JP7249913B2 - Manufacturing method of silicon single crystal - Google Patents

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Description

本発明はシリコン単結晶の製造方法に関し、特に、酸素濃度の低減、結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性の向上、更には結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度の均一性の向上を図ることができる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, and in particular, reduces the oxygen concentration, improves the uniformity of the oxygen concentration in the direction of the crystal growth axis, and further improves the uniformity of the oxygen concentration within the substrate surface perpendicular to the crystal growth axis. It is related with the manufacturing method of the silicon single crystal which can aim at.

従来のCZ法によるシリコン基板の酸素濃度は、ゲッタリング効果を狙って、比較的高濃度(≧1.0×1018 atoms/cm)のものが主流であったが、近年CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサー等では白キズ低減のため低酸素基板(<1.0×1018 atoms/cm)が求められている。
シリコン基板はシリコン単結晶から製造されるが、このシリコン単結晶の製造方法としては、石英ガラスルツボ内のシリコン融液から単結晶を成長させつつ、シリコン単結晶を引上げるチョクラルスキー法(CZ法)が広く用いられている。
In the conventional CZ method, the oxygen concentration in silicon substrates has been relatively high (≧1.0×10 18 atoms/cm 3 ) in order to achieve a gettering effect. Oxide Semiconductor) image sensors, etc. require low-oxygen substrates (<1.0×10 18 atoms/cm 3 ) to reduce white defects.
Silicon substrates are manufactured from silicon single crystals. As a method for manufacturing this silicon single crystal, the Czochralski method (CZ Law) is widely used.

このシリコン単結晶の製造方法において、シリコン単結晶の酸素濃度を調整する方法としては、特許文献1,2,3に示すように対流を制御する磁場印加法、特許文献4に示すように不活性ガスの流量や炉内圧の制御、また石英ガラスルツボの回転制御や特許文献5に示すようにシリコン単結晶の回転を制御する方法が知られている。 In this method for producing a silicon single crystal, methods for adjusting the oxygen concentration of the silicon single crystal include a magnetic field application method for controlling convection as shown in Patent Documents 1, 2 and 3, and an inert magnetic field method as shown in Patent Document 4. Methods of controlling gas flow rate and furnace pressure, controlling rotation of quartz glass crucibles, and controlling rotation of silicon single crystals as shown in Patent Document 5 are known.

特公昭58-50953号公報Japanese Patent Publication No. 58-50953 特開2000-264784号公報JP-A-2000-264784 特開平4-31386号公報JP-A-4-31386 特開平9-142990号公報JP-A-9-142990 特開2005-145724号公報JP 2005-145724 A

ところで、前記シリコン単結晶の酸素濃度を調整する方法を用いても、シリコン単結晶の直胴部の後半部分(引上げ後半部分)において、酸素濃度が高くなり、結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性を図ることができないという課題があった。 By the way, even if the method of adjusting the oxygen concentration of the silicon single crystal is used, the oxygen concentration becomes high in the latter half of the straight body portion (the latter half of the pulling) of the silicon single crystal, and the oxygen concentration in the crystal growth axis direction becomes uniform. There was a problem that it was not possible to measure sexuality.

具体的に説明すると、シリコン単結晶の酸素濃度は、シリコン融液が石英ガラスルツボの石英成分と反応し、石英ガラスルツボの側壁を溶解し、酸素がシリコン融液に取り込まれる。そのため、シリコン融液に取り込まれた酸素が拡散あるいは放出される前に、このシリコン融液がシリコン単結晶に取り込まれると、シリコン単結晶の酸素濃度が上昇する。
したがって、シリコン単結晶に取り込まれる前に、シリコン融液に取り込まれた酸素が拡散、あるいは放出されるように、シリコン融液内の流れ(対流)を制御する必要がある。
Specifically, the silicon melt reacts with the quartz component of the silica glass crucible to dissolve the side walls of the silica glass crucible, and oxygen is incorporated into the silicon melt. Therefore, if the silicon melt is taken into the silicon single crystal before the oxygen taken into the silicon melt is diffused or released, the oxygen concentration of the silicon single crystal increases.
Therefore, it is necessary to control the flow (convection) in the silicon melt so that the oxygen taken into the silicon melt diffuses or is released before being taken into the silicon single crystal.

このシリコン融液内の流れの制御は、石英ガラスルツボ内のシリコン融液量が多い状態では、前記したシリコン単結晶の酸素濃度を調整する方法を用いて、シリコン融液内の流れ(対流)を制御できる。
しかしながら、石英ガラスルツボ内のシリコン融液量が少ない状態(シリコン単結晶の直胴部の後半部分(引上げ後半部分))では、シリコン融液内の流れを制御できず、シリコン単結晶の直胴部の後半部分(引上げ後半部分)において酸素濃度が高くなり、シリコン単結晶の結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性を図ることができないという課題があった。
When the amount of silicon melt in the quartz glass crucible is large, the flow (convection) in the silicon melt is controlled by using the above-described method of adjusting the oxygen concentration of the silicon single crystal. can be controlled.
However, when the amount of silicon melt in the quartz glass crucible is small (the latter half of the straight body portion of the silicon single crystal (the latter half of pulling)), the flow in the silicon melt cannot be controlled, and the straight body of the silicon single crystal cannot be controlled. There is a problem that the oxygen concentration is high in the latter half of the portion (the latter half of the pulling), and the uniformity of the oxygen concentration in the crystal growth axis direction of the silicon single crystal cannot be achieved.

この課題を解決するために、特許文献3では、引上げるにつれて(石英ガラス内に収容されているシリコン融液量が減少するにつれて)、磁場強度を3000ガウスから、2000ガウス、1000ガウス、500ガウスと低下させることが提案されている。
しかしながら、磁場強度を3000ガウス、2000ガウス、1000ガウス、500ガウスと低下させ、磁場を低磁場にすると、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度のばらつきが大きくなり、基板面内の酸素濃度の均一性が阻害されるという技術的課題があった。
In order to solve this problem, Patent Document 3 discloses that the magnetic field strength is increased from 3000 gauss, 2000 gauss, 1000 gauss and 500 gauss as the pulling (as the amount of silicon melt contained in the quartz glass decreases). is proposed to be lowered.
However, when the magnetic field strength is decreased to 3000 gauss, 2000 gauss, 1000 gauss, and 500 gauss, and the magnetic field is reduced to a low magnetic field, the variation in the oxygen concentration in the substrate plane perpendicular to the crystal growth axis increases, and the oxygen concentration in the substrate plane increases. There is a technical problem that the uniformity of concentration is disturbed.

本発明者らは、かかる課題を解決するために、酸素濃度を低減と、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度の均一性と、結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性を図ることを鋭意、研究した。
この研究に際し、本発明者らは、シリコン融液表面の流れについて着目し、シリコン単結晶側から石英ガラスルツボ側壁側に流れるシリコン融液の流速が特定の流速以下である場合に、酸素濃度の低減を図ることができ、しかも結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性を図ることができることを知見し、本発明を完成した。
In order to solve these problems, the present inventors have attempted to reduce the oxygen concentration, improve the uniformity of the oxygen concentration in the substrate plane perpendicular to the crystal growth axis, and the uniformity of the oxygen concentration in the direction of the crystal growth axis. studied diligently.
In this research, the present inventors focused on the flow on the surface of the silicon melt, and found that when the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the silica glass crucible side wall side is below a specific flow velocity, the oxygen concentration The inventors have found that it is possible to reduce the oxygen content and to achieve uniformity of the oxygen concentration in the direction of the crystal growth axis, and have completed the present invention.

本発明は、酸素濃度の低減と結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性を図ると共に、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度の均一性を図ることができるシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a method for producing a silicon single crystal that can reduce the oxygen concentration, achieve uniformity in the oxygen concentration along the crystal growth axis, and achieve uniformity in the oxygen concentration within the substrate surface perpendicular to the crystal growth axis. intended to provide

上記目的を達成するためになされたシリコン単結晶の製造方法は、石英ガラスルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引上げるに際して、水平方向の磁場を印加しながらシリコン単結晶を成長させるシリコン単結晶の製造方法において、シリコン融液表面に、前記シリコン単結晶側から石英ルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れが存在し、前記シリコン単結晶側から石英ガラスルツボ側壁に流れるシリコン融液の流速が0.16m/s以下であることを特徴としている。 A method for producing a silicon single crystal, which has been devised to achieve the above object, is a silicon single crystal that grows while applying a horizontal magnetic field when pulling a silicon single crystal from a silicon melt in a quartz glass crucible. In the crystal manufacturing method, a flow of the silicon melt flows from the silicon single crystal side to the silica crucible side wall on the silicon melt surface, and the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the silica glass crucible side wall is It is characterized by being 0.16 m/s or less.

本発明では、シリコン単結晶の引上げ中は、前記シリコン単結晶側から石英ガラスルツボ側壁に流れるシリコン融液の流速を0.16m/s以下とすることにより、シリコン単結晶の酸素濃度を低減することができ、結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度の均一性を図ることができる。 In the present invention, the oxygen concentration of the silicon single crystal is reduced by setting the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the side wall of the quartz glass crucible to 0.16 m/s or less during the pulling of the silicon single crystal. Therefore, uniformity of oxygen concentration in the crystal growth axis direction and uniformity of oxygen concentration in the substrate plane perpendicular to the crystal growth axis can be achieved.

シリコン融液表面のシリコン融液の流れとして、例えば、シリコン単結晶側から石英ガラスルツボ側壁側に流れ、その後、石英ガラスルツボ側壁に接して(沿って)下方に流れ、石英ガラスルツボ底面から上昇する流れがある。 As the flow of the silicon melt on the silicon melt surface, for example, it flows from the silicon single crystal side to the silica glass crucible side wall side, then flows downward in contact with (along) the silica glass crucible side wall, and rises from the silica glass crucible bottom surface. There is a flow.

