JPH11335198A - Silicon single crystal wafer and its production - Google Patents

Silicon single crystal wafer and its production

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JPH11335198A
JPH11335198A JP8045199A JP8045199A JPH11335198A JP H11335198 A JPH11335198 A JP H11335198A JP 8045199 A JP8045199 A JP 8045199A JP 8045199 A JP8045199 A JP 8045199A JP H11335198 A JPH11335198 A JP H11335198A
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silicon single
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wafer
cop
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正博 田中
Misao Ogawa
操 小川
Toshio Iwasaki
俊夫 岩崎
Hirobumi Harada
博文 原田
Atsushi Fukuda
淳 福田
Masami Hasebe
政美 長谷部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a wafer having few grown-in defects such as a COP(crystal originated particle) by regulating the in-plane distribution of the COP, an oxygen concentration and/or an impurity concentration observed in the silicon single crystal wafer so as to be one or more kinds of concentric circular, helical and radial shapes. SOLUTION: When a wafer obtained from a grown silicon single crystal has a in-plane distribution of a COP, an oxygen concentration and/or an impurity concentration regulated so as to have concentric circular, helical or radial shapes having >=1 mm distances thereof, an area density of the COP regulated so as to be <=1.6/cm<2> or a defect-free region regulated so as to be >=20% based on the whole area of the wafer, grown-in defects are decreased and the yield of devices is improved. The wafer is obtained by applying a cusped magnetic field on a molten liquid to stabilize the condition of the molten liquid at the interface while growing the single crystal, changing the growth rate of a micro single crystal and a molten liquid temperature in good accuracy, changing the oxygen concentration and the impurity concentration, and forming an absorbing layer of point defects in good control.

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、結晶欠陥の少ない
チョクラルスキー法(以下、Cz法と称す)によるシリ
コン単結晶ウェーハ、およびその製造方法に関する。特
に、COP(Crystal Originated
Particle)の少ないシリコン単結晶ウェーハ、
およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon single crystal wafer produced by the Czochralski method (hereinafter referred to as Cz method) having few crystal defects, and a method for producing the same. In particular, COP (Crystal Originated)
Particle) low silicon single crystal wafer,
And its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のCz法により引き上げられたシリ
コン単結晶には、単結晶引き上げ中に結晶内に結晶欠陥
が形成される。単結晶引き上げ中に形成される結晶欠陥
はGrown−in欠陥と呼ばれており、Grown−
in欠陥は、その検出方法によって様々な名称が付けら
れている。例えば、選択エッチング液であるセコ液にシ
リコンウェーハを浸漬することにより、ウェーハ表面に
現れる特殊なさざなみ模様(フローパターン)のピット
として検出されるものはフローパターン欠陥と呼ばれ
る。また、赤外線レーザーをシリコンウェーハに入射
し、その散乱により検出されるものは、赤外散乱欠陥と
呼ばれる。さらに、シリコンウェーハの製造工程におい
てパーティクル除去のために一般的に行われるアンモニ
ア水と過酸化水素水の混合溶液中で洗浄した後のウェー
ハ表面に0.05〜0.20μm程度(約0.15μ
m)の大きさのくぼみ(ピット)としてパーティクル検
査装置により検出されるものは、COPと呼ばれる。な
お、COPは、パーティクル検査装置により初めて発見
されたため、結晶起因の“パーティクル”との名称が付
けられているが、その後の調査で欠陥がパーティクルで
はなく、ピットであることが明らかにされている。
2. Description of the Related Art In a silicon single crystal pulled by a conventional Cz method, crystal defects are formed in the crystal during single crystal pulling. A crystal defect formed during single crystal pulling is called a “Grown-in defect”.
The in defect is given various names depending on the detection method. For example, a pit that has a special ripple pattern (flow pattern) that appears on the wafer surface by immersing a silicon wafer in a Seco liquid that is a selective etching liquid is called a flow pattern defect. An infrared laser that is incident on a silicon wafer and detected by its scattering is called an infrared scattering defect. Further, after cleaning in a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution generally performed for removing particles in a silicon wafer manufacturing process, the wafer surface is about 0.05 to 0.20 μm (about 0.15 μm).
What is detected by the particle inspection apparatus as a pit having a size of m) is called a COP. Since the COP was first discovered by a particle inspection apparatus, it is named as “particle” originating from a crystal. However, a subsequent investigation has revealed that the defect is not a particle but a pit. .

【0003】ところで、COPが存在するシリコンウェ
ーハを半導体デバイスに使用し、COPの存在する位置
上に、半導体デバイスの基本素子構造であるMOS構造
のゲート酸化膜が形成されるとその信頼性を著しく低下
させ、また、配線が形成されるとパターン切れ等を引き
起こす。特に、最近主力のデバイス(64M−DRA
M)の素子構造は0.3μmと非常に微細なため、約
0.15μmのピットは重大な不良原因となり、デバイ
スの製造歩留を著しく低下させてしまう。したがって、
シリコンウェーハのCOPは極力低減させることが望ま
しい。
When a silicon wafer having a COP is used for a semiconductor device and a gate oxide film having a MOS structure, which is a basic element structure of the semiconductor device, is formed on a position where the COP is present, the reliability of the device is remarkably increased. If the wiring is formed, the pattern may be cut. In particular, recently the mainstay device (64M-DRA)
Since the element structure of M) is very fine, 0.3 μm, the pit of about 0.15 μm causes a serious defect, and significantly reduces the production yield of the device. Therefore,
It is desirable to reduce the COP of the silicon wafer as much as possible.

【0004】最近の研究により、フローパターン欠陥、
赤外散乱欠陥、COP等のGrown−in欠陥のオリ
ジンは同じものであり、その実体は八面体のボイド(空
洞)であることが明らかになった。このボイドは、単結
晶が凝固した直後に取り込まれる原子空孔(点欠陥の一
種)が、単結晶が冷却されるにつれて過飽和な状態とな
り、やがて1100℃〜1050℃付近の温度域を通過
する際に凝集することで形成されたものであることが明
らかになってきた。
[0004] Recent studies have shown that flow pattern defects,
It has been revealed that the origins of the infrared scattering defect and the origin of the grown-in defect such as COP are the same, and the substance is an octahedral void (cavity). The voids are formed when the atomic vacancies (a kind of point defect) taken in immediately after the single crystal is solidified become supersaturated as the single crystal is cooled, and eventually pass through a temperature range around 1100 ° C. to 1050 ° C. It has become clear that they are formed by agglomeration.

【0005】以上の知見に基づいて、Grown−in
欠陥を低減する方法として、凝固後の単結晶の冷却条件
の改善について数多くの提案がなされてきた。例えば、
特開平3−275598号公報では、COPを低減する
ために、結晶が固化してから900℃までの冷却速度を
1.2℃/分より大きくする方法が示され、一方、特開
平4−42893号公報では、COPを低減するため
に、1200℃から800℃までの冷却速度を0.4℃
/分より小さくする方法が示され、特開平6−1687
号公報では、ゲート酸化膜の信頼性を向上させるため
に、シリコン融液の固液界面直上から3cmまでの範囲
の温度勾配を5℃/cm以上とする方法が示され、特開
平6−279188号公報では、COPあるいはフロー
パターン欠陥あるいは赤外散乱欠陥を低減するために、
1420℃〜1200℃の間の温度に1時間以上シリコ
ン単結晶を保持する方法が示され、特開平8−1249
3号公報では、赤外散乱欠陥を低減させる、あるいはゲ
ート酸化膜の信頼性を改善するために、シリコン融液か
ら1300℃までの温度範囲における結晶軸方向の温度
勾配をG(℃/mm)とし、単結晶の引上速度をf
p(mm/分)としたとき、fp/Gを0.25mm2
℃・分以上にし、かつ1150℃から1000℃までの
冷却速度を2.0℃/分以下とする方法が示されてい
る。
[0005] Based on the above findings, the Green-in
As a method of reducing defects, many proposals have been made on improvement of cooling conditions of a single crystal after solidification. For example,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-275598 discloses a method in which the cooling rate from the solidification of a crystal to 900 ° C. is set higher than 1.2 ° C./min in order to reduce the COP. According to the publication, in order to reduce COP, the cooling rate from 1200 ° C. to 800 ° C. is set to 0.4 ° C.
/ Min is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 6-1687.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-279188 discloses a method in which a temperature gradient in a range from immediately above a solid-liquid interface of a silicon melt to 3 cm is set to 5 ° C./cm or more in order to improve the reliability of a gate oxide film. In order to reduce COP or flow pattern defects or infrared scattering defects,
A method of holding a silicon single crystal at a temperature between 1420 ° C. and 1200 ° C. for one hour or more is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H08-1249.
In Japanese Patent Publication No. 3 (2003), in order to reduce infrared scattering defects or improve the reliability of a gate oxide film, the temperature gradient in the crystal axis direction in a temperature range from a silicon melt to 1300 ° C. is G (° C./mm). And the pulling speed of the single crystal is f
When p (mm / min), f p / G is 0.25 mm 2 /
A method is described in which the cooling rate from 1150 ° C. to 1000 ° C. is 2.0 ° C./min or less.

【0006】しかしながら、これらの方法はいずれも単
結晶の冷却条件を変更することによってGrown−i
n欠陥を低減させる手法であり、単結晶全長にわたって
同じ効果を均一に与えるためには引上炉の構造や引上炉
内部の構造を変更する必要があり、コストアップにつな
がっていた。また、これらの方法では、Grown−i
n欠陥のオリジンであるボイド欠陥のサイズを見かけ上
小さくしたり、密度を見かけ上低下させることは可能で
あるが、ボイド欠陥の構成要素(原料)である原子空孔
の濃度そのものを下げることはできなかった。したがっ
て、単結晶育成中に原子空孔の濃度そのものを低減する
方法が求められていたが、従来はそのような方法がなか
った。
[0006] However, all of these methods change the cooling conditions of the single crystal to obtain the grown-i.
This is a method for reducing n defects, and in order to provide the same effect uniformly over the entire length of the single crystal, it is necessary to change the structure of the pulling furnace and the structure inside the pulling furnace, leading to an increase in cost. Also, in these methods, the Green-i
Although it is possible to apparently reduce the size of the void defect, which is the origin of the n-defect, or to apparently decrease the density, it is not possible to reduce the concentration itself of the atomic vacancy, which is a component (raw material) of the void defect. could not. Therefore, there has been a demand for a method of reducing the concentration of atomic vacancies during the growth of a single crystal, but there has been no such method.

【0007】一般的なCz法では、石英ルツボの中に多
結晶シリコンを入れ溶解し、その融液にシリコン単結晶
をシーディングした後、引き上げる。融液は常に石英ル
ツボに接触しているため石英ルツボから溶け出した酸素
原子を多量に含んでおり、その融液から引き上げられた
シリコン単結晶にも過飽和な固溶酸素原子が多量に含ま
れている。
In a general Cz method, polycrystalline silicon is put in a quartz crucible and melted, and a silicon single crystal is seeded in the melt and then pulled up. Since the melt is always in contact with the quartz crucible, it contains a large amount of oxygen atoms dissolved from the quartz crucible, and the silicon single crystal pulled from the melt also contains a large amount of supersaturated solid solution oxygen atoms. ing.

