direction. The value of the diameter at the position of the predetermined height H) becomes smaller than the target diameter D, which is the target (the cone portion of the dotted line in FIG. 3).
On the other hand, when the cone portion is formed at an angle exceeding the target predetermined angle, for example, as shown in FIG. 4, the measured value D ″ of the diameter at the position of the predetermined height H from the tip is larger than the target diameter D. Will also grow.

そこで、目標形状からの許容し得るズレの範囲(許容範囲)も設定しておく。
目標形状の許容範囲としては、例えば、高さ方向の各位置に対する、上記目標直径Dと実測値との差が±3%以内のものとすることができる。このような基準であれば、目標形状に合わせて作成されたFZ法の製造のレシピに十分に適合する範囲であり、FZ法のコーン部の製造において、シリコン融液の溢れ、固化の発生、単結晶の有転位化などが生じる確率を、より確実に従来法の場合と同程度に抑制できる。
Therefore, the range of allowable deviation from the target shape (allowable range) is also set.
As the allowable range of the target shape, for example, the difference between the target diameter D and the actually measured value with respect to each position in the height direction can be within ± 3%. Such a standard is a range that sufficiently conforms to the recipe for manufacturing the FZ method prepared according to the target shape, and in the manufacturing of the cone portion of the FZ method, the silicon melt overflows and solidification occurs. The probability of single crystal dislocations and the like can be more reliably suppressed to the same extent as in the conventional method.

なお、上記のように高さ方向の各位置に対する直径を用いて許容範囲を表す代わりに、該許容範囲に相当するようなコーン部の先端の角度で許容範囲を表して設定することも可能である。このようにすることで、より簡便に許容範囲を設定することができる。 In addition, instead of expressing the allowable range by using the diameter for each position in the height direction as described above, it is also possible to express and set the allowable range by the angle of the tip of the cone portion corresponding to the allowable range. be. By doing so, the allowable range can be set more easily.

次に、CZ法により、コーン部が設定した目標形状であるシリコン原料棒となる製造条件でCZシリコン結晶棒を製造する(図1の工程101)。例えば、図8に示す単結晶引上げ装置を用い、上述したようにしてCZシリコン結晶棒を製造することができる。このとき、CZシリコン結晶棒のコーン部が目標形状になるように、また、直胴部が所望の直径を有するように、CZシリコン結晶棒の引き上げ速度やヒータ出力等の各種製造条件を制御しながら引き上げる。このようにして、コーン部、直胴部、テール部からなるCZシリコン結晶棒50が得られる。 Next, the CZ silicon crystal rod is manufactured by the CZ method under the manufacturing conditions for forming the silicon raw material rod having the target shape set by the cone portion (step 101 in FIG. 1). For example, the single crystal pulling device shown in FIG. 8 can be used to manufacture a CZ silicon crystal rod as described above. At this time, various manufacturing conditions such as the pulling speed of the CZ silicon crystal rod and the heater output are controlled so that the cone portion of the CZ silicon crystal rod has a target shape and the straight body portion has a desired diameter. While pulling up. In this way, the CZ silicon crystal rod 50 including the cone portion, the straight body portion, and the tail portion is obtained.

