JPH11240792A - Silicon wafer and crystal growth - Google Patents

Silicon wafer and crystal growth

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JPH11240792A
JPH11240792A JP6228398A JP6228398A JPH11240792A JP H11240792 A JPH11240792 A JP H11240792A JP 6228398 A JP6228398 A JP 6228398A JP 6228398 A JP6228398 A JP 6228398A JP H11240792 A JPH11240792 A JP H11240792A
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wafer
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信吾 木崎
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高行 久保
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase wafer strength without making wafer thickness thick and having adverse effect on electric characteristics of the device and yield. SOLUTION: In this method for growing silicon single crystal 9 by using a CZ method, heat-insulating performance of the lower end part of an inverted conical heat-shielding member 16 arranged on the outside of the crystal pulling up passage is more strengthened than heat-insulating performance of the other part to locally quench the vicinity of solid-liquid interface of growing crystal and the single crystal 9 is pulled up under low speed conditions in which an OSF ring is produced on inner side than 1/2 position of crystal diameter direction or disappears in the center part of crystal. In the wafer, average particle size of transfer cluster produced on the outside of the OSF ring is finely cut into <=100 μm to increase mechanical strengths of the wafer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
素材として使用されるシリコンウエーハ及びそのウエー
ハを製造するための結晶育成方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a silicon wafer used as a material of a semiconductor device and a method for growing a crystal for producing the wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの製造に使用されるシリ
コンウエーハは、主にCZ法により育成された単結晶か
ら採取される。CZ法とは、周知の如く、石英坩堝内に
収容されたシリコンの原料融液に種結晶を漬け、種結晶
及び石英坩堝を逆方向に回転させながら種結晶を引き上
げることにより、その下にシリコンの単結晶を育成する
方法である。
2. Description of the Related Art A silicon wafer used for manufacturing a semiconductor device is mainly collected from a single crystal grown by a CZ method. As is well known, the CZ method is a method in which a seed crystal is immersed in a raw material melt of silicon contained in a quartz crucible, and the seed crystal is pulled up while rotating the seed crystal and the quartz crucible in opposite directions. This is a method of growing a single crystal.

【0003】このようなCZ法による育成プロセスを経
て製造されるシリコンウエーハでは、デバイスチップの
集積度向上に伴うチップ面積の拡大により大径化が急速
に進んでおり、現在12インチ結晶でのデバイスプロセ
スの実操業化が進められている。
[0003] Silicon wafers manufactured through such a growth process by the CZ method have been rapidly increasing in diameter due to an increase in chip area due to an increase in the degree of integration of device chips. The actual operation of the process is being promoted.

【0004】このウエーハの大径化により、デバイスの
歩留りは上がるが、一方では強度の問題が以前にも増し
て重要になってきている。特に、デバイスプロセスにお
ける酸化膜付けなどの熱処理プロセスにおいては、シリ
コンウエーハの熱による降伏応力の低下やウエーハの自
重による力、ウエーハ面内の温度不均一による熱応力な
どが組み合わさってスリップが発生するなどの問題があ
る。このスリップ発生は、ウエーハ径が増大するほど顕
著になり、デバイスのウエーハ単位の歩留りを低下させ
る原因になることは周知のとおりである。
[0004] The increase in the diameter of the wafer increases the yield of devices, but on the other hand, the problem of strength has become more important than before. In particular, in a heat treatment process such as an oxide film formation in a device process, slip occurs due to a combination of a decrease in yield stress due to heat of a silicon wafer, a force due to the weight of the wafer, and a thermal stress due to uneven temperature in the wafer surface. There is such a problem. It is well known that the occurrence of the slip becomes more remarkable as the diameter of the wafer increases, which causes a decrease in the yield of the device per wafer.

【0005】大径ウエーハでのスリップの発生を防止す
るためには、熱処理条件やウエーハ保持方法などを改良
し、応力の集中が起こらないようにすることが必要であ
る。また、ウエーハそのものの強度を上げることも重要
である。
[0005] In order to prevent the occurrence of slip on a large diameter wafer, it is necessary to improve the heat treatment conditions and the method of holding the wafer to prevent the concentration of stress. It is also important to increase the strength of the wafer itself.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、応力集
中を緩和する対策の場合、熱処理中のガス流れの問題や
や熱処理炉の構造上の問題などがあり、決定的な対策は
存在しないのが現状である。
However, in the case of measures to alleviate stress concentration, there are problems such as gas flow during heat treatment and structural problems of the heat treatment furnace, and there is no definitive measure at present. is there.

