JP2002145696A - Manufacturing method of silicon single crystal, silicon single crystal wafer and method of designing silicon single crystal manufacturing apparatus - Google Patents
Manufacturing method of silicon single crystal, silicon single crystal wafer and method of designing silicon single crystal manufacturing apparatusInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法(Czochralski Method、以下、CZ法と称する。)
を用いたシリコン単結晶の製造方法、シリコン単結晶ウ
ェーハ及びシリコン単結晶製造装置の設計方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method).
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a silicon single crystal, a method for designing a silicon single crystal wafer, and a method for manufacturing a silicon single crystal manufacturing apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年の半導体素子の高集積化や大型化に
より、半導体素子を構成する電子回路は微細化の一途を
たどっている。これにより、半導体素子形成の基板して
使用される半導体ウェーハは、品質に対する要求が厳し
くなる一方であり、これを満足するために、種々の対策
が講じられている。2. Description of the Related Art With the recent increase in the degree of integration and size of semiconductor elements, electronic circuits constituting the semiconductor elements have been steadily miniaturized. As a result, the quality requirements of semiconductor wafers used as substrates for forming semiconductor elements are becoming stricter, and various measures have been taken to satisfy these requirements.
【0003】ここで、半導体ウェーハの材料として最も
多く用いられているのは、CZ法で引き上げられたシリ
コン単結晶である。このシリコン単結晶を育成する際に
結晶内部に形成される結晶欠陥は、シリコン単結晶ウェ
ーハの表面層に半導体素子を構成したときの素子特性に
大きく影響することから、CZ法を用いてシリコン単結
晶を育成する場合には、操業条件や熱的な環境を整え
て、所望の品質特性を持ったシリコン単結晶が得られる
ようにしなければならない。Here, a silicon single crystal pulled by the CZ method is most often used as a material for a semiconductor wafer. Since the crystal defects formed inside the crystal when growing the silicon single crystal greatly affect the device characteristics when the semiconductor device is formed on the surface layer of the silicon single crystal wafer, the silicon single crystal is grown by the CZ method. When growing a crystal, it is necessary to prepare operating conditions and a thermal environment so that a silicon single crystal having desired quality characteristics can be obtained.
【0004】ところで、シリコン単結晶の育成において
は、結晶育成時に内部に取り込まれる結晶成長起因の欠
陥、すなわちグローンイン欠陥(Grown−in Defect)
と呼ばれる内部欠陥が形成されるが、このグローンイン
欠陥の形成状態は、単結晶の成長速度やシリコン融液か
ら引き上げられた単結晶の冷却条件により違いを生ず
る。例えば、引上速度を比較的大きく設定して単結晶を
育成した場合には、単結晶内のシリコン原子に不足が生
じやすくなる。この不足部分が凝集すると、シリコン単
結晶をウェーハ状に加工した際に凹部あるいは穴のよう
な形となって表面に現れる。このように、このシリコン
単結晶において、シリコン原子に不足が生じ、原子間に
空孔として存在している点欠陥をベイカンシー(Vacanc
y、以下、Vと略記することがある。)と呼ぶ。また、
シリコン単結晶内部において、ベイカンシーの凝集によ
り生じた、空孔起因のグローンイン欠陥が優勢となる領
域をV領域と称する。このような空孔起因のグローンイ
ン欠陥には、FPD(FlowPattern Defects)、COP
(Crystal Originated Particle)あるいはLSTD
(Laser Scattering Tomography Defects)等があ
り、シリコン単結晶をウェーハ状に加工した際に、ウェ
ーハ表面に八面体のボイド状の欠陥等として観察され
る。[0004] In growing a silicon single crystal, a defect caused by crystal growth incorporated therein during the crystal growth, that is, a grown-in defect.
Is formed, and the state of formation of the grown-in defect differs depending on the growth rate of the single crystal and the cooling condition of the single crystal pulled from the silicon melt. For example, when a single crystal is grown with a relatively high pulling speed, silicon atoms in the single crystal tend to be insufficient. When the insufficient portion is aggregated, when the silicon single crystal is processed into a wafer, it appears on the surface in a shape of a concave portion or a hole. As described above, in this silicon single crystal, shortage of silicon atoms occurs, and point defects existing as vacancies between atoms are removed by vacancy (Vacanc).
y, hereinafter, may be abbreviated as V. ). Also,
In the silicon single crystal, a region in which a vacancy-induced glow-in defect is predominant, which is caused by vacancy aggregation, is referred to as a V region. Examples of such void-induced grown-in defects include FPD (Flow Pattern Defects), COP
(Crystal Originated Particle) or LSTD
(Laser Scattering Tomography Defects), etc., which are observed as octahedral void defects on the wafer surface when a silicon single crystal is processed into a wafer.
【0005】これに対し、シリコン単結晶の引上速度を
極力抑えて、例えば結晶成長速度を0.4mm/min
程度以下として単結晶成長を行った場合には、シリコン
単結晶の格子間に余分にシリコン原子が存在するインタ
ースティシアル−シリコン(Interstitial−Si:格子間
シリコン原子(以下、Iと略記することがある。))と
称される点欠陥が生じやすくなる。インタースティシア
ル−シリコンが優勢となるシリコン単結晶内部の領域に
は、転位ループ起因と考えられるL/D(Large Dislo
cation:格子間転位ループの略号であり、LSPDやL
FPD等の結晶欠陥の総称)と称される格子間型シリコ
ン欠陥が低密度に存在するようになり、シリコン単結晶
をウェーハに加工して表層に半導体素子を形成した際に
は、電流リーク等の重大な不良を起こす原因にもなる。
このインタースティシアル−シリコンが優勢となるシリ
コン単結晶内部の領域をI領域と呼んでいる。On the other hand, the pulling speed of the silicon single crystal is suppressed as much as possible, and for example, the crystal growth speed is set to 0.4 mm / min.
When the single crystal growth is performed to a degree of less than or equal to, the interstitial-Si (interstitial-Si: interstitial silicon atom (hereinafter abbreviated as I) in which extra silicon atoms exist between the lattices of the silicon single crystal. Point defects referred to as ")) are likely to occur. In the region inside the silicon single crystal where the interstitial-silicon is dominant, L / D (Large Dislodge), which is considered to be caused by dislocation loops,
cation: Abbreviation for interstitial dislocation loop, LSPD or L
Interstitial silicon defects, which are generally referred to as crystal defects such as FPD, are present at a low density. When a silicon single crystal is processed into a wafer to form a semiconductor element on a surface layer, current leakage or the like occurs. It can also cause serious failures.
The region inside the silicon single crystal where the interstitial-silicon becomes dominant is called an I region.
【0006】そこで、V領が優勢となる条件とI領域が
優勢となる条件との中間の単結晶育成条件を用いてシリ
コン単結晶を引き上げれば、シリコン原子間に原子の不
足や余分な原子の存在することのない、あるいは存在し
ても僅かであるニュートラル(Neutral(以下、Nと略
記することがある。))な状態でシリコン単結晶を育成
することが可能となる。このように、シリコン原子間に
原子の不足や余分な原子の存在することのない、あるい
は存在しても僅かであるニュートラルな状態にあるシリ
コン単結晶内部の領域をN領域と呼ぶ。Therefore, if the silicon single crystal is pulled up using a single crystal growth condition intermediate between the condition in which the V region is dominant and the condition in which the I region is dominant, a shortage of atoms or an extra atom between silicon atoms is obtained. It is possible to grow a silicon single crystal in a state of neutral (hereinafter sometimes abbreviated as N), which does not exist or is slightly present. As described above, a region inside a silicon single crystal in a neutral state where there is no shortage of atoms or no surplus atoms between silicon atoms, or even if there are few atoms, is called an N region.
【0007】なお、シリコン単結晶内部に形成されるN
領域と前述のV領域との間には、OSF(Oxidation I
nduced Stacking Fault、酸化誘起積層欠陥)と呼ば
れている酸素起因の欠陥やその核が高密度に存在する領
域が存在する。シリコン単結晶をウェーハに加工する
と、該領域はリング状となって観察されることから、シ
リコン単結晶のOSFあるいはその核が高密度に存在す
る領域をOFSリングあるいはOSFリング域と称して
いる。Note that N formed inside the silicon single crystal
An OSF (Oxidation I) is located between the region and the above-described V region.
There is a region called oxygen-induced defects or nuclei at high density called nduced stacking faults. When a silicon single crystal is processed into a wafer, the region is observed as a ring shape. Therefore, a region in which the OSF of the silicon single crystal or its nucleus exists at a high density is called an OFS ring or an OSF ring region.
【0008】ここで、特開平11−79889号公報に
は、シリコン単結晶の育成時に結晶内に取り込まれる欠
陥のないあるいは極力抑制されたシリコン単結の育成技
術が開示されている。具体的には、引上速度と結晶近傍
の温度雰囲気を調整することにより、OSFリングが結
晶中心で閉じて全面がN領域となるような条件を選んで
シリコン単結晶を育成しようというもので、グローンイ
ン欠陥を極低密度に保ちつつ、結晶欠陥密度の低い高品
質のシリコン単結晶が得られる旨が謳われている。しか
し、この方法では、引上速度を低い速度に精度良く略一
定に保って育成を継続する必要があることから、結晶欠
陥の少ない高品質の結晶が得られるという利点はあるも
のの、シリコン単結晶を効率的に大量生産する観点にお
いては解決すべき課題が多い。Here, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-79889 discloses a technique for growing a silicon single crystal with no defects or suppressed as much as possible. Specifically, by adjusting the pulling speed and the temperature atmosphere in the vicinity of the crystal, a condition is selected such that the OSF ring closes at the crystal center and the entire surface becomes an N region, and a silicon single crystal is grown. It is claimed that a high-quality silicon single crystal having a low crystal defect density can be obtained while keeping the growth-in defect at an extremely low density. However, in this method, it is necessary to continue the growth while maintaining the pulling speed at a low speed accurately and substantially constant. Therefore, although there is an advantage that a high quality crystal with few crystal defects can be obtained, a silicon single crystal is obtained. There are many problems to be solved from the viewpoint of efficient mass production of.