図2に、製造したCZシリコン結晶棒50で、テール部(図2のCZシリコン結晶棒50の上部)を切断加工したものを示す。図2に示すように、目標形状を目標にした製造条件で製造されたコーン部12、直胴部13および切断加工済みのテール部(以下、単にテール部ともいう)14を有する。ネック部を除去し、コーン部12の形状を測定する。ここでは、上述したような高さ方向の各位置に対する直径や、あるいはコーン部の先端の角度θを測定する(図1の工程102)。測定は一般的なレーザー等の光学的な方法を用いて形状を把握しても良いし、コーン部長さ方向の位置と直径をノギスで測定したり、角度計を用いても良く、コーン部の角度θ等が測定または計算できれば方法を問わない。
また、CZ法にてコーン部を製造した時の操業データを用いて、コーン部の角度θ等を計算してもよい。操業データに基づいてコーン部の形状の算出を行えば、形状の測定(さらには後述の判定)をより簡単に行うことができる。
FIG. 2 shows a manufactured CZ silicon crystal rod 50 obtained by cutting the tail portion (the upper portion of the CZ silicon crystal rod 50 in FIG. 2). As shown in FIG. 2, it has a cone portion 12, a straight body portion 13, and a cut tail portion (hereinafter, also simply referred to as a tail portion) 14 manufactured under manufacturing conditions targeting a target shape. The neck portion is removed, and the shape of the cone portion 12 is measured. Here, the diameter with respect to each position in the height direction as described above or the angle θ of the tip of the cone portion is measured (step 102 in FIG. 1). The shape may be grasped by using an optical method such as a general laser, the position and diameter in the length direction of the cone may be measured with a caliper, or an angle meter may be used for the measurement. Any method can be used as long as the angle θ and the like can be measured or calculated.
Further, the angle θ of the cone portion may be calculated by using the operation data when the cone portion is manufactured by the CZ method. If the shape of the cone portion is calculated based on the operation data, the shape can be measured (further, the determination described later) more easily.

そして、コーン部の形状が、工程100で予め設定した許容範囲に入っているかどうかの判定を行う(図1の工程103)。ここでは、コーン部の高さ方向の各位置に対する、目標直径Dと実績値の差が±3%以内であるか判定する。このようにこれらの直径の差で判定を行っても良いし、あるいは、この直径での許容範囲に相当するようなコーン部先端の角度範囲に基づいて判定を行っても良い。工程100で適宜設定した許容範囲に基づいて工程103での判定を行えばよい。 Then, it is determined whether or not the shape of the cone portion is within the allowable range set in advance in step 100 (step 103 in FIG. 1). Here, it is determined whether or not the difference between the target diameter D and the actual value is within ± 3% with respect to each position in the height direction of the cone portion. In this way, the determination may be made based on the difference between these diameters, or the determination may be made based on the angle range of the tip of the cone portion corresponding to the allowable range at this diameter. The determination in step 103 may be performed based on the permissible range appropriately set in step 100.

工程103の判定において、コーン部の形状が上記許容範囲内の場合は、コーン部の機械加工はせずにエッチング、洗浄等を行ってFZ用シリコン原料棒とする(図1の工程104)。 In the determination of step 103, when the shape of the cone portion is within the above allowable range, the cone portion is etched, washed, or the like without machining to obtain a silicon raw material rod for FZ (step 104 in FIG. 1).

一方でコーン部の形状が上記許容範囲外の場合は、上記許容範囲内になるようにコーン部を機械加工する(図1の工程105)。そして、再度、形状の測定をし、許容範囲内であるか、判定する。すなわち、工程102、工程103を再度行う。 On the other hand, when the shape of the cone portion is outside the allowable range, the cone portion is machined so as to be within the allowable range (step 105 in FIG. 1). Then, the shape is measured again to determine whether it is within the permissible range. That is, the steps 102 and 103 are performed again.