このシリコン融液が石英ガラスルツボ側壁に接して流れる際、融点におけるシリコンは化学的に活性であるため、シリコン融液は石英ガラスの石英成分と反応し、石英ガラスルツボの側壁を溶解し、O(酸素)を取り込む。
そして、このシリコン融液から酸素が放出、拡散される前に、シリコン単結晶に取り込まれると、シリコン単結晶の酸素濃度が増大する。
即ち、シリコン単結晶側から石英ガラスルツボ側壁側の流れが速くなると、石英ガラスルツボ底面から上昇する流れも速くなり、シリコン融液から酸素が放出、拡散される前に、シリコン単結晶に取り込まれる度合いが大きくなる。
When this silicon melt flows in contact with the side wall of the silica glass crucible, since silicon at its melting point is chemically active, the silicon melt reacts with the quartz component of the silica glass, dissolves the side wall of the silica glass crucible, and O Take in (oxygen).
If oxygen is taken into the silicon single crystal before being released and diffused from the silicon melt, the oxygen concentration of the silicon single crystal increases.
That is, when the flow from the silicon single crystal side to the silica glass crucible side wall side becomes faster, the flow rising from the silica glass crucible bottom surface also becomes faster, and oxygen is taken into the silicon single crystal before it is released and diffused from the silicon melt. degree increases.

特に、シリコン単結晶側から石英ガラスルツボの側壁側に流れる、シリコン融液の流速が0.16m/sを超える場合には、石英ガラスルツボ底面から上昇するシリコン融液の流れも速くなり、シリコン融液から酸素が放出、拡散される前に、シリコン単結晶に取り込まれる虞があり、好ましくない。 In particular, when the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the side wall side of the silica glass crucible exceeds 0.16 m/s, the flow of the silicon melt rising from the bottom surface of the silica glass crucible also increases, Before oxygen is released and diffused from the melt, it may be taken into the silicon single crystal, which is not preferable.

ここで、前記水平方向の磁場の中心が融液表面から下方60mmの範囲内のシリコン融液中に位置し、シリコン単結晶の引上げ中は、磁場強度が少なくとも2000ガウスであることが望ましい。 Here, it is desirable that the center of the horizontal magnetic field is located in the silicon melt within a range of 60 mm below the melt surface, and the magnetic field strength is at least 2000 Gauss during the pulling of the silicon single crystal.

前記磁場強度が2000ガウス未満の場合には、シリコン融液の流れの制御が困難となる。特に、磁場を低磁場にすると、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度のばらつきが大きくなり、基板面内の酸素濃度の均一性を図ることができず、好ましくない。
尚、磁場強度が4000ガウスを超える場合には、シリコン単結晶側から石英ガラスルツボ側壁に流れるシリコン融液の流速が0.16m/s以上となり、酸素濃度が高い融液が結晶へ到達してしまうため、好ましくない。したがって、磁場強度は2000ガウス~4000ガウスが好ましい。
また、磁場中心の位置は、融液表面から下方に60mmの範囲内が好ましく、さらに好ましくは融液表面から下方に20mmの範囲内である。
If the magnetic field strength is less than 2000 Gauss, it becomes difficult to control the flow of the silicon melt. In particular, if the magnetic field is low, the variation in the oxygen concentration in the substrate plane perpendicular to the crystal growth axis becomes large, making it impossible to achieve uniformity in the oxygen concentration in the substrate plane, which is not preferable.
When the magnetic field intensity exceeds 4000 gauss, the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the side wall of the quartz glass crucible becomes 0.16 m/s or more, and the melt with a high oxygen concentration reaches the crystal. I don't like it because I can't put it away. Therefore, the magnetic field strength is preferably 2000 Gauss to 4000 Gauss.
The position of the magnetic field center is preferably within a range of 60 mm below the melt surface, more preferably within a range of 20 mm below the melt surface.

また、前記水平方向の磁場の中心が、シリコン単結晶中心部の下方に位置し、固化率0.4以下のシリコン単結晶の直胴部の引上げ中は、磁場強度は少なくとも3000ガウスであり、固化率0.4を越えて固化率0.6まで、前記磁場強度を徐々に下げ、固化率0.6以降、磁場強度を2000ガウスとすることが望ましい。 Further, the center of the horizontal magnetic field is located below the central portion of the silicon single crystal, and the magnetic field strength is at least 3000 gauss during pulling of the straight body portion of the silicon single crystal with a solidification rate of 0.4 or less, It is desirable that the magnetic field intensity is gradually decreased from a solidification rate of 0.4 to a solidification rate of 0.6, and the magnetic field strength is set to 2000 Gauss after the solidification rate of 0.6.

固化率0.4以下のシリコン単結晶の直胴部の引上げ中は、磁場強度は少なくとも3000ガウスであるため、シリコン融液内の流れを制御でき、酸素濃度の低減、シリコン単結晶の結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性を図ることができ、また結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度のばらつきを抑制でき、基板面内の酸素濃度の均一性を図ることができる。 Since the magnetic field strength is at least 3000 gauss during the pulling of the straight body portion of the silicon single crystal with a solidification rate of 0.4 or less, the flow in the silicon melt can be controlled, the oxygen concentration is reduced, and the crystal growth of the silicon single crystal is achieved. The uniformity of the oxygen concentration in the axial direction can be achieved, and the variation in the oxygen concentration within the substrate surface perpendicular to the crystal growth axis can be suppressed, so that the uniformity of the oxygen concentration within the substrate surface can be achieved.

固化率0.4を越えて固化率0.6まで前記磁場強度を徐々に下げ、特に、固化率0.6以降、磁場強度を2000ガウスとする。
そのため、酸素濃度の低減、シリコン単結晶の結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性を図ることができるほか、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度のばらつきを抑制でき、基板面内の酸素濃度の均一性をより図ることができる。
The magnetic field strength is gradually decreased from the solidification rate of 0.4 to the solidification rate of 0.6, and in particular, after the solidification rate of 0.6, the magnetic field strength is set to 2000 gauss.
Therefore, it is possible to reduce the oxygen concentration and make the oxygen concentration uniform in the crystal growth axis direction of the silicon single crystal. The uniformity of oxygen concentration can be improved.

また、シリコン単結晶の半径[mm]÷ルツボ半径[mm]×シリコン単結晶回転数[rpm]×磁場強度[Gauss]÷(シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離)[mm]から算出した値が、190以下であることが望ましい。
このシリコン単結晶の半径÷ルツボ半径×シリコン単結晶回転数×磁場強度÷(シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離)から算出した値が190以下の場合は、シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れの流速が0.16m/s以下とすることができる。
その結果、上記したように、シリコン単結晶の酸素濃度を低減することができ、結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度の均一性を図ることができる。
Radius of silicon single crystal [mm] / crucible radius [mm] × number of revolutions of silicon single crystal [rpm] × magnetic field strength [Gauss] / (distance from the surface of the silicon melt to the lower end of the shielding plate) [mm] is preferably 190 or less.
If the value calculated from this silicon single crystal radius/crucible radius×silicon single crystal rotational speed×magnetic field intensity/(distance from the surface of the silicon melt to the lower end of the shielding plate) is 190 or less, The flow velocity of the silicon melt flowing on the side wall of the crucible can be 0.16 m/s or less.
As a result, as described above, the oxygen concentration in the silicon single crystal can be reduced, and the uniformity of the oxygen concentration in the direction of the crystal growth axis and the uniformity of the oxygen concentration within the substrate surface perpendicular to the crystal growth axis can be achieved. can be done.

また、上記目的を達成するためになされたシリコン単結晶の製造方法は、石英ガラスルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引上げるに際して、水平方向の磁場を印加しながらシリコン単結晶を成長させ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上げ工程中、シリコン単結晶の半径[mm]÷ルツボ半径[mm]×シリコン単結晶回転数[rpm]×磁場強度[Gauss]÷(シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離)[mm]から算出した値が、190以下となるように、シリコン単結晶の半径、ルツボ半径、シリコン単結晶回転数、磁場強度、シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離が調整され、シリコン単結晶が引上げられることを特徴としている。 Further, a method for producing a silicon single crystal, which has been devised to achieve the above object, includes growing a silicon single crystal while applying a horizontal magnetic field when pulling a silicon single crystal from a silicon melt in a quartz glass crucible. In the method for producing a silicon single crystal, during the step of pulling the silicon single crystal, the following conditions are obtained: radius of silicon single crystal [mm]/crucible radius [mm] x number of rotations of silicon single crystal [rpm] x magnetic field strength [Gauss]/(silicon melt The radius of the silicon single crystal, the crucible radius, the number of revolutions of the silicon single crystal, the magnetic field strength, the surface of the silicon melt, and the to the lower end of the shielding plate is adjusted, and the silicon single crystal is pulled up.

シリコン単結晶の半径[mm]÷ルツボ半径[mm]×シリコン単結晶回転数[rpm]×磁場強度[Gauss]÷(シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離)[mm]から算出した値が、190以下とすることにより、シリコン単結晶の引上げ中は、前記シリコン単結晶側から石英ガラスルツボ側壁に流れるシリコン融液の流速を0.16m/s以下とすることができ、シリコン単結晶の酸素濃度を低減することができ、結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度の均一性を図ることができる。 Radius of silicon single crystal [mm] / crucible radius [mm] × rotation speed of silicon single crystal [rpm] × magnetic field strength [Gauss] / (distance from the surface of the silicon melt to the lower end of the shielding plate) [mm] By setting the value to be 190 or less, the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the side wall of the quartz glass crucible can be 0.16 m/s or less during the pulling of the silicon single crystal. The oxygen concentration of the single crystal can be reduced, and the uniformity of the oxygen concentration in the direction of the crystal growth axis and the uniformity of the oxygen concentration within the substrate surface perpendicular to the crystal growth axis can be achieved.