【0007】一方、ウエーハそのものの強度を上げる対
策については、厚さを厚くするのが有効である他、酸
素、炭素、B等の不純物が強度を向上させることが知ら
れている。しかし、ウエーハの厚みを厚くする方法は、
自重を増大させる問題と、単結晶インゴットから採取さ
れるウエーハの歩留りを低下させる問題があるために、
現実的な対策とは言えない。不純物の添加については、
製品における不純物規格との関係や結晶欠陥の問題など
により添加量が厳しく制限されるために、これも又、決
定的な解決策にはなり得ない。
On the other hand, as a measure to increase the strength of the wafer itself, it is effective to increase the thickness, and it is known that impurities such as oxygen, carbon, and B improve the strength. However, to increase the thickness of the wafer,
Due to the problem of increasing its own weight and the problem of reducing the yield of wafers taken from single crystal ingots,
It is not a realistic measure. Regarding the addition of impurities,
Again, this cannot be a definitive solution because the amount of addition is severely limited due to the relationship with the impurity standard in the product and the problem of crystal defects.

【0008】本発明の目的は、厚みを厚くすることな
く、且つデバイスの電気的特性及び歩留りに悪影響を及
ぼすことなく、高強度を確保することができるシリコン
ウエーハ及びそのウエーハを製造するための結晶育成方
法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a silicon wafer and a crystal for producing the same, which can ensure high strength without increasing the thickness and without adversely affecting the electrical characteristics and yield of the device. It is to provide a training method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】ところで、CZ法による
育成プロセスを経て製造されるシリコンウエーハでは、
熱酸化処理を受けたときに、OSFリングと呼ばれるリ
ング状の酸化誘起積層欠陥を生じることが知られてい
る。OSFリングはそれ自体が半導体素子の特性を劣化
させる原因になるだけでなく、リングの外側と内側では
物性が異なり、OSFリングの外側には格子間原子の凝
集が原因とされる転位クラスタが発生するが、OSFリ
ングの内側は比較的健全とされている。一方、このOS
Fリングについては、引き上げ速度が速くなるに連れて
単結晶の外周側へ移動することが知られている。
Means for Solving the Problems In a silicon wafer manufactured through a growing process by the CZ method,
It is known that when subjected to a thermal oxidation treatment, ring-shaped oxidation-induced stacking faults called OSF rings are generated. The OSF ring not only causes deterioration of the characteristics of the semiconductor device itself, but also has different physical properties outside and inside the ring, and dislocation clusters are generated outside the OSF ring due to aggregation of interstitial atoms. However, the inside of the OSF ring is relatively healthy. On the other hand, this OS
It is known that the F-ring moves to the outer peripheral side of the single crystal as the pulling speed increases.

【0010】このような事情から、これまでは、OSF
リングが、デバイス形成の際に有効部から除外される結
晶最外周部に分布するような高速引き上げ条件で単結晶
の育成が行われている。
[0010] Under such circumstances, the OSF
Single crystals are grown under high-speed pulling conditions such that the rings are distributed at the outermost peripheral portion of the crystal excluded from the effective portion when forming the device.

【0011】しかし、OSFリングの内側にも問題がな
いわけではない。この部分には空孔の凝集が原因とされ
る空孔クラスタが発生している。この欠陥は、ウエーハ
の表面をエッチングすると小さなピットとなって現れる
が、非常に小さなため、これまでは特に問題視されるこ
とはなかった。しかし、近年の著しい集積度の増大に伴
ってパターン幅が非常に微細化したため、高グレードの
単結晶ではこの空孔クラスタさえも問題になり始めた。
However, there is no problem inside the OSF ring. In this portion, vacancy clusters caused by vacancy aggregation occur. These defects appear as small pits when the surface of the wafer is etched, but are so small that they have not been particularly problematic. However, since the pattern width has become very fine with the remarkable increase in the degree of integration in recent years, even this vacancy cluster has begun to become a problem in high-grade single crystals.

【0012】この空孔クラスタは、ウエーハ上にシリコ
ン単結晶の薄膜を成長させた所謂エピタキシャルウエー
ハには殆ど発生しないが、このウエーハは非常に高価で
あるため、CZ法による単結晶の引き上げで空孔クラス
タの少ない結晶を育成することが要求されるようにな
り、この観点から、高グレードの結晶育成では、これま
でとは逆に引き上げ速度を遅くし、OSFリングを引き
上げ結晶の最外周部より内側に発生させて欠陥部分を中
心部に集中させるか、若しくは中心部で消滅させて歩留
りの改善を図る低速引き上げ法が考えられている。
Although this vacancy cluster hardly occurs in a so-called epitaxial wafer in which a silicon single crystal thin film is grown on a wafer, this wafer is very expensive. From this viewpoint, it is required to grow a crystal having a small number of hole clusters. From this viewpoint, in growing a high-grade crystal, the pulling speed is reduced and the OSF ring is pulled up from the outermost periphery of the crystal. A low-speed pulling method has been considered in which a defect portion is generated inside to concentrate the defective portion at the central portion or is eliminated at the central portion to improve the yield.

【0013】しかしながら、この低速引き上げでは、O
SFリング外側での転位クラスタの発生を避けえない。
そして、この転位クラスタは、デバイスでの有害欠陥に
なるおそれがある。このため、低速引き上げでは、OS
Fリングの外側に発生する転位クラスタを少なくするこ
とが必要となる。
However, in this low-speed raising, O
The generation of dislocation clusters outside the SF ring cannot be avoided.
And this dislocation cluster may become a harmful defect in the device. For this reason, in the low-speed raising, the OS
It is necessary to reduce the number of dislocation clusters generated outside the F-ring.

