JPWO2009025336A1 - Silicon single crystal wafer for IGBT and manufacturing method of silicon single crystal wafer for IGBT - Google Patents

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Abstract

引き上げ速度マージンを拡大することが可能であるとともに、抵抗率のバラツキが小さな低酸素のウェーハを短時間で製造可能であるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法及びIGBT用シリコン単結晶ウェーハを提供するために、チョクラルスキー法によってシリコン融液にn型ドーパントを添加し、シリコン単結晶の引き上げ速度をGrown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度で、単結晶を育成する際に、初期多結晶原料を充填した後、追加原料を供給しながら格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm3以下の前記単結晶を育成する。Provided is a method for manufacturing a silicon single crystal wafer for IGBT and a silicon single crystal wafer for IGBT, which can expand a pulling speed margin and can manufacture a low-oxygen wafer with small variation in resistivity in a short time. For this purpose, when an n-type dopant is added to the silicon melt by the Czochralski method and the single crystal is grown at a speed at which the silicon single crystal can be pulled up at a growth rate of the grown-in defect-free, After filling the initial polycrystalline material, the single crystal having an interstitial oxygen concentration of 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less is grown while supplying an additional material.

Description

本発明は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)の製造に用いられるIGBT用シリコン単結晶ウェーハ及びIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法に関する。
本願は、2007年8月21日に、日本に出願された特願2007−215331号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to an IGBT silicon single crystal wafer used for manufacturing an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a method for manufacturing an IGBT silicon single crystal wafer.
This application claims priority on August 21, 2007 based on Japanese Patent Application No. 2007-215331 for which it applied to Japan, and uses the content for it here.

絶縁ゲートバイポーラトランジスター(Insulated Gate Bipolar Transistor、以下IGBTと記す)は、大電力を制御するのに適したゲート電圧駆動型スイッチング素子であり、電車、ハイブリッド車、空調機器、冷蔵庫などのインバータなどに用いられている。IGBTには、図5A〜図5Cに示すように、エミッタE、コレクタC、ゲートGという3つの電極が備えられており、絶縁酸化膜SiOを介して素子の表面側に形成されたゲートに印加する電圧によって、素子表面側のエミッタEと裏面側のコレクタC間の電流を制御するものである。
上述のように、IGBTは酸化膜で絶縁されたゲートで電流を制御する素子なので、ゲート酸化膜の品質(Gate Oxide Integrity、以下GOIと記す)が重要である。シリコン単結晶ウェーハ中に欠陥が含まれていると、その欠陥がゲート酸化膜に取り込まれて、酸化膜の絶縁破壊の原因となる。
Insulated Gate Bipolar Transistor (hereinafter referred to as IGBT) is a gate voltage-driven switching element suitable for controlling high power, and is used for inverters in trains, hybrid vehicles, air conditioners, refrigerators, etc. It has been. As shown in FIGS. 5A to 5C, the IGBT is provided with three electrodes, ie, an emitter E, a collector C, and a gate G. The gate is formed on the surface side of the element via an insulating oxide film SiO 2. The current between the emitter E on the device surface side and the collector C on the back surface side is controlled by the applied voltage.
As described above, since the IGBT is an element that controls current with a gate insulated by an oxide film, the quality of the gate oxide film (Gate Oxide Integrity, hereinafter referred to as GOI) is important. If a defect is included in the silicon single crystal wafer, the defect is taken into the gate oxide film and causes a dielectric breakdown of the oxide film.

また、IGBTは、メモリ等のLSIのようにウェーハの表面近傍だけを横方向に使う素子ではなく、図5A〜図5Cに示すように、ウェーハを縦方向(厚み方向)に使う素子なので、その特性はウェーハのバルクの品質に影響される。特に、再結合ライフタイムと抵抗率は重要な品質である。再結合ライフタイムは、基板中の結晶欠陥によって低下するので、デバイスプロセスを経ても結晶欠陥が生じないように制御することが必要である。抵抗率に関しては、均一性と安定性が要求される。ウェーハの面内だけでなく、ウェーハ間、すなわち、シリコンインゴットの長さ方向でも均一で、且つデバイス熱プロセスを経ても変化しないことが重要である。
もし、ウェーハ平面上に複数の受けられた素子、つまり、複数の素子が並列に設けられていた場合、これらの素子間で抵抗率が異なると、抵抗率の低い素子に大電流が集中し破損してしまうので抵抗率の均一性と安定性が重要である。このように、複数の素子が並列に微細化された場合、抵抗率の差によって、大電流が集中し特定の素子に電流が集中し破損してしまうので抵抗率が均一で、しかも、デバイス熱プロセスを経ても変化しないことが重要である。
Further, the IGBT is not an element that uses only the vicinity of the surface of the wafer in the horizontal direction like an LSI such as a memory, but is an element that uses the wafer in the vertical direction (thickness direction) as shown in FIGS. 5A to 5C. Properties are affected by the bulk quality of the wafer. In particular, recombination lifetime and resistivity are important qualities. Since the recombination lifetime is reduced by crystal defects in the substrate, it is necessary to control so that no crystal defects occur even after the device process. Regarding the resistivity, uniformity and stability are required. It is important that it is uniform not only in the plane of the wafer but also between the wafers, that is, in the length direction of the silicon ingot, and does not change even after the device thermal process.
If a plurality of received elements on the wafer plane, that is, a plurality of elements are provided in parallel, if the resistivity differs between these elements, a large current concentrates on the low resistivity element and breaks. Therefore, the uniformity and stability of the resistivity are important. As described above, when a plurality of elements are miniaturized in parallel, a large current is concentrated due to the difference in resistivity, and the current is concentrated on a specific element, resulting in damage. It is important that the process does not change.

また、図5Aに示すように、電流のオフ時に空乏層がコレクタ側に接触する所謂パンチスルー(Punch Through、以下PTと記す)型IGBT用の基板として、エピキタキシャルウェーハ(以下エピウェーハと記す)が使用されている。しかし、PT型IGBTは、エピウェーハを使用するためコストが高いという問題がある。また、ライフタイムコントロールのため、高温でスイッチング損失が増加する。このため高温でオン電圧が低下して並列使用時に特定の素子に電流が集中し破損の原因となることもある。
PT型基板の欠点を克服する為に、オフ時に空乏層がコレクタ側に接触しないノンパンチスルー(Non Punch Through、以下NPTと記す)型のIGBTが開発されている。更に最近になって、トレンチゲート構造や、図5Cに示すように、コレクタ側にフィールドストップ(Field Stop、以下FSと記す)層を形成した、よりオン電圧が低くスイッチング損失の少ないFS−IGBTが製造されるようになっている。NPT型やFS型のIGBT用の基板としては、従来からFZ法で育成したシリコン単結晶から切り出した直径150mm以下のウェーハ(以下、FZウェーハという)が使用されている。
Further, as shown in FIG. 5A, as a substrate for a so-called punch through (hereinafter referred to as PT) type IGBT in which the depletion layer contacts the collector side when the current is turned off, an epitaxial wafer (hereinafter referred to as an epi wafer) is used. Is used. However, the PT type IGBT has a problem of high cost because it uses an epi-wafer. Also, switching loss increases at high temperatures for lifetime control. For this reason, the ON voltage decreases at a high temperature, and current may concentrate on a specific element during parallel use, causing damage.
In order to overcome the drawbacks of the PT-type substrate, a non-punch through (hereinafter referred to as NPT) type IGBT in which the depletion layer does not contact the collector side at the time of OFF has been developed. More recently, an FS-IGBT having a trench gate structure and a field stop (hereinafter referred to as FS) layer formed on the collector side as shown in FIG. It has come to be manufactured. As a substrate for an NPT type or FS type IGBT, a wafer having a diameter of 150 mm or less (hereinafter referred to as an FZ wafer) cut from a silicon single crystal grown by the FZ method has been used.

エピウェーハに比べてFZウェーハは安価であるが、IGBTの製造コストを更に下げる為には、ウェーハを大口径化する必要がある。しかし、FZ法で直径150mmより大きい単結晶を育成することは極めて難しく、たとえ製造できたとしても、低価格で安定供給するのは困難である。
そこで、我々はφ200mm以上好ましくはφ300mm以上の大口径結晶が容易に育成できるチョクラルスキー法(CZ法)でIGBT用シリコン単結晶ウェーハを製造することを試みた。
Although the FZ wafer is cheaper than the epi wafer, it is necessary to increase the diameter of the wafer in order to further reduce the manufacturing cost of the IGBT. However, it is extremely difficult to grow a single crystal having a diameter larger than 150 mm by the FZ method, and even if it can be produced, it is difficult to stably supply it at a low price.
Therefore, we tried to manufacture a silicon single crystal wafer for IGBT by the Czochralski method (CZ method) that can easily grow a large diameter crystal of φ200 mm or more, preferably φ300 mm or more.

以下に説明する特許文献1〜3に記載されている技術はいずれもウェーハ内の欠陥の低減を目的とするものであり、特許文献1には、CZ法によって育成され、窒素がドープされ、全面N−領域からなり、かつ格子間酸素濃度が8ppma以下、或は窒素がドープされ、全面から少なくともボイド型欠陥と転位クラスターが排除されており、かつ格子間酸素濃度が8ppma以下であるシリコン単結晶ウェーハが開示されている。
また特許文献2には、酸素及び窒素でドーピングされる間にチョクラルスキー法を使って引き上げられるシリコン単結晶の製造方法であって、単結晶が引き上げられる間に6.5×1017原子/cm3未満の濃度の酸素、及び5×1013原子/cm3超の濃度の窒素でドーピングされるシリコン単結晶の製造方法が開示されている。
更に特許文献3には、窒素を添加した融液からチョクラルスキー法により育成され、2×1014atoms/cm3以上2×1016atoms/cm3以下の窒素濃度、及び7×1017atoms/cm3以下の酸素濃度を含有し、各種表面欠陥密度がFPD≦0.1個/cm2、SEPD≦0.1個/cm2、及びOSF≦0.1個/cm2であり、内部欠陥密度がLSTD≦1×105個/cm3であり、かつ酸化膜耐圧特性がTZDB高Cモード合格率≧90%及びTDDB合格率≧90%以上であるシリコン半導体基板が開示されている。
特開2001−146498号公報 特開2000−7486号公報 特開2002−29891号公報
The techniques described in Patent Documents 1 to 3 described below are all aimed at reducing defects in the wafer. In Patent Document 1, the entire surface is grown by the CZ method and doped with nitrogen. A silicon single crystal consisting of an N-region, having an interstitial oxygen concentration of 8 ppma or less, or doped with nitrogen, excluding at least void-type defects and dislocation clusters from the entire surface, and having an interstitial oxygen concentration of 8 ppma or less A wafer is disclosed.
Patent Document 2 discloses a method for producing a silicon single crystal that is pulled up using the Czochralski method while being doped with oxygen and nitrogen, and 6.5 × 10 17 atoms / day while the single crystal is pulled up. A method for producing a silicon single crystal doped with oxygen at a concentration of less than cm 3 and nitrogen at a concentration of more than 5 × 10 13 atoms / cm 3 is disclosed.
Further, in Patent Document 3, a nitrogen concentration of 2 × 10 14 atoms / cm 3 or more and 2 × 10 16 atoms / cm 3 or less grown from a melt added with nitrogen by the Czochralski method, and 7 × 10 17 atoms is used. Containing oxygen concentration of / cm 3 or less, various surface defect densities are FPD ≦ 0.1 / cm 2 , SEPD ≦ 0.1 / cm 2 , and OSF ≦ 0.1 / cm 2 , A silicon semiconductor substrate is disclosed in which the defect density is LSTD ≦ 1 × 10 5 / cm 3 and the oxide film breakdown voltage characteristics are TZDB high C mode pass rate ≧ 90% and TDDB pass rate ≧ 90%.
JP 2001-146498 A JP 2000-7486 A JP 2002-29891 A

しかし、特許文献1〜3には、結晶欠陥フリーとなるウェーハの製造方法について開示されているものの、IGBTに必要なウェーハ特性は明らかになっていない。また、無欠陥CZシリコンで格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下あるいは7×1017atoms/cm以下または4.5×1017atoms/cm以下であり、ウェーハ面内での抵抗率のばらつきが5%以下である結晶を育成するには、石英坩堝の回転速度や、結晶の回転速度を従来の条件から大幅に変更する必要があり、無欠陥結晶が育成できる引き上げ速度マージンが小さくなってしまい、歩留まりが低下する問題があった。However, although Patent Documents 1 to 3 disclose a wafer manufacturing method that is free of crystal defects, the wafer characteristics necessary for the IGBT are not clarified. Further, it is defect-free CZ silicon, and the interstitial oxygen concentration is 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, 7 × 10 17 atoms / cm 3 or less, or 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, and the wafer surface In order to grow a crystal whose resistivity variation is 5% or less, it is necessary to drastically change the rotation speed of the quartz crucible and the rotation speed of the crystal from the conventional conditions, and a defect-free crystal can be grown. There is a problem that the pulling speed margin becomes small and the yield decreases.

また、IGBT用ウェーハの抵抗特性はn型半導体用Si基板である。代表的なn型半導体用Si基板の製造方法は、坩堝内でSiを融解しPをドープしてチョクラルスキー法によりSi単結晶インゴットを製造する。この代表的な製造方法において、Pの偏析係数は0.3であるため製造されたSiインゴットの長手方向に大きくP濃度が変化するため、半導体基板の抵抗仕様レンジが小さい場合、1本のSi単結晶インゴットから取れる該当抵抗部分はほんの一部となり生産効率が著しく低い。そのため、IGBT用半導体基板の場合、P等のn型不純物をドープせずに数1000Ωcm以上の高抵抗のSi単結晶インゴットを予め製造し、その後、所望の抵抗レンジ内になるように中性子照射により抵抗率を調整する中性子照射法が知られている。   The resistance characteristic of the IGBT wafer is an Si substrate for n-type semiconductor. A typical method for manufacturing an Si substrate for an n-type semiconductor is to melt Si in a crucible and dope P to manufacture a Si single crystal ingot by the Czochralski method. In this typical manufacturing method, since the segregation coefficient of P is 0.3, the P concentration greatly changes in the longitudinal direction of the manufactured Si ingot. Therefore, when the resistance specification range of the semiconductor substrate is small, one Si The corresponding resistance portion that can be taken from the single crystal ingot is only a small part, and the production efficiency is extremely low. Therefore, in the case of an IGBT semiconductor substrate, an Si single crystal ingot having a high resistance of several thousand Ωcm or more is manufactured in advance without doping with an n-type impurity such as P, and then neutron irradiation is performed so as to be within a desired resistance range. A neutron irradiation method for adjusting the resistivity is known.

中性子照射による抵抗率調整は特別な処理であり、Si単結晶を一定時間の間、原子炉内に設置することにより行われる。そのため、
1.半導体用Si基板のコストアップを招く
2.中性子照射のタイミング待ちや輸送時間等、製造のサイクルタイムを長くする要因となる
3.原子炉内での処理のため処理量が限られている
といった問題点があった。
The resistivity adjustment by neutron irradiation is a special process, and is performed by placing the Si single crystal in the reactor for a certain period of time. for that reason,
1. 1. Increase the cost of Si substrates for semiconductors. 2. It becomes a factor which prolongs the cycle time of manufacture, such as waiting time of neutron irradiation and transport time. There was a problem that the amount of treatment was limited due to the treatment in the reactor.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、酸化膜耐圧特性の向上ならびに抵抗率のバラツキが小さな低酸素のウェーハを短時間で製造が可能であるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法及びIGBT用シリコン単結晶ウェーハを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to manufacture a silicon single crystal wafer for IGBT capable of manufacturing a low-oxygen wafer with improved oxide breakdown voltage characteristics and small variations in resistivity in a short time. It is an object to provide a method and a silicon single crystal wafer for IGBT.

シリコン単結晶ウェーハを、チョクラルスキー法(以下、CZ法と言う場合がある)により製造すると、直径300mm程度の大口径のウェーハが製造可能であるが、CZ法で製造されたウェーハは次のような理由でIGBT用のウェーハには適していなかった。
(1)CZ法では、単結晶の育成時に過剰な空孔が凝集して0.2〜0.3μm程度のCOP欠陥(Crystal Originated Particle)が生じる。IGBTを製造する際には、ウェーハ表面にゲート酸化膜を形成するが、COP欠陥がウェーハ表面に露出して出来たピット、あるいはウェーハ表面近傍に存在するCOP欠陥がこのゲート酸化膜に取り込まれると、GOI(Gate Oxide Integrity)を劣化させる。従って、GOIが劣化しないように、COP欠陥を含まないウェーハが必要になるが、CZ法では無欠陥のウェーハの製造が難しい。
(2)CZ法により製造されたシリコン単結晶ウェーハには、1×1018atoms/cm程度の過剰な酸素が含まれており、このようなウェーハに対して450℃で1時間程度の低温熱処理(IGBT製造工程のシンタリング処理に相当する熱処理)を行うと酸素ドナーが発生し、熱処理前後でウェーハの抵抗率が変化してしまう。
(3)CZ法により製造されたシリコン単結晶ウェーハの抵抗率は、シリコン融液に添加するドーパント量によって制御でき、IGBT用のウェーハにはドーパントとしてリンが添加されるが、リンは偏析係数が小さい為にシリコン単結晶の長さ方向に渡って濃度が大きく変化する。そのため、一本のシリコン単結晶の中で、設計仕様に合致する抵抗率を有するウェーハの得られる範囲が狭い。
(4)CZ法により製造されたシリコン単結晶ウェーハには、1×1018atoms/cm程度の過剰な酸素が含まれており、このようなウェーハに対してデバイス形成プロセスを行うと、過剰な酸素がSiOとなって析出し、再結合ライフタイムを劣化させる。
When a silicon single crystal wafer is manufactured by the Czochralski method (hereinafter sometimes referred to as the CZ method), a wafer having a large diameter of about 300 mm can be manufactured. The wafer manufactured by the CZ method is For this reason, it is not suitable for an IGBT wafer.
(1) In the CZ method, excessive vacancies aggregate when a single crystal is grown, and COP defects (Crystal Originated Particles) of about 0.2 to 0.3 μm are generated. When manufacturing an IGBT, a gate oxide film is formed on the wafer surface. When a COP defect is exposed on the wafer surface or a COP defect existing in the vicinity of the wafer surface is taken into the gate oxide film. Degrading GOI (Gate Oxide Integrity). Therefore, a wafer that does not contain COP defects is required so that the GOI does not deteriorate, but it is difficult to manufacture a defect-free wafer by the CZ method.
(2) The silicon single crystal wafer manufactured by the CZ method contains excess oxygen of about 1 × 10 18 atoms / cm 3 , and such a wafer has a low temperature of about 1 hour at 450 ° C. When heat treatment (heat treatment corresponding to the sintering process in the IGBT manufacturing process) is performed, oxygen donors are generated, and the resistivity of the wafer changes before and after the heat treatment.
(3) The resistivity of a silicon single crystal wafer manufactured by the CZ method can be controlled by the amount of dopant added to the silicon melt, and phosphorus is added as a dopant to an IGBT wafer, but phosphorus has a segregation coefficient. Since it is small, the concentration greatly changes along the length direction of the silicon single crystal. Therefore, within a single silicon single crystal, the range of wafers having a resistivity that matches the design specifications is narrow.
(4) The silicon single crystal wafer manufactured by the CZ method contains excess oxygen of about 1 × 10 18 atoms / cm 3. Oxygen precipitates as SiO 2 and degrades the recombination lifetime.

(5)さらに、近年の検討により「無欠陥CZシリコンで格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下であり、ウェーハ面内での抵抗率のばらつきが5%以下であるウェーハ」であっても、IGBT熱プロセスシュミレーション後にp/n接合リークを測定すると、ほんの僅かであるが、一部に接合リークが発生した。このため、より低酸素であるウェーハが求められている。(5) Furthermore, according to a recent study, “a wafer having defect-free CZ silicon with an interstitial oxygen concentration of 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less and a variation in resistivity within the wafer surface of 5% or less. Even when the p / n junction leakage was measured after the IGBT thermal process simulation, only a small amount of junction leakage occurred. For this reason, a wafer having lower oxygen is demanded.

上記(1)〜(5)の問題点を解決すべく、本発明者らが鋭意研究を行ったところ、以下の構成を採用することによって、IGBTに必要なウェーハ特性を備えたウェーハを、CZ法により製造できることが判明した。   In order to solve the above problems (1) to (5), the present inventors have conducted intensive research. As a result, by adopting the following configuration, a wafer having the wafer characteristics necessary for the IGBT is obtained as CZ. It was found that it can be manufactured by the method.