また、シリコン融液の流速を測定するまでもなく、シリコン単結晶の半径÷ルツボ半径×シリコン単結晶回転数×磁場強度÷(シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離)から算出した値によって、シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れの流速が0.16m/s以下となるかを判断することができる。 In addition, without measuring the flow velocity of the silicon melt, it was calculated from the following: radius of silicon single crystal / crucible radius × number of revolutions of silicon single crystal × magnetic field strength / (distance from the surface of the silicon melt to the lower end of the shielding plate) Depending on the value, it can be determined whether the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the side wall of the crucible is 0.16 m/s or less.

本発明によれば、酸素濃度の低減と、結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性を図ると共に、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度の均一性を図ることができるシリコン単結晶の製造方法を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the oxygen concentration, achieve the uniformity of the oxygen concentration in the direction of the crystal growth axis, and achieve the uniformity of the oxygen concentration within the substrate surface perpendicular to the crystal growth axis. A manufacturing method can be obtained.

図1は、シリコン融液の流れを示した概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the flow of silicon melt. 図2は、図1の状態から石英ガラスルツボ内のシリコン融液が減少した状態でのシリコン融液の流れを示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the flow of the silicon melt in a state in which the silicon melt in the silica glass crucible has decreased from the state of FIG. 図3は、シリコン融液の他の流れを示した概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing another flow of silicon melt. 磁場強度を1000ガウスにした場合のシリコン融液の流れを示した概略図であって、(a)平面図、(b)は断面図である。It is the schematic which showed the flow of the silicon melt when the magnetic field intensity was made into 1000 Gauss, (a) is a top view, (b) is sectional drawing. 磁場強度を2000ガウスにした場合のシリコン融液の流れを示した概略図であって、(a)平面図、(b)は断面図である。It is the schematic which showed the flow of the silicon melt when the magnetic field intensity was made into 2000 Gauss, (a) is a top view, (b) is sectional drawing. 磁場強度を3000ガウスにした場合のシリコン融液の流れを示した概略図であって、(a)平面図、(b)は断面図である。It is the schematic which showed the flow of the silicon melt when the magnetic field intensity was made into 3000 Gauss, (a) is a top view, (b) is sectional drawing. シリコン単結晶引上げ装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a silicon single crystal pulling apparatus; FIG. 実験1~4における磁場強度の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing changes in magnetic field intensity in Experiments 1 to 4; シリコン融液の表面の流れの方向、及び流速を示す図であって、(a)は実験1の固化率0.25(磁場強度3000ガウス)時点を示す図、(b)は実験1の固化率0.6(磁場強度3000ガウス)時点を示す図、(c)は実験2の固化率0.6(磁場強度2000ガウス)時点を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the flow direction and flow velocity on the surface of the silicon melt, where (a) is a diagram showing the solidification rate of Experiment 1 at 0.25 (magnetic field strength 3000 gauss), and (b) is the solidification of Experiment 1. FIG. 10C is a diagram showing the time point at a solidification rate of 0.6 (magnetic field strength of 3000 gauss), and (c) is a diagram showing the time point of Experiment 2 at a solidification rate of 0.6 (magnetic field strength of 2000 gauss). 実験1~4における固化率と酸素濃度との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between solidification rate and oxygen concentration in Experiments 1 to 4; 実験1~4における固化率と、シリコン単結晶の結晶成長軸方向の酸素濃度のばらつきの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the solidification rate in Experiments 1 to 4 and the variation in oxygen concentration in the crystal growth axis direction of a silicon single crystal. 実験2における、磁場強度と、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度のばらつきとの関係を示す図であって、(a)は測定ポイントを示す図、(b)は各測定ポイントにおける基板面内の酸素濃度のばらつきを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the magnetic field intensity and the variation in the oxygen concentration in the substrate plane perpendicular to the crystal growth axis in Experiment 2, where (a) is a diagram showing the measurement points, and (b) is at each measurement point. It is a figure which shows the dispersion|variation in oxygen concentration in a substrate surface. 実験5,6における磁場強度の変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing changes in magnetic field intensity in Experiments 5 and 6; 実験5,6における固化率と、シリコン単結晶の結晶成長軸方向の抵抗率のばらつきの関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the solidification rate in Experiments 5 and 6 and the variation in resistivity in the crystal growth axis direction of the silicon single crystal. 実験1,16~20における磁場の中心の位置と酸素濃度の関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the position of the center of the magnetic field and the oxygen concentration in Experiments 1 and 16 to 20;

本発明にかかるシリコン単結晶の製造方法では、石英ガラスルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引上げるに際して、水平方向の磁場を印加しながらシリコン単結晶を成長させるシリコン単結晶の製造方法において、シリコン融液表面に、前記シリコン単結晶側から石英ルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れが存在し、前記シリコン単結晶側から石英ガラスルツボ側壁に流れるシリコン融液の流速が0.16m/s以下としている。
特に、シリコン単結晶の引上げ中における、シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流速を、0.16m/s以下とした点に特徴がある。
In the method for producing a silicon single crystal according to the present invention, when pulling a silicon single crystal from a silicon melt in a quartz glass crucible, the silicon single crystal is grown while applying a horizontal magnetic field. , the flow of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the silica crucible side wall exists on the silicon melt surface, and the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the silica glass crucible side wall is 0.16 m/s. It is as follows.
In particular, it is characterized in that the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the side wall of the crucible during pulling of the silicon single crystal is 0.16 m/s or less.

石英ガラスルツボ内のシリコン融液は、磁場強度、磁場中心位置、不活性ガスの流量や炉内圧、石英ガラスルツボの回転、シリコン単結晶の回転等の影響を受け、石英ガラスルツボ内のシリコン融液の流れ(対流)に変化が生じる。 The silicon melt in the quartz glass crucible is affected by the strength of the magnetic field, the position of the center of the magnetic field, the flow rate of the inert gas, the pressure inside the furnace, the rotation of the quartz glass crucible, the rotation of the silicon single crystal, etc. A change occurs in the liquid flow (convection).

図1は石英ガラスルツボ内のシリコン融液Mの流れの一例を示す図であって、この図に基づいて、シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液Mの流速を、0.16m/s以下とする理由について説明する。
尚、図1は、後に述べる実験1における固化率0.25引上げた状況下のシリコン融液の流れのシミュレーションの結果を示し、水平方向に3000ガウス印加し、水平方向の磁場の中心が、シリコン単結晶中心部における自由表面の下方20mmのシリコン融液中に位置した状態のシリコン融液の流れを示している。また、図中、Bは、磁束の方向が紙面奥側から紙面手前側に向いていることを示している。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the flow of the silicon melt M in the quartz glass crucible. The reason why s is set to s or less will be explained.
FIG. 1 shows the results of a simulation of the flow of silicon melt under conditions where the solidification rate was increased by 0.25 in Experiment 1, which will be described later. It shows the flow of the silicon melt in the state of being located in the silicon melt 20 mm below the free surface at the center of the single crystal. Further, in the figure, B indicates that the direction of the magnetic flux is directed from the back side of the paper surface to the front side of the paper surface.

石英ガラスルツボ1内のシリコン融液Mは、種々の流れが存在する。
例えば、図1に矢印X1で示すように、シリコン融液には、石英ガラスルツボの側壁1aに接しながら(沿って)上方から下方に流れる流れがある。
そして、このシリコン融液が石英ガラスルルツボ側壁1aに接して(沿って)流れる際、融点におけるシリコンは化学的に活性であるため、シリコン融液Mは石英ガラスルツボ1の石英成分と反応し、石英ガラスルツボ1の側壁1aを溶解し、O(酸素)を取り込む。
The silicon melt M in the quartz glass crucible 1 has various flows.
For example, as indicated by an arrow X1 in FIG. 1, the silicon melt has a flow that flows from above to below while being in contact with (along) the side wall 1a of the silica glass crucible.
Then, when this silicon melt flows in contact with (along) the silica glass crucible side wall 1a, since silicon at the melting point is chemically active, the silicon melt M reacts with the quartz component of the silica glass crucible 1 to produce quartz. The sidewall 1a of the glass crucible 1 is melted and O (oxygen) is introduced.

この酸素を含有するシリコン融液Mは、矢印X2で示すように、シリコン単結晶Cの下方のルツボ底面(ルツボの中心部底面)から上昇する。
その後、矢印X3で示すように、ルツボの径方向外側に流れた(蛇行した)後、矢印X4で示すように、シリコン単結晶Cの下方に戻り、矢印X5で示すように、シリコン単結晶側からルツボ側壁側に流れる。
This oxygen-containing silicon melt M rises from the bottom surface of the crucible below the silicon single crystal C (bottom surface at the center of the crucible), as indicated by an arrow X2.
Then, after flowing (meandering) radially outward of the crucible as indicated by an arrow X3, it returns below the silicon single crystal C as indicated by an arrow X4, and returns to the silicon single crystal side as indicated by an arrow X5. to the side wall of the crucible.

