WO2014155985A1 - シリコン単結晶製造装置およびこれを用いたシリコン単結晶製造方法 - Google Patents

シリコン単結晶製造装置およびこれを用いたシリコン単結晶製造方法 Download PDF

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WO2014155985A1
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WO
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single crystal
silicon single
raw material
material melt
inclination angle
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PCT/JP2014/001228
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昌弘 櫻田
星　亮二
布施川　泉
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信越半導体株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B27/00—Single-crystal growth under a protective fluid
    • C30B27/02—Single-crystal growth under a protective fluid by pulling from a melt

Definitions

  • the present invention relates to a silicon single crystal manufacturing apparatus that pulls a silicon single crystal from a raw material melt by the Czochralski method and a silicon single crystal manufacturing method using the same.
  • Silicon single crystals that cut out silicon wafers used as substrates for semiconductor devices such as memory CPUs and image sensors are mainly manufactured by the Czochralski (CZ) method.
  • the silicon single crystal produced by the CZ method contains oxygen atoms.
  • An object (BMD) is formed.
  • polished wafers that have been mirror-finished from a silicon wafer cut from a silicon single crystal manufactured by the above-mentioned method, and annealed for the purpose of suppressing defects on the surface layer of the wafer or forming an IG layer in the bulk after mirror finishing.
  • the demand for various wafers such as an annealed wafer, an epitaxial wafer on which an epitaxial layer is formed, and an SOI wafer is increasing.
  • a temperature control plate is provided in a region surrounding the crystal pulling region above the raw material melt filling region, and the temperature distribution of the raw material melt surface is lowest at the crystal solid-liquid interface during crystal pulling.
  • a technique that always maintains the height gradually in the direction toward the inner wall.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and a silicon single crystal manufacturing apparatus capable of manufacturing a silicon single crystal in which a BMD is uniformly formed and can have uniform gettering capability, and It aims at providing the used silicon single crystal manufacturing method.
  • the present invention comprises a quartz crucible containing a raw material melt and a main chamber for storing the quartz crucible, and a silicon single crystal is drawn from the raw material melt by the Czochralski method.
  • a silicon single crystal manufacturing apparatus for raising a cylindrical gas rectifier for adjusting the flow of gas introduced into the main chamber is disposed above the raw material melt surface so as to surround the silicon single crystal to be pulled up.
  • a ring-shaped heat shield plate is disposed on the raw material melt surface side of the gas flow straightening cylinder, and the ring-shaped heat shield plate is inclined upward along the radial direction.
  • the bottom surface has an inner peripheral inclined surface on the side of the surrounding silicon single crystal and an outer peripheral inclined surface located outside the inner peripheral inclined surface, and the inner peripheral inclined surface.
  • the inclination angle ⁇ of the surface 0 ° or more and 30 ° or less, the inclination angle ⁇ of the outer peripheral inclined surface is greater than 5 ° and not more than 40 ° with respect to the horizontal direction, and the inclination angle ⁇ ⁇ the inclination angle ⁇ , and below the quartz crucible, Furthermore, a silicon single crystal manufacturing apparatus is provided in which a lower heat insulating plate is disposed.
  • the in-plane distribution at the solid-liquid interface of the single crystal pulling point defects such as interstitial oxygen, vacancies, and interstitial silicon is required. Must be introduced to be uniform. In order to realize this, it is important to control the fluctuation of the temperature of the raw material melt during the pulling of the crystal, which affects the effective segregation and fluctuation of the temperature gradient, to be smaller.
  • the raw material melt temperature is determined by the complex such as natural convection, forced convection and surface tension flow, but especially to suppress micro fluctuations of point defects such as interstitial oxygen, vacancies and interstitial silicon,
  • the present inventors have found that it is effective to suppress temperature unevenness of the raw material melt due to fluctuations in the surface tension flow.
  • the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention since the heat shielding plate having the bottom as described above is disposed, it is possible to effectively control the temperature gradient of the surface of the raw material melt, It is possible to suppress temperature unevenness of the raw material melt. As a result, the silicon single crystal can be pulled up while introducing interstitial oxygen, vacancies, interstitial silicon and the like uniformly in the plane at the solid-liquid interface.
  • BMD can be uniformly formed in various device processes, and an excellent silicon single crystal wafer that can have uniform gettering capability can be supplied. For this reason, it is possible to manufacture a silicon single crystal wafer that does not hinder the electrical characteristics of a semiconductor device such as a CPU memory or an image sensor or a solar cell, and can be supplied stably.
  • the oxygen concentration fluctuates in the crystal plane, and the difference between the maximum value and the minimum value of the oxygen precipitation amount in the plane is large.
  • image unevenness may occur.
  • oxygen or the like can be more reliably introduced into the crystal in the plane, and as a result, the occurrence of image unevenness in the image sensor can be suppressed.
  • the inclination angle ⁇ when the inclination angle ⁇ is smaller than 0 ° (a negative value), the difference between the maximum temperature of the raw material melt surface and the silicon melting point becomes too large (for example, the difference exceeds 55 ° C.).
  • the inclination angle ⁇ must not be less than 5 ° for the same reason.
  • the inclination angle ⁇ exceeds 30 °, the inclination angle ⁇ exceeds 40 °, or the inclination angle ⁇ > the inclination angle ⁇ even when the inclination angle ⁇ exceeds 5 °, the silicon single crystal Therefore, it is necessary to adjust the heater to high power in order to control the crystal diameter constant. As a result, the temperature inside the raw material melt becomes excessively high.
  • the lower heat insulating plate is provided, the temperature gradient inside the raw material melt surface and the raw material melt can be effectively reduced.
  • the lower heat insulating plate may have a thickness of 50 mm or more. If this is the case, the temperature gradient of the raw material melt surface and the internal temperature of the raw material melt can be reduced more effectively, and interstitial oxygen and the like can be uniformly distributed in the plane at the solid-liquid interface of the silicon single crystal. It is possible to obtain a silicon single crystal wafer having a uniform BMD density and further an in-plane distribution of gettering ability.
  • a silicon single crystal manufacturing method for pulling up the silicon single crystal using the silicon single crystal manufacturing apparatus wherein the maximum temperature of the raw material melt surface is higher than the melting point of silicon within a range of 10 ° C. to 55 ° C.
  • the silicon single crystal can be pulled up while being controlled to be.
  • the maximum temperature of the raw material melt surface by controlling the maximum temperature of the raw material melt surface, the temperature unevenness of the surface tension flow can be further suppressed. If the maximum temperature of the raw material melt surface is controlled to a high temperature in the range of 55 ° C. or lower than the melting point of silicon during the pulling of the single crystal, the in-plane distribution of interstitial oxygen concentration taken into the silicon single crystal is remarkably made closer. be able to. On the other hand, if the maximum temperature of the raw material melt surface is controlled to be higher by 10 ° C. or higher than the melting point of silicon, it is possible to effectively prevent the raw material melt from being cooled and solidified in actual operation. .
  • the silicon single crystal can be pulled up while controlling the maximum temperature inside the raw material melt to be higher in the range of 40 ° C. to 115 ° C. than the melting point of silicon.