本発明のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成することにより得られるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
シリコン融液にn型ドーパントを添加し、シリコン単結晶の引き上げ速度をGrown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度で、単結晶を育成する際に、
初期多結晶原料を充填した後、追加原料を供給しながら格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下の前記単結晶を育成することを特徴とする。
本発明のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成することにより得られるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
シリコン融液に、リンを2.9×1013atoms/cm以上2.9×1015atoms/cm以下、前記リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを、その偏析係数に応じて結晶中の濃度が1×1013atoms/cm以上1×1015atoms/cm以下となるように添加し、シリコン単結晶の引き上げ速度をGrown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度で、単結晶を育成する際に、
初期多結晶原料を充填した後、ドーパント濃度を前記濃度となるように制御しつつ追加原料を供給しながら格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下の前記単結晶を育成することを特徴とする。
本発明は、前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶の直胴部を育成する際に、
前記追加原料の供給を制御して前記シリコン融液が坩堝に当接する表面積の変動比範囲を−7〜+7%として前記シリコン融液の対流状態を制御し前記単結晶の格子間酸素濃度を0.7×1017〜4.5×1017atoms/cmの範囲とすることが好ましい。
本発明は、前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶の直胴部を育成する際に、
前記追加原料の供給を制御して前記シリコン融液の液面高さの坩堝縁部上端に対する変動範囲を−3mm〜+3mmとして前記シリコン融液の対流状態を制御し前記単結晶の格子間酸素濃度を0.7×1017〜4.5×1017atoms/cmの範囲とすることが好ましい。
本発明は、前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶の直胴部を育成する際に、
前記追加原料の供給を制御して前記シリコン融液量の変動比範囲が−7〜+7%として前記シリコン融液の対流状態を制御し前記単結晶の格子間酸素濃度を0.7×1017〜4.5×1017atoms/cmの範囲とすることが好ましい。
本発明は、前記単結晶を育成する際に添加追加供給するシリコン原料が、融解原料あるいは固形原料であるすることができる。
本発明は、前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶を育成するシリコン融液に対して、結晶中に取り込まれる窒素が1×1013atoms/cm以上5×1014atoms/cm以下の濃度となるように添加することができる。
本発明は、前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶を育成する際に、
CZ炉内の雰囲気ガス中に水素ガス換算分圧で40Pa以上400Pa以下の範囲となる水素原子含有物質を導入することができる。
本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハは、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶からなるIGBT用のシリコン単結晶ウェーハであって、上記のいずれか記載の製造方法により製造され、
前記シリコン単結晶の直胴部の軸方向における格子間酸素濃度の変動が0.7×1017〜4.5×1017atoms/cmの範囲とされてなることが好ましい。
本発明は、ウェーハ表面におけるLPD密度が0.1個/cm以下であり、ライトエッチング欠陥密度が1×10個/cm以下であることができる。
本発明は、裏面側に50nm以上1000nm以下の多結晶シリコン層が形成されていることができる。
The method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention is a method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT obtained by growing a silicon single crystal by the Czochralski method,
When an n-type dopant is added to the silicon melt and the single crystal is grown at a speed at which the growth rate of the silicon single crystal can be pulled up by a grown-in defect-free silicon single crystal,
After the initial polycrystalline raw material is filled, the single crystal having an interstitial oxygen concentration of 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less is grown while supplying an additional raw material.
The method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention is a method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT obtained by growing a silicon single crystal by the Czochralski method,
In the silicon melt, phosphorus is 2.9 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 2.9 × 10 15 atoms / cm 3 or less, and a p-type dopant having a segregation coefficient smaller than that of phosphorus is crystallized according to the segregation coefficient. The concentration of the silicon single crystal is added so that the concentration is 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 15 atoms / cm 3 or less, and the pulling speed of the silicon single crystal is increased so that a grown-in defect-free silicon single crystal can be pulled. So when growing single crystals,
After filling the initial polycrystalline material, the single crystal having an interstitial oxygen concentration of 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less is grown while supplying an additional material while controlling the dopant concentration to be the above concentration. It is characterized by that.
The present invention, when growing the straight body of a silicon single crystal from the Czochralski method,
The supply of the additional raw material is controlled so that the fluctuation ratio range of the surface area where the silicon melt contacts the crucible is -7 to + 7%, and the convection state of the silicon melt is controlled to reduce the interstitial oxygen concentration of the single crystal to 0. It is preferable to set it in the range of 7 × 10 17 to 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 .
The present invention, when growing the straight body of a silicon single crystal from the Czochralski method,
The supply of the additional raw material is controlled so that the variation range of the liquid surface height of the silicon melt with respect to the upper end of the crucible is -3 mm to +3 mm, and the convection state of the silicon melt is controlled to control the interstitial oxygen concentration of the single crystal. Is preferably in the range of 0.7 × 10 17 to 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 .
The present invention, when growing the straight body of a silicon single crystal from the Czochralski method,
The supply of the additional raw material is controlled so that the fluctuation ratio range of the silicon melt amount is −7 to + 7%, and the convection state of the silicon melt is controlled, so that the interstitial oxygen concentration of the single crystal is 0.7 × 10 17. It is preferable to be in the range of ˜4.5 × 10 17 atoms / cm 3 .
In the present invention, the silicon material added and supplied when growing the single crystal can be a melting material or a solid material.
In the present invention, the concentration of nitrogen incorporated in the crystal is 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 14 atoms / cm 3 or less with respect to the silicon melt for growing the silicon single crystal by the Czochralski method. Can be added.
The present invention, when growing a silicon single crystal by the Czochralski method,
A hydrogen atom-containing substance having a hydrogen gas equivalent partial pressure in the range of 40 Pa or more and 400 Pa or less can be introduced into the atmospheric gas in the CZ furnace.
The silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention is a silicon single crystal wafer for IGBT composed of a silicon single crystal grown by the Czochralski method, and is manufactured by any one of the manufacturing methods described above,
It is preferable that the variation of the interstitial oxygen concentration in the axial direction of the straight body portion of the silicon single crystal is in the range of 0.7 × 10 17 to 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 .
In the present invention, the LPD density on the wafer surface may be 0.1 pieces / cm 2 or less, and the light etching defect density may be 1 × 10 3 pieces / cm 2 or less.
In the present invention, a polycrystalline silicon layer having a thickness of 50 nm to 1000 nm can be formed on the back surface side.

本発明のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成することにより得られるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
シリコン融液にn型ドーパントを添加し、シリコン単結晶の引き上げ速度をGrown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度で、単結晶を育成する際に、
初期多結晶原料を充填した後、追加原料を供給しながら格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下( ASTM F121−1979 以下酸素濃度表記はこれに準ずる)の前記単結晶を育成することを特徴とする。
本発明は、前記単結晶を育成する際に添加追加供給するシリコン原料が、融解原料あるいは固形原料であることができる。
本発明は、前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶を育成するシリコン融液に対して、結晶中に取り込まれる窒素が1×1013atoms/cm以上5×1014atoms/cm以下の濃度となるように添加することができる。
本発明は、前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶を育成する際に、
CZ炉内の雰囲気ガス中に水素ガス換算分圧で40Pa以上400Pa以下の範囲となる水素原子含有物質を導入することができる。
本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハは、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶からなるIGBT用のシリコン単結晶ウェーハであって、上記のいずれか記載の製造方法により製造され、
前記シリコン単結晶の直胴部の軸方向における格子間酸素濃度の変動が0.7×1017〜4.5×1017atoms/cmの範囲であることが好ましい。
本発明は、ウェーハ表面におけるLPD密度が0.1個/cm以下であり、ライトエッチング欠陥密度が1×10個/cm以下であることができる。
本発明は、裏面側に50nm以上1000nm以下の多結晶シリコン層が形成されていることができる。
本発明は、シリコン融液にn型ドーパントを添加し抵抗率を調整する代わりに、数1000Ωcm以上の高抵抗のSi単結晶インゴットを予め製造し、その後、所望の抵抗レンジ内になるように中性子照射により抵抗率を調整することができる。
The method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention is a method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT obtained by growing a silicon single crystal by the Czochralski method,
When an n-type dopant is added to the silicon melt and the single crystal is grown at a speed at which the growth rate of the silicon single crystal can be pulled up by a grown-in defect-free silicon single crystal,
After filling the initial polycrystalline material, the single crystal having an interstitial oxygen concentration of 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less (ASTM F121-1979) It is characterized by nurturing.
In the present invention, the silicon raw material added and supplied when growing the single crystal can be a molten raw material or a solid raw material.
In the present invention, the concentration of nitrogen incorporated in the crystal is 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 14 atoms / cm 3 or less with respect to the silicon melt for growing the silicon single crystal by the Czochralski method. Can be added.
The present invention, when growing a silicon single crystal by the Czochralski method,
A hydrogen atom-containing substance having a hydrogen gas equivalent partial pressure in the range of 40 Pa or more and 400 Pa or less can be introduced into the atmospheric gas in the CZ furnace.
The silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention is a silicon single crystal wafer for IGBT composed of a silicon single crystal grown by the Czochralski method, and is manufactured by any one of the manufacturing methods described above,
The variation of the interstitial oxygen concentration in the axial direction of the straight body portion of the silicon single crystal is preferably in the range of 0.7 × 10 17 to 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 .
In the present invention, the LPD density on the wafer surface may be 0.1 pieces / cm 2 or less, and the light etching defect density may be 1 × 10 3 pieces / cm 2 or less.
In the present invention, a polycrystalline silicon layer having a thickness of 50 nm to 1000 nm can be formed on the back surface side.
In the present invention, instead of adding an n-type dopant to a silicon melt and adjusting the resistivity, a high-resistance Si single crystal ingot of several thousand Ωcm or more is manufactured in advance, and then the neutron is in a desired resistance range. The resistivity can be adjusted by irradiation.

本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハは、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶からなるIGBT用シリコン単結晶ウェーハであって、結晶径方向全域においてCOP欠陥および転位クラスタが排除されており、格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下であり、ウェーハ面内における抵抗率のばらつきが5%以下であることができる。
さらに、本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハにおいては、前記シリコン単結晶が、前記チョクラルスキー法より育成される際に、n型ドーパントがドープされたシリコン融液から、Grown−in欠陥フリーなシリコン単結晶を引き上げ可能な引き上げ速度により育成されたものであることが好ましい。
The silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention is an IGBT silicon single crystal wafer made of a silicon single crystal grown by the Czochralski method, and COP defects and dislocation clusters are eliminated in the entire crystal diameter direction. The interstitial oxygen concentration can be 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, and the variation in resistivity within the wafer surface can be 5% or less.
Further, in the silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention, when the silicon single crystal is grown by the Czochralski method, the grown-in defect free from the silicon melt doped with the n-type dopant. It is preferable that the silicon single crystal is grown at a pulling speed capable of pulling up.

更に本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハにおいては、破壊電界8MV/cmでのTZDBの合格率が90%以上であり、450℃で1時間の熱処理を行った場合に発生する酸素ドナーの濃度が9.8×1012個/cm以下あるいは6×1012個/cm以下であり、800℃で4時間と1000℃で16時間の二段階熱処理を行った場合に析出するBMDの密度が5×10個/cm以下であり、前記二段階熱処理を行った場合における再結合ライフタイムが100μ秒以上であることが好ましい。
更にまた、本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハにおいては、リンと、前記リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントがそれぞれ、1×1013atoms/cm以上1×1015atoms/cm以下の濃度で含まれていることが好ましい。
更にまた、本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハにおいては、ウェーハ表面におけるLPD密度が0.1個/cm以下であり、ライトエッチング欠陥密度が1×10個/cm以下であることが好ましい。
また本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハにおいては、裏面側に50nm以上1000nm以下の多結晶シリコン層が形成されていることが好ましい。
Furthermore, in the silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention, the pass rate of TZDB at a breakdown electric field of 8 MV / cm is 90% or more, and the concentration of oxygen donor generated when heat treatment is performed at 450 ° C. for 1 hour. Is 9.8 × 10 12 pieces / cm 3 or less, or 6 × 10 12 pieces / cm 3 or less, and the density of BMD precipitated when two-stage heat treatment is performed at 800 ° C. for 4 hours and 1000 ° C. for 16 hours. Is 5 × 10 7 pieces / cm 3 or less, and the recombination lifetime when the two-stage heat treatment is performed is preferably 100 μsec or more.
Furthermore, in the silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention, phosphorus and a p-type dopant having a segregation coefficient smaller than that of phosphorus are 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 15 atoms / cm 3, respectively. It is preferably contained in the following concentrations.
Furthermore, in the silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention, the LPD density on the wafer surface is 0.1 piece / cm 2 or less, and the light etching defect density is 1 × 10 3 pieces / cm 2 or less. Is preferred.
Moreover, in the silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention, it is preferable that a polycrystalline silicon layer of 50 nm or more and 1000 nm or less is formed on the back surface side.

なお、本発明において、抵抗率のばらつきは、ウェーハ中心、ウェーハ中心と外周の中間の位置、ウェーハ外周から5mmの位置の合計3カ所で抵抗率を測定し、その3カ所の抵抗率の中から最大値と最小値を選び、(最大値−最小値)×100/最小値の式で得られる値とする。   In the present invention, the variation in resistivity is measured at a total of three locations: the wafer center, a position between the wafer center and the periphery, and a position 5 mm from the wafer periphery. The maximum value and the minimum value are selected and set to a value obtained by the equation (maximum value−minimum value) × 100 / minimum value.

また、本発明において「Grown−in欠陥フリー」とは、COP欠陥や転位クラスタなどの結晶育成に伴って生じる欠陥が排除されることを意味する。
また、「ライトエッチング欠陥」とは、As-Grownのシリコン単結晶ウェーハを硫酸銅水溶液に浸漬した後自然乾燥し、窒素雰囲気中で900℃、20分程度の熱処理を行なうCuデコレーションを行ない、その後、試験片表層のCuシリサイド層を除去するために、HF/HNO混合溶液中に浸漬して、表層を数十ミクロン程度エッチングして除去し、その後、ウェーハ表面を2μmライトエッチング(クロム酸エッチング)し、光学顕微鏡を用いて検出される欠陥である。この評価手法によれば、結晶育成時に形成した転位クラスタをCuデコレーションすることで顕在化させ、転位クラスタを感度良く検出することができる。即ちライトエッチング欠陥には、転位クラスタが含まれる。
また、本発明において、「LPD密度」とは、レーザ光散乱式パーティクルカウンター(SP1(surfscan SP1):KLA−Tencor社製)を用いて検出される欠陥の密度である。
Further, in the present invention, “Grown-in defect free” means that defects caused by crystal growth such as COP defects and dislocation clusters are eliminated.
“Light etching defects” means that an As-grown silicon single crystal wafer is immersed in an aqueous copper sulfate solution and then air-dried, and then subjected to Cu decoration for about 20 minutes at 900 ° C. in a nitrogen atmosphere. In order to remove the Cu silicide layer on the surface of the test piece, it was immersed in an HF / HNO 3 mixed solution, and the surface layer was removed by etching for about several tens of microns. Thereafter, the wafer surface was etched by 2 μm light etching (chromic acid etching). And defects detected using an optical microscope. According to this evaluation method, the dislocation clusters formed at the time of crystal growth can be revealed by Cu decoration, and the dislocation clusters can be detected with high sensitivity. That is, the light etching defect includes a dislocation cluster.
In the present invention, the “LPD density” is a density of defects detected using a laser light scattering particle counter (SP1 (surfscan SP1): manufactured by KLA-Tencor).

また、TZDBとは、タイムゼロ絶縁破壊(Time Zero Dielectric Breakdown)の略であり、GOIを表す指標のひとつである。本発明におけるTZDBの合格率は、測定電極の電極面積を8mmとし、判定電流を1mAとしたとした条件で、ウェーハ全体で229カ所程度の場所で電流−電圧曲線を測定し、静電破壊を起こさなかった確率をTZDBの合格率としている。なお、この合格率はCモード合格率である。Further, TZDB is an abbreviation for Time Zero Dielectric Breakdown, and is one of the indexes representing GOI. The pass rate of TZDB in the present invention was determined by measuring the current-voltage curve at about 229 locations on the entire wafer under the conditions that the electrode area of the measurement electrode was 8 mm 2 and the judgment current was 1 mA. The probability of not having occurred is taken as the pass rate of TZDB. This pass rate is a C mode pass rate.

本発明のシリコン単結晶ウェーハによれば、結晶径方向全域においてCOP欠陥および転位クラスタが排除されているので、ウェーハを縦方向に使う素子であるIGBT用のウェーハとして好適である。即ち、結晶径方向全域においてCOP欠陥および転位クラスタが排除されているので、IGBT製造工程におけるウェーハ表面でのゲート酸化膜の形成時に、COP欠陥がゲート酸化膜に取り込まれることがなく、GOIを劣化させることがない。また、転位クラスタが排除されることによって、集積回路におけるリーク電流を防止できる。   According to the silicon single crystal wafer of the present invention, since COP defects and dislocation clusters are eliminated in the entire crystal diameter direction, it is suitable as a wafer for IGBT which is an element that uses the wafer in the vertical direction. That is, since COP defects and dislocation clusters are eliminated in the entire crystal diameter direction, the COP defects are not taken into the gate oxide film when the gate oxide film is formed on the wafer surface in the IGBT manufacturing process, and the GOI is deteriorated. I will not let you. Further, by eliminating dislocation clusters, leakage current in the integrated circuit can be prevented.

さらに、現在の主流である、原料を引き上げ時に追加しないバッチ式CZ法ではなく、原料を追加しながら引き上げをおこなう連続CZ法(CCZ法)により引き上げたシリコン単結晶からウェーハを製造するので、バッチ式では非常に困難であった低酸素状態を結晶軸方向に維持したシリコン単結晶インゴットを容易に製造することができ、IGBT用シリコンウェーハの歩留まりを向上することができる。
すなわち、通常、バッチ式チョクラルスキー法でシリコン単結晶インゴットを製造した場合、シリコン融液を保持する石英坩堝から、酸素が不可避的に混入する。低酸素化の方策を施さない場合、単結晶インゴットの酸素濃度は通常、10×1017atoms/cm(oldASTM)程度の酸素濃度となるが、横磁場印加や炉内圧力等のプロセス条件を工夫することにより低酸素濃度のシリコン単結晶インゴットを実現することは可能である。しかし、バッチ式CZ法の場合、シリコン単結晶の長手方向全域(結晶軸方向の全長にわたる直胴部)で4.5×1017atoms/cm以下または4×1017atoms/cm以下といった所望の低酸素濃度を維持することは実現できておらず、長手方向(結晶軸方向)にほんの一部でしか実現できない。
その理由は、上述したように酸素は石英坩堝からシリコン融液に溶け込むが、結晶の引き上げ長が増加するにしたがって、石英坩堝とシリコン融液との接触面積が結晶引き上げの過程で変化する。このため、単結晶中の酸素濃度が変動してしまうことになる。また、シリコン融液に溶け込んだ酸素はこのシリコン融液内部における対流で輸送され、シリコン融液中から結晶に取り込まれるが、その対流が融液残量によって変化する。このため、単結晶中の酸素濃度が変動してしまうことになる。
上述したように、本発明は低酸素濃度結晶の優れた製造方法という側面を持つという特徴も有する。シリコン融液にn型ドーパントを添加し抵抗率を調整する代わりに、数1000Ωcm以上の高抵抗のSi単結晶インゴットを予め製造し、その後、所望の抵抗レンジ内になるように中性子照射により抵抗率を調整することも可能である。
Furthermore, wafers are manufactured from a single crystal of silicon that is pulled by the continuous CZ method (CCZ method) in which pulling is performed while adding raw materials, rather than the batch CZ method that does not add raw materials when pulling, which is the mainstream at present. It is possible to easily manufacture a silicon single crystal ingot maintaining a low oxygen state in the crystal axis direction, which was very difficult by the equation, and to improve the yield of the silicon wafer for IGBT.
That is, normally, when a silicon single crystal ingot is manufactured by a batch-type Czochralski method, oxygen is inevitably mixed from a quartz crucible holding a silicon melt. When the measures for reducing oxygen are not taken, the oxygen concentration of the single crystal ingot is usually about 10 × 10 17 atoms / cm 3 (oldASTM), but the process conditions such as the application of a transverse magnetic field and the pressure in the furnace are limited. By devising, it is possible to realize a silicon single crystal ingot with a low oxygen concentration. However, in the case of the batch type CZ method, 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less or 4 × 10 17 atoms / cm 3 or less in the entire longitudinal direction of the silicon single crystal (the straight body portion extending over the entire length in the crystal axis direction). Maintaining the desired low oxygen concentration cannot be realized, and can be realized only in a part in the longitudinal direction (crystal axis direction).
The reason for this is that, as described above, oxygen dissolves from the quartz crucible into the silicon melt, but as the crystal pulling length increases, the contact area between the quartz crucible and the silicon melt changes during the crystal pulling process. For this reason, the oxygen concentration in the single crystal varies. Further, oxygen dissolved in the silicon melt is transported by convection inside the silicon melt and taken into the crystal from the silicon melt, but the convection changes depending on the remaining amount of the melt. For this reason, the oxygen concentration in the single crystal varies.
As described above, the present invention also has a feature of having an aspect of an excellent method for producing a low oxygen concentration crystal. Instead of adding an n-type dopant to the silicon melt and adjusting the resistivity, a high-resistance Si single crystal ingot of several thousand Ωcm or more is manufactured in advance, and then the resistivity is applied by neutron irradiation so as to be within a desired resistance range. It is also possible to adjust.