このように、石英ガラスルツボ1の側壁1aを溶解し、O(酸素)を取り込んだシリコン融液M、即ち、酸素を多く含有するシリコン融液Mは、シリコン単結晶C下方のルツボ1底面から上昇する際、径方向外側に大きく蛇行した後、自由表面に到達する。
その結果、シリコン融液Mに取り込まれたOは拡散し、シリコン融液Mの酸素濃度の低減が図られ、シリコン単結晶Cの酸素の取り込みが抑制され、シリコン単結晶Cの酸素濃度の低減が図られる。
In this way, the silicon melt M in which the side wall 1a of the quartz glass crucible 1 is melted and O (oxygen) is taken in, that is, the silicon melt M containing a large amount of oxygen is released from the bottom surface of the crucible 1 below the silicon single crystal C. When ascending, it reaches the free surface after a large meandering radially outward.
As a result, O taken into the silicon melt M diffuses, the oxygen concentration of the silicon melt M is reduced, the take-up of oxygen into the silicon single crystal C is suppressed, and the oxygen concentration of the silicon single crystal C is reduced. is planned.

次に、図1の状態からシリコン単結晶Cの引上げが進行し、石英ガラスルツボ2内のシリコン融液Mが減少した状態の石英ガラスルツボ1内のシリコン融液Mの流れを、図2に示す。尚、図2は、後に述べる実験1における固化率0.6の引上げ状況下のシリコン融液の流れのシミュレーションの結果を示している。 Next, FIG. 2 shows the flow of the silicon melt M in the quartz glass crucible 1 in a state where the silicon single crystal C is pulled up from the state of FIG. 1 and the silicon melt M in the quartz glass crucible 2 is reduced. show. FIG. 2 shows the result of a simulation of the flow of silicon melt under the condition of pulling with a solidification rate of 0.6 in Experiment 1, which will be described later.

図2に示すように、シリコン単結晶Cの引上げが進行し、石英ガラスルツボ1内のシリコン融液が減少すると、図1に示すような径方向外側に大きく蛇行した流れの発生は抑制され、シリコン単結晶Cの下方のルツボ底面(ルツボ中心部底面)から上昇する流れX2が強くなる(流速が速くなる)。 As shown in FIG. 2, as the pulling of the silicon single crystal C progresses and the amount of the silicon melt in the silica glass crucible 1 decreases, the generation of a flow that largely meanders radially outward as shown in FIG. The flow X2 rising from the crucible bottom surface (crucible center bottom surface) below the silicon single crystal C becomes stronger (the flow speed becomes faster).

このように、シリコン融液が蛇行することなく、シリコン単結晶Cの下端に向けて、ルツボ底面から上昇すると、酸素を取り込んだシリコン融液から酸素が拡散あるいは放出される前に、シリコン単結晶Cに取り込まれる。
即ち、シリコン単結晶下方のルツボ底面から上昇するシリコン融液には、Oが多く含まれており、これがシリコン単結晶に取り込まれると、酸素濃度の低減を図ることができず、結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性が阻害される。
Thus, when the silicon melt rises from the bottom of the crucible toward the lower end of the silicon single crystal C without meandering, the silicon single crystal rises before oxygen is diffused or released from the silicon melt containing oxygen. Incorporated into C.
That is, the silicon melt rising from the bottom surface of the crucible below the silicon single crystal contains a large amount of O. oxygen concentration uniformity is disturbed.

ここで、シリコン単結晶下方のルツボ底面から上昇する流れX2の流速が小さい場合には、シリコン単結晶C側からルツボ側壁1aに流れるシリコン融液の流れX5の流速も小さくなる。
言い換えれば、シリコン単結晶側からルツボ側壁1aに流れるシリコン融液の流れX5の流速が小さい場合には、シリコン単結晶Cの下方のルツボ底面1bから上昇する流れX2の流速も小さい。
Here, when the flow velocity of the flow X2 rising from the bottom surface of the crucible below the silicon single crystal is small, the flow velocity of the silicon melt flow X5 flowing from the silicon single crystal C side to the crucible side wall 1a also becomes small.
In other words, when the flow velocity of the silicon melt flow X5 flowing from the silicon single crystal side to the crucible side wall 1a is low, the flow velocity of the flow X2 rising from the crucible bottom surface 1b below the silicon single crystal C is also low.

そして、シリコン単結晶Cの下方のルツボ底面1bから上昇する流れX2が小さい場合には、図1に示すように、ルツボ側壁1aからルツボ底面を経由してシリコン単結晶Cに到達するまでの時間がかかる、もしくはルツボ底面から上昇し、その後、ルツボ径方向外方に蛇行して、液面直下を経由し、シリコン結晶に取り込まれるため、シリコン融液からOが拡散し、酸素濃度の低減と、結晶成長軸方向の酸素濃度の均一性、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度の均一性を図ることができる。
特に、前記シリコン単結晶C側からルツボ側壁1bに流れるシリコン融液の流れX5の流速が0.16m/s以下である場合には、酸素濃度をより低減でき、結晶成長軸方向の酸素濃度のばらつきを抑制することができる。
When the flow X2 rising from the crucible bottom surface 1b below the silicon single crystal C is small, as shown in FIG. Or it rises from the crucible bottom surface, then meanders outward in the crucible radial direction, passes directly under the liquid surface, and is taken into the silicon crystal, so that O diffuses from the silicon melt, and the oxygen concentration is reduced. , the uniformity of the oxygen concentration in the direction of the crystal growth axis, and the uniformity of the oxygen concentration in the substrate plane perpendicular to the crystal growth axis can be achieved.
In particular, when the flow velocity of the silicon melt flow X5 flowing from the silicon single crystal C side to the crucible side wall 1b is 0.16 m/s or less, the oxygen concentration can be further reduced, and the oxygen concentration in the crystal growth axis direction can be reduced. Variation can be suppressed.

また、図3に示すように、石英ガラスルツボ1内のシリコン融液の流れとして、例えば、石英ガラスルツボの側壁1aに接して(沿って)、下方から上方に流れる流れY1もある。
この場合にも、シリコン融液は石英ガラスルツボの石英成分と反応し、石英ガラスルツボの側壁1bを溶解し、O(酸素)を取り込む。
Further, as shown in FIG. 3, as the flow of the silicon melt in the quartz glass crucible 1, for example, there is also a flow Y1 that flows upward from below in contact with (along) the side wall 1a of the quartz glass crucible.
Also in this case, the silicon melt reacts with the quartz component of the quartz glass crucible, dissolves the side wall 1b of the quartz glass crucible, and takes in O (oxygen).

このシリコン融液は、石英ガラスルツボ1の側壁に沿って流れ、自由表面に到達する。その後、石英ガラスルツボ1の側壁からシリコン単結晶側に流れる流れY2が形成される。
このシリコン融液の流れY2は、シリコン融液に取り込まれたOの拡散、蒸散の程度が高く、低酸素濃度のシリコン融液がシリコン単結晶側に流れ、シリコン単結晶の外周部のみが低濃度となり、面内分布の悪化につながるため、好ましくない。
This silicon melt flows along the side walls of the quartz glass crucible 1 and reaches the free surface. Thereafter, a flow Y2 is formed that flows from the side wall of the silica glass crucible 1 to the silicon single crystal side.
This silicon melt flow Y2 has a high degree of diffusion and transpiration of O taken into the silicon melt, and the low-oxygen-concentration silicon melt flows toward the silicon single crystal, and only the outer peripheral portion of the silicon single crystal is low. This is not preferable because it increases the density and leads to deterioration of the in-plane distribution.

また、この図3に示す場合にも、シリコン単結晶Cの下方のルツボ底面1bから上昇する流れX2が形成される。
即ち、石英ガラスルツボの側壁からシリコン単結晶側に流れるシリコン融液は、低酸素濃度となっており、シリコン単結晶Cの下方のルツボ底面から上昇するシリコン融液には、Oが拡散、放散されず、高酸素濃度となっている。
その結果、シリコン単結晶の中心部の酸素濃度が高濃度に、一方、シリコン単結晶の外周部が低濃度になるため、面内分布が悪化し、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度の均一性が阻害される。
したがって、シリコン融液Mの表面の流れにおける、前記ルツボ側壁からシリコン単結晶側への流れY2は、シリコン単結晶まで到達しないことが望ましい。
Also in the case shown in FIG. 3, a flow X2 rising from the bottom surface 1b of the crucible below the silicon single crystal C is formed.
That is, the silicon melt flowing from the side wall of the quartz glass crucible to the silicon single crystal side has a low oxygen concentration, and O diffuses and dissipates into the silicon melt rising from the bottom surface of the crucible below the silicon single crystal C. and the oxygen concentration is high.
As a result, the oxygen concentration in the central portion of the silicon single crystal becomes high, while the oxygen concentration in the outer peripheral portion of the silicon single crystal becomes low. Density uniformity is disturbed.
Therefore, it is desirable that the flow Y2 from the crucible side wall to the silicon single crystal side in the surface flow of the silicon melt M does not reach the silicon single crystal.

また、石英ガラスルツボ内のシリコン融液の流れは、磁場強度の影響を受ける。特に、シリコン単結晶の引上げが進行し、石英ガラスルツボ内のシリコン融液が減少すると、磁場強度の影響を強く受け、前記シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れが変化する。
即ち、不活性ガスの流量や炉内圧、石英ガラスルツボの回転数、シリコン単結晶の回転数を同一であっても、磁場強度の大小によって、石英ガラスルツボ内のシリコン融液の流れが変化する。
Also, the flow of the silicon melt inside the quartz glass crucible is affected by the strength of the magnetic field. In particular, as the pulling of the silicon single crystal progresses and the silicon melt in the silica glass crucible decreases, the flow of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the side wall of the crucible changes due to the strong influence of the magnetic field strength.
That is, even if the flow rate of the inert gas, the furnace internal pressure, the rotation speed of the silica glass crucible, and the rotation speed of the silicon single crystal are the same, the flow of the silicon melt in the silica glass crucible changes depending on the strength of the magnetic field. .