  • a silicon single crystal in which BMD is uniformly formed and can have uniform gettering ability it is possible to produce a silicon single crystal in which BMD is uniformly formed and can have uniform gettering ability. Then, a silicon single crystal wafer that does not hinder the electrical characteristics of a semiconductor device such as a CPU memory or an image sensor or a solar cell can be manufactured and can be supplied stably.
  • FIG. 1 is an example of a silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention.
  • a crucible 4 (a quartz crucible 5 and a graphite crucible 6 that supports the quartz crucible 5) is provided in the main chamber 2 of the silicon single crystal manufacturing apparatus 1 to accommodate the melted raw material melt 3. .
  • a pulling mechanism (not shown) for pulling up the grown silicon single crystal is provided above the pulling chamber 7 connected to the main chamber 2.
  • a pulling wire 8 is unwound from a pulling mechanism attached to the upper part of the pulling chamber 7, and a seed crystal 9 supported by a seed holder is attached to the tip of the pulling wire 8.
  • a silicon single crystal 10 is formed below the seed crystal 9 by dipping in the liquid 3 and winding the pulling wire 8 by a pulling mechanism.
  • the crucible 4 is supported on a support shaft 11 called a pedestal that can be rotated and raised by a rotation drive mechanism (not shown) attached to the lower part of the silicon single crystal manufacturing apparatus 1 via a tray.
  • a peripheral heat insulating member 13 is provided outside and above the heater 12 disposed around the crucible 4.
  • a lower heat insulating plate 14 is provided below the crucible 4.
  • the chambers 2 and 7 are provided with a gas inlet 15 and a gas outlet 16 so that argon gas or the like can be introduced into the chambers 2 and 7 and discharged.
  • a cylindrical gas rectifying cylinder 17 is disposed above the surface of the raw material melt 3 (raw material melt surface 3 ′) so as to surround the silicon single crystal 10 being pulled up.
  • the gas rectifying cylinder 17 can be made of, for example, a graphite material.
  • the gas rectifying cylinder 17 is provided so as to extend from the cooling cylinder 18 provided in the ceiling portion of the main chamber 2 or the upper portion of the main chamber 2 or in the pulling chamber 7 toward the raw material melt surface 3 ′.
  • a ring-shaped heat shielding plate 19 is provided on the raw material melt surface side of the gas flow straightening cylinder 17.
  • FIG. 2 shows a part of the heat shielding plate 19.
  • the heat shielding plate 19 is attached to the tip of the gas rectifying cylinder 17 so as to protrude to the inside (the surrounding silicon single crystal 10 side) and the outside (the quartz crucible 5 side) of the gas rectifying cylinder 17. Yes.
  • the bottom surface 20 of the heat shielding plate 19 is inclined upward along the radial direction of the heat shielding plate 19, and particularly has a two-step inclined surface. It is divided into an inner peripheral surface (inner peripheral inclined surface 21) located on the side of the surrounding silicon single crystal 10 and an outer peripheral surface (outer peripheral inclined surface 22) on the quartz crucible 5 side located outside.
  • the inclination angle ⁇ of the inner peripheral inclined surface 21 is 0 ° or more and 30 ° or less with respect to the horizontal direction.
  • the inclination angle ⁇ of the outer inclined surface is larger than 5 ° and not larger than 40 ° with respect to the horizontal direction.
  • the inclination angle ⁇ is larger than the inclination angle ⁇ (inclination angle ⁇ ⁇ inclination angle ⁇ ). Since the inclination angle ⁇ is an inclination angle of a region corresponding to a region close to the silicon single crystal, the allowable range of the inclination angle ⁇ is larger than the allowable range of the inclination angle ⁇ so that the radiant heat is not excessively irradiated from the heater to the silicon single crystal. Designed small.
  • the boundary position between the inner peripheral inclined surface 21 and the outer peripheral inclined surface 22 is not particularly limited, and may be appropriately determined using simulation or the like according to the actual inclination angle or the like of each surface. it can.
  • the inner peripheral inclined surface 21 has an inner diameter of 1.1 times or more of the silicon single crystal diameter and an outer diameter of not more than twice the silicon single crystal diameter
  • the outer peripheral inclined surface 22 has an inner diameter of 0 of the quartz crucible inner diameter.
  • the heat shielding plate 19 can be designed so that the outer diameter is not less than 6 times and not more than 0.95 times the inner diameter of the quartz crucible.
  • the temperature gradient of the raw material melt surface can be effectively controlled while pulling up the silicon single crystal 10, and the temperature unevenness of the raw material melt can be controlled. Can be more easily suppressed.
  • the temperature distribution on the raw material melt surface can be controlled within a predetermined temperature range (for example, the maximum temperature is 10 ° C. to 55 ° C. higher than the melting point of silicon). Therefore, the silicon single crystal can be pulled up while introducing interstitial oxygen, vacancies, interstitial silicon and the like uniformly in the plane at the solid-liquid interface.
  • a wafer cut out from such a silicon single crystal can form BMD uniformly in a plane when heat treatment such as a device process is performed, and can have a uniform gettering ability.
  • an image sensor or the like it is possible to suppress the occurrence of image unevenness that has conventionally occurred. As described above, it is possible to obtain an excellent silicon single crystal wafer that does not hinder the electrical characteristics of a semiconductor device such as a CPU memory or an image sensor or a solar cell.
  • the temperature gradient inside the raw material melt surface or the raw material melt can be reduced by the lower heat insulating plate 14.
  • the thickness is not particularly limited, but is particularly preferably 50 mm or more.
  • the temperature gradient inside the raw material melt surface or inside the raw material melt can be reduced more effectively.
  • the temperature range of the raw material melt surface as described above can be controlled, and the temperature distribution inside the raw material melt can be controlled within a predetermined temperature range (for example, the maximum temperature is 40 ° C. to 115 ° C. higher than the melting point of silicon). can do.
  • An upper limit of 200 mm is sufficient.
  • interstitial oxygen or the like can be introduced uniformly in the plane at the solid-liquid interface of the silicon single crystal, and as a result, the BMD density and further the silicon single crystal having a uniform in-plane distribution of gettering ability. You can get a wafer.
  • a magnetic field application device 23 can be further installed outside the main chamber 2 in the horizontal direction, thereby suppressing the convection of the raw material melt by applying a magnetic field in the horizontal direction or the vertical direction to the raw material melt 3.
  • a silicon single crystal manufacturing apparatus using a so-called MCZ (Magnetic Field Applied Czochralski) method for achieving stable growth of a silicon single crystal can be used.
  • a silicon single crystal manufacturing apparatus 1 having a heat shielding plate 19 and a lower heat insulating plate 14 as shown in FIG. 1 is used.
  • the polycrystalline raw material is charged into the quartz crucible 5 of the silicon single crystal manufacturing apparatus 1 and filled.
  • a desired resistivity controlling dopant such as phosphorus, boron, arsenic, antimony, gallium, germanium, and aluminum, which determines the resistivity of the silicon single crystal, is also added.
  • nitrogen or carbon may be doped depending on the application.
  • the pulling of the silicon single crystal 10 is performed while controlling the temperature of the raw material melt surface 3 ′ and the raw material melt 3.
