JP7020437B2 - Method for manufacturing silicon single crystal - Google Patents

Method for manufacturing silicon single crystal Download PDF

Info

Publication number
JP7020437B2
JP7020437B2 JP2019003387A JP2019003387A JP7020437B2 JP 7020437 B2 JP7020437 B2 JP 7020437B2 JP 2019003387 A JP2019003387 A JP 2019003387A JP 2019003387 A JP2019003387 A JP 2019003387A JP 7020437 B2 JP7020437 B2 JP 7020437B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
silicon single
raw material
pulling
integrated value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019003387A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020111485A (en
Inventor
佳祐 三原
亮二 星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Handotai Co Ltd filed Critical Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority to JP2019003387A priority Critical patent/JP7020437B2/en
Publication of JP2020111485A publication Critical patent/JP2020111485A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7020437B2 publication Critical patent/JP7020437B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal.

シリコン単結晶を得るために広く用いられている結晶育成の方法としてCZ(チョクラルスキー)法がある。CZ法では石英ルツボ中でシリコン多結晶原料を溶解させ、シリコン溶融液(原料融液、「メルト」とも呼ばれる)を形成した後、種結晶を溶融液に接触させて引上げることにより、単結晶を育成している。従来、CZ法で育成されたシリコン単結晶は主にロジックやメモリーの基板材料として用いられることが多かった。これらのデバイスについては、デバイスの微細化の進展により、要求される不純物濃度がより低濃度化してきている。さらに、近年では、パワーデバイス用途や撮像素子用途においてもCZ法で育成されたシリコン単結晶が用いられるようになってきており、これらのデバイスにおいて問題となる不純物の種類や濃度は変化してきている。デバイス毎に異なる要求に対応するためにも、結晶中の不純物濃度を管理することが以前にも増して重要になってきている。 There is a CZ (Czochralski) method as a crystal growth method widely used for obtaining a silicon single crystal. In the CZ method, a silicon polycrystalline raw material is melted in a quartz pot to form a silicon melt (raw material melt, also called "melt"), and then the seed crystal is brought into contact with the melt and pulled up to form a single crystal. Is nurturing. Conventionally, silicon single crystals grown by the CZ method have often been used mainly as substrate materials for logic and memory. With respect to these devices, the required impurity concentration is becoming lower due to the progress of miniaturization of the device. Furthermore, in recent years, silicon single crystals grown by the CZ method have come to be used in power device applications and image sensor applications as well, and the types and concentrations of impurities that are problematic in these devices are changing. .. It is becoming more important than ever to control the concentration of impurities in crystals in order to meet the different requirements of each device.

CZ法によって育成される単結晶シリコン中において、問題となる不純物の1つとして炭素不純物があり、結晶中の炭素濃度を低減するために、長いCZ法の歴史の中で様々な努力がなされている。 Carbon impurities are one of the problematic impurities in single crystal silicon grown by the CZ method, and various efforts have been made in the long history of the CZ method to reduce the carbon concentration in the crystals. There is.

シリコン単結晶中に混入する炭素は、原料からの持ち込みに起因するものと、結晶製造プロセス中の炉内反応に起因したものの2つが挙げられ、これらの各導入過程別に炭素濃度低減を試みた技術が報告されている。 There are two types of carbon mixed in the silicon single crystal, one is caused by bringing in from the raw material and the other is caused by the reaction in the furnace during the crystal manufacturing process. Has been reported.

原料からの持ち込みについては、原料シリコンの表面に付着した有機物の中には高温で気化せず炭化するものがあり、これが結晶中に取り込まれることで結晶中の炭素濃度が上昇するという問題がある。これを改善するために、例えば、特許文献1のパラフィン系炭化水素をはじめとする有機物汚染が少ないポリエチレン製収容袋に保管した多結晶原料を用いてCZ法で単結晶育成を行う方法、特許文献2の多結晶表面の有機物を同定して定量分析し、原料選別した後に、CZ法で単結晶育成を行う方法が挙げられる。これらの技術はシリコン原料から持ち込まれる炭素汚染に注目した技術である。 Regarding bringing in from raw materials, some organic substances adhering to the surface of raw material silicon are carbonized without being vaporized at high temperatures, and there is a problem that the carbon concentration in the crystals increases when these are incorporated into the crystals. .. In order to improve this, for example, a method of growing a single crystal by the CZ method using a polycrystalline raw material stored in a polyethylene storage bag having less organic contamination such as paraffinic hydrocarbons of Patent Document 1, Patent Document. Examples thereof include a method in which an organic substance on the surface of the polycrystal of No. 2 is identified, quantitatively analyzed, raw materials are selected, and then a single crystal is grown by the CZ method. These technologies focus on carbon contamination brought in from silicon raw materials.

他方、結晶製造プロセスに起因した炭素の混入については、結晶育成中に引上げ機炉内の炭素部材とシリコン原料融液から蒸発するSiOの反応によって炉内に炭素含有ガスが生成され、これが原料融液中に混入することで炭素濃度が上昇するという問題がある。これを改善するために、例えば、特許文献3の黒鉛ルツボ上に円筒形状の整流部材を搭載し、炭素含有ガスの逆流を防ぐことで炭素汚染を低減する方法や、特許文献4の不活性ガスの流量、炉内圧、ヒーターパワー等の条件を規定することで炭素汚染を低減する方法がある。特許文献3、4は、いずれも原料溶融中及び結晶育成中における不活性ガスの流れる方向や流速に注目することで結晶製造プロセスに起因した炭素汚染の低減を試みる技術である。 On the other hand, regarding carbon contamination caused by the crystal manufacturing process, carbon-containing gas is generated in the furnace by the reaction between the carbon member in the pulling machine furnace and SiO evaporating from the silicon raw material melt during crystal growth, and this is the raw material melting. There is a problem that the carbon concentration rises when mixed in the liquid. In order to improve this, for example, a method of mounting a cylindrical rectifying member on the graphite crucible of Patent Document 3 to prevent backflow of carbon-containing gas to reduce carbon contamination, or an inert gas of Patent Document 4. There is a method of reducing carbon contamination by specifying conditions such as flow rate, furnace pressure, and heater power. Patent Documents 3 and 4 are all techniques for trying to reduce carbon contamination caused by the crystal manufacturing process by paying attention to the flow direction and the flow velocity of the inert gas during the melting of the raw material and the growth of the crystal.

通常、結晶中の炭素濃度の定量はFT-IR法により行なうが、この手法における炭素濃度検出下限は、積算回数やリファレンス等の改善を加えたものでも、5×1014atoms/cm 程度である。この問題を解決するために、特許文献5や非特許文献1ではフォトルミネッセンス(PL)法を用いた定量方法が開示されている。特に、非特許文献2では3×1013atoms/cm程度の炭素濃度を定量できたとの報告があり、PL法が5×1014atoms/cm以下の炭素濃度を定量するための有効な手法となっている。ただし、PL法では、炭素濃度を測定するための前処理として電子線照射が必要であり、炭素濃度定量のために要する工程数が増えてしまうためインライン測定には向いていない。よって、結晶育成が完了する度にPL法による定量を行い、この定量結果をもとに結晶中の炭素結晶濃度を管理するという方法では、結晶育成完了時から結晶中の炭素濃度が判明するまでの間に時間を要し、生産効率が低下してしまうという問題があった。 Normally, the carbon concentration in the crystal is quantified by the FT-IR method, but the lower limit of carbon concentration detection in this method is about 5 × 10 14 atoms / cm 3 even if the number of integrations and the reference are improved. be. In order to solve this problem, Patent Document 5 and Non-Patent Document 1 disclose a quantification method using a photoluminescence (PL) method. In particular, Non-Patent Document 2 reports that a carbon concentration of about 3 × 10 13 atoms / cm 3 could be quantified, and the PL method is effective for quantifying a carbon concentration of 5 × 10 14 atoms / cm 3 or less. It is a method. However, the PL method is not suitable for in-line measurement because electron beam irradiation is required as a pretreatment for measuring the carbon concentration and the number of steps required for quantifying the carbon concentration increases. Therefore, in the method of quantifying by the PL method every time the crystal growth is completed and controlling the carbon crystal concentration in the crystal based on the quantification result, from the time when the crystal growth is completed until the carbon concentration in the crystal is known. There was a problem that it took a long time and the production efficiency was lowered.