【0009】一方、特開平11−186277号公報に
は、シリコン単結晶を積極的に高速で引き上げてV領域
が優位となるように育成を行い、結晶引上げ後に熱処理
を施すことによって、COP等の結晶育成時に導入され
るグローンイン欠陥を消滅させる方法が開示されてい
る。該公報には、シリコン単結晶の育成時に引上速度を
落とすことなく単結晶製造が可能となり、生産性を高く
維持しつつも空孔起因のグローンイン欠陥の発生を効果
的に抑制できる旨が謳われている。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-186277 discloses that a silicon single crystal is positively pulled up at a high speed to grow it so that the V region becomes dominant. A method for eliminating a grown-in defect introduced during crystal growth is disclosed. The publication states that it is possible to produce single crystals without lowering the pulling speed during the growth of silicon single crystals, and it is possible to effectively suppress the occurrence of vacancy-induced grown-in defects while maintaining high productivity. Have been done.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平11−186277号公報の方法において上記の効
果を達成するには、グローンイン欠陥のサイズ(大き
さ)や密度を、所望の値に適切にコントロールする必要
がある。例えばFPDやCOP等の空孔起因のグローン
イン欠陥は、シリコン単結晶が育成される時の冷却速度
によってそのサイズや密度が決まる。従って、育成した
単結晶の冷却速度によって欠陥のサイズや密度分布が大
きく変化したりバラツキを生じたりしやすくなり、ウェ
ーハ加工後の熱処理によっても、欠陥消滅が不可能にな
ることが考えられる。However, in order to achieve the above-mentioned effects in the method disclosed in JP-A-11-186277, the size (density) and density of the grown-in defect are appropriately controlled to desired values. There is a need to. For example, the size and density of a grown-in defect caused by vacancies such as FPD and COP are determined by a cooling rate when a silicon single crystal is grown. Therefore, it is conceivable that the size and density distribution of defects are likely to change greatly or vary depending on the cooling rate of the grown single crystal, and the defects cannot be eliminated even by heat treatment after wafer processing.
【0011】このような問題を生じなくするには、目的
とする品質の単結晶を引き上げる前に、単結晶育成時の
欠陥分布等を実験的に予測して検討を加えた後、所望の
欠陥分布となるような冷却熱履歴あるいは引上速度等の
操業条件を選択して、シリコン単結晶の育成を行なうこ
とが有効である。しかし、該方法は、単結晶の引上速度
や育成炉内部に配置される炉内構造物の断熱効果を種々
に変えつつ、あくまで実験的に最適と思われる製造条件
を見出して単結晶製造を行なうものであり、目的とする
結晶品質を得るための最適条件が必ず得られるかどうか
は保証の限りではない。また、操業条件を決めるための
試験製造とはいえ、シリコン単結晶を育成するために要
する時間とコストは相当なものとなる。その結果、むや
みに多くの試験を行なうわけにもゆかず、少ないデータ
を元に適切と思われる製造条件を選択しなければならな
いことから、目的とする製造条件の最適値を常に見つけ
ることができていたかは疑問である。場合によっては、
所望の結晶品質を得るための最適製造条件を見出すこと
ができず、生産性や結晶品質を犠牲にして操業を行っい
る可能性も十分考えられる。In order to prevent such a problem from occurring, before pulling a single crystal having a desired quality, the defect distribution and the like at the time of growing the single crystal are experimentally predicted and examined, and then a desired defect is obtained. It is effective to grow a silicon single crystal by selecting an operating condition such as a cooling heat history or a pulling speed that gives a distribution. However, in this method, while variously changing the pulling speed of the single crystal and the heat insulating effect of the in-furnace structure disposed inside the growth furnace, the manufacturing conditions that are considered to be optimal are found only experimentally, and the single crystal is manufactured. It is not guaranteed that the optimum conditions for obtaining the desired crystal quality can always be obtained. In addition, although it is a test production for determining operating conditions, the time and cost required to grow a silicon single crystal are considerable. As a result, it is not possible to carry out many tests unnecessarily, and it is necessary to select appropriate manufacturing conditions based on a small amount of data. It is doubtful that he was. In some cases,
It is not possible to find the optimum manufacturing conditions for obtaining the desired crystal quality, and it is quite possible that the operation may be performed at the expense of productivity and crystal quality.
【0012】さらには、生産性も考慮して、グローンイ
ン欠陥を可能な限り低密度に保つことができる操業条件
や育成炉内の最適雰囲気温度を見出すためには、実験の
反復に頼った方法では限界がある。そして、複雑なシリ
コン半導体の製造条件に対応して、欠陥密度が極小とな
る条件や、あるいは欠陥サイズが極大となる操業条件を
見つけ出すことは、技術的にも経済的にも大きな負担が
伴うものであった。Further, in consideration of productivity, in order to find operating conditions and an optimum atmospheric temperature in the growth furnace in which the density of the grown-in defects can be kept as low as possible, a method that relies on repetition of experiments is required. There is a limit. Finding the conditions that minimize the defect density or the operating conditions that maximize the defect size in response to the complex silicon semiconductor manufacturing conditions entails a great burden both technically and economically. Met.
【0013】本発明の課題は、CZ法を用いてシリコン
単結晶を育成する際に、所望とするシリコン単結晶の品
質、特に、結晶特性がV領域優位となるように育成され
るシリコン単結晶において、空孔起因のグローンイン欠
陥のサイズならびに密度を所望の値とする最適製造条件
を的確に求めることができ、ひいては安定したした結晶
品質を有するシリコン単結晶を効率良く生産可能となす
一方、シリコン単結晶に導入されるグローンイン欠陥を
幅広くコントロールし、多義に渡るシリコン単結晶の品
質要求に応じることができるシリコン単結晶の製造方法
と、それによって製造されるシリコン単結晶ウェーハ、
及びシリコン単結晶製造装置の設計方法を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a silicon single crystal grown by using the CZ method so that the desired quality of the silicon single crystal, particularly the crystal characteristics, is superior to the V region. In the above, it is possible to accurately determine the optimum manufacturing conditions for setting the size and density of the vacancy-induced grown-in defects to desired values, and thus to efficiently produce a silicon single crystal having stable crystal quality, A method for manufacturing a silicon single crystal capable of widely controlling a grown-in defect introduced into a single crystal and meeting the quality requirements of a silicon single crystal in various senses, and a silicon single crystal wafer manufactured thereby,
And a method for designing a silicon single crystal manufacturing apparatus.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明に係るのシリコン単結晶の
製造方法の第一は、チョクラルスキー法を用いてシリコ
ン単結晶を製造する方法において、シリコン単結晶を育
成するための操業条件ならびに育成炉内部の温度条件を
電子計算機にデータとして入力し、結晶内部に導入され
る空孔起因のグローンイン欠陥のサイズならびに密度と
シリコン単結晶の成長速度との関係を、電子計算機を用
いたシミュレーションにより求め、そのシミュレーショ
ン結果に基づいて、結晶内部に導入される空孔起因のグ
ローンイン欠陥のサイズと密度とが所望の値となるよう
に成長速度を選択し、シリコン単結晶を育成することを
特徴とする。Means for Solving the Problems and Actions / Effects In order to solve the above problems, the first of the methods for manufacturing a silicon single crystal according to the present invention is to manufacture a silicon single crystal using the Czochralski method. In the method, the operating conditions for growing the silicon single crystal and the temperature conditions inside the growth furnace are input as data to an electronic computer, and the size and density of the grown-in defect caused by vacancies introduced into the crystal and the silicon single crystal The relationship between the growth rate and the growth rate is determined by a simulation using an electronic computer, and the size and density of the grown-in defect caused by vacancies introduced into the crystal are set to desired values based on the simulation result. It is characterized by selecting a speed and growing a silicon single crystal.
【0015】シリコン単結晶の引上速度を大きくして単
結晶内部の特性がV領域となるようにし、FPDやCO
P等の空孔起因のグローンイン欠陥を所望の値とするた
めの、適切な引上速度等の操業条件を見出すには、電子
計算機に結晶育成時の育成炉の温度分布を形成する諸条
件、ならびに所望とするシリコン単結晶の引上げ等に関
する操業条件を入力し、シミュレーションにより単結晶
に導入されるグローンイン欠陥のサイズや密度を求める
ことが有効である。そして、その後にシリコン単結晶の
育成を行なえば、必要以上に単結晶の引上実験等を行な
うことなく、所望の値となる欠陥分布を持ったシリコン
単結晶を労することなく育成可能となる。The pulling speed of the silicon single crystal is increased so that the characteristics inside the single crystal are in the V region.
In order to find operating conditions such as an appropriate pulling speed for obtaining a desired value of the groin-in defect caused by vacancies such as P, various conditions for forming a temperature distribution of a growth furnace at the time of crystal growth in an electronic computer, In addition, it is effective to input operating conditions relating to pulling of a desired silicon single crystal or the like, and to obtain the size and density of the grown-in defect introduced into the single crystal by simulation. Then, if a silicon single crystal is grown thereafter, it is possible to grow a silicon single crystal having a defect distribution with a desired value without performing unnecessary single crystal pulling-up experiments and the like. .
【0016】特に、シリコン単結晶育成時に取り込まれ
る空孔起因のグローンイン欠陥のサイズや密度が極大あ
るいは極小となる点の操業条件や、育成炉内部の温度条
件、具体的には、育成炉内に配置される整流筒や断熱材
等の炉内構造物の配置や構造に関し、本発明はその最適
条件を求める上で、従来の実験的方法のみに頼り最適条
件を見つけるよりも遥かに効率的かつ正確である。さら
には、グローンイン欠陥のサイズや密度を幅広く選択で
きるようになり、多義にわたる品質のシリコン単結晶の
提供も可能となる。In particular, operating conditions at which the size and density of the vacancy-induced grown-in defects introduced during the growth of a silicon single crystal become maximum or minimum, and temperature conditions inside the growth furnace, specifically, in the growth furnace With regard to the arrangement and structure of furnace internal structures such as rectifying cylinders and heat insulating materials to be arranged, the present invention seeks the optimum conditions, which is much more efficient and more efficient than conventional experimental methods alone. Be accurate. Further, the size and density of the grown-in defect can be selected from a wide range, and it becomes possible to provide a silicon single crystal having a variety of qualities.