すなわち、本発明においては、連続CZ法によりシリコン単結晶を製造する前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶の直胴部を育成する際に、前記追加原料の供給を制御して前記シリコン融液が坩堝に当接する表面積の変動比範囲を−7〜+7%とするか、前記追加原料の供給を制御して前記シリコン融液の液面高さの坩堝縁部上端に対する変動範囲を−3mm〜+3mmとするか、前記追加原料の供給を制御して前記シリコン融液量の変動比範囲が−7〜+7%とすることにより、低酸素結晶成長可能な融液残量を維持することができるため、石英坩堝とシリコン融液との接触面積を一定になるよう制御して、石英坩堝からシリコン融液中へ溶け込む酸素量が一定になるよう制御するとともに、シリコン融液内部における対流が結晶引き上げ長によって変動しないように制御して、シリコン融液中から結晶に取り込まれる酸素量が一定になるとともに、低酸素濃度である4.5×1017atoms/cm以下の状態を軸方向全長にわたって維持する単結晶製造が可能となる。
つまり、本発明は、前記シリコン融液の対流状態を制御し前記単結晶の格子間酸素濃度を結晶軸方向の全長にわたって0.7×1017〜4.5×1017atoms/cmの範囲とすることが可能となる。これにより、バッチ式CZ法では結晶長手方向の一部しか得られない低酸素濃度域を結晶長手方向全域に実現することが可能となる。
なお、本発明で、前記シリコン融液が坩堝に当接する表面積の変動比範囲といった場合には、坩堝以外にシリコン融液が当接する石英部分がある場合はこの表面積も含むものである。たとえば、CCZ法における二重坩堝を使用した場合には、内坩堝のシリコン融液当接部分の表面積、あるいは、石英製の原料供給管がシリコン融液に浸漬されている場合には、この浸漬部分の表面積をも含めて、坩堝に当接する表面積とする。
That is, in the present invention, when the straight body portion of the silicon single crystal is grown by the Czochralski method for producing the silicon single crystal by the continuous CZ method, the supply of the additional raw material is controlled to obtain the silicon melt. The variation ratio range of the surface area in contact with the crucible is set to -7 to + 7%, or the supply range of the additional raw material is controlled so that the variation range of the liquid surface height of the silicon melt is -3 mm to +3 mm. Alternatively, by controlling the supply of the additional raw material so that the variation ratio range of the silicon melt amount is −7 to + 7%, the remaining amount of the melt capable of growing low oxygen crystals can be maintained. In addition, the contact area between the quartz crucible and the silicon melt is controlled to be constant, the amount of oxygen dissolved from the quartz crucible into the silicon melt is controlled to be constant, and the convection inside the silicon melt is crystallized. And controls so as not to vary by up length, together with the amount of oxygen taken into the crystal from the silicon melt becomes constant axial length of 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less in the state of low oxygen concentration It is possible to produce a single crystal that is maintained over a wide range.
That is, in the present invention, the convection state of the silicon melt is controlled, and the interstitial oxygen concentration of the single crystal is in the range of 0.7 × 10 17 to 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 over the entire length in the crystal axis direction. It becomes possible. This makes it possible to realize a low oxygen concentration region that can be obtained only in a part of the crystal longitudinal direction in the batch type CZ method over the entire crystal longitudinal direction.
In the present invention, in the case of the range ratio of the surface area where the silicon melt comes into contact with the crucible, this surface area is also included when there is a quartz part with which the silicon melt comes into contact in addition to the crucible. For example, when a double crucible in the CCZ method is used, the surface area of the silicon crucible contact portion of the inner crucible or the quartz raw material supply pipe is immersed in the silicon melt. Including the surface area of the part, the surface area is in contact with the crucible.

更に、格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm(oldASTM)以下、あるいは、4.5×1017atoms/cm以下なので、ウェーハの熱処理後に発生する酸素ドナーの濃度を9.8×1012個/cm以下に抑えることができ、熱処理前後でのウェーハの抵抗率の変化を防ぐことができ、シリコン単結晶ウェーハの品質を安定にできる。
なお、酸素ドナーの濃度を9.8×1012個/cm以下にする理由は次の通りである。高耐圧IGBTには、n型で抵抗率が40〜70Ω・cmのウェーハが使われる。例えば、基板の抵抗率の仕様が50±5Ω・cmの場合では、許容できるドナー濃度は9.8×1012個/cm以下となる。ここで、酸素に起因した酸素ドナーが最も発生しやすい温度は450℃である。例えばデバイスプロセスにおいてAl配線のシンタリング処理はこの温度前後で行われる。450℃で1時間の熱処理を施した場合に発生する酸素ドナーの濃度の酸素濃度依存性を調べた結果を図1に示す。図1から、酸素ドナーの濃度を9.8×1012個/cm以下に抑えるためには、ウェーハの格子間酸素濃度を8.5×1017atoms/cm以下に制御しなければならないことが分かる。このような理由から本発明においては、格子間酸素濃度を8.5×1017atoms/cm以下、あるいは、4.5×1017atoms/cm以下とした。
Further, since the interstitial oxygen concentration is 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 (oldASTM) or less, or 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, the concentration of oxygen donors generated after the heat treatment of the wafer is 9. It can be suppressed to 8 × 10 12 pieces / cm 3 or less, the change in the resistivity of the wafer before and after the heat treatment can be prevented, and the quality of the silicon single crystal wafer can be stabilized.
The reason why the oxygen donor concentration is 9.8 × 10 12 atoms / cm 3 or less is as follows. An n-type wafer having a resistivity of 40 to 70 Ω · cm is used for the high voltage IGBT. For example, when the resistivity specification of the substrate is 50 ± 5 Ω · cm, the allowable donor concentration is 9.8 × 10 12 ions / cm 3 or less. Here, the temperature at which oxygen donors due to oxygen are most likely to be generated is 450 ° C. For example, in the device process, the Al wiring sintering process is performed around this temperature. FIG. 1 shows the results of examining the oxygen concentration dependence of the oxygen donor concentration generated when heat treatment is performed at 450 ° C. for 1 hour. From FIG. 1, in order to suppress the oxygen donor concentration to 9.8 × 10 12 atoms / cm 3 or less, the interstitial oxygen concentration of the wafer must be controlled to 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less. I understand that. For this reason, in the present invention, the interstitial oxygen concentration is set to 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, or 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

また、石英坩堝の回転速度を低速にすることによっても格子間酸素濃度の低減が図られる。
具体的には、図4に示すように、前記シリコン融液からシリコン単結晶を前記石英ルツボと逆方向に回転させつつ引き上げながら育成する際に、石英ルツボ回転数R1(rpm)と、結晶回転数R2(rpm)とを、
添付図面図4に各点(R1,R2)で示すように、
点A (0.1,1)、点B(0.1,7)、点C(0.5,7)、点I(0.7,6)、点E(1,6)、点F(2,2)、点G(2,1)で囲まれる範囲内の値に設定することができる。これにより、格子間酸素濃度が4×1017atoms/cm以下の単結晶を育成することができる。実質的には、石英ルツボの回転数をR1(rpm)、結晶回転数をR2(rpm)とするとき、R1:0.1以上2以下、R2:1以上7以下、の範囲であって、R1:0.5以上0.7以下の場合、R2<7−5(R1−0.5)を満足し、R1:0.7以上1以下の場合、R2<6を満足し、R1:1以上2以下の場合、R2<6−4(R1−1)を満足する範囲に設定することができる。この場合、単結晶中の格子間酸素濃度を4.0×1017atoms/cm以下として低酸素濃度のシリコン単結晶を育成できる。
また、石英ルツボ回転数R1(rpm)と、結晶回転数R2(rpm)とを、
添付図面図4に各点(R1,R2)で示すように、
点A (0.1,1)、点B(0.1,7)、点L(0.2,7)、点K(0.3,7)、点J(0.5,6)、点I(0.7,6)、点H(1,5)、点N(1,3)、点M(1,1)で囲まれる範囲内の値に設定してシリコン単結晶を引き上げてもよい。実質的には、石英ルツボ回転数R1(rpm)と結晶回転数R2(rpm)とをR1:0.1以上2以下、R2:1以上7以下、の範囲であって、但しR1:0.3以上、0.5以下の場合、R2<7−5(R1−0.3)を満足し、R1:0.5以上0.7以下の場合、R2<6を満足し、R1:0.7以上1以下の場合、R2<6−3.4(R1−0.7)を満足する範囲に設定すればよい。この場合、単結晶中の格子間酸素濃度が3.5×1017atoms/cm以下として、低酸素濃度のシリコン単結晶を提供できる。
また、石英ルツボ回転数R1(rpm)と、結晶回転数R2(rpm)とを、
添付図面図4に各点(R1,R2)で示すように、
点A (0.1,1)、点B(0.1,7)、点L(0.2,7)、点Q(0.3,6)、点J(0.5,6)、点P(0.7,5)、点N(1,3)、点M(1,1)で囲まれる範囲内の値に設定してシリコン単結晶を引き上げてもよい。 実質的には、石英ルツボ回転数R1(rpm)と結晶回転数R2(rpm)とをR1:0.1以上1以下、R2:1以上7以下、の範囲であって、但しR1:0.2以上0.3以下の場合、R2<7−10(R1−0.2)を満足し、R1:0.3以上0.5以下の場合、R2<6を満足し、R1:0.5以上0.7以下の場合、R2<6−5(R1−0.5)を満足し、R1:0.7以上、1以下の場合、R2<5−6.7(R1−0.7)を満足する範囲に設定することができる。この場合、単結晶中の格子間酸素濃度3.0×1017atoms/cm以下のシリコン単結晶を育成し、より低酸素濃度のシリコン単結晶を育成できる。
なお、石英ルツボ回転数R1(rpm)と、結晶回転数R2(rpm)と格子間酸素濃度との関係を表3に示す。
The interstitial oxygen concentration can also be reduced by lowering the rotation speed of the quartz crucible.
Specifically, as shown in FIG. 4, when growing a silicon single crystal from the silicon melt while rotating it in the direction opposite to the quartz crucible, the quartz crucible rotation speed R1 (rpm) and the crystal rotation The number R2 (rpm)
As shown by the points (R1, R2) in FIG.
Point A (0.1,1), Point B (0.1,7), Point C (0.5,7), Point I (0.7,6), Point E (1,6), Point F It can be set to a value within a range surrounded by (2, 2) and point G (2, 1). Thereby, a single crystal having an interstitial oxygen concentration of 4 × 10 17 atoms / cm 3 or less can be grown. Substantially, when the rotation speed of the quartz crucible is R1 (rpm) and the rotation speed of the crystal is R2 (rpm), R1: 0.1 or more and 2 or less, R2: 1 or more and 7 or less, When R1: 0.5 or more and 0.7 or less, R2 <7-5 (R1-0.5) is satisfied, and when R1: 0.7 or more and 1 or less, R2 <6 is satisfied, and R1: 1 In the case of 2 or less, it can be set in a range satisfying R2 <6-4 (R1-1). In this case, a silicon single crystal having a low oxygen concentration can be grown by setting the interstitial oxygen concentration in the single crystal to 4.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less.
Further, the quartz crucible rotation speed R1 (rpm) and the crystal rotation speed R2 (rpm)
As shown by the points (R1, R2) in FIG.
Point A (0.1,1), point B (0.1,7), point L (0.2,7), point K (0.3,7), point J (0.5,6), Pull the silicon single crystal up to a value within the range surrounded by point I (0.7,6), point H (1,5), point N (1,3), and point M (1,1). Also good. Substantially, the quartz crucible rotation speed R1 (rpm) and the crystal rotation speed R2 (rpm) are in the range of R1: 0.1 or more and 2 or less, R2: 1 or more and 7 or less, provided that R1: 0. In the case of 3 or more and 0.5 or less, R2 <7-5 (R1-0.3) is satisfied, and in the case of R1: 0.5 or more and 0.7 or less, R2 <6 is satisfied, and R1: 0. In the case of 7 or more and 1 or less, it may be set in a range satisfying R2 <6-3.4 (R1-0.7). In this case, a silicon single crystal having a low oxygen concentration can be provided by setting the interstitial oxygen concentration in the single crystal to 3.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.
Further, the quartz crucible rotation speed R1 (rpm) and the crystal rotation speed R2 (rpm)
As shown by the points (R1, R2) in FIG.
Point A (0.1,1), point B (0.1,7), point L (0.2,7), point Q (0.3,6), point J (0.5,6), The silicon single crystal may be pulled up by setting a value within a range surrounded by the points P (0.7, 5), N (1, 3), and M (1, 1). Substantially, the quartz crucible rotation speed R1 (rpm) and the crystal rotation speed R2 (rpm) are in the range of R1: 0.1 or more and 1 or less, R2: 1 or more and 7 or less, provided that R1: 0. When 2 or more and 0.3 or less, R2 <7-10 (R1-0.2) is satisfied, and when R1: 0.3 or more and 0.5 or less, R2 <6 is satisfied, and R1: 0.5 In the case of 0.7 or more and 0.7 or less, R2 <6-5 (R1-0.5) is satisfied, and in the case of R1: 0.7 or more and 1 or less, R2 <5-6.7 (R1-0.7) Can be set in a range that satisfies the above. In this case, a silicon single crystal having an interstitial oxygen concentration of 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less in the single crystal can be grown, and a silicon single crystal having a lower oxygen concentration can be grown.
Table 3 shows the relationship among the quartz crucible rotation speed R1 (rpm), the crystal rotation speed R2 (rpm), and the interstitial oxygen concentration.

Figure 2009025336
Figure 2009025336

また、本発明では、シリコン融液に印加する磁場は水平磁場やカスプ磁場など採用することができ、例えば水平磁場の強度としては、3000〜5000G(0.3T〜0.5T)とすることができる。磁場強度が上記の範囲以下であるとシリコン融液の対流抑制効果が充分でなく固液界面の形状を好ましい形状とすることができない上、酸素濃度を充分低下することができず好ましくない。また、上記の範囲以上に磁場強度を上げると、対流が抑制されすぎて、高温のシリコン融液が石英ルツボ内表面の劣化を進め、結晶の無転位化率が低下するため好ましくない。
また、本発明では、磁場中心位置と結晶引き上げ時の融液表面位置を−75〜+50mm、より好ましくは、20〜45mmとすることが好ましい。ここで、ここで磁場中心位置とは、水平磁場にあっては磁場発生コイルの中心が位置する高さ位置を意味し、−75mmとは、融液液面から上方75mmであることを意味している。
In the present invention, the magnetic field applied to the silicon melt can be a horizontal magnetic field, a cusp magnetic field, or the like. For example, the strength of the horizontal magnetic field is 3000 to 5000 G (0.3 T to 0.5 T). it can. When the magnetic field strength is below the above range, the effect of suppressing convection of the silicon melt is not sufficient, and the shape of the solid-liquid interface cannot be made preferable, and the oxygen concentration cannot be lowered sufficiently, which is not preferable. Further, if the magnetic field strength is increased beyond the above range, convection is suppressed too much, and the high-temperature silicon melt advances the deterioration of the inner surface of the quartz crucible, and the dislocation-free rate of the crystal is lowered.
In the present invention, the magnetic field center position and the melt surface position during crystal pulling are preferably −75 to +50 mm, more preferably 20 to 45 mm. Here, the magnetic field center position means a height position where the center of the magnetic field generating coil is located in a horizontal magnetic field, and -75 mm means 75 mm above the melt surface. ing.

本発明のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法は、8インチφCZシリコン単結晶において 酸素濃度4×1017atoms/cm(ASTM F121−1979)以下というレベルは 今までに類を見ないレベルを実現することができた。COPフリーでかつ 酸素濃度4×1017atoms/cm以下というシリコン単結晶は 従来結晶でいうCZ結晶とFZ結晶の中間に位置する結晶である。MCZ法でCOPフリー結晶を育成することにより FZ結晶同等の酸化膜耐圧を得ることができる。また、酸素濃度4×1017atoms/cm以下とすることにより デバイス製造工程における熱処理によっても、での酸素ドナー発生の懸念を払拭することができ、さらに CZ結晶特有の酸素起因不良がほとんど見られなくなる。MCZ法による引き上げにおいて シリコン融液の対流を抑制し 石英ルツボの溶解量を減らすと共に、合成石英ルツボを使用し 石英ルツボ中の不純物濃度を低減させ、よりFZ結晶に近い品質のCZ結晶を育成できる。ここで、合成石英ルツボとは、少なくとも原料融液に当接する内表面が以下のような合成石英から形成されたものを意味する。The manufacturing method of the silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention has an unprecedented level of oxygen concentration of 4 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM F121-1979) or less in an 8-inch φCZ silicon single crystal. Could be realized. A silicon single crystal which is COP-free and has an oxygen concentration of 4 × 10 17 atoms / cm 3 or less is a crystal located between the CZ crystal and the FZ crystal, which is a conventional crystal. By growing the COP-free crystal by the MCZ method, an oxide film breakdown voltage equivalent to that of the FZ crystal can be obtained. In addition, by setting the oxygen concentration to 4 × 10 17 atoms / cm 3 or less, the heat treatment in the device manufacturing process can eliminate the concern about the generation of oxygen donors in the device manufacturing process. It becomes impossible. In the pulling by the MCZ method, the convection of the silicon melt is suppressed, the amount of dissolution of the quartz crucible is reduced, and the impurity concentration in the quartz crucible is reduced by using the synthetic quartz crucible, so that a CZ crystal having a quality closer to that of the FZ crystal can be grown. . Here, the synthetic quartz crucible means that at least the inner surface in contact with the raw material melt is formed of the following synthetic quartz.

合成石英は、化学的に合成・製造した原料であり、合成石英ガラス粉は非晶質である。合成石英の原料は気体又は液体であるため、容易に精製することが可能であり、合成石英粉は天然石英粉よりも高純度とすることができる。合成石英ガラス原料としては四塩化炭素などの気体の原料由来とケイ素アルコキシドのような液体の原料由来がある。合成石英粉ガラスでは、すべての不純物を0.1ppm以下とすることが可能である。
合成石英ガラス粉を溶融して得られたガラスでは、光透過率を測定すると、波長200nm程度までの紫外線を良く透過し、紫外線光学用途に用いられている四塩化炭素を原料とした合成石英ガラスに近い特性であると考えられる。
合成石英ガラス粉を溶融して得られたガラスでは、波長245nmの紫外線で励起して得られる蛍光スペクトルを測定すると、天然石英粉の溶融品のような蛍光ピークは見られない。
含有する不純物濃度を測定するか、シラノール量の違い、あるいは、光透過率を測定するか、波長245nmの紫外線で励起して得られる蛍光スペクトルを測定することにより、ガラス材料が天然石英であったか合成石英であったかを判別することができる。
Synthetic quartz is a chemically synthesized and manufactured raw material, and synthetic quartz glass powder is amorphous. Since the raw material of synthetic quartz is gas or liquid, it can be easily purified, and synthetic quartz powder can have a higher purity than natural quartz powder. Synthetic quartz glass raw materials are derived from gaseous raw materials such as carbon tetrachloride and liquid raw materials such as silicon alkoxide. In synthetic quartz powder glass, it is possible to make all impurities 0.1 ppm or less.
In the glass obtained by melting synthetic quartz glass powder, when the light transmittance is measured, the synthetic quartz glass is made of carbon tetrachloride, which is used for ultraviolet optical applications as a raw material, and transmits ultraviolet rays up to a wavelength of about 200 nm. It is considered that the characteristics are close to.
In a glass obtained by melting synthetic quartz glass powder, when a fluorescence spectrum obtained by excitation with ultraviolet light having a wavelength of 245 nm is measured, a fluorescence peak as in a molten product of natural quartz powder is not observed.
Synthesis of whether the glass material was natural quartz by measuring the concentration of impurities contained, measuring the difference in silanol amount, measuring light transmittance, or measuring the fluorescence spectrum obtained by excitation with ultraviolet light having a wavelength of 245 nm Whether it was quartz or not can be determined.

また MCZ法により 8インチφシリコン単結晶の育成が FZ法に比べて 簡単になるとともに石英ルツボの使用により 大チャージ化が可能となり FZ法に比べて 原料コストの削減が可能となり、同時に、歩留りを向上することができる。   The MCZ method makes it easy to grow 8-inch φ silicon single crystals compared to the FZ method, and the use of a quartz crucible makes it possible to increase the charge. Compared to the FZ method, raw material costs can be reduced, and at the same time Can be improved.

また、本発明では、シリコン融液表面のガス流状態を制御するために、炉内圧力は、10torr(1.3kPa)以上、好ましくは30torr〜200torr(4.0〜27kPa)、さらに、好ましくは、30torr〜70torr(4.0〜9.3kPa)が望ましい。炉内圧力の上限は、炉内の圧力が増大するとAr等の不活性ガスの融液上でのガス流速が低下することにより、融液から蒸発したSiO等の反応物ガスが排気しにくくなることにより、結晶中の酸素濃度が高くなり、また、SiOが炉内の融液上部の1100℃程度またはより低温の部分に凝集することで、ダストを発生させ融液に落下することで結晶の有転位化を引き起こすため、これらを防止するために上記の上限の圧力を規定した。
また、本発明では、CZ炉内に供給する雰囲気ガス流量を100〜200リットル/min以上とし、CZ炉内の圧力を6700Pa以下として、溶融液表面から蒸発するSiOを効果的に装置外に排出すると共に、溶融液表面を漂う異物も坩堝壁に追いやるとともに、結晶中の酸素濃度が高くなることを防止する。
In the present invention, in order to control the gas flow state on the surface of the silicon melt, the pressure in the furnace is 10 torr (1.3 kPa) or more, preferably 30 to 200 torr (4.0 to 27 kPa), more preferably 30 to 70 torr (4.0 to 9.3 kPa) is desirable. The upper limit of the pressure in the furnace is that when the pressure in the furnace increases, the gas flow rate on the melt of inert gas such as Ar decreases, so that it is difficult to exhaust the reactant gas such as SiO evaporated from the melt. As a result, the oxygen concentration in the crystal increases, and SiO aggregates in the upper part of the melt in the furnace at about 1100 ° C. or at a lower temperature, thereby generating dust and dropping into the melt. In order to prevent dislocations, the upper limit of the pressure was specified to prevent these.
In the present invention, the atmospheric gas flow rate supplied into the CZ furnace is set to 100 to 200 liters / min or more, the pressure in the CZ furnace is set to 6700 Pa or less, and SiO evaporated from the melt surface is effectively discharged out of the apparatus. At the same time, foreign matter drifting on the surface of the melt is driven to the crucible wall, and the oxygen concentration in the crystal is prevented from increasing.

