JP7047752B2 - Manufacturing method of single crystal silicon - Google Patents
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Description
本発明は、単結晶シリコンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing single crystal silicon.
半導体デバイスの基板として使用されるシリコンウェーハは、チョクラルスキー法(CZ法)によって製造された単結晶シリコンインゴットに対してウェーハ加工を施すことによって製造することが多い。 Silicon wafers used as substrates for semiconductor devices are often manufactured by subjecting single crystal silicon ingots manufactured by the Czochralski method (CZ method) to wafer processing.
図1は、CZ法により単結晶シリコンインゴットを育成する一般的な単結晶引き上げ装置の一例を示している。この図に示した単結晶引き上げ装置100は、チャンバー51内に、多結晶シリコンなどのシリコン原料を収容するためのるつぼ52が設けられている。このるつぼ52は、石英製るつぼ52aとカーボン製るつぼ52bとで構成されており、石英製るつぼ52aはカーボン製るつぼ52b内に収容されている。また、るつぼ52の下部には、カーボン製るつぼ52bを円周方向に回転させるとともに、カーボン製るつぼ52bを鉛直方向に昇降させるるつぼ回転昇降軸53が取り付けられている。また、カーボン製るつぼ52bの周囲には、ヒーター54が配置されており、石英製るつぼ52a内に収容されたシリコン原料を加熱してシリコン融液Mにする。
FIG. 1 shows an example of a general single crystal pulling device for growing a single crystal silicon ingot by the CZ method. The single
チャンバー51の上部には、単結晶シリコンインゴットIを引き上げるための引き上げ軸55が設けられており、この先端に固定された種結晶保持器56に種結晶Sが保持されている。また、チャンバー51の上部および下部には、ガス導入口57およびガス排出口58がそれぞれ設けられており、単結晶シリコンインゴットIの育成中に、ガス導入口57からチャンバー51内にアルゴン(Ar)ガスなどの不活性ガスを供給し、インゴットIの外周面に沿って通過させてガス排出口58から排出するように構成されている。
A pull-up shaft 55 for pulling up the single crystal silicon ingot I is provided in the upper part of the
さらに、チャンバー51内には、育成中のインゴットIの外周面を包囲する円筒形の熱遮蔽部材60が設けられている。熱遮蔽部材60は、ヒーター54やシリコン融液M、カーボン製るつぼ52bの側壁からの輻射熱を遮蔽して、引き上げる単結晶シリコンインゴットIの冷却を促進する一方、インゴットIの外周面を保温し、単結晶シリコンインゴットIの中心部と外周部における結晶軸方向の温度勾配の差が大きくなるのを抑制する。
Further, in the
上記装置100を用いて、単結晶シリコンインゴットIの育成は以下のように行う。まず、石英製るつぼ52aにシリコン原料を充填し、チャンバー51内を減圧下のArガス等の不活性ガス雰囲気に維持した状態で、ヒーター54によって石英製るつぼ52a内に充填されたシリコン原料を加熱して溶融し、シリコン融液Mとする。次いで、るつぼ回転昇降軸53によってカーボン製るつぼ52bの高さ位置を調節し、シリコン融液Mの液面の高さ位置をヒーター54の上端の高さ位置に対して設定された高さ位置に調整する。そして、所望の仕様を有する単結晶シリコンが得られるように調整された製造条件の下で、種結晶Sをシリコン融液Mに浸漬し、るつぼ52および引き上げ軸55を設定された方向に回転させながら、引き上げ軸55によって種結晶Sを引き上げる。こうして単結晶シリコンインゴットIを製造することができる。
Using the
上記単結晶シリコンの仕様の1つとして酸素濃度が挙げられる。仕様に基づいて低酸素濃度や高酸素濃度の単結晶シリコンが製造されているが、近年、単結晶シリコンの酸素濃度を厳密に制御することが要求されており、許容される酸素濃度の仕様からのずれは益々小さくなっている。 Oxygen concentration is one of the specifications of the single crystal silicon. Single crystal silicon with low oxygen concentration and high oxygen concentration is manufactured based on the specifications, but in recent years, it has been required to strictly control the oxygen concentration of single crystal silicon, and from the specifications of the allowable oxygen concentration. The deviation is getting smaller and smaller.