【0017】この場合、シリコン単結晶の育成を始める
前に、シミュレーションにおいて採用した所望の結晶品
質を得るための操業条件を採用して、実際に単結晶の育
成を行い、シミュレーションと略同等の結晶欠陥を有す
るシリコン単結晶を得ることが可能であるか否かを確認
すること、例えば、実際に得られた値とシミュレーショ
ンにより求められた欠陥のサイズならびに密度の関係を
比較することが望ましい。実操業とシミュレーションに
より得られた結果を比較することで、シミュレーション
による計算結果の誤差を補正することが可能となり、操
業条件がさらに最適化されるので、求める結晶品質によ
り近い特性を持ったシリコン単結晶の育成が可能とな
る。In this case, before starting the growth of the silicon single crystal, the operating conditions for obtaining the desired crystal quality used in the simulation are adopted, the single crystal is actually grown, and a crystal substantially equivalent to the simulation is obtained. It is desirable to confirm whether or not it is possible to obtain a silicon single crystal having a defect, for example, to compare the relationship between the actually obtained value and the size and density of the defect obtained by simulation. By comparing the results obtained by the simulation with the actual operation, it is possible to correct errors in the calculation results by the simulation, and the operating conditions are further optimized, so that silicon units having characteristics closer to the required crystal quality are obtained. Crystal growth becomes possible.
【0018】次に、本発明に係るシリコン単結晶の製造
方法の第二は、チョクラルスキー法を用いてシリコン単
結晶を製造する方法において、結晶内部に導入される空
孔起因のグローンイン欠陥の密度を略最小とするため
に、シリコン単結晶の成長速度をF(mm/min)、
育成されるシリコン単結晶の固液界面での結晶中心の引
上軸方向における温度勾配をG(℃/mm)として、シ
リコン半導体結晶の内部に現れるOSFリング域が結晶
軸中心で消滅する条件に対応するF/Gの値をA0と定
めたときに、F/Gの値が1.2A0以上1.3A0以下
の範囲となるように、F及び/又はGの値を調整してシ
リコン単結晶を育成することを特徴とする。Next, a second method of manufacturing a silicon single crystal according to the present invention is a method of manufacturing a silicon single crystal by using the Czochralski method, in which a grown-in defect caused by vacancies introduced into the crystal is eliminated. In order to minimize the density, the growth rate of the silicon single crystal is set to F (mm / min),
Given that the temperature gradient in the direction of the pulling axis of the crystal center at the solid-liquid interface of the silicon single crystal to be grown is G (° C./mm), the OSF ring region appearing inside the silicon semiconductor crystal disappears at the center of the crystal axis. When the value of F / G is defined as A0, the value of F and / or G is adjusted so that the value of F / G falls within the range of 1.2A0 or more and 1.3A0 or less. It is characterized by fostering.
【0019】空孔起因のグローンイン欠陥は、結晶が冷
却される際の冷却条件に深く関係しており、欠陥形成が
行われる冷却温度帯の通過時間により、欠陥密度やサイ
ズが大きく変わることが知られている。そして、これま
では育成時にシリコン単結晶に取り込まれるCOP等の
空孔起因のグローンイン欠陥は、結晶欠陥のサイズが大
きくなれば密度は小さくなり、欠陥密度が増えれば欠陥
サイズは小さくなるものと思われていた。しかし、シミ
ュレーションと結晶育成による試験を繰り返し、誠意検
討を加えたところ、必ずしも結晶欠陥密度が極小となる
ところで結晶欠陥のサイズが極大となるものではなく、
結晶欠陥の密度が極小となる点とサイズが極大となる点
には、幾分かの差異があることが確かめられた。Grown-in defects caused by vacancies are closely related to the cooling conditions when the crystal is cooled, and it is known that the defect density and size greatly change depending on the transit time in a cooling temperature zone in which defects are formed. Have been. Until now, the growth-in defects caused by vacancies such as COP taken into the silicon single crystal during the growth have been considered to decrease in density as the crystal defect size increases, and to decrease as the defect density increases. Had been However, when the simulation and the test by crystal growth were repeated and sincerity examination was added, the size of the crystal defect does not always become the maximum when the crystal defect density becomes the minimum,
It has been confirmed that there is some difference between the point where the density of the crystal defects is minimum and the point where the size is maximum.
【0020】単結晶育成時の結晶内部に導入される空孔
起因のグローンイン欠陥の密度は、単結晶の引上速度を
徐々に速めるに従って減少する。そして、シリコン半導
体結晶の内部に現れるOSFリング域が結晶軸中心で消
滅する条件に対応する上記のF/Gの値をA0と定めた
ときに、本発明者の検討によれば、F/Gの値が1.2
A0以上1.3A0以下となる範囲に対応する引上速度に
て極小を示し、その後、さらに引上速度を速めていけ
ば、今度は結晶欠陥の密度は次第に増加に転じることが
わかった。When growing a single crystal, the density of grown-in defects caused by vacancies introduced into the crystal decreases as the pulling speed of the single crystal is gradually increased. When the value of F / G corresponding to the condition that the OSF ring region appearing inside the silicon semiconductor crystal disappears at the center of the crystal axis is defined as A0, according to the study of the present inventors, F / G Is 1.2
It was found that when the pulling speed corresponding to the range of A0 or more and 1.3 A0 or less showed a minimum, and then the pulling speed was further increased, the density of crystal defects gradually increased.
【0021】従って、結晶内の欠陥密度を最小としたシ
リコン単結晶を得ようとするのであれば、上記F/Gの
値が1.2A0以上1.3A0以下となるように、シリコ
ン単結晶の成長速度F及び/又はシリコン単結晶の固液
界面での結晶中心の引上軸方向における温度勾配Gの値
を調整しつつシリコン単結晶を育成すれば、シリコン単
結晶に取り込まれる空孔起因の結晶欠陥の密度を、確実
に略極小となるように単結晶を育成することができるよ
うになる。Therefore, if it is desired to obtain a silicon single crystal with a minimum defect density in the crystal, the silicon single crystal should be adjusted so that the value of F / G is not less than 1.2 A0 and not more than 1.3 A0. If the silicon single crystal is grown while adjusting the growth rate F and / or the value of the temperature gradient G in the direction of the pulling axis of the crystal center at the solid-liquid interface of the silicon single crystal, the vacancies caused by the vacancies taken into the silicon single crystal can be obtained. A single crystal can be grown so that the density of crystal defects is surely minimized.
【0022】なお、固液界面位置での温度勾配Gを直接
求めることが困難な場合は、シリコンの融点温度(14
12℃)を基準として、シリコン半導体が冷却される固
液界面近傍の温度(例えば1400℃)まで結晶温度が
低下する位置を、固液界面での結晶中心の引上軸方向に
おける温度勾配G(℃/mm)と近似し、F/Gの値を
求めることが可能である。すなわち、1400℃から1
412℃間の温度勾配と近似してF/Gの値を求め、こ
の値に基づいてF及び/又はGの値を調整してシリコン
単結晶を育成する。If it is difficult to directly determine the temperature gradient G at the solid-liquid interface position, the melting point temperature of silicon (14
With reference to (12 ° C.), the position at which the crystal temperature decreases to a temperature (for example, 1400 ° C.) near the solid-liquid interface where the silicon semiconductor is cooled is determined by a temperature gradient G ( C / mm), and the value of F / G can be obtained. That is, from 1400 ° C to 1
The value of F / G is obtained by approximating the temperature gradient between 412 ° C., and the value of F and / or G is adjusted based on this value to grow a silicon single crystal.
【0023】また、本発明に係るシリコン単結晶の製造
方法の第三は、チョクラルスキー法を用いてシリコン単
結晶を製造する方法において、結晶内部に導入される空
孔起因のグローンイン欠陥のサイズを略最大とするため
に、シリコン単結晶の成長速度をF(mm/min)、
育成されるシリコン単結晶の固液界面での結晶中心の引
上軸方向における温度勾配をG(℃/mm)として、シ
リコン半導体結晶の内部に現れるOSFリング域が結晶
軸中心で消滅する条件に対応するF/Gの値をA0と定
めたときに、F/Gの値が1.3A0以上1.4A0以下
の範囲となるように、F及び/又はGの値を調整してシ
リコン単結晶を育成することを特徴とする。The third method of manufacturing a silicon single crystal according to the present invention is directed to a method of manufacturing a silicon single crystal using the Czochralski method, wherein the size of a grown-in defect caused by a vacancy introduced into the inside of the crystal is determined. , The growth rate of the silicon single crystal is set to F (mm / min),
Given that the temperature gradient in the direction of the pulling axis of the crystal center at the solid-liquid interface of the silicon single crystal to be grown is G (° C./mm), the OSF ring region appearing inside the silicon semiconductor crystal disappears at the center of the crystal axis. When the value of F / G is defined as A0, the value of F and / or G is adjusted so that the value of F / G is in the range of 1.3A0 or more and 1.4A0 or less. It is characterized by fostering.
【0024】単結晶育成時の結晶内部に導入される空孔
起因のグローンイン欠陥のサイズは、密度とは反対に単
結晶の引上速度を徐々に速めるに従って大きくなる。そ
して、本発明者の検討によれば、前述のA0の値を用い
て、F/Gの値が1.3A0以上1.4A0以下のとなる
範囲に対応した引上速度にて極大を示し、その後、さら
に引上速度を速めていけば、今度は徐々に小さくなる傾
向を示すことがわかった。よって、F/Gの値が1.3
A0以上1.4A0以下の範囲となるように、シリコン単
結晶の成長速度F及び/又はシリコン単結晶の固液界面
での結晶中心の引上軸方向における温度勾配Gを調整す
ることにより、シリコン単結晶に取り込まれる空孔起因
の結晶欠陥のサイズが略極大となる単結晶育成が可能と
なる。The size of a grown-in defect caused by vacancies introduced into the crystal during the growth of the single crystal becomes larger as the pulling speed of the single crystal is gradually increased, contrary to the density. According to the study of the present inventor, the maximum value is shown at the pulling speed corresponding to the range where the value of F / G is 1.3A0 or more and 1.4A0 or less using the value of A0 described above, Thereafter, if the pulling speed was further increased, it was found that this time, the tendency to gradually decrease was observed. Therefore, the value of F / G is 1.3.
By adjusting the growth rate F of the silicon single crystal and / or the temperature gradient G in the pulling axis direction of the crystal center at the solid-liquid interface of the silicon single crystal so as to be in the range of A0 or more and 1.4A0 or less, It is possible to grow a single crystal in which the size of crystal defects caused by vacancies taken into the single crystal is substantially maximal.