また、本発明のシリコン単結晶ウェーハによれば、ウェーハ面内における抵抗率のばらつきが5%以下なので、IGBTの品質を安定にできる。
ところで、CZ法により製造されたシリコン単結晶ウェーハの抵抗率は、シリコン単結晶に含まれるドーパント量によって制御できるが、IGBT基板のドーパントとして良く使われるリンは、偏析係数が小さい為にシリコン単結晶の長さ方向にわたってその濃度が大きく変化する。そのため、一本の単結晶の中で設計仕様に合った抵抗率を有するウェーハの得られる範囲が狭い。このため本発明では、上述したように、中性子照射、シリコン融液へのn型ドーパントの添加、リンとリンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを所定量添加、その他様々な手段を採用する。いずれの場合も、不純物濃度の低いシリコン多結晶を原料とし、不純物の溶出が少ない合成石英坩堝を用いて単結晶を育成することが重要である。これらの手段を用いることで、シリコン単結晶の歩留まりを改善することができる。
Further, according to the silicon single crystal wafer of the present invention, the variation in resistivity within the wafer surface is 5% or less, so that the quality of the IGBT can be stabilized.
By the way, the resistivity of a silicon single crystal wafer manufactured by the CZ method can be controlled by the amount of dopant contained in the silicon single crystal, but phosphorus often used as a dopant for an IGBT substrate has a small segregation coefficient, so that the silicon single crystal The concentration varies greatly over the length direction. Therefore, the range in which a wafer having a resistivity that meets the design specifications in one single crystal is obtained is narrow. Therefore, in the present invention, as described above, neutron irradiation, addition of an n-type dopant to the silicon melt, addition of a predetermined amount of p-type dopant having a segregation coefficient smaller than phosphorus and phosphorus, and various other means are employed. In any case, it is important to grow a single crystal using a synthetic quartz crucible which uses silicon polycrystal having a low impurity concentration as a raw material and has little impurity elution. By using these means, the yield of the silicon single crystal can be improved.

また、低酸素濃度を実現した本発明のウェーハにおいては、引き上げ時にドーパントをドープせず、ウェーハ製造後に中性子照射をおこなってPをドープすることも可能である。中性子照射については、まず、シリコン融液に抵抗率を調整するためのドーパントを添加せずにシリコン単結晶を育成し、このノンドープのシリコン単結晶に中性子を照射することによって、結晶中の30Siが31Pに変換される現象を利用してリンをドープすることが出来る。30Siは単結晶中に約3%の濃度で均一に含まれているので、この中性子照射は、結晶の径方向にも軸方向にも最も均一にリンをドープできる方法である。In addition, in the wafer of the present invention that realizes a low oxygen concentration, it is possible to dope with P by doping with a neutron after manufacturing the wafer without doping with a dopant at the time of pulling. For neutron irradiation, first, a silicon single crystal is grown without adding a dopant for adjusting the resistivity to the silicon melt, and irradiating this non-doped silicon single crystal with neutrons results in 30 Si in the crystal. Phosphorus can be doped by utilizing the phenomenon that is converted to 31 P. Since 30 Si is uniformly contained in a single crystal at a concentration of about 3%, this neutron irradiation is a method in which phosphorus can be doped most uniformly in both the radial and axial directions of the crystal.

また、シリコン融液へのn型ドーパントの添加によっても、抵抗率を制御することができる。この時、所謂DLCZ法(Double Layered Czochralski;二層式引き上げ法)を適用することが望ましい。DLCZ法とは、リンのような偏析係数の小さなドーパントの結晶軸方向の濃度変化を抑制する方法である。この方法は例えば特開平5−43384号公報に開示されており、CZ方法において、坩堝中で多結晶シリコンを一旦全部溶かしてシリコン融液としてからリンを添加し、坩堝の底部の温度を下げてシリコン融液を底より上方に向かって凝固させてシリコン凝固層を形成し、このシリコン凝固層を上方から底に向けて徐々に溶かしながら結晶を育成することによって、単結晶中に取り込まれるドーパント濃度をほぼ一定に保つ方法である。
本発明ではこのDLCZ法を採用することによっても、シリコン単結晶の結晶軸方向の抵抗率変化を抑制することができる。
The resistivity can also be controlled by adding an n-type dopant to the silicon melt. At this time, it is desirable to apply a so-called DLCZ method (Double Layered Czochralski). The DLCZ method is a method for suppressing a change in concentration in the crystal axis direction of a dopant having a small segregation coefficient such as phosphorus. This method is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-43384. In the CZ method, all the polycrystalline silicon is once dissolved in a crucible, added as a silicon melt, phosphorus is added, and the temperature at the bottom of the crucible is lowered. Dopant concentration incorporated into the single crystal by solidifying the silicon melt upward from the bottom to form a silicon solidified layer and growing the crystal while gradually dissolving the silicon solidified layer from the top toward the bottom Is a method of keeping the constant almost constant.
In the present invention, the change in resistivity in the crystal axis direction of the silicon single crystal can also be suppressed by adopting the DLCZ method.

また、リンと、リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを所定量添加することによっても、シリコン単結晶の結晶軸方向の抵抗率変化を抑制することができる。これは所謂ダブルドープ法と呼ばれ、例えば特開2002−128591号公報に開示されており、リンのような偏析係数の小さなドーパントをドープした結晶の軸方向の抵抗率変化を抑制する方法である。リンに対して、リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパント(例えばAl、Ga、In)をカウンタードーパントとしてドープすることによってリンの濃度変化を補償する。リンだけをドープした場合とリンとアルミニウムを同時にドープした場合の結晶軸方向の抵抗率変化を図2に示す。ウェーハの抵抗率の仕様が50±5Ω・cmの場合、リンとアルミニウムを同時にドープすることによって、歩留まりが約3倍に向上する。単結晶の上端におけるリンに対するアルミニウムの濃度比を50%程度にすると歩留まりが最も高くなる。本発明では、リンと、リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントがそれぞれ、1×1013atoms/cm以上1×1015atoms/cm以下の濃度で含有されることで、シリコン単結晶の結晶軸方向の抵抗率変化を抑制することができる。Moreover, the resistivity change in the crystal axis direction of the silicon single crystal can also be suppressed by adding a predetermined amount of phosphorus and a p-type dopant having a segregation coefficient smaller than that of phosphorus. This is called a so-called double doping method and is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-128591, and is a method for suppressing a change in resistivity in the axial direction of a crystal doped with a dopant having a small segregation coefficient such as phosphorus. . The phosphorus concentration change is compensated for by doping p-type dopant (for example, Al, Ga, In) having a segregation coefficient smaller than that of phosphorus as a counter dopant. FIG. 2 shows a change in resistivity in the crystal axis direction when only phosphorus is doped and when phosphorus and aluminum are simultaneously doped. When the resistivity specification of the wafer is 50 ± 5 Ω · cm, the yield is improved about three times by simultaneously doping with phosphorus and aluminum. The yield is the highest when the concentration ratio of aluminum to phosphorus at the upper end of the single crystal is about 50%. In the present invention, phosphorous and a p-type dopant having a segregation coefficient smaller than that of phosphorous are contained in concentrations of 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 15 atoms / cm 3 or less, respectively. The change in resistivity in the crystal axis direction can be suppressed.

次に、シリコン単結晶に、1×1013atoms/cm以上5×1014atoms/cm以下の窒素がドープされることによって、COP欠陥および転位クラスタの排除が容易になる。窒素のドープ量が上記の範囲未満ではその効果が小さく、上記の範囲を超えると、窒化物が生成してシリコン単結晶が育成できなくなる。Next, when the silicon single crystal is doped with nitrogen of 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 14 atoms / cm 3 or less, it is easy to eliminate COP defects and dislocation clusters. If the doping amount of nitrogen is less than the above range, the effect is small, and if it exceeds the above range, nitride is generated and the silicon single crystal cannot be grown.

また、本発明のシリコン単結晶ウェーハによれば、TZDBの合格率が90%以上であり、450℃で1時間の熱処理を行った場合に発生する酸素ドナーの濃度が9.8×1012個/cm以下または6×1012個/cm以下であり、800℃で4時間と1000℃で16時間の二段階熱処理を行った場合に生じるBMDの密度が5×10個/cm以下であり、二段階熱処理を行った場合における再結合ライフタイムが100μ秒以上であるので、IGBT用のシリコン単結晶ウェーハに求められる特性を満たすことができる。Further, according to the silicon single crystal wafer of the present invention, the pass rate of TZDB is 90% or more, and the concentration of oxygen donors generated when heat treatment is performed at 450 ° C. for 1 hour is 9.8 × 10 12 pieces. / Cm 3 or less or 6 × 10 12 pieces / cm 3 or less, and the density of BMD generated when two-stage heat treatment is performed at 800 ° C. for 4 hours and 1000 ° C. for 16 hours is 5 × 10 7 pieces / cm 3 Since the recombination lifetime when the two-stage heat treatment is performed is 100 μsec or more, the characteristics required for a silicon single crystal wafer for IGBT can be satisfied.

再結合ライフタイムは、シリコン単結晶に含まれる格子間酸素が、デバイス形成プロセスを経ることでSiOとして析出することによって劣化される。本発明のウェーハによれば、上述のように格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下なので、再結合ライフタイムを100μ秒以上にすることができる。The recombination lifetime is deteriorated by interstitial oxygen contained in the silicon single crystal being precipitated as SiO 2 through a device formation process. According to the wafer of the present invention, since the interstitial oxygen concentration is 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less as described above, the recombination lifetime can be 100 μsec or more.

再結合ライフタイムは、シリコン単結晶に含まれる格子間酸素が、デバイス形成プロセスを経ることでSiOとして析出することによって劣化される。本発明のウェーハによれば、上述のように格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下なので、再結合ライフタイムが100μ秒以上にすることができる。The recombination lifetime is deteriorated by interstitial oxygen contained in the silicon single crystal being precipitated as SiO 2 through a device formation process. According to the wafer of the present invention, since the interstitial oxygen concentration is 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less as described above, the recombination lifetime can be 100 μsec or more.

さらに、本発明のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成することにより得られるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、CZ炉内の雰囲気ガス中に水素ガス換算分圧で40Pa以上400Pa以下の範囲となる水素原子含有物質を導入し、シリコン単結晶の引き上げ速度をGrown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度で、格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下の単結晶を育成し、引き上げ後のシリコン単結晶に中性子照射を行ってリンをドープすることができる。
また本発明のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成することにより得られるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、シリコン融液にn型ドーパントを添加し、CZ炉内の雰囲気ガス中に水素ガス換算分圧で40Pa以上400Pa以下の範囲となる水素原子含有物質を導入し、シリコン単結晶の引き上げ速度をGrown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度で、格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下の単結晶を育成することができる。
また本発明のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成することにより得られるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、シリコン融液に、リンを2.9×1013atoms/cm以上2.9×1015atoms/cm以下、前記リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを、その偏析係数に応じて結晶中の濃度が1×1013atoms/cm以上1×1015atoms/cm以下となるように添加し、CZ炉内の雰囲気ガス中に水素ガス換算分圧で40Pa以上400Pa以下の範囲となる水素原子含有物質を導入し、シリコン単結晶の引き上げ速度をGrown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度で、格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下の単結晶を育成することができる。
Furthermore, the method for manufacturing a silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention is a method for manufacturing a silicon single crystal wafer for IGBT obtained by growing a silicon single crystal by the Czochralski method, and the atmosphere in a CZ furnace A hydrogen atom-containing substance having a hydrogen gas equivalent partial pressure in the range of 40 Pa or more and 400 Pa or less is introduced into the gas, and the pulling speed of the silicon single crystal is high enough to pull up the grown-in defect-free silicon single crystal. A single crystal having an oxygen concentration of 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less can be grown, and the pulled silicon single crystal can be irradiated with neutrons to be doped with phosphorus.
Moreover, the manufacturing method of the silicon single crystal wafer for IGBT of this invention is a manufacturing method of the silicon single crystal wafer for IGBT obtained by growing a silicon single crystal by the Czochralski method, Comprising: An n-type dopant is added to a silicon melt. A hydrogen atom-containing substance having a hydrogen gas equivalent partial pressure in the range of 40 Pa or more and 400 Pa or less is introduced into the atmosphere gas in the CZ furnace, and the pulling rate of the silicon single crystal is reduced to a grown-in defect-free silicon single crystal Can grow a single crystal having an interstitial oxygen concentration of 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.
The method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention is a method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT obtained by growing a silicon single crystal by the Czochralski method, wherein phosphorus is added to the silicon melt. 2.9 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 2.9 × 10 15 atoms / cm 3 or less, a p-type dopant having a segregation coefficient smaller than that of phosphorus, and the concentration in the crystal is 1 × 10 according to the segregation coefficient Hydrogen atoms containing material that is added in the range of 13 atoms / cm 3 to 1 × 10 15 atoms / cm 3 and in the atmosphere gas in the CZ furnace is in the range of 40 Pa to 400 Pa in terms of hydrogen gas partial pressure. The rate of pulling of the silicon single crystal is such that the growth rate of the grown-in defect-free silicon single crystal can be increased. Degrees can be grown to 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less of a single crystal.

更に本発明のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法においては、前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶を育成するシリコン融液に対して、結晶に取り込まれる窒素が1×1013atoms/cm以上5×1014atoms/cm以下の濃度で添加することが好ましい。Furthermore, in the method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT of the present invention, the nitrogen incorporated into the crystal is 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more with respect to the silicon melt for growing the silicon single crystal by the Czochralski method. It is preferable to add at a concentration of 5 × 10 14 atoms / cm 3 or less.

ここで、水素含有物質とは、水素原子をその分子中に含む物質であって、シリコン融液中に溶け込んだ際に熱分解されることによって水素ガスを発生させる気体状の物質である。この水素含有物質には水素ガス自体も含まれる。この水素含有物質を不活性ガスに混合してネッキング部形成時の雰囲気中に導入することにより、シリコン融液中の水素濃度を向上させることができる。水素含有物質の具体例としては、水素ガス、HO、HCl等の水素原子を含む無機化合物や、シランガス、CH、Cなどの炭化水素、アルコール、カルボン酸等の水素原子を含む有機化合物を例示できるが、特に水素ガスを用いることが望ましい。また、CZ炉内の雰囲気ガスとしては、安価なArガスが好ましく、これ以外にもHe、Ne、Kr、Xeなどの各種希ガス単体またはこれらの混合ガスを用いることができる。Here, the hydrogen-containing substance is a substance containing hydrogen atoms in its molecule, and is a gaseous substance that generates hydrogen gas by being thermally decomposed when dissolved in the silicon melt. This hydrogen-containing substance includes hydrogen gas itself. By mixing this hydrogen-containing substance with an inert gas and introducing it into the atmosphere at the time of forming the necking portion, the hydrogen concentration in the silicon melt can be improved. Specific examples of the hydrogen-containing substance include inorganic compounds containing hydrogen atoms such as hydrogen gas, H 2 O, and HCl, hydrocarbon atoms such as silane gas, CH 4 , and C 2 H 2, and hydrogen atoms such as alcohol and carboxylic acid. Examples of the organic compound include, but it is particularly preferable to use hydrogen gas. In addition, as the atmospheric gas in the CZ furnace, inexpensive Ar gas is preferable, and various rare gases such as He, Ne, Kr, and Xe alone or a mixed gas thereof can be used.

また本発明では、水素含有雰囲気中における水素含有物質の濃度を、水素ガス換算分圧で40Pa以上400Pa以下の範囲としている。ここで、水素ガス換算分圧としたのは、水素含有物質が熱分解等して得られる水素原子の量が、水素含有物質に元来含まれる水素原子の数量等によって左右されるためである。例えば、HOの1モルには1モル分のHが含まれるが、HClの1モルには0.5モル分のHしか含まれない。従って本発明においては、水素ガスが40〜400Paの分圧で不活性ガス中に導入されてなる水素含有雰囲気を基準とし、この基準となる雰囲気と同等の雰囲気が得られるように、水素含有物質の濃度を決めることが望ましく、このときの好ましい水素含有物質の圧力を水素ガス換算分圧として規定したものである。
即ち、本発明においては、水素含有物質がシリコン融液に溶解し高温のシリコン融液中で熱分解して水素原子に変換されると仮定した上で、変換後の雰囲気中の水素ガス換算分圧が40〜400Paの範囲になるように水素含有物質の添加量を調整すればよい。
Moreover, in this invention, the density | concentration of the hydrogen containing substance in hydrogen containing atmosphere is made into the range of 40 Pa or more and 400 Pa or less in hydrogen gas conversion partial pressure. Here, the hydrogen gas equivalent partial pressure is because the amount of hydrogen atoms obtained by thermal decomposition of the hydrogen-containing material depends on the number of hydrogen atoms originally contained in the hydrogen-containing material. . For example, 1 mole of H 2 O contains 1 mole of H 2, but 1 mole of HCl contains only 0.5 mole of H 2 . Therefore, in the present invention, the hydrogen-containing substance is used so that an atmosphere equivalent to the reference atmosphere can be obtained on the basis of a hydrogen-containing atmosphere in which hydrogen gas is introduced into the inert gas at a partial pressure of 40 to 400 Pa. It is desirable to determine the concentration of hydrogen, and the preferable pressure of the hydrogen-containing substance at this time is defined as a partial pressure in terms of hydrogen gas.
That is, in the present invention, it is assumed that a hydrogen-containing substance is dissolved in a silicon melt and is thermally decomposed in a high-temperature silicon melt to be converted into hydrogen atoms. What is necessary is just to adjust the addition amount of a hydrogen-containing substance so that a pressure may be in the range of 40-400 Pa.

上記のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、水素ガス換算分圧で40Pa以上400Pa以下の範囲となる水素原子含有物質を導入することで、Grown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度の許容幅を広げることができ、これにより結晶径方向全域においてCOP欠陥および転位クラスタが排除されたウェーハを容易に製造できる。また、引き上げ後のノンドープのシリコン単結晶に中性子照射を行ってリンをドープするか、もしくはシリコン融液にリン等のn型ドーパントを添加することで、ウェーハの面内における抵抗率のバラツキを5%以下にすることができる。また抵抗率のバラツキの低減は、シリコン融液にリンとリンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを添加することでも達成できる。
また、シリコン融液に窒素を添加することで、Grown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度の許容幅を更に広げることができ、ウェーハのCOP欠陥および転位クラスタの排除が容易になる。
According to the above method for manufacturing a silicon single crystal wafer for IGBT, by introducing a hydrogen atom-containing substance having a hydrogen gas equivalent partial pressure of 40 Pa or more and 400 Pa or less, a grown-in defect-free silicon single crystal is obtained. The allowable range of the pullable speed can be widened, whereby a wafer from which COP defects and dislocation clusters are eliminated in the entire crystal diameter direction can be easily manufactured. Further, the non-doped silicon single crystal after the pulling is irradiated with neutrons to dope phosphorus, or an n-type dopant such as phosphorus is added to the silicon melt, thereby reducing the variation in resistivity in the plane of the wafer. % Or less. The reduction in resistivity variation can also be achieved by adding phosphorus and a p-type dopant having a segregation coefficient smaller than that of phosphorus to the silicon melt.
Further, by adding nitrogen to the silicon melt, the allowable range of the speed at which the grown-in defect-free silicon single crystal can be pulled can be further increased, and the elimination of COP defects and dislocation clusters in the wafer is facilitated. .

本発明によれば、引き上げ速度マージンを拡大することが可能であるとともに、低酸素で抵抗率のバラツキが小さなウェーハの製造が安価に可能であるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法及びIGBT用シリコン単結晶ウェーハを提供できる。   According to the present invention, a method for manufacturing an IGBT silicon single crystal wafer and an IGBT silicon capable of expanding a pulling speed margin and manufacturing a wafer with low oxygen and small resistivity variation at low cost. A single crystal wafer can be provided.