こうした背景の下、例えば、特許文献1には、CZ法により単結晶シリコンを製造する際に、二つの投射光をシリコン融液Mの液面に照射して液面位置を算出する方法が提案されている。特許文献1に記載された方法により、常に精度よくシリコン融液Mの液面位置を一定に保ちながら操業行なうことができるようになり、引き上げ単結晶インゴット中の酸素濃度のばらつきを低減できるとされている。 Against this background, for example, Patent Document 1 proposes a method of irradiating the liquid surface of the silicon melt M with two projected lights to calculate the liquid level position when manufacturing a single crystal silicon by the CZ method. Has been done. According to the method described in Patent Document 1, it is possible to operate the silicon melt M while keeping the liquid level position constant with high accuracy at all times, and it is possible to reduce the variation in oxygen concentration in the pulled-up single crystal ingot. ing.
一般的に、特許文献1にも記載されているように、単結晶シリコンの育成中は、シリコン融液Mの液面位置が常に一定となるように単結晶シリコンの成長量に応じてカーボン製るつぼ52bを上昇させる操作が行われる。ところが、本発明者がシリコン融液Mの液面位置を一定に保ちながら、その他の製造条件は変えずに単結晶シリコンの製造を繰り返し行ったところ、得られたシリコン単結晶の酸素濃度は育成回数が増加するにつれて所望とする酸素濃度から徐々にずれることが判明した。
Generally, as described in Patent Document 1, carbon is used according to the amount of growth of the single crystal silicon so that the liquid level position of the silicon melt M is always constant during the growth of the single crystal silicon. An operation of raising the
そこで、本発明の目的は、製造された単結晶シリコンの酸素濃度が所望とする値からずれるのを抑制することができる単結晶シリコンの製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing single crystal silicon capable of suppressing the oxygen concentration of the produced single crystal silicon from deviating from a desired value.
上記課題を解決する本発明は以下の通りである。
[1]単結晶引き上げ装置内に配置された、カーボン製るつぼ内に収容された石英製るつぼ内にシリコン原料を充填し、前記カーボン製るつぼの周囲に配置したヒーターよって前記シリコン原料を溶融してシリコン融液とする第1工程と、
前記第1工程後、前記カーボン製るつぼの高さ位置を調節することによって前記シリコン融液の液面の高さ位置を前記ヒーターの上端の高さ位置に対して設定された高さ位置に調整する第2工程と、
所望とする酸素濃度を有する単結晶シリコンが得られるように調整された製造条件の下で、種結晶を前記シリコン融液に浸漬して引き上げ、前記種結晶下端に単結晶シリコンを成長させる第3工程とを備え、
前記第1工程から前記第3工程を行って単結晶シリコンを製造する操作を繰り返すことにより複数本の単結晶シリコンを製造するチョクラルスキー法による単結晶シリコンの製造方法であって、
前記ヒーターの上端の高さ位置と前記カーボン製るつぼの上端の高さ位置との差と、製造された単結晶シリコンの酸素濃度の実績値との関係を前記製造条件に対して予め求めておき、
前記第3工程において、求めた前記関係に基づいて前記製造条件を修正することを特徴とする単結晶シリコンの製造方法。
The present invention that solves the above problems is as follows.
[1] A silicon raw material is filled in a quartz crucible housed in a carbon crucible arranged in a single crystal pulling device, and the silicon raw material is melted by a heater arranged around the carbon crucible. The first step of making a silicon melt and
After the first step, the height position of the liquid surface of the silicon melt is adjusted to the height position set with respect to the height position of the upper end of the heater by adjusting the height position of the carbon crucible. The second step to do and
Under the production conditions adjusted so as to obtain a single crystal silicon having a desired oxygen concentration, the seed crystal is immersed in the silicon melt and pulled up, and the single crystal silicon is grown at the lower end of the seed crystal. With a process,
A method for producing single crystal silicon by the Czochralski method, in which a plurality of single crystal silicons are produced by repeating the operation of producing the single crystal silicon by performing the first step to the third step.