なお、許容範囲をコーン部先端の角度範囲で設定したとき、上記工程105において、コーン部の先端の角度θが基準(許容範囲)を下回っている場合の機械加工の方法は、図5に示すように、コーン部と直胴部の境界部分の位置を変えないように、角度θが許容範囲内に入るようにコーン部を機械加工すれば良い。ここで、符号31、32、33は、各々、機械加工前のコーン部の形状、機械加工後のコーン部の形状、機械加工範囲を示している。
一方、コーン部の角度θが基準(許容範囲)を上回っている場合の機械加工の方法は、図6に示すように、コーン部の先端部を基準に、角度θが許容範囲内に入るように、コーン部および直胴部を機械加工すれば良い。
そして、再判定において、許容範囲内であると判定された場合、それ以上のコーン部の機械加工は行わず、テール部14に上部保持治具4に取り付けるための必要な加工を実施し、このシリコン結晶棒1の加工歪みを除去するために表面のエッチングを行う。工程103において、一旦、許容範囲外と判定された場合は、上記のようにしてFZ用シリコン原料棒を用意する。
When the allowable range is set in the angle range of the tip of the cone, the machining method when the angle θ of the tip of the cone is less than the reference (allowable range) in the step 105 is shown in FIG. As described above, the cone portion may be machined so that the angle θ is within the permissible range so as not to change the position of the boundary portion between the cone portion and the straight body portion. Here, reference numerals 31, 32, and 33 indicate the shape of the cone portion before machining, the shape of the cone portion after machining, and the machining range, respectively.
On the other hand, when the angle θ of the cone portion exceeds the reference (allowable range), the machining method is as shown in FIG. 6 so that the angle θ falls within the allowable range with reference to the tip portion of the cone portion. In addition, the cone portion and the straight body portion may be machined.
Then, when it is determined in the re-judgment that it is within the permissible range, the cone portion is not further machined, and the tail portion 14 is subjected to the necessary machining for attaching to the upper holding jig 4. The surface is etched to remove the processing strain of the silicon crystal rod 1. If it is once determined in step 103 that it is out of the permissible range, the silicon raw material rod for FZ is prepared as described above.

上記のような製造方法であれば、コーン部の形状が許容範囲に入っていれば機械加工を省略できるので、加工ロスが低減し、歩留りが改善される。また許容範囲に入らない場合であっても目標形状の円錐形状に極めて近いので機械加工は最小限となり、従来法よりも加工ロスが低減し、歩留り低下を最小限に抑えることができる。 With the manufacturing method as described above, if the shape of the cone portion is within the permissible range, machining can be omitted, so that machining loss is reduced and yield is improved. Further, even if it does not fall within the permissible range, the machining is minimized because it is extremely close to the conical shape of the target shape, the machining loss is reduced as compared with the conventional method, and the decrease in yield can be minimized.

次に、本発明のFZシリコン単結晶の製造方法について図7に示すFZ単結晶製造装置を用いた場合を例にして説明する。なお、図1には製造方法のフローも併せて記載されており、上記のようにして製造したCZシリコン結晶棒をFZ用シリコン原料棒として用い、FZシリコン単結晶を製造する(図1の工程106)。より具体的には以下の通りである。
FZ用シリコン原料棒1を、FZ単結晶製造装置30のチャンバー20内に収容し、図2のように、切断加工済みのテール部14を上方に、コーン部12を下方に向けた状態で上部保持治具4によってテール部14を保持する。また、下軸5の下部保持治具6に種結晶8を取り付ける。この際、例えば、テール部14をネジなどで上部保持治具4に固定することによって保持すれば良い。
Next, the method for producing the FZ silicon single crystal of the present invention will be described by taking the case of using the FZ single crystal production apparatus shown in FIG. 7 as an example. The flow of the manufacturing method is also described in FIG. 1, and the CZ silicon crystal rod manufactured as described above is used as a silicon raw material rod for FZ to manufacture an FZ silicon single crystal (step of FIG. 1). 106). More specifically, it is as follows.
The silicon raw material rod 1 for FZ is housed in the chamber 20 of the FZ single crystal manufacturing apparatus 30, and as shown in FIG. 2, the upper portion is in a state where the cut tail portion 14 is directed upward and the cone portion 12 is directed downward. The tail portion 14 is held by the holding jig 4. Further, the seed crystal 8 is attached to the lower holding jig 6 of the lower shaft 5. At this time, for example, the tail portion 14 may be held by fixing it to the upper holding jig 4 with a screw or the like.