  • the maximum temperature can be controlled to be higher in the range of 10 ° C. to 55 ° C. than the melting point of silicon. If the temperature is controlled to be 55 ° C. or lower than the melting point of silicon, the in-plane distribution of the interstitial oxygen concentration taken into the silicon single crystal can be made extremely uniform. On the other hand, if the temperature is controlled to be higher by 10 ° C. or higher than the melting point of silicon, it is possible to prevent solidification due to cooling of the raw material melt.
  • the maximum temperature can be controlled to be higher in the range of 40 ° C. to 115 ° C. than the melting point of silicon.
  • temperature unevenness inside the raw material melt can be further suppressed, and the in-plane distribution of interstitial oxygen introduced into the silicon single crystal can be made uniform. Can do.
  • Example 1 After the CZ silicon single crystal was manufactured using the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention, it was cut into a wafer shape, and the in-plane initial oxygen concentration distribution of the silicon single crystal wafer was investigated.
  • the silicon single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1 was prepared.
  • the inclination angle ⁇ of the inner peripheral inclined surface of the heat shield plate installed at the tip of the gas flow straightening cylinder extending from the cooling cylinder installed on the upper part of the main chamber is 25 °
  • the inclination angle ⁇ of the outer peripheral inclined surface is 35 °.
  • a lower heat insulating plate having a thickness of 40 mm is mounted below the graphite crucible.
  • a quartz crucible having a diameter of 32 inches (800 mm) installed in the main chamber of such a silicon single crystal manufacturing apparatus 360 kg of silicon polycrystalline material was filled in the quartz crucible. Further, boron dopant for adjusting the resistance was filled and heated using a heater to melt the raw material. Then, using the MCZ method, a P-type silicon single crystal having a diameter of 300 mm and a straight body length of 140 cm was grown while applying a horizontal magnetic field having a central magnetic field strength of 3000 gauss.
  • the temperature difference ( ⁇ T 1 ) between the maximum temperature inside the raw material melt and the melting point of silicon was 93 ° C.
  • the temperature difference ( ⁇ T 2 ) between the maximum temperature of the raw material melt surface in the quartz crucible and the melting point of silicon was 52 ° C.
  • the image of the temperature distribution of the raw material melt surface in the radial direction of the quartz crucible at this time is shown in FIG.
  • the vertical axis is the temperature of the raw material melt surface
  • the horizontal axis is the distance in the crucible radial direction from the melting point (silicon single crystal).
  • FEMAG references: F. Dupret, P. Nicodeme, Y. Ryckmans, P. Waterers, and MJ Crochet, Int. J. .. Prediction by simulation analysis using software such as Heat Mass Transfer, 33 1849 (1990)
  • the raw material melt surface can be predicted by FEMAG or measured by a radiation thermometer.
  • a wafer sliced from the pulled silicon single crystal was mirror-finished, and the wafer was scanned in a 2 mm step in the radial direction of the wafer sample by a microscopic FT-IR with a microscope attached to an infrared spectrometer, and 1107 cm ⁇ 1 interstitial oxygen and Interstitial oxygen was measured using the Si-O peak of silicon.
  • the spatial resolution of the microscopic FT-IR was set to 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m, and the measurement variation of the oxygen concentration could be suppressed to 0.01 ppma (1979 ASTM standard) or less, which was used for the measurement.
  • FT-IR scan measurement is performed from the outermost circumference in the wafer radial direction at a measurement interval of 0.5 mm to 2 mm (here, an interval of 2 mm).
  • a section (section size ( ⁇ x)) having two measurement points selected from a plurality of measurement points in the wafer radial direction thus measured is set.
  • ⁇ x was 6 mm.
  • the first measurement section having both the first and third ends from the end in the wafer radial direction is set, and thereafter, this is repeated until the other end in the wafer radial direction is reached. Continued.
  • the oxygen concentration of the starting point of the interval [Oi] 0 [ppma] and the oxygen concentration of the end point [Oi] 1 [ppma] difference delta [Oi] The interval size ⁇ x and [ The absolute value of the oxygen concentration gradient ⁇ [Oi] / ⁇ x [ppma / mm] divided by mm] is calculated.
  • the average value of this oxygen concentration gradient that is, the average value of all the above calculated values was used as a representative value of the initial oxygen fluctuation, and the uniformity of the oxygen concentration in the wafer surface was evaluated. In addition, although it is this average value, it means that a result is so favorable that a numerical value is small.
  • the average value of the oxygen concentration gradient of the wafer sliced from the actually pulled silicon single crystal was 0.022 [ppma / mm]. Moreover, there was no image unevenness in the image sensor device after the device process by the wafer. This is presumably because oxygen is uniformly introduced into the silicon single crystal in the plane, and the density distribution of oxygen precipitates by the process at the time of element formation is uniform.
  • Example 2 A silicon single crystal is pulled up and manufactured in the same manner as in Example 1 except that a lower heat insulating plate having an inclination angle ⁇ of 25 °, an inclination angle ⁇ of 35 °, and a wall thickness of 60 mm is mounted. Then, the average value of the oxygen concentration gradient was measured.
  • ⁇ T 1 and ⁇ T 2 were 76 ° C. and 44 ° C., respectively. Moreover, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.010 [ppma / mm]. Further, there was no image unevenness in the image sensor device after the process by the wafer.
  • Example 3 A silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle ⁇ of the heat shield plate was 0 ° and the inclination angle ⁇ was 7 °, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured in the same manner.
  • ⁇ T 1 and ⁇ T 2 were 114 ° C. and 54 ° C., respectively. Moreover, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.038 [ppma / mm]. Further, there was no image unevenness in the image sensor device after the process by the wafer.
  • Example 4 A silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same manner as in Example 1 except that the inclination angle ⁇ of the heat shield plate was 30 ° and the inclination angle ⁇ was 40 °, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured in the same manner.
  • ⁇ T 1 and ⁇ T 2 were 112 ° C. and 50 ° C., respectively. Further, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.027 [ppma / mm]. Further, there was no image unevenness in the image sensor device after the process by the wafer.
  • Example 1 A conventional silicon single crystal manufacturing apparatus was prepared. This apparatus is different from the silicon single crystal manufacturing apparatus of FIG. And the silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same procedure as in Example 1, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured. In addition, the heat shielding board used the thing whose inclination
  • ⁇ T 1 and ⁇ T 2 were 120 ° C. and 48 ° C., respectively. Further, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.045 [ppma / mm]. Further, strong image unevenness was confirmed in the image sensor device after the process by the wafer. This is presumably because oxygen is introduced into the silicon single crystal non-uniformly in the plane, and the density distribution of oxygen precipitates due to the process during element formation is non-uniform.
  • Comparative Example 2 The silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the inclination angle ⁇ of the heat shield plate was ⁇ 5 ° and the inclination angle ⁇ was ⁇ 5 °, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured in the same manner. did.
  • ⁇ T 1 and ⁇ T 2 were 122 ° C. and 62 ° C., respectively. Further, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.055 [ppma / mm]. Further, strong image unevenness was confirmed in the image sensor device after the process by the wafer.