特開2016-113198号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-113198 特開2016-210637号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-210637 特開2012-201564号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-201564 特開2015-017019号公報JP-A-2015-017019 特開平04-344443号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 04-344443

M. Nakamura et al. , J. Electorochem. Soc. 141(1993)3576M. Nakamura et al. , J. Electorochem. Soc. 141 (1993) 3576 中川聡子 応用物理 第84巻 第11号 (2015)Satoko Nakagawa Applied Physics Vol. 84, No. 11 (2015)

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、効率的かつ簡便に、チョクラルスキー法により製造されるシリコン単結晶中の炭素濃度を推定し、シリコン単結晶の炭素濃度が満たす規格を決定する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、効率的かつ簡便に、チョクラルスキー法により製造されるシリコン単結晶中の炭素濃度を推定し、これを元に炭素濃度を制御するシリコン単結晶の製造方法を提供することも目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and efficiently and easily estimates the carbon concentration in a silicon single crystal produced by the Czochralski method, and the carbon concentration of the silicon single crystal is satisfied. The purpose is to provide a method for determining standards. The present invention also provides a method for efficiently and easily estimating the carbon concentration in a silicon single crystal produced by the Czochralski method and controlling the carbon concentration based on the estimation. Also aims.

上記目的を達成するために、本発明は、ルツボ内に収容されたシリコン原料をヒーターで加熱することにより溶融して原料融液とする原料溶融工程と、前記原料融液を前記ヒーターで加熱しながら、前記原料融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ工程とを有するシリコン単結晶の製造方法において、前記ヒーターのヒーターパワーPower及び時間tの差分である時間差分Δtから算出される積分値ΣPower×Δtに基づいて、前記引き上げ後に得られるシリコン単結晶中の炭素濃度Csを推定し、該推定した炭素濃度Csに基づいて、前記引き上げ後に得られたシリコン単結晶の炭素濃度が満たす規格を決定することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a raw material melting step of heating a silicon raw material contained in a rutsubo with a heater to melt it into a raw material melt, and heating the raw material melt with the heater. However, in the method for manufacturing a silicon single crystal having a pulling step of pulling the silicon single crystal from the raw material melt, the integrated value ΣPower × Δt calculated from the time difference Δt which is the difference between the heater power power of the heater and the time t. Based on the above, the carbon concentration Cs in the silicon single crystal obtained after the pulling up is estimated, and the standard to be satisfied by the carbon concentration of the silicon single crystal obtained after the pulling up is determined based on the estimated carbon concentration Cs. Provided is a method for producing a silicon single crystal, which is characterized by the above.

このようなシリコン単結晶の製造方法は、操業中のヒーターパワーと時間の積分値ΣPower×Δt(以下、単に「積分値」と称することがある。)からシリコン単結晶中の炭素濃度を推定することで、効率的かつ簡便に、引き上げ後に得られたシリコン単結晶の炭素濃度が満たす規格を決定することができる。これにより、シリコン単結晶の育成が完了する度に結晶中の炭素濃度を定量する必要がなくなるため、生産効率を向上させることができる。 In such a method for manufacturing a silicon single crystal, the carbon concentration in the silicon single crystal is estimated from the integrated value ΣPower × Δt (hereinafter, may be simply referred to as “integrated value”) of the heater power and time during operation. Therefore, it is possible to efficiently and easily determine the standard that the carbon concentration of the silicon single crystal obtained after pulling up meets. This eliminates the need to quantify the carbon concentration in the crystal each time the growth of the silicon single crystal is completed, so that the production efficiency can be improved.

このとき、前記シリコン単結晶を引き上げる前に、予め、前記炭素濃度Csと、前記積分値ΣPower×Δtの相関関係を求めておき、前記シリコン単結晶を引き上げた後、該シリコン単結晶を引き上げた際の前記積分値ΣPower×Δtの値を算出し、該算出値及び前記相関関係から、前記引き上げたシリコン単結晶の炭素濃度Csを推定することが好ましい。 At this time, before pulling up the silicon single crystal, the correlation between the carbon concentration Cs and the integrated value ΣPower × Δt was obtained in advance, and after pulling up the silicon single crystal, the silicon single crystal was pulled up. It is preferable to calculate the value of the integrated value ΣPower × Δt and estimate the carbon concentration Cs of the raised silicon single crystal from the calculated value and the correlation.

このように、予め炭素濃度Csと積分値ΣPower×Δtの相関関係を求めておくことで、より正確に、引き上げたシリコン単結晶の炭素濃度Csを推定することができる。 In this way, by obtaining the correlation between the carbon concentration Cs and the integrated value ΣPower × Δt in advance, it is possible to more accurately estimate the carbon concentration Cs of the raised silicon single crystal.

また、このとき、前記予め求める相関関係を、前記シリコン単結晶を引き上げる引き上げ機別に求めておくことが好ましい。 Further, at this time, it is preferable to obtain the correlation obtained in advance for each pulling machine for pulling the silicon single crystal.

このように、上記の炭素濃度と積分値の相関関係を引き上げ機別に求めておくことで、引き上げ機に固有の状況に応じて相関関係を取得できるので、より正確に引き上げるシリコン単結晶中の炭素濃度を推定することができる。 In this way, by obtaining the correlation between the carbon concentration and the integrated value for each raising machine, the correlation can be obtained according to the situation peculiar to the pulling machine, so that the carbon in the silicon single crystal to be pulled up more accurately can be obtained. The concentration can be estimated.

また、本発明のシリコン単結晶の製造方法では、前記シリコン単結晶の引き上げ後に、該シリコン単結晶の引き上げの際のヒーターパワーPower及び時間tから積分値ΣPower×Δtを算出し、該算出した積分値ΣPower×Δtが2861kW・h未満の場合は、前記引き上げたシリコン単結晶の固化率20~60%におけるシリコン単結晶を炭素濃度CsがCs<1.0×1014atoms/cmの規格を満たす製品として振り分け、該算出した積分値ΣPower×Δtが2861kW・h以上の場合は、前記引き上げたシリコン単結晶の固化率20~60%におけるシリコン単結晶を炭素濃度CsがCs≧1.0×1014atoms/cmの規格を満たす製品として振り分けることができる。 Further, in the method for producing a silicon single crystal of the present invention, after pulling up the silicon single crystal, an integrated value ΣPower × Δt is calculated from the heater power Power and time t at the time of pulling up the silicon single crystal, and the calculated integration is performed. When the value ΣPower × Δt is less than 2861 kW · h, the standard of carbon concentration Cs of Cs <1.0 × 10 14 atoms / cm 3 is applied to the silicon single crystal at the solidification rate of 20 to 60% of the raised silicon single crystal. When the product is sorted as a product to be satisfied and the calculated integrated value ΣPower × Δt is 2861 kW · h or more, the silicon single crystal at the solidification rate of 20 to 60% of the raised silicon single crystal has a carbon concentration Cs of Cs ≧ 1.0 ×. It can be sorted as a product that meets the standard of 10 14 singles / cm 3 .

具体的にはこのようにして、引き上げたシリコン単結晶が満たす炭素濃度の規格毎に、製品を振り分けることができる。 Specifically, in this way, products can be sorted according to the carbon concentration standard satisfied by the raised silicon single crystal.

また、前記積分値ΣPower×Δtを算出する際に用いるヒーターパワーPowerを、前記原料溶融工程におけるヒーターパワー、前記原料溶融工程の終了後から前記引き上げ工程の開始前までのヒーターパワー、及び、一旦前記引き上げ工程の途中まで行ったシリコン単結晶を再溶融する場合の再溶融工程におけるヒーターパワーとすることが好ましい。さらにこのとき、前記積分値ΣPower×Δtの算出に用いる前記時間tを、前記シリコン原料の温度が900℃以上である時間とすることが好ましい。 Further, the heater power Power used for calculating the integrated value ΣPower × Δt is the heater power in the raw material melting step, the heater power from the end of the raw material melting step to the start of the pulling step, and once said. It is preferable to use the heater power in the remelting step when the silicon single crystal that has been pulled up halfway is remelted. Further, at this time, it is preferable that the time t used for calculating the integrated value ΣPower × Δt is a time when the temperature of the silicon raw material is 900 ° C. or higher.