The relationship between the difference between the height position of the upper end of the heater and the height position of the upper end of the carbon crucible and the actual value of the oxygen concentration of the manufactured single crystal silicon is obtained in advance for the manufacturing conditions. ,
A method for producing single crystal silicon, which comprises modifying the production conditions based on the obtained relationship in the third step.
[2]前記第3工程後に、製造された単結晶シリコンの酸素濃度を測定し、
次のバッチにおいて、
前記第2工程後に前記ヒーターの上端の高さと前記カーボン製るつぼの上端の高さとの差を求め、求めた差および前記関係から、前記第3工程において製造される単結晶シリコンの酸素濃度の前記設定された酸素濃度からのずれを予測し、前記第3工程は、予測された前記ずれを相殺するように前記製造条件を修正して行う、前記[1]に記載の単結晶シリコンの製造方法。
[2] After the third step, the oxygen concentration of the produced single crystal silicon was measured.
In the next batch
After the second step, the difference between the height of the upper end of the heater and the height of the upper end of the carbon crucible was obtained, and from the obtained difference and the relationship, the oxygen concentration of the single crystal silicon produced in the third step was described. The method for producing single crystal silicon according to the above [1], wherein the deviation from the set oxygen concentration is predicted, and the third step is performed by modifying the production conditions so as to cancel the predicted deviation. ..
[3]各バッチにおいて、
前記第2工程後に、前記ヒーターの上端の高さと前記カーボン製るつぼの上端の高さとの差を求め、求めた差および前記関係から、前記第3工程において製造される単結晶シリコンの酸素濃度の前記設定された酸素濃度からのずれを予測し、前記第3工程は、予測された前記ずれを相殺するように前記製造条件を修正して行う、前記[1]に記載の単結晶シリコンの製造方法。
[3] In each batch
After the second step, the difference between the height of the upper end of the heater and the height of the upper end of the carbon crucible was obtained, and from the obtained difference and the relationship, the oxygen concentration of the single crystal silicon produced in the third step was determined. The production of the single crystal silicon according to the above [1], wherein the deviation from the set oxygen concentration is predicted, and the third step is performed by modifying the production conditions so as to cancel the predicted deviation. Method.
[4]前記製造条件は、前記るつぼの回転速度、前記種結晶の回転速度、前記ヒーターの出力、前記単結晶引き上げ装置内に導入する不活性ガスの流量および前記チャンバー内の圧力の少なくとも1つである、前記[1]~[3]のいずれか一項に記載の単結晶シリコンの製造方法。 [4] The production conditions are at least one of the rotation speed of the crucible, the rotation speed of the seed crystal, the output of the heater, the flow rate of the inert gas introduced into the single crystal pulling device, and the pressure in the chamber. The method for producing a single crystal silicon according to any one of the above [1] to [3].
本発明によれば、製造された単結晶シリコンの酸素濃度が所望とする値からずれるのを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the oxygen concentration of the produced single crystal silicon from deviating from a desired value.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明者は、CZ法により単結晶シリコンを繰り返し製造した際に、製造された単結晶シリコンの酸素濃度が所望とする酸素濃度からずれる原因について鋭意検討した。単結晶シリコン中の酸素の発生源は石英製るつぼ52aであるため、上記酸素濃度のずれは、石英製るつぼ52aの状態が変化したことによるものと考えられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present inventor has diligently investigated the cause of the oxygen concentration of the produced single crystal silicon deviating from the desired oxygen concentration when the single crystal silicon is repeatedly produced by the CZ method. Since the source of oxygen in the single crystal silicon is the