【0008】一方、一般的なCz法によりシリコン単結
晶を製造する方法以外に、融液に磁場を印加しながらC
z法により単結晶を引き上げる方法(MCZ法、Mag
netic field applied Cz法)が
ある。
On the other hand, in addition to the method of manufacturing a silicon single crystal by the general Cz method, the C
A method of pulling a single crystal by the z method (MCZ method, Mag
net-field applied Cz method).

【0009】MCZ法には、磁場の印加の仕方により、
カスプ磁場印加MCZ法や水平磁場印加MCZ法があ
る。MCZ法は磁場により融液の流れを制御することに
よって、酸素濃度を制御する手法として提案されてき
た。
In the MCZ method, depending on the method of applying a magnetic field,
There are a cusp magnetic field applying MCZ method and a horizontal magnetic field applying MCZ method. The MCZ method has been proposed as a technique for controlling the oxygen concentration by controlling the flow of a melt by a magnetic field.

【0010】カスプ磁場印加MCZ法による単結晶引上
装置は、例えば特開昭58−217493号公報に示さ
れており、引上装置の外壁の上下に同極対向磁石(例え
ば超電導マグネット)と、磁場印加装置の両極の間に設
けられた炉体と、炉体の内部に設けられシリコン融液を
保持する石英ルツボと、シリコン融液を加熱するヒータ
ーと、シリコン単結晶棒を回転させながら引き上げる引
上機構とを有して構成されている。同極対向磁石により
融液内には等軸対称的かつ放射状のカスプ磁場が形成さ
れる。カスプ磁場を印加することによって石英ルツボ内
のシリコン融液の熱対流は均一に抑制され、軸対称の温
度分布が得られるため、均一な結晶性を有する単結晶を
引き上げることができる。また、半径方向の融液の対流
を抑制することができるため、石英ルツボからの酸素の
混入を低減することができる。しかし、従来のカスプ磁
場印加MCZ法は、酸素濃度の低減に用いられることは
あっても、COP等のGrown−in欠陥の低減に応
用されることはなかった。
A single crystal pulling apparatus using a cusp magnetic field applying MCZ method is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-217493, in which a same-polar opposing magnet (for example, a superconducting magnet) is provided above and below the outer wall of the pulling apparatus. A furnace provided between the two poles of the magnetic field applying device, a quartz crucible provided inside the furnace and holding a silicon melt, a heater for heating the silicon melt, and a silicon single crystal rod pulled up while rotating. And a lifting mechanism. An equiaxially symmetric and radial cusp magnetic field is formed in the melt by the same-pole opposed magnet. By applying a cusp magnetic field, the heat convection of the silicon melt in the quartz crucible is uniformly suppressed, and an axially symmetric temperature distribution is obtained, so that a single crystal having uniform crystallinity can be pulled. Further, since the convection of the melt in the radial direction can be suppressed, the mixing of oxygen from the quartz crucible can be reduced. However, although the conventional cusp magnetic field applying MCZ method is used for reducing the oxygen concentration, it has not been applied to the reduction of a grown-in defect such as COP.

【0011】また、水平磁場印加MCZ法による単結晶
引上装置は、例えば特開昭56−45889号公報に示
されており、水平方向に磁場を発生する磁場印加装置
と、磁場印加装置の両極の間に設けられた炉体と、炉体
内部に設けられシリコン融液を保持する石英ルツボと、
シリコン融液を加熱するヒーターと、シリコン単結晶棒
を回転させながら引き上げる引上機構とを有して構成さ
れている。水平磁場を印加することによって石英ルツボ
内のシリコン融液の熱対流を抑制することにより、石英
ルツボからの酸素の混入を大幅に低減するとともに、シ
リコンの固液界面をより静的な状態に保つことができ
る。しかし、従来の水平磁場印加MCZ法は、酸素濃度
の低減に用いられることはあっても、COP等のGro
wn−in欠陥の低減に応用されることはなかった。
A single crystal pulling apparatus using a horizontal magnetic field applying MCZ method is disclosed in, for example, JP-A-56-45889. Furnace body provided between, and a quartz crucible provided inside the furnace body and holding a silicon melt,
It has a heater for heating the silicon melt and a pulling-up mechanism for pulling up the silicon single crystal rod while rotating it. By suppressing the thermal convection of the silicon melt in the quartz crucible by applying a horizontal magnetic field, the mixing of oxygen from the quartz crucible is greatly reduced and the solid-liquid interface of silicon is kept more static. be able to. However, the conventional horizontal magnetic field applying MCZ method may be used to reduce oxygen concentration,
It was not applied to the reduction of wn-in defects.

【0012】また、冷却方法を改善すること等によって
Grown−in欠陥を低減した従来のシリコン単結晶
ウェーハのCOPの面内分布は、ウェーハと中心を同じ
くする円の内側に存在する円盤状の形態を持つ場合はあ
ったが、同心円の線上のみに分布したり、らせん状や放
射状、あるいはそれらの組み合わせの分布形態を持つこ
とはなかった。このような線上にCOPが分布している
ウェーハを半導体デバイスに使用した場合には、COP
が円盤状に分布する従来のウェーハに比べてCOPの影
響を受けるデバイスが少なく、デバイス歩留が向上す
る。したがって、このように線上にCOPが分布するウ
ェーハが求められていたが、従来は存在しなかった。
In addition, the in-plane distribution of COP of a conventional silicon single crystal wafer in which the grown-in defect is reduced by improving the cooling method or the like has a disk-like shape existing inside a circle having the same center as the wafer. However, it was not distributed only on a concentric line, or had a spiral, radial, or a combination thereof. When a wafer in which COP is distributed on such a line is used for a semiconductor device, COP
The number of devices affected by the COP is smaller than that of a conventional wafer in which the particles are distributed in a disk shape, and the device yield is improved. Accordingly, there has been a demand for a wafer in which the COP is distributed on the line as described above, but there has been no conventional wafer.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点に鑑み、結晶欠陥の少ない、特にCOP等のG
rown−in欠陥の少ないシリコン単結晶ウェーハお
よびその製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, the present invention has few crystal defects.
An object of the present invention is to provide a silicon single crystal wafer having few row-in defects and a method for manufacturing the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記の
手段により達成される。
The object of the present invention is achieved by the following means.

【0015】(1) チョクラルスキー法により育成さ
れたシリコン単結晶から得られたシリコン単結晶ウェー
ハであって、該ウェーハに見られるCOP、酸素濃度及
び/又は不純物濃度の面内分布が、同心円状、らせん状
及び放射状の1種又は2種以上の形態であることを特徴
とするシリコン単結晶ウェーハ。
(1) A silicon single crystal wafer obtained from a silicon single crystal grown by the Czochralski method, wherein the in-plane distribution of COP, oxygen concentration and / or impurity concentration found in the wafer is concentric. A single crystal silicon wafer characterized in that the silicon single crystal wafer is in one or more of a shape of spiral, spiral and radial.

【0016】(2) 前記ウェーハの面内分布の形態に
おいて、その間隔が1mm以上である(1)記載のシリ
コン単結晶ウェーハ。
(2) The silicon single crystal wafer according to (1), wherein the spacing is 1 mm or more in the form of in-plane distribution of the wafer.

【0017】(3) 前記シリコン単結晶ウェーハにお
いて、直径換算で0.10μm以上のCOPの面積密度
が、該ウェーハの面積全体の平均で1.6個/cm2
下である(1)又は(2)に記載のシリコン単結晶ウェ
ーハ。
(3) In the silicon single crystal wafer, the area density of COP having a diameter of 0.10 μm or more in terms of diameter is 1.6 / cm 2 or less on average over the entire area of the wafer (1) or (1). The silicon single crystal wafer according to 2).

【0018】(4) 前記シリコン単結晶ウェーハにお
いて、前記COPの存在していない領域の面積が、該ウ
ェーハの面積全体に対して20%以上である(1)〜
(3)のいずれか一つに記載のシリコン単結晶ウェー
ハ。
(4) In the silicon single crystal wafer, the area of the region where the COP does not exist is 20% or more of the entire area of the wafer.
The silicon single crystal wafer according to any one of (3).

【0019】(5) チョクラルスキー法によるシリコ
ン単結晶ウェーハの製造方法において、シリコン単結晶
の育成中に該単結晶内に点欠陥の吸収層を形成すること
を特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
(5) A method of manufacturing a silicon single crystal wafer by the Czochralski method, wherein an absorption layer of point defects is formed in the silicon single crystal during growth of the silicon single crystal. Production method.

【0020】(6) 前記シリコン単結晶の育成中の固
液界面における単結晶成長速度の変動、あるいは該固液
界面における融液温度変動による酸素濃度及び/又は不
純物濃度の変動が5%未満であるホットゾーンで前記シ
リコン単結晶を育成する(5)記載のシリコン単結晶ウ
ェーハの製造方法。
(6) When the fluctuation of the single crystal growth rate at the solid-liquid interface during the growth of the silicon single crystal or the fluctuation of the oxygen concentration and / or the impurity concentration due to the fluctuation of the melt temperature at the solid-liquid interface is less than 5%. The method for producing a silicon single crystal wafer according to (5), wherein the silicon single crystal is grown in a certain hot zone.

【0021】(7) 前記シリコン単結晶の育成中の固
液界面における単結晶成長速度の変動、あるいは該固液
界面における融液温度変動による酸素濃度及び/又は不
純物濃度の変動を、連続的にあるいは周期的に、最大5
%加えて、該単結晶内に前記点欠陥の吸収層を形成する
(5)又は(6)に記載のシリコン単結晶ウェーハの製
造方法。
(7) The fluctuation of the single crystal growth rate at the solid-liquid interface during the growth of the silicon single crystal, or the fluctuation of the oxygen concentration and / or the impurity concentration due to the fluctuation of the melt temperature at the solid-liquid interface are continuously detected. Or periodically, up to 5
(5) or (6), wherein the absorption layer for the point defect is formed in the single crystal.

【0022】(8) 前記シリコン単結晶の育成に伴っ
て連続的にあるいは周期的に加える変動が、単結晶の引
上げ方向に0.5mm以上の間隔である(7)記載のシ
リコン単結晶ウェーハの製造方法。
(8) The silicon single crystal wafer according to (7), wherein the variation applied continuously or periodically with the growth of the silicon single crystal is 0.5 mm or more in the pulling direction of the single crystal. Production method.

【0023】(9) 前記変動が、単結晶又はルツボの
回転速度を連続的にあるいは周期的に変化させることで
ある(7)記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
(9) The method for manufacturing a silicon single crystal wafer according to (7), wherein the variation is to change the rotation speed of the single crystal or the crucible continuously or periodically.