  • Comparative Example 3 A silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the inclination angle ⁇ of the heat shield plate was 25 ° and the inclination angle ⁇ was 50 °, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured in the same manner.
  • ⁇ T 1 and ⁇ T 2 were 124 ° C. and 45 ° C., respectively. Moreover, it was 0.034 [ppma / mm] when the average value of the oxygen concentration gradient was measured. Further, strong image unevenness was confirmed in the image sensor device after the process by the wafer.
  • Comparative Example 4 A silicon single crystal was pulled up and manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the inclination angle ⁇ of the heat shield plate was 30 ° and the inclination angle ⁇ was 7 °, and the average value of the oxygen concentration gradient was measured in the same manner.
  • ⁇ T 1 and ⁇ T 2 were 127 ° C. and 57 ° C., respectively. Further, when the average value of the oxygen concentration gradient was measured, it was 0.049 [ppma / mm]. Further, strong image unevenness was confirmed in the image sensor device after the process by the wafer.
  • Table 1 shows the inclination angles ⁇ and ⁇ , the thickness of the lower heat insulating plate, ⁇ T 1 and ⁇ T 2 , the average value of the oxygen concentration gradient, and the presence or absence of image unevenness in the image sensor in Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4.
  • the manufacturing apparatus and manufacturing method of the present invention are used, the temperature unevenness of the raw material melt can be easily prevented, and the silicon single crystal wafer that does not hinder the electrical characteristics of the semiconductor device or solar cell Can be manufactured and can be supplied stably.
  • the obtained silicon wafer it is possible to supply a high-quality silicon single crystal wafer in which BMD is uniformly formed in various device processes and the electrical characteristics of the device are excellent.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

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Abstract

　本発明は、ＣＺシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶製造装置であって、ガス整流筒の原料融液面側にはリング状の熱遮蔽板が配設されており、該リング状の熱遮蔽板は、径方向に沿って上方に向かって傾斜する底面を有し、該底面は、囲繞するシリコン単結晶側の内周傾斜面と、外周傾斜面とを有しており、内周傾斜面の傾斜角αは水平方向に対し０°以上３０°以下であり、外周傾斜面の傾斜角βは水平方向に対し５°より大きく４０°以下であり、かつ傾斜角α＜傾斜角βであり、石英ルツボの下方にはさらに下部断熱板が配設されているシリコン単結晶製造装置を提供する。これにより、ＢＭＤが均一に形成され、均一なゲッタリング能力を有し得るシリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶製造装置およびこれを用いたシリコン単結晶製造方法が提供される。

Description

シリコン単結晶製造装置およびこれを用いたシリコン単結晶製造方法
　本発明は、チョクラルスキー法によって原料融液からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶製造装置およびこれを用いたシリコン単結晶製造方法に関する。
　メモリーＣＰＵや撮像素子など半導体デバイスの基板として用いられるシリコンウエーハを切り出すシリコン単結晶は、主にチョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されている。ＣＺ法により作製されたシリコン単結晶中には酸素原子が含まれており、該シリコン単結晶から切り出されるシリコンウエーハを用いてデバイスを製造する際、シリコン原子と酸素原子とが結合して酸素析出物（ＢＭＤ）が形成される。
　これらはウエーハ内部の重金属などの汚染原子を捕獲してデバイス特性を向上させるＩＧ能力を有することが知られており、ウエーハのバルク部の酸素析出量やＢＭＤ密度が高くなるほど高性能かつ信頼性の高いデバイスを得ることができる。
　近年ではシリコンウエーハ中の結晶欠陥を制御しつつ十分なＩＧ能力を付与するために、単結晶成長中に酸素を高濃度に取り込むよう制御したり、炭素や窒素を意図的にドープするなどの製造方法が行われている。前記の方法によって製造されたシリコン単結晶から切り出されるシリコンウエーハに鏡面加工を施したポリッシュドウエーハ、鏡面加工後にウエーハ表層部の欠陥の抑制又はバルク内にＩＧ層の形成を目的としてアニール処理を施したアニールウエーハ、エピタキシャル層を形成したエピタキシャルウエーハや、ＳＯＩウエーハなど、種々のウエーハの要求が高まっている。
　これらのウエーハは何段階ものデバイスプロセスを通過するため、デバイスプロセス中に不純物が素子領域へ侵入し電気特性を阻害したり、作製された撮像素子の画像ムラが生じるなどの問題があった。このため有害となり得る不純物の拡散を防止する技術の前進は必須課題であり、最近ではＩＧ層を形成するＢＭＤの密度のミリメートルオーダーの周期的な変動を精密に抑制し、面内分布の制御や均一性の制御技術の確立が望まれている。
　そのような技術の前進は、ＣＰＵメモリーや撮像素子のみならず、太陽電池向け材料の特性の向上に貢献するため、極めて応用範囲が広く、前述の如く電気特性の向上や、デバイスプロセス中のウエーハの反りやスリップ転位の発生を防止するなどの効果がある。
　ここで特許文献１に、原料融液の充填域上方の結晶引き上げ域を取り囲む領域に温度制御板を設け、原料融液面の温度分布を、結晶引き上げ中の結晶固液界面において最も低く、ルツボ内壁面に向かう方向に次第に高くなるよう常時維持する技術について記述がある。前記技術によって、ルツボ内壁面の温度が下がらないように制御し、単結晶の成長および効率化の阻害要因を取り除くことができる。
　しかしながら、原料融液の表面温度が上がり過ぎると表面張力流の適正な制御が困難となり、単結晶成長中に取り込まれる格子間酸素濃度のばらつきの抑制や結晶欠陥の導入を均一に制御することが極めて困難となる。格子間酸素濃度のばらつきはデバイスプロセスにおいて酸素析出量のばらつきに影響を及ぼす。