CZ法によって単結晶シリコンを繰り返し製造する際、バッチ毎に石英製るつぼ52aを交換する場合と、同一の石英製るつぼ52aを使い続ける場合の2つの場合がある。バッチ毎に石英製るつぼ52aを交換する場合、石英製るつぼ52aは、同一の仕様のものでも個体差があり、形状や容積にばらつきがある。そのため、バッチ毎に石英製るつぼ52aを交換する場合には、同一の製造条件で単結晶シリコンを製造した場合であっても、製造した単結晶シリコンの酸素濃度が所望とする値からずれ得る。
When repeatedly producing single crystal silicon by the CZ method, there are two cases, one is to replace the
一方、同じ石英製るつぼ52aを使い回す場合には、石英製るつぼ52aの個体差に起因する酸素濃度のずれは生じないはずである。しかし、本発明者が同じ石英製るつぼ52aを用いて単結晶シリコンの製造を繰り返し行ったところ、バッチ数が増加するにつれて酸素濃度が所望とする値からずれてゆくことが判明した。
On the other hand, when the
本発明者は、上記原因について鋭意究明する過程で、カーボン製るつぼ52bの高さ、ひいては単結晶シリコンを引き上げる際のヒーター54の上端の高さ位置に対するカーボン製るつぼ52bの上端の高さ位置がバッチ毎に異なっていることに気づいた。すなわち、上述のように、ヒーター54によって石英製るつぼ52aに充填されたシリコン原料を加熱溶融してシリコン融液Mを得た後、るつぼ回転昇降軸53によってカーボン製るつぼ52bの高さ位置を調節し、シリコン融液Mの液面の高さ位置をヒーター54の上端の高さに対して設定された高さ位置に調整する。これは、単結晶シリコンを引き上げる際、バッチ間での熱履歴変化による単結晶の品質変化が生じないようにするためである。
In the process of diligently investigating the above cause, the present inventor has determined that the height of the
上述のように調整されるシリコン融液Mの液面の高さ位置は、全てのバッチについて同じである。従って、同じ石英製るつぼ52aを用いて単結晶シリコンの製造を繰り返す場合には、ヒーター54の上端の高さ位置に対するカーボン製るつぼ52bの上端の高さ位置は変化しないはずである。
The height position of the liquid level of the silicon melt M adjusted as described above is the same for all batches. Therefore, when the production of single crystal silicon is repeated using the
本発明者は、上記カーボン製るつぼ52bの上端の高さ位置は変化の変化は、石英製るつぼ52aが単結晶シリコンの引き上げ時にシリコン融液Mの熱によって変形し、石英製るつぼ52aの容積が変化したためではないかと推測した。
According to the present inventor, the change in the height position of the upper end of the
すなわち、図2に示すように、新品の石英製るつぼ52aを用いて単結晶シリコンを製造するバッチ1において、シリコン融液Mの液面の高さ位置が調整された後のヒーター54の上面の高さとカーボン製るつぼ52bの上面の高さとカーボン製るつぼ52bの上面の高さの差がaであった場合に、次のバッチ2において、石英製るつぼ52aが変形して下部の厚みが増加し、石英製るつぼ52aの上端の高さが下がり、容積が小さくなったとする。
That is, as shown in FIG. 2, in batch 1 for producing single crystal silicon using a
この場合、バッチ2においては、バッチ1と同じ量のシリコン原料を石英製るつぼ52a内に充填したとしても、石英製るつぼ52a内のシリコン融液Mの液面の高さは、バッチ1に比べて高くなる。そのため、バッチ2において、シリコン融液Mの液面の高さ位置を、バッチ1ど同じようにヒーター54の上面に対して所定の高さ位置に調整するためには、バッチ1に比べてるつぼ52の高さ位置を低くする必要がある。
In this case, in batch 2, even if the same amount of silicon raw material as in batch 1 is filled in the
このように、石英製るつぼ52aの変形によって容積が変化する一方、シリコン融液Mの高さ位置は同一の所定の高さ位置に調整されるために、バッチ毎にるつぼ52とヒーター54との位置関係が変化し、単結晶シリコンに取り込まれる酸素の量が変動して、製造された酸素濃度が所望とする値からずれたものと考えられる。
In this way, while the volume changes due to the deformation of the
そこで、本発明者は、上述のように熱変形し得る石英製るつぼ52aを用いて単結晶シリコンを繰り返し製造する場合にも、所望とする酸素濃度からのずれを抑制できる方途について鋭意検討した。その結果、所望とする酸素濃度の単結晶シリコンが製造されるように調整された製造条件に対して、ヒーター54の上端の高さ位置とカーボン製るつぼ52bの上端の高さ位置との差と、製造された単結晶シリコンの酸素濃度の実績値との関係を予め求めておき、求めた上記関係に基づいて製造条件を修正して単結晶シリコンの引き上げを行うことが極めて有効であることを見出し、本発明を完成させたのである。以下、各工程について説明する。
Therefore, the present inventor has diligently studied a method capable of suppressing deviation from the desired oxygen concentration even when the single crystal silicon is repeatedly produced using the