その後、FZ用シリコン原料棒1のコーン部12の下端をプレヒーター(不図示)で予備加熱する。チャンバー20の下部から窒素ガスを含んだArガスを供給し、チャンバー20上部から排気する。FZ用シリコン原料棒1のコーン部12の下端を誘導加熱コイル7bで加熱溶融した後、種結晶8に融着させ、種絞りにより絞り部9を形成して無転位化する。
そして、上軸3と下軸5を回転させながら、FZ用シリコン原料棒1のコーン部12からテール部14に向けてゾーニングしてFZシリコン単結晶2を成長させる。このとき、FZ用シリコン原料棒1を所定の速度、例えば2.0〜3.0mm/minで下降させる(図7のA方向)ことで浮遊帯域10をFZ用シリコン原料棒1のテール部14側に移動させてゾーニングすることができる。
After that, the lower end of the cone portion 12 of the silicon raw material rod 1 for FZ is preheated by a preheater (not shown). Ar gas containing nitrogen gas is supplied from the lower part of the chamber 20 and exhausted from the upper part of the chamber 20. After the lower end of the cone portion 12 of the silicon raw material rod 1 for FZ is heated and melted by the induction heating coil 7b, it is fused to the seed crystal 8 and the drawn portion 9 is formed by the seed drawing to make it dislocation-free.
Then, while rotating the upper shaft 3 and the lower shaft 5, the FZ silicon single crystal 2 is grown by zoning from the cone portion 12 of the silicon raw material rod 1 for FZ toward the tail portion 14. At this time, by lowering the FZ silicon raw material rod 1 at a predetermined speed, for example, 2.0 to 3.0 mm / min (direction A in FIG. 7), the floating band 10 is reduced to the tail portion 14 of the FZ silicon raw material rod 1. It can be moved to the side for zoning.

ゾーニングの際には、上軸3と下軸5の回転軸の位置をずらして、FZ用シリコン原料棒1とFZシリコン単結晶2を偏芯させた状態で回転させることが好ましい。このようにすれば、単結晶化の際に溶融部を攪拌させ、製造するFZシリコン単結晶2の品質を均一化することができる。このときの偏芯量はFZシリコン単結晶2の直径に応じて設定すればよい。
ゾーニングが所定の長さまで来たところで、終了し、切り離しを実施する。
At the time of zoning, it is preferable to shift the positions of the rotation axes of the upper shaft 3 and the lower shaft 5 and rotate the FZ silicon raw material rod 1 and the FZ silicon single crystal 2 in an eccentric state. In this way, the melted portion can be agitated at the time of single crystal formation, and the quality of the FZ silicon single crystal 2 to be produced can be made uniform. The amount of eccentricity at this time may be set according to the diameter of the FZ silicon single crystal 2.
When the zoning reaches the specified length, it is finished and the disconnection is performed.

このような本発明のFZシリコン単結晶の製造方法であれば、FZシリコン単結晶を従来法と同程度の有転位化率で製造できるにも関わらず、その原料棒の製造工程も含め、総合的な歩留りの飛躍的改善、生産性の改善、研削工程の負荷軽減を得ることができる。 With the method for producing an FZ silicon single crystal of the present invention as described above, although the FZ silicon single crystal can be produced with a dislocation rate similar to that of the conventional method, the production process of the raw material rod is also included. It is possible to obtain a dramatic improvement in yield, an improvement in productivity, and a reduction in the load on the grinding process.