図1は、格子間酸素濃度と、熱処理後の酸素ドナー濃度との関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between interstitial oxygen concentration and oxygen donor concentration after heat treatment. 図2は、固化率と、抵抗率の関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the solidification rate and the resistivity. 図3は、本発明の実施形態のシリコン単結晶ウェーハの製造方法を実施する際に使用されるCZ炉の縦断面模式図である。FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view of a CZ furnace used in carrying out the method for producing a silicon single crystal wafer according to the embodiment of the present invention. 図4は、石英ルツボ回転数と結晶回転数と格子間酸素濃度との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship among the quartz crucible rotation speed, crystal rotation speed, and interstitial oxygen concentration. 図5Aは、IGBTを示す模式断面図である。FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing an IGBT. 図5Bは、IGBTを示す模式断面図である。FIG. 5B is a schematic cross-sectional view showing the IGBT. 図5Cは、IGBTを示す模式断面図である。FIG. 5C is a schematic cross-sectional view showing the IGBT. 図6は、石英坩堝1aとシリコン融液3との当接状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a contact state between the quartz crucible 1 a and the silicon melt 3. 図7は、石英坩堝1aとシリコン融液3との当接面積を示す模式斜視図である。FIG. 7 is a schematic perspective view showing the contact area between the quartz crucible 1 a and the silicon melt 3. 図8は、図3に示したCZ炉において追加原料供給手段30としてチャンバ内に吊支された原料棒の下端近傍を模式的に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of the lower end of the raw material rod suspended in the chamber as the additional raw material supply means 30 in the CZ furnace shown in FIG. 図9は、原料供給管34の浸漬部分35とシリコン融液3との当接面積を示す模式斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view showing the contact area between the immersion portion 35 of the raw material supply pipe 34 and the silicon melt 3. 図10は、直胴部の結晶長に対する原料供給状態を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the raw material supply state with respect to the crystal length of the straight body part. 図11は、直胴部の結晶長に対する原料供給状態を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the raw material supply state with respect to the crystal length of the straight body part. 図12は、直胴部の結晶長に対する原料供給状態を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the raw material supply state with respect to the crystal length of the straight body part. 図13は、直胴部の結晶長に対する原料供給状態を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the raw material supply state with respect to the crystal length of the straight body part. 図14は、本発明の実験例の結果を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the results of the experimental example of the present invention. 図15は、本発明の実験例の結果を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing the results of the experimental example of the present invention. 図16は、本発明の実験例の結果を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing the results of the experimental example of the present invention. 図17は、本発明の実験例の結果を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing the results of the experimental example of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

3…シリコン融液
6…シリコン単結晶
T…種結晶
30…追加原料供給手段
3 ... Silicon melt 6 ... Silicon single crystal T ... Seed crystal 30 ... Additional raw material supply means

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
(CZ炉の構成)
図3は、本発明の実施形態におけるIGBT用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法を実施するのに適したCZ炉の縦断面図である。
図3に示すCZ炉は、チャンバ内の中心部に配置された坩堝1と、坩堝1の外側に配置されたヒータ2と、ヒータ2の外側に配置された磁場供給装置9とを備えている。坩堝1は、内側にシリコン融液3を収容する石英坩堝1aを外側の黒鉛坩堝1bで保持する二重構造であり、ペディスタルと呼ばれる支持軸1cにより回転および昇降駆動される。
坩堝1の上方には、円筒形状の熱遮蔽体7が設けられている。熱遮蔽体7は、黒鉛で外殻を作り、内部に黒鉛フェルトを充填した構造である。熱遮蔽体7の内面は、上端部から下端部にかけて内径が漸減するテーパー面になっている。熱遮蔽体7の上部外面は内面に対応するテーパー面であり、下部外面は、熱遮蔽体7の厚みを下方に向かって漸増させるようにほぼストレート面に形成されている。
そして、シードチャック5に取り付けた種結晶Tをシリコン融液3に浸漬し、坩堝1および引き上げ軸4を回転させつつ種結晶Tを引き上げることにより、シリコン単結晶6を形成できるようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Configuration of CZ furnace)
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a CZ furnace suitable for carrying out the method for manufacturing a silicon single crystal wafer for IGBT in the embodiment of the present invention.
The CZ furnace shown in FIG. 3 includes a crucible 1 disposed in the center of the chamber, a heater 2 disposed outside the crucible 1, and a magnetic field supply device 9 disposed outside the heater 2. . The crucible 1 has a double structure in which a quartz crucible 1a containing a silicon melt 3 inside is held by an outer graphite crucible 1b, and is rotated and moved up and down by a support shaft 1c called a pedestal.
A cylindrical heat shield 7 is provided above the crucible 1. The heat shield 7 has a structure in which an outer shell is made of graphite and the inside thereof is filled with graphite felt. The inner surface of the heat shield 7 is a tapered surface whose inner diameter gradually decreases from the upper end to the lower end. The upper outer surface of the heat shield 7 is a tapered surface corresponding to the inner surface, and the lower outer surface is formed in a substantially straight surface so as to gradually increase the thickness of the heat shield 7 downward.
Then, the silicon single crystal 6 can be formed by immersing the seed crystal T attached to the seed chuck 5 in the silicon melt 3 and pulling up the seed crystal T while rotating the crucible 1 and the pulling shaft 4. .

図6は、石英坩堝1aとシリコン融液3との当接状態を示す断面図である。
石英坩堝1aは、シリコン単結晶6引き上げ時に、その内部にシリコン融液3を貯留するが、この際、内表面における表面積S1でシリコン融液3と当接する。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a contact state between the quartz crucible 1 a and the silicon melt 3.
When the silicon single crystal 6 is pulled up, the quartz crucible 1a stores the silicon melt 3 therein. At this time, the quartz crucible 1a contacts the silicon melt 3 with the surface area S1 on the inner surface.

石英坩堝1aとシリコン融液3とが当接する面積S1を制御することによって、石英坩堝1aからシリコン融液3へ溶け込む酸素量が一定になるよう制御する。
図7は、石英坩堝1aとシリコン融液3との当接面積を示す模式斜視図である。
この表面積S1は、図7に示すように、曲面状となる底側表面S11と、円筒状となる側壁表面S12との和として求めることができる。
By controlling the area S1 where the quartz crucible 1a contacts the silicon melt 3, the amount of oxygen dissolved from the quartz crucible 1a into the silicon melt 3 is controlled to be constant.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing the contact area between the quartz crucible 1 a and the silicon melt 3.
As shown in FIG. 7, the surface area S1 can be obtained as the sum of a curved bottom surface S11 and a cylindrical sidewall surface S12.

熱遮蔽体7は、ヒータ2およびシリコン融液3面からシリコン単結晶6の側面部への輻射熱を遮断するものであり、育成中のシリコン単結晶6の側面を包囲するとともに、シリコン融液3面を包囲するものである。   The heat shield 7 blocks the radiant heat from the heater 2 and the silicon melt 3 surface to the side surface of the silicon single crystal 6, surrounds the side surface of the growing silicon single crystal 6, and the silicon melt 3. It surrounds the surface.

熱遮蔽体7の外側には、シリコン原料を連続して石英坩堝1a内のシリコン融液3へ追加可能な追加原料供給手段30が設けられている。   Outside the heat shield 7, an additional raw material supply means 30 is provided which can continuously add silicon raw material to the silicon melt 3 in the quartz crucible 1a.

また、磁場供給装置9から供給される磁場は、水平磁場やカスプ磁場など採用することができ、例えば水平磁場の強度としては、2000〜4000G(0.2T〜0.4T)、より好ましくは2500〜3500G(0.25T〜0.35T)とされ、磁場中心高さが融液液面に対して−150〜+100mm、より好ましくは−75〜+50mmの範囲内になるように設定される。   The magnetic field supplied from the magnetic field supply device 9 may be a horizontal magnetic field or a cusp magnetic field. For example, the strength of the horizontal magnetic field is 2000 to 4000 G (0.2 T to 0.4 T), more preferably 2500. -3500G (0.25T-0.35T), and the magnetic field center height is set to be within a range of -150 to +100 mm, more preferably -75 to +50 mm with respect to the melt surface.

図8は、図3に示したCZ炉において追加原料供給手段30としてチャンバ内に吊支された原料棒の下端近傍を模式的に示す断面図である。
追加原料供給手段30は、図8に示すように、チャンバ内に吊支された原料棒31を有し、原料棒31は昇降および回転機能を有する図示しない原料棒吊支機構によって吊支され、所定の回転速度で回転しつつ原料溶解ヒータ32内に挿入される。原料棒31は塗布・形成時の混入、形成後の埋め込み等により、所定のドーパントが添加されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of the lower end of the raw material rod suspended in the chamber as the additional raw material supply means 30 in the CZ furnace shown in FIG.
As shown in FIG. 8, the additional raw material supply means 30 has a raw material rod 31 suspended in a chamber, and the raw material rod 31 is suspended by a raw material rod suspension mechanism (not shown) having lifting and rotating functions, It is inserted into the raw material melting heater 32 while rotating at a predetermined rotation speed. A predetermined dopant is added to the raw material rod 31 by mixing at the time of coating / forming, embedding after forming, or the like.

原料溶解ヒータ32はたとえば大小2種類の円筒を中空の円錐で連結した形状で、この原料溶解ヒータ32内に吊り降ろされて加熱された原料棒31は下端から溶解する。そして、原料棒31が回転することによって原料溶解ヒータ32の温度分布のばらつきが補正され、原料棒31はほぼ均一に加熱される。   The raw material melting heater 32 has, for example, a shape in which two types of large and small cylinders are connected by a hollow cone, and the raw material rod 31 suspended and heated in the raw material melting heater 32 is melted from the lower end. Then, the rotation of the raw material rod 31 corrects the variation in temperature distribution of the raw material melting heater 32, and the raw material rod 31 is heated almost uniformly.

従って、溶解部先端位置31aは常に原料棒31の軸心に一致し、安定した円錐形を保つ。前記溶解部先端位置31aが変動しないため、液滴31bは原料溶解ヒータ32の下方に設けた原料供給管34の中心を通過して融液3に落下する。また、原料棒31の下端から融液3までの距離すなわち液滴31bの落下距離は、その距離が最小となる様な条件下で操業され、かつ、一定しているので原料供給口34が、液跳ねによって塞がれてしまうことがない。   Therefore, the melting portion tip position 31a always coincides with the axis of the raw material rod 31, and maintains a stable conical shape. Since the melting portion tip position 31 a does not fluctuate, the droplet 31 b passes through the center of the raw material supply pipe 34 provided below the raw material melting heater 32 and falls into the melt 3. Further, the distance from the lower end of the raw material rod 31 to the melt 3, that is, the drop distance of the droplet 31 b is operated under the condition that the distance is minimized and is constant. It will not be blocked by liquid splashing.

原料棒31がほぼ均一に加熱され、安定した溶解状態を維持することにより、石英坩堝1aへの原料供給量の変動は最小限に抑えることができ、シリコン単結晶6は安定した条件のもとで成長することになる。   Since the raw material rod 31 is heated almost uniformly and maintains a stable melting state, the fluctuation of the raw material supply amount to the quartz crucible 1a can be minimized, and the silicon single crystal 6 is kept under stable conditions. Will grow in.

石英製とされる原料供給管34の下端はシリコン融液3に浸漬されており、いわゆる2重坩堝の内坩堝のように、供給された液滴31bの落下による震動がこの原料供給管34の外側に位置するシリコン融液3表面に伝わらないようになっている。この場合の原料供給管34の下端に位置する浸漬部分35の深さは液滴31bの震動伝達防止、並びに、シリコン融液3内部の対流阻害の影響を最小限に抑えるように設定される。
具体的には、原料供給管34の寸法としては、外径50〜100mm、内径=外径−5〜15mm、浸漬深さ5〜200mmの範囲とすることが好ましく、たとえば、外径60mm、内径50mm、浸漬深さ10〜100mmの範囲とできる。
The lower end of the raw material supply pipe 34 made of quartz is immersed in the silicon melt 3, and the vibration caused by the drop of the supplied liquid droplet 31 b is caused by the drop of the supplied liquid droplet 31 b like the so-called double crucible inner crucible. It does not reach the surface of the silicon melt 3 located outside. In this case, the depth of the immersion portion 35 located at the lower end of the raw material supply pipe 34 is set so as to prevent the vibration transmission of the droplet 31b and the influence of convection inhibition inside the silicon melt 3 to a minimum.
Specifically, the dimensions of the raw material supply pipe 34 are preferably in the range of an outer diameter of 50 to 100 mm, an inner diameter = outer diameter of −5 to 15 mm, and an immersion depth of 5 to 200 mm. It can be in a range of 50 mm and immersion depth of 10 to 100 mm.

原料供給管34の浸漬部分35は、円環状である底面部36、円筒面である外周面36および内周面38でシリコン融液3に当接している。   The immersion part 35 of the raw material supply pipe 34 is in contact with the silicon melt 3 at an annular bottom surface 36, a cylindrical outer peripheral surface 36 and an inner peripheral surface 38.

図9は、原料供給管34の浸漬部分35とシリコン融液3との当接面積を示す模式斜視図である。
浸漬部分35とシリコン融液3とが当接する面積S2を追加制御することによって、石英坩堝1aからシリコン融液3へ溶け込む酸素量が一定になるよう制御する。
この表面積S2は、図9に示すように、円環状となる底側表面S36と、円筒状となる外側表面S36および内側表面S38との和として求めることができる。
FIG. 9 is a schematic perspective view showing the contact area between the immersion portion 35 of the raw material supply pipe 34 and the silicon melt 3.
By additionally controlling the area S2 where the immersion portion 35 and the silicon melt 3 abut, the amount of oxygen dissolved from the quartz crucible 1a into the silicon melt 3 is controlled to be constant.
As shown in FIG. 9, the surface area S2 can be obtained as the sum of an annular bottom surface S36 and a cylindrical outer surface S36 and inner surface S38.

(IGBT用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法)
次に、図3に示すCZ炉を用いたIGBT用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法を説明する。
先ず、坩堝1内に原料となる高純度シリコンの多結晶を例えば100kg装入し、窒素源として例えば、窒化珪素からなるCVD膜を有するシリコンウェーハを投入する。原料充填は製造する結晶長によって300kgとすることもできる。シリコン結晶中の窒素濃度が1×1013atoms/cm以上5×1014atoms/cm以下濃度、または、1×1014atoms/cm以上5×1015atoms/cm以下濃度となるようにシリコン融液中の窒素濃度を調整することが好ましい。同時に、所定量に調整されたドーパントを添加する。
(Manufacturing method of silicon single crystal wafer for IGBT)
Next, a method for manufacturing a silicon single crystal wafer for IGBT using the CZ furnace shown in FIG. 3 will be described.
First, for example, 100 kg of high-purity silicon polycrystal as a raw material is charged into the crucible 1, and a silicon wafer having a CVD film made of, for example, silicon nitride is introduced as a nitrogen source. The material filling can be 300 kg depending on the crystal length to be produced. The nitrogen concentration in the silicon crystal is 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 14 atoms / cm 3 or less, or 1 × 10 14 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 15 atoms / cm 3 or less. Thus, it is preferable to adjust the nitrogen concentration in the silicon melt. At the same time, a dopant adjusted to a predetermined amount is added.

次に、CZ炉内を水素含有物質と不活性ガスとの混合ガスからなる水素含有雰囲気とし、雰囲気圧力を1.3〜13.3kPa(10〜100torr)とし、雰囲気ガス中における水素含有物質の濃度が水素ガス換算分圧で40〜400Pa程度になるように調整する。水素含有物質として水素ガスを選択した場合には、水素ガス分圧を40〜400Paとすればよい。このときの水素ガスの濃度は0.3%〜31%の範囲になる。
なお、水素ガスを含有しない不活性ガスのみの雰囲気とすることもできる。
Next, the inside of the CZ furnace is a hydrogen-containing atmosphere composed of a mixed gas of a hydrogen-containing substance and an inert gas, the atmosphere pressure is 1.3 to 13.3 kPa (10 to 100 torr), and the hydrogen-containing substance in the atmosphere gas is The concentration is adjusted to be about 40 to 400 Pa in terms of hydrogen gas partial pressure. When hydrogen gas is selected as the hydrogen-containing substance, the hydrogen gas partial pressure may be 40 to 400 Pa. The concentration of hydrogen gas at this time is in the range of 0.3% to 31%.
In addition, it can also be set as the atmosphere only of the inert gas which does not contain hydrogen gas.

水素含有物質の水素ガス換算分圧が40Pa未満では、引き上げ速度の許容幅が縮小し、COP欠陥及び転位クラスタの発生を抑制できなくなるので好ましくない。また、水素含有物質の水素ガス換算濃度(水素の濃度)が高い程、転位発生の抑制効果が増大する。ただし、水素ガス換算分圧が400Paを超えると、CZ炉内に酸素リークを生じた場合に爆発などの危険性が増大するので安全上好ましくない。より好ましい水素含有物質の水素ガス換算分圧は40Pa以上250Pa以下の範囲であり、特に好ましい水素ガス換算分圧は40Pa以上135Pa以下の範囲である。   If the hydrogen gas equivalent partial pressure of the hydrogen-containing material is less than 40 Pa, the allowable range of the pulling rate is reduced, and generation of COP defects and dislocation clusters cannot be suppressed. Further, the higher the hydrogen gas equivalent concentration (hydrogen concentration) of the hydrogen-containing substance, the greater the effect of suppressing dislocation generation. However, if the hydrogen gas equivalent partial pressure exceeds 400 Pa, the risk of explosion or the like increases when an oxygen leak occurs in the CZ furnace, which is not preferable for safety. The hydrogen gas equivalent partial pressure of the hydrogen-containing substance is more preferably in the range of 40 Pa to 250 Pa, and particularly preferably the hydrogen gas equivalent partial pressure is in the range of 40 Pa to 135 Pa.

次いで、磁場供給装置9から例えば3000G(Gause以下Gと記す)(0.3T(Tesla以下Tと記す))の水平磁場を磁場中心高さが融液液面に対して−75〜+50mmとなるように供給するとともに、ヒータ2によりシリコンの多結晶を加熱してシリコン融液3とする。
次に、シードチャック5に取り付けた種結晶Tをシリコン融液3に浸漬し、坩堝1および引き上げ軸4を回転させつつ結晶引き上げを行う。この場合の引き上げ条件としては、単結晶の成長速度をV(mm/分)とし、単結晶成長時の融点から1350℃の温度勾配G(℃/mm)としたときの比V/G(mm/分・℃)を0.22〜0.15程度に制御し、VをGrown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度である0.65〜0.30mm/分に制御する、といった条件を例示できる。また、他の条件としては、石英坩堝の回転数を5〜0.2rpmとし、単結晶の回転速度を20〜0.5rpmとし、アルゴン雰囲気の圧力を30Torr(4.0kPa)とし、更に磁場強度を3000Gといった条件を例示できる。特に、石英坩堝の回転数を5rpm以下にすることで、石英坩堝に含まれる酸素原子のシリコン融液への拡散を防止することができ、シリコン単結晶中の格子間酸素濃度を低減することができる。
Next, for example, a horizontal magnetic field of 3000 G (hereinafter referred to as G) (0.3 T (hereinafter referred to as Tesla)) from the magnetic field supply device 9 has a magnetic field center height of −75 to +50 mm with respect to the melt surface. The silicon polycrystal is heated by the heater 2 to obtain a silicon melt 3.
Next, the seed crystal T attached to the seed chuck 5 is immersed in the silicon melt 3, and the crystal is pulled up while rotating the crucible 1 and the pulling shaft 4. As the pulling conditions in this case, the growth rate of the single crystal is V (mm / min), and the ratio V / G (mm) when the temperature gradient G (° C./mm) is 1350 ° C. from the melting point during single crystal growth. 2 / min · ° C.) is controlled to about 0.22 to 0.15, and V is controlled to 0.65 to 0.30 mm / min, which is a speed at which the grown-in defect-free silicon single crystal can be pulled up. The following conditions can be exemplified. As other conditions, the rotation speed of the quartz crucible is set to 5 to 0.2 rpm, the rotation speed of the single crystal is set to 20 to 0.5 rpm, the pressure of the argon atmosphere is set to 30 Torr (4.0 kPa), and the magnetic field strength is further increased. Can be exemplified by conditions such as 3000G. In particular, by setting the rotation speed of the quartz crucible to 5 rpm or less, diffusion of oxygen atoms contained in the quartz crucible into the silicon melt can be prevented, and the interstitial oxygen concentration in the silicon single crystal can be reduced. it can.

結晶引き上げにおいては、ネック部6n、肩部6a、直胴部6bの順にシリコン単結晶6を引き上げる。この際、直胴部6bの引き上げ開始に際して、追加原料供給手段30により追加原料の追加を開始する。
その後、シリコン単結晶6の直胴部6bを育成する間には、追加原料供給手段30による原料の追加供給を制御して、シリコン融液3が石英坩堝1aに当接する表面積の変動比範囲を−7〜+7%とする。
In the crystal pulling, the silicon single crystal 6 is pulled in the order of the neck portion 6n, the shoulder portion 6a, and the straight body portion 6b. At this time, the addition of the additional raw material is started by the additional raw material supply means 30 at the start of the pulling up of the straight body portion 6b.
Thereafter, while the straight body portion 6b of the silicon single crystal 6 is grown, the additional supply of the raw material by the additional raw material supply means 30 is controlled so that the variation ratio range of the surface area where the silicon melt 3 contacts the quartz crucible 1a is controlled. -7 to + 7%.