【0025】さらに、本発明に係るシリコン単結晶の製
造方法の第四は、チョクラルスキー法を用いてシリコン
単結晶を製造する方法において、結晶内部に導入される
空孔起因のグローンイン欠陥のサイズを所望の値とする
ために、シリコン単結晶の成長速度をF(mm/mi
n)、育成されるシリコン単結晶の固液界面での結晶中
心の引上軸方向における温度勾配をG(℃/mm)とし
て、シリコン半導体結晶の内部に現れるOSFリング域
が結晶軸中心で消滅する条件に対応するF/Gの値をA
0と定めたときに、F/Gの値が1.2A0以下となる範
囲で、F及び/又はGの値を調整してシリコン単結晶を
育成することを特徴とする。Further, the fourth method of manufacturing a silicon single crystal according to the present invention is directed to a method of manufacturing a silicon single crystal using the Czochralski method, wherein a size of a grown-in defect caused by a hole introduced into the crystal is reduced. Is set to a desired value, the growth rate of the silicon single crystal is set to F (mm / mi).
n), assuming that the temperature gradient in the direction of the pulling axis of the crystal center at the solid-liquid interface of the silicon single crystal to be grown is G (° C./mm), the OSF ring region appearing inside the silicon semiconductor crystal disappears at the center of the crystal axis. The value of F / G corresponding to the condition
When the value is set to 0, the silicon single crystal is grown by adjusting the values of F and / or G within a range where the value of F / G is 1.2 A0 or less.
【0026】上述したように、COP等の空孔型の結晶
欠陥は、シリコン単結晶の成長速度をF(mm/mi
n)、育成される該シリコン単結晶の固液界面での結晶
中心の引上軸方向における温度勾配をG(℃/mm)を
変化させることにより、結晶欠陥の密度であれば極小
点、サイズであれば極大点をもって変化するとがわかっ
た。そして、引上速度を徐々に速めて行くことにより、
結晶欠陥の密度は減少しサイズは大きくなり、それぞれ
極小点あるいは極大点を経て、今度は結晶欠陥の密度は
増加しサイズは徐々に小さくなる。As described above, a vacancy-type crystal defect such as COP causes the growth rate of a silicon single crystal to be F (mm / mi).
n) changing the temperature gradient in the direction of the pulling axis of the crystal center at the solid-liquid interface of the silicon single crystal to be grown by G (° C./mm) to obtain the minimum point and size if the density of crystal defects Then, it turned out that it changes with the maximum point. And by gradually increasing the lifting speed,
The density of the crystal defects decreases and the size increases, and after passing through the minimum point or the maximum point, the density of the crystal defects increases and the size gradually decreases.
【0027】しかし、これら結晶欠陥の密度やサイズの
変化において、その密度やサイズの変化が顕著に現れる
のは、前述のA0を用いて、シリコン単結晶を育成する
際のF/Gの値が1.2A0以下の範囲にある場合であ
る。結晶育成時にもたらされる温度条件や結晶育成速度
を調整して、所望の結晶欠陥を有するシリコン単結晶を
育成するのであれば、シリコン単結晶を育成する際のF
/Gの値が1.2A0以下となる条件で、引上速度等の
操業条件を調整してシリコン単結晶の育成を行なうこと
により、欠陥の密度やサイズの変化も大きく現れるの
で、効率良く所望の必要とするシリコン単結晶の製造条
件を見つけることができる。このとき、F/Gの下限値
は1.0A0とする。つまり、F/Gの値が1.0A0以
上1.2A0以下の範囲にて、適切な操業条件を定めれ
ばよい。そして、このような製造方法を用いてシリコン
単結晶の育成を行なうことにより、グローンイン欠陥を
所望の値とすることが可能となり、要求に応じた結晶品
質を有するシリコン単結晶を適切にかつ幅広く生産する
ことができるようになる。However, in the change in the density and size of these crystal defects, the change in the density and size remarkably appears because the value of F / G when growing a silicon single crystal using the above-mentioned A0 is large. This is the case where the value is in the range of 1.2A0 or less. If a silicon single crystal having a desired crystal defect is grown by adjusting the temperature conditions and the crystal growth rate brought during the crystal growth, the F
The growth of the silicon single crystal by adjusting the operating conditions such as the pulling speed under the condition that the value of / G is 1.2 A0 or less causes a large change in the density and size of the defects, so that the efficiency is improved. Can be found under the silicon single crystal manufacturing conditions required by the method. At this time, the lower limit value of F / G is set to 1.0A0. That is, appropriate operating conditions may be determined in a range where the value of F / G is 1.0A0 or more and 1.2A0 or less. By growing a silicon single crystal by using such a manufacturing method, it is possible to obtain a desired value of the grown-in defect, and to appropriately and widely produce a silicon single crystal having a crystal quality according to a request. Will be able to
【0028】次に、本発明に係るシリコン単結晶ウェー
ハは、上記本発明の方法により育成されたシリコン単結
晶を用いて製造され、該シリコン単結晶ウェーハに存在
する結晶欠陥のうち、サイズが0.05μm以上の空孔
起因の結晶欠陥密度が、3×105個/cm3以下であ
ることを特徴とする。Next, the silicon single crystal wafer according to the present invention is manufactured using the silicon single crystal grown by the method of the present invention, and the size of the crystal defects existing in the silicon single crystal wafer is zero. It is characterized in that the density of crystal defects caused by vacancies of 0.05 μm or more is 3 × 10 5 / cm 3 or less.
【0029】本発明のシリコン単結晶の製造方法による
と、具体的には、結晶内部に存在するサイズが0.05
μm以上の空孔起因の結晶欠陥密度が3×105個/c
m3以下である、高品質のシリコン単結晶を得ることが
可能となる。そこで、このようなシリコン単結晶を用い
ることにより、ウェーハ表層に存在する欠陥を極力抑制
した、半導体素子基板の材料として好適なシリコン単結
晶ウェーハを得ることができる。According to the method for manufacturing a silicon single crystal of the present invention, specifically, the size existing inside the crystal is 0.05%.
The crystal defect density due to pores of μm or more is 3 × 10 5 / c
It is possible to obtain a high-quality silicon single crystal of m 3 or less. Therefore, by using such a silicon single crystal, it is possible to obtain a silicon single crystal wafer suitable as a material for a semiconductor element substrate, in which defects existing in the wafer surface layer are suppressed as much as possible.
【0030】また、本発明のシリコン単結晶製造装置の
設計方法は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶
製造装置の設計方法であって、シリコン単結晶を育成す
るための操業条件ならびに育成炉内部の温度条件を電子
計算機にデータとして入力し、結晶内部に導入される空
孔起因のグローンイン欠陥のサイズ及び密度と、シリコ
ン単結晶製造装置の育成炉内部に形成されるシリコン単
結晶の冷却温度雰囲気との関係を、電子計算機を用いた
シミュレーションにより求め、そのシミュレーション結
果に基づいて、結晶内部に導入される空孔起因のグロー
ンイン欠陥のサイズと密度とを所望の値とするための、
育成炉内部の温度分布設計を行なうことを特徴とする。The method for designing a silicon single crystal manufacturing apparatus according to the present invention is a method for designing a silicon single crystal manufacturing apparatus by the Czochralski method, which includes operating conditions for growing a silicon single crystal and the inside of a growth furnace. Temperature conditions are input to a computer as data, and the size and density of the grown-in defects caused by vacancies introduced into the crystal, and the cooling temperature atmosphere of the silicon single crystal formed inside the growth furnace of the silicon single crystal manufacturing apparatus Is determined by a simulation using an electronic computer, and based on the simulation result, the size and density of the grown-in defect caused by vacancies introduced into the crystal are set to desired values.
The temperature distribution inside the growth furnace is designed.
【0031】すでに説明した通り、シリコン単結晶の育
成時に結晶内部に導入される結晶欠陥は、単結晶の引上
速度等の操業条件や育成結晶が冷却される際の冷却熱履
歴によって、結晶欠陥のサイズや密度が左右される。従
って、所望とする結晶品質を有するシリコン単結晶を育
成するためには、シリコン単結晶を育成する半導体単結
晶育成装置の育成炉内部の温度分布にも配慮することが
必要となる。しかし、育成炉内部に配置する炉内構造物
を、新規に、あるいは仕様変更のために設計する場合、
炉内構造物を実際に種々の態様にて作製して引上試験を
繰り返しながら、目的とする品質を有するシリコン単結
晶を得ることは、膨大な手間と時間を要し、非常に効率
が悪い。As described above, the crystal defects introduced into the crystal during the growth of the silicon single crystal depend on the operating conditions such as the pulling speed of the single crystal and the cooling heat history when the grown crystal is cooled. Size and density are affected. Therefore, in order to grow a silicon single crystal having a desired crystal quality, it is necessary to consider a temperature distribution inside a growth furnace of a semiconductor single crystal growing apparatus for growing a silicon single crystal. However, if the furnace internal structure to be placed inside the growth furnace is to be newly designed or designed for specification change,
Obtaining a silicon single crystal with the desired quality while actually fabricating the furnace internals in various modes and repeating the pull-up test requires enormous labor and time, and is extremely inefficient. .
【0032】そこで、シリコン単結晶製造装置の育成炉
内部を構成する炉内構造物を検討するにあたり、シミュ
レーションを用いて育成炉内に形成される温度雰囲気と
育成単結晶にもたらされる結晶欠陥との関係を数値的に
求め、この結果に基づいて炉内構造物の配置や形状ある
いは材質等を決めるようにすれば、より効率的に、かつ
確実に所望とする結晶品質を有するシリコン単結晶の育
成が可能なシリコン単結晶製造装置を設計することが可
能となる。Therefore, when examining the furnace internal structure constituting the inside of the growth furnace of the silicon single crystal manufacturing apparatus, simulation was performed to determine the relationship between the temperature atmosphere formed in the growth furnace and the crystal defects caused in the growth single crystal. If the relationship is determined numerically and the arrangement, shape, material, etc. of the furnace internals are determined based on the results, more efficient and reliable growth of a silicon single crystal having a desired crystal quality can be achieved. It is possible to design a silicon single crystal manufacturing apparatus capable of performing the above.