　更に単結晶成長中は種々の欠陥も導入される。デバイスプロセスにおいてＩＧ層を形成する場合、空孔欠陥の存在が重要であり、その密度の高さによって十分なゲッタリング能力を与えるＢＭＤ密度の大きさが決まる。しかしながら単結晶成長中に格子間シリコンが導入される場合、空孔と格子間シリコンとの反応によって空孔が消滅し、ＢＭＤ析出のソースとなる単結晶中の空孔濃度が低下し、所望のＢＭＤ密度が得られないことがある。その十分な空孔濃度を導入するためには、点欠陥の段階で、成長方向に対して固液界面からの不連続な過剰な格子間シリコンの導入を抑える必要がある。
　したがって、特許文献１の技術だけではＢＭＤの密度のミリメートルオーダーの周期的な変動を精密に抑制するのには不十分である。
特開平５－２７９１７２号公報
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、ＢＭＤが均一に形成され、均一なゲッタリング能力を有し得るシリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶製造装置およびこれを用いたシリコン単結晶製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、原料融液を収容する石英ルツボと、該石英ルツボを格納するメインチャンバーとを具備し、チョクラルスキー法によって前記原料融液からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶製造装置であって、前記メインチャンバーに導入されるガスの流れを整えるための円筒形状のガス整流筒が前記引上げるシリコン単結晶を囲繞するように原料融液面の上方に配設されており、該ガス整流筒の原料融液面側にはリング状の熱遮蔽板が配設されており、該リング状の熱遮蔽板は、径方向に沿って上方に向かって傾斜する底面を有しており、該底面は、前記囲繞するシリコン単結晶側の内周傾斜面と、該内周傾斜面よりも外側に位置する外周傾斜面とを有しており、前記内周傾斜面の傾斜角αは水平方向に対し０°以上３０°以下であり、前記外周傾斜面の傾斜角βは水平方向に対し５°より大きく４０°以下であり、かつ傾斜角α＜傾斜角βであり、前記石英ルツボの下方にはさらに下部断熱板が配設されていることを特徴とするシリコン単結晶製造装置を提供する。
　引き上げた単結晶に関して、ＢＭＤの形成が精密かつ均一に制御されるためには、格子間酸素、空孔、格子間シリコンのような点欠陥を、引き上げる単結晶の固液界面において面内分布が均一となるよう導入されなければならない。それを実現させるためには実効偏析や温度勾配の変動に影響を及ぼす結晶引き上げ中の原料融液の温度の変動をより小さく制御することが重要である。原料融液温度は自然対流、強制対流そして表面張力流などのコンプレックスによって決定されるが、特に格子間酸素、空孔、格子間シリコンのような点欠陥のミクロな変動を抑制するためには、表面張力流の変動による原料融液の温度ムラを抑制することが効果的であることを本発明者らはつきとめた。
　そして本発明のシリコン単結晶製造装置であれば、上記のような底面を有する熱遮蔽板が配設されているため、原料融液の表面の温度勾配の制御を効果的に行うことができ、原料融液の温度ムラを抑制することが可能である。これにより格子間酸素、空孔、格子間シリコン等を固液界面において面内均一に導入しながらシリコン単結晶を引上げることができる。
　そして、この引上げたシリコン単結晶から、種々のデバイスプロセスにおいて、ＢＭＤが均一に形成され、均一なゲッタリング能力を有し得る優れたシリコン単結晶ウエーハの供給が可能である。このため、ＣＰＵメモリーや撮像素子などの半導体デバイス又は太陽電池の電気的特性を阻害しないシリコン単結晶ウエーハを製造することができ、安定的に供給することができる。
　例えば、従来のシリコン単結晶製造装置で得られた単結晶では、結晶面内において酸素濃度が変動しており、面内における酸素析出量の最大値と最小値の格差が大きく、その結晶を用いて撮像素子を作製した場合、画像ムラが生じてしまうことがあった。しかし、本発明のシリコン単結晶製造装置であれば、より確実に酸素等を面内均一に結晶中に導入することができ、その結果、撮像素子の画像ムラの発生を抑制することができる。
　ここで傾斜角αが０°より小さい場合（マイナス値の場合）、原料融液面の最高温度とシリコン融点との差が大きくなりすぎてしまう（例えば、差が５５℃を超えてしまう）。傾斜角βも同様の理由により５°以下であってはならない。また傾斜角αが３０°を超える場合や、傾斜角βが４０°を超える場合、あるいは傾斜角βが５°を超えていても傾斜角α＞傾斜角βである場合には、シリコン単結晶からの放熱量が大きくなり、結晶直径を一定に制御するために加熱ヒーターを高電力に調節する必要がある。それによって原料融液内部の温度が過剰に高くなってしまう。
　また、下部断熱板が配設されているので、効果的に原料融液面や原料融液の内部の温度勾配を小さくすることができる。
　このとき、前記下部断熱板は肉厚が５０ｍｍ以上であるものとすることができる。
　このようなものであれば、より一層効果的に、原料融液面や原料融液の内部の温度勾配を小さくすることができ、格子間酸素等をシリコン単結晶の固液界面において面内均一に導入することができ、ＢＭＤ密度、さらにはゲッタリング能力の面内分布が均一なシリコン単結晶ウエーハを得ることができる。
　このとき、上記シリコン単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶製造方法であって、前記原料融液面の最高温度をシリコンの融点よりも１０℃～５５℃の範囲で高温になるよう制御しつつ、前記シリコン単結晶を引上げることができる。
　このように原料融液面の最高温度を制御すれば、表面張力流の温度ムラを一層抑制することができる。単結晶引上げ中に原料融液面の最高温度をシリコンの融点よりも５５℃以下の範囲で高温に制御すれば、シリコン単結晶中に取り込まれる格子間酸素濃度の面内分布を著しく均一に近づけることができる。また一方で、原料融液面の最高温度をシリコンの融点よりも１０℃以上高温に制御すれば、実操業において原料融液が冷却されて固化し易くなるのを効果的に抑制することができる。
　また、前記原料融液の内部の最高温度をシリコンの融点よりも４０℃～１１５℃の範囲で高温になるよう制御しつつ、前記シリコン単結晶を引上げることができる。
　このように原料融液の内部の最高温度を制御すれば、より一層対流による温度ムラの抑制が可能となる。これにより、シリコン単結晶中に取り込まれる格子間酸素濃度の面内分布を更に均一にすることができる。
　以上のように、本発明によれば、ＢＭＤが均一に形成され、均一なゲッタリング能力を有し得るシリコン単結晶を製造することができる。そして、ＣＰＵメモリーや撮像素子などの半導体デバイス又は太陽電池の電気的な特性を阻害しないシリコン単結晶ウエーハを製造でき、安定的に供給することができる。
本発明のシリコン単結晶製造装置の一例を示す概略図である。 熱遮蔽板の一部を示す概略図である。 原料融液面の温度分布を示す説明図である。
　以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　図１は、本発明のシリコン単結晶製造装置の一例である。
　シリコン単結晶製造装置１のメインチャンバー２内には、溶融された原料融液３を収容するためのルツボ４（石英ルツボ５と、該石英ルツボ５を支持する黒鉛ルツボ６）が設けられている。また、該メインチャンバー２上に連設された引上げチャンバー７の上部には、育成されたシリコン単結晶を引上げる引上げ機構（図示せず）が設けられている。
　引上げチャンバー７の上部に取り付けられた引上げ機構からは引上げワイヤ８が巻き出されており、その先端には、種ホルダに支持された種結晶９が取り付けられており、その種結晶９を原料融液３に浸漬し、引上げワイヤ８を引上げ機構によって巻き取ることで種結晶９の下方にシリコン単結晶１０を形成する。
　なお、ルツボ４は、シリコン単結晶製造装置１の下部に取り付けられた回転駆動機構（図示せず）によって回転昇降自在なペデスタルと呼ばれる支持軸１１の上に受け皿を介して支持されている。
　また、ルツボ４の周囲に配設された加熱ヒーター１２の外側や上方には、周辺部断熱部材１３が設けられている。一方、ルツボ４の下方には、下部断熱板１４が設けられている。
　また、チャンバー２、７には、ガス導入口１５、ガス流出口１６が設けられており、チャンバー２、７内部にアルゴンガス等を導入し、排出できるようになっている。