積分値の算出に用いるヒーターパワーをこれらの工程とすることで、シリコン単結晶製造プロセス中におけるシリコン原料融液への炭素の混入が顕著な工程を積分値の算出に用いることができ、より正確かつ簡便に、引き上げたシリコン単結晶中の炭素濃度を推定することができる。また、そのうち、シリコン原料の温度が900℃以上である時間を、積分値の算出に用いることで、より正確かつ簡便に、引き上げたシリコン単結晶中の炭素濃度を推定することができる。 By using the heater power used to calculate the integrated value as these steps, it is possible to use the process in which carbon is significantly mixed in the silicon raw material melt during the silicon single crystal manufacturing process to calculate the integrated value, making it more accurate. Moreover, the carbon concentration in the raised silicon single crystal can be easily estimated. Further, by using the time when the temperature of the silicon raw material is 900 ° C. or higher for the calculation of the integrated value, the carbon concentration in the raised silicon single crystal can be estimated more accurately and easily.

また、前記積分値ΣPower×Δtの算出に用いる前記時間差分Δtを、10秒以上10分以下の範囲とすることが好ましい。 Further, it is preferable that the time difference Δt used for calculating the integrated value ΣPower × Δt is in the range of 10 seconds or more and 10 minutes or less.

このような範囲内の時間差分Δtとすることで、ヒーターパワーの変動が起きた場合でも、積分値をより正確に求めることができる。 By setting the time difference Δt within such a range, the integrated value can be obtained more accurately even when the heater power fluctuates.

また、前記積分値Power×Δtを、区間[t,t+Δt]における2点のヒーターパワーPower及び時間Δtで形成される台形の面積から算出することが好ましい。 Further, it is preferable to calculate the integrated value Power × Δt from the area of the trapezoid formed by the two heater power powers and the time Δt in the interval [t, t + Δt].

積分値の算出は、具体的にはこのような手法によって行うことができる。 Specifically, the calculation of the integrated value can be performed by such a method.

また、本発明のシリコン単結晶の製造方法では、前記シリコン原料として半導体グレードの高純度原料を使用することが好ましい。 Further, in the method for producing a silicon single crystal of the present invention, it is preferable to use a semiconductor-grade high-purity raw material as the silicon raw material.

このようなシリコン原料を用いることで、上記積分値から、引き上げたシリコン単結晶中の炭素濃度をより正確に推定することができる。 By using such a silicon raw material, the carbon concentration in the raised silicon single crystal can be estimated more accurately from the above integrated value.

また、本発明は、ルツボ内に収容されたシリコン原料をヒーターで加熱することにより溶融して原料融液とする原料溶融工程と、前記原料融液を前記ヒーターで加熱しながら、前記原料融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ工程とを有するシリコン単結晶の製造方法において、前記シリコン単結晶を引き上げる前に、予め、前記ヒーターのヒーターパワーPower及び時間tの差分である時間差分Δtから算出される積分値ΣPower×Δtと、前記引き上げ後に得られるシリコン単結晶中の炭素濃度Csの間の相関関係を求めておき、該相関関係に基づいて、前記ヒーターのヒーターパワーPowerと、前記時間tを調節することにより、前記シリコン単結晶を引き上げた際の該シリコン単結晶の炭素濃度Cs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を提供する。 Further, the present invention comprises a raw material melting step of heating a silicon raw material contained in a rutsubo with a heater to melt the raw material into a raw material melt, and heating the raw material melt with the heater while heating the raw material melt. In the method for manufacturing a silicon single crystal having a pulling step of pulling up the silicon single crystal from the above, before pulling up the silicon single crystal, it is calculated in advance from the heater power Power of the heater and the time difference Δt which is the difference of the time t. The correlation between the integrated value ΣPower × Δt and the carbon concentration Cs in the silicon single crystal obtained after the pulling up is obtained, and the heater power Power of the heater and the time t are adjusted based on the correlation. By doing so, the present invention provides a method for producing a silicon single crystal, which comprises controlling the carbon concentration Cs of the silicon single crystal when the silicon single crystal is pulled up.

このように、上記積分値と炭素濃度との相関関係に基づいて、引き上げたシリコン単結晶中の炭素濃度を制御したシリコン単結晶の製造を行うこともできる。 In this way, it is also possible to manufacture a silicon single crystal in which the carbon concentration in the raised silicon single crystal is controlled based on the correlation between the integrated value and the carbon concentration.

本発明のシリコン単結晶の製造方法であれば、効率的かつ簡便に、チョクラルスキー法により製造されるシリコン単結晶中の炭素濃度を推定し、シリコン単結晶の炭素濃度が満たす規格を決定する方法とすることができる。その結果、シリコン単結晶育成が完了する度にシリコン単結晶中の炭素濃度を定量する必要がなくなるため、シリコン単結晶育成完了から定量結果が判明するまでに要する時間を削減することができる。これにより、生産効率を向上させることができる。また、本発明は、効率的かつ簡便に、チョクラルスキー法により製造されるシリコン単結晶中の炭素濃度を推定し、これを元にシリコン単結晶中の炭素濃度を制御することもできる。 With the method for producing a silicon single crystal of the present invention, the carbon concentration in the silicon single crystal produced by the Czochralski method is estimated efficiently and easily, and the standard satisfied by the carbon concentration of the silicon single crystal is determined. Can be a method. As a result, it is not necessary to quantify the carbon concentration in the silicon single crystal every time the silicon single crystal growth is completed, so that the time required from the completion of the silicon single crystal growth to the determination of the quantification result can be reduced. This makes it possible to improve production efficiency. Further, the present invention can efficiently and easily estimate the carbon concentration in the silicon single crystal produced by the Czochralski method, and control the carbon concentration in the silicon single crystal based on this.

シリコン単結晶中の炭素濃度Csと積分値ΣPower×Δtの関係の一例を示したグラフである。It is a graph which showed an example of the relationship between the carbon concentration Cs in a silicon single crystal and the integral value ΣPower × Δt. 本発明のシリコン単結晶の製造方法の概略を具体的に示したフロー図である。It is a flow chart which concretely showed the outline of the manufacturing method of the silicon single crystal of this invention. 実施例において、ΣPower×Δt =2247kW・h時のシリコン単結晶の直胴中Cs濃度を示したグラフである。In the example, it is a graph which showed the Cs concentration in the straight cylinder of the silicon single crystal at ΣPower × Δt = 2247kW · h. 比較例において、ΣPower×Δt =3686kW・h時のシリコン単結晶の直胴中Cs濃度を示したグラフである。In the comparative example, it is a graph which showed the Cs concentration in the straight cylinder of the silicon single crystal at ΣPower × Δt = 3686kW · h. 一般的なチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法の概略を示したフロー図である。It is a flow chart which showed the outline of the manufacturing method of the silicon single crystal by a general Czochralski method.

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings as an example of embodiments, but the present invention is not limited thereto.

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、ルツボ内に収容されたシリコン原料をヒーターで加熱することにより溶融して原料融液とする原料溶融工程と、この原料融液をヒーターで加熱しながら、原料融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ工程とを有しており、ヒーターのヒーターパワーPower及び時間tの差分である時間差分Δtから算出される積分値ΣPower×Δtに基づいて、引き上げ後に得られるシリコン単結晶中の炭素濃度Csを推定し、該推定した炭素濃度Csに基づいて、引き上げ後に得られたシリコン単結晶の炭素濃度が満たす規格を決定することを特徴とする。 The method for producing a silicon single crystal of the present invention comprises a raw material melting step of heating a silicon raw material contained in a rut with a heater to melt it into a raw material melt, and heating the raw material melt with a heater. It has a pulling process of pulling up a silicon single crystal from the raw material melt, and is obtained after pulling up based on the integrated value ΣPower × Δt calculated from the time difference Δt which is the difference between the heater power power of the heater and the time t. It is characterized in that the carbon concentration Cs in a silicon single crystal is estimated, and the standard to which the carbon concentration of the silicon single crystal obtained after raising is satisfied is determined based on the estimated carbon concentration Cs.

本発明のシリコン単結晶の製造方法において使用することができる引き上げ機や、該引き上げ機のHZ(ホットゾーン)の構造は一般的なCZシリコン単結晶の引き上げ機の通りである。本発明は、磁場を印加しないチョクラルスキー法(CZ法)の他に、磁場印加CZ法(MCZ法)によって育成されるシリコン単結晶の製造方法等にも広く適用することができる。 The pulling machine that can be used in the method for producing a silicon single crystal of the present invention and the structure of the HZ (hot zone) of the pulling machine are the same as those of a general CZ silicon single crystal pulling machine. The present invention can be widely applied not only to the Czochralski method (CZ method) in which no magnetic field is applied, but also to a method for producing a silicon single crystal grown by the magnetic field applied CZ method (MCZ method).