【0014】本発明者らは、以前より低速引き上げでの
転位クラスタの発生を抑える研究を続けており、その過
程で転位クラスタ、特に微細な転位クラスタは、デバイ
ス特性に悪影響を及ぼすことなく、ウエーハの強度を効
果的に高め得ることを知見し、本発明を完成させるに至
った。以下に、この研究成果を説明する。
The present inventors have been conducting research on suppressing the generation of dislocation clusters at low speed pulling, and in the process, dislocation clusters, particularly fine dislocation clusters, have no adverse effect on device characteristics, and the wafer has no adverse effect. Of the present invention can be effectively increased, and the present invention has been completed. The following describes the results of this research.

【0015】CZ法による結晶育成では、育成結晶の固
液界面に熱平衡濃度分だけ空孔と格子間シリコンが取り
込まれる。このうち空孔は、引き上げ熱履歴中の温度勾
配による坂道拡散により、温度の高い融液側へ移動して
行く。また、結晶半径方向の温度分布と結晶表面の空孔
の放出により、結晶表面では空孔は低濃度となる。これ
らのため、空孔の濃度は、温度勾配の小さい結晶中心部
で高く、温度勾配の大きい外周部で低い分布となる。
In crystal growth by the CZ method, vacancies and interstitial silicon are taken into the solid-liquid interface of the grown crystal by a thermal equilibrium concentration. Of these holes, the holes move to the higher temperature side of the melt due to the slope diffusion due to the temperature gradient during the heat history of pulling. Further, due to the temperature distribution in the crystal radial direction and the release of vacancies on the crystal surface, the vacancies on the crystal surface have a low concentration. For this reason, the concentration of vacancies is high at the center of the crystal with a small temperature gradient and low at the outer periphery with a large temperature gradient.

【0016】一方、高温部での格子間シリコンは、拡散
係数が空孔のそれの1/100〜1/1000と低いた
め殆ど動かない。このため、格子間シリコンの濃度は、
結晶半径方向で熱履歴によらずほぼ一定となり、ここに
空孔と格子間シリコンの濃度差が結晶半径方向で生じ
る。通常の高速引き上げの場合の空孔濃度分布及び格子
間シリコン濃度分布を図1(a)に示す。
On the other hand, interstitial silicon in a high temperature part hardly moves because its diffusion coefficient is as low as 1/100 to 1/1000 of that of vacancies. Therefore, the concentration of interstitial silicon is
It becomes almost constant regardless of the thermal history in the crystal radial direction, and a concentration difference between vacancies and interstitial silicon occurs in the crystal radial direction. FIG. 1A shows the vacancy concentration distribution and the interstitial silicon concentration distribution in the case of ordinary high-speed pulling.

【0017】図1(a)から分かるように、空孔の濃度
は結晶中心部ほど高くなるのに対し、格子間シリコン濃
度は結晶半径方向で一定である。そして温度勾配の小さ
い結晶中心部では、空孔濃度が格子間シリコン濃度より
大となり、その濃度差Bが大きくなると、空孔クラスタ
が発生する。一方、温度勾配の大きい結晶外周部では、
格子間シリコン濃度が空孔濃度より大となり、その濃度
差Aが大きくなると、転位クラスタが発生する。
As can be seen from FIG. 1A, the concentration of vacancies increases toward the center of the crystal, while the interstitial silicon concentration is constant in the radial direction of the crystal. Then, in the crystal center portion where the temperature gradient is small, the vacancy concentration becomes higher than the interstitial silicon concentration, and when the concentration difference B increases, vacancy clusters are generated. On the other hand, in the crystal periphery where the temperature gradient is large,
When the interstitial silicon concentration becomes higher than the vacancy concentration and the concentration difference A increases, dislocation clusters are generated.

【0018】ここで引き上げ速度を低下させると、図1
(b)に示すように、高温部の熱履歴が長くなって坂道
拡散が促進されるため、空孔濃度が低下する。しかし、
結晶半径方向の分布形態は変化しない。このため、結晶
中心部では過剰な空孔が減少し、濃度差Bが小さくなる
が、結晶外周部では過剰な格子間シリコンが増加し、濃
度差Aは大きくなる。結果、結晶の外周から転位クラス
タが発生し、その発生位置が通常の発生位置より中心側
へ拡大する。
Here, when the lifting speed is reduced, FIG.
As shown in (b), the heat history of the high-temperature portion becomes longer, and the diffusion of the slope is promoted, so that the vacancy concentration decreases. But,
The distribution form in the crystal radial direction does not change. For this reason, excessive vacancies decrease in the central portion of the crystal and the concentration difference B decreases, but excessive interstitial silicon increases in the peripheral portion of the crystal and the concentration difference A increases. As a result, dislocation clusters are generated from the outer periphery of the crystal, and the generation position is expanded toward the center from the normal generation position.