　そして、円筒形状のガス整流筒１７が引上げ中のシリコン単結晶１０を囲繞するように原料融液３の表面（原料融液面３’）の上方に配設されている。ガス整流筒１７は例えば黒鉛材からなるものとすることができる。またガス整流筒１７は、メインチャンバー２の天井部、あるいはメインチャンバー２の上部や引上げチャンバー７内に設けられた冷却筒１８から原料融液面３’に向かって延伸するように設けられている。
　さらに、ガス整流筒１７の原料融液面側にはリング状の熱遮蔽板１９が設けられている。
　なお、ガス整流筒１７の下端（熱遮蔽板１９）から原料融液面３’までの距離を調整したり、加熱ヒーター１２の上下方向への駆動により発熱中心を移動することが可能な構造となっている。
　メインチャンバー２内におけるホットゾーンの最適構造や原料融液面３’、加熱ヒーター１２の発熱中心の位置関係などの最適条件は、熱数値解析シュミレーションソフトＦＥＭＡＧの計算により算出して設定することができる。
　ここで熱遮蔽板１９についてさらに詳述する。
　図２に熱遮蔽板１９の一部を示す。図２に示すように、熱遮蔽板１９はガス整流筒１７の先端に、ガス整流筒１７の内側（囲繞するシリコン単結晶１０側）および外側（石英ルツボ５側）に突き出るように取り付けられている。そして熱遮蔽板１９の底面２０は、熱遮蔽板１９の径方向に沿って上方に向かって傾斜しており、特には２段階の傾斜面を有している。囲繞するシリコン単結晶１０側に位置する内周面（内周傾斜面２１）と、その外側に位置する石英ルツボ５側の外周面（外周傾斜面２２）とに分かれている。
　内周傾斜面２１の傾斜角αは、水平方向に対し０°以上３０°以下である。一方、外側傾斜面の傾斜角βは、水平方向に対し５°より大きく４０°以下である。また、傾斜角αよりも傾斜角βの方が大きくなっている（傾斜角α＜傾斜角β）。
　傾斜角αはシリコン単結晶から至近領域の部位にあたる領域の傾斜角であるため、加熱ヒーターからシリコン単結晶に輻射熱が過剰に照射しないよう、傾斜角αの許容範囲を傾斜角βの許容範囲より小さく設計している。
　なお、内周傾斜面２１と外周傾斜面２２との境界位置は特に限定されず、各々の面の実際の傾斜角等に応じて、シミュレーション等を用いて最適条件になるよう適宜決定することができる。例えば内周傾斜面２１は、内径がシリコン単結晶直径の１．１倍以上、外径がシリコン単結晶直径の２倍以下となるようにし、外周傾斜面２２は、内径が石英ルツボ内径の０．６倍以上、外径が石英ルツボ内径の０．９５倍以下となるように熱遮蔽板１９を設計することができる。
　このような熱遮蔽板１９が配設されているものであれば、シリコン単結晶１０を引上げ中、原料融液面の温度勾配の制御を効果的に行うことができ、原料融液の温度ムラをより簡便に抑制することができる。特には、原料融液面の温度分布を所定の温度範囲（例えば、最高温度がシリコンの融点よりも１０℃～５５℃）に制御することができる。
　したがって、格子間酸素、空孔、格子間シリコン等を固液界面において面内均一に導入しながらシリコン単結晶を引上げることができる。そしてこのようなシリコン単結晶から切り出したウエーハは、デバイスプロセスなど熱処理を施した際にＢＭＤを面内均一に形成することができ、面内均一なゲッタリング能力を備えることができる。撮像素子などにおいては、従来生じていた画像ムラの発生を抑制することもできる。
　このように、ＣＰＵメモリーや撮像素子などの半導体デバイス又は太陽電池の電気的特性を阻害しない優れたシリコン単結晶ウエーハを得ることが可能になる。
　また、下部断熱板１４により原料融液面や原料融液内部の温度勾配を小さくすることができる。そして、その肉厚は特に限定されないが、特には５０ｍｍ以上とするのが好ましい。５０ｍｍ以上の肉厚のものを用いることで、より一層効果的に、原料融液面や原料融液内部の温度勾配を小さくすることができる。特には、前述したような原料融液面の温度範囲に制御できたり、原料融液内部の温度分布を所定の温度範囲（例えば、最高温度がシリコンの融点よりも４０℃～１１５℃）に制御することができる。なお、上限としては２００ｍｍもあれば十分である。
　このようなものであれば、格子間酸素等をシリコン単結晶の固液界面において面内均一に導入することができ、ひいてはＢＭＤ密度、さらにはゲッタリング能力の面内分布が均一なシリコン単結晶ウエーハを得ることができる。
　なお、メインチャンバー２の水平方向の外側に磁場印加装置２３をさらに設置することができ、それによって、原料融液３に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加して原料融液の対流を抑制し、シリコン単結晶の安定成長をはかる、いわゆるＭＣＺ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ａｐｐｌｉｅｄ　Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法によるシリコン単結晶製造装置とすることもできる。
　次に、本発明のシリコン単結晶製造方法について説明する。
　本発明の製造方法では、図１に示すような、熱遮蔽板１９や下部断熱板１４を備えたシリコン単結晶製造装置１を用いる。まず、シリコン単結晶製造装置１の石英ルツボ５内に多結晶原料を投入して充填する。この時シリコン単結晶の抵抗率を決定するリン、ホウ素、砒素、アンチモン、ガリウム、ゲルマニウム、アルミニウムなど所望の抵抗率制御用のドーパントも添加する。抵抗率制御用のドーパント以外に用途に応じて窒素や炭素をドープする場合もある。
　真空ポンプを稼動させてガス流出口１６から排気しながら、ガス導入口１５からＡｒガスを流入し、装置内部をＡｒ雰囲気に置換する。そして、加熱ヒーター１２で原料を加熱溶融して原料融液３を得る。
　次に、該原料融液３に種結晶９を浸漬した後引上げ、ＣＺ法により、棒状のシリコン単結晶１０を引上げて製造する。
　ここで、このシリコン単結晶１０の引上げを原料融液面３’や原料融液３の内部の温度を制御しつつ行う。
　このシリコン単結晶引上げ中の原料融液面３’の温度制御としては、例えば、その最高温度をシリコンの融点よりも１０℃～５５℃の範囲で高温になるよう制御することができる。シリコンの融点よりも５５℃以下の範囲で高温に制御すれば、シリコン単結晶中に取り込まれる格子間酸素濃度の面内分布を著しく均一に近づけることができる。一方、シリコンの融点よりも１０℃以上高温に制御すれば、原料融液の冷却により固化が生じるのを防ぐことができる。
　また、シリコン単結晶引上げ中の原料融液３の内部の温度制御としては、例えば、その最高温度をシリコンの融点よりも４０℃～１１５℃の範囲で高温になるよう制御することができる。このような温度範囲に制御することで、より一層、原料融液内部の温度ムラを抑制することができ、シリコン単結晶中に導入される格子間酸素等の面内分布の均一化を図ることができる。
　以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
　本発明のシリコン単結晶製造装置を用いてＣＺシリコン単結晶を製造した後、ウエーハ状に切り出し、該シリコン単結晶ウエーハについて面内の初期酸素濃度分布を調査した。
　まず、図１のシリコン単結晶製造装置を用意した。なお、メインチャンバーの上部に設置された冷却筒から延びるガス整流筒の先端に設置された熱遮蔽板の内周傾斜面の傾斜角αが２５°で、外周傾斜面の傾斜角βが３５°のものを用いた。更に黒鉛ルツボより下方には肉厚が４０ｍｍの下部断熱板を装着してある。
　このようなシリコン単結晶製造装置のメインチャンバー内に設置された口径３２インチ（８００ｍｍ）の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料３６０ｋｇを石英ルツボ内に充填した。さらに抵抗調整用のボロンドーパントも充填し、加熱ヒーターを用いて加熱し原料を溶融した。
　そして、ＭＣＺ法を用い、中心磁場強度３０００ガウスの水平磁場を印加しながら、直径３００ｍｍ、直胴長さ１４０ｃｍのＰ型シリコン単結晶を育成した。
　なお、原料融液内部の最高温度とシリコンの融点との温度差（ΔＴ１）が９３℃であった。
　また石英ルツボ内の原料融液面の最高温度とシリコンの融点との温度差（ΔＴ２）が５２℃であった。このときの石英ルツボの径方向における原料融液面の温度分布のイメージを図３に示す。縦軸が原料融液面の温度であり、横軸が融点（シリコン単結晶）からの、ルツボ径方向における距離である。
　また、これら原料融液内部の温度については直接の計測が困難ではあるものの、ＦＥＭＡＧ（文献：Ｆ．Ｄｕｐｒｅｔ，　Ｐ．Ｎｉｃｏｄｅｍｅ，　Ｙ．Ｒｙｃｋｍａｎｓ，　Ｐ．Ｗｏｕｔｅｒｓ，　ａｎｄ　Ｍ．Ｊ．Ｃｒｏｃｈｅｔ，　Ｉｎｔ．Ｊ．Ｈｅａｔ　Ｍａｓｓ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ，　３３　１８４９（１９９０））のようなソフトウェアによるシミュレーション解析による予測が可能である。また、原料融液面についてはＦＥＭＡＧによる予測または放射温度計による計測が可能である。