【0033】特に、最近では、直径が300mmを超え
るシリコン単結晶を育成するための、大型のCZ法シリ
コン単結晶製造装置が開発されつつあるが、育成炉の大
型化により炉内構造物の設計がますます困難となり、ま
た炉内構造物自体も高価となることから、一度失敗する
と、経済的な損失はもとより設計者の受ける精神的なダ
メージも相当なものとなる。このようなリスクを軽減す
る意味においても、本発明に示すシリコン単結晶製造装
置を造るための設計方法を用いることにより、より適切
なシリコン単結晶製造装置を容易に得ることができる。In particular, recently, a large-sized CZ silicon single crystal manufacturing apparatus for growing a silicon single crystal having a diameter of more than 300 mm is being developed. However, since it becomes more difficult and the internal structure of the furnace itself becomes expensive, once it fails, the mental damage to the designer as well as the economic loss is considerable. In terms of reducing such a risk, a more appropriate silicon single crystal manufacturing apparatus can be easily obtained by using the design method for manufacturing a silicon single crystal manufacturing apparatus according to the present invention.
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
添付図面を参照しつつ説明する。本発明に係るシリコン
単結晶の製造方法の具体例は以下の通りである。まず、
育成炉内部にあるシリコン単結晶に加わる熱履歴を求め
るため、総合伝熱解析によりシリコン単結晶の製造装置
育成炉内部の温度分布を算出する。本実施形態では、育
成炉内部の温度分布を求めるために、UCL(Universi
ty of CatholicLou vain)にて開発された総合伝熱解
析プログラムFEMAG(参照文献:Int. J.Heat Mass
Transfer, volume 33 (1990) 1849)を用いて育成炉内
の熱分布のシミュレーションを行い、結晶育成時の結晶
中心の成長軸方向における温度勾配を求める。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below.
This will be described with reference to the accompanying drawings. A specific example of the method for producing a silicon single crystal according to the present invention is as follows. First,
In order to obtain the thermal history applied to the silicon single crystal inside the growth furnace, the temperature distribution inside the silicon single crystal manufacturing apparatus growth furnace is calculated by comprehensive heat transfer analysis. In this embodiment, in order to obtain the temperature distribution inside the growth furnace, a UCL (Universi
ty of Catholic Lou vain), a comprehensive heat transfer analysis program FEMAG (Reference: Int. J. Heat Mass
Using Transfer, volume 33 (1990) 1849), the heat distribution in the growth furnace is simulated to find the temperature gradient in the growth axis direction of the crystal center during crystal growth.
【0035】また、総合伝熱解析を行なうコンピュータ
・プログラムとしては、総合伝熱解析プログラムFEM
AGの他に、MIT(Massachusetts Institute of Tec
hnology)で開発されたITCM(Int. J. NumericalMe
thods in Engineering,volume 30 (1990) 133)等があ
り、同様のシミュレーションを行うことができる。The computer program for performing the comprehensive heat transfer analysis includes a comprehensive heat transfer analysis program FEM.
In addition to AG, MIT (Massachusetts Institute of Tec
hnology) developed ITCM (Int. J. NumericalMe
thods in Engineering, volume 30 (1990) 133), and similar simulations can be performed.
【0036】そして、これらのシミュレーションにより
結晶内に生じる温度分布を求めた後は、シリコン単結晶
の結晶成長と上述の総合伝熱解析によって算出された育
成時の単結晶の温度分布データを、欠陥形成シミュレー
ション・プログラムに入力し、引上条件により単結晶内
部に形成される空孔起因の結晶欠陥のサイズや密度を算
出する。本実施形態においては、シリコン単結晶の内部
に形成される空孔起因の結晶欠陥のサイズや密度のシミ
ュレーションを行なうに際し、MITで開発されたDE
FGEN(J. Electrochemical Soc.,volume 146 (199
0) 2300)を用いている。After the temperature distribution generated in the crystal is obtained by these simulations, the temperature distribution data of the single crystal at the time of growth calculated by the crystal growth of the silicon single crystal and the above-mentioned comprehensive heat transfer analysis is used as a defect. The data is input to a formation simulation program, and the size and density of crystal defects caused by vacancies formed inside the single crystal are calculated according to pulling conditions. In the present embodiment, when simulating the size and density of crystal defects caused by vacancies formed inside a silicon single crystal, the DE developed by MIT was used.
FGEN (J. Electrochemical Soc., Volume 146 (199
0) 2300).
【0037】これらのシミュレーションにより、所望と
する結晶欠陥を有するシリコン単結晶の操業条件と、育
成結晶にもらたされる結晶温度から育成炉内部に配置さ
れる炉内構造物の配置や構造あるいは材質を検討し、選
択・決定する。そして、この算出された操業条件と温度
分布を有するシリコン単結晶の製造装置を用いてシリコ
ン単結晶を育成する。From these simulations, based on the operating conditions of the silicon single crystal having the desired crystal defects and the crystal temperature given to the grown crystal, the arrangement, structure or material of the furnace internal structure arranged inside the growing furnace is determined. Consider, select and decide. Then, a silicon single crystal is grown using the silicon single crystal manufacturing apparatus having the calculated operating conditions and temperature distribution.
【0038】図1は、上述のシミュレーション結果に基
づいて育成炉内部に炉内構造物を配置した、シリコン単
結晶製造装置の一実施形態を示す概略断面図である。該
シリコン単結晶製造装置100の育成炉1には、シリコ
ン融液10を収容した内側が石英製で、この石英製ルツ
ボを保護するために石英製ルツボの外側に黒鉛製ルツボ
を備えたルツボが配置されている。さらに、ルツボ7の
外側周囲には、ルツボ7内に収容された多結晶シリコン
塊原料を加熱溶融しシリコン融液10として保持するた
めの加熱ヒータ6が設置され、シリコン単結晶の育成時
には、この加熱ヒータ6に供給される電力を調整してシ
リコン融液10の温度を、所望の値としシリコン単結晶
8を育成する。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a silicon single crystal manufacturing apparatus in which an in-furnace structure is arranged inside a growth furnace based on the above simulation results. In the growth furnace 1 of the silicon single crystal manufacturing apparatus 100, there is a crucible having a quartz crucible inside and a graphite crucible outside to protect the quartz crucible in which the silicon melt 10 is housed. Are located. Further, a heater 6 for heating and melting the polycrystalline silicon lump material accommodated in the crucible 7 and holding it as a silicon melt 10 is provided around the outer periphery of the crucible 7. The temperature of the silicon melt 10 is adjusted to a desired value by adjusting the power supplied to the heater 6 to grow the silicon single crystal 8.
【0039】また、加熱ヒータ6と育成炉1の間には、
金属製の育成炉1の炉壁を保護し、育成炉1内部を効率
的に保温するために断熱材5が置かれている。また、シ
リコン融液10を収容したルツボ7は、ルツボ支持軸1
4によって育成炉1の略中央に配置され、ルツボ支持軸
14の下端に取り付けられた不図示のルツボ軸駆動機構
によって、上下動、回転動自在とされている。一方、シ
リコン融液10を収容したルツボ7の上方には、引き上
げられたシリコン単結晶8を囲繞するように上部炉内構
造物9が設けられている。該上部炉内構造物9は金属あ
るいはグラファイトにより構成され、シリコン単結晶8
の冷却熱履歴を所望の値に調整して、シリコン単結晶の
育成を行なう役割を果たす。Further, between the heater 6 and the growth furnace 1,
A heat insulating material 5 is provided to protect the furnace wall of the metal growth furnace 1 and efficiently keep the inside of the growth furnace 1 warm. The crucible 7 containing the silicon melt 10 is a crucible support shaft 1.
The crucible shaft drive mechanism (not shown) is disposed at the approximate center of the growing furnace 1 and is attached to the lower end of the crucible support shaft 14 so as to be vertically movable and rotatable. On the other hand, an upper furnace internal structure 9 is provided above the crucible 7 containing the silicon melt 10 so as to surround the pulled silicon single crystal 8. The upper furnace internal structure 9 is made of metal or graphite, and has a silicon single crystal 8.
Is adjusted to a desired value to grow a silicon single crystal.
【0040】そして、育成炉1の下部には、シリコン単
結晶8の育成時にシリコン融液10からの蒸発物を育成
炉1の外部に排出しながら、シリコン単結晶8の育成を
行なう必要があることから、育成炉1内部に還流するア
ルゴン(Ar)ガス等の不活性ガスを排気するための排
ガス管12と、育成炉1内部の圧力を制御し不活性ガス
を育成炉1の外部へ排出するための炉内圧制御装置4が
備えられている。シリコン単結晶8の育成時には、この
炉内圧制御装置4によって、育成炉1の内部の圧力が所
望の値とされる。In the lower part of the growth furnace 1, it is necessary to grow the silicon single crystal 8 while discharging the evaporate from the silicon melt 10 to the outside of the growth furnace 1 when growing the silicon single crystal 8. Therefore, an exhaust gas pipe 12 for exhausting an inert gas such as an argon (Ar) gas refluxing into the growth furnace 1, and discharging the inert gas to the outside of the growth furnace 1 by controlling the pressure inside the growth furnace 1. For controlling the internal pressure of the furnace. When growing the silicon single crystal 8, the pressure inside the growing furnace 1 is set to a desired value by the furnace pressure control device 4.
【0041】また、育成炉1の上部にはシリコン単結晶
8を引き上げるための、引上げワイヤー9を巻き出しあ
るいは巻き取る不図示のワイヤー巻取り機構が備えられ
ている。そして、このワイヤー巻取り機構から巻き出さ
れた引上げワイヤー9の先端部に、種結晶2を保持する
ための種ホルダー13があり、この種ボルダー13に種
結晶2を係止して種結晶2の下方に、シリコン単結晶8
を育成するものである。なお、育成炉1の上方には、育
成炉1内部に不活性ガスを導入するためのガス導入管1
1が備えられており、シリコン単結晶8の育成条件に合
わせて、ガス導入管11上に設けられたガス流量制御装
置3により、所望量の不活性ガスを育成炉1内部に送入
可能とされている。Further, a wire winding mechanism (not shown) for unwinding or winding up a pulling wire 9 for pulling up the silicon single crystal 8 is provided at an upper portion of the growth furnace 1. A seed holder 13 for holding the seed crystal 2 is provided at the tip of the pulling wire 9 unwound from the wire winding mechanism. Below the silicon single crystal 8
To foster. Note that a gas introduction pipe 1 for introducing an inert gas into the growth furnace 1 is provided above the growth furnace 1.