【0019】このように、低速引き上げでは、OSFリ
ング内側の空孔クラスタ発生域が中心部に狭まるが、そ
の一方ではOSFリング外側での転位クラスタの発生が
避けられない。しかも、低速の場合は結晶が徐冷され、
転位クラスタの成長が促進されるために、転位クラスタ
は肥大する。このような巨大な転位クラスタはデバイス
で有害な欠陥となる危険性が大きい。
As described above, in the low-speed pulling, the vacancy cluster generation area inside the OSF ring narrows to the center, but on the other hand, the generation of dislocation clusters outside the OSF ring is inevitable. In addition, in the case of low speed, the crystal is gradually cooled,
The dislocation cluster enlarges because the growth of the dislocation cluster is promoted. Such a large dislocation cluster has a high risk of becoming a harmful defect in the device.

【0020】ところが、この転位クラスタも微細であれ
ばデバイスでは無害であり、しかも、その微細な転位ク
ラスタは、一方でウエーハ強度を高める作用があり、そ
の微細な転位クラスタが広範囲に分散したウエーハは、
高い機械的強度を保有することが、本発明者らによる研
究から判明した。これは、過剰な格子間シリコンが存在
する単結晶ウエーハでは、その格子間シリコンにより微
小転位ループが形成され、これが熱などの応力を吸収又
は分散させるためと考えられる。
However, if these dislocation clusters are also fine, they are harmless to the device. Further, the fine dislocation clusters have an effect of increasing the wafer strength, and a wafer in which the fine dislocation clusters are dispersed over a wide area cannot be used. ,
It has been found from the studies by the present inventors that they possess high mechanical strength. This is presumably because in a single crystal wafer having excess interstitial silicon, a small dislocation loop is formed by the interstitial silicon, which absorbs or disperses stress such as heat.

【0021】そして、このような高強度のウエーハを製
造するには、結晶育成工程で育成結晶の固液界面近傍を
局所的に急冷して、高温部分での外周部と中心部の温度
勾配差を0.5℃/mm以上とすること、及び結晶引き
上げ速度をその最大速度の70%以下として、OSFリ
ングを結晶径方向の1/2位置より内側に発生させるこ
とにより、OSFリング外側の転位クラスタ発生域を広
げることが有効であるとの知見が得られた。
In order to manufacture such a high-strength wafer, the vicinity of the solid-liquid interface of the grown crystal is locally quenched in the crystal growing step, and a temperature gradient difference between the outer peripheral portion and the central portion at the high temperature portion is obtained. Is set to 0.5 ° C./mm or more, and the crystal pulling speed is set to 70% or less of the maximum speed, and the OSF ring is generated inside the 1 / position in the crystal diameter direction, thereby dislocation outside the OSF ring We found that it was effective to expand the cluster generation area.

【0022】即ち、育成結晶の固液界面近傍を局所的に
急冷して、高温部分での外周部と中心部の温度勾配差を
0.5℃/mm以上とすることにより、最大引き上げ速
度が増大すると共に、結晶外周部に格子間シリコンを過
剰に取り込まれ、しかも、その格子間シリコンの凝集が
凍結され、微細な転位クラスタが形成される。そして、
その増大した最大引き上げ速度に対し、引き上げ速度を
70%以下に相対低下させることにより、OSFリング
が結晶径方向の1/2位置より内側に発生し、ウエーハ
面内の格子間シリコン過剰領域の面積がウエーハ全体の
面積の3/4以上となることにより、高強度のウエーハ
が得られる。
That is, by locally quenching the vicinity of the solid-liquid interface of the grown crystal and setting the temperature gradient difference between the outer peripheral portion and the central portion in the high temperature portion to 0.5 ° C./mm or more, the maximum pulling speed can be reduced. With the increase, interstitial silicon is excessively taken into the outer periphery of the crystal, and the interstitial silicon aggregation is frozen, so that fine dislocation clusters are formed. And
By lowering the pulling speed relatively to 70% or less with respect to the increased maximum pulling speed, an OSF ring is generated inside the half position in the crystal diameter direction, and the area of the interstitial silicon-excess region in the wafer plane is reduced. Is 3/4 or more of the area of the entire wafer, so that a high-strength wafer can be obtained.

【0023】本発明のシリコンウエーハは、上記知見か
ら導き出されたものであり、CZ法を用い、且つOSF
リングが結晶径方向の1/2位置より内側に生じるか若
しくは結晶中心部で消滅する低速育成工程を経て製造さ
れたシリコンウエーハであり、且つ転位クラスタの平均
粒度が100μm以下であることを構成上の特徴点とす
る。
The silicon wafer of the present invention is derived from the above findings, and uses the CZ method and the OSF
A silicon wafer manufactured through a low-speed growth step in which a ring is formed inside a half position in the crystal diameter direction or disappears at the center of the crystal, and the average grain size of the dislocation cluster is 100 μm or less. The feature point of.