ここで、シリコン融液3が石英坩堝1aに当接する表面積とは、正確には、図6に示す表面積S1と、図8に示す表面積S2との和で表されるものである。つまり、シリコン融液が当接する石英部分の総面積を意味するもので、追加原料供給手段30からの原料供給制御においては、S1+S2の変動量の比ΔSが上記の範囲となるように制御する。
詳細には、表面積S1としては、底側表面S11と側壁表面S12、および、シリコン融液3の液面高さがΔH変化した際の変動表面積S13の和となる。
変動表面積S13は、石英坩堝1aの側壁部分の半径Rが高さ方向で一定な場合には、2πR・ΔHとなる。
表面積S2としては、底側表面S36と外側表面S36と内側表面S38と、シリコン融液3の液面高さがΔH変化した際の変動表面積S7およびS8との和となる。
表面積S7と表面積S8は、原料供給管34の内半径がr1、外半径がr2でこれらが高さ方向で一定な場合には、それぞれ2πr1・ΔH、2πr2・ΔHとなる。
Here, the surface area with which the silicon melt 3 abuts on the quartz crucible 1a is accurately represented by the sum of the surface area S1 shown in FIG. 6 and the surface area S2 shown in FIG. In other words, it means the total area of the quartz portion with which the silicon melt comes into contact. In the raw material supply control from the additional raw material supply means 30, the ratio ΔS of the variation amount of S1 + S2 is controlled to be in the above range.
Specifically, the surface area S1 is the sum of the bottom surface S11, the side wall surface S12, and the variable surface area S13 when the liquid surface height of the silicon melt 3 changes by ΔH.
The variable surface area S13 is 2πR · ΔH when the radius R of the side wall of the quartz crucible 1a is constant in the height direction.
The surface area S2 is the sum of the bottom surface S36, the outer surface S36, the inner surface S38, and the variable surface areas S7 and S8 when the liquid surface height of the silicon melt 3 changes by ΔH.
The surface area S7 and the surface area S8 are 2πr1 · ΔH and 2πr2 · ΔH, respectively, when the inner radius r1 and the outer radius r2 of the raw material supply pipe 34 are constant in the height direction.

上記のシリコン融液3が石英坩堝1aに当接する表面積の変動比ΔSは、S11+S12+S36+S37+S38の値に対する、S13+S7+S8の値の比、すなわち、
(S13+S7+S8)/(S11+S12+S36+S37+S38)×100
となる。
ここで、S13+S7+S8が、2π(R+r1+r2)ΔHであるので、制御すべき比ΔSの値は、
2π(R+r1+r2)/(S11+S12+S36+S37+S38)×ΔH
つまり、ΔSはΔHの関数、
ΔS = f(ΔH)
となり、石英坩堝1a縁部上端に対してシリコン融液3の液面高さHが変動する変動量ΔHを制御することによって、ΔSを制御することができる。
The surface area variation ratio ΔS at which the silicon melt 3 abuts on the quartz crucible 1a is the ratio of the value of S13 + S7 + S8 to the value of S11 + S12 + S36 + S37 + S38, that is,
(S13 + S7 + S8) / (S11 + S12 + S36 + S37 + S38) × 100
It becomes.
Here, since S13 + S7 + S8 is 2π (R + r1 + r2) ΔH, the value of the ratio ΔS to be controlled is
2π (R + r1 + r2) / (S11 + S12 + S36 + S37 + S38) × ΔH
That is, ΔS is a function of ΔH,
ΔS = f (ΔH)
Thus, ΔS can be controlled by controlling the fluctuation amount ΔH in which the liquid surface height H of the silicon melt 3 fluctuates with respect to the upper edge of the quartz crucible 1a.

具体的には、図7に示すように、直胴部6b引き上げ工程において、追加原料供給手段30による原料の追加供給を制御して、石英坩堝1a縁部上端に対してシリコン融液3の液面高さHが変動する変動量をΔHとした際、このΔHの変動比範囲を−3〜+3mmとするものである。
ここで、ΔHは、貯留されたシリコン融液3量が増加する際に正の値、シリコン融液3が減少する際に負の値を取るように設定する。
Specifically, as shown in FIG. 7, in the step of pulling up the straight body portion 6b, the additional supply of the raw material by the additional raw material supply means 30 is controlled so that the liquid of the silicon melt 3 is applied to the upper end of the quartz crucible 1a. When the amount of variation in which the surface height H varies is ΔH, the variation ratio range of ΔH is −3 to +3 mm.
Here, ΔH is set to take a positive value when the amount of stored silicon melt 3 increases and to take a negative value when the amount of silicon melt 3 decreases.

これにより、石英坩堝1a内に貯溜されたシリコン融液3量の単位時間当たりの変動比範囲を−7〜+7%とする。
単位時間Δtあたりのシリコン融液量3の変動比範囲は、直胴部6b引き上げ時の単位時間Δt開始時における石英坩堝1aに貯留された量W1、単位時間Δtあたりに単結晶6として引き上げられる量W2、単位時間Δtあたりに追加原料供給手段30から追加される供給原料量W3とするとき、
(W1−W2+W3)/W1×100
となる。
ここで、制御すべき単位時間Δtは、1〜100分と設定される。
さらに、量W1が直胴部6b引き上げ開始時に石英坩堝1aに貯留された量W0に対して満たすべき条件は、直胴部6b引き上げの全工程にわたって、
W1/W0×100 ≧ 90〜95(%)
である。
Thereby, the variation ratio range per unit time of the amount of silicon melt 3 stored in the quartz crucible 1a is set to -7 to + 7%.
The fluctuation ratio range of the silicon melt amount 3 per unit time Δt is raised as a single crystal 6 per unit time Δt, the amount W1 stored in the quartz crucible 1a at the start of the unit time Δt when the straight body 6b is pulled up. When the amount of feedstock W3 added from the additional feedstock supply means 30 per unit time Δt is the amount W2,
(W1-W2 + W3) / W1 × 100
It becomes.
Here, the unit time Δt to be controlled is set to 1 to 100 minutes.
Further, the condition that the amount W1 should satisfy with respect to the amount W0 stored in the quartz crucible 1a at the start of the pulling up of the straight barrel portion 6b is as follows.
W1 / W0 × 100 ≧ 90-95 (%)
It is.

このように、石英坩堝1aに貯留されるシリコン融液3液面高さ変動量ΔHを上記のように制御して、シリコン融液3が石英坩堝1aに当接する表面積比ΔSを上記の範囲に制御して、シリコン融液量3の変動比を上記の範囲とすることにより、引き上げたシリコン単結晶6が低酸素となるシリコン融液6の量を維持し、この状態で直胴部6bの引き上げとを一貫しておこなうことができる。これにより、石英坩堝1aとシリコン融液3との接触面積を一定になるよう制御して、石英坩堝1aからシリコン融液3中へ溶け込む酸素量が一定になるよう制御するとともに、シリコン融液内部3における対流が結晶引き上げ長によって変動しないように制御して、シリコン融液3中からシリコン単結晶6に取り込まれる酸素量を一定にするとともに、低酸素濃度である4.5×1017atoms/cm以下の状態を軸方向全長にわたって維持するシリコン単結晶6を製造することが可能となる。In this way, the silicon melt 3 liquid level height fluctuation amount ΔH stored in the quartz crucible 1a is controlled as described above, and the surface area ratio ΔS at which the silicon melt 3 contacts the quartz crucible 1a is within the above range. By controlling the fluctuation ratio of the silicon melt amount 3 to be in the above range, the amount of the silicon melt 6 in which the pulled silicon single crystal 6 becomes low oxygen is maintained. In this state, the straight body portion 6b It can be done consistently. Thus, the contact area between the quartz crucible 1a and the silicon melt 3 is controlled to be constant, and the amount of oxygen dissolved from the quartz crucible 1a into the silicon melt 3 is controlled to be constant. 3 is controlled so as not to fluctuate depending on the crystal pulling length, the amount of oxygen taken into the silicon single crystal 6 from the silicon melt 3 is made constant, and a low oxygen concentration of 4.5 × 10 17 atoms / It becomes possible to manufacture the silicon single crystal 6 that maintains the state of cm 3 or less over the entire length in the axial direction.

つまり、本発明は、前記シリコン融液の対流状態を制御し前記単結晶の格子間酸素濃度を結晶軸方向の全長にわたって4.5×1017atoms/cm以下、より好ましくは、0.7×1017〜2.5×1017atoms/cmの範囲とすることが可能となる。これにより、バッチ式CZ法では結晶長手方向の一部しか得られない低酸素濃度域を結晶長手方向全域に実現することが可能となる。That is, according to the present invention, the convection state of the silicon melt is controlled, and the interstitial oxygen concentration of the single crystal is 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less over the entire length in the crystal axis direction, more preferably 0.7 × becomes possible in the range of 10 17 ~2.5 × 10 17 atoms / cm 3. This makes it possible to realize a low oxygen concentration region that can be obtained only in a part of the crystal longitudinal direction in the batch type CZ method over the entire crystal longitudinal direction.

上記のような引き上げ条件で引き上げることで、シリコン単結晶中の格子間酸素濃度を8.5×1017atoms/cm以下、より好ましくは4.5×1017atoms/cm以下、さらに、2.5×1017atoms/cm以下にすることができ、これによりIGBT製造工程での酸素ドナー発生を防止することができる。格子間酸素濃度が上記の範囲を越えるとIGBT製造工程で酸素ドナーが生じ、IGBTの特性を変えてしまうので好ましくない。By pulling up under the above pulling conditions, the interstitial oxygen concentration in the silicon single crystal is 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, more preferably 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, It can be set to 2.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, which can prevent generation of oxygen donor in the IGBT manufacturing process. If the interstitial oxygen concentration exceeds the above range, oxygen donors are generated in the IGBT manufacturing process, and the characteristics of the IGBT are changed.

なお、シリコン融液に予めn型(P,As,Sb等)のドーパント添加に代えて、または、これに加えて、形成された抵抗率を調整するためのドーパントが添加されていない単結晶シリコンに対して中性子線を照射することができる。この中性子線照射によって、シリコン原子の一部をリンに変換させ、これにより単結晶シリコンにリンを均一にドープさせることができ、抵抗率が均一な単結晶シリコンが得られる。中性子線の照射条件は、例えば、3.0×1012個/cm/s-1の中性子線束である位置において、結晶回転約2rpmで約80時間の照射とすると良い。こうして中性子線が照射されたシリコンインゴットは、抵抗率が48Ω・cm〜52Ω・cm程度になる。In addition, in place of or in addition to the addition of n-type (P, As, Sb, etc.) dopant in the silicon melt, single crystal silicon to which a dopant for adjusting the formed resistivity is not added. Can be irradiated with a neutron beam. By this neutron beam irradiation, a part of silicon atoms is converted into phosphorus, whereby the single crystal silicon can be uniformly doped with phosphorus, and single crystal silicon with a uniform resistivity can be obtained. The irradiation conditions of the neutron beam may be, for example, irradiation for about 80 hours at a crystal rotation of about 2 rpm at a position where the neutron beam flux is 3.0 × 10 12 pieces / cm 2 / s −1 . The silicon ingot thus irradiated with the neutron beam has a resistivity of about 48 Ω · cm to 52 Ω · cm.

また、n型ドーパントの濃度の変化を防止するためには、例えば上述したDLCZ法、ダブルドープ法、CCZ法を採用すればよい。更に、ウェーハ面内での抵抗率のばらつきを抑制するために、単結晶育成中の結晶回転速度を15rpm以上としても良い。   In order to prevent a change in the concentration of the n-type dopant, for example, the above-described DLCZ method, double doping method, or CCZ method may be employed. Furthermore, the crystal rotation speed during single crystal growth may be set to 15 rpm or more in order to suppress variation in resistivity in the wafer plane.

また、追加原料供給手段30として、融液状態のシリコンを供給する例を説明したが、固形のシリコン原料を供給する構成とすることもできる。この場合には、石英坩堝1a内に石英製の内坩堝を有する構成することができ、この際、石英坩堝に当接するシリコン融液3の表面積にはこの内坩堝の分も含めて追加供給原料の量を制御することになる。   Moreover, although the example which supplies the silicon | silicone of a molten state as the additional raw material supply means 30 was demonstrated, it can also be set as the structure which supplies a solid silicon raw material. In this case, the quartz crucible 1a can have an inner crucible made of quartz. At this time, the surface area of the silicon melt 3 abutting on the quartz crucible includes the amount of the inner crucible and additional feedstock. Will control the amount of.

次に、単結晶シリコンからウェーハを切り出し、必要に応じてラッピングやエッチング等を行った後に、必要に応じてRTA熱処理を行っても良い。
ラッピングを行う際には、ウェーハの割れを防止するために、ウェーハの表面の周縁部に表面側面取り部を形成するとともに、ウェーハの裏面の周縁部に裏面側面取り部を形成することが好ましい。
Next, the wafer may be cut out from the single crystal silicon, and lapping or etching may be performed as necessary, and then RTA heat treatment may be performed as necessary.
When lapping, in order to prevent the wafer from cracking, it is preferable to form a front side chamfer at the peripheral edge of the wafer surface and a back side chamfer at the rear peripheral edge of the wafer.

次に、ウェーハの一面側にポリシリコン層を形成する。本実施形態のシリコン単結晶ウェーハは、格子間酸素濃度が極めて低いので、酸素析出物によるゲッタリング効果は期待できない。そのため、裏面側にゲッタリング層としての多結晶シリコン層を形成し、IGBT製造工程における重金属汚染を除去する必要がある。また、多結晶シリコン層を裏面側に形成することで、スリップ等の発生を防止して、ウェーハ表面側へのスリップの伝搬を未然に防ぐこともできる。ポリシリコン層の厚みは、50nm以上2000nm以下の範囲が好ましい。厚みが50nm以上であればゲッタリング効果及びスリップ発生の抑制効果を十分に発揮させることができ、厚みが2000nm以下であれば、ウェーハの反りを防止できる。
このようにして、本実施形態のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハを製造できる。
Next, a polysilicon layer is formed on one side of the wafer. Since the silicon single crystal wafer of this embodiment has an extremely low interstitial oxygen concentration, the gettering effect due to oxygen precipitates cannot be expected. Therefore, it is necessary to form a polycrystalline silicon layer as a gettering layer on the back surface side to remove heavy metal contamination in the IGBT manufacturing process. Further, by forming the polycrystalline silicon layer on the back surface side, it is possible to prevent the occurrence of slip or the like and prevent the propagation of the slip to the wafer surface side. The thickness of the polysilicon layer is preferably in the range of 50 nm to 2000 nm. If the thickness is 50 nm or more, the gettering effect and the effect of suppressing the occurrence of slip can be sufficiently exerted, and if the thickness is 2000 nm or less, warpage of the wafer can be prevented.
Thus, the silicon single crystal wafer for IGBT of this embodiment can be manufactured.

上記の製造方法によれば、水素ガス換算分圧で40Pa以上400Pa以下の範囲となる水素原子含有物質を導入することで、Grown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度の許容幅を広げることができ、これにより結晶径方向全域においてCOP欠陥および転位クラスタが排除されたウェーハを容易に製造できる。また、引き上げ後のシリコン単結晶に中性子照射を行ってリンをドープするか、もしくはシリコン融液にリン等のn型ドーパントを添加することで、ウェーハの面内における抵抗率のバラツキを5%以下にすることができる。また抵抗率のバラツキの低減は、シリコン融液にリンとリンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを添加することでも達成できる。
また、シリコン融液に窒素を添加することで、Grown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度の許容幅を更に広げることができ、ウェーハのCOP欠陥および転位クラスタの排除が容易になる。
According to the manufacturing method described above, by introducing a hydrogen atom-containing substance having a hydrogen gas equivalent partial pressure in the range of 40 Pa or more and 400 Pa or less, an allowable width of a speed at which a grown-in defect-free silicon single crystal can be pulled is increased. Thus, a wafer from which COP defects and dislocation clusters are eliminated in the entire crystal diameter direction can be easily manufactured. Also, the silicon single crystal after pulling is irradiated with neutrons to dope phosphorus, or by adding an n-type dopant such as phosphorus to the silicon melt, the variation in resistivity within the wafer surface is 5% or less. Can be. The reduction in resistivity variation can also be achieved by adding phosphorus and a p-type dopant having a segregation coefficient smaller than that of phosphorus to the silicon melt.
Further, by adding nitrogen to the silicon melt, the allowable range of the speed at which the grown-in defect-free silicon single crystal can be pulled can be further increased, and the elimination of COP defects and dislocation clusters in the wafer is facilitated. .

(IGBT用のシリコン単結晶ウェーハ)
以上のようにして製造されたシリコン単結晶ウェーハは、結晶径方向全域においてCOP欠陥および転位クラスタが排除されており、格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下、より好ましくは4.5×1017atoms/cm以下、さらに好ましくは、2.5×1017atoms/cm以下であり、ウェーハ面内における抵抗率のばらつきが5%以下となっている。また、抵抗率自体は48Ω・cm〜52Ω・cm程度となる。更にシリコン単結晶ウェーハには、1×1014atoms/cm以上5×1015atoms/cm以下の窒素がドープされている。
更に本実施形態のシリコン単結晶ウェーハにおいては、破壊電界8MV/cmでのTZDBの合格率が90%以上であり、450℃で1時間の熱処理を行った場合に析出する酸素ドナーの濃度が9.8×1012個/cm以下あるいは6×1012個/cm以下であり、800℃で4時間と1000℃で16時間の二段階熱処理を行った場合に生じるBMDの密度が5×10個/cm以下であり、前記二段階熱処理を行った場合における再結合ライフタイムが100μ秒以上となっている。
更にまた、本実施形態のシリコン単結晶ウェーハにおいては、ウェーハ表面におけるLPD密度が0.1個/cmであり、ライトエッチング欠陥密度が1×10個/cm以下になっている。更にまた、本実施形態のシリコン単結晶ウェーハには、裏面側に50nm以上2000nm以下の多結晶シリコン層が形成されており、ウェーハの表面の周縁部には表面側面取り部が形成され、ウェーハの裏面の周縁部には裏面側面取り部が形成されている。
(Silicon single crystal wafer for IGBT)
The silicon single crystal wafer manufactured as described above is free from COP defects and dislocation clusters in the entire crystal diameter direction, and has an interstitial oxygen concentration of 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, more preferably 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, more preferably 2.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, and variation in resistivity within the wafer surface is 5% or less. The resistivity itself is about 48 Ω · cm to 52 Ω · cm. Further, the silicon single crystal wafer is doped with nitrogen of 1 × 10 14 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 15 atoms / cm 3 or less.
Furthermore, in the silicon single crystal wafer of this embodiment, the pass rate of TZDB at a breakdown electric field of 8 MV / cm is 90% or more, and the concentration of oxygen donor that precipitates when heat treatment is performed at 450 ° C. for 1 hour is 9 8 × 10 12 pieces / cm 3 or less or 6 × 10 12 pieces / cm 3 or less, and the density of BMD generated when two-stage heat treatment at 800 ° C. for 4 hours and 1000 ° C. for 16 hours is 5 × 10 7 pieces / cm 3 or less, and the recombination lifetime in the case of performing the two-stage heat treatment is 100 μsec or more.
Furthermore, in the silicon single crystal wafer of this embodiment, the LPD density on the wafer surface is 0.1 / cm 2 and the light etching defect density is 1 × 10 3 / cm 2 or less. Furthermore, in the silicon single crystal wafer of this embodiment, a polycrystalline silicon layer having a thickness of 50 nm or more and 2000 nm or less is formed on the back surface side, and a surface chamfered portion is formed on the peripheral edge of the wafer surface. A back side chamfer is formed on the peripheral edge of the back side.

本実施形態のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハによれば、結晶径方向全域においてCOP欠陥および転位クラスタが排除されているので、IGBT製造工程におけるウェーハ表面でのゲート酸化膜の形成時に、COP欠陥がゲート酸化膜に取り込まれることがなく、GOIを劣化させることがない。   According to the silicon single crystal wafer for IGBT of this embodiment, COP defects and dislocation clusters are eliminated in the entire crystal diameter direction, and therefore, when the gate oxide film is formed on the wafer surface in the IGBT manufacturing process, COP defects are not generated. The gate oxide film is not taken in, and the GOI is not deteriorated.