まず、第1工程において、カーボン製るつぼ52b内に収容された石英製るつぼ52aにシリコン原料を充填し、カーボン製るつぼ52bの周囲に配置したヒーター54よってシリコン原料を溶融してシリコン融液Mとする。
First, in the first step, the
本発明において使用するるつぼは、石英製るつぼ52aとカーボン製るつぼ52bとで構成されたるつぼ52であり、石英製るつぼ52aはカーボン製るつぼ52b内に収容されている。カーボン製るつぼ52bとしては、黒鉛のほか、炭素繊維強化炭素複合材(carbon fiber reinforced-carbon matrix-composite)からなるものを用いることができる。本発明においては、同一のるつぼ52を用いて単結晶シリコンの製造を繰り返し行う。
The crucible used in the present invention is a
また、シリコン原料としては、多結晶シリコンなどの公知の材料を用いることができる。導電型をP型あるいはN型に調整するために、リンやボロンなどの適切なドーパントを添加することができる。 Further, as the silicon raw material, a known material such as polycrystalline silicon can be used. Appropriate dopants such as phosphorus and boron can be added to adjust the conductive type to P-type or N-type.
次に、第1工程後、第2工程において、カーボン製るつぼ52bの高さ位置を調節することによって、シリコン融液Mの液面の高さ位置をヒーター54の上端の高さ位置に対して設定された高さ位置に調整する。
Next, after the first step, in the second step, by adjusting the height position of the
そして、第3工程において、所望とする酸素濃度を有する単結晶シリコンが得られるように調整された製造条件の下で、種結晶Sをシリコン融液Mに浸漬して引き上げ、種結晶S下端に単結晶シリコンを成長させる。 Then, in the third step, the seed crystal S is immersed in the silicon melt M and pulled up under the production conditions adjusted so that the single crystal silicon having a desired oxygen concentration can be obtained, and the seed crystal S is pulled up to the lower end of the seed crystal S. Grow single crystal silicon.
上記設定された酸素濃度は、仕様に応じて適切に設定することができるが、例えば、11×1017atoms/cm3~13×1017atoms/cm3の範囲である。 The oxygen concentration set above can be appropriately set according to the specifications, and is, for example, in the range of 11 × 10 17 atoms / cm 3 to 13 × 10 17 atoms / cm 3 .
上述のような範囲の酸素濃度に調整するためのパラメータとしては、カーボン製るつぼ52bの回転速度や、種結晶Sの回転速度、ヒーター54の出力、単結晶引き上げ装置100内に導入する不活性ガスの流量、単結晶引き上げ装置100のチャンバー51内の圧力などを挙げることができる。そこで、これらのパラメータを上記所望とする酸素濃度を有する単結晶シリコンが得られるように調整しておく。そして、調整された製造条件の下で種結晶Sをシリコン融液Mに浸漬して引き上げ、種結晶S下端に単結晶シリコンを成長させる。
The parameters for adjusting the oxygen concentration in the above range include the rotation speed of the
以上の第1工程から第3工程を繰り返すことによって、所望とする酸素濃度を有する単結晶シリコンの製造を繰り返し行うが、石英製るつぼ52aの形状変化などによって製造される酸素濃度が仕様(所望とする)からずれが生じる。そこで、本発明においては、ヒーター54の上端の高さ位置とカーボン製るつぼ52bの上端の高さ位置との差と、製造された単結晶シリコンの酸素濃度の実績値との関係を単結晶シリコンの製造条件毎に求めておく。
By repeating the above first to third steps, the production of single crystal silicon having a desired oxygen concentration is repeated, but the oxygen concentration produced by the shape change of the
そして、求めた上記関係に基づいて、第3工程における製造条件を修正することによって、製造される単結晶シリコンの酸素濃度の所望とする値からのずれを抑制することができる。これは、例えば、第3工程の後に製造された単結晶シリコンの酸素濃度を測定し、測定された酸素濃度の所望とする値からのずれが大きかった(許容値を超えている)場合に、次のバッチでの製造条件を修正して行うことができる。 Then, by modifying the production conditions in the third step based on the obtained above-mentioned relationship, it is possible to suppress the deviation of the oxygen concentration of the produced single crystal silicon from the desired value. This is done, for example, when the oxygen concentration of the single crystal silicon produced after the third step is measured and the measured oxygen concentration deviates greatly from the desired value (exceeds the allowable value). It can be done by modifying the manufacturing conditions in the next batch.