【0024】また、本発明の結晶育成方法は、CZ法を
用いてシリコン単結晶を育成する結晶育成方法におい
て、結晶温度が1300℃以上の高温部分で結晶外周部
と結晶中心部の温度勾配差が0.5℃/mm以上となる
ように育成結晶の固液界面近傍を局所的に急冷し、且つ
OSFリングが結晶径方向の1/2位置より内側に生じ
るか、若しくは結晶中心部で消滅する低速条件で引き上
げを行うことを構成上の特徴点とする。
Further, according to the crystal growth method of the present invention, in the crystal growth method for growing a silicon single crystal using the CZ method, the temperature gradient difference between the crystal outer peripheral portion and the crystal center portion at a high temperature portion where the crystal temperature is 1300 ° C. or higher. Is locally quenched in the vicinity of the solid-liquid interface of the grown crystal so that the temperature is 0.5 ° C./mm or more, and an OSF ring is formed inside a half position in the crystal diameter direction or disappears at the center of the crystal. A feature of the configuration is that the lifting is performed under low speed conditions.

【0025】転位クラスタの平均粒度とは、育成結晶か
ら採取したウエーハをセコエッチでエッチングした場合
に見られる複合ピットの長径の平均値のことである。こ
の平均粒度が100μmを超えると、粗大な転位クラス
タがスリップの起点等となり、ウエーハ強度が十分に向
上しない。また、デバイスではその粗大な転位クラスタ
が有害欠陥となる。特に好ましい平均粒度は70μm以
下である。平均粒度の下限は特に規定しないが、転位ク
ラスタが余りに微細であると、強度向上効果が得られな
くなるので、10μm以上が好ましい。
The average grain size of the dislocation cluster is the average value of the major axis of the composite pit observed when the wafer collected from the grown crystal is etched by Secco etch. When the average particle size exceeds 100 μm, coarse dislocation clusters become a starting point of slip and the like, and the wafer strength is not sufficiently improved. In the device, the coarse dislocation cluster becomes a harmful defect. Particularly preferred average particle size is 70 μm or less. The lower limit of the average grain size is not particularly defined, but if the dislocation cluster is too fine, the effect of improving the strength cannot be obtained.

【0026】結晶温度が1300℃以上の高温部分での
結晶外周部と結晶中心部の温度勾配差については、これ
が0.5℃/mm未満の場合は、転位クラスタが十分に
微細化されない。特に好ましい温度勾配差は0.6℃/
mm以上である。
Regarding the difference in temperature gradient between the outer peripheral portion of the crystal and the central portion of the crystal at a high temperature portion where the crystal temperature is 1300 ° C. or more, when the difference is less than 0.5 ° C./mm, the dislocation cluster is not sufficiently refined. A particularly preferred temperature gradient difference is 0.6 ° C /
mm or more.

【0027】育成結晶の固液界面近傍を局所的に急冷す
る方法としては、育成中のシリコン単結晶の外周側に配
置される逆錐状の熱遮蔽部材の下端部での断熱性能を他
の部分での断熱性能よりも強化するのが、簡便性、有効
性の点から好ましい。即ち、CZ法による近年の結晶育
成では、結晶引き上げ路の外側にコーンと呼ばれる逆錐
状の熱遮蔽部材を配置し、引き上げ結晶に外側から入射
する熱を途中で遮蔽して結晶の放熱を促進することによ
り、引き上げ速度を高めることが行われているが、この
熱遮蔽部材の下端部での断熱性能を他の部分での断熱性
能よりも強化することにより、引き上げ直後の結晶高温
部表面への入射熱量が減少し、育成結晶の固液界面近傍
が簡易かつ効果的に局所急冷される。
As a method for locally quenching the vicinity of the solid-liquid interface of the grown crystal, the heat insulation performance at the lower end of the inverted conical heat shielding member arranged on the outer peripheral side of the silicon single crystal being grown is determined by another method. It is preferable to enhance the heat insulation performance at the portion from the viewpoint of simplicity and effectiveness. In other words, in recent crystal growth by the CZ method, an inverted cone-shaped heat shielding member called a cone is arranged outside the crystal pulling path, and heat entering the pulled crystal from outside is promoted on the way to promote heat radiation of the crystal. By doing so, the pulling speed is increased, but by strengthening the heat insulation performance at the lower end of this heat shielding member more than the heat insulation performance at other portions, the heat shielding member is moved to the surface of the crystal high-temperature portion immediately after the pulling. , The amount of incident heat is reduced, and the vicinity of the solid-liquid interface of the grown crystal is easily and effectively locally and rapidly cooled.

【0028】OSFリングの発生位置については、これ
が結晶径方向の1/2位置より外側であると、リング外
側の転位クラスタ発生域が狭まり、ウエーハ強度が十分
に向上しない。また、リング内側の空孔クラスタ発生域
が広がり、その空孔クラスタによる品質低下が問題にな
る。
If the position where the OSF ring is generated is located outside the half position in the crystal diameter direction, the dislocation cluster generation region outside the ring is narrowed, and the wafer strength is not sufficiently improved. In addition, the vacancy cluster generation area inside the ring is widened, and quality degradation due to the vacancy cluster becomes a problem.