更に、結晶径方向全域においてCOP欠陥および転位クラスタが排除されることで、ウェーハを縦方向に使う素子であるIGBT用のウェーハとして好適に用いることができる。即ち、COP欠陥および転位クラスタが排除されているため、ウェーハのバルクの品質が優れたものとなり、IGBT用ウェーハとして重要な特性である再結合ライフタイムを向上させることができる。
更に、格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下なので、ウェーハの熱処理後に発生する酸素ドナーの濃度を9.8×1012個/cm以下に抑えることができ、熱処理前後でのウェーハの抵抗率の変化を防ぐことができ、シリコン単結晶ウェーハの品質を安定にできる。
また、本発明のシリコン単結晶ウェーハによれば、ウェーハ面内における抵抗率のばらつきが5%以下なので、シリコン単結晶ウェーハの品質を安定にできる。
更に、シリコン単結晶に、1×1013atoms/cm以上5×1014atoms/cm以下、または、1×1014atoms/cm以上5×1015atoms/cm以下の窒素がドープされることによって、COP欠陥および転位クラスタの排除が容易になる。窒素のドープ量が上記の範囲未満ではCOP欠陥および転位クラスタの排除が完全になされない虞があり、上記の範囲を超えると、窒化物が生成してシリコン単結晶が育成できなくなる。
また、TZDBの合格率が90%以上であり、450℃で1時間の熱処理を行った場合に発生する酸素ドナーの濃度が9.8×1012個/cm以下あるいは6×1012個/cm以下であり、800℃で4時間と1000℃で16時間の二段階熱処理を行った場合に析出するBMDの密度が5×10個/cm以下であり、二段階熱処理を行った場合における再結合ライフタイムが100μ秒以上であるので、IGBT用のシリコン単結晶ウェーハに求められる特性を満たすことができる。
Furthermore, by eliminating COP defects and dislocation clusters throughout the crystal diameter direction, the wafer can be suitably used as an IGBT wafer, which is an element that uses the wafer in the vertical direction. That is, since COP defects and dislocation clusters are eliminated, the quality of the bulk of the wafer becomes excellent, and the recombination lifetime, which is an important characteristic for an IGBT wafer, can be improved.
Further, since the interstitial oxygen concentration is 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less, the concentration of oxygen donor generated after the heat treatment of the wafer can be suppressed to 9.8 × 10 12 atoms / cm 3 or less. Thus, the change in the resistivity of the wafer can be prevented, and the quality of the silicon single crystal wafer can be stabilized.
Moreover, according to the silicon single crystal wafer of the present invention, since the variation in resistivity within the wafer surface is 5% or less, the quality of the silicon single crystal wafer can be stabilized.
Further, the silicon single crystal is doped with nitrogen of 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 14 atoms / cm 3 or less, or 1 × 10 14 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 15 atoms / cm 3 or less. This facilitates elimination of COP defects and dislocation clusters. If the nitrogen doping amount is less than the above range, COP defects and dislocation clusters may not be completely eliminated. If the nitrogen doping amount exceeds the above range, nitrides are generated and a silicon single crystal cannot be grown.
Further, the pass rate of TZDB is 90% or more, and the concentration of oxygen donor generated when heat treatment is performed at 450 ° C. for 1 hour is 9.8 × 10 12 ions / cm 3 or less, or 6 × 10 12 ions / cm 3 or less, the density of BMD precipitating when performing two-stage heat treatment of 16 hours at 4 hours and 1000 ° C. at 800 ° C. is not more 5 × 10 7 / cm 3 or less, were two-stage heat treatment Since the recombination lifetime in this case is 100 μsec or more, the characteristics required for a silicon single crystal wafer for IGBT can be satisfied.

(実験例1)
CZ法により、種々の格子間酸素濃度を有するシリコンインゴットを製造した。具体的には、多結晶シリコン塊を石英坩堝に投入し、アルゴン雰囲気中で多結晶シリコン塊を加熱してシリコン融液とした。シリコン融液にはドーパントとしてリンを添加した。リンの添加量は、シリコン単結晶の抵抗率が65Ω・cmになるように調整した。次に、磁場供給装置から3000G(0.3T)の水平磁場を磁場中心高さが融液液面に対して−75〜+50mmとなるように供給しながら、シリコン融液に種結晶を浸漬させ、次に種結晶及び石英坩堝を回転させながら種結晶を徐々に引き上げて種結晶の下に単結晶を成長させた。尚、単結晶の成長速度(引き上げ速度)をV(mm/分)とし、単結晶成長時の融点から1350℃の温度勾配G(℃/分)としたときの比V/Gを0.185程度に設定し、Vを0.49mm/分に設定した。このようにして、条件1〜4の引き上げ条件で引き上げられてなる単結晶シリコンのインゴットを製造した。なお、シリコンインゴットにおける格子間酸素濃度は、石英坩堝の回転数を調整することにより制御した。また、条件4では、シリコン融液中に窒化珪素膜付きのシリコンウェーハを投入することにより、シリコン単結晶中に4.1×1014atoms/cmの窒素をドープした。
(Experimental example 1)
Silicon ingots having various interstitial oxygen concentrations were produced by the CZ method. Specifically, the polycrystalline silicon lump was put into a quartz crucible, and the polycrystalline silicon lump was heated in an argon atmosphere to obtain a silicon melt. Phosphorus was added as a dopant to the silicon melt. The amount of phosphorus added was adjusted so that the resistivity of the silicon single crystal was 65 Ω · cm. Next, the seed crystal is immersed in the silicon melt while supplying a horizontal magnetic field of 3000 G (0.3 T) from the magnetic field supply device so that the magnetic field center height is −75 to +50 mm with respect to the melt surface. Then, while rotating the seed crystal and the quartz crucible, the seed crystal was gradually pulled up to grow a single crystal under the seed crystal. The growth rate (pulling rate) of the single crystal is V (mm / min), and the ratio V / G when the temperature gradient G is 1350 ° C. from the melting point during single crystal growth is 0.185. The V was set to 0.49 mm / min. In this way, an ingot of single crystal silicon that was pulled under the pulling conditions of Conditions 1 to 4 was manufactured. The interstitial oxygen concentration in the silicon ingot was controlled by adjusting the rotation speed of the quartz crucible. In condition 4, a silicon wafer with a silicon nitride film was introduced into the silicon melt, thereby doping the silicon single crystal with 4.1 × 10 14 atoms / cm 3 of nitrogen.

次に、引き上げられた単結晶シリコンのインゴットをスライスしてウェーハを切り出した。切り出されたウェーハには、ラッピング、エッチング等の表面処理を施した。このようにして、直径200mm、厚さ0.75mmのシリコン単結晶ウェーハを製造した。   Next, the pulled single crystal silicon ingot was sliced to cut out the wafer. The cut wafer was subjected to surface treatment such as lapping and etching. In this way, a silicon single crystal wafer having a diameter of 200 mm and a thickness of 0.75 mm was manufactured.

得られたシリコン単結晶ウェーハについて、格子間酸素濃度を測定すると共に、ウェーハ表面の面内における抵抗率のばらつきを評価した。格子間酸素濃度は、ASTM F−121(1979)に規格されたフーリエ変換赤外分光光度法に準じて測定した。また、抵抗率のばらつきは、ウェーハ中心、ウェーハ中心と外周の中間の位置、ウェーハ外周から5mmの位置の合計3カ所で抵抗率を測定し、その3カ所の抵抗率の中から最大値と最小値を選び、「(最大値−最小値)×100/最小値」の式により算出した。結果を表1に示す。
更に表1には、引き上げ速度の許容幅を示す。この許容幅は、結晶の引き上げ速度を徐々に低下させ育成した結晶を育成方向に縦割り加工しGrown−in欠陥分布をCuデコレーション後にX−rayトポグラフィー法により観察することでCOP領域を、またライトエッチング欠陥を測定することで転位クラスター領域を判定しもとめた結晶径方向全域においてCOP欠陥および転位クラスタが排除できる引き上げ速度マージンである。
The obtained silicon single crystal wafer was measured for interstitial oxygen concentration and evaluated for variations in resistivity within the wafer surface. The interstitial oxygen concentration was measured according to the Fourier transform infrared spectrophotometry standardized by ASTM F-121 (1979). In addition, the resistivity variation is measured at a total of three locations, the wafer center, the middle position between the wafer center and outer periphery, and the position 5 mm from the wafer outer periphery, and the maximum and minimum values are selected from the three resistivities. A value was selected and calculated according to the formula “(maximum value−minimum value) × 100 / minimum value”. The results are shown in Table 1.
Further, Table 1 shows the allowable range of the pulling speed. This allowable width is determined by gradually reducing the pulling rate of the crystal and vertically dividing the grown crystal in the growth direction and observing the Grown-in defect distribution by Cu-decoration after X-ray topography. This is a pull-up speed margin that can eliminate COP defects and dislocation clusters in the entire crystal diameter direction by determining the dislocation cluster region by measuring light etching defects.

Figure 2009025336
Figure 2009025336

表1に示すように、坩堝回転速度を7rpmから1rpmに低下させることによって(条件1→条件2〜4)、実際に格子間酸素濃度を低減できることがわかった。但し、条件1および2では、結晶回転速度が遅いことから引き上げ速度の許容幅をある程度確保できるものの、抵抗率のばらつきが非常に大きいものであった。
また、条件2と3を比較すると、条件3では結晶の回転速度の高速化によって抵抗率のばらつきは低減されたが、引き上げ速度の許容幅が大幅に低下した。これは、単結晶の回転速度の増大によって、シリコン融液と単結晶との間の固液界面形状が変化したためと考えられる。
更に、条件4については、条件3に対し、窒素をドープしたことによって引き上げ速度の許容幅が増大したが、抵抗率のばらつきも増大した。これは、窒素ドープによってシリコン融液の対流状態が変化したためと考えられる。
As shown in Table 1, it was found that the interstitial oxygen concentration can actually be reduced by reducing the crucible rotation speed from 7 rpm to 1 rpm (condition 1 → conditions 2 to 4). However, in conditions 1 and 2, although the crystal rotation speed was slow, the allowable range of the pulling speed could be secured to some extent, but the variation in resistivity was very large.
Further, comparing conditions 2 and 3, in condition 3, the variation in resistivity was reduced by increasing the rotation speed of the crystal, but the allowable range of the pulling speed was greatly reduced. This is presumably because the solid-liquid interface shape between the silicon melt and the single crystal changed due to the increase in the rotation speed of the single crystal.
Furthermore, with respect to the condition 4, the allowable range of the pulling rate was increased by doping nitrogen with respect to the condition 3, but the variation in resistivity was also increased. This is presumably because the convection state of the silicon melt was changed by nitrogen doping.

以上のことから、条件1〜4の引き上げ条件では、格子間酸素濃度の低減、抵抗率のばらつきの低減、引き上げ速度の許容幅の拡大を同時に達成することは困難であった。   From the above, under the pulling conditions of Conditions 1 to 4, it was difficult to simultaneously achieve reduction in interstitial oxygen concentration, reduction in variation in resistivity, and increase in the allowable range of pulling speed.

(実験例2)
CZ法により、種々の格子間酸素濃度を有するシリコンインゴットを製造した。具体的には、多結晶シリコン塊を石英坩堝に投入し、アルゴン雰囲気中で多結晶シリコン塊を加熱してシリコン融液とした。次に、磁場供給装置から3000G(0.3T)の水平磁場を磁場中心高さが融液液面に対して−75〜+50mmとなるように印加しながら、シリコン融液に種結晶を浸漬させ、次に種結晶及び石英坩堝を回転させながら種結晶を徐々に引き上げて種結晶の下に単結晶を成長させた。尚、単結晶の成長速度(引き上げ速度)をV(mm/分)とし、単結晶成長時の融点から1350℃の温度勾配G(℃/分)としたときの比V/Gを0.185程度に設定し、Vを0.49mm/分に設定した。このようにして、条件5〜14の引き上げ条件で引き上げられてなる単結晶シリコンのインゴットを製造した。
(Experimental example 2)
Silicon ingots having various interstitial oxygen concentrations were produced by the CZ method. Specifically, the polycrystalline silicon lump was put into a quartz crucible, and the polycrystalline silicon lump was heated in an argon atmosphere to obtain a silicon melt. Next, the seed crystal is immersed in the silicon melt while applying a horizontal magnetic field of 3000 G (0.3 T) from the magnetic field supply device so that the magnetic field center height is −75 to +50 mm with respect to the melt surface. Then, while rotating the seed crystal and the quartz crucible, the seed crystal was gradually pulled up to grow a single crystal under the seed crystal. The growth rate (pulling rate) of the single crystal is V (mm / min), and the ratio V / G when the temperature gradient G is 1350 ° C. from the melting point during single crystal growth is 0.185. The V was set to 0.49 mm / min. In this manner, single crystal silicon ingots pulled under the pulling conditions 5 to 14 were manufactured.

なお、石英坩堝の回転速度は全ての条件で2rpmとし、単結晶の回転速度は全ての条件で20rpmとした。更に、条件5及び6では、シリコン融液中に窒化珪素膜付きのシリコンウェーハを投入して、シリコン単結晶中に窒素をドープした。また、条件7〜11では、アルゴンガス雰囲気に水素ガスを導入して水素分圧30〜400Paの条件で引き上げを行った。更に、条件12〜14では、窒素のドープと水素ガスの導入を同時に行った。更に、条件7〜10及び12〜13では、シリコン融液にリンを添加することにより抵抗率の調整を行い、他の条件では実験例1と同様にして引き上げられた単結晶シリコンに対して中性子線を照射してリンをドープした。中性子線の照射は、線束3.0×1012個/cm/sで80時間照射する条件とした。このようにして、シリコン単結晶の抵抗率を65Ω・cmに調整した。The rotation speed of the quartz crucible was 2 rpm under all conditions, and the rotation speed of the single crystal was 20 rpm under all conditions. Furthermore, in conditions 5 and 6, a silicon wafer with a silicon nitride film was introduced into the silicon melt, and nitrogen was doped into the silicon single crystal. Moreover, in conditions 7-11, hydrogen gas was introduce | transduced into argon gas atmosphere and it pulled up on the conditions of hydrogen partial pressure 30-400 Pa. Further, under conditions 12 to 14, nitrogen doping and hydrogen gas introduction were performed simultaneously. Furthermore, in conditions 7-10 and 12-13, the resistivity is adjusted by adding phosphorus to the silicon melt, and in other conditions, neutrons are applied to the single crystal silicon pulled up in the same manner as in Experimental Example 1. Irradiated with rays and doped with phosphorus. Irradiation with neutrons was performed under the condition of irradiation with a bundle of 3.0 × 10 12 particles / cm 2 / s for 80 hours. In this way, the resistivity of the silicon single crystal was adjusted to 65 Ω · cm.

その後、単結晶シリコンのインゴットをスライスしてウェーハを切り出した。切り出されたウェーハには、ラッピング、エッチング等の表面処理を施した。このようにして、直径200mm、厚さ0.75mmのシリコン単結晶ウェーハを製造した。   Thereafter, a single crystal silicon ingot was sliced to cut out a wafer. The cut wafer was subjected to surface treatment such as lapping and etching. In this way, a silicon single crystal wafer having a diameter of 200 mm and a thickness of 0.75 mm was manufactured.

得られたシリコン単結晶ウェーハについて、実験例1と同様にして、格子間酸素濃度を測定すると共にウェーハ表面の面内における抵抗率のばらつきを評価した。結果を表2に示す。また表2には、ウェーハ中の窒素濃度、CZ炉の雰囲気中の水素分圧、ドーパントの導入方法の条件を同時に示す。また、実験例1と同様にして、引き上げ速度の許容幅を同時に示す。   For the obtained silicon single crystal wafer, the interstitial oxygen concentration was measured in the same manner as in Experimental Example 1, and the variation in resistivity within the wafer surface was evaluated. The results are shown in Table 2. Table 2 also shows the nitrogen concentration in the wafer, the hydrogen partial pressure in the atmosphere of the CZ furnace, and the conditions for the dopant introduction method. Further, similarly to Experimental Example 1, the allowable range of the pulling speed is shown at the same time.

Figure 2009025336
Figure 2009025336

表1及び表2に示すように、条件4において窒素ドープにより悪化した抵抗率のばらつきは、条件5及び6に示すように中性子照射によるリンドープを行うことによって改善されたが、引き上げ速度の許容幅は十分なものではなかった。
また、条件3において結晶の回転速度の高速化によって低下した引き上げ速度の許容幅は、条件8〜10に示すように雰囲気中に水素を導入することによって改善された。条件8〜10のように、所定量の水素を導入すると共に、坩堝回転速度並びに単結晶の回転速度を制御することによって、格子間酸素濃度の低減と、抵抗率のばらつきの低減と、引き上げ速度の許容幅の拡大を同時に実現できることが判明した。
また、条件4において窒素ドープによって増大した抵抗率のばらつきは、条件12及び13に示すように雰囲気中に水素を導入することによって改善された。これは、窒素ドープによって引き起こされたシリコン融液の対流状態の変動を水素の導入によって抑制できたためと考えられる。また条件12及び13では、引き上げ速度の許容幅についても、窒素ドープ単独(条件5〜6)、水素導入単独(条件7〜11)の場合と比べて拡大することができた。
更にこの条件12及び13に対して、リンの導入を中性子照射により行った条件14では、抵抗率のばらつきがより低減された。
As shown in Tables 1 and 2, the variation in resistivity deteriorated by nitrogen doping in condition 4 was improved by performing phosphorous doping by neutron irradiation as shown in conditions 5 and 6, but the allowable range of pulling rate Was not enough.
In addition, the allowable range of the pulling rate that was reduced by increasing the rotation speed of the crystal in Condition 3 was improved by introducing hydrogen into the atmosphere as shown in Conditions 8-10. As in conditions 8 to 10, while introducing a predetermined amount of hydrogen and controlling the crucible rotation speed and the single crystal rotation speed, the interstitial oxygen concentration is reduced, the resistivity variation is reduced, and the pulling speed is increased. It has been found that an increase in the allowable range can be realized simultaneously.
Also, the variation in resistivity increased by nitrogen doping in condition 4 was improved by introducing hydrogen into the atmosphere as shown in conditions 12 and 13. This is considered to be because the change in the convection state of the silicon melt caused by nitrogen doping was suppressed by introducing hydrogen. Moreover, in conditions 12 and 13, the allowable range of the pulling rate could be expanded as compared with the case of nitrogen doping alone (conditions 5 to 6) and hydrogen introduction alone (conditions 7 to 11).
Furthermore, with respect to these conditions 12 and 13, in the condition 14 in which phosphorus was introduced by neutron irradiation, the variation in resistivity was further reduced.

(実験例3)
横磁場MCZ炉を用い、内径24インチの石英ルツボを使用し、初期多結晶原料を60kg仕込み、P濃度を調整したシリコン原料を融液状態で供給しながら、Si単結晶を引き上げ最終的に210mm直径×1000mmの結晶を2本製造した。
狙いのN型抵抗値:50Ωcm
結晶育成の条件としては、横磁場強度3500ガウス、石英ルツボ回転 0.5rpm、結晶回転3〜10rpm、磁場中心位置を融液表面位置の45mm下方とした。
この際の追加した原料供給状態を表4および図10に示す。
(Experimental example 3)
Using a transverse magnetic field MCZ furnace, using a quartz crucible with an inner diameter of 24 inches, charging 60 kg of initial polycrystalline raw material, and supplying silicon raw material with adjusted P concentration in the melt state, pulling up the Si single crystal and finally 210 mm Two crystals with a diameter of 1000 mm were produced.
Target N-type resistance: 50 Ωcm
As conditions for crystal growth, the transverse magnetic field strength was 3500 gauss, the quartz crucible rotation was 0.5 rpm, the crystal rotation was 3 to 10 rpm, and the magnetic field center position was 45 mm below the melt surface position.
The added raw material supply state at this time is shown in Table 4 and FIG.

Figure 2009025336
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この後、育成した単結晶からウェーハを製造した。このウェーハにおいて測定した直胴部の結晶長に対する酸素濃度を表5に、電気抵抗率および抵抗面内分布を表6に示す。   Thereafter, a wafer was manufactured from the grown single crystal. Table 5 shows the oxygen concentration with respect to the crystal length of the straight body portion measured in this wafer, and Table 6 shows the electrical resistivity and the resistance in-plane distribution.

Figure 2009025336
Figure 2009025336
Figure 2009025336
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上記で育成したシリコン単結晶は、結晶直胴部分の全域においてのうち 酸素濃度1.5〜2.5×1017atoms/cm(oldASTM)の範囲であった。 COPも転位クラスターも含まない部分は、2つの結晶とも 800mm以上(810mm、840mm)だった。
また、抵抗率についても2本とも結晶直胴部分の全域において48〜52Ωcmの範囲であった。面内の分布を示すRRGは4%以下の範囲であった。
The silicon single crystal grown above had an oxygen concentration of 1.5 to 2.5 × 10 17 atoms / cm 3 (oldASTM) in the entire region of the crystal body. The portion containing neither COP nor dislocation clusters was 800 mm or more (810 mm, 840 mm) for both crystals.
Also, the resistivity was in the range of 48 to 52 Ωcm over the entire area of the crystal body. The RRG indicating the in-plane distribution was in the range of 4% or less.

(実験例4)
(狙い抵抗率を変えた実施例:100Ωcm狙い)
横磁場MCZ炉を用い、内径24インチの石英ルツボを使用し、初期多結晶原料を60kg仕込み、P濃度を調整したシリコン原料を融液状態で供給しながら、Si単結晶を引き上げ最終的に210mm直径×1000mmの結晶を2本製造した。
狙いのN型抵抗値:100Ωcm
結晶育成の条件としては、横磁場強度3500ガウス、石英ルツボ回転 0.5rpm、結晶回転3〜10rpm、磁場中心位置を融液表面位置の45mm下方とした。
この際の追加した原料供給状態を表7および図11に示す。
(Experimental example 4)
(Example of changing the target resistivity: 100 Ωcm)
Using a transverse magnetic field MCZ furnace, using a quartz crucible with an inner diameter of 24 inches, charging 60 kg of initial polycrystalline raw material, and supplying silicon raw material with adjusted P concentration in the melt state, pulling up the Si single crystal and finally 210 mm Two crystals with a diameter of 1000 mm were produced.
Target N-type resistance: 100 Ωcm
As conditions for crystal growth, the transverse magnetic field strength was 3500 gauss, the quartz crucible rotation was 0.5 rpm, the crystal rotation was 3 to 10 rpm, and the magnetic field center position was 45 mm below the melt surface position.
The added raw material supply state at this time is shown in Table 7 and FIG.