具体的には、次のバッチにおいて、まず、第2工程後にヒーター54の上端の高さとカーボン製るつぼ52bの上端の高さとの差を求める。次いで、求めた差および予め求めて置いた関係から、続く第3工程において製造される単結晶シリコンの酸素濃度の所望とする酸素濃度からのずれを予測する。そして、第3工程を、予測されたずれを相殺するように製造条件を修正して行う。こうして、上記次のバッチにおいては、製造された単結晶シリコンの酸素濃度の所望とする値からのずれを抑制することができる。
Specifically, in the next batch, first, after the second step, the difference between the height of the upper end of the
上記方法は、製造された単結晶シリコンの酸素濃度の所望とする値からのずれが大きかった場合に対する対応であるが、各バッチにおいて、第2工程後のヒーター54の上端の高さとカーボン製るつぼ52bの上端の高さとの差を求め、求めた差および上記関係から、第3工程において製造される単結晶シリコンの酸素濃度の所望とする酸素濃度からのずれを予測し、第3工程を予測されたずれを相殺するように製造条件を修正して行うこともできる。これにより、各バッチにおいて、製造される単結晶シリコンの酸素濃度が所望とする値からずれるのを抑制することができる。
The above method is a response to the case where the oxygen concentration of the produced single crystal silicon deviates greatly from the desired value. However, in each batch, the height of the upper end of the
上記製造条件の修正は、上述のるつぼ52の回転速度や、種結晶Sの回転速度、ヒーター54の出力、単結晶引き上げ装置100内に導入する不活性ガスの流量、単結晶引き上げ装置100のチャンバー51内の圧力を変更することにより行うことができる。これらのパラメータをどの程度変更すれば酸素濃度がどの程度変化するかは、単結晶引き上げ装置の仕様や製造条件に依存するため、一概には決まらない。そこで、パラメータの変化量と酸素濃度の変化量との関係を予め求めておき、求めた関係に基づいて製造条件を修正することが好ましい。
The above-mentioned modifications of the manufacturing conditions include the rotation speed of the
(従来例)
図1に示した単結晶引き上げ装置100を用いて単結晶シリコンインゴットIを引き上げ、単結晶シリコンを製造した。具体的には、まず、石英製るつぼ52aにシリコン原料として多結晶シリコンを充填し、チャンバー51内を減圧して不活性ガスとしてArガスを供給した後、ヒータ54によってるつぼ52内に充填された多結晶シリコン等のシリコン原料を加熱して溶融し、シリコン融液Mを得た(第1工程)。次いで、るつぼ回転昇降軸53によってカーボン製るつぼ52bの高さ位置を調節し、シリコン融液Mの液面の高さ位置をヒーター54の上端の高さ位置に対して設定された位置に調整した(第2工程)。そして、酸素濃度が所望とする値(12.0×1017atoms/cm3)の単結晶シリコンが得られるように、るつぼ52の回転速度、種結晶S(引き上げ結晶)の回転速度、Arガスの流量、ヒーター54の出力、チャンバー51内の圧力などの製造条件を調整して、単結晶シリコンインゴットIを引き上げて単結晶シリコンを製造した(第3工程)。
(Conventional example)
The single crystal silicon ingot I was pulled up by using the single
上記第1工程から第3工程までを1バッチとして、単結晶シリコンの製造を3バッチ行った。各バッチでのヒーター54の上端の高さ位置を基準とするカーボン製るつぼ52bの上端との高さ位置の差を表1に示す。なお、表1における負の値は、ヒーター54の上端よりも鉛直方向下方に位置することを意味している。また、各バッチにおいて製造された単結晶シリコンの結晶引き上げ方向の酸素濃度(格子間酸素濃度Oi)を図3に示す。
Three batches of single crystal silicon were produced with the first to third steps as one batch. Table 1 shows the difference in height position from the upper end of the
(発明例1)