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例)
図1に示す本発明のフローに従って、CZ法により、FZ法のシリコン原料棒に用いるための10本のシリコン結晶棒を、図8に示すCZ単結晶引上げ装置を用いて製造した。
なお、直径150mm、長さ(直胴部)1500mmのものを製造した。コーン部はFZ法にて必要とされる円錐形状を目標形状として製造した。目標形状としては、所定高さを有する円錐形状で、その先端の角度θが120°とし、許容範囲としては、コーン部の高さ方向の各位置に対する、目標直径Dと実測値の差が±3%以内のものとした。なお、この許容範囲を、先端の角度の範囲で言い換えると、117.1°≦θ≦123.0°である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
(Example)
According to the flow of the present invention shown in FIG. 1, 10 silicon crystal rods for use in the silicon raw material rod of the FZ method were produced by the CZ method using the CZ single crystal pulling device shown in FIG.
A product having a diameter of 150 mm and a length (straight body portion) of 1500 mm was manufactured. The cone portion was manufactured with the conical shape required by the FZ method as the target shape. The target shape is a conical shape having a predetermined height, the angle θ of the tip thereof is 120 °, and the allowable range is that the difference between the target diameter D and the measured value with respect to each position in the height direction of the cone portion is ±. It was set to be within 3%. In other words, this permissible range is 117.1 ° ≤ θ ≤ 123.0 ° in terms of the angle of the tip.

引上げた10本のCZシリコン結晶棒を、ノギスを用いてコーン部の高さとその部分の直径を測定してコーン部の先端の角度θを計算で求めたところ、以下の表1のように分布していた。なお、ここでは各々概ね円錐形状であるとして、簡単に、コーン部と直胴部の境目の直径と、コーン部の高さとから、コーン部の先端の角度を求めた。 The 10 CZ silicon crystal rods that were pulled up were distributed as shown in Table 1 below when the height of the cone and the diameter of the cone were measured using a caliper and the angle θ at the tip of the cone was calculated. Was. Here, assuming that each has a substantially conical shape, the angle of the tip of the cone portion was simply obtained from the diameter of the boundary between the cone portion and the straight body portion and the height of the cone portion.

Figure 0006954083
Figure 0006954083

表1に示すように、No.1−2、5−7、9の6本は許容範囲内に収まり、残りの4本は許容範囲外となった。そこで、許容範囲内(角度θ:120°に対して、117.1°≦θ≦123.0°)のコーン部は、その部分の機械加工はせず、許容範囲外のコーン部は許容範囲に入るように機械加工を実施した。
そして各々のCZシリコン結晶棒をエッチング後、FZ法のシリコン原料棒として使用し、図7に示すFZ単結晶製造装置を用いてFZシリコン単結晶を製造した。コーン部の機械加工不要率、機械加工による加工ロス、FZ法での有転位化率について、表2にまとめた。
As shown in Table 1, No. Six of 1-2, 5-7 and 9 were within the permissible range, and the remaining four were out of the permissible range. Therefore, the cone portion within the permissible range (117.1 ° ≤ θ ≤ 123.0 ° with respect to the angle θ: 120 °) is not machined, and the cone portion outside the permissible range is within the permissible range. Machining was carried out so as to enter.
Then, after etching each CZ silicon crystal rod, it was used as a silicon raw material rod by the FZ method, and an FZ silicon single crystal was produced using the FZ single crystal production apparatus shown in FIG. 7. Table 2 summarizes the machining-free rate of the cone, the machining loss due to machining, and the dislocation rate by the FZ method.

Figure 0006954083
Figure 0006954083

表2に示すように、60%ものCZシリコン結晶棒についてはコーン部の機械加工を省略することができた。また加工ロスもわずか0.2%であった。このようにコーン部の機械加工が最小限であり、レシピが適合し、制御が安定していたので、有転位化率は通常の機械加工したものと同等であり、歩留まり、生産性が高いものであった。 As shown in Table 2, machining of the cone portion could be omitted for as much as 60% of CZ silicon crystal rods. The processing loss was only 0.2%. In this way, the machining of the cone part was minimal, the recipe was suitable, and the control was stable, so the dislocation rate was the same as that of normal machining, and the yield and productivity were high. Met.