【0024】(10) 前記変動が、前記シリコン単結
晶の直径をD(in)としたとき、単結晶の回転速度を
2000/D2〜600/D2(rpm)から300/D
2〜0(rpm)へ遷移時間2分〜1秒で減少させ、引
き続き単結晶の回転速度を300/D2〜0(rpm)
で1秒〜1分間単結晶を育成した後に、単結晶の回転速
度を2000/D2〜600/D2(rpm)へ遷移時間
2分〜1秒で増加させることである(9)記載のシリコ
ン単結晶ウェーハの製造方法。
(10) When the diameter of the silicon single crystal is D (in), the rotation speed of the single crystal is from 2000 / D 2 to 600 / D 2 (rpm) to 300 / D.
The transition time is reduced to 2 to 0 (rpm) in 2 minutes to 1 second, and the rotation speed of the single crystal is subsequently reduced to 300 / D 2 to 0 (rpm).
The method according to (9), wherein after the single crystal is grown for 1 second to 1 minute, the rotation speed of the single crystal is increased from 2000 / D 2 to 600 / D 2 (rpm) in a transition time of 2 minutes to 1 second. A method for manufacturing a silicon single crystal wafer.

【0025】(11) 前記シリコン単結晶の引上速度
を連続的にあるいは周期的に変動させる(7)〜(1
0)のいずれか一つに記載のシリコン単結晶ウェーハの
製造方法。
(11) The pulling speed of the silicon single crystal is varied continuously or periodically (7) to (1).
0) The method for producing a silicon single crystal wafer according to any one of the above 1).

【0026】(12) 前記シリコン単結晶の育成中
に、融液に対して磁場を印加する(5)〜(11)のい
ずれか一つに記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方
法。
(12) The method for producing a silicon single crystal wafer according to any one of (5) to (11), wherein a magnetic field is applied to the melt during the growth of the silicon single crystal.

【0027】(13) 前記磁場印加が、融液を収納す
る石英ルツボの壁において100ガウス以上のカスプ磁
場の印加である(12)記載のシリコン単結晶ウェーハ
の製造方法。
(13) The method for manufacturing a silicon single crystal wafer according to (12), wherein the application of the magnetic field is an application of a cusp magnetic field of 100 gauss or more on the wall of the quartz crucible containing the melt.

【0028】(14) 前記カスプ磁場の磁場強度ある
いはゼロ磁場位置を連続的にあるいは周期的に変動させ
る(13)記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
(14) The method for manufacturing a silicon single crystal wafer according to (13), wherein the magnetic field strength of the cusp magnetic field or the zero magnetic field position is continuously or periodically varied.

【0029】(15) 前記磁場印加が、融液を収納す
る石英ルツボの壁において500ガウス以上の水平磁場
の印加である(12)記載のシリコン単結晶ウェーハの
製造方法。
(15) The method for manufacturing a silicon single crystal wafer according to (12), wherein the application of the magnetic field is an application of a horizontal magnetic field of 500 gauss or more on the wall of the quartz crucible containing the melt.

【0030】(16) 前記水平磁場の磁場強度を連続
的にあるいは周期的に変動させる(15)記載のシリコ
ン単結晶ウェーハの製造方法。
(16) The method for producing a silicon single crystal wafer according to (15), wherein the magnetic field strength of the horizontal magnetic field is continuously or periodically varied.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】Cz法でシリコン単結晶を育成す
ると、固液界面から単結晶内に点欠陥(原子空孔と格子
間原子)が取り込まれる。原子空孔と格子間原子は、単
結晶が冷却されるにつれて対消滅して減少するが、単結
晶に取り込まれる濃度は原子空孔の方が数桁高いため
に、対消滅後に単結晶内に残る点欠陥は原子空孔にな
る。この原子空孔は、単結晶が冷却されるに伴い過飽和
な状態となり、単結晶が1100℃以下になると単体で
存在するよりも凝集した方が安定となり、凝集体を形成
する。COP等のGrown−in欠陥のオリジンであ
るボイド欠陥は、過飽和な原子空孔が1100℃以下で
凝集したものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS When a silicon single crystal is grown by the Cz method, point defects (atomic vacancies and interstitial atoms) are incorporated into the single crystal from the solid-liquid interface. The vacancies and interstitial atoms annihilate and decrease as the single crystal cools, but the concentration incorporated in the single crystal is several orders of magnitude higher in the vacancies, so that The remaining point defects become vacancies. These atomic vacancies become supersaturated as the single crystal is cooled, and when the single crystal is cooled to 1100 ° C. or lower, it is more stable to aggregate than to exist alone and to form an aggregate. A void defect, which is the origin of a grown-in defect such as COP, is formed by aggregation of supersaturated vacancies at 1100 ° C. or lower.

【0032】本発明者等は、シリコン単結晶ウェーハに
おけるこのボイド欠陥を抜本的に低減するには、ボイド
欠陥の構成要素である原子空孔の濃度を低減することが
必要であると考え、鋭意検討した。その結果、ウェーハ
内の原子空孔の濃度を低減させるためには、特定形態の
欠陥分布を持たせることが重要であることを見出した。
即ち、Cz法により育成されたシリコン単結晶から得ら
れたウェーハであって、該ウェーハに見られるCOP、
酸素濃度及び/又は不純物濃度の面内分布が、同心円
状、らせん状及び放射状の1種又は2種以上の形態であ
るシリコン単結晶ウェーハを用いて、半導体デバイスを
作製した場合、COP等のGrown−in欠陥の存在
する領域が線状(帯状)になるため、COP等の欠陥の
影響を受けるデバイスが少なくなり、デバイス歩留が良
好になる。
The present inventors have thought that it is necessary to reduce the concentration of atomic vacancies, which are constituents of void defects, in order to drastically reduce the void defects in a silicon single crystal wafer, and have earnestly considered. investigated. As a result, they have found that it is important to have a specific form of defect distribution in order to reduce the concentration of atomic vacancies in the wafer.
That is, a wafer obtained from a silicon single crystal grown by the Cz method, wherein COP,
When a semiconductor device is manufactured using a silicon single crystal wafer in which the in-plane distribution of the oxygen concentration and / or the impurity concentration is one or more of concentric, spiral, and radial forms, a GOP such as COP is used. Since the region where the -in defect exists becomes linear (strip-like), the number of devices affected by defects such as COP is reduced, and the device yield is improved.

【0033】そして、COP、酸素濃度及び/又は不純
物濃度の面内分布の形態において、その間隔が1mm以
上である場合には、Grown−in欠陥の存在しない
領域をウェーハ内で広く確保でき、欠陥の影響を受ける
デバイスを更に少なくできることから、デバイス歩留が
より向上する。
In the case of the in-plane distribution of the COP, the oxygen concentration and / or the impurity concentration, when the interval is 1 mm or more, a region where no grown-in defect exists can be widely secured in the wafer, and Can be further reduced, and the device yield is further improved.

【0034】また、このようなCOPの面積密度が、ウ
ェーハ全体の平均で1.6個/cm 2以下である場合、
そのウェーハを用いて製造した半導体デバイスの歩留は
更に良好になる。
The area density of such COPs is
1.6 wafers / cm on average for the entire wafer TwoIf
The yield of semiconductor devices manufactured using the wafer is
It becomes even better.

【0035】また、COPの存在していない無欠陥領域
の面積が、ウェーハ全体の面積の20%以上である場合
には、デバイス歩留はさらに良好になる。ここで、CO
Pの存在領域とは、COP位置を中心に半径4mm以内
の領域である。したがって、COPが存在していない領
域とは、ウェーハ全面からCOPの存在領域を差し引い
た領域を指す。
When the area of the defect-free region where no COP exists is 20% or more of the area of the entire wafer, the device yield is further improved. Where CO
The P existence area is an area within a radius of 4 mm around the COP position. Therefore, the region where the COP does not exist refers to a region obtained by subtracting the region where the COP exists from the entire surface of the wafer.

【0036】なお、COPは、その大きさや個数をレー
ザーの散乱を利用する異物検査装置で測定できるし、原
子間力顕微鏡(AFM、Atomic Force M
icroscopy)によって直接測定することもでき
る。
The size and number of COPs can be measured by a foreign substance inspection device utilizing laser scattering, and can be measured by an atomic force microscope (AFM, Atomic Force M).
(microscopic).

【0037】このような品質を有するシリコン単結晶ウ
ェーハであればその製造方法は特に限定しないが、効率
良く製造するためには、単結晶育成中に単結晶内に点欠
陥の吸収層を形成することが有効で、これにより点欠陥
の吸収層の周囲に無欠陥層が幅広く形成されることを見
出した。ここで、点欠陥の吸収層とは、点欠陥濃度の濃
淡分布において濃度の高い領域のことを示している。即
ち、周囲の点欠陥をゲッタリングしたため濃度が高くな
った領域や、反応によって点欠陥が減少した領域に隣接
する領域や、あるいは単結晶が凝固した時点で形成され
た点欠陥濃度の高い領域等も、点欠陥の吸収層に含まれ
る。
The manufacturing method is not particularly limited as long as it is a silicon single crystal wafer having such a quality, but in order to manufacture efficiently, an absorption layer of point defects is formed in the single crystal during single crystal growth. Was found to be effective, whereby a defect-free layer was formed widely around the point defect absorbing layer. Here, the point defect absorption layer indicates a region having a high density in the density distribution of the point defect density. That is, a region where the concentration is increased due to gettering of the surrounding point defects, a region adjacent to the region where the point defects are reduced by the reaction, or a region where the concentration of the point defects formed when the single crystal is solidified is high. Are also included in the point defect absorption layer.

【0038】さらに、本発明者等は、シリコン単結晶を
育成中の固液界面におけるミクロな単結晶の成長速度の
変動や、固液界面における融液温度変動による酸素濃度
・不純物濃度の変動が5%未満となるような引上炉内部
の組立構造(ホットゾーン構造)でシリコン単結晶を育
成する場合には、点欠陥の吸収層を極めて制御良く形成
できることを見出した。
Further, the present inventors have found that the fluctuation of the growth rate of the micro single crystal at the solid-liquid interface during the growth of the silicon single crystal and the fluctuation of the oxygen concentration and impurity concentration due to the fluctuation of the melt temperature at the solid-liquid interface. It has been found that when growing a silicon single crystal with an assembly structure (hot zone structure) inside the pulling furnace of less than 5%, an absorption layer for point defects can be formed with very good control.

【0039】そして、点欠陥の吸収層をより積極的に形
成するためには、シリコン単結晶を育成中の固液界面に
おけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、ある
いは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度・
不純物濃度を変動させたりすることにより、結晶軸方向
のある間隔で、結晶軸に垂直に点欠陥の吸収層を形成す
ることができることを見出した。ここで、不純物とは、
ドーパントであるホウ素や燐を含め、炭素やアルミニウ
ム、あるいは銅や錫等の金属元素を示している。
In order to more positively form the point defect absorption layer, the growth rate of the micro single crystal at the solid-liquid interface during growth of the silicon single crystal is changed, or the melting rate at the solid-liquid interface is increased. Oxygen concentration
By varying the impurity concentration, it has been found that an absorption layer of point defects can be formed at a certain interval in the crystal axis direction and perpendicular to the crystal axis. Here, the impurity is
Metal elements such as carbon and aluminum, copper and tin, including dopants such as boron and phosphorus.