図3に示すように、従来例のバッチ3において製造された単結晶シリコンの酸素濃度の所望とする値(12.0×1017atoms/cm3)からのずれが大きかったため、追加の単結晶シリコンの製造(バッチ4)を行った。その際、予め求めておいた、ヒーター54の上端の高さ位置とカーボン製るつぼ52bの上端の高さ位置との差と、製造された単結晶シリコンの酸素濃度の実績値との関係から、上記ずれを相殺するようにArガスの流量を調節した。バッチ4でのヒーター54の上端の高さ位置を基準とするカーボン製るつぼ52bの上端との高さ位置の差を表2に示す。また、バッチ4において製造された単結晶シリコンの結晶引き上げ方向の酸素濃度(格子間酸素濃度Oi)を、バッチ1~3において製造された単結晶シリコンの酸素濃度と合わせて図4に示す。
(Invention Example 1)
As shown in FIG. 3, since the deviation of the oxygen concentration of the single crystal silicon produced in the conventional batch 3 from the desired value (12.0 × 10 17 atoms / cm 3 ) was large, the additional single crystal was added. Silicon was manufactured (batch 4). At that time, from the relationship between the difference between the height position of the upper end of the
(発明例2)
従来例と同様に単結晶シリコンの製造を3回行った。ただし、各バッチにおいて、第2工程の後に、ヒーター54の上端の高さとカーボン製るつぼ52bの上端の高さとの差を求め、求めた差および予め求めておいたヒーター54の上端の高さとカーボン製るつぼ52bの上端の高さとの差と、製造された単結晶シリコンの酸素濃度の実績値との関係から、第3工程において製造される単結晶シリコンの酸素濃度の所望とする酸素濃度からのずれを予測し、第3工程を、予測されたずれを相殺するように製造条件を修正して行った。その他の条件は従来例と同じである。各バッチでのヒーター54の上端の高さ位置を基準とするカーボン製るつぼ52bの上端との高さ位置の差を表3に示す。また、各バッチにおいて製造された単結晶シリコンの結晶引き上げ方向の酸素濃度(格子間酸素濃度Oi)を図5に示す。
(Invention Example 2)
The production of single crystal silicon was carried out three times in the same manner as in the conventional example. However, in each batch, after the second step, the difference between the height of the upper end of the
まず、従来例と発明例1とを比較すると、表1および2から明らかなように、従来例および発明例1のいずれにおいても、単結晶シリコンの製造を繰り返すにつれてカーボン製るつぼ52bの上端の位置が下方に移動することが分かる。そして、図3から明らかなように、従来例のバッチ3において製造された単結晶シリコンの酸素濃度は、所望とする値である12.0×1017atoms/cm3から大きく低下した。しかし、図4に示すように、発明例1のバッチ4において製造された単結晶シリコンの酸素濃度はほぼ仕様どおりとなった。また、発明例2については、表3から明らかなように、従来例および発明例1と同様に、単結晶シリコンの製造を繰り返すにつれてカーボン製るつぼ52bの上端の位置が下方に移動した。また、図5に示すように、各バッチにおいて、製造された単結晶シリコンの酸素濃度は、ほぼ仕様通りであることが分かった。
First, comparing the conventional example and the invention example 1, as is clear from Tables 1 and 2, in both the conventional example and the invention example 1, the position of the upper end of the
本発明によれば、製造された単結晶シリコンの酸素濃度が所望とする値からずれるのを抑制することができるため、半導体ウェーハ製造業において有用である。 According to the present invention, it is possible to suppress the oxygen concentration of the produced single crystal silicon from deviating from a desired value, which is useful in the semiconductor wafer manufacturing industry.