例えば、図4に水平方向に1000ガウス印加した場合のシリコン融液の流れを示す。
この図4は、後に述べる実験1における固化率0.6の引上げ状況下のシリコン融液の流れのシミュミレーションの結果を示し、水平方向に1000ガウス印加し、水平方向の磁場の中心が、シリコン単結晶中心部における自由表面の下方20mmのシリコン融液中に位置した状態のシリコン融液の流れを示している。
また、図中、Bの記号○点は、磁束の方向が紙面奥側から紙面手前側に向いていることを示している。またBの矢印記号は、磁束の方向を示している。尚、図4(b)は、図3と同じ図である。
For example, FIG. 4 shows the flow of silicon melt when 1000 Gauss is applied in the horizontal direction.
This FIG. 4 shows the result of a simulation of the flow of silicon melt under the condition of pulling with a solidification rate of 0.6 in Experiment 1, which will be described later. It shows the flow of the silicon melt in the state of being positioned in the silicon melt 20 mm below the free surface at the center of the silicon single crystal.
In the figure, the symbol ◯ of B indicates that the direction of the magnetic flux is directed from the back side of the paper surface to the front side of the paper surface. The arrow symbol B indicates the direction of the magnetic flux. FIG. 4B is the same diagram as FIG.

この図4(a),図4(b)に示すように、1000ガウスの場合には、ルツボ側壁からシリコン単結晶側に流れる、シリコン融液の流れY2が発生するため、好ましくない。
また、シリコン単結晶Cの下方のルツボ底面から上昇する流れX2が強くなるため、酸素が取り込まれたシリコン融液がシリコン単結晶下端に流れ、シリコン単結晶に多くの酸素が取り込まれるため、好ましくない。
As shown in FIGS. 4(a) and 4(b), in the case of 1000 gauss, a silicon melt flow Y2 flows from the side wall of the crucible to the silicon single crystal side, which is not preferable.
In addition, since the flow X2 rising from the bottom surface of the crucible below the silicon single crystal C becomes stronger, the silicon melt containing oxygen flows to the lower end of the silicon single crystal, and a large amount of oxygen is taken into the silicon single crystal, which is preferable. do not have.

また、図4に示す状態において、磁場強度を1000ガウスから2000ガウスに変化させた場合を、図5(a),図5(b)に示す。
図5に示すように、酸素を含有するシリコン融液は、径方向外側に大きく蛇行し(流れX3)、上昇する。その結果、シリコン融液の酸素は拡散し、酸素濃度の低減を図ることができる。
5(a) and 5(b) show the case where the magnetic field strength is changed from 1000 gauss to 2000 gauss in the state shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the oxygen-containing silicon melt largely meanders radially outward (flow X3) and rises. As a result, the oxygen in the silicon melt diffuses and the oxygen concentration can be reduced.

また同様に、図4に示す状態において、磁場強度を1000ガウスから3000ガウスに変化させた場合を、図6(a),図6(b)に示す。
図6に示すように、酸素を含有するシリコン融液は、径方向外側に大きく蛇行し(流れX3)、上昇する。その結果、シリコン融液の酸素は拡散し、酸素濃度の低減を図ることができる。
Similarly, FIGS. 6A and 6B show the case where the magnetic field intensity is changed from 1000 gauss to 3000 gauss in the state shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the oxygen-containing silicon melt largely meanders radially outward (flow X3) and rises. As a result, the oxygen in the silicon melt diffuses and the oxygen concentration can be reduced.

したがって、シリコン単結晶の引上げ中は、磁場強度が少なくとも2000ガウスであり、シリコン融液表面の流れとして、前記シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れが存在するように制御するのが好ましい。
また、シリコン融液表面の流れとして、前記ルツボ側壁からシリコン単結晶側に向かう流れが存在する場合には、ルツボ側壁からシリコン単結晶側に向かう流れは、シリコン単結晶に到達しないように制御するのが好ましい。
Therefore, during the pulling of the silicon single crystal, the magnetic field strength is at least 2000 Gauss, and the flow of the silicon melt on the surface of the silicon melt is controlled so as to flow from the silicon single crystal side to the side wall of the crucible. is preferred.
Further, when there is a flow toward the silicon single crystal side from the side wall of the crucible as a flow on the surface of the silicon melt, the flow from the side wall of the crucible toward the silicon single crystal side is controlled so as not to reach the silicon single crystal. is preferred.

特に、石英ガラスルツボ内に、十分なシリコン融液が存在する、固化率0.4以下のシリコン単結晶の直胴部の引上げ中は、磁場強度は少なくとも3000ガウスであることが好ましい。
石英ガラスルツボ内に、十分なシリコン融液が存在するために、図1に示すような径方向外側に大きく蛇行した流れが発生する。その結果、シリコン融液中の酸素は拡散、放散されるため、シリコン単結晶の酸素濃度の低減を図ることができる。
In particular, the magnetic field strength is preferably at least 3000 Gauss during the pulling of the straight body of the silicon single crystal with a solidification rate of 0.4 or less, in which sufficient silicon melt exists in the quartz glass crucible.
Since a sufficient amount of silicon melt exists in the quartz glass crucible, a flow that greatly meanders radially outward as shown in FIG. 1 is generated. As a result, the oxygen in the silicon melt is diffused and diffused, so that the oxygen concentration in the silicon single crystal can be reduced.

また、固化率0.4を越えて固化率0.6まで、前記磁場強度を徐々に下げ、固化率0.6以降、磁場強度を2000ガウスとすることが望ましい。
石英ガラスルツボ内に、シリコン融液の減少に伴い、前記磁場強度を徐々に下げ、固化率0.6以降、磁場強度を2000ガウスとした場合、図5(a)(b)に示すように、酸素を含有するシリコン融液は、径方向外側に大きく蛇行し、シリコン単結晶下方のルツボ底面から上昇する。その結果、シリコン融液の酸素は拡散し、酸素濃度の低減を図ることができ、図1と図5(b)が同じような環境となるため、結晶軸方向の酸素濃度が均一となる。
Moreover, it is desirable to gradually decrease the magnetic field strength from the solidification rate of 0.4 to the solidification rate of 0.6, and to set the magnetic field strength to 2000 Gauss after the solidification rate of 0.6.
As the amount of silicon melt in the quartz glass crucible decreases, the magnetic field strength is gradually lowered to 2000 gauss after the solidification rate is 0.6. , the silicon melt containing oxygen largely meanders radially outward and rises from the bottom surface of the crucible below the silicon single crystal. As a result, the oxygen in the silicon melt is diffused, and the oxygen concentration can be reduced. Since the environments in FIG. 1 and FIG. 5B are the same, the oxygen concentration in the crystal axis direction becomes uniform.

また、このシリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れが存在し、前記シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流速が0.16m/s以下という条件は、磁場強度、不活性ガスの流量や炉内圧制御、石英ガラスルツボの回転制御、シリコン単結晶の回転制御等の影響を受ける。
シリコン融液の流速は、トレーサーなどを用いて測定することができるが、測定を行う際には引き上げ中の結晶は製品として使用できなくなり、また作業に手間がかかるものである。そのため、シリコン融液の流速はシミュレーションで推定するが、横磁場の様に3次元の対流解析が必要な条件では、計算時間が膨大となってしまう。
In addition, the condition that there is a flow of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the crucible side wall and the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the crucible side wall is 0.16 m/s or less is based on the magnetic field strength, It is affected by inert gas flow rate, furnace pressure control, quartz glass crucible rotation control, silicon single crystal rotation control, and the like.
The flow velocity of the silicon melt can be measured using a tracer or the like, but the crystal being pulled cannot be used as a product during measurement, and the work is time-consuming. Therefore, the flow velocity of the silicon melt is estimated by simulation, but the calculation time becomes enormous under conditions such as the horizontal magnetic field that require three-dimensional convection analysis.

そこで、本発明者らは、シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流速が0.16m/s以下とするための条件を簡易に見出すための関係式を検討した。
具体的には、シリコン単結晶の半径÷ルツボ半径×シリコン単結晶回転数×磁場強度÷(シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離)から算出した値が、190以下である場合には、シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流速が0.16m/s以下となすことができることが、3次元のシミュレーションにより明らかになった。
Therefore, the present inventors studied a relational expression for easily finding the conditions for making the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the crucible side wall to be 0.16 m/s or less.
Specifically, when the value calculated from (radius of silicon single crystal/crucible radius×rotation speed of silicon single crystal×magnetic field strength/(distance from the surface of the silicon melt to the lower end of the shielding plate)) is 190 or less. It was clarified by a three-dimensional simulation that the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the side wall of the crucible can be set to 0.16 m/s or less.

ここで、シリコン単結晶の半径÷ルツボ半径×シリコン単結晶回転数×磁場強度÷(シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離)とした理由は、以下による。
シリコン結晶からルツボ壁側への流れの駆動力は、シリコン単結晶およびルツボ半径、シリコン単結晶回転数と磁場強度によるものである。
ここで、ルツボ半径が大きい場合には、シリコン結晶からルツボ壁側への流れの駆動力は小さくする方向に働くため、ルツボ半径は除する(割る)こととした。
Here, the reason for setting the radius of silicon single crystal÷crucible radius×rotational speed of silicon single crystal×magnetic field intensity÷(distance from surface of silicon melt to lower end of shielding plate) is as follows.
The driving force of the flow from the silicon crystal to the crucible wall side depends on the silicon single crystal and crucible radius, the silicon single crystal rotational speed and the magnetic field strength.
Here, when the crucible radius is large, the driving force of the flow from the silicon crystal to the crucible wall side acts to decrease, so the crucible radius is divided (divided).