【0040】この変動を連続的あるいは周期的に与える
ことによって、単結晶の長手方向に一定間隔で点欠陥の
吸収層が形成できるため、単結晶全長にわたってGro
wn−in欠陥を低減するためには有効であることが判
った。ここで、周期的とは、ある値から別の値に変動さ
せる際にステップ的あるいはパルス的(即ちデジタル
的)に変動させることである。また、連続的とは、緩や
かに(アナログ的に)変動させることである。さらに、
その変動が大きい程、効果は大きいことが判ったが、変
動幅が5%を超えると、大きな結晶変形を起こし易くな
るため、単結晶製造が難しくなる。
By giving this variation continuously or periodically, absorption layers of point defects can be formed at regular intervals in the longitudinal direction of the single crystal.
It was found to be effective for reducing wn-in defects. Here, the term “periodic” refers to a step-like or pulse-like (ie, digital) change when changing from a certain value to another value. The term “continuous” refers to a gradual (analog) variation. further,
It has been found that the larger the variation, the greater the effect. However, if the variation exceeds 5%, large crystal deformation is likely to occur, making it difficult to produce a single crystal.

【0041】また、連続的あるいは周期的な変動を与え
る間隔が、単結晶の引上方向に0.5mm未満の場合に
は、引き上げた単結晶をスライスし、厚さ0.5mm以
上のシリコン単結晶ウェーハを製造する際に、点欠陥の
吸収層と無欠陥層の分離が難しくなるため、変動を与え
る間隔は0.5mm以上が望ましい。
When the interval at which the continuous or periodic fluctuation is provided is less than 0.5 mm in the pulling direction of the single crystal, the pulled single crystal is sliced, and the silicon single crystal having a thickness of 0.5 mm or more is sliced. When manufacturing a crystal wafer, it is difficult to separate a point defect absorbing layer from a defect-free layer.

【0042】また、単結晶育成中に、単結晶又はルツボ
の回転速度に変動を加えることにより、比較的容易に固
液界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させた
り、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸
素濃度・不純物濃度を変動させたりすることができるた
め、有効である。この方法で形成される吸収層は、同心
円状、らせん状又は放射状の形態やこれら形態を組み合
わせた形態となる。
Further, by changing the rotation speed of the single crystal or the crucible during the growth of the single crystal, the growth rate of the micro single crystal at the solid-liquid interface can be changed relatively easily, or the growth rate at the solid-liquid interface can be changed. This is effective because the oxygen concentration and the impurity concentration can be changed by changing the melt temperature. The absorbing layer formed by this method has a concentric, spiral, or radial form, or a combination of these forms.

【0043】特に、シリコン単結晶の直径をD(in)
としたとき、単結晶の回転速度を2000/D2〜60
0/D2(rpm)から300/D2〜0(rpm)へ遷
移時間2分〜1秒で減少させ、引き続き単結晶の回転速
度を300/D2〜0(rpm)で1秒〜1分間単結晶
を育成した後に、単結晶の回転速度を2000/D2
600/D2(rpm)へ遷移時間2分〜1秒で増加さ
せる変動を与えた場合、単結晶内に制御性良く点欠陥の
吸収層を形成できるため好ましい。
In particular, the diameter of the silicon single crystal is set to D (in)
, The rotation speed of the single crystal is 2000 / D 2 -60
The transition time is reduced from 0 / D 2 (rpm) to 300 / D 2 00 (rpm) in 2 minutes to 1 second, and the rotation speed of the single crystal is subsequently reduced from 1 second to 1 at 300 / D 2 00 (rpm). After growing the single crystal for one minute, the rotation speed of the single crystal is set to 2000 / D 2-
When the transition time is increased to 600 / D 2 (rpm) in a transition time of 2 minutes to 1 second, it is preferable because an absorption layer of point defects can be formed in the single crystal with good controllability.

【0044】さらに、シリコン単結晶の引上速度を連続
的あるいは周期的に変動させることも、簡便に固液界面
におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させたり、あ
るいは固液界面における融液温度の変動により酸素濃度
・不純物濃度を変動させたりすることができるため、他
の変動と共に点欠陥の吸収層を効果的に形成できるので
好ましい。
Further, the pulling speed of the silicon single crystal can be changed continuously or periodically, the growth speed of the micro single crystal at the solid-liquid interface can be easily changed, or the temperature of the melt at the solid-liquid interface can be easily changed. Is preferable because the oxygen concentration and the impurity concentration can be changed by the fluctuation of the point defect, so that the point defect absorption layer can be effectively formed together with other fluctuations.

【0045】さらに本発明者等は、単結晶内の点欠陥の
吸収層の形成をより正確に制御するためには、変動を加
えていないときの結晶欠陥の生成を制御することが重要
であるとの考えに至った。そこで、シリコン単結晶の育
成中に、融液に対して磁場を印加した状態で、上述した
操作を行ったところ、変動を加えていないときの融液の
状態がより安定化して、極めて制御性良く点欠陥の吸収
層を形成できることを見出した。
In order to more accurately control the formation of the point defect absorbing layer in the single crystal, it is important that the present inventors control the generation of crystal defects when no fluctuation is applied. I came to the idea. Therefore, during the growth of the silicon single crystal, the above operation was performed in a state where a magnetic field was applied to the melt. As a result, the state of the melt when no fluctuation was applied was more stabilized, and the controllability was extremely high. It has been found that a point defect absorbing layer can be formed well.

【0046】そして、この磁場印加が、融液を収納する
ルツボの壁において100ガウス以上のカスプ磁場の印
加である場合には、融液の熱対流が均一に抑制され、軸
対称の温度分布が得られるため、融液の安定化に顕著な
作用効果がある。なお、印加する磁場強度が100ガウ
ス未満ではカスプ磁場を印加した効果が見られないた
め、100ガウス以上の磁場強度を印加することが望ま
しい。
When the application of the magnetic field is the application of a cusp magnetic field of 100 Gauss or more on the crucible wall accommodating the melt, the heat convection of the melt is uniformly suppressed, and the axially symmetric temperature distribution is reduced. Therefore, there is a remarkable effect on stabilization of the melt. Note that if the applied magnetic field strength is less than 100 Gauss, the effect of applying the cusp magnetic field is not seen, so it is desirable to apply a magnetic field strength of 100 Gauss or more.

【0047】カスプ磁場の場合、同極対向磁石を用いる
ため、カスプ磁界の中心軸上には磁場強度が零になる位
置が存在する(ゼロ磁場位置)。ゼロ磁場位置の高さ
は、同極対向磁石の全体を機械的に上下させたり、対向
磁石のそれぞれの発生磁場強度を電気的に変更すること
によって、容易に変えることができる。カスプ磁場を印
加した状態で、連続的あるいは周期的に磁場強度あるい
はゼロ磁場位置を変更することにより、界面での融液の
状態を安定させたまま制御することができるため、固液
界面におけるミクロな単結晶の成長速度を変動させた
り、あるいは固液界面における融液温度の変動により酸
素濃度・不純物濃度を変動させたりすることが精度良く
行うことができる。そのため、点欠陥の吸収層の形成の
制御性に優れている。また、カスプ磁場を印加した状態
で、引上速度を連続的あるいは周期的に変更することに
より、界面での融液の状態を安定させたまま制御するこ
とができるため、固液界面におけるミクロな単結晶の成
長速度を変動させたり、あるいは固液界面における融液
温度の変動により酸素濃度・不純物濃度を変動させたり
することが精度良く行うことができる。そのため、点欠
陥の吸収層の形成の制御性に優れている。
In the case of the cusp magnetic field, since the same-pole opposed magnet is used, there is a position where the magnetic field intensity becomes zero on the center axis of the cusp magnetic field (zero magnetic field position). The height of the zero magnetic field position can be easily changed by mechanically raising and lowering the entire same-pole counter magnet or electrically changing the generated magnetic field strength of each counter magnet. By changing the magnetic field strength or zero magnetic field position continuously or periodically with the cusp magnetic field applied, the state of the melt at the interface can be controlled while being stable. It is possible to accurately change the growth rate of a single crystal or to change the oxygen concentration and the impurity concentration by changing the melt temperature at the solid-liquid interface. Therefore, the controllability of the formation of the point defect absorbing layer is excellent. In addition, by changing the pulling speed continuously or periodically with the cusp magnetic field applied, the state of the melt at the interface can be controlled while being stable, so that the micro-scale at the solid-liquid interface can be controlled. It is possible to accurately change the growth rate of the single crystal or change the oxygen concentration and the impurity concentration by changing the melt temperature at the solid-liquid interface. Therefore, the controllability of the formation of the point defect absorbing layer is excellent.

【0048】また、磁場印加が、融液を収納する石英ル
ツボの壁において500ガウス以上の水平磁場の印加で
ある場合には、ルツボ内の融液の熱対流を抑制すること
により、固液界面をより静的な状態に保つため、融液の
安定化に顕著な作用効果がある。なお、印加する磁場強
度が500ガウス未満では水平磁場を印加した効果が見
られないため、500ガウス以上の磁場強度を印加する
ことが望ましい。
When the application of the magnetic field is the application of a horizontal magnetic field of 500 gauss or more on the wall of the quartz crucible accommodating the melt, by suppressing the heat convection of the melt in the crucible, the solid-liquid interface is suppressed. Has a remarkable effect on stabilization of the melt. When the applied magnetic field strength is less than 500 gauss, the effect of applying the horizontal magnetic field is not seen, so it is desirable to apply a magnetic field strength of 500 gauss or more.

【0049】水平磁場を印加した状態で、連続的あるい
は周期的に磁場強度を変更することにより、界面での融
液の状態を安定させたまま制御することができるため、
点欠陥の吸収層の形成の制御性に優れている。
By changing the magnetic field strength continuously or periodically with the horizontal magnetic field applied, the state of the melt at the interface can be controlled while being stable.
Excellent controllability of formation of the point defect absorption layer.

【0050】本発明に用いた無転位シリコン単結晶製造
装置は、通常のCz法による無転位シリコン単結晶製造
に用いられるものであれば特に限定されるものではな
く、図1に示すような製造装置を用いた。
The dislocation-free silicon single crystal manufacturing apparatus used in the present invention is not particularly limited as long as it is used for manufacturing a dislocation-free silicon single crystal by the usual Cz method. The device was used.