(比較例)
CZ法により、FZ法のシリコン原料棒に用いるための10本のシリコン結晶棒を、図8に示すCZ単結晶引上げ装置を用いて製造した。
なお、直径150mm、長さ(直胴部)1500mmのものを製造した。コーン部は一般的なCZ法にて製造される比較的フラットな形状(先端の角度θ:130°〜160°)にて製造した。
その部分を実施例の許容範囲と同様の範囲(先端の角度θ:120°に対して、117.1°≦θ≦123.0°)に入るまで機械加工を実施した。エッチング後、FZ法のシリコン原料棒として使用し、図7に示すFZ単結晶製造装置を用いてFZシリコン単結晶を製造した。
コーン部の機械加工不要率、機械加工による加工ロス、FZ法での有転位化率について、表3にまとめた。
(Comparison example)
By the CZ method, 10 silicon crystal rods for use in the silicon raw material rod of the FZ method were manufactured by using the CZ single crystal pulling device shown in FIG.
A product having a diameter of 150 mm and a length (straight body portion) of 1500 mm was manufactured. The cone portion was manufactured in a relatively flat shape (tip angle θ: 130 ° to 160 °) manufactured by a general CZ method.
The portion was machined until it fell within the same range as the permissible range of the examples (117.1 ° ≤ θ ≤ 123.0 ° with respect to the tip angle θ: 120 °). After etching, it was used as a silicon raw material rod by the FZ method, and an FZ silicon single crystal was produced using the FZ single crystal production apparatus shown in FIG. 7.
Table 3 summarizes the machining unnecessary rate of the cone portion, the machining loss due to machining, and the dislocation formation rate by the FZ method.

Figure 0006954083
Figure 0006954083

表3に示すように、レシピが適合し、制御が安定していたので、有転位化率は通常の機械加工したものと同等であったが、コーン部の機械加工があったことによる、歩留りの低下があった。加工ロスは1.2%であり、実施例の0.2%に比べて6倍近くであった。 As shown in Table 3, since the recipe was suitable and the control was stable, the dislocation rate was the same as that of normal machining, but the yield was due to the machining of the cone part. There was a decline in. The processing loss was 1.2%, which was nearly 6 times that of 0.2% in the examples.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an example, and any one having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

1…FZ用シリコン原料棒、 2…FZシリコン単結晶、 3…上軸、
4…上部保持治具、 5…下軸、 6…下部保持治具、
7a…高周波発振機、 7b…誘導加熱コイル、
8…種結晶、 9…絞り部、 10…浮遊帯域、 11…ガス吹き付け用ノズル、
12…CZシリコン結晶棒のコーン部、 13…CZシリコン結晶棒の直胴部、
14…CZシリコン結晶棒のテール部(切断加工済み)、 20…チャンバー、
30…FZ単結晶製造装置、 31…機械加工前のコーン部の形状、
32…機械加工後のコーン部の形状、 33…機械加工範囲。
41…単結晶引上げ装置、 42…引上げ室、 43…ルツボ、 44…ヒータ、
45…ルツボ保持軸、 46…種結晶、 47…シードチャック、
48…ワイヤ、 49…断熱材、 50…CZシリコン結晶棒、
51…シリコン融液。
1 ... Silicon raw material rod for FZ, 2 ... FZ silicon single crystal, 3 ... Upper shaft,
4 ... Upper holding jig, 5 ... Lower shaft, 6 ... Lower holding jig,
7a ... High frequency oscillator, 7b ... Induction heating coil,
8 ... Seed crystal, 9 ... Aperture part, 10 ... Floating zone, 11 ... Gas blowing nozzle,
12 ... Cone part of CZ silicon crystal rod, 13 ... Straight body part of CZ silicon crystal rod,
14 ... CZ silicon crystal rod tail (cut), 20 ... chamber,
30 ... FZ single crystal manufacturing equipment, 31 ... shape of cone before machining,
32 ... Shape of cone after machining, 33 ... Machining range.
41 ... Single crystal pulling device, 42 ... Pulling chamber, 43 ... Crucible, 44 ... Heater,
45 ... Crucible holding shaft, 46 ... Seed crystal, 47 ... Seed chuck,
48 ... wire, 49 ... insulation, 50 ... CZ silicon crystal rod,
51 ... Silicone melt.