Figure 2009025336
Figure 2009025336

この後、育成した単結晶からウェーハを製造した。このウェーハにおいて測定した直胴部の結晶長に対する酸素濃度を表8に、電気抵抗率および抵抗面内分布を表9に示す。   Thereafter, a wafer was manufactured from the grown single crystal. Table 8 shows the oxygen concentration with respect to the crystal length of the straight body portion measured in this wafer, and Table 9 shows the electrical resistivity and the resistance in-plane distribution.

Figure 2009025336
Figure 2009025336
Figure 2009025336
Figure 2009025336

上記で育成したシリコン単結晶は、結晶直胴部分の全域においてのうち 酸素濃度1.5〜2.5×1017atoms/cm(oldASTM)の範囲であった。 COPも転位クラスターも含まない部分は、2つの結晶とも 800mm以上(810mm、840mm)だった。
また、抵抗率についても2本とも結晶直胴部分の全域において97〜106Ωcmの範囲であった。面内の分布を示すRRGは4%以下の範囲であった。
The silicon single crystal grown above had an oxygen concentration of 1.5 to 2.5 × 10 17 atoms / cm 3 (oldASTM) in the entire region of the crystal body. The portion containing neither COP nor dislocation clusters was 800 mm or more (810 mm, 840 mm) for both crystals.
In addition, both the resistivity values were in the range of 97 to 106 Ωcm over the entire area of the crystal body. The RRG indicating the in-plane distribution was in the range of 4% or less.

(実験例5)
(Pのガスドープとした実施例)
横磁場MCZ炉を用い、内径24インチの石英ルツボを使用し、初期多結晶原料を60kg仕込み、Pを含むガスを引上げ炉内雰囲気に混入させ、Pガスドープにより結晶にPをドープ。高純度シリコン原料を融液状態で供給しながら、Si単結晶を引き上げ最終的に210mm直径×1000mmの結晶を2本製造した。
狙いのN型抵抗値:100Ωcm
結晶育成の条件としては、横磁場強度3500ガウス、石英ルツボ回転 0.5rpm、結晶回転3〜10rpm、磁場中心位置を融液表面位置の45mm下方とした。
この際の追加した原料供給状態を表10および図12に示す。
(Experimental example 5)
(Example of P gas doping)
Using a transverse magnetic field MCZ furnace, using a quartz crucible with an inner diameter of 24 inches, charging 60 kg of the initial polycrystalline material, mixing a gas containing P into the atmosphere in the furnace, and doping the crystal with P gas dope. While supplying high-purity silicon raw material in the melt state, the Si single crystal was pulled up to finally produce two crystals of 210 mm diameter × 1000 mm.
Target N-type resistance: 100 Ωcm
As conditions for crystal growth, the transverse magnetic field strength was 3500 gauss, the quartz crucible rotation was 0.5 rpm, the crystal rotation was 3 to 10 rpm, and the magnetic field center position was 45 mm below the melt surface position.
The added raw material supply state at this time is shown in Table 10 and FIG.

Figure 2009025336
Figure 2009025336

この後、育成した単結晶からウェーハを製造した。このウェーハにおいて測定した直胴部の結晶長に対する酸素濃度を表11に、電気抵抗率および抵抗面内分布を表12に示す。   Thereafter, a wafer was manufactured from the grown single crystal. Table 11 shows the oxygen concentration with respect to the crystal length of the straight body portion measured in this wafer, and Table 12 shows the electrical resistivity and the resistance in-plane distribution.

Figure 2009025336
Figure 2009025336
Figure 2009025336
Figure 2009025336

上記で育成したシリコン単結晶は、結晶直胴部分の全域においてのうち 酸素濃度1.5〜2.5×1017atoms/cm(oldASTM)の範囲であった。 COPも転位クラスターも含まない部分は、2つの結晶とも 800mm以上(810mm、840mm)だった。
また、抵抗率についても2本とも結晶直胴部分の全域において97〜105Ωcmの範囲であった。面内の分布を示すRRGは4%以下の範囲であった。
The silicon single crystal grown above had an oxygen concentration of 1.5 to 2.5 × 10 17 atoms / cm 3 (oldASTM) in the entire region of the crystal body. The portion containing neither COP nor dislocation clusters was 800 mm or more (810 mm, 840 mm) for both crystals.
Also, the resistivity was in the range of 97 to 105 Ωcm over the entire area of the crystal body. The RRG indicating the in-plane distribution was in the range of 4% or less.

(実験例6)
(二重坩堝法の連続CZ法の実施例)
横磁場MCZ炉を用い、内径24インチの石英ルツボを使用し、初期多結晶原料を60kg仕込み、P濃度を調整したシリコン原料を二重坩堝の外坩堝に固体状態で供給しながら、Si単結晶を引き上げ最終的に210mm直径×1000mmの結晶を2本製造した。
狙いのN型抵抗値:100Ωcm
結晶育成の条件としては、横磁場強度3500ガウス、石英ルツボ回転 0.5rpm、結晶回転3〜10rpm、磁場中心位置を融液表面位置の45mm下方とした。
この際の追加した原料供給状態を表13および図13に示す。
(Experimental example 6)
(Example of continuous crucible method of double crucible method)
Using a transverse magnetic field MCZ furnace, using a quartz crucible with an inner diameter of 24 inches, charging 60 kg of initial polycrystalline raw material, and supplying silicon raw material with adjusted P concentration to the outer crucible of the double crucible in a solid state, Si single crystal Finally, two crystals of 210 mm diameter × 1000 mm were produced.
Target N-type resistance: 100 Ωcm
As conditions for crystal growth, the transverse magnetic field strength was 3500 gauss, the quartz crucible rotation was 0.5 rpm, the crystal rotation was 3 to 10 rpm, and the magnetic field center position was 45 mm below the melt surface position.
The added raw material supply state at this time is shown in Table 13 and FIG.

Figure 2009025336
Figure 2009025336

この後、育成した単結晶からウェーハを製造した。このウェーハにおいて測定した直胴部の結晶長に対する酸素濃度を表14に、電気抵抗率および抵抗面内分布を表15に示す。   Thereafter, a wafer was manufactured from the grown single crystal. Table 14 shows the oxygen concentration with respect to the crystal length of the straight body portion measured in this wafer, and Table 15 shows the electrical resistivity and the resistance in-plane distribution.

Figure 2009025336
Figure 2009025336
Figure 2009025336
Figure 2009025336

上記で育成したシリコン単結晶は、結晶直胴部分の全域において酸素濃度1.5〜2.5×1017atoms/cm(oldASTM)の範囲であった。 COPも転位クラスターも含まない部分は、2つの結晶とも 800mm以上(810mm、840mm)だった。
また、抵抗率についても2本とも結晶直胴部分の全域において96〜104Ωcmの範囲であった。面内の分布を示すRRGは4%以下の範囲であった。
The silicon single crystal grown above had an oxygen concentration in the range of 1.5 to 2.5 × 10 17 atoms / cm 3 (oldASTM) over the entire area of the crystal body. The portion containing neither COP nor dislocation clusters was 800 mm or more (810 mm, 840 mm) for both crystals.
In addition, both the resistivity values were in the range of 96 to 104 Ωcm over the entire area of the crystal body. The RRG indicating the in-plane distribution was in the range of 4% or less.

(実験例7)
次に、ΔHの変動幅に関する実験をおこなった。
実施例3と同じ引上げ条件として、液面位置の高さ位置ΔHを故意に大きく変動させた。その結果を表16および図14に示す。
(Experimental example 7)
Next, an experiment on the fluctuation range of ΔH was performed.
As the same pulling conditions as in Example 3, the height position ΔH of the liquid surface position was intentionally varied greatly. The results are shown in Table 16 and FIG.

Figure 2009025336
Figure 2009025336

この結果、液面の高さ位置の制御が±3mmの範囲なら、結晶欠陥は検出されず、液面の高さ位置がそれ以上に変動すると結晶欠陥が検出されることがわかる。また、液面の高さ位置の制御が±3mmの範囲を超えると、望まれない欠陥が生じ、IGBT用シリコン単結晶ウェーハとしての性能が大きく劣化することがわかる。   As a result, it can be seen that if the control of the height position of the liquid surface is within a range of ± 3 mm, no crystal defect is detected, and if the height position of the liquid surface fluctuates further, a crystal defect is detected. Further, it can be seen that when the control of the height position of the liquid level exceeds the range of ± 3 mm, an undesirable defect occurs, and the performance as a silicon single crystal wafer for IGBT is greatly deteriorated.

(実験例8)
次に、ΔSの変動幅に関する実験をおこなった。
実施例3と同じ引上げ条件として、液面位置の高さ位置を故意に大きく変動させ、シリコン融液が坩堝に当接する表面積の変動比ΔSを大きく変動させ、酸素濃度の変化を測定した。
その結果を表17および図15に示す。
(Experimental example 8)
Next, an experiment on the fluctuation range of ΔS was performed.
As the same pulling conditions as in Example 3, the height position of the liquid surface position was intentionally changed greatly, and the change ratio ΔS of the surface area at which the silicon melt contacted the crucible was changed greatly, and the change in the oxygen concentration was measured.
The results are shown in Table 17 and FIG.

Figure 2009025336
Figure 2009025336

この結果、図15に示すように、ΔSが7%を超えると、大きく酸素濃度が変化してしまい、好ましい範囲である4.5×1017atoms/cm(oldASTM)以下の範囲から外れることがわかる。したがって、ΔSの範囲として−7%〜+7%の範囲とすることが好ましいことがわかる。As a result, as shown in FIG. 15, when ΔS exceeds 7%, the oxygen concentration greatly changes and deviates from a preferable range of 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 (oldASTM) or less. I understand. Therefore, it can be seen that the range of ΔS is preferably in the range of −7% to + 7%.

(実験例9)
次に、比較のため原料追加供給をおこなわない実験をおこなった。
引上げ条件としては、初期チャージ量を100kgとした以外は、実施例3と同じ条件として引き上げをおこない、育成した単結晶から製造したウェーハにおいて、測定した直胴部の結晶長に対する酸素濃度の変化を表18および図16に、電気抵抗率および抵抗面内分布を表19および図17に示す。
(Experimental example 9)
Next, for comparison, an experiment was conducted without additional supply of raw materials.
As the pulling conditions, except that the initial charge amount was 100 kg, the pulling was performed under the same conditions as in Example 3, and in the wafer manufactured from the grown single crystal, the change in oxygen concentration with respect to the measured crystal length of the straight body portion was measured. Table 18 and FIG. 16 show the electrical resistivity and resistance in-plane distribution in Table 19 and FIG.

Figure 2009025336
Figure 2009025336
Figure 2009025336
Figure 2009025336

これらの結果から、原料追加供給をおこなわなかった場合には、低酸素となる部分が限られることがわかり、特に、極めて狭い範囲であるが1×1017atoms/cm以下の酸素濃度となる領域もあるが、4.5×1017atoms/cm以下の酸素濃度領域は結晶全体長さに対して半分ほどとなっていることがわかる。
また、結晶長手方向の抵抗分布は、電気抵抗率調整用ドーパントの偏析が小さいため(P:0.3)、急激に抵抗率が低下し、抵抗範囲の狭い製品の場合、歩留まりが小さくなることがわかる。
From these results, it can be seen that when the additional supply of the raw material is not performed, the portion that becomes low oxygen is limited, and in particular, the oxygen concentration is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less in a very narrow range. Although there is a region, it can be seen that the oxygen concentration region of 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less is about half of the entire crystal length.
In addition, the resistance distribution in the longitudinal direction of the crystal has a small segregation of the dopant for adjusting the electrical resistivity (P: 0.3), so that the resistivity is drastically reduced, and the yield is reduced in the case of a product with a narrow resistance range I understand.

これらの結果から、実験例7,8のように、酸素濃度4.5×1017atoms/cm (oldASTM) 以下の範囲のウェーハを安定的に得るためには、液面位置の高さ位置ΔHの変動範囲を−3〜+3mmの範囲とすること、および/または、シリコン融液が坩堝に当接する表面積の変動比ΔSを−7〜+7%の範囲とすることが必要であることがわかる。From these results, in order to stably obtain a wafer having an oxygen concentration in the range of 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 (oldASTM) or less as in Experimental Examples 7 and 8, the height position of the liquid surface position is obtained. It can be seen that the variation range of ΔH needs to be in the range of −3 to +3 mm and / or the variation ratio ΔS of the surface area at which the silicon melt contacts the crucible needs to be in the range of −7 to + 7%. .

引き上げ速度マージンを拡大することが可能であるとともに、低酸素で抵抗率のバラツキが小さなウェーハの製造が安価に可能であるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法及びIGBT用シリコン単結晶ウェーハを提供できる。
It is possible to provide a method for manufacturing a silicon single crystal wafer for IGBT and a silicon single crystal wafer for IGBT capable of expanding a pulling speed margin and manufacturing a wafer having low oxygen and small variation in resistivity at low cost. .

Claims (12)

チョクラルスキー法によってシリコン融液からシリコン単結晶を育成することにより得られるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
シリコン融液にn型ドーパントを添加し、シリコン単結晶の引き上げ速度をGrown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度で、単結晶を育成する際に、
初期多結晶原料を充填した後、追加原料を供給しながら格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下の前記単結晶を育成することを特徴とするIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
A method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT obtained by growing a silicon single crystal from a silicon melt by the Czochralski method,
When an n-type dopant is added to the silicon melt and the single crystal is grown at a speed at which the growth rate of the silicon single crystal can be pulled up by a grown-in defect-free silicon single crystal,
An IGBT silicon single crystal wafer characterized by growing the single crystal having an interstitial oxygen concentration of 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less while filling an initial polycrystalline material and supplying an additional material. Production method.
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成することにより得られるIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
シリコン融液に、リンを2.9×1013atoms/cm以上2.9×1015atoms/cm以下、前記リンよりも偏析係数の小さなp型ドーパントを、その偏析係数に応じて結晶中の濃度が1×1013atoms/cm以上1×1015atoms/cm以下となるように添加し、シリコン単結晶の引き上げ速度をGrown−in欠陥フリーなシリコン単結晶が引き上げ可能な速度で、単結晶を育成する際に、
初期多結晶原料を充填した後、ドーパント濃度を前記濃度となるように制御しつつ追加原料を供給しながら格子間酸素濃度が8.5×1017atoms/cm以下の前記単結晶を育成することを特徴とするIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
A method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT obtained by growing a silicon single crystal by the Czochralski method,
In the silicon melt, phosphorus is 2.9 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 2.9 × 10 15 atoms / cm 3 or less, and a p-type dopant having a segregation coefficient smaller than that of phosphorus is crystallized according to the segregation coefficient. The concentration of the silicon single crystal is added so that the concentration is 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 15 atoms / cm 3 or less, and the pulling speed of the silicon single crystal is increased so that a grown-in defect-free silicon single crystal can be pulled. So when growing single crystals,
After filling the initial polycrystalline material, the single crystal having an interstitial oxygen concentration of 8.5 × 10 17 atoms / cm 3 or less is grown while supplying an additional material while controlling the dopant concentration to be the above concentration. A method of manufacturing a silicon single crystal wafer for IGBT, which is characterized by the above.
前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶の直胴部を育成する際に、
前記追加原料の供給を制御して前記シリコン融液が坩堝に当接する表面積の変動比範囲を−7〜+7%として前記シリコン融液の対流状態を制御し前記単結晶の格子間酸素濃度を0.7×1017〜4.5×1017atoms/cmの範囲とすることを特徴とする請求項1または2記載のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
When growing the straight body of silicon single crystal from the Czochralski method,
The supply of the additional raw material is controlled so that the fluctuation ratio range of the surface area where the silicon melt contacts the crucible is -7 to + 7%, and the convection state of the silicon melt is controlled to reduce the interstitial oxygen concentration of the single crystal to 0. The manufacturing method of the silicon single crystal wafer for IGBT according to claim 1 or 2, wherein the range is from 7 × 10 17 to 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 .
前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶の直胴部を育成する際に、
前記追加原料の供給を制御して前記シリコン融液の液面高さの坩堝縁部上端に対する変動範囲を−3mm〜+3mmとして前記シリコン融液の対流状態を制御し前記単結晶の格子間酸素濃度を0.7×1017〜4.5×1017atoms/cmの範囲とすることを特徴とする請求項1または2記載のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
When growing the straight body of silicon single crystal from the Czochralski method,
The supply of the additional raw material is controlled so that the fluctuation range of the liquid surface height of the silicon melt with respect to the upper end of the crucible is -3 mm to +3 mm, and the convection state of the silicon melt is controlled to control the interstitial oxygen concentration of the single crystal. The manufacturing method of the silicon single crystal wafer for IGBT according to claim 1 or 2, wherein the range is 0.7 × 10 17 to 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 .
前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶の直胴部を育成する際に、
前記追加原料の供給を制御して前記シリコン融液量の変動比範囲が−7〜+7%として前記シリコン融液の対流状態を制御し前記単結晶の格子間酸素濃度を0.7×1017〜4.5×1017atoms/cmの範囲とすることを特徴とする請求項1または2記載のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
When growing the straight body of silicon single crystal from the Czochralski method,
The supply of the additional raw material is controlled so that the fluctuation ratio range of the silicon melt amount is −7 to + 7%, and the convection state of the silicon melt is controlled, so that the interstitial oxygen concentration of the single crystal is 0.7 × 10 17. 3. The method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT according to claim 1, wherein the range is from −4.5 × 10 17 atoms / cm 3 .
前記単結晶を育成する際に添加追加供給するシリコン原料が、融解原料あるいは固形原料であるすることを特徴とする請求項1から5のいずれか記載のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。   6. The method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT according to claim 1, wherein the silicon material added and supplied when growing the single crystal is a melting material or a solid material. 前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶を育成するシリコン融液に対して、結晶中に取り込まれる窒素が1×1013atoms/cm以上5×1014atoms/cm以下の濃度となるように添加することを特徴とする請求項1から6のいずれか記載のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。With respect to the silicon melt for growing a silicon single crystal by the Czochralski method, the nitrogen incorporated into the crystal is at a concentration of 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 14 atoms / cm 3 or less. The method for producing a silicon single crystal wafer for IGBT according to any one of claims 1 to 6, which is added. 前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶を育成する際に、
CZ炉内の雰囲気ガス中に水素ガス換算分圧で40Pa以上400Pa以下の範囲となる水素原子含有物質を導入することを特徴とする請求項1から7のいずれか記載のIGBT用シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
When growing a silicon single crystal by the Czochralski method,
8. The silicon single crystal wafer for IGBT according to claim 1, wherein a hydrogen atom-containing substance having a hydrogen gas equivalent partial pressure in a range of 40 Pa to 400 Pa is introduced into the atmosphere gas in the CZ furnace. Manufacturing method.
前記チョクラルスキー法よりシリコン単結晶を育成する際にシリコン融液にn型ドーパントを添加する抵抗率調整をおこなうことなく1000Ωcm以上10000Ωcm以下とされる高抵抗のシリコン単結晶インゴットをあらかじめ引き上げるとともに、その後、中性子照射により所望の抵抗レンジ内になるように抵抗率を調整することを特徴とする請求項1から8のいずれか記載のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。   When a silicon single crystal is grown by the Czochralski method, a high-resistance silicon single crystal ingot that is 1000 Ωcm or more and 10,000 Ωcm or less is pulled up in advance without adjusting the resistivity by adding an n-type dopant to the silicon melt, 9. The method of manufacturing a silicon single crystal wafer for IGBT according to claim 1, wherein the resistivity is adjusted so as to be within a desired resistance range by neutron irradiation. チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶からなるIGBT用のシリコン単結晶ウェーハであって、請求項1から9のいずれか記載の製造方法により製造され、
前記シリコン単結晶の直胴部の軸方向における格子間酸素濃度の変動が0.7×1017〜4.5×1017atoms/cmの範囲とされてなることを特徴とするIGBT用のシリコン単結晶ウェーハ。
A silicon single crystal wafer for IGBT consisting of a silicon single crystal grown by the Czochralski method, manufactured by the manufacturing method according to claim 1,
The variation of the interstitial oxygen concentration in the axial direction of the straight body portion of the silicon single crystal is in the range of 0.7 × 10 17 to 4.5 × 10 17 atoms / cm 3 . Silicon single crystal wafer.
ウェーハ表面におけるLPD密度が0.1個/cm以下であり、ライトエッチング欠陥密度が1×10個/cm以下であることを特徴とする請求項10記載のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハ。11. The silicon single crystal wafer for IGBT according to claim 10, wherein the LPD density on the wafer surface is 0.1 piece / cm 2 or less and the light etching defect density is 1 × 10 3 pieces / cm 2 or less. . 裏面側に50nm以上1000nm以下の多結晶シリコン層が形成されていることを特徴とする請求項10または11記載のIGBT用のシリコン単結晶ウェーハ。

12. The IGBT silicon single crystal wafer according to claim 10 or 11, wherein a polycrystalline silicon layer having a thickness of 50 nm to 1000 nm is formed on the back surface side.

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