【0051】このCz法シリコン単結晶製造装置は、シ
リコン融液Mを収容する石英ルツボ6aとこれを保護す
る黒鉛製ルツボ6bとから構成されたルツボ6と育成さ
れた無転位シリコン単結晶インゴットSを収容する結晶
引上炉1である。ルツボ6の側面部は加熱ヒーター4と
加熱ヒーター4からの熱が結晶引上炉外部に逃げるのを
防止するため断熱材3が取り囲むように配置されてお
り、このルツボ6は図示されていない駆動装置と回転治
具5によって接続され、この駆動装置によって所定の速
度で回転されると共に、ルツボ6内のシリコン融液の減
少に伴う液面低下を補うためにルツボ6を昇降させるよ
うになっている。引上炉1内には、垂下された引上ワイ
ヤ7が設置され、このワイヤの下端には種結晶8を保持
するチャック9が設けられている。この引上ワイヤ7の
上端側は、ワイヤ巻上機2に巻き取られて、無転位シリ
コン単結晶インゴットを引き上げるようになった引上装
置が設けられている。そして、引上炉1内には、引上炉
1に形成されたガス導入口10からArガスが導入さ
れ、引上炉1内を流通してガス流出口11から排出され
る。このようにArガスを流通させるのは、シリコンの
溶融に伴って引上炉1内に発生するSiOをシリコン融
液内に混入させないようにするためである。
This Cz method silicon single crystal manufacturing apparatus comprises a crucible 6 composed of a quartz crucible 6a for accommodating a silicon melt M and a graphite crucible 6b for protecting the same, and a dislocation-free silicon single crystal ingot S This is a crystal pulling furnace 1 that accommodates. The side surfaces of the crucible 6 are arranged so as to surround the heater 4 and the heat insulating material 3 in order to prevent heat from the heater 4 from escaping to the outside of the crystal pulling furnace. The crucible 6 is connected to the apparatus by a rotating jig 5 and is rotated at a predetermined speed by the driving device. The crucible 6 is moved up and down to compensate for a decrease in the liquid level due to a decrease in the silicon melt in the crucible 6. I have. A hanging pulling wire 7 is provided in the pulling furnace 1, and a chuck 9 for holding a seed crystal 8 is provided at a lower end of the wire. The upper end side of the pulling wire 7 is provided with a pulling device that is wound up by the wire hoist 2 and pulls up a dislocation-free silicon single crystal ingot. Then, Ar gas is introduced into the pulling furnace 1 from a gas inlet 10 formed in the pulling furnace 1, flows through the pulling furnace 1, and is discharged from a gas outlet 11. The reason why the Ar gas is circulated in this way is to prevent SiO generated in the pulling furnace 1 as silicon is melted from being mixed into the silicon melt.

【0052】また、本発明に用いたカスプ磁場印加シリ
コン単結晶製造装置は、図2に示すように、同極対向磁
石20を結晶軸に上下に配置する一般的な製造装置を用
いた。
As the cusp magnetic field applying silicon single crystal manufacturing apparatus used in the present invention, as shown in FIG. 2, a general manufacturing apparatus in which the same-pole opposed magnets 20 are arranged vertically on the crystal axis was used.

【0053】また、本発明に用いた水平磁場印加シリコ
ン単結晶製造装置は、図3に示すように、水平方向に磁
場を発生することができる電磁石一対30を左右に配置
する一般的な製造装置を用いた。
Further, as shown in FIG. 3, the horizontal magnetic field applying silicon single crystal manufacturing apparatus used in the present invention is a general manufacturing apparatus in which a pair of electromagnets 30 capable of generating a magnetic field in the horizontal direction are arranged on the left and right. Was used.

【0054】本発明のシリコン単結晶ウェーハを用いて
製造した半導体デバイスの歩留は、デバイスの基本構造
であるMOS構造の中のゲート酸化膜の信頼性試験の合
格率で知ることができる。ゲート酸化膜の信頼性はCO
Pに極めて敏感であるため、ゲート酸化膜の信頼性試験
の合格率から、COPが原因となった半導体デバイス不
良の発生率を知ることができる。本発明のシリコン単結
晶ウェーハのゲート酸化膜の信頼性試験の具体的な方法
は以下の通りである。鏡面加工を施したシリコンウェー
ハ試料上にMOSダイオードを形成し、1000℃の乾
燥酸素雰囲気中で形成された25.0nmの二酸化珪素
膜であるゲート酸化膜(絶縁酸化膜)の電気特性を調べ
ることによって行った。MOSダイオードは、ゲート酸
化膜上にリンを1×1021atoms/cm3以上ドー
プした多結晶シリコンとアルミニウムの2層構造からな
り、面積20mm2の電極を有し、裏面にオーミック電
極用に金電極が形成されている。上記構造を持つMOS
ダイオードを試料ウェーハの全面に作製した。基板シリ
コンから多数キャリアが注入される極性の直流電圧を各
MOSダイオードに印加して電圧ラッピング法により試
料ウェーハのゲート酸化膜の耐電圧特性を評価した。ゲ
ート酸化膜を通して流れる電流密度が1mA/cm2
ときのゲート酸化膜に印加される平均電界(絶縁破壊電
界)を測定した。このとき、絶縁破壊電界が8.0MV
/cm未満である場合は、COP等の結晶欠陥が原因と
なってゲート酸化膜の耐電圧特性を低下させていること
が様々な研究によって明らかにされている。即ち、絶縁
破壊電界が8.0MV/cm以上のMOSダイオードが
ゲート酸化膜試験に合格したダイオードである。
The yield of the semiconductor device manufactured using the silicon single crystal wafer of the present invention can be known from the pass rate of the reliability test of the gate oxide film in the MOS structure which is the basic structure of the device. Gate oxide reliability is CO
Since it is extremely sensitive to P, the rate of occurrence of semiconductor device defects caused by COP can be known from the pass rate of the reliability test of the gate oxide film. The specific method of the reliability test of the gate oxide film of the silicon single crystal wafer of the present invention is as follows. Forming a MOS diode on a mirror-finished silicon wafer sample and examining the electrical characteristics of a gate oxide film (insulating oxide film), which is a 25.0 nm silicon dioxide film formed in a dry oxygen atmosphere at 1000 ° C. Made by. The MOS diode has a two-layer structure of polycrystalline silicon and aluminum doped with phosphorus at 1 × 10 21 atoms / cm 3 or more on a gate oxide film, has an electrode having an area of 20 mm 2 , and has a back surface formed of gold for an ohmic electrode. Electrodes are formed. MOS with the above structure
Diodes were fabricated on the entire surface of the sample wafer. A DC voltage having a polarity into which majority carriers are injected from the substrate silicon was applied to each MOS diode, and the withstand voltage characteristics of the gate oxide film of the sample wafer were evaluated by a voltage lapping method. The average electric field (dielectric breakdown field) applied to the gate oxide film when the current density flowing through the gate oxide film was 1 mA / cm 2 was measured. At this time, the breakdown electric field is 8.0 MV.
Various studies have revealed that when it is less than / cm, the withstand voltage characteristics of the gate oxide film are reduced due to crystal defects such as COP. That is, a MOS diode having a breakdown field of 8.0 MV / cm or more is a diode that has passed the gate oxide film test.

【0055】従来の方法により製造されたシリコン単結
晶から加工された一般的なウェーハの場合、絶縁破壊電
界が8.0MV/cm以上のMOSダイオードの個数が
総数に占める割合(即ち、ゲート酸化膜試験の合格率)
は、たかだか30%未満である。したがって、ゲート酸
化膜試験の合格率が60%以上である場合には、ゲート
酸化膜の信頼性に優れている。即ち、半導体デバイス用
ウェーハとして優れている。
In the case of a general wafer processed from a silicon single crystal manufactured by the conventional method, the ratio of the number of MOS diodes having a breakdown electric field of 8.0 MV / cm or more to the total number (that is, the gate oxide film) Exam pass rate)
Is at most less than 30%. Therefore, when the pass rate of the gate oxide film test is 60% or more, the reliability of the gate oxide film is excellent. That is, it is excellent as a semiconductor device wafer.

【0056】[0056]

【実施例】以下に、本発明について実施例を挙げて説明
するが、本発明がこれらの実施例の記載によって制限さ
れるものではないことは言うまでもない。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but it goes without saying that the present invention is not limited by the description of these examples.

【0057】なお、ここで示す「安定したホットゾー
ン」の使用とは、シリコン単結晶を育成中の固液界面に
おけるミクロな単結晶の成長速度の変動や、固液界面に
おける融液温度変動による酸素濃度・不純物濃度の変動
が5%未満となるような引上炉内部の組立構造(ホット
ゾーン構造)を用いてシリコン単結晶を育成する場合を
意味する。また、「変動間隔」とは、図4に例示するよ
うに、シリコン単結晶の育成に伴って、連続的あるいは
周期的に変動を加える間隔を意味し、この間隔は時間単
位でも結晶の成長長さ単位でも良い。そして、この変動
の結果として生じるウェーハ内の変動分布は、図5に例
示するように、ホットゾーンに起因するマクロなベース
変動とミクロなベース変動と共に人為的に与える連続的
あるいは周期的な変動によるミクロな人為変動とが重畳
した分布となる。
The use of the "stable hot zone" as used herein means that the growth rate of the micro single crystal at the solid-liquid interface during the growth of the silicon single crystal or the melt temperature fluctuation at the solid-liquid interface. This means that a silicon single crystal is grown by using an assembly structure (hot zone structure) inside the pulling furnace in which the variation in oxygen concentration and impurity concentration is less than 5%. Further, as shown in FIG. 4, the “fluctuation interval” means an interval in which a silicon single crystal is varied continuously or periodically in accordance with the growth thereof, and this interval is a crystal growth length in units of time. It may be a unit. As shown in FIG. 5, the fluctuation distribution in the wafer resulting from this fluctuation is caused by continuous or periodic fluctuation artificially given together with macro base fluctuation and micro base fluctuation caused by the hot zone. A distribution in which micro-artificial fluctuations are superimposed.

【0058】また、「COP面積密度」とは、ウェーハ
の面積全体における直径換算で0.10μm以上のCO
Pの平均密度である。「COP無存在領域率」とは、ウ
ェーハ全面の面積からCOPの存在領域を差し引いた領
域のウェーハ全面に占める割合を意味する。なお、CO
Pの存在領域とは、COP位置を中心に半径4mm以内
の領域である。
The “COP area density” refers to a COP of 0.10 μm or more in terms of diameter over the entire area of the wafer.
The average density of P. The “COP non-existing area ratio” means the ratio of the area obtained by subtracting the COP existing area from the entire area of the wafer to the entire surface of the wafer. Note that CO
The P existence area is an area within a radius of 4 mm around the COP position.