図5を参照して、一般的なシリコン単結晶の製造方法の概略を説明する。図5のS1に示したように、まず、原料溶融工程として、ルツボ内に収容されたシリコン原料をヒーターで加熱することにより溶融して原料融液とする。次に、原料融液からシリコン単結晶を引き上げるのである(図5のS3)が、通常、原料融液とした状態で、融液の脱ガス等を目的として所定時間放置する工程を有する。これをパワー放置工程と称することがある(図5のS2)。パワー放置工程(S2)の後は、引き上げ工程(図5のS3)であるが、引き上げ工程には、種結晶を原料融液に付ける種付け段階、ショルダー部形成段階、直胴部形成段階、丸め部形成段階等が含まれる。また、引き上げ工程中にシリコン単結晶に転位が発生した場合などは、シリコン単結晶を再度溶融する再溶融工程が含まれる。 An outline of a general method for producing a silicon single crystal will be described with reference to FIG. As shown in S1 of FIG. 5, first, as a raw material melting step, the silicon raw material contained in the crucible is heated by a heater to melt it into a raw material melt. Next, the silicon single crystal is pulled up from the raw material melt (S3 in FIG. 5), but usually, the raw material melt has a step of leaving it for a predetermined time for the purpose of degassing the melt. This may be referred to as a power leaving step (S2 in FIG. 5). After the power leaving step (S2), there is a pulling step (S3 in FIG. 5). In the pulling step, a seeding step of attaching the seed crystal to the raw material melt, a shoulder part forming step, a straight body part forming step, and rounding are performed. The part formation stage and the like are included. Further, when a dislocation occurs in the silicon single crystal during the pulling process, a remelting step of remelting the silicon single crystal is included.

引き上げ工程(S3)の終了後、シリコン単結晶の冷却等を行うアフターヒート工程(AH工程、図5のS4)を行う。その後、引き上げ機からシリコン単結晶を取り出す取り出し工程(図5のS5)を行う。 After the completion of the pulling step (S3), an afterheat step (AH step, S4 in FIG. 5) for cooling the silicon single crystal or the like is performed. After that, a take-out step (S5 in FIG. 5) of taking out the silicon single crystal from the pulling machine is performed.

本発明では、このような一般的なシリコン単結晶の製造方法に対して、ヒーターパワーと時間の積分値に基づいて、引き上げたシリコン単結晶中の炭素濃度を推定する。その際、シリコン単結晶を引き上げる前(図5のS1の前)に、予め、炭素濃度Csと、積分値ΣPower×Δtの相関関係を求めておくことが好ましい。また、シリコン単結晶を引き上げた後(図5のS3の後)、該シリコン単結晶を引き上げた際の積分値ΣPower×Δtの値を算出し、該算出値及び上記の相関関係から、引き上げたシリコン単結晶の炭素濃度Csを推定することができる。言うなれば、本発明は、引上げ機において、引き上げたシリコン単結晶中の炭素濃度Csが、操業中のヒーターパワーと時間の積分値ΣPower×Δtと相関関係があることを用いて、積分値ΣPower×Δtの値から炭素濃度を推定する手法である。従って、シリコン単結晶の育成の完了と同時に炭素濃度を知ることが可能である。 In the present invention, the carbon concentration in the raised silicon single crystal is estimated based on the integrated value of the heater power and the time for such a general method for producing a silicon single crystal. At that time, it is preferable to obtain the correlation between the carbon concentration Cs and the integrated value ΣPower × Δt in advance before pulling up the silicon single crystal (before S1 in FIG. 5). Further, after pulling up the silicon single crystal (after S3 in FIG. 5), the integrated value ΣPower × Δt when the silicon single crystal was pulled up was calculated and pulled up from the calculated value and the above correlation. The carbon concentration Cs of a silicon single crystal can be estimated. In other words, the present invention uses the fact that in the pulling machine, the carbon concentration Cs in the pulled silicon single crystal correlates with the integrated value ΣPower × Δt of the heater power during operation and the time, and the integrated value ΣPowerer. This is a method for estimating the carbon concentration from the value of × Δt. Therefore, it is possible to know the carbon concentration at the same time as the growth of the silicon single crystal is completed.

上記の通り、本発明のシリコン単結晶の製造方法においては、一般的なCZシリコン単結晶の引き上げ機やそのホットゾーン構造を使用してシリコン単結晶の引き上げを行うことができる。このとき、引き上げ機ごと、すなわち、ホットゾーンの構造ごとに、炉内の温度、黒鉛部材の表面積、不活性ガスの線速が異なるため、上記予め求める相関関係を、シリコン単結晶を引き上げる引き上げ機別に求めておくことが好ましい。 As described above, in the method for producing a silicon single crystal of the present invention, a silicon single crystal can be pulled up by using a general CZ silicon single crystal pulling machine or a hot zone structure thereof. At this time, since the temperature in the furnace, the surface area of the graphite member, and the linear velocity of the inert gas are different for each pulling machine, that is, for each structure of the hot zone, the pulling machine for pulling the silicon single crystal has the above-mentioned correlation obtained in advance. It is preferable to obtain it separately.

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、操業中のヒーターパワーと時間の積分値ΣPower×Δtからシリコン単結晶中の炭素濃度を推定することで、効率的かつ簡便に、引き上げ後に得られたシリコン単結晶の炭素濃度が満たす規格を決定することができる。これにより、シリコン単結晶の育成が完了する度に結晶中の炭素濃度をFT-IR等で測定して定量する必要がなくなるため、生産効率を向上させることができる。 The method for producing a silicon single crystal of the present invention efficiently and easily estimates the carbon concentration in a silicon single crystal from the integrated value ΣPower × Δt of the heater power and time during operation, so that the silicon obtained after pulling up can be efficiently and easily obtained. It is possible to determine the standard that the carbon concentration of a single crystal meets. This eliminates the need to measure and quantify the carbon concentration in the crystal by FT-IR or the like each time the growth of the silicon single crystal is completed, so that the production efficiency can be improved.

本発明のシリコン単結晶の製造方法のより具体的な実施態様を、図2を参照して説明する。 A more specific embodiment of the method for producing a silicon single crystal of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、図2の(A)に示したように、製品製造を行う前に、本発明のシリコン単結晶の製造方法を行う対象となる引き上げ機について、引き上げたシリコン単結晶中の炭素濃度Csと、積分値ΣPower×Δtの相関関係を求めておく。この相関関係は、以下のようにして実験的に求めることができる。対象となる引き上げ機を用いて実際に引き上げたシリコン単結晶について、シリコン単結晶中の炭素濃度を、フォトルミネッセンス法(PL法)等を用いて実測する。また、シリコン単結晶の製造における各工程における実際のヒーターパワーと、時間から、上記積分値を求める。この相関関係は、実験のみを目的としたシリコン単結晶の引き上げから求める必要は必ずしもなく、実際の製品として製造したシリコン単結晶の実績データから求めることもできる。炭素濃度と積分値は、後述する実施例で得られた図1のように、相関関係を有している。 First, as shown in FIG. 2A, before manufacturing the product, the carbon concentration Cs in the pulled-up silicon single crystal was obtained with respect to the pulling machine to be used for the method for manufacturing the silicon single crystal of the present invention. , The correlation of the integrated value ΣPower × Δt is obtained. This correlation can be obtained experimentally as follows. With respect to the silicon single crystal actually pulled up by the target pulling machine, the carbon concentration in the silicon single crystal is measured by using the photoluminescence method (PL method) or the like. Further, the above integrated value is obtained from the actual heater power and time in each step in the production of the silicon single crystal. This correlation does not necessarily have to be obtained from pulling up the silicon single crystal for the purpose of experiment only, but can also be obtained from the actual data of the silicon single crystal manufactured as an actual product. The carbon concentration and the integrated value have a correlation as shown in FIG. 1 obtained in the examples described later.

このとき、積分値ΣPower×Δtを算出する際に用いるヒーターパワーPowerを、原料溶融工程(図5のS1)におけるヒーターパワー、原料溶融工程の終了後から引き上げ工程の開始前まで(パワー放置工程、図5のS2)のヒーターパワー、及び、一旦引き上げ工程の途中まで行ったシリコン単結晶を再溶融する場合の再溶融工程におけるヒーターパワーとすることができる。 At this time, the heater power Power used for calculating the integrated value ΣPower × Δt is the heater power in the raw material melting step (S1 in FIG. 5), from the end of the raw material melting step to the start of the pulling step (power leaving step, It can be the heater power in S2) of FIG. 5 and the heater power in the remelting step when the silicon single crystal once performed halfway in the pulling step is remelted.