また、通常であれば、駆動力のみを考慮するべきではあるが、シリコン融液表面から遮蔽板下端までの距離により、融液酸素濃度のコントロールのし易さが変化するため、この距離も考慮する必要がある。例えば、この距離が狭すぎると、炉内雰囲気(Arガス流量や炉内圧)の影響が大きいため、磁場強度による制御が難しくなるが、距離が広い場合は融液対流の影響が強いためこの駆動力の制御が有効となる。
尚、ルツボの回転数は流速に与える影響は小さいと考えられるため、上記関係式に含めていない。しかし、ルツボの回転数を低速にするほど低酸素の結晶を得ることができるため、ルツボ回転数は1.0rpm以下とするのが好ましい。
Normally, only the driving force should be considered, but the distance from the surface of the silicon melt to the bottom edge of the shielding plate affects how easily the melt oxygen concentration can be controlled, so this distance should also be considered. There is a need to. For example, if this distance is too narrow, the effect of the furnace atmosphere (Ar gas flow rate and furnace pressure) is large, making it difficult to control the magnetic field strength. Force control is enabled.
Since the number of rotations of the crucible is considered to have little effect on the flow velocity, it is not included in the above relational expression. However, the lower the rotation speed of the crucible, the more low-oxygen crystals can be obtained, so the rotation speed of the crucible is preferably 1.0 rpm or less.

(実験1~4)
図7に示すような一般的な引上げ装置を用い、表1及び図8に示す条件で、シリコン単結晶の引上げを行い、引上げ中におけるシリコン単結晶側からルツボ側壁側へのシリコン融液の流速、シリコン単結晶の結晶成長軸方向の酸素濃度と酸素濃度のばらつき、結晶成長軸と垂直な基板面内の酸素濃度のばらつきを測定した。
(Experiments 1-4)
Using a general pulling apparatus as shown in FIG. 7, the silicon single crystal was pulled under the conditions shown in Table 1 and FIG. , the oxygen concentration in the direction of the crystal growth axis of the silicon single crystal, the variation in the oxygen concentration, and the variation in the oxygen concentration in the substrate plane perpendicular to the crystal growth axis.

まず、図7に示した引上げ装置について説明すると、この装置10は、円筒形状のチャンバ(チャンバ)11と、チャンバ11内に設けられたルツボ12と、ルツボ12に装填された原料シリコンを溶融するカーボンヒータ13とを有している。このルツボ12は、内側が石英ガラスルツボ12a、外側が黒鉛ルツボ12bで構成されている。また、チャンバ11内において、カーボンヒータ13の外周囲には保温筒14が設けられている。この保温筒14は円筒状に形成され、その上端部に内方に延設された保温板15が設けられている。また、育成中(引上げ中)のシリコン単結晶Cに、カーボンヒータ13等からの余計な輻射熱を与えないようにするための輻射シールド(遮蔽板)16が設けられている。 First, the pulling apparatus shown in FIG. 7 will be described. This apparatus 10 has a cylindrical chamber (chamber) 11, a crucible 12 provided in the chamber 11, and raw material silicon charged in the crucible 12 is melted. and a carbon heater 13 . The crucible 12 is composed of a quartz glass crucible 12a on the inside and a graphite crucible 12b on the outside. A heat insulating tube 14 is provided around the carbon heater 13 in the chamber 11 . The heat insulating cylinder 14 is formed in a cylindrical shape, and a heat insulating plate 15 extending inwardly is provided at the upper end portion thereof. Further, a radiation shield (shielding plate) 16 is provided to prevent unnecessary radiation heat from the carbon heater 13 or the like to the silicon single crystal C being grown (during pulling).

前記輻射シールド(遮蔽板)16は、ルツボ12の上方且つ近傍には、シリコン単結晶Cの周囲を包囲するように上部と下部に開口16a,16bが形成され、上部から下部に行くにしたがって、開口の面積が徐々に小さくなるようにテーパ面16cが形成されている。この輻射シールド16が設けられることにより、上方からルツボ12内に供給されたパージ用不活性ガス(Arガス)Gは、輻射シールド16とシリコン融液Mの表面との隙間を通って、ルツボ12外に流れ、最終的にチャンバ11外(チャンバ外)に排出される。
尚、輻射シールド16の下端とシリコン融液Mの表面との隙間をギャップ(Gap)という。
Above and near the crucible 12, the radiation shield (shielding plate) 16 is formed with openings 16a and 16b at the top and bottom so as to surround the periphery of the silicon single crystal C. A tapered surface 16c is formed so that the area of the opening gradually decreases. With the radiation shield 16 provided, the purge inert gas (Ar gas) G supplied into the crucible 12 from above passes through the gap between the radiation shield 16 and the surface of the silicon melt M, and passes through the crucible 12. It flows outside and is finally discharged outside the chamber 11 (outside the chamber).
A gap between the lower end of the radiation shield 16 and the surface of the silicon melt M is called a gap.

また、チャンバ11の外側には、水平方向に磁場を印加するための磁場発生装置17が設けられている。この磁場発生装置17による磁場は、水平方向の磁場の中心がシリコン単結晶中心部における自由表面の下方のシリコン融液中に位置するように配置されている。
また、磁場発生装置17は、シリコン単結晶の引上げ中、磁場強度が少なくとも2000ガウス発生するように制御される。
A magnetic field generator 17 for applying a magnetic field in the horizontal direction is provided outside the chamber 11 . The magnetic field generated by the magnetic field generator 17 is arranged so that the center of the horizontal magnetic field is located in the silicon melt below the free surface at the central portion of the silicon single crystal.
Also, the magnetic field generator 17 is controlled to generate a magnetic field strength of at least 2000 Gauss during the pulling of the silicon single crystal.

尚、図示しないが、チャンバ11の上方には、シリコン単結晶Cを引上げる引上げ機構が設けられている。この引上げ機構は、モータ駆動される巻取り機構と、この巻取り機構に巻き上げられる引上げワイヤ18とにより構成される。そして、ワイヤ18の先端に種結晶Pが取り付けられ、シリコン単結晶Cを育成しながら引上げるようになされている。 Although not shown, a pulling mechanism for pulling the silicon single crystal C is provided above the chamber 11 . The hoisting mechanism comprises a motor-driven winding mechanism and a hoisting wire 18 wound on the winding mechanism. A seed crystal P is attached to the tip of the wire 18, and the silicon single crystal C is pulled up while being grown.

また、シリコン単結晶の製造装置10は、図示しないが、ルツボ12を回転させるモータと、ルツボ12の高さを制御する昇降装置と、前記モータ、前記昇降装置を制御する制御装置を備え、ルツボ12を回転させると共に、ルツボ12の高さを上昇させながら、シリコン単結晶Cを育成するように構成されている。 Further, although not shown, the silicon single crystal manufacturing apparatus 10 includes a motor for rotating the crucible 12, an elevating device for controlling the height of the crucible 12, and a control device for controlling the motor and the elevating device. The crucible 12 is rotated and the height of the crucible 12 is raised to grow the silicon single crystal C. As shown in FIG.

また、図示しないが、チャンバ11の上部にはガス供給口11aが設けられ、パージ用不活性ガス(Arガス)がチャンバ11内に供給されるように構成されている。また、チャンバ11の底面には、複数の排気口11bが設けられ、この排気口には排気手段としての排気ポンプ(図示せず)が接続されている。
したがって、ガス供給口からチャンバ11内に供給されたパージ用不活性ガス(Arガス)Gは、排気ポンプによって、輻射シールド16とシリコン融液Mの表面との隙間を通って、ルツボ外に流れ、最終的にチャンバ11外(チャンバ外)に排出される。
Further, although not shown, a gas supply port 11 a is provided in the upper part of the chamber 11 so as to supply an inert gas (Ar gas) for purging into the chamber 11 . Further, a plurality of exhaust ports 11b are provided on the bottom surface of the chamber 11, and an exhaust pump (not shown) as exhaust means is connected to the exhaust ports.
Therefore, the purge inert gas (Ar gas) G supplied into the chamber 11 from the gas supply port flows out of the crucible through the gap between the radiation shield 16 and the surface of the silicon melt M by the exhaust pump. , is finally discharged outside the chamber 11 (outside the chamber).

ここで、表1におけるGapは、輻射シールド16とシリコン融液Mの表面との隙間寸法、SRは結晶回転数、CRはルツボ回転数、チャンバ11内に供給されるパージ用不活性ガス(Arガス)の流量、炉内圧はチャンバ11内の圧力である。
また磁場強度は、図8に示す条件で変化させ、磁場位置は、シリコン融液Mの表面下、20mmとした。
即ち、実験1では、磁場強度を3000ガウスとして、シリコン単結晶の引上げを行った。
実験2では、磁場強度を3000ガウスとして、固化率0.4までシリコン単結晶の引上げを行い、固化率0.7まで磁場強度を徐々に下げ、その後磁場強度を1500ガウスとしてシリコン単結晶の引上げを行った。
実験3では、磁場強度を3000ガウスとして、固化率0.4までシリコン単結晶の引上げを行い、固化率0.6まで磁場強度を徐々に下げ、その後磁場強度を2000ガウスとしてシリコン単結晶の引上げを行った。
実験4では、磁場強度を3000ガウスとして、固化率0.2まで磁場強度を徐々に下げ、その後磁場強度を2000ガウスとしてシリコン単結晶の引上げを行った。
Here, Gap in Table 1 is the dimension of the gap between the radiation shield 16 and the surface of the silicon melt M, SR is the rotation speed of the crystal, CR is the rotation speed of the crucible, and the purge inert gas (Ar gas) and the pressure in the furnace are pressures in the chamber 11 .
The magnetic field strength was changed under the conditions shown in FIG. 8, and the magnetic field position was set at 20 mm below the surface of the silicon melt M.
That is, in Experiment 1, a silicon single crystal was pulled with a magnetic field strength of 3000 gauss.
In Experiment 2, the magnetic field strength was set to 3000 gauss, and the silicon single crystal was pulled until the solidification rate was 0.4. did
In Experiment 3, the magnetic field strength was set to 3000 gauss, the silicon single crystal was pulled until the solidification rate was 0.4, the magnetic field strength was gradually decreased to the solidification rate of 0.6, and then the magnetic field strength was set to 2000 gauss to pull the silicon single crystal. did
In experiment 4, the magnetic field strength was set to 3000 gauss, and the magnetic field strength was gradually lowered until the solidification rate was 0.2, and then the magnetic field strength was set to 2000 gauss to pull the silicon single crystal.