【0059】(実施例1)図1の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
Example 1 Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0060】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:なし 単結晶の回転速度:18rpmから1rpmへ2秒間で
低下させ、1rpmで5秒間保持した後、1rpmから
18rpmへ2秒間で上昇させる操作を周期的に実施 坩堝の回転速度:8rpm一定 平均引上げ速度:1.0mm/分 固液界面での成長速度の人為的変動:あり 固液界面での融液温度の人為的変動:あり 変動の間隔:0.3mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer of point defect: Yes Stable hot zone: No Rotation speed of single crystal: Decrease from 18 rpm to 1 rpm in 2 seconds, hold at 1 rpm for 5 seconds, and then increase from 1 rpm to 18 rpm in 2 seconds Rotation speed of crucible: constant at 8 rpm Average pulling speed: 1.0 mm / min Artificial fluctuation of growth rate at solid-liquid interface: yes Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes Interval: 0.3 mm A wafer was cut out from the ingot grown under these conditions, and the results of measurement of the oxygen concentration, impurity (boron) concentration and distribution of COP, and the reliability test of the gate oxide film were performed. .

【0061】(実施例2)図1の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
Example 2 Using the apparatus of FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0062】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:あり 単結晶の回転速度:20rpm一定 坩堝の回転速度:8rpm一定 引上げ速度:1.0mm/分から0.2mm/分へ3秒
間で低下させ、0.2mm/分で10秒間保持した後
に、0.2mm/分から1.0mm/分へ2秒間で上昇
させる操作を周期的に実施 固液界面での成長速度の人為的変動:あり 固液界面での融液温度の人為的変動:あり 変動の間隔:0.4mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer of point defect: Yes Stable hot zone: Yes Single crystal rotation speed: constant at 20 rpm Crucible rotation speed: constant at 8 rpm Pulling speed: reduced from 1.0 mm / min to 0.2 mm / min in 3 seconds After holding at 0.2 mm / min for 10 seconds, the operation of increasing from 0.2 mm / min to 1.0 mm / min for 2 seconds is periodically performed. Artificial fluctuation of the growth rate at the solid-liquid interface: Yes Solid-liquid Artificial fluctuation of melt temperature at interface: Yes Fluctuation interval: 0.4 mm A wafer was cut out from an ingot grown under this condition, and the oxygen concentration, impurity (boron) concentration and COP distribution were measured, and the gate oxide film was measured. Tables 1 to 3 show the results of the reliability test.

【0063】(実施例3)図1の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
Example 3 Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0064】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:なし 単結晶の回転速度:19rpm一定 坩堝の回転速度:10rpmから1rpmへ3秒間で低
下させ、1rpmで10秒間保持した後、1rpmから
10rpmへ3秒間で上昇させる操作を連続的に実施 平均引上げ速度:0.6mm/分 固液界面での成長速度の人為的変動:あり 固液界面での融液温度の人為的変動:あり 変動の間隔:0.5mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer for point defects: Yes Stable hot zone: No Rotation speed of single crystal: Constant 19 rpm Rotation speed of crucible: Decrease from 10 rpm to 1 rpm in 3 seconds, hold at 1 rpm for 10 seconds, then 1 rpm to 10 rpm The operation of raising the temperature in 3 seconds is continuously performed Average pulling speed: 0.6 mm / min Artificial fluctuation of the growth rate at the solid-liquid interface: Yes Artificial fluctuation of the melt temperature at the solid-liquid interface: Yes Interval: 0.5 mm A wafer was cut out from an ingot grown under these conditions, and the results of measurement of the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, distribution of COP, and reliability test of the gate oxide film are shown in Tables 1 to 3. .

【0065】(実施例4)図1の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
Example 4 Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0066】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:あり 単結晶の回転速度:18rpmから1rpmへ130秒
間で低下させ、1rpmで20秒間保持した後、1rp
mから18rpmへ130秒間で上昇させる操作を周期
的に実施 坩堝の回転速度:8rpm一定 平均引上げ速度:0.2mm/分 固液界面での成長速度の人為的変動:あり 固液界面での融液温度の人為的変動:あり 変動の間隔:1.5mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer for point defects: Yes Stable hot zone: Yes Single crystal rotation speed: Decrease from 18 rpm to 1 rpm in 130 seconds, hold at 1 rpm for 20 seconds, then 1 rpm
Periodical operation of increasing from m to 18 rpm in 130 seconds Rotation speed of crucible: constant at 8 rpm Average pulling rate: 0.2 mm / min Artificial fluctuation of growth rate at solid-liquid interface: yes Melting at solid-liquid interface Artificial fluctuation of liquid temperature: Yes Interval of fluctuation: 1.5 mm A wafer was cut out from an ingot grown under these conditions, and the oxygen concentration, impurity (boron) concentration, COP distribution state measurement, and gate oxide film reliability test were performed. The results obtained are shown in Tables 1 to 3.

【0067】(実施例5)図1の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
Example 5 Using the apparatus of FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0068】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:あり 単結晶の回転速度:18rpm一定 坩堝の回転速度:8rpmから1rpmへ2秒間で低下
させ、1rpmで20秒間保持した後、1rpmから1
0rpmへ2秒間で上昇させる操作を連続的に実施 平均引上げ速度:1.0mm/分 固液界面での成長速度の人為的変動:あり 固液界面での融液温度の人為的変動:あり 変動の間隔:2.0mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer of point defect: Yes Stable hot zone: Yes Single crystal rotation speed: 18 rpm constant Crucible rotation speed: Decrease from 8 rpm to 1 rpm in 2 seconds, hold at 1 rpm for 20 seconds, then 1 rpm to 1 rpm
The operation of raising to 0 rpm in 2 seconds is continuously performed. Average pulling speed: 1.0 mm / min. Artificial fluctuation of growth rate at solid-liquid interface: yes. Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes. Interval: 2.0 mm A wafer was cut out from the ingot grown under these conditions, and the results of measurement of the oxygen concentration, impurity (boron) concentration and distribution of COP, and the reliability test of the gate oxide film were performed. Show.

【0069】(実施例6)図1の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
Example 6 Using the apparatus of FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0070】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:なし 単結晶の回転速度:18rpmから1rpmへ3秒間で
低下させ、1rpmで20秒間保持した後、1rpmか
ら18rpmへ3秒間で上昇させる操作を周期的に実施 坩堝の回転速度:9rpm一定 平均引上げ速度:1.2mm/分 固液界面での成長速度の人為的変動:あり 固液界面での融液温度の人為的変動:あり 変動の間隔:3.5mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer of point defect: Yes Stable hot zone: No Rotation speed of single crystal: Decrease from 18 rpm to 1 rpm in 3 seconds, hold at 1 rpm for 20 seconds, then increase from 1 rpm to 18 rpm in 3 seconds Rotation speed of crucible: constant at 9 rpm Average pulling speed: 1.2 mm / min Artificial fluctuation of growth rate at solid-liquid interface: yes Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: yes Interval: 3.5 mm A wafer was cut out from the ingot grown under these conditions, and the results of measurement of the distribution of oxygen concentration, impurity (boron) concentration and COP, and the reliability test of the gate oxide film are shown in Tables 1 to 3. .

【0071】(実施例7)図1の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
Example 7 Using the apparatus shown in FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0072】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:あり 単結晶の回転速度:18rpm一定 坩堝の回転速度:12rpm一定 引上げ速度:1.0mm/分から0.0mm/分へ5秒
間で低下させ、0.0mm/分で30秒間保持した後
に、0.0mm/分から1.0mm/分へ5秒間で上昇
させる操作を周期的に実施 固液界面での成長速度の人為的変動:あり 固液界面での融液温度の人為的変動:あり 変動の間隔:4.0mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer for point defects: Yes Stable hot zone: Yes Rotation speed of single crystal: constant at 18 rpm Rotation speed of crucible: constant at 12 rpm Pulling speed: reduced from 1.0 mm / min to 0.0 mm / min in 5 seconds After holding at 0.0 mm / min for 30 seconds, periodically perform an operation of increasing from 0.0 mm / min to 1.0 mm / min in 5 seconds Artificial fluctuation of the growth rate at the solid-liquid interface: Yes Solid-liquid Artificial fluctuation of melt temperature at interface: Yes Fluctuation interval: 4.0 mm A wafer was cut out from an ingot grown under these conditions, and the oxygen concentration, impurity (boron) concentration and COP distribution were measured, and the gate oxide film was measured. Tables 1 to 3 show the results of the reliability test.

【0073】(実施例8)図2の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
Example 8 Using the apparatus shown in FIG. 2, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0074】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:あり 単結晶の回転速度:18rpmから1rpmへ2秒間で
低下させ、1rpmで20秒間保持した後、1rpmか
ら18rpmへ2秒間で上昇させる操作を周期的に実施 坩堝の回転速度:8rpm一定 平均引上げ速度:1.2mm/分 磁場印加:カスプ磁場 石英坩堝壁での磁場強度:1300ガウス一定 ゼロ磁場位置:融液表面位置より50mm下方 固液界面での成長速度の人為的変動:あり 固液界面での融液温度の人為的変動:あり 変動の間隔:5.2mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer for point defects: Yes Stable hot zone: Yes Rotation speed of single crystal: Decrease from 18 rpm to 1 rpm in 2 seconds, hold at 1 rpm for 20 seconds, then increase from 1 rpm to 18 rpm in 2 seconds Rotation speed of crucible: constant at 8 rpm Average pulling speed: 1.2 mm / min Magnetic field application: cusp magnetic field Magnetic field strength on quartz crucible wall: constant at 1300 gauss Zero magnetic field position: 50 mm below melt surface position Artificial fluctuation of growth rate at interface: Yes Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: Yes Interval of fluctuation: 5.2mm Wafer is cut out from ingot grown under these conditions, oxygen concentration, impurities (boron) Tables 1 to 3 show the results of measurement of the distribution of the concentration and COP and the result of the reliability test of the gate oxide film.

【0075】(実施例9)図2の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
EXAMPLE 9 Using the apparatus shown in FIG. 2, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0076】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:あり 単結晶の回転速度:18rpm一定 坩堝の回転速度:6rpm一定 平均引上げ速度:0.9mm/分 磁場印加:カスプ磁場 石英坩堝壁での磁場強度:400ガウスから300ガウ
スへ115秒間で低下させ、300ガウスで40秒間保
持した後、300ガウスから400ガウスへ115秒で
上昇させる操作を周期的に実施 ゼロ磁場位置:融液表面位置より40mm下方 固液界面での成長速度の変動:あり 固液界面での融液温度の変動:あり 変動の間隔:6.0mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer of point defect: Yes Stable hot zone: Yes Single crystal rotation speed: 18 rpm constant Crucible rotation speed: 6 rpm constant Average pulling speed: 0.9 mm / min Magnetic field application: Cusp magnetic field Quartz crucible wall Magnetic field intensity: The operation of decreasing from 400 Gauss to 300 Gauss in 115 seconds, holding at 300 Gauss for 40 seconds, and periodically increasing from 300 Gauss to 400 Gauss in 115 seconds Zero magnetic field position: From melt surface position Fluctuation of growth rate at solid-liquid interface: Yes Fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: Yes Fluctuation interval: 6.0 mm Wafer is cut out from ingot grown under these conditions, oxygen concentration, impurities (boron) Tables 1 to 3 show the results of measurement of the distribution of the concentration and COP and the result of the reliability test of the gate oxide film.