図2(A)で示したように予め上記相関関係を求めた後、次に、図2の(B)に示したように、シリコン単結晶中の炭素濃度Csの規格上限値を定め、ヒーターパワーと時間の積分値ΣPower×Δtの相関関係から、結晶中の炭素濃度Csが規格上限値以下になるように積分値ΣPower×Δtの閾値を設定する。 After obtaining the above correlation in advance as shown in FIG. 2 (A), then, as shown in FIG. 2 (B), the standard upper limit value of the carbon concentration Cs in the silicon single crystal is set, and the heater is set. From the correlation between the integrated value ΣPower × Δt of power and time, the threshold value of the integrated value ΣPower × Δt is set so that the carbon concentration Cs in the crystal becomes equal to or less than the standard upper limit value.

次に、図2の(C)に示したように、原料溶融工程(図5のS1)から、パワー放置工程(図5のS2)を進める。 Next, as shown in FIG. 2 (C), the power leaving step (S2 in FIG. 5) is advanced from the raw material melting step (S1 in FIG. 5).

次に、図2の(D)に示したように、引き上げ工程(図5のS3)のうち、上記種付け段階から直胴部形成段階を進める。 Next, as shown in FIG. 2D, in the pulling step (S3 in FIG. 5), the straight body portion forming step is advanced from the seeding step.

その後は、図2の(E)に示したように、有転位が生じたかどうかにより分岐する。直胴部形成工程までに有転位による再溶融工程を行わなかった場合は、そのまま、次の丸め部形成段階以降(丸め部形成段階、図5のS4のアフターヒート(AH)工程、図5のS5の結晶取り出し工程)に移行する(図2の(J))。 After that, as shown in FIG. 2 (E), branching occurs depending on whether or not dislocations have occurred. If the remelting step due to dislocation is not performed before the straight body portion forming step, the rounded portion forming step and thereafter (rounded portion forming step, the afterheat (AH) step of S4 in FIG. 5; (S5 crystal extraction step) ((J) in FIG. 2).

上記種付け段階から直胴部形成段階までで、有転位が生じた場合は、再溶融工程を行うため、単結晶の引き上げ工程中に積分値ΣPower×Δtが閾値以上の値に達してしまう可能性がある。そのため、再溶融を行った場合は再溶融完了後にヒーターパワーと時間の積分値ΣPower×Δtを計算する(図2の(F))。再溶融が終了した時点で、積分値と閾値を比較し(図2の(G))、積分値ΣPower×Δt<閾値となった場合は再度、シリコン単結晶引き上げ工程(図5のS3)中の種付け段階~直胴部形成段階を進める(図2の(D))。 If dislocations occur from the seeding step to the straight body formation step, the remelting step is performed, so the integrated value ΣPower × Δt may reach a value higher than the threshold value during the single crystal pulling step. There is. Therefore, when remelting is performed, the integrated value ΣPower × Δt of the heater power and time is calculated after the completion of remelting ((F) in FIG. 2). When the remelting is completed, the integrated value and the threshold value are compared ((G) in FIG. 2), and when the integrated value ΣPower × Δt <threshold value, the silicon single crystal pulling step (S3 in FIG. 5) is performed again. From the seeding stage to the straight body formation stage ((D) in FIG. 2).

一方、再溶融が終了した時点で積分値ΣPower×Δt≧閾値となった場合は、炭素濃度Cs≧規格上限値の製品製造に切り替える(図2の(H))。炭素濃度Cs≧規格上限値の製品製造に切り替えた後は、シリコン単結晶の引き上げ工程(図5のS3)以降を行い、シリコン単結晶を引き上げる。この場合も、必要に応じて再溶融工程を行う。このようにして、炭素濃度Cs≧規格上限値の製品としてシリコン単結晶を製造する。 On the other hand, if the integrated value ΣPower × Δt ≧ threshold value is reached when the remelting is completed, the product manufacturing is switched to the carbon concentration Cs ≧ standard upper limit value ((H) in FIG. 2). After switching to the production of a product having a carbon concentration Cs ≧ the upper limit of the standard value, the silicon single crystal pulling step (S3 in FIG. 5) and subsequent steps are performed to pull up the silicon single crystal. In this case as well, the remelting step is performed as necessary. In this way, a silicon single crystal is produced as a product having a carbon concentration of Cs ≧ the upper limit of the standard.

上記のように、再溶融工程を行った後、積分値ΣPower×Δt<閾値となった場合は、再度、シリコン単結晶引き上げ工程(図5のS3)中の種付け段階~直胴部形成段階を進める(図2の(D))。この場合、再び有転位の有無を判断(図2の(E))し、有転位が生じなければそのまま、丸め部形成段階以降に移行する(図2の(J))。有転位が生じた場合は、再度、再溶融工程を行い、積分値ΣPower×Δtの計算、積分値と閾値の比較を行う(図2の(F)、(G))。 As described above, if the integrated value ΣPower × Δt <threshold value after the remelting step, the seeding step to the straight body forming step in the silicon single crystal pulling step (S3 in FIG. 5) are performed again. Proceed ((D) in FIG. 2). In this case, the presence or absence of dislocations is determined again ((E) in FIG. 2), and if dislocations do not occur, the process shifts to the rounded portion forming stage or later ((J) in FIG. 2). When dislocations occur, the remelting step is performed again, the integrated value ΣPower × Δt is calculated, and the integrated value and the threshold value are compared ((F), (G) in FIG. 2).

図2の(J)以降、すなわち、丸め部形成段階以降(丸め部形成段階、図5のS4のアフターヒート工程、図5のS5の結晶取り出し工程)に移行した場合、結晶取り出し工程完了後に、積分値ΣPower×Δtを計算し、閾値と比較する(図2の(L))。積分値ΣPower×Δt<閾値であれば、炭素濃度Cs<規格上限値の製品(図2の(M))として振り分け、積分値ΣPower×Δt≧閾値であれば、炭素濃度Cs≧規格上限値の製品(図2の(I))として振り分ける。 In the case of shifting to after (J) of FIG. 2, that is, after the rounded portion forming step (rounded portion forming step, the afterheat step of S4 of FIG. 5, the crystal taking-out step of S5 of FIG. 5), after the crystal taking-out step is completed, The integrated value ΣPower × Δt is calculated and compared with the threshold value ((L) in FIG. 2). If the integrated value ΣPower × Δt <threshold value, the product is distributed as a product with carbon concentration Cs <standard upper limit value ((M) in FIG. 2), and if the integrated value ΣPower × Δt ≧ threshold value, the carbon concentration Cs ≧ standard upper limit value. Sort as a product ((I) in FIG. 2).

以上のような工程があるが、積分値ΣPower×Δtを算出する際に用いるヒーターパワーPowerは、上記のように、原料溶融工程におけるヒーターパワー、及びパワー放置工程(原料溶融工程の終了後から引き上げ工程の開始前まで)のヒーターパワーとすることができる。また、再溶融工程を行う必要があった場合は、再溶融工程におけるヒーターパワーも、積分値の算出に算入することが好ましい。また、これらの工程のうち、その他の工程(例えば、図5のS4:アフターヒート工程やS5:取り出し工程)は積分値の算出に算入しないことが好ましい。これは、シリコン単結晶製造プロセス中におけるシリコン単結晶中への炭素の混入は、引上げ機炉内の炭素部材とシリコン融液から蒸発するSiOガスとの反応によって生成された炭素含有ガスに起因しているためである。すなわち、シリコン単結晶製造プロセス中において、炭素部材とSiOガスの反応によって生じる炭素含有ガスは、ヒーターパワーが他の工程に比べ高く、SiOの蒸発面積が最も大きくなるという特徴のある原料溶融工程、パワー放置工程、ヒーターパワーが他の工程に比べ高い再溶融工程の3つの工程で主に生成されるためである。 Although there are the above steps, the heater power Power used when calculating the integrated value ΣPower × Δt is the heater power in the raw material melting step and the power leaving step (pulled up after the completion of the raw material melting step) as described above. It can be the heater power (until before the start of the process). When it is necessary to perform the remelting step, it is preferable that the heater power in the remelting step is also included in the calculation of the integrated value. Further, among these steps, it is preferable that the other steps (for example, S4: afterheat step and S5: take-out step in FIG. 5) are not included in the calculation of the integrated value. This is because the inclusion of carbon in the silicon single crystal during the silicon single crystal manufacturing process is due to the carbon-containing gas generated by the reaction between the carbon member in the puller furnace and the SiO gas evaporating from the silicon melt. Because it is. That is, in the silicon single crystal manufacturing process, the carbon-containing gas generated by the reaction between the carbon member and the SiO gas has a characteristic that the heater power is higher than that of other processes and the evaporation area of SiO is the largest. This is because the power is mainly generated in the three steps of the power leaving step and the remelting step in which the heater power is higher than that of the other steps.