【0029】OSFリングを結晶径方向の1/2位置よ
り内側に発生させるには、引き上げ速度を最大引き上げ
速度の70%以下に低下させる。なお、最大引き上げ速
度は、ここでは育成結晶の最大外径をDmaxとし最小
外径をDminとしたとき、(Dmax−Dmin)/
Dmin×100%で表される結晶変形率が2%以下と
なる最大引き上げ速度とする。
In order to generate the OSF ring inside a half position in the crystal diameter direction, the pulling speed is reduced to 70% or less of the maximum pulling speed. Here, the maximum pulling speed is (Dmax−Dmin) / D where the maximum outer diameter of the grown crystal is Dmax and the minimum outer diameter is Dmin.
The maximum pulling speed at which the crystal deformation rate represented by Dmin × 100% becomes 2% or less.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図2は本発明の実施形態に係る結晶
育成方法の説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is an explanatory diagram of the crystal growing method according to the embodiment of the present invention.

【0031】結晶育成装置は、メインチャンバ1と、そ
の上面中心部に連結されたプルチャンバ2とを備えてい
る。これらは、軸方向を垂直とした略円筒状の真空容器
からなり、図示されない水冷機構を有している。メイン
チャンバ1の内部には、略中央に位置して坩堝3が配置
されると共に、坩堝3の外側に位置して円筒状のヒータ
4及び保温材5が配置されている。また、坩堝3の上方
にはコーンと呼ばれる逆錐状の熱遮蔽部材6が同心状に
配置されている。
The crystal growing apparatus includes a main chamber 1 and a pull chamber 2 connected to the center of the upper surface. These are composed of a substantially cylindrical vacuum vessel whose axial direction is vertical, and have a water cooling mechanism (not shown). Inside the main chamber 1, the crucible 3 is arranged substantially at the center, and a cylindrical heater 4 and a heat insulating material 5 are arranged outside the crucible 3. Above the crucible 3, an inverted conical heat shield member 6 called a cone is concentrically arranged.

【0032】坩堝3は石英製の内層容器と黒鉛製の外層
容器とからなり、図示さない支持軸により回転可能かつ
昇降可能に支持されている。坩堝3の上方には、回転式
かつ昇降式の引き上げ軸7がプルチャンバ2を通して吊
り下げられている。熱遮蔽部材6は、結晶温度が130
0℃以上の高温部分で結晶外周部と結晶中心部の温度勾
配差が0.3℃/mm以上となるように育成結晶の固液
界面近傍を局所的に急冷するために、内部全体に断熱材
が充填された通常構造の本体6aの下端部外面に別途断
熱材6bを取り付けた構造になっている。
The crucible 3 comprises an inner container made of quartz and an outer container made of graphite, and is rotatably and vertically movable supported by a support shaft (not shown). Above the crucible 3, a rotary and elevating lifting shaft 7 is suspended through the pull chamber 2. The heat shielding member 6 has a crystal temperature of 130.
In order to locally quench the vicinity of the solid-liquid interface of the grown crystal so that the temperature gradient difference between the crystal periphery and the crystal center becomes 0.3 ° C./mm or more in the high temperature part of 0 ° C. or more, the entire inside is thermally insulated. A heat insulating material 6b is separately attached to the outer surface of the lower end of the main body 6a of the normal structure filled with the material.

【0033】結晶育成を行うには先ず、チャンバを解体
した状態で、坩堝3内にシリコンの多結晶原料を装填す
る。次いで、チャンバを組み立て、その内部を真空排気
した状態でヒータ4を作動させて、坩堝3内の原料を溶
解する。
In order to grow a crystal, first, a polycrystalline silicon raw material is loaded into the crucible 3 with the chamber being disassembled. Next, the chamber 4 is assembled, and the heater 4 is operated in a state where the inside of the chamber is evacuated to melt the raw material in the crucible 3.

【0034】このようにして、坩堝3内にシリコンの原
料融液8が生成されると、引き上げ軸7の下端に装着さ
れた種結晶を原料融液8に浸漬し、この状態から坩堝3
と引き上げ軸7を逆方向に回転させながら引き上げ軸7
を上昇させる。これにより、種結晶の下方にシリコンの
単結晶9が育成される。
When the silicon raw material melt 8 is thus formed in the crucible 3, the seed crystal mounted on the lower end of the pulling shaft 7 is immersed in the raw material melt 8, and the crucible 3 is removed from this state.
While rotating the lifting shaft 7 in the opposite direction.
To rise. As a result, a silicon single crystal 9 is grown below the seed crystal.

【0035】ここにおける引き上げ速度は、OSFリン
グが結晶径方向の1/2位置より内側に生じるか若しく
は中心部で消滅するように、最大引き上げ速度の70%
以下とされる。
The pulling speed here is 70% of the maximum pulling speed such that the OSF ring is generated inside the half position in the crystal diameter direction or disappears at the center.
It is as follows.