【0077】(実施例10)図2の装置を用いて、以下
の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン
単結晶インゴットを育成した。
Example 10 Using the apparatus shown in FIG. 2, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0078】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:あり 単結晶の回転速度:18rpm一定 坩堝の回転速度:7rpm一定 平均引上げ速度:1.0mm/分 磁場印加:カスプ磁場 石英坩堝壁での磁場強度:1000ガウス ゼロ磁場位置:融液表面より40mm下方から50mm
下方へ115秒で下降させ、該位置で40秒間保持した
後、50mm下方から40mm下方へ115秒で上昇さ
せる操作を周期的に実施 固液界面での成長速度の人為的変動:あり 固液界面での融液温度の人為的変動:あり 変動の間隔:7.0mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer of point defect: Yes Stable hot zone: Yes Rotation speed of single crystal: constant at 18 rpm Rotation speed of crucible: constant at 7 rpm Average pulling speed: 1.0 mm / min Magnetic field application: cusp magnetic field on quartz crucible wall Magnetic field strength: 1000 Gauss Zero magnetic field position: 50 mm from 40 mm below the melt surface
Downward in 115 seconds, after holding at this position for 40 seconds, periodically performing operation of raising from 50 mm below to 40 mm below in 115 seconds Artificial fluctuation of growth rate at solid-liquid interface: Yes Solid-liquid interface Variation of melt temperature in GaN: Yes Interval of fluctuation: 7.0mm Wafer is cut out from ingot grown under these conditions, measurement of oxygen concentration, impurity (boron) concentration and distribution of COP and reliability of gate oxide film The results of the sex test are shown in Tables 1 to 3.

【0079】(実施例11)図3の装置を用いて、以下
の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン
単結晶インゴットを育成した。
Example 11 Using the apparatus shown in FIG. 3, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0080】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:あり 単結晶の回転速度:18rpmから1rpmへ2秒間で
低下させ、1rpmで20秒間保持した後、1rpmか
ら18rpmへ2秒間で上昇させる操作を周期的に実施 坩堝の回転速度:4rpm一定 平均引上げ速度:1.0mm/分 磁場印加:水平磁場 石英坩堝壁での磁場強度:3000ガウス一定 固液界面での成長速度の人為的変動:あり 固液界面での融液温度の人為的変動:あり 変動の間隔:8.0mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer for point defect: Yes Stable hot zone: Yes Rotation speed of single crystal: Decrease from 18 rpm to 1 rpm in 2 seconds, hold at 1 rpm for 20 seconds, then increase from 1 rpm to 18 rpm in 2 seconds Rotational speed of crucible: constant at 4 rpm Average pulling speed: 1.0 mm / min Magnetic field application: horizontal magnetic field Strength of magnetic field on quartz crucible wall: constant at 3000 gauss Artificial fluctuation of growth rate at solid-liquid interface: yes Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: Yes Fluctuation interval: 8.0 mm Wafer is cut out from ingot grown under these conditions, measurement of oxygen concentration, impurity (boron) concentration and distribution of COP and gate oxidation Tables 1 to 3 show the results of the reliability test of the film.

【0081】(実施例12)図3の装置を用いて、以下
の条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン
単結晶インゴットを育成した。
Example 12 Using the apparatus of FIG. 3, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0082】点欠陥の吸収層:あり 安定したホットゾーン:あり 単結晶の回転速度:18rpm一定 坩堝の回転速度:1.5rpm一定 平均引上げ速度:1.0mm/分 磁場印加:カスプ磁場 石英坩堝壁での磁場強度:2000ガウスから1500
ガウスへ115秒間で低下させ、1500ガウスで60
秒間保持した後、1500ガウスから2000ガウスへ
115秒で上昇させる操作を周期的に実施 固液界面での成長速度の人為的変動:あり 固液界面での融液温度の人為的変動:あり 変動の間隔:8.0mm この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer of point defect: Yes Stable hot zone: Yes Rotation speed of single crystal: Constant 18 rpm Rotation speed of crucible: Constant 1.5 rpm Average pulling speed: 1.0 mm / min Magnetic field application: Cusp magnetic field Quartz crucible wall Field strength at 2,000 Gauss to 1500
Decrease to Gauss in 115 seconds, 60 at 1500 Gauss
After holding for 2 seconds, the operation of increasing from 1500 Gauss to 2000 Gauss in 115 seconds is periodically performed. Artificial fluctuation of growth rate at solid-liquid interface: Yes Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: Yes Fluctuation Spacing: 8.0 mm A wafer was cut out from an ingot grown under these conditions, and the results of measurement of the oxygen concentration, impurity (boron) concentration and distribution of COP, and the reliability test of the gate oxide film were performed. Show.

【0083】(比較例1)図1の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
(Comparative Example 1) Using the apparatus of FIG. 1, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0084】点欠陥の吸収層:なし 安定したホットゾーン:あり 単結晶の回転速度:30rpm一定 坩堝の回転速度:10rpm一定 平均引上げ速度:0.8mm/分 固液界面での成長速度の人為的変動:なし 固液界面での融液温度の人為的変動:なし 変動の間隔:なし この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer of point defect: No Stable hot zone: Yes Single crystal rotation speed: 30 rpm constant Crucible rotation speed: 10 rpm constant Average pulling speed: 0.8 mm / min Artificial growth rate at solid-liquid interface Fluctuation: None Artificial variation of melt temperature at solid-liquid interface: None Fluctuation interval: None Wafers were cut out from ingots grown under these conditions, and oxygen concentration, impurity (boron) concentration and COP distribution were measured and gated. Tables 1 to 3 show the results of the reliability test of the oxide film.

【0085】(比較例2)図2の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
Comparative Example 2 Using the apparatus shown in FIG. 2, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0086】点欠陥の吸収層:なし 安定したホットゾーン:なし 単結晶の回転速度:25rpm一定 坩堝の回転速度:6rpm一定 平均引上げ速度:0.8mm/分 磁場印加:カスプ磁場 石英坩堝壁での磁場強度:1000ガウス一定 ゼロ磁場位置:融液表面位置より40mm下方 固液界面での成長速度の人為的変動:なし 固液界面での融液温度の人為的変動:なし 変動の間隔:なし この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer of point defect: None Stable hot zone: None Rotational speed of single crystal: Constant 25 rpm Rotational speed of crucible: Constant 6 rpm Average pulling speed: 0.8 mm / min Magnetic field application: Cusp magnetic field Quartz crucible wall Magnetic field strength: constant at 1000 Gauss Zero magnetic field position: 40 mm below the melt surface position Artificial fluctuation of growth rate at solid-liquid interface: none Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: none Interval of fluctuation: none Tables 1 to 3 show the results obtained by cutting a wafer from the ingot grown under the conditions, measuring the oxygen concentration, the impurity (boron) concentration, the distribution of COP, and conducting a reliability test of the gate oxide film.

【0087】(比較例3)図3の装置を用いて、以下の
条件で、直径8inのP型(ボロンドープ)シリコン単
結晶インゴットを育成した。
Comparative Example 3 Using the apparatus of FIG. 3, a P-type (boron-doped) silicon single crystal ingot having a diameter of 8 inches was grown under the following conditions.

【0088】点欠陥の吸収層:なし 安定したホットゾーン:なし 単結晶の回転速度:18rpm一定 坩堝の回転速度:1rpm一定 平均引上げ速度:0.9mm/分 磁場印加:水平磁場 石英坩堝壁での磁場強度:3000ガウス一定 固液界面での成長速度の人為的変動:なし 固液界面での融液温度の人為的変動:なし 変動の間隔:なし この条件で育成したインゴットからウェーハを切り出
し、酸素濃度、不純物(ボロン)濃度及びCOPの分布
状態の測定とゲート酸化膜の信頼性試験を行なった結果
を表1〜3に示す。
Absorption layer of point defect: None Stable hot zone: None Rotation speed of single crystal: constant at 18 rpm Rotation speed of crucible: constant at 1 rpm Average pulling speed: 0.9 mm / min Magnetic field application: horizontal magnetic field at quartz crucible wall Magnetic field strength: Constant 3000 Gauss Artificial fluctuation of growth rate at solid-liquid interface: None Artificial fluctuation of melt temperature at solid-liquid interface: None Interval of fluctuation: None Wafer is cut out from ingot grown under these conditions and oxygen Tables 1 to 3 show the results of measurement of the concentration, the impurity (boron) concentration, and the distribution of COP, and the results of a reliability test of the gate oxide film.

【0089】[0089]

【表1】 [Table 1]

【0090】[0090]

【表2】 [Table 2]

【0091】[0091]

【表3】 [Table 3]

【0092】これらの結果から明らかなように、本発明
の実施例では、酸素濃度、不純物濃度、COPの何れの
分布状態も特有の形態を示し、何れのウェーハも信頼性
試験の合格率は60%以上となり、結晶欠陥の少ない、
半導体デバイス製造に適したウェーハであることが判っ
た。特に、酸素濃度、不純物濃度、COPの何れもが明
確な分布形態を示す場合には、信頼性試験の合格率は7
0%以上となり、結晶欠陥の極めて少ない、半導体デバ
イス製造に適したウェーハであることが判った。
As is evident from these results, in the embodiment of the present invention, the distribution state of each of the oxygen concentration, the impurity concentration, and the COP shows a unique form, and the pass rate of the reliability test is 60 for each wafer. % Or less, with few crystal defects,
The wafer was found to be suitable for semiconductor device manufacturing. In particular, when all of the oxygen concentration, the impurity concentration, and the COP show a clear distribution form, the pass rate of the reliability test is 7%.
0% or more, which proved that the wafer had very few crystal defects and was suitable for semiconductor device production.

【0093】一方、比較例では、人為的な変動を加えて
いないため、酸素濃度、不純物濃度、COPの何れもが
ウェーハ全面に均一に分布(円盤状)しており、信頼性
試験の合格率も10%以下と極めて悪い結果となり、結
晶欠陥の極めて多い、半導体デバイス製造に適さないウ
ェーハであることが判った。
On the other hand, in the comparative example, since no artificial fluctuation was added, all of the oxygen concentration, the impurity concentration, and the COP were uniformly distributed (disk-shaped) over the entire surface of the wafer, and the pass rate of the reliability test was Of 10% or less, indicating that the wafer had extremely many crystal defects and was not suitable for manufacturing semiconductor devices.

【0094】[0094]

【発明の効果】本発明のシリコン単結晶ウェーハは、C
OP等のGrown−in欠陥が少ないため、このウェ
ーハを半導体デバイスに用いれば、半導体デバイスの製
造歩留を向上させることができる。また、本発明のシリ
コン単結晶ウェーハの製造方法は、従来のシリコン単結
晶製造装置に改造を加えることなく適用できるため、製
造コストを上昇させることなく、高品質のシリコン単結
晶ウェーハを歩留良く製造できる。
The silicon single crystal wafer of the present invention has a C
Since there are few grown-in defects such as OPs, when this wafer is used for a semiconductor device, the production yield of the semiconductor device can be improved. In addition, since the method for manufacturing a silicon single crystal wafer of the present invention can be applied to a conventional silicon single crystal manufacturing apparatus without modification, a high-quality silicon single crystal wafer can be produced at a high yield without increasing the manufacturing cost. Can be manufactured.