また、これら3工程のうち、シリコン原料の温度が高いとき等、炉内温度が高いときに上記炭素含有ガス生成が顕著になると考えられる。このため、積分値ΣPower×Δtの算出に用いる時間tは、原料溶融工程、パワー放置工程、再溶融工程の3つの工程中のうち、特に、シリコン原料の温度が900℃以上である時間とすることが好ましい。すなわち、積分値の算出に、シリコン原料の温度が900℃以上であるときのヒーターパワーと時間tにおける時間差分Δtを用いる。 Further, among these three steps, it is considered that the carbon-containing gas generation becomes remarkable when the temperature inside the furnace is high, such as when the temperature of the silicon raw material is high. Therefore, the time t used for calculating the integrated value ΣPower × Δt is set to the time when the temperature of the silicon raw material is 900 ° C. or higher among the three steps of the raw material melting step, the power leaving step, and the remelting step. Is preferable. That is, the heater power when the temperature of the silicon raw material is 900 ° C. or higher and the time difference Δt at the time t are used for calculating the integrated value.

また、積分値ΣPower×Δtの算出に用いる時間差分Δtを、10秒以上10分以下の範囲とすることが好ましい。このような範囲内の時間差分Δtとすることで、各工程中にヒーターパワーの変動が起きた場合でも、積分値をより正確に求めることができる。ヒーターパワーの変動は、例えば、ルツボのつなぎ目がパイロ穴を通過する際に明るさが変わることに起因して起こることがある。Δtの刻み幅は30秒以上5分以下とすることがさらに好ましく、特に好ましくは1分である。 Further, it is preferable that the time difference Δt used for calculating the integrated value ΣPower × Δt is in the range of 10 seconds or more and 10 minutes or less. By setting the time difference Δt within such a range, the integrated value can be obtained more accurately even when the heater power fluctuates during each process. Fluctuations in heater power can occur, for example, due to changes in brightness as the crucible joint passes through the pyrohole. The step size of Δt is more preferably 30 seconds or more and 5 minutes or less, and particularly preferably 1 minute.

積分値Power×Δtを、区間[t,t+Δt]における2点のヒーターパワーPower及び時間Δtで形成される台形の面積から算出することができる。すなわち、任意の区間[t,t+Δt]と2点のPowerが形成する台形の面積を全て加算して上記積分値とすることができる。特に、原料溶融工程、パワー放置工程、再溶融工程の3つの工程中のうち、シリコン原料の温度が900℃以上である領域における上記台形の面積の総和から求めることが好ましい。 The integrated value Power × Δt can be calculated from the area of the trapezoid formed by the two heater power powers and the time Δt in the interval [t, t + Δt]. That is, the above integrated value can be obtained by adding all the areas of the trapezoid formed by the arbitrary interval [t, t + Δt] and the two powers. In particular, it is preferable to obtain it from the total area of the trapezoid in the region where the temperature of the silicon raw material is 900 ° C. or higher among the three steps of the raw material melting step, the power leaving step, and the remelting step.

本発明のシリコン単結晶の製造方法において用いるシリコン原料としては、半導体グレードの高純度原料が好ましい。本発明は、シリコン単結晶製造プロセスに起因した炭素の混入量が積分値ΣPower×Δtに比例するという性質を応用したものである。従って、シリコン原料からの持ち込みによる混入量は、シリコン単結晶製造プロセスによる炭素の混入量と比較して少ない場合の方が、シリコン原料のロットごとの炭素濃度のばらつきが少なく、引き上げたシリコン単結晶中の炭素濃度と積分値ΣPower×Δtの間に相関関係がよりよく得られる。このことから、本発明のシリコン単結晶の製造方法において使用するシリコン原料は半導体グレードの高純度原料であることが好ましい。このようなシリコン原料を用いることで、上記積分値から、引き上げたシリコン単結晶中の炭素濃度をより正確に推定することができる。 As the silicon raw material used in the method for producing a silicon single crystal of the present invention, a semiconductor-grade high-purity raw material is preferable. The present invention applies the property that the amount of carbon mixed due to the silicon single crystal manufacturing process is proportional to the integrated value ΣPower × Δt. Therefore, when the amount of carbon mixed in from the silicon raw material is smaller than the amount of carbon mixed in by the silicon single crystal manufacturing process, the variation in carbon concentration between lots of the silicon raw material is smaller, and the raised silicon single crystal is raised. A better correlation is obtained between the carbon concentration in the medium and the integrated value ΣPower × Δt. For this reason, it is preferable that the silicon raw material used in the method for producing a silicon single crystal of the present invention is a semiconductor-grade high-purity raw material. By using such a silicon raw material, the carbon concentration in the raised silicon single crystal can be estimated more accurately from the above integrated value.

また、上記のように、シリコン単結晶の引き上げを行う際に、ヒーターパワーと時間から算出される積分値と炭素濃度の間には相関関係がある。この相関関係に基づいて、以下のように、引き上げたシリコン単結晶中の炭素濃度を制御したシリコン単結晶の製造を行うこともできる。このようなルツボ内に収容されたシリコン原料をヒーターで加熱することにより溶融して原料融液とする原料溶融工程と、原料融液をヒーターで加熱しながら、原料融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ工程とを有するシリコン単結晶の製造方法において、シリコン単結晶を引き上げる前に、予め、ヒーターのヒーターパワーPower及び時間tの差分である時間差分Δtから算出される積分値ΣPower×Δtと、引き上げ後に得られるシリコン単結晶中の炭素濃度Csの間の相関関係を求めておき、該相関関係に基づいて、ヒーターのヒーターパワーPowerと、時間tを調節することにより、シリコン単結晶を引き上げた際の該シリコン単結晶の炭素濃度Csを制御することができる。 Further, as described above, when pulling up a silicon single crystal, there is a correlation between the integrated value calculated from the heater power and time and the carbon concentration. Based on this correlation, it is also possible to produce a silicon single crystal in which the carbon concentration in the raised silicon single crystal is controlled as follows. A raw material melting process in which the silicon raw material contained in such a rutsubo is heated by a heater to melt it into a raw material melt, and a silicon single crystal is pulled up from the raw material melt while heating the raw material melt with a heater. In the method for manufacturing a silicon single crystal having a pulling step, before pulling the silicon single crystal, the integrated value ΣPower × Δt calculated from the time difference Δt, which is the difference between the heater power power of the heater and the time t, is pulled up in advance. When the correlation between the carbon concentration Cs in the silicon single crystal obtained later is obtained, and the silicon single crystal is pulled up by adjusting the heater power Power of the heater and the time t based on the correlation. The carbon concentration Cs of the silicon single crystal can be controlled.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the Examples.

まず、特定のシリコン引き上げ機を用いてシリコン単結晶の製造方法を行うこととし、この引き上げ機について、図2の(A)に示したように、引き上げたシリコン単結晶中の固化率60%における炭素濃度Csと、積分値ΣPower×Δtとの相関関係を求めた。その結果、図1に示したような相関関係があった。図1のグラフ中の○記号は実験値を示しており、炭素濃度Csと積分値の間には比例関係の相関関係があった。 First, a method for producing a silicon single crystal is performed using a specific silicon pulling machine, and the pulling machine has a solidification rate of 60% in the pulled silicon single crystal as shown in FIG. 2 (A). The correlation between the carbon concentration Cs and the integrated value ΣPower × Δt was obtained. As a result, there was a correlation as shown in FIG. The circles in the graph of FIG. 1 indicate experimental values, and there was a proportional correlation between the carbon concentration Cs and the integrated value.

次に、図2の(B)に示したように、シリコン単結晶中の炭素濃度Cs=1.0×1014atoms/cmを、製品シリコン単結晶中の炭素濃度の規格上限値として定めた。さらに、上記で求めておいたシリコン単結晶中の炭素濃度Csと積分値ΣPower×Δtとの相関関係(図1)から、Cs=1.0×1014atoms/cmの時の積分値ΣPower×Δt=2861kW・hを操業中における積分値の閾値と定義した。 Next, as shown in FIG. 2 (B), the carbon concentration Cs = 1.0 × 10 14 atoms / cm 3 in the silicon single crystal is set as the standard upper limit value of the carbon concentration in the product silicon single crystal. rice field. Further, from the correlation between the carbon concentration Cs in the silicon single crystal and the integrated value ΣPower × Δt (FIG. 1) obtained above, the integrated value ΣPower when Cs = 1.0 × 10 14 atoms / cm 3 × Δt = 2861 kW · h was defined as the threshold value of the integrated value during operation.