Claims (4)

CZ法で製造したシリコン結晶棒をFZ法のシリコン原料棒として用いるときのFZ用シリコン原料棒の製造方法であって、
予め、前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状と該目標形状の許容範囲を設定しておき、
前記CZシリコン結晶棒を製造するとき、コーン部が前記目標形状になる製造条件で製造し、
該製造したCZシリコン結晶棒のコーン部の形状が前記許容範囲に入っているかどうかを判定し、
該判定において、前記許容範囲に入っている場合は、前記CZシリコン結晶棒のコーン部の機械加工を行わずに前記FZ用シリコン原料棒とし、前記許容範囲に入っていない場合は、前記許容範囲に入るように前記CZシリコン結晶棒のコーン部の機械加工を行って前記FZ用シリコン原料棒とし、
前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状を円錐形状とし、該円錐形状のコーン部の高さ方向の各位置に対する目標直径をDとするとき、
前記許容範囲として、前記目標直径Dと実測値との差が±3%以内のものとすることを特徴とするFZ用シリコン原料棒の製造方法。
This is a method for manufacturing a silicon raw material rod for FZ when a silicon crystal rod manufactured by the CZ method is used as a silicon raw material rod for the FZ method.
In advance, the target shape of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ and the permissible range of the target shape are set.
When manufacturing the CZ silicon crystal rod, the cone portion is manufactured under the manufacturing conditions in which the target shape is obtained.
It is determined whether or not the shape of the cone portion of the manufactured CZ silicon crystal rod is within the permissible range.
In the determination, if it is within the permissible range, the cone portion of the CZ silicon crystal rod is used as the silicon raw material rod for FZ without machining, and if it is not within the permissible range, the permissible range is used. The cone portion of the CZ silicon crystal rod is machined so as to enter the silicon raw material rod for FZ .
When the target shape of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ is a conical shape and the target diameter of the conical cone portion with respect to each position in the height direction is D.
A method for producing a silicon raw material rod for FZ , wherein the difference between the target diameter D and the measured value is within ± 3% as the permissible range.
前記FZ用シリコン原料棒のコーン部の目標形状を、前記コーン部の先端が50°〜150°の範囲から選択される角度θを有する円錐形状とすることを特徴とする請求項1に記載のFZ用シリコン原料棒の製造方法。 The first aspect of claim 1, wherein the target shape of the cone portion of the silicon raw material rod for FZ is a conical shape in which the tip of the cone portion has an angle θ selected from the range of 50 ° to 150 °. A method for manufacturing a silicon raw material rod for FZ. 前記CZシリコン結晶棒のコーン部の形状の判定を行うとき、該CZシリコン結晶棒の製造時のコーン部の高さ方向の位置と直径からコーン部の形状を算出して判定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のFZ用シリコン原料棒の製造方法。 When determining the shape of the cone portion of the CZ silicon crystal rod, the shape of the cone portion is calculated and determined from the position and diameter of the cone portion in the height direction at the time of manufacturing the CZ silicon crystal rod. The method for manufacturing a silicon raw material rod for FZ according to claim 1 or 2. FZ法により、誘導加熱コイルを用いてシリコン原料棒を加熱溶融して浮遊帯域を形成し、該浮遊帯域を移動させてFZシリコン単結晶を製造する方法であって、
前記シリコン原料棒として、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のFZ用シリコン原料棒の製造方法により製造したFZ用シリコン原料棒を用いることを特徴とするFZシリコン単結晶の製造方法。
A method of producing an FZ silicon single crystal by heating and melting a silicon raw material rod using an induction heating coil by the FZ method to form a floating zone and moving the floating zone.
Production of an FZ silicon single crystal, which comprises using a silicon raw material rod for FZ produced by the method for producing a silicon raw material rod for FZ according to any one of claims 1 to 3 as the silicon raw material rod. Method.
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