　引き上げたシリコン単結晶からスライスしたウエーハを鏡面加工し、ウエーハを赤外分光器に顕微鏡を付けた顕微ＦＴ－ＩＲによって、ウエーハ試料の径方向に２ｍｍステップで走査させ、１１０７ｃｍ－１格子間酸素とシリコンのＳｉ－Ｏピークを使用して格子間酸素を測定した。その際、顕微ＦＴ－ＩＲの空間分解能を１００μｍ×１００μｍとし、酸素濃度の測定ばらつきを０．０１ｐｐｍａ（１９７９年ＡＳＴＭ基準）以下に抑えることを可能にし、測定に供した。
　上記のように、ウエーハ径方向の最外周から、０．５ｍｍから２ｍｍの測定間隔（ここでは２ｍｍ間隔）でＦＴ－ＩＲスキャン測定を行う。このようにして測定したウエーハ径方向における複数の測定点から選んだ２つの測定点を両端とする区間（区間サイズ（Δｘ））を設定する。ここではΔｘを６ｍｍとした。より具体的には、ウエーハ径方向において端から１番目と３番目を両端とする第１の測定区間を設定し、以降、これを繰り返し、ウエーハの径方向の他端に達するまで区間を設定し続けた。
　そして、上記のようにして設定した区間ごとに、区間の起点の酸素濃度［Ｏｉ］０［ｐｐｍａ］と終点の酸素濃度［Ｏｉ］１［ｐｐｍａ］との差Δ［Ｏｉ］を区間サイズΔｘ［ｍｍ］で割った酸素濃度勾配Δ［Ｏｉ］／Δｘ［ｐｐｍａ／ｍｍ］の絶対値を算出する。この酸素濃度勾配の平均値、すなわち全ての上記算出値の平均値を初期酸素変動の代表値として、ウエーハ面内酸素濃度の均一性を評価した。
　なお、この平均値であるが、数値が小さいほど結果が良好であることを意味する。
　そして、実際に引上げたシリコン単結晶からスライスしたウエーハの酸素濃度勾配の平均値は０．０２２［ｐｐｍａ／ｍｍ］であった。
　またそのウエーハによるデバイスプロセス後の撮像素子デバイスには画像ムラはなかった。これは、シリコン単結晶中に酸素が面内均一に導入され、素子形成の際のプロセスによる酸素析出物の密度の面内分布が均一であるためと考えられる。
（実施例２）
　熱遮蔽板における傾斜角αが２５°、傾斜角βが３５°であり、肉厚が６０ｍｍの下部断熱板を装着する以外は実施例１と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
　ΔＴ１およびΔＴ２の値であるが、其々、７６℃、４４℃であった。
　また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、０．０１０［ｐｐｍａ／ｍｍ］であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには画像ムラはなかった。
（実施例３）
　熱遮蔽板における傾斜角αが０°、傾斜角βが７°である以外は実施例１と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
　ΔＴ１およびΔＴ２の値であるが、其々、１１４℃、５４℃であった。
　また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、０．０３８［ｐｐｍａ／ｍｍ］であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには画像ムラはなかった。
（実施例４）
　熱遮蔽板における傾斜角αが３０°、傾斜角βが４０°である以外は実施例１と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
　ΔＴ１およびΔＴ２の値は、其々、１１２℃、５０℃であった。
　また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、０．０２７［ｐｐｍａ／ｍｍ］であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには画像ムラはなかった。
（比較例１）
　従来のシリコン単結晶製造装置を用意した。この装置は、図１のシリコン単結晶製造装置とは熱遮蔽板が異なっている。
　そして、実施例１と同様の手順でシリコン単結晶を引上げて製造し、酸素濃度勾配の平均値を測定した。
　なお、熱遮蔽板は、傾斜角αが３５°、傾斜角βが４５°のものを用いた。
　ΔＴ１およびΔＴ２の値は、其々、１２０℃、４８℃であった。
　また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、０．０４５［ｐｐｍａ／ｍｍ］であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには強い画像ムラが確認された。これは、シリコン単結晶中に酸素が面内不均一に導入され、素子形成の際のプロセスによる酸素析出物の密度の面内分布が不均一であるためと考えられる。
（比較例２）
　熱遮蔽板における傾斜角αが－５°、傾斜角βが－５°である以外は比較例１と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
　ΔＴ１およびΔＴ２の値は、其々、１２２℃、６２℃であった。
　また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、０．０５５［ｐｐｍａ／ｍｍ］であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには強い画像ムラが確認された。
（比較例３）
　熱遮蔽板における傾斜角αが２５°、傾斜角βが５０°である以外は比較例１と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
　ΔＴ１およびΔＴ２の値は、其々、１２４℃、４５℃であった。
　また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、０．０３４［ｐｐｍａ／ｍｍ］であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには強い画像ムラが確認された。
（比較例４）
　熱遮蔽板における傾斜角αが３０°、傾斜角βが７°である以外は比較例１と同様にしてシリコン単結晶を引上げて製造し、同様にして酸素濃度勾配の平均値を測定した。
　ΔＴ１およびΔＴ２の値は、其々、１２７℃、５７℃であった。
　また酸素濃度勾配の平均値を測定したところ、０．０４９［ｐｐｍａ／ｍｍ］であった。またそのウエーハによるプロセス後の撮像素子デバイスには強い画像ムラが確認された。
　以上の実施例１－４、比較例１－４における傾斜角α、β、下部断熱板の肉厚、ΔＴ１、ΔＴ２、酸素濃度勾配の平均値、撮像素子の画像ムラの有無について表１にまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、本発明の製造装置や製造方法を用いれば、原料融液の温度ムラを容易に防ぐことができ、半導体デバイス又は太陽電池の電気的な特性を阻害しないシリコン単結晶ウエーハを製造でき、安定的に供給することができる。そして、得られたシリコンウエーハを用いれば、種々のデバイスプロセスにおいて、ＢＭＤが均一に形成され、デバイスの電気特性が優れた高品質のシリコン単結晶ウエーハの供給が可能である。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (4)

  1. 　原料融液を収容する石英ルツボと、該石英ルツボを格納するメインチャンバーとを具備し、チョクラルスキー法によって前記原料融液からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶製造装置であって、
    　前記メインチャンバーに導入されるガスの流れを整えるための円筒形状のガス整流筒が前記引上げるシリコン単結晶を囲繞するように原料融液面の上方に配設されており、該ガス整流筒の原料融液面側にはリング状の熱遮蔽板が配設されており、
    　該リング状の熱遮蔽板は、径方向に沿って上方に向かって傾斜する底面を有しており、該底面は、前記囲繞するシリコン単結晶側の内周傾斜面と、該内周傾斜面よりも外側に位置する外周傾斜面とを有しており、
    　前記内周傾斜面の傾斜角αは水平方向に対し０°以上３０°以下であり、前記外周傾斜面の傾斜角βは水平方向に対し５°より大きく４０°以下であり、かつ傾斜角α＜傾斜角βであり、
    　前記石英ルツボの下方にはさらに下部断熱板が配設されていることを特徴とするシリコン単結晶製造装置。
  2. 　前記下部断熱板は肉厚が５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶製造装置。
  3. 　前記請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶製造装置を用いてシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶製造方法であって、