次に、CZ引き上げ機中で410kgの多結晶原料(シリコン原料)を溶融し、直径300mm結晶の引き上げを行った。その際、有転位は生じず、シリコン単結晶の引き上げ工程の種付け段階から丸め部形成段階までを1回で行い、アフターヒート工程、結晶取り出し工程を行った(図2の(C)~(E)、(J))。 Next, 410 kg of a polycrystalline raw material (silicon raw material) was melted in a CZ pulling machine, and a crystal having a diameter of 300 mm was pulled up. At that time, dislocations did not occur, and the step of pulling up the silicon single crystal to the step of forming the rounded portion was performed once, and the afterheat step and the crystal extraction step were performed ((C) to (E) in FIGS. 2). ), (J)).

次に、図2の(K)に示したように、シリコン単結晶取り出し完了後に積分値を算出し、図2の(L)に示したように、積分値ΣPower×Δt<閾値(=2861kW・h)を満たしているかどうか確認を行った。その結果、シリコン単結晶取り出し完了後の積分値ΣPower×Δt=2266kW・hとなり、今回の操業ではΣPower×Δt<2861kW・hを満たしていることが確認できた(図2の(M))。最後に、確認の目的で上記操業から得られた直径300mmのシリコン単結晶について、各直胴位置からサンプルを切り出し、PL法を用いて炭素濃度の定量を実施した。その結果、図3に示す通り、全直胴位置にわたって、Cs<1.0×1014atoms/cmを満していることが確認され、積分値を用いた管理を行うことにより炭素濃度の規格上限値を超えていないシリコン単結晶を製造することができた。 Next, as shown in FIG. 2 (K), the integrated value is calculated after the silicon single crystal extraction is completed, and as shown in FIG. 2 (L), the integrated value ΣPower × Δt <threshold value (= 2861 kW. It was confirmed whether or not h) was satisfied. As a result, the integrated value after the completion of silicon single crystal extraction was ΣPower × Δt = 2266 kW · h, and it was confirmed that ΣPower × Δt <2861 kW · h was satisfied in this operation ((M) in FIG. 2). Finally, for the purpose of confirmation, a sample of a silicon single crystal having a diameter of 300 mm obtained from the above operation was cut out from each straight body position, and the carbon concentration was quantified using the PL method. As a result, as shown in FIG. 3, it was confirmed that Cs <1.0 × 10 14 atoms / cm 3 was satisfied over the entire straight body position, and the carbon concentration was controlled by using the integrated value. We were able to produce a silicon single crystal that did not exceed the upper limit of the standard.

このことから、本発明のシリコン単結晶の製造方法では、シリコン単結晶の引き上げ後に、該シリコン単結晶の引き上げの際のヒーターパワーPower及び時間tから積分値ΣPower×Δtを算出し、該算出した積分値ΣPower×Δtが2861kW・h未満の場合は、引き上げたシリコン単結晶の固化率20~60%におけるシリコン単結晶を炭素濃度CsがCs<1.0×1014atoms/cmの規格を満たす製品として振り分け、該算出した積分値ΣPower×Δtが2861kW・h以上の場合は、引き上げたシリコン単結晶の固化率20~60%におけるシリコン単結晶を炭素濃度CsがCs≧1.0×1014atoms/cmの規格を満たす製品として振り分けることができる。 From this, in the method for producing a silicon single crystal of the present invention, after pulling up the silicon single crystal, the integrated value ΣPower × Δt was calculated from the heater power Power and time t at the time of pulling up the silicon single crystal, and the calculation was performed. When the integrated value ΣPower × Δt is less than 2861 kW · h, the standard of carbon concentration Cs of Cs <1.0 × 10 14 atoms / cm 3 is applied to the silicon single crystal at the solidification rate of 20 to 60% of the raised silicon single crystal. When the product is sorted as a product to satisfy and the calculated integrated value ΣPower × Δt is 2861 kW · h or more, the silicon single crystal at a solidification rate of 20 to 60% of the raised silicon single crystal has a carbon concentration Cs of Cs ≧ 1.0 × 10. It can be sorted as a product that meets the standard of 14 singles / cm3 .

(比較例)
上記実施例とは別にシリコン単結晶の製造を以下のようにして行った。まず、原料溶融工程、パワー放置工程を行った。シリコン単結晶引き上げ中に有転位が生じたため、再溶融工程を行った。再溶融工程完了後及びシリコン単結晶取り出し完了後に積分値の計算を行わずに直径300mmのシリコン単結晶の引き上げを行った。上記操業から得られた直径300mmのシリコン単結晶について、各直胴位置からサンプルを切り出し、PL法を用いて炭素濃度の定量を実施した。その結果、図4に示す通り、固化率20%以降の領域でCs≧1.0×1014atoms/cmとなり、規格上限値を超えていることがわかった。
(Comparative example)
Apart from the above examples, the silicon single crystal was produced as follows. First, a raw material melting step and a power leaving step were performed. Since dislocations occurred during the pulling up of the silicon single crystal, a remelting step was performed. After the completion of the remelting step and the completion of the removal of the silicon single crystal, the silicon single crystal having a diameter of 300 mm was pulled up without calculating the integrated value. For the silicon single crystal having a diameter of 300 mm obtained from the above operation, a sample was cut out from each straight body position, and the carbon concentration was quantified using the PL method. As a result, as shown in FIG. 4, it was found that Cs ≧ 1.0 × 10 14 atoms / cm 3 in the region after the solidification rate of 20%, which exceeded the standard upper limit value.

念のため、PL法による定量が完了した後に操業データを確認し、上記シリコン単結晶の取り出し完了後の積分値を計算してみると、ΣPower×Δt=3686kW・hとなっており、積分値の閾値(=2861kW・h)を超えていることがわかった。 Just in case, when the operation data is confirmed after the quantification by the PL method is completed and the integrated value after the completion of the extraction of the silicon single crystal is calculated, it is ΣPower × Δt = 3686kW · h, which is the integrated value. It was found that the threshold value (= 2861 kW · h) was exceeded.

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 having the same effect and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

Claims (9)