【0036】育成された単結晶9では、低速引き上げに
より、OSFリングが小さくなり、空孔クラスタの発生
領域が結晶中心に制限される。OSFリングの外側では
転位クラスタが発生するものの、その転位クラスタは平
均粒度が100μm以下に微細化されている。このた
め、単結晶9から採取されたウエーハは、高強度で有害
欠陥の少ない高品質なものとなる。
In the grown single crystal 9, the OSF ring is reduced by slow pulling, and the region where vacancy clusters are generated is limited to the crystal center. Although dislocation clusters occur outside the OSF ring, the dislocation clusters are refined to have an average grain size of 100 μm or less. Therefore, the wafer collected from the single crystal 9 has high strength and high quality with few harmful defects.

【0037】[0037]

【実施例】次に本発明の実施例を示し、従来例と比較す
ることにより、本発明の効果を明らかにする。
EXAMPLES Next, examples of the present invention will be shown, and the effects of the present invention will be clarified by comparing with the conventional example.

【0038】石英坩堝内にシリコンの多結晶原料を12
0kgチャージし溶解して生成した原料融液から、10
0方位の8インチ結晶を引き上げる際に、従来例とし
て、従来どおりの熱遮蔽部材を使用した。熱遮蔽部材の
下端から融液面までのギャップGは20mmとした。引
き上げ速度は、OSFリングが結晶径方向の1/2位置
に発生するように、最大引き上げ速度の70%とした。
In a quartz crucible, 12 polycrystalline silicon materials were placed.
From the raw material melt produced by charging and dissolving 0 kg, 10
When pulling an 8-inch crystal in the 0 direction, a conventional heat shielding member was used as a conventional example. The gap G from the lower end of the heat shielding member to the melt surface was 20 mm. The pulling speed was set to 70% of the maximum pulling speed so that the OSF ring was generated at a half position in the crystal diameter direction.

【0039】一方、本発明の実施例1として、上記熱遮
蔽部材の下端部(下端から上方へ40mmの部分)の外
面に全周にわたって断熱材を取り付け、この部分におけ
る断熱材の厚みを他の部分における断熱材の厚みの1.
5倍にした。引き上げ速度は、OSFリングが結晶径方
向の1/2位置に発生するように、最大引き上げ速度の
70%とした。
On the other hand, as a first embodiment of the present invention, a heat insulating material is attached to the entire outer surface of the lower end portion (portion 40 mm upward from the lower end) of the heat shielding member, and the thickness of the heat insulating material at this portion is changed to another value. 1. The thickness of the heat insulating material in the part
5 times. The pulling speed was set to 70% of the maximum pulling speed so that the OSF ring was generated at a half position in the crystal diameter direction.

【0040】また、実施例2,3として、熱遮蔽部材の
下端部における断熱材の厚みを他の部分における断熱材
の厚みの2倍、2.5倍にした。引き上げ速度は、OS
Fリングが結晶径方向の1/2位置に発生するように、
最大引き上げ速度の70%とした。
In Examples 2 and 3, the thickness of the heat insulating material at the lower end of the heat shielding member was twice or 2.5 times that of the other portions. The lifting speed is OS
As the F-ring is generated at a half position in the crystal diameter direction,
It was 70% of the maximum pulling speed.

【0041】他方、比較例として、引き上げ速度を最大
引き上げ速度の80%とした。OSFリングは結晶外周
から1/4位置に発生した。熱遮蔽部材は、実施例2と
同様に、下端部における断熱材の厚みを他の部分におけ
る断熱材の厚みの2倍にした。
On the other hand, as a comparative example, the lifting speed was set to 80% of the maximum lifting speed. The OSF ring was generated at a quarter position from the outer periphery of the crystal. In the heat shielding member, the thickness of the heat insulating material at the lower end was twice the thickness of the heat insulating material at the other portions, as in Example 2.

【0042】各例での最大引き上げ速度、引き上げ速
度、結晶温度が1300℃以上の高温部分での結晶外周
部と結晶中心部の温度勾配差、育成結晶から採取した
0.85mm厚のウエーハにおいて転位クラスタの平均
粒度及び降伏応力を調査した結果を表1に示す。また、
各例での転位クラスタの粒度分布を調査した結果を図3
に示す。
In each example, the maximum pulling speed, pulling speed, difference in temperature gradient between the crystal outer peripheral portion and the crystal central portion at a high temperature portion where the crystal temperature is 1300 ° C. or more, dislocation in a 0.85 mm thick wafer collected from the grown crystal. Table 1 shows the results obtained by examining the average grain size and the yield stress of the cluster. Also,
Fig. 3 shows the results of investigation of the particle size distribution of dislocation clusters in each case.
Shown in

【0043】なお、高温部分での温度勾配差は伝熱シミ
ュレーションによる計算及び炉内にシュミレータを配置
しての温度測定により求めた。転位クラスタの粒度は育
成結晶から採取したウエーハをセコエッチし、光学顕微
鏡の倍率100倍でクラスタピット(複合ピット)の長
径を測定することにより調査した。ウエーハの降伏応力
は900℃における測定値である。
The difference in the temperature gradient at the high temperature portion was determined by calculation based on heat transfer simulation and temperature measurement with a simulator placed in the furnace. The grain size of the dislocation cluster was investigated by subjecting a wafer collected from the grown crystal to Secco etching and measuring the major axis of the cluster pit (composite pit) at an optical microscope magnification of 100. Wafer yield stress is a measured value at 900 ° C.