Figure 0007249913000001
Figure 0007249913000001

図9に、上記実験1~4における、引上げ中におけるシリコン融液の流れの方向と、流速を示す。
図9(a)は、実験1における固化率0.25引上げ時(3000ガウス:図8参照)における、シリコン融液の流れの方向と、流速を示している。
図9(b)は、実験1における固化率0.6引上げ時(3000ガウス:図8参照)における、シリコン融液の流れの方向と、流速を示している。
図9(c)は、実験3における固化率0.6引上げ時(2000ガウス:図8参照)における、シリコン融液の流れの方向と、流速を示している。
FIG. 9 shows the flow direction and flow velocity of the silicon melt during pulling in Experiments 1 to 4 above.
FIG. 9(a) shows the flow direction and flow velocity of the silicon melt when the solidification rate is increased by 0.25 (3000 Gauss: see FIG. 8) in Experiment 1. FIG.
FIG. 9(b) shows the flow direction and flow velocity of the silicon melt when the solidification rate is increased by 0.6 (3000 Gauss: see FIG. 8) in Experiment 1. FIG.
FIG. 9(c) shows the flow direction and flow velocity of the silicon melt when the solidification rate is increased by 0.6 (2000 Gauss: see FIG. 8) in Experiment 3. FIG.

図9(a)に示すように、固化率0.25引上げ時(3000ガウス)の流速の最大値は0.20~0.24m/sの範囲内である。
また、図9(b)に示すように、固化率0.6引上げ時(3000ガウス)の流速の最大値は0.20~0.24m/sの範囲内である。
これに対して、図9(c)に示すように、固化率0.6引上げ時(2000ガウス)流速の最大値は0.12~0.16m/sの範囲内である。
したがって、シリコン単結晶の引上げが進行し、石英ガラスルツボ内のシリコン融液が減少した際、磁場強度を低下させることにより、シリコン単結晶側から石英ルツボ側壁に流れるシリコン融液の流速の最大値は0.16m/s以下とすることができる。
As shown in FIG. 9(a), the maximum value of the flow velocity when the solidification rate is increased by 0.25 (3000 gauss) is within the range of 0.20 to 0.24 m/s.
Further, as shown in FIG. 9(b), the maximum value of the flow velocity when the solidification rate is increased by 0.6 (3000 gauss) is within the range of 0.20 to 0.24 m/s.
On the other hand, as shown in FIG. 9(c), the maximum value of the flow velocity when the solidification rate is raised to 0.6 (2000 gauss) is within the range of 0.12 to 0.16 m/s.
Therefore, when the pulling of the silicon single crystal progresses and the amount of the silicon melt in the silica glass crucible decreases, the maximum flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the side wall of the silica crucible is reduced by reducing the magnetic field strength. can be 0.16 m/s or less.

また、引上げられたシリコン単結晶の酸素濃度を測定した。測定はフーリエ変換赤外分光法(FT-IR)を用いて測定した。その結果を図10に示す。
実験1において、固化率0.6以降の酸素濃度が上昇しているのに対して、実験2,3,4における、固化率0.6以降の酸素濃度の上昇は見られない、もしくは、酸素濃度が上昇しても1.0×1018 atoms/cm未満である。
Also, the oxygen concentration of the pulled silicon single crystal was measured. Measurements were made using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The results are shown in FIG.
In Experiment 1, the oxygen concentration increased after the solidification rate of 0.6, whereas in Experiments 2, 3, and 4, no increase in the oxygen concentration was observed after the solidification rate of 0.6, or oxygen Even if the concentration increases, it is less than 1.0×10 18 atoms/cm 3 .

即ち、固化率0.6以降、3000ガウスの磁場を作用させた結果、図9(b)からわかるように、シリコン融液表面の流速は速い。
そのため、図1に示すような径方向外側に大きく蛇行した流れは発生せず、シリコン単結晶下方のルツボ底面から上昇し、シリコン単結晶に取り込まれる。その結果、固化率0.6以降、酸素濃度が上昇したものと思われる。
That is, as a result of applying a magnetic field of 3000 gauss after the solidification rate of 0.6, the flow velocity on the surface of the silicon melt is fast as can be seen from FIG. 9(b).
Therefore, the flow that meanders greatly radially outward as shown in FIG. 1 does not occur, but rises from the bottom surface of the crucible below the silicon single crystal and is taken into the silicon single crystal. As a result, it is believed that the oxygen concentration increased after the solidification rate was 0.6.

また、引上げられたシリコン単結晶の結晶長さ方向の酸素濃度のばらつきΔOiを測定した。測定はフーリエ変換赤外分光法(FT-IR)を用い、半径方向に5mmピッチの条件下で測定した。その結果を図11に示す。
酸素濃度のばらつきΔOiは、
ΔOi=(測定点の最大値 - 最小値)/最小値 ×100 [%]の式から求めた。
In addition, variation ΔOi of oxygen concentration in the crystal length direction of the pulled silicon single crystal was measured. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) was used for the measurement under the condition of a radial pitch of 5 mm. The results are shown in FIG.
The oxygen concentration variation ΔOi is
ΔOi = (maximum value at measurement point - minimum value)/minimum value x 100 [%].

実験2において、固化率0.7以降の酸素濃度がばらついているのに対して、実験1,3,4における、酸素濃度の面内のおおきなばらつきは、見られない。
これは、固化率0.7以降、2000ガウス以下の磁場(1500ガウス)を作用させた結果、シリコン融液対流が不安定になり、酸素濃度のばらつきが大きくなったものと思われる。
In Experiment 2, the oxygen concentration varied after the solidification rate was 0.7, whereas in Experiments 1, 3, and 4, no large in-plane variation in oxygen concentration was observed.
This is probably because the silicon melt convection became unstable as a result of applying a magnetic field of 2000 gauss or less (1500 gauss) after the solidification rate was 0.7, resulting in a large variation in oxygen concentration.

更に、実験2における図12(a)の測定磁場強度における基板面内の酸素濃度のバラツキを図12(b)に示す。
即ち、実験2における固化率0.52(試料No.1)、0.59(試料No.2),0.67(試料No.3)、0.75(試料No.4)から切り出した基板の面内酸素濃度のばらつきを測定した。測定はフーリエ変換赤外分光法(FT-IR)を用い、半径方向に5mmピッチの条件下で測定した。その結果を図12(b)に示す。
この図からわかるように、磁場強度を2000ガウスとすることが、面内の酸素濃度のバラツキが少ないことが分かる。
Further, FIG. 12(b) shows the variation in the oxygen concentration within the substrate plane at the measured magnetic field intensity of FIG. 12(a) in Experiment 2. As shown in FIG.
That is, substrates cut out from solidification rates of 0.52 (sample No. 1), 0.59 (sample No. 2), 0.67 (sample No. 3), and 0.75 (sample No. 4) in Experiment 2 In-plane oxygen concentration variation was measured. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) was used for the measurement under the condition of a radial pitch of 5 mm. The results are shown in FIG. 12(b).
As can be seen from this figure, when the magnetic field strength is 2000 Gauss, there is little variation in the in-plane oxygen concentration.

(実験5,6)
実験5,6は、図13に示すように磁場強度を変化させて、シリコン単結晶の引上げを行った。引き上げ条件は、以下の通りである。
実験5は、磁場強度を3000ガウスとし、固化率0.4から磁場強度を徐々に下げ、固化率0.6から磁場強度を2000ガウスとした。その他の条件は、実験1と同じにした。
実験6は、磁場強度を2000ガウスとし、固化率0.2まで磁場強度を徐々に上げ、その後、固化率0.4から磁場強度を徐々に下げ、固化率0.6から磁場強度を2000ガウスとした。その他の条件は、実験1と同じにした。
(Experiments 5 and 6)
In Experiments 5 and 6, a silicon single crystal was pulled by changing the magnetic field intensity as shown in FIG. The raising conditions are as follows.
In Experiment 5, the magnetic field strength was set to 3000 gauss, and the magnetic field strength was gradually decreased from the solidification rate of 0.4, and the magnetic field strength was set to 2000 gauss from the solidification rate of 0.6. Other conditions were the same as in Experiment 1.
In experiment 6, the magnetic field strength was set to 2000 gauss, and the magnetic field strength was gradually increased until the solidification rate was 0.2. and Other conditions were the same as in Experiment 1.

そして、引上げられたシリコン単結晶から切り出した基板の面内の抵抗率のばらつきを測定した。測定は、四探針法を用い、前記シリコン基板の径方向に5mmピッチで測定した。その結果を図14に示す。
この図14から明らかなように、磁場強度を2000ガウスとすると、面内の抵抗率のバラツキが小さいことが分かる。
Then, the in-plane resistivity variation of the substrate cut out from the pulled silicon single crystal was measured. The measurement was carried out at a pitch of 5 mm in the radial direction of the silicon substrate using a four-probe method. The results are shown in FIG.
As is clear from FIG. 14, when the magnetic field strength is 2000 Gauss, the in-plane resistivity variation is small.