51 チャンバー
52 るつぼ
52a 石英製るつぼ
52b カーボン製るつぼ
53 るつぼ回転昇降軸
54 ヒーター
55 引き上げ軸
56 種結晶保持器
57 ガス導入口
58 ガス導出口
60 熱遮蔽部材
100 単結晶引き上げ装置
51
Claims (3)
前記第1工程後、前記カーボン製るつぼの高さ位置を調節することによって前記シリコン融液の液面の高さ位置を前記ヒーターの上端の高さ位置に対して設定された高さ位置に調整する第2工程と、
所望とする酸素濃度を有する単結晶シリコンが得られるように調整された製造条件の下で、種結晶を前記シリコン融液に浸漬して引き上げ、前記種結晶下端に単結晶シリコンを成長させる第3工程とを備え、
前記第1工程から前記第3工程を行って単結晶シリコンを製造する操作を繰り返すことにより複数本の単結晶シリコンを製造するチョクラルスキー法による単結晶シリコンの製造方法であって、
前記ヒーターの上端の高さ位置と前記カーボン製るつぼの上端の高さ位置との差と、製造された単結晶シリコンの酸素濃度の実績値との関係を前記製造条件に対して予め求めておき、
前記第3工程において、求めた前記関係に基づいて前記製造条件を修正し、
前記製造条件は、前記ヒーターの出力、前記単結晶引き上げ装置内に導入する不活性ガスの流量および前記チャンバー内の圧力の少なくとも1つであることを特徴とする単結晶シリコンの製造方法。 A silicon raw material is filled in a quartz crucible housed in a carbon crucible arranged in a single crystal pulling device, and the silicon raw material is melted by a heater arranged around the carbon crucible to melt a silicon melt. The first step and
After the first step, the height position of the liquid surface of the silicon melt is adjusted to the height position set with respect to the height position of the upper end of the heater by adjusting the height position of the carbon crucible. The second step to do and
Under the production conditions adjusted so as to obtain a single crystal silicon having a desired oxygen concentration, the seed crystal is immersed in the silicon melt and pulled up, and the single crystal silicon is grown at the lower end of the seed crystal. With a process,
A method for producing single crystal silicon by the Czochralski method, in which a plurality of single crystal silicons are produced by repeating the operation of producing the single crystal silicon by performing the first step to the third step.
The relationship between the difference between the height position of the upper end of the heater and the height position of the upper end of the carbon crucible and the actual value of the oxygen concentration of the manufactured single crystal silicon is obtained in advance for the manufacturing conditions. ,
In the third step, the manufacturing conditions are modified based on the obtained relationship .
The method for producing single crystal silicon , wherein the production condition is at least one of the output of the heater, the flow rate of the inert gas introduced into the single crystal pulling device, and the pressure in the chamber .
次のバッチにおいて、
前記第2工程後に、前記ヒーターの上端の高さ位置と前記カーボン製るつぼの上端の高さ位置との差を求め、求めた差および前記関係から、前記第3工程において製造される単結晶シリコンの酸素濃度の前記所望とする酸素濃度からのずれを予測し、前記第3工程は、予測された前記ずれを相殺するように前記製造条件を修正して行う、請求項1に記載の単結晶シリコンの製造方法。 After the third step, the oxygen concentration of the produced single crystal silicon was measured.
In the next batch
After the second step, the difference between the height position of the upper end of the heater and the height position of the upper end of the carbon crucible was obtained, and the single crystal silicon produced in the third step was obtained from the obtained difference and the relationship. The single crystal according to claim 1, wherein the deviation of the oxygen concentration from the desired oxygen concentration is predicted, and the third step is performed by modifying the production conditions so as to cancel the predicted deviation. How to make silicon.
前記第2工程後に、前記ヒーターの上端の高さ位置と前記カーボン製るつぼの上端の高さ位置との差を求め、求めた差および前記関係から、前記第3工程において製造される単結晶シリコンの酸素濃度の前記所望とする酸素濃度からのずれを予測し、前記第3工程は、予測された前記ずれを相殺するように前記製造条件を修正して行う、請求項1に記載の単結晶シリコンの製造方法。 In each batch
After the second step, the difference between the height position of the upper end of the heater and the height position of the upper end of the carbon crucible was obtained, and the single crystal silicon produced in the third step was obtained from the obtained difference and the relationship. The single crystal according to claim 1, wherein the deviation of the oxygen concentration from the desired oxygen concentration is predicted, and the third step is performed by modifying the production conditions so as to cancel the predicted deviation. How to make silicon.
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