【0044】比較例を除き、OSFリングは結晶径方向
の1/2位置に発生し、リング外側には同じ広さに転位
クラスタが発生したが、本発明の実施例1,2,3では
育成結晶の高温部分が、温度勾配差が0.5℃/mm以
上となるように局所急冷されたため、転位クラスタの平
均粒度が100μm以下に微細化され、その結果、降伏
強度が向上した。
Except for the comparative example, the OSF ring was generated at a half position in the crystal diameter direction, and dislocation clusters were generated at the same width outside the ring. Since the high-temperature portion of the crystal was locally quenched so that the difference in temperature gradient was 0.5 ° C./mm or more, the average grain size of the dislocation cluster was reduced to 100 μm or less, and as a result, the yield strength was improved.

【0045】比較例では、育成結晶の高温部分が、温度
勾配差が0.5℃/mm以上となるように局所急冷され
たが、OSFリングがウエーハの外周近くに発生し、格
子間シリコンが少なかったため、転位クラスタは発生せ
ず、降伏強度は低かった。
In the comparative example, the high temperature portion of the grown crystal was locally quenched so that the difference in temperature gradient was 0.5 ° C./mm or more. However, an OSF ring was generated near the outer periphery of the wafer, and interstitial silicon was generated. Since there were few dislocation clusters, the yield strength was low.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のシリコンウエーハは、広い範囲に微細化した転位クラ
スタを有するので、高強度であり、しかも、有害欠陥が
少なく高品質である。
As is apparent from the above description, the silicon wafer of the present invention has a high strength and a high quality with few harmful defects, because it has dislocation clusters that have been refined in a wide range.

【0048】また、本発明の結晶育成方法は、高強度で
有害欠陥の少ない高品質なシリコンウエーハを簡単かつ
安価に製造することができる。
Further, the crystal growing method of the present invention can easily and inexpensively produce a high-quality silicon wafer having high strength and few harmful defects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】クラスタの発生理由を説明するための濃度分布
図である。
FIG. 1 is a density distribution diagram for explaining the reason for the occurrence of clusters.

【図2】本発明の実施形態に係る結晶育成方法の説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a crystal growing method according to an embodiment of the present invention.

【図3】転位クラスタの粒度分布を示す図表である。FIG. 3 is a table showing a particle size distribution of dislocation clusters.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 メインチャンバ 2 プルチャンバ 3 坩堝 4 ヒータ 5 保温材 6 熱遮蔽部材 6a 本体 6b 断熱材 7 引き上げ軸 8 原料融液 9 単結晶 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main chamber 2 Pull chamber 3 Crucible 4 Heater 5 Heat insulating material 6 Heat shielding member 6a Main body 6b Heat insulating material 7 Pulling shaft 8 Raw material melt 9 Single crystal

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 CZ法を用い、且つOSFリングが結晶
径方向の1/2位置より内側に生じるか若しくは結晶中
心部で消滅する低速育成工程を経て製造されたシリコン
ウエーハであり、且つ転位クラスタの平均粒度が100
μm以下であることを特徴とするシリコンウエーハ。
1. A silicon wafer manufactured using a CZ method and a low-speed growth step in which an OSF ring is generated inside a half position in a crystal diameter direction or disappears at a center of a crystal, and a dislocation cluster is formed. Average particle size of 100
A silicon wafer having a thickness of not more than μm.
【請求項2】 CZ法を用いてシリコン単結晶を育成す
る結晶育成方法において、結晶温度が1300℃以上の
高温部分で結晶外周部と結晶中心部の温度勾配差が0.
5℃/mm以上となるように育成結晶の固液界面近傍を
局所的に急冷し、且つOSFリングが結晶径方向の1/
2位置より内側に生じるか、若しくは結晶中心部で消滅
する低速条件で引き上げを行うことを特徴とする結晶育
成方法。
2. A crystal growing method for growing a silicon single crystal using a CZ method, wherein a difference in temperature gradient between a crystal outer peripheral portion and a crystal central portion is 0.degree.
The vicinity of the solid-liquid interface of the grown crystal is locally quenched so as to be 5 ° C./mm or more, and the OSF ring is 1/1 of the crystal diameter direction.
A crystal growing method, wherein pulling is performed under a low-speed condition where the pull-up occurs inside two positions or disappears at the center of the crystal.
【請求項3】 育成中のシリコン単結晶の外周側に配置
される逆錐状の熱遮蔽部材の下端部での断熱性能を他の
部分での断熱性能よりも強化することを特徴とする請求
項1に記載の結晶育成方法。
3. The heat insulating performance at the lower end of the inverted conical heat shielding member arranged on the outer peripheral side of the silicon single crystal being grown is enhanced more than the heat insulating performance at other parts. Item 4. The crystal growing method according to Item 1.
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