    　前記原料融液面の最高温度をシリコンの融点よりも１０℃～５５℃の範囲で高温になるよう制御しつつ、前記シリコン単結晶を引上げることを特徴とするシリコン単結晶製造方法。
  4. 　前記原料融液の内部の最高温度をシリコンの融点よりも４０℃～１１５℃の範囲で高温になるよう制御しつつ、前記シリコン単結晶を引上げることを特徴とする請求項３に記載のシリコン単結晶製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210159259A1 (en) * 2019-11-26 2021-05-27 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Silicon single crystal substrate and silicon epitaxial wafer for solid-state image sensor and solid-state image sensor
CN112951932A (zh) * 2019-11-26 2021-06-11 信越半导体株式会社 固体摄像组件用的硅单晶基板及硅磊晶晶圆、以及固体摄像组件

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6844560B2 (ja) * 2018-02-28 2021-03-17 株式会社Sumco シリコン融液の対流パターン制御方法、シリコン単結晶の製造方法、および、シリコン単結晶の引き上げ装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05330975A (ja) * 1992-06-03 1993-12-14 Mitsubishi Materials Corp 単結晶引上装置
JPH1081593A (ja) * 1996-09-02 1998-03-31 Super Silicon Kenkyusho:Kk Ｃｚシリコン単結晶製造方法及び装置
JPH10273392A (ja) * 1997-03-27 1998-10-13 Sumitomo Sitix Corp 単結晶製造方法
JP2000327481A (ja) * 1999-05-25 2000-11-28 Komatsu Electronic Metals Co Ltd 単結晶製造方法およびその装置
JP2004107132A (ja) * 2002-09-18 2004-04-08 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材
JP2005306679A (ja) * 2004-04-22 2005-11-04 Sumco Corp シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材
JP2007182355A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Sumco Corp シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02302389A (ja) * 1989-05-15 1990-12-14 Kyushu Electron Metal Co Ltd 単結晶育成法
JPH05294782A (ja) * 1992-04-15 1993-11-09 Kawasaki Steel Corp シリコン単結晶の製造装置
JP2881759B2 (ja) * 1993-12-28 1999-04-12 信越半導体株式会社 酸素濃度の均一なシリコンウェーハ及びその製造方法
JP2005119964A (ja) * 1998-06-04 2005-05-12 Shin Etsu Handotai Co Ltd 窒素ドープした低欠陥シリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法
JP3741418B2 (ja) * 2000-07-31 2006-02-01 東芝セラミックス株式会社 シリコン単結晶引上装置
JP3724571B2 (ja) * 2002-01-17 2005-12-07 信越半導体株式会社 シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の製造装置
JP2004175620A (ja) * 2002-11-27 2004-06-24 Shin Etsu Handotai Co Ltd 単結晶の製造方法
JP4207577B2 (ja) * 2003-01-17 2009-01-14 信越半導体株式会社 Ｐドープシリコン単結晶の製造方法
JP4193503B2 (ja) * 2003-01-31 2008-12-10 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコン単結晶の製造方法
JP4151474B2 (ja) * 2003-05-13 2008-09-17 信越半導体株式会社 単結晶の製造方法及び単結晶
JP2005060153A (ja) * 2003-08-08 2005-03-10 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶ウェーハ
JP4461776B2 (ja) * 2003-11-13 2010-05-12 信越半導体株式会社 シリコン単結晶の製造方法
JP4082394B2 (ja) * 2004-07-12 2008-04-30 信越半導体株式会社 シリコンウエーハの評価方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05330975A (ja) * 1992-06-03 1993-12-14 Mitsubishi Materials Corp 単結晶引上装置
JPH1081593A (ja) * 1996-09-02 1998-03-31 Super Silicon Kenkyusho:Kk Ｃｚシリコン単結晶製造方法及び装置
JPH10273392A (ja) * 1997-03-27 1998-10-13 Sumitomo Sitix Corp 単結晶製造方法
JP2000327481A (ja) * 1999-05-25 2000-11-28 Komatsu Electronic Metals Co Ltd 単結晶製造方法およびその装置
JP2004107132A (ja) * 2002-09-18 2004-04-08 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材
JP2005306679A (ja) * 2004-04-22 2005-11-04 Sumco Corp シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材
JP2007182355A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Sumco Corp シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210159259A1 (en) * 2019-11-26 2021-05-27 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Silicon single crystal substrate and silicon epitaxial wafer for solid-state image sensor and solid-state image sensor
CN112951932A (zh) * 2019-11-26 2021-06-11 信越半导体株式会社 固体摄像组件用的硅单晶基板及硅磊晶晶圆、以及固体摄像组件
US11824070B2 (en) * 2019-11-26 2023-11-21 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Silicon single crystal substrate and silicon epitaxial wafer for solid-state image sensor and solid-state image sensor
CN112951932B (zh) * 2019-11-26 2024-05-14 信越半导体株式会社 固体摄像组件用的硅单晶基板及硅磊晶晶圆、以及固体摄像组件

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