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

【図1】 実施例1〜7及び比較例1で用いたCz法シ
リコン単結晶製造装置の模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram of a Cz method silicon single crystal manufacturing apparatus used in Examples 1 to 7 and Comparative Example 1.

【図2】 実施例8〜10及び比較例2で用いたカスプ
磁場印加Czシリコン単結晶製造装置の模式図。
FIG. 2 is a schematic view of a cusp magnetic field applied Cz silicon single crystal manufacturing apparatus used in Examples 8 to 10 and Comparative Example 2.

【図3】 実施例11〜12及び比較例3で用いた水平
磁場印加Czシリコン単結晶製造装置の模式図。
FIG. 3 is a schematic view of a horizontal magnetic field applied Cz silicon single crystal manufacturing apparatus used in Examples 11 to 12 and Comparative Example 3.

【図4】 実施例11における結晶回転の人為的変動の
模式図。
FIG. 4 is a schematic view of an artificial variation in crystal rotation in Example 11.

【図5】 8inウェーハにおける不純物濃度の変動分
布の一例。
FIG. 5 is an example of an impurity concentration fluctuation distribution in an 8-in wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 … Cz無転位シリコン単結晶引上炉 2 … ワイヤ巻上機 3 … 断熱材 4 … 加熱ヒーター 5 … 回転治具 6 … ルツボ 6a … 石英ルツボ 6b … 黒鉛ルツボ 7 … ワイヤ 8 … 種結晶 9 … チャック 10 … ガス導入口 11 … ガス排出口 20 … カスプ磁場印加用同軸対向電磁石 30 … 水平磁場印加用電磁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cz dislocation-free silicon single crystal pulling furnace 2 ... wire winding machine 3 ... heat insulating material 4 ... heating heater 5 ... rotating jig 6 ... crucible 6a ... quartz crucible 6b ... graphite crucible 7 ... wire 8 ... seed crystal 9 ... Chuck 10 Gas inlet 11 Gas outlet 20 Coaxial opposed electromagnet for applying cusp magnetic field 30 Electromagnet for applying horizontal magnetic field

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 俊夫 山口県光市大字島田3434番地 ニッテツ電 子株式会社内 (72)発明者 原田 博文 山口県光市大字島田3434番地 ニッテツ電 子株式会社内 (72)発明者 福田 淳 山口県光市大字島田3434番地 ニッテツ電 子株式会社内 (72)発明者 長谷部 政美 神奈川県川崎市中原区井田3−35−1 新 日本製鐵株式会社技術開発本部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshio Iwasaki 3434 Shimada, Hikari-shi, Yamaguchi Pref.Nitetsu Electronics Co., Ltd. (72) Inventor Hirofumi Harada 3434 Shimada, Hikari-shi, Hikari-shi Yamaguchi Pref. 72) Inventor Atsushi Fukuda 3434 Shimada, Hikari-shi, Yamaguchi Prefecture Inside Nittetsu Electronics Co., Ltd. (72) Inventor Masami Hasebe 3-35-1 Ida, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture New Nippon Steel Corporation Technology Development Headquarters

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チョクラルスキー法により育成されたシ
リコン単結晶から得られたシリコン単結晶ウェーハであ
って、該ウェーハに見られるCOP、酸素濃度及び/又
は不純物濃度の面内分布が、同心円状、らせん状及び放
射状の1種又は2種以上の形態であることを特徴とする
シリコン単結晶ウェーハ。
1. A silicon single crystal wafer obtained from a silicon single crystal grown by the Czochralski method, wherein the in-plane distribution of COP, oxygen concentration and / or impurity concentration found in the wafer is concentric. A silicon single crystal wafer in one or more forms of spiral and radial.
【請求項2】 前記ウェーハの面内分布の形態におい
て、その間隔が1mm以上である請求項1記載のシリコ
ン単結晶ウェーハ。
2. The silicon single crystal wafer according to claim 1, wherein in the form of the in-plane distribution of the wafer, the interval is 1 mm or more.
【請求項3】 前記シリコン単結晶ウェーハにおいて、
直径換算で0.10μm以上のCOPの面積密度が、該
ウェーハの面積全体の平均で1.6個/cm 2以下であ
る請求項1又は2に記載のシリコン単結晶ウェーハ。
3. The silicon single crystal wafer,
The area density of COP of 0.10 μm or more in terms of diameter is
1.6 wafers / cm on average over the entire wafer area TwoBelow
The silicon single crystal wafer according to claim 1.
【請求項4】 前記シリコン単結晶ウェーハにおいて、
前記COPの存在していない領域の面積が、該ウェーハ
の面積全体に対して20%以上である請求項1〜3のい
ずれか一つに記載のシリコン単結晶ウェーハ。
4. In the silicon single crystal wafer,
The silicon single crystal wafer according to any one of claims 1 to 3, wherein the area of the region where the COP does not exist is 20% or more of the entire area of the wafer.
【請求項5】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
晶ウェーハの製造方法において、シリコン単結晶の育成
中に該単結晶内に点欠陥の吸収層を形成することを特徴
とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
5. A method for producing a silicon single crystal wafer by the Czochralski method, wherein a point defect absorption layer is formed in the single crystal during the growth of the silicon single crystal. Method.
【請求項6】 前記シリコン単結晶の育成中の固液界面
における単結晶成長速度の変動、あるいは該固液界面に
おける融液温度変動による酸素濃度及び/又は不純物濃
度の変動が5%未満であるホットゾーンで前記シリコン
単結晶を育成する請求項5記載のシリコン単結晶ウェー
ハの製造方法。
6. A fluctuation of a single crystal growth rate at a solid-liquid interface during growth of the silicon single crystal or a fluctuation of an oxygen concentration and / or an impurity concentration due to a fluctuation of a melt temperature at the solid-liquid interface is less than 5%. The method for manufacturing a silicon single crystal wafer according to claim 5, wherein the silicon single crystal is grown in a hot zone.
【請求項7】 前記シリコン単結晶の育成中の固液界面
における単結晶成長速度の変動、あるいは該固液界面に
おける融液温度変動による酸素濃度及び/又は不純物濃
度の変動を、連続的にあるいは周期的に、最大5%加え
て、該単結晶内に前記点欠陥の吸収層を形成する請求項
5又は6に記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein the fluctuation of the single crystal growth rate at the solid-liquid interface during the growth of the silicon single crystal or the fluctuation of the oxygen concentration and / or the impurity concentration due to the fluctuation of the melt temperature at the solid-liquid interface is continuously or The method for manufacturing a silicon single crystal wafer according to claim 5, wherein the point defect absorbing layer is formed in the single crystal by adding 5% at a maximum periodically.
【請求項8】 前記シリコン単結晶の育成に伴って連続
的にあるいは周期的に加える変動が、単結晶の引上げ方
向に0.5mm以上の間隔である請求項7記載のシリコ
ン単結晶ウェーハの製造方法。
8. The production of a silicon single crystal wafer according to claim 7, wherein the variation applied continuously or periodically with the growth of the silicon single crystal is an interval of 0.5 mm or more in the pulling direction of the single crystal. Method.
【請求項9】 前記変動が、単結晶又はルツボの回転速
度を連続的にあるいは周期的に変化させることである請
求項7記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
9. The method of manufacturing a silicon single crystal wafer according to claim 7, wherein the change is to change the rotation speed of the single crystal or the crucible continuously or periodically.
【請求項10】 前記変動が、前記シリコン単結晶の直
径をD(in)としたとき、単結晶の回転速度を200
0/D2〜600/D2(rpm)から300/D2〜0
(rpm)へ遷移時間2分〜1秒で減少させ、引き続き
単結晶の回転速度を300/D2〜0(rpm)で1秒
〜1分間単結晶を育成した後に、単結晶の回転速度を2
000/D2〜600/D2(rpm)へ遷移時間2分〜
1秒で増加させることである請求項9記載のシリコン単
結晶ウェーハの製造方法。
10. The method according to claim 1, wherein the variation is such that the rotation speed of the single crystal is 200 when the diameter of the silicon single crystal is D (in).
0 / D 2 to 600 / D 2 (rpm) to 300 / D 2 to 0
(Rpm) to transition time is reduced by 2 minutes 1 second, subsequently after train 1 second to 1 minute single crystal at a rotational speed of the 300 / D 2 ~0 single crystal (rpm), the rotation speed of the single crystal 2
Transition time from 000 / D 2 to 600 / D 2 (rpm) 2 minutes
10. The method of manufacturing a silicon single crystal wafer according to claim 9, wherein the increase is performed in one second.
【請求項11】 前記シリコン単結晶の引上速度を連続
的にあるいは周期的に変動させる請求項7〜10のいず
れか一つに記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
11. The method for manufacturing a silicon single crystal wafer according to claim 7, wherein the pulling speed of the silicon single crystal is continuously or periodically changed.
【請求項12】 前記シリコン単結晶の育成中に、融液
に対して磁場を印加する請求項5〜11のいずれか一つ
に記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
12. The method for producing a silicon single crystal wafer according to claim 5, wherein a magnetic field is applied to the melt during the growth of the silicon single crystal.
【請求項13】 前記磁場印加が、融液を収納する石英
ルツボの壁において100ガウス以上のカスプ磁場の印
加である請求項12記載のシリコン単結晶ウェーハの製
造方法。
13. The method of manufacturing a silicon single crystal wafer according to claim 12, wherein the application of the magnetic field is an application of a cusp magnetic field of 100 gauss or more on the wall of the quartz crucible containing the melt.
【請求項14】 前記カスプ磁場の磁場強度あるいはゼ
ロ磁場位置を連続的にあるいは周期的に変動させる請求
項13記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
14. The method for manufacturing a silicon single crystal wafer according to claim 13, wherein the magnetic field strength of the cusp magnetic field or the zero magnetic field position is changed continuously or periodically.
【請求項15】 前記磁場印加が、融液を収納する石英
ルツボの壁において500ガウス以上の水平磁場の印加
である請求項12記載のシリコン単結晶ウェーハの製造
方法。
15. The method for producing a silicon single crystal wafer according to claim 12, wherein the application of the magnetic field is an application of a horizontal magnetic field of 500 gauss or more on the wall of the quartz crucible containing the melt.
【請求項16】 前記水平磁場の磁場強度を連続的にあ
るいは周期的に変動させる請求項15記載のシリコン単
結晶ウェーハの製造方法。
16. The method for manufacturing a silicon single crystal wafer according to claim 15, wherein the magnetic field strength of the horizontal magnetic field is changed continuously or periodically.
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