1, a desired amount of inert gas can be fed into the growth furnace 1 by the gas flow control device 3 provided on the gas introduction pipe 11 in accordance with the growth conditions of the silicon single crystal 8. Have been.
【0042】次に、上記の装置を用いたCZ法によるシ
リコン単結晶の育成方法について説明する。まず、シリ
コン単結晶製造装置100の育成炉1内部に設置された
ルツボ7に多結晶シリコン塊を仕込み、育成炉7内部を
不活性ガスで満たし後に、ルツボ7周囲に置かれた加熱
ヒータ6に電力を供給して、シリコンの融点である14
20℃以上に多結晶シリコン塊を加熱することによって
シリコン融液10を得る。Next, a method for growing a silicon single crystal by the CZ method using the above apparatus will be described. First, a polycrystalline silicon lump is charged into a crucible 7 installed inside a growth furnace 1 of a silicon single crystal manufacturing apparatus 100, and after filling the inside of the growth furnace 7 with an inert gas, a heating heater 6 placed around the crucible 7 is used. By supplying power, the melting point of silicon, 14
The silicon melt 10 is obtained by heating the polycrystalline silicon mass to 20 ° C. or higher.
【0043】そして、ルツボ7内の全ての多結晶シリコ
ン塊がシリコン融液10となったところで、融液温度を
シリコン単結晶8の成長に適した温度の安定させ、引上
げワイヤー9を巻き出して種結晶2の先端をシリコン融
液10の表面に接融し、ルツボ7と種結晶2をそれぞれ
反対方向に回転させながら静かに引上げ、シリコン単結
晶8のネック部8aと拡径部8bとを形成する。その
後、シリコン単結晶8の拡径部8bが所望の値の直径と
なったところで、シリコン単結晶8の引上速度とシリコ
ン融液の温度を調整し、単結晶定径部8cの形成工程に
移行する。When all the polycrystalline silicon blocks in the crucible 7 have become the silicon melt 10, the melt temperature is stabilized at a temperature suitable for the growth of the silicon single crystal 8, and the pulling wire 9 is unwound. The tip of the seed crystal 2 is brought into close contact with the surface of the silicon melt 10, and the crucible 7 and the seed crystal 2 are gently pulled up while rotating them in opposite directions, and the neck portion 8 a and the enlarged diameter portion 8 b of the silicon single crystal 8 are separated. Form. After that, when the diameter of the enlarged diameter portion 8b of the silicon single crystal 8 reaches a desired value, the pulling speed of the silicon single crystal 8 and the temperature of the silicon melt are adjusted, and the process for forming the single crystal constant diameter portion 8c is started. Transition.
【0044】シリコン単結晶8の定径部8cの形成工程
では、引上げワイヤー9の巻き上げ速度を調整し、上述
のシミュレーションで得られた単結晶の成長速度となる
ように引上げワイヤー9を徐々に巻き取って、シリコン
単結晶8の定径部8cを形成していく。これによって、
シリコン単結晶8の定径部8cに導入される結晶欠陥の
サイズや密度が所望の値とされる。In the step of forming the constant diameter portion 8c of the silicon single crystal 8, the winding speed of the pulling wire 9 is adjusted, and the pulling wire 9 is gradually wound so that the growth speed of the single crystal obtained by the above simulation is obtained. Then, a constant diameter portion 8c of the silicon single crystal 8 is formed. by this,
The size and density of crystal defects introduced into constant diameter portion 8c of silicon single crystal 8 are set to desired values.
【0045】その後、定径部8cを必要長さ引き上げた
ら、再びシリコン単結晶8の引上速度とシリコン融液の
温度を変化させて、不図示の単結晶縮径部の形成工程に
移行し、シリコン単結晶8の直径を徐々に縮径していっ
てシリコン単結晶8をシリコン融液10から切り離す。
シリコン単結晶8をシリコン融液10から切り離した後
は、静かに育成炉1の上方で単結晶が常温付近まで冷え
るを待ち、最後にシリコン単結晶8を育成炉1から取り
出して育成を終了する。Then, after the constant diameter portion 8c is pulled up to the required length, the pulling speed of the silicon single crystal 8 and the temperature of the silicon melt are changed again, and the process shifts to the step of forming a single crystal reduced diameter portion (not shown). Then, the diameter of the silicon single crystal 8 is gradually reduced to separate the silicon single crystal 8 from the silicon melt 10.
After the silicon single crystal 8 is separated from the silicon melt 10, the silicon single crystal 8 is gently waited for the single crystal to cool to around room temperature above the growth furnace 1, and finally the silicon single crystal 8 is taken out of the growth furnace 1 to finish the growth. .
【0046】そして、このシリコン単結晶8からシリコ
ン単結晶ウェーハを得る場合には、シリコン単結晶8を
シリコン単結晶製造装置100の育成炉1から取り出し
た後に、ワイヤーソー等によりウェーハ状にスライス加
工してウェーハ状となし、その後、面取り、ラッピン
グ、エッチング、鏡面研磨の各工程を経てシリコン単結
晶ウェーハとする。この後、さらにウェーハ表層に存在
する結晶欠陥を適宜排除するためには、シリコン単結晶
ウェーハを熱処理炉に入れ高温で熱処理を加えてもよ
い。When a silicon single crystal wafer is obtained from the silicon single crystal 8, the silicon single crystal 8 is taken out from the growth furnace 1 of the silicon single crystal manufacturing apparatus 100, and then sliced into a wafer by a wire saw or the like. Then, a silicon single crystal wafer is formed through each of the steps of chamfering, lapping, etching, and mirror polishing. Thereafter, the silicon single crystal wafer may be placed in a heat treatment furnace and subjected to a heat treatment at a high temperature in order to further eliminate crystal defects existing on the wafer surface layer.
【0047】なお、シミュレーションを実施するにあた
り、電子計算機に入力する値によっては、得られる算出
値に誤差を生じる場合もある。このような場合な、当然
ではあるが実際にシリコン単結晶を引き上げて品質を確
認した後にシミュレーション結果に補正を加えることに
よって、適切な操業条件や結晶冷却雰囲気を見出すこと
ができる。In performing a simulation, an error may occur in the calculated value depending on the value input to the computer. In such a case, as a matter of course, by appropriately pulling up the silicon single crystal and confirming the quality, and then correcting the simulation result, it is possible to find an appropriate operating condition and crystal cooling atmosphere.
【0048】以上、CZ法によるシリコン単結晶の育成
例を挙げて本発明の具体例を説明したが、本発明はこれ
のみに限定されるものではない。例えば、本発明のシリ
コン単結晶の育成に用いる種結晶ならびにシリコン単結
晶の製造方法は、シリコン融液に磁場を印加しながら単
結晶を育成する、MCZ法(Magnetic Field Applied
Czochralski Method:磁界下引上法)を用いたシリ
コン単結晶の製造にも、当然適用することが可能であるAs described above, the specific example of the present invention has been described with reference to the example of growing a silicon single crystal by the CZ method, but the present invention is not limited to this. For example, the seed crystal used for growing a silicon single crystal and the method for producing a silicon single crystal according to the present invention include a MCZ method (Magnetic Field Applied) for growing a single crystal while applying a magnetic field to a silicon melt.
Naturally, it can also be applied to the production of silicon single crystals using the Czochralski method (magnetic field pulling method).
【0049】[0049]
【実施例】以下、本発明の効果を確認するために行なっ
た実験について説明する。 (実施例1)図1に示す装置100を用い、COPとし
て観察される空孔起因のグローンイン欠陥の密度が最小
となる操業条件を求めるため、必要な条件を入力し次の
シミュレーションを行った。なお、上部炉内構造物9と
して円筒状の黒鉛製冷却筒を用い、結晶保温効果を高め
ている。まず、シリコン単結晶を育成する際に、単結晶
育成時にもたらされる結晶の冷却熱履歴を算出するた
め、総合伝熱解析プログラムFEMAGを用いて、シリ
コン単結晶製造装置の加熱ヒータ、断熱材、ルツボ等の
炉内構造物の配置や組成等のデータを入力し、口径が6
0cmのルツボによりシリコン融液100kgを満たし
たルツボから、直径200mmのシリコン単結晶を引き
上げた場合の、結晶中心の引上げ軸方向の温度分布と結
晶成長速度(引上速度)との関係を求めた。EXAMPLES Experiments performed to confirm the effects of the present invention will be described below. (Example 1) Using the apparatus 100 shown in FIG. 1, in order to find the operating conditions at which the density of the grown-in defects caused by vacancies observed as COP is minimized, necessary conditions were input and the following simulation was performed. Note that a cylindrical graphite cooling cylinder is used as the upper furnace internal structure 9 to enhance the crystal heat retaining effect. First, when a silicon single crystal is grown, the total heat transfer analysis program FEMAG is used to calculate the cooling heat history of the crystal brought during the growth of the single crystal. Enter the data such as the layout and composition of the furnace internals such as
When a silicon single crystal having a diameter of 200 mm was pulled from a crucible filled with 100 kg of silicon melt using a 0 cm crucible, the relationship between the temperature distribution in the pulling axis direction of the crystal center and the crystal growth rate (pulling rate) was determined. .
【0050】次に、このシミュレーションから求められ
た結晶中心の引上げ軸方向の温度分布と結晶成長速度
(引上速度)との関係を、シリコン単結晶育成時に結晶
内部に形成される結晶欠陥のシミュレーション・プログ
ラムに入力し解析を行った。なお、本実施例において単
結晶育成時に形成される結晶欠陥をシミュレーションす
るコンピュータ・シミュレーション・プログラムとして
は、MITで開発されたDEFGENを使用して解析を
行っている。図1の装置100を用いた場合の、DEF
GENによるシリコン単結晶に導入される結晶欠陥の解
析結果を図2に示す。図2は、シリコン単結晶の引上速
度毎に、横軸に空孔起因のグローンイン欠陥のサイズ
を、縦軸に同じく密度を取り、ぞれぞれの分布をグラフ
として示した図である。Next, the relationship between the temperature distribution in the direction of the pulling axis of the crystal center and the crystal growth rate (pulling rate) obtained from this simulation was evaluated by simulating the crystal defects formed inside the crystal during silicon single crystal growth.・ I entered the program and analyzed it. In this embodiment, analysis is performed using DEFGEN developed by MIT as a computer simulation program for simulating crystal defects formed during single crystal growth. DEF using the apparatus 100 of FIG. 1
FIG. 2 shows the result of analysis of crystal defects introduced into the silicon single crystal by GEN. FIG. 2 is a graph showing, for each pulling speed of the silicon single crystal, the abscissa plotting the size of the grown-in defects caused by vacancies, and the ordinate plotting the same density, and the distribution of each is shown as a graph.