(実験7から実験15)
シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れが存在し、前記シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れの流速が0.16m/s以下となる条件を簡易に見出すための関係式を確認した。尚、表2の流速は、シミュレーションから得られた値となる。
即ち、表2で示す条件を用いて、シリコン単結晶の半径÷ルツボ半径×シリコン単結晶回転数×磁場強度÷遮蔽板の下端までの距離から算出した値が190以下である場合には、シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れが存在し、前記シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れの流速が0.16m/s以下にできることを確認した。
尚、磁場強度が1000ガウス、1500ガウスの場合も流速が0.16m/s以下となすことができる場合があるが、酸素濃度の良好な面内均一性を得ることができないため、好ましくない。
(Experiment 7 to Experiment 15)
To easily find a condition under which there is a flow of silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the crucible side wall and the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the crucible side wall is 0.16 m/s or less. confirmed the relational expression of In addition, the flow velocity in Table 2 is a value obtained from a simulation.
That is, using the conditions shown in Table 2, when the value calculated from the following equation: radius of silicon single crystal/crucible radius×rotation speed of silicon single crystal×magnetic field strength/distance to lower end of shield plate is 190 or less, silicon It was confirmed that there is a flow of silicon melt flowing from the single crystal side to the crucible side wall, and that the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the crucible side wall can be set to 0.16 m/s or less.
In addition, when the magnetic field strength is 1000 gauss or 1500 gauss, the flow velocity may be set to 0.16 m/s or less, but it is not preferable because good in-plane uniformity of oxygen concentration cannot be obtained.

Figure 0007249913000002
Figure 0007249913000002

このように、このシリコン単結晶の半径÷ルツボ半径×シリコン単結晶回転数×磁場強度÷(シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離)から算出した値が190以下の場合は、シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れの流速が0.16m/s以下となる。
したがって、シリコン融液の流速を測定するまでもなく、シリコン単結晶の半径÷ルツボ半径×シリコン単結晶回転数×磁場強度÷(シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離)から算出した値によって、シリコン単結晶側からルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れの流速が0.16m/s以下となるかを判断することができる。
In this way, when the value calculated from the following equation: radius of silicon single crystal/crucible radius×silicon single crystal rotation speed×magnetic field strength/(distance from surface of silicon melt to lower end of shielding plate) is 190 or less, silicon The flow velocity of the silicon melt flowing from the single crystal side to the side wall of the crucible becomes 0.16 m/s or less.
Therefore, without measuring the flow velocity of the silicon melt, it was calculated from the following formula: radius of silicon single crystal / crucible radius × rotation speed of silicon single crystal × magnetic field strength / (distance from the surface of the silicon melt to the lower end of the shielding plate) Depending on the value, it can be determined whether the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the side wall of the crucible is 0.16 m/s or less.

(実験1、実験16から実験20)
表3に示すように、実験1(磁場の中心の位置を融液表面から下方20mm)において、シリコン単結晶を引上げ、固化率0.25における酸素濃度を測定した。測定はフーリエ変換赤外分光法(FT-IR)を用いて測定した。その結果を図15に示す。
実験1に対して、表3に示すように、磁場の中心の位置を変えた以外、実験1と同一条件で、シリコン単結晶を引上げ、固化率0.25における酸素濃度を測定した(実験16~実験20)。その結果を図15に示す。
(Experiment 1, Experiment 16 to Experiment 20)
As shown in Table 3, in Experiment 1 (the position of the center of the magnetic field was 20 mm below the melt surface), a silicon single crystal was pulled and the oxygen concentration was measured at a solidification rate of 0.25. Measurements were made using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The results are shown in FIG.
With respect to Experiment 1, a silicon single crystal was pulled under the same conditions as in Experiment 1, except that the position of the center of the magnetic field was changed, as shown in Table 3, and the oxygen concentration was measured at a solidification rate of 0.25 (Experiment 16 ~ Experiment 20). The results are shown in FIG.

Figure 0007249913000003
Figure 0007249913000003

図15から明らかなように磁場の中心が融液表面から下方60mmの範囲内のシリコン融液中に位置している場合(実験17,18)、酸素濃度が1.0×1018 atoms/cm未満と低いことが判明した。 As is clear from FIG. 15, when the center of the magnetic field is located in the silicon melt within a range of 60 mm below the melt surface (experiments 17 and 18), the oxygen concentration is 1.0×10 18 atoms/cm. It turned out to be as low as less than 3 .

1 石英ガラスルツボ
1a 石英ガラスルツボ側壁
C シリコン単結晶
M シリコン融液
X1 石英ガラスルツボの側壁に接しながら上方から下方に流れる、シリコン融液の流れ
X2 シリコン単結晶Cの下方のルツボ底面から上昇する、シリコン融液の流れ
X3 ルツボの径方向外側に流れる、シリコン融液の流れ
X4 ルツボの径方向内側に流れ、シリコン単結晶の下方に戻る、シリコン融液の流れ
X5 シリコン融液の表面における、シリコン単結晶側からルツボ側壁側に流れる、シリコン融液の流れ
1 Silica glass crucible 1a Silica glass crucible side wall C Silicon single crystal M Silicon melt X1 Flow of silicon melt flowing downward from above while being in contact with the side wall of the silica glass crucible X2 Rising from the bottom of the crucible below the silicon single crystal C , Silicon melt flow X3 Flowing radially outward of the crucible, Silicon melt flow X4 Flowing radially inward of the crucible, returning below the silicon single crystal, Silicon melt flow X5 On the surface of the silicon melt, Flow of silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the side wall of the crucible

Claims (5)

石英ガラスルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引上げるに際して、水平方向の磁場を印加しながらシリコン単結晶を成長させるシリコン単結晶の製造方法において、
シリコン融液表面に、前記シリコン単結晶側から石英ルツボ側壁に流れるシリコン融液の流れが存在し、前記シリコン単結晶側から石英ガラスルツボ側壁に流れるシリコン融液の流速が0.16m/s以下であることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
In a method for producing a silicon single crystal, the silicon single crystal is grown while applying a horizontal magnetic field when pulling the silicon single crystal from the silicon melt in the quartz glass crucible,
A flow of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the silica crucible side wall exists on the silicon melt surface, and the flow velocity of the silicon melt flowing from the silicon single crystal side to the silica glass crucible side wall is 0.16 m/s or less. A method for producing a silicon single crystal, characterized by:
前記水平方向の磁場の中心が融液表面から下方60mmの範囲内のシリコン融液中に位置し、シリコン単結晶の引上げ中は、磁場強度が少なくとも2000ガウスであることを特徴とする請求項1記載のシリコン単結晶の製造方法。 2. The center of the horizontal magnetic field is located in the silicon melt within 60 mm below the melt surface, and the magnetic field strength is at least 2000 Gauss during the pulling of the silicon single crystal. A method for producing a silicon single crystal as described. 前記水平方向の磁場の中心が、シリコン単結晶中心部の下方に位置し、
固化率0.4以下のシリコン単結晶の直胴部の引上げ中は、磁場強度は少なくとも3000ガウスであり、
固化率0.4を越えて固化率0.6まで、前記磁場強度を徐々に下げ、
固化率0.6以降、磁場強度を2000ガウスとすることを特徴とする請求項1または請求項2記載のシリコン単結晶の製造方法。
the center of the horizontal magnetic field is positioned below the central portion of the silicon single crystal;
The magnetic field strength is at least 3000 gauss during the pulling of the straight body of the silicon single crystal with a solidification rate of 0.4 or less,
Gradually lowering the magnetic field intensity beyond a solidification rate of 0.4 to a solidification rate of 0.6,
3. The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the magnetic field strength is set to 2000 Gauss after the solidification rate is 0.6 or higher.
シリコン単結晶の半径[mm]÷ルツボ半径[mm]×シリコン単結晶回転数[rpm]×磁場強度[Gauss]÷(シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離)[mm]から算出した値が、190以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のシリコン単結晶の製造方法。 Radius of silicon single crystal [mm] / crucible radius [mm] × rotation speed of silicon single crystal [rpm] × magnetic field strength [Gauss] / (distance from the surface of the silicon melt to the lower end of the shielding plate) [mm] 4. The method for producing a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein the obtained value is 190 or less. 石英ガラスルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引上げるに際して、水平方向の磁場を印加しながらシリコン単結晶を成長させ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上げ工程中、
シリコン単結晶の半径[mm]÷ルツボ半径[mm]×シリコン単結晶回転数[rpm]×磁場強度[Gauss]÷(シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離)[mm]から算出した値が、190以下となるように、
シリコン単結晶の半径、ルツボ半径、シリコン単結晶回転数、磁場強度、シリコン融液の表面から遮蔽板の下端までの距離が調整され、
シリコン単結晶が引上げられることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
In a method for producing a silicon single crystal, the silicon single crystal is grown while applying a horizontal magnetic field when pulling the silicon single crystal from the silicon melt in the quartz glass crucible,
During the process of pulling the silicon single crystal,
Radius of silicon single crystal [mm] / crucible radius [mm] × rotation speed of silicon single crystal [rpm] × magnetic field strength [Gauss] / (distance from the surface of the silicon melt to the lower end of the shielding plate) [mm] So that the value obtained is 190 or less,
The radius of the silicon single crystal, the crucible radius, the rotation speed of the silicon single crystal, the magnetic field strength, and the distance from the surface of the silicon melt to the lower end of the shield plate are adjusted,
A method for producing a silicon single crystal, comprising pulling a silicon single crystal.
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