ルツボ内に収容されたシリコン原料をヒーターで加熱することにより溶融して原料融液とする原料溶融工程と、前記原料融液を前記ヒーターで加熱しながら、前記原料融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ工程とを有するシリコン単結晶の製造方法において、
前記ヒーターのヒーターパワーPower及び時間tの差分である時間差分Δtから算出される積分値ΣPower×Δtに基づいて、前記引き上げ後に得られるシリコン単結晶中の炭素濃度Csを推定することを、
前記シリコン単結晶を引き上げる前に、予め、前記炭素濃度Csと、前記積分値ΣPower×Δtの相関関係を求めておき、
前記シリコン単結晶を引き上げた後、該シリコン単結晶を引き上げた際の前記積分値ΣPower×Δtの値を算出し、該算出値及び前記相関関係から、前記引き上げたシリコン単結晶の炭素濃度Csを推定することによって行い、
該推定した炭素濃度Csに基づいて、前記引き上げ後に得られたシリコン単結晶の炭素濃度が満たす規格を決定することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
A raw material melting step of melting a silicon raw material contained in a rubbing pot by heating it with a heater to obtain a raw material melt, and pulling a silicon single crystal from the raw material melt while heating the raw material melt with the heater. In a method for producing a silicon single crystal having a pulling process,
Estimating the carbon concentration Cs in the silicon single crystal obtained after the raising is estimated based on the integrated value ΣPower × Δt calculated from the heater power Power of the heater and the time difference Δt which is the difference of the time t .
Before pulling up the silicon single crystal, the correlation between the carbon concentration Cs and the integrated value ΣPower × Δt is obtained in advance.
After pulling up the silicon single crystal, the value of the integrated value ΣPower × Δt when the silicon single crystal is pulled up is calculated, and the carbon concentration Cs of the pulled up silicon single crystal is calculated from the calculated value and the correlation. Do by estimating,
A method for producing a silicon single crystal, which comprises determining a standard to which the carbon concentration of the silicon single crystal obtained after the raising is satisfied, based on the estimated carbon concentration Cs.
前記予め求める相関関係を、前記シリコン単結晶を引き上げる引き上げ機別に求めておくことを特徴とする請求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 1 , wherein the correlation obtained in advance is obtained for each pulling machine for pulling the silicon single crystal. 前記シリコン単結晶の引き上げ後に、該シリコン単結晶の引き上げの際のヒーターパワーPower及び時間tから積分値ΣPower×Δtを算出し、
該算出した積分値ΣPower×Δtが2861kW・h未満の場合は、前記引き上げたシリコン単結晶の固化率20~60%におけるシリコン単結晶を炭素濃度CsがCs<1.0×1014atoms/cmの規格を満たす製品として振り分け、
該算出した積分値ΣPower×Δtが2861kW・h以上の場合は、前記引き上げたシリコン単結晶の固化率20~60%におけるシリコン単結晶を炭素濃度CsがCs≧1.0×1014atoms/cmの規格を満たす製品として振り分けることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコン単結晶の製造方法。
After pulling up the silicon single crystal, the integrated value ΣPower × Δt was calculated from the heater power Power and the time t at the time of pulling up the silicon single crystal.
When the calculated integrated value ΣPower × Δt is less than 2861 kW · h, the carbon concentration Cs of the silicon single crystal at the solidification rate of 20 to 60% of the raised silicon single crystal is Cs <1.0 × 10 14 atoms / cm. Sorted as products that meet the 3 standards,
When the calculated integrated value ΣPower × Δt is 2861 kW · h or more, the carbon concentration Cs of the silicon single crystal at the solidification rate of 20 to 60% of the raised silicon single crystal is Cs ≧ 1.0 × 10 14 atoms / cm. The method for producing a silicon single crystal according to claim 1 or 2 , wherein the product is sorted as a product satisfying the standard of 3 .
前記積分値ΣPower×Δtを算出する際に用いるヒーターパワーPowerを、前記原料溶融工程におけるヒーターパワー、前記原料溶融工程の終了後から前記引き上げ工程の開始前までのヒーターパワー、及び、一旦前記引き上げ工程の途中まで行ったシリコン単結晶を再溶融する場合の再溶融工程におけるヒーターパワーとすることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The heater power Power used for calculating the integrated value ΣPower × Δt is the heater power in the raw material melting step, the heater power from the end of the raw material melting step to the start of the pulling step, and the pulling step once. The method for producing a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 3 , wherein the heater power is used in the remelting step in the case of remelting the silicon single crystal that has been carried out halfway. 前記積分値ΣPower×Δtの算出に用いる前記時間tを、前記シリコン原料の温度が900℃以上である時間とすることを特徴とする請求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 4 , wherein the time t used for calculating the integrated value ΣPower × Δt is set to a time when the temperature of the silicon raw material is 900 ° C. or higher. 前記積分値ΣPower×Δtの算出に用いる前記時間差分Δtを、10秒以上10分以下の範囲とすることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The silicon single crystal according to any one of claims 1 to 5 , wherein the time difference Δt used for calculating the integrated value ΣPower × Δt is in the range of 10 seconds or more and 10 minutes or less. Production method. 前記積分値Power×Δtを、区間[t,t+Δt]における2点のヒーターパワーPower及び時間Δtで形成される台形の面積から算出することを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 Any one of claims 1 to 6 , wherein the integrated value Power × Δt is calculated from the area of a trapezoid formed by the two heater power powers in the interval [t, t + Δt] and the time Δt. The method for producing a silicon single crystal according to the section. 前記シリコン原料として半導体グレードの高純度原料を使用することを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1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 any one of claims 1 to 7 , wherein a semiconductor-grade high-purity raw material is used as the silicon raw material. ルツボ内に収容されたシリコン原料をヒーターで加熱することにより溶融して原料融液とする原料溶融工程と、前記原料融液を前記ヒーターで加熱しながら、前記原料融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ工程とを有するシリコン単結晶の製造方法において、
前記シリコン単結晶を引き上げる前に、予め、前記ヒーターのヒーターパワーPower及び時間tの差分である時間差分Δtから算出される積分値ΣPower×Δtと、前記引き上げ後に得られるシリコン単結晶中の炭素濃度Csの間の相関関係を求めておき、
該相関関係に基づいて、前記ヒーターのヒーターパワーPowerと、前記時間tを調節することにより、前記シリコン単結晶を引き上げた際の該シリコン単結晶の炭素濃度Cs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 raw material melting step of melting a silicon raw material contained in a rubbing pot by heating it with a heater to obtain a raw material melt, and pulling a silicon single crystal from the raw material melt while heating the raw material melt with the heater. In a method for producing a silicon single crystal having a pulling process,
Before pulling up the silicon single crystal, the integrated value ΣPower × Δt calculated in advance from the heater power power of the heater and the time difference Δt which is the difference between the time t and the carbon concentration in the silicon single crystal obtained after the pulling up. Find the correlation between Cs
Silicon characterized by controlling the carbon concentration Cs of the silicon single crystal when the silicon single crystal is pulled up by adjusting the heater power power of the heater and the time t based on the correlation. Single crystal manufacturing method.
JP2019003387A 2019-01-11 2019-01-11 Method for manufacturing silicon single crystal Active JP7020437B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019003387A JP7020437B2 (en) 2019-01-11 2019-01-11 Method for manufacturing silicon single crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019003387A JP7020437B2 (en) 2019-01-11 2019-01-11 Method for manufacturing silicon single crystal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020111485A JP2020111485A (en) 2020-07-27
JP7020437B2 true JP7020437B2 (en) 2022-02-16

Family

ID=71666584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019003387A Active JP7020437B2 (en) 2019-01-11 2019-01-11 Method for manufacturing silicon single crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7020437B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006104107A1 (en) 2005-03-29 2006-10-05 Kyocera Corporation Polycrystalline silicon substrate, method for producing same, polycrystalline silicon ingot, photoelectric converter and photoelectric conversion module
JP2009221062A (en) 2008-03-18 2009-10-01 Sumco Corp Method for producing carbon-doped single crystal
US20120210931A1 (en) 2007-12-04 2012-08-23 Bender David L Methods for controlling melt temperature in a czochralski grower
JP2015017019A (en) 2013-07-12 2015-01-29 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 Silicon single crystal and method of manufacturing the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006104107A1 (en) 2005-03-29 2006-10-05 Kyocera Corporation Polycrystalline silicon substrate, method for producing same, polycrystalline silicon ingot, photoelectric converter and photoelectric conversion module
US20120210931A1 (en) 2007-12-04 2012-08-23 Bender David L Methods for controlling melt temperature in a czochralski grower
JP2009221062A (en) 2008-03-18 2009-10-01 Sumco Corp Method for producing carbon-doped single crystal
JP2015017019A (en) 2013-07-12 2015-01-29 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 Silicon single crystal and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020111485A (en) 2020-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100555050B1 (en) Process for producing a silicon single crystal which is doped with highly volatile foreign substance
KR20080072548A (en) Semiconductor wafers of silicon and method for their production
WO2006117939A1 (en) Method for producing silicon wafer
KR101385997B1 (en) Apparatus for producing single crystal and method for producing single crystal
WO2015075864A1 (en) Method for producing silicon single crystal
US7416603B2 (en) High quality single crystal and method of growing the same
JP4193610B2 (en) Single crystal manufacturing method
JP7020437B2 (en) Method for manufacturing silicon single crystal
KR101862157B1 (en) Method and apparatus for manufacturing silicon monocrystalline ingot
JP2009057270A (en) Method of raising silicon single crystal
US20090038537A1 (en) Method of pulling up silicon single crystal
WO2004092455A1 (en) Process for producing single crystal
CN113728129A (en) Method for growing single crystal silicon ingot using continuous Czochralski (CZOCHRALSKI) method
JP5375636B2 (en) Method for producing silicon single crystal
US10066313B2 (en) Method of producing single crystal
JP4715528B2 (en) Semi-insulating GaAs wafer for electronic devices and manufacturing method thereof
JP5262346B2 (en) Method for producing silicon single crystal
JP2009292684A (en) Silicon single crystal production method and production apparatus therefore
US6284041B1 (en) Process for growing a silicon single crystal
JP7247949B2 (en) Method for producing silicon single crystal
JP7211343B2 (en) Impurity analysis method and silicon single crystal manufacturing method
JP4200690B2 (en) GaAs wafer manufacturing method
KR100709798B1 (en) High quality single crystal growing method
JP6627793B2 (en) Crystal growth method
KR101870702B1 (en) Method for predicting oxygen precipitates in a silicon single crystal

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210119

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210915

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210928

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211117

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220104

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220117

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7020437

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150