【0051】図2の予測結果において、サイズ0.05
μm以上の欠陥密度と結晶引上速度ととの関係を見る
と、図3に示されるような関係となる。図3に示される
結果を見ると、引上速度を0.5mm/minの低速か
ら1.3mm/minまでの高速に変化させた場合、欠
陥密度は引上速度を上げるに従って一旦低下するもの
の、引上速度が0.7mm/minとなる近傍を極小と
して、今度は徐々に増加する傾向をたどって行くことが
わかる。また、図3のグラフからは、引上速度が0.7
mm/min近傍を境として、引上速度が低速寄りであ
るときに、欠陥密度の変化が大きくなることも確認でき
る。In the prediction result of FIG.
Looking at the relationship between the defect density of μm or more and the crystal pulling speed, the relationship is as shown in FIG. According to the results shown in FIG. 3, when the pulling speed is changed from a low speed of 0.5 mm / min to a high speed of 1.3 mm / min, the defect density temporarily decreases as the pulling speed is increased. It can be seen that the vicinity where the pulling speed is 0.7 mm / min is minimized, and this time it follows a tendency to gradually increase. Also, from the graph of FIG.
It can also be confirmed that the change in the defect density increases when the pulling speed is closer to the low speed from the vicinity of mm / min.
【0052】従って、図1の装置100を用いて、CO
Pとして観察される空孔起因のグローンイン欠陥の密度
を最小としつつ、直径200mmのシリコン単結晶を引
き上げるには、0.7mm/min付近の引上速度でシ
リコン単結晶が育成されるように操業条件を調整して単
結晶製造を行なえば好ましいことがわかる。そして、こ
のシミュレーションの結果によれば、この時のサイズ
0.05μm以上の欠陥密度は2.7×105個/cm
3になるものと予測される。Therefore, using the apparatus 100 of FIG.
In order to pull up a silicon single crystal having a diameter of 200 mm while minimizing the density of vacancy-induced grown-in defects observed as P, the silicon single crystal was grown at a pulling speed of about 0.7 mm / min. It can be seen that it is preferable to produce a single crystal by adjusting the conditions. According to the result of this simulation, the defect density with a size of 0.05 μm or more at this time is 2.7 × 10 5 defects / cm 2
It is expected to be 3.
【0053】また、この欠陥密度が最小近傍となる、1
400〜1412℃の結晶中心の引上げ軸方向における
平均の温度勾配をG、結晶成長速度(引上速度)をFと
したときに、F/Gにより示される値は、上述のシミュ
レーションから、シリコン半導体結晶の内部に現れるO
SFリング域が結晶軸中心で消滅するときのF/Gの値
を基準値A0として、そのA0の1.2〜1.3倍の領域
となっていることが算出された。When the defect density is close to the minimum, 1
When the average temperature gradient in the pulling axis direction of the crystal center at 400 to 1412 ° C. is G, and the crystal growth rate (pulling rate) is F, the value indicated by F / G is based on the above-described simulations. O appearing inside the crystal
With the value of F / G when the SF ring area disappears at the center of the crystal axis as the reference value A0, it was calculated that the area was 1.2 to 1.3 times the value of A0.
【0054】次に、上記のシミュレーション結果をもと
に、図1の装置100を用いて口径が60cmのルツボ
に多結晶シリコン原料100kgを仕込み、加熱ヒータ
により原料を融解して直径200mmのシリコン単結晶
を引き上げた。このシリコン単結晶の平均引上速度は
0.69mm/minであった。そして、このシリコン
単結晶からシリコンウェーハを作製し、大きさが0.0
5μm以上の空孔起因の結晶欠陥をLST(Laser Sca
ttering Tomography:赤外光散乱トモグラフィー)に
より観察し、シミュレーション結果と比較したところ、
結晶欠陥の体積密度は約2.5×105個/cm3とな
り、略シミュレーションに近い結晶品質を有するシリコ
ン単結晶を得ることができた。Next, based on the above simulation results, 100 kg of polycrystalline silicon raw material was charged into a crucible having a diameter of 60 cm using the apparatus 100 shown in FIG. 1, and the raw material was melted by a heater to form a silicon single crystal having a diameter of 200 mm. The crystal was pulled up. The average pulling speed of this silicon single crystal was 0.69 mm / min. Then, a silicon wafer is produced from this silicon single crystal, and the size is 0.0
LST (Laser Sca)
ttering Tomography (infrared light scattering tomography) and compared with the simulation results,
The volume density of crystal defects was about 2.5 × 10 5 / cm 3 , and a silicon single crystal having a crystal quality close to that of a simulation could be obtained.
【0055】(実施例2)今度は、図2のシミュレーシ
ョン結果をもとに、図1の装置による代表的な欠陥サイ
ズとシリコン単結晶の引上速度との関係を求めた。ここ
で代表的な欠陥サイズとは、図2に示すグラフにおい
て、各引上速度に対し横軸に示される欠陥サイズのピー
ク値を言い、この値と引上速度との関係を図4に示し
た。(Example 2) The relationship between the typical defect size and the pulling speed of the silicon single crystal by the apparatus of FIG. 1 was obtained based on the simulation result of FIG. Here, the typical defect size refers to the peak value of the defect size shown on the horizontal axis with respect to each pulling speed in the graph shown in FIG. 2, and the relationship between this value and the pulling speed is shown in FIG. Was.
【0056】図4の結果によれば、引上速度を0.5m
m/minの低速から1.3mm/minまで変化させ
た場合に、空孔起因のグローンイン欠陥のサイズは引上
速度を上げるに従って急激に拡大し、引上速度が0.8
5mm/min付近域で極大を示すようになる。そし
て、0.85mm/minを超えてさらに引上速度を速
めると、今度は縮小に転じ徐々に欠陥サイズが小さくな
っていくことがわかる。また、図4及び図3の結果を比
較すると、シリコン単結晶の育成時に導入される空孔起
因のグローンイン欠陥の密度が極小となる引上速度と、
サイズが極大を示す引上速度とは必ずしも一致しておら
ず、お互いの極値を示す操業条件に相違があることが理
解できる。According to the results shown in FIG. 4, the lifting speed is 0.5 m
When the speed is changed from a low speed of m / min to 1.3 mm / min, the size of the vacancy-induced grown-in defect increases rapidly as the pulling speed is increased, and the pulling speed becomes 0.8.
The maximum appears in the vicinity of 5 mm / min. Then, when the pulling speed is further increased beyond 0.85 mm / min, it turns out that this time, the size of the defect is gradually reduced and the defect size is gradually reduced. In addition, comparing the results of FIG. 4 and FIG. 3, the pulling speed at which the density of the grown-in defect caused by vacancies introduced during the growth of the silicon single crystal is minimized,
It can be understood that the pulling speed at which the size indicates the maximum is not always the same, and there is a difference in the operating conditions indicating the extreme values of each other.
【0057】実施例2において、欠陥サイズが極大を示
す引上速度0.85mm/min近傍にて、1400〜
1412℃の結晶中心の引上げ軸方向における平均の温
度勾配をG、結晶成長速度(引上速度)をFとしたとき
のF/Gを求めたところ、前記A0の1.3〜1.4倍
の領域に属するものとなることがわかった。In the second embodiment, at a pulling speed of 0.85 mm / min, where the defect size shows a maximum, 1400
When the average temperature gradient of the crystal center at 1412 ° C. in the direction of the pulling axis was G, and the crystal growth rate (pulling rate) was F, the F / G was found to be 1.3 to 1.4 times A0. It was found that it belongs to the region of.
【0058】さらに、これらの結果を踏まえれば、空孔
起因のグローンイン欠陥のサイズや密度をより容易に調
整するには、F/Gの値が前記A0の1.2倍以下とな
る値に操業条件や育成炉内部の温度環境を整えてシリコ
ン単結晶を育成すれば好ましいことがわかる。特に、結
晶欠陥のサイズを小さくするよう引上速度を選択する場
合等において、図4のグラフによると、0.85mm/
min以上の高速の引上速度を用いて欠陥サイズを小さ
くするよりも、0.7mm/min以下の引上速度で欠
陥サイズが所望の値となる操業条件を選択した方が、操
業条件を大きく変化させることなく欠陥サイズの調整を
図ることができる。Further, based on these results, in order to more easily adjust the size and density of the vacancy-induced grown-in defects, the value of F / G must be reduced to a value not more than 1.2 times A0. It is understood that it is preferable to grow a silicon single crystal by adjusting the conditions and the temperature environment inside the growth furnace. Particularly, when the pulling speed is selected so as to reduce the size of the crystal defects, according to the graph of FIG.
Rather than using a high-speed pulling speed of at least min to reduce the defect size, selecting operating conditions at which the defect size has a desired value at a pulling speed of 0.7 mm / min or less increases the operating conditions. The defect size can be adjusted without changing it.
【0059】以上の結果をもとに、図1の装置100を
用いて、実施例1と同条件で平均引上速度を0.85m
m/minとなるように操業条件を調整して直径200
mmのシリコン単結晶を育成した。そして、この単結晶
をシリコンウェーハに加工して大きさが0.05μm以
上となる結晶欠陥サイズの分布をTEM(Transmission
Electron Microscopy:透過型電子顕微鏡)にて確認
したところ、0.15μm付近の大きさのCOPが最も
多く観察された。Based on the above results, the average lifting speed was set to 0.85 m using the apparatus 100 of FIG.
m / min to adjust the operating conditions to 200 mm / min.
mm single crystal silicon was grown. Then, the single crystal is processed into a silicon wafer, and the distribution of crystal defect sizes having a size of 0.05 μm or more is determined by TEM (Transmission).
Electron Microscopy (transmission electron microscope) confirmed that COP having a size of about 0.15 μm was most frequently observed.
【図1】シリコン単結晶の製造装置の一例を示す断面模
式図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an apparatus for manufacturing a silicon single crystal.
【図2】単結晶育成時に形成される結晶欠陥のコンピュ
ータ・シミュレーション結果から求めた、シリコン単結
晶の各種引上速度における、空孔起因のグローンイン欠
陥のサイズと密度との関係を示す線図。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the size and density of vacancy-induced glow-in defects at various pulling speeds of a silicon single crystal, obtained from computer simulation results of crystal defects formed during single crystal growth.
【図3】図2の線図から求めた、サイズ0.05μm以
上の欠陥の密度と引上速度との関係を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the density of defects having a size of 0.05 μm or more and the pulling speed, which is obtained from the diagram of FIG. 2;
【図4】図2の線図から求めた代表的な欠陥サイズとシ
リコン単結晶の引上速度との関係を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a typical defect size obtained from the diagram of FIG. 2 and a pulling speed of a silicon single crystal.
1 育成炉 5 断熱材 6 加熱ヒータ 8 シリコン単結晶 9 上部炉内構造物 100 シリコン単結晶製造装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Growth furnace 5 Heat insulating material 6 Heater 8 Silicon single crystal 9 Upper furnace internal structure 100 Silicon single crystal manufacturing apparatus
Claims (9)
結晶を製造する方法において、 シリコン単結晶を育成するための操業条件ならびに育成
炉内部の温度条件を電子計算機にデータとして入力し、 結晶内部に導入される空孔起因のグローンイン欠陥のサ
イズならびに密度とシリコン単結晶の成長速度との関係
を、電子計算機を用いたシミュレーションにより求め、 そのシミュレーション結果に基づいて、結晶内部に導入
される空孔起因のグローンイン欠陥のサイズと密度とが
所望の値となるように成長速度を選択し、シリコン単結
晶を育成する、 ことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。1. A method for producing a silicon single crystal using the Czochralski method, comprising: inputting operating conditions for growing a silicon single crystal and temperature conditions inside a growth furnace as data to an electronic computer; The relationship between the size and density of the grown-in defect caused by the introduced vacancies and the growth rate of the silicon single crystal was determined by a simulation using an electronic computer. Growing a silicon single crystal by selecting a growth rate so that the size and density of the grown-in defect become desired values.
ズならびに密度とシリコン単結晶の成長速度との関係
を、電子計算機を用いたシミュレーションにより求め、 そのシミュレーション結果に基づいて、結晶内部に導入
される前記空孔起因の結晶欠陥の密度が略最小となる成
長速度でシリコン単結晶を育成することを特徴とする請
求項1記載のシリコン単結晶の製造方法。2. The relationship between the size and density of the vacancy-induced grown-in defects and the growth rate of a silicon single crystal is determined by a simulation using an electronic computer, and is introduced into the crystal based on the simulation result. 2. The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the silicon single crystal is grown at a growth rate at which the density of the vacancy-induced crystal defects is substantially minimized.
ズならびに密度とシリコン単結晶の成長速度との関係
を、電子計算機を用いたシミュレーションにより求め、 そのシミュレーション結果に基づいて、結晶内部に導入
される前記空孔起因のグローンイン欠陥のサイズが略最
大となる成長速度でシリコン単結晶を育成することを特
徴とする請求項1記載のシリコン単結晶の製造方法。3. The relationship between the size and density of the vacancy-induced grown-in defects and the growth rate of a silicon single crystal is determined by simulation using an electronic computer, and is introduced into the crystal based on the simulation result. 2. The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the silicon single crystal is grown at a growth rate at which the size of the vacancy-induced grown-in defect becomes substantially maximum.
晶の製造方法において、 結晶内部に導入される空孔起因のグローンイン欠陥の密
度を略最小とするために、シリコン単結晶の成長速度を
F(mm/min)、育成されるシリコン単結晶の固液
界面での結晶中心の引上軸方向における温度勾配をG
(℃/mm)として、シリコン半導体結晶の内部に現れ
るOSFリング域が結晶軸中心で消滅する条件に対応す
るF/Gの値をA0と定めたときに、 前記F/Gの値が1.2A0以上1.3A0以下の範囲と
なるように、前記F及び/又はGの値を調整してシリコ
ン単結晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の
製造方法。4. A method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method, wherein the growth rate of the silicon single crystal is set to F (mm) in order to substantially minimize the density of a grown-in defect caused by vacancies introduced into the inside of the crystal. / Min), and the temperature gradient in the pulling axis direction of the crystal center at the solid-liquid interface of the silicon single crystal to be grown is represented by G
(° C./mm), when the value of F / G corresponding to the condition that the OSF ring region appearing inside the silicon semiconductor crystal disappears at the center of the crystal axis is defined as A 0, the value of F / G is 1. A method for producing a silicon single crystal, wherein a silicon single crystal is grown by adjusting the values of F and / or G so as to be in a range of 2A0 or more and 1.3A0 or less.
晶の製造方法において、 結晶内部に導入される空孔起因のグローンイン欠陥のサ
イズを略最大とするために、シリコン単結晶の成長速度
をF(mm/min)、育成されるシリコン単結晶の固
液界面での結晶中心の引上軸方向における温度勾配をG
(℃/mm)として、シリコン半導体結晶の内部に現れ
るOSFリング域が結晶軸中心で消滅する条件に対応す
るF/Gの値をA0と定めたときに、 前記F/Gの値が1.3A0以上1.4A0以下の範囲と
なるように、前記F及び/又はGの値を調整してシリコ
ン単結晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の
製造方法。5. The method of manufacturing a silicon single crystal according to the Czochralski method, wherein the growth rate of the silicon single crystal is set to F (mm) in order to substantially maximize the size of a grown-in defect caused by a hole introduced into the crystal. / Min), and the temperature gradient in the pulling axis direction of the crystal center at the solid-liquid interface of the silicon single crystal to be grown is represented by G
(° C./mm), when the value of F / G corresponding to the condition that the OSF ring region appearing inside the silicon semiconductor crystal disappears at the center of the crystal axis is defined as A 0, the value of F / G is 1. A method for producing a silicon single crystal, characterized in that a silicon single crystal is grown by adjusting the values of F and / or G so as to be in a range of 3A0 or more and 1.4A0 or less.
晶の製造方法において、 結晶内部に導入される空孔起因のグローンイン欠陥のサ
イズを所望の値とするために、シリコン単結晶の成長速
度をF(mm/min)、育成されるシリコン単結晶の
固液界面での結晶中心の引上軸方向における温度勾配を
G(℃/mm)として、シリコン半導体結晶の内部に現
れるOSFリング域が結晶軸中心で消滅する条件に対応
するF/Gの値をA0と定めたときに、 前記F/Gの値が1.2A0以下となる範囲で、前記F
及び/又はGの値を調整してシリコン単結晶を育成する
ことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。6. A method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method, wherein the growth rate of the silicon single crystal is set to F ( mm / min), and the temperature gradient in the pulling axis direction of the crystal center at the solid-liquid interface of the silicon single crystal to be grown is G (° C./mm), and the OSF ring region appearing inside the silicon semiconductor crystal is the center of the crystal axis. When the value of F / G corresponding to the condition that disappears in step is defined as A0, the F / G is set within a range of 1.2A0 or less.
And / or adjusting the value of G to grow a silicon single crystal.
ン単結晶の、固液界面での結晶中心の引上軸方向におけ
る前記温度勾配G(℃/mm)を、1400℃から14
12℃までの平均の温度勾配と近似して前記F/Gの値
を求め、この値に基づいて前記F及び/又はGの値を調
整してシリコン単結晶を育成することを特徴とする請求
項4ないし6のいずれかに記載のシリコン単結晶の製造
方法。7. The temperature gradient G (° C./mm) of the silicon single crystal pulled from the silicon melt in the pulling axis direction of the crystal center at the solid-liquid interface is changed from 1400 ° C. to 14 ° C.
The value of F / G is obtained by approximating an average temperature gradient up to 12 ° C., and the value of F and / or G is adjusted based on this value to grow a silicon single crystal. Item 7. The method for producing a silicon single crystal according to any one of Items 4 to 6.
法により育成されたシリコン単結晶を用いて製造され、
該シリコン単結晶ウェーハに存在する結晶欠陥のうち、
サイズが0.05μm以上の前記空孔起因の結晶欠陥密
度が、3×105個/cm3以下であることを特徴とす
るシリコン単結晶ウェーハ。8. A method using a silicon single crystal grown by the method according to any one of claims 1 to 7,
Among the crystal defects present in the silicon single crystal wafer,
A silicon single crystal wafer, wherein the density of crystal defects caused by the holes having a size of 0.05 μm or more is 3 × 10 5 / cm 3 or less.
晶製造装置の設計方法であって、 シリコン単結晶を育成するための操業条件ならびに育成
炉内部の温度条件を電子計算機にデータとして入力し、 結晶内部に導入される前記空孔起因のグローンイン欠陥
のサイズ及び密度と、シリコン単結晶製造装置の育成炉
内部に形成されるシリコン単結晶の冷却温度雰囲気との
関係を、電子計算機を用いたシミュレーションにより求
め、 そのシミュレーション結果に基づいて、結晶内部に導入
される前記空孔起因のグローンイン欠陥のサイズと密度
とを所望の値とするための、育成炉内部の温度分布設計
を行なうことを特徴とするシリコン単結晶製造装置の設
計方法。9. A method for designing a silicon single crystal manufacturing apparatus by the Czochralski method, comprising: inputting operating conditions for growing a silicon single crystal and temperature conditions inside a growing furnace as data to an electronic computer; The relationship between the size and density of the vacancy-induced grown-in defects introduced into the silicon single crystal manufacturing apparatus and the cooling temperature atmosphere of the silicon single crystal formed inside the growth furnace of the silicon single crystal manufacturing apparatus was determined by simulation using an electronic computer. Based on the simulation result, a temperature distribution inside the growth furnace is designed so that the size and density of the vacancy-induced grown-in defects introduced into the crystal are set to desired values. Design method for single crystal manufacturing equipment.
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