JP5070737B2 - Method for producing FZ single crystal silicon using silicon crystal rod produced by CZ method as raw material - Google Patents
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Description
本発明は、FZ法(フローティングゾーン法または浮遊帯溶融法)によるシリコン単結晶の製造方法に関するものであり、より詳しくはFZ法により所定の抵抗率で且つ高品質なP型またはN型のシリコン単結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal by FZ method (floating zone method or floating zone melting method), and more specifically, high-quality P-type or N-type silicon having a predetermined resistivity by FZ method. The present invention relates to a method for producing a single crystal.
従来、高耐圧パワーデバイスやサイリスタ等のパワーデバイス作製用にはFZ法により製造されたシリコンウェーハが使用されてきた。また近年、半導体デバイスの性能向上とコストの低減のため、大口径のシリコンウェーハが求められ、これに伴って大口径シリコン単結晶の育成が要求されている。 Conventionally, silicon wafers manufactured by the FZ method have been used for manufacturing power devices such as high voltage power devices and thyristors. In recent years, in order to improve the performance of semiconductor devices and reduce costs, a large-diameter silicon wafer has been demanded, and accordingly, growth of a large-diameter silicon single crystal has been demanded.
FZ法によってシリコン単結晶を製造する場合、シリコン多結晶原料棒の先端を、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中でヒータコイル等を用いた高周波誘導加熱により溶解し、種結晶と接触させてなじませた後、部分的な溶融帯域を、通常、原料棒の下部から上部に向かって移動させることにより、種結晶と同じ結晶軸をもつ単結晶化を行っている。 When producing a silicon single crystal by the FZ method, the tip of a silicon polycrystalline material rod is melted by high-frequency induction heating using a heater coil or the like in an inert gas atmosphere such as argon, and brought into contact with a seed crystal. Thereafter, the partial melting zone is usually moved from the lower part to the upper part of the raw material rod, thereby performing single crystallization having the same crystal axis as that of the seed crystal.
また、FZ法によって製造されるシリコン単結晶(FZ単結晶シリコン)の抵抗率を所定の抵抗率にコントロールする方法としては、FZ法で単結晶化を行っている際にN型単結晶にする場合はホスフィン(PH3)、P型単結晶にする場合はジボラン(B2H6)をそれぞれ含むアルゴンガスを、所定の抵抗率に応じて、ノズルを用いて溶融部に吹き付けるガスドープ法(例えば、非特許文献1参照)と、ドーパントをドープする事なしに(ノンドープで)FZ法によりシリコン単結晶を成長させた後、該単結晶棒を原子炉内に挿入し中性子照射をする事により、30Siを31Pに核反応で変化さたドーパントでドープする方法(Neutron Transmutation Doping, NTD)(非特許文献2、特許文献1)がある。 Further, as a method of controlling the resistivity of a silicon single crystal (FZ single crystal silicon) manufactured by the FZ method to a predetermined resistivity, an N-type single crystal is formed when single crystallization is performed by the FZ method. In the case of phosphine (PH 3 ) in the case of P-type single crystal, argon gas containing diborane (B 2 H 6 ) in the case of P-type single crystal is sprayed on the melted part using a nozzle according to a predetermined resistivity (for example, Non-Patent Document 1), and after growing a silicon single crystal by the FZ method without doping a dopant (non-doped), the single crystal rod is inserted into a nuclear reactor and irradiated with neutrons. method for doping with a dopant that changes the 30 Si to 31 P nuclear reaction (Neutron Transmutation doping, NTD) (non-Patent Document 2, Patent Document 1) That.
通常、FZ単結晶シリコンの原料としては、棒状の多結晶シリコンを使用する。しかし、FZ法で原料として必要である多結晶シリコン(FZ用多結晶シリコン棒)は、高純度で、クラックやワレが生じにくく、均一な粒界組織であり、製造するFZ単結晶シリコンに適した直径値で、扁平やクランクが少なくなく、表面状態の良い円柱状である事が必要とされる。このようなFZ用多結晶シリコン棒の製造は、CZ法で使用されるナゲット状の多結晶シリコンの製造に比較して、歩留りや、生産性が非常に低い。 Usually, rod-shaped polycrystalline silicon is used as a raw material for FZ single crystal silicon. However, the polycrystalline silicon (polycrystalline silicon rod for FZ) required as a raw material in the FZ method has high purity, hardly generates cracks and cracks, has a uniform grain boundary structure, and is suitable for FZ single crystal silicon to be manufactured. It is necessary to have a cylindrical shape with a good surface condition with a flat diameter and a small number of diameters. The manufacture of such a polycrystalline silicon rod for FZ is very low in yield and productivity as compared with the manufacture of nugget-like polycrystalline silicon used in the CZ method.
その上、近年、直径300mm向けを中心としたCZ法で使用される多結晶シリコン(CZ用多結晶シリコン)の需要が大幅に増加しており、更に、太陽電池向けの多結晶シリコンの需要も急激に増加している。この事から、形状、純度等の品質規格が厳しく、生産性も低い上に、コストも高いFZ用多結晶シリコン棒の供給が需要に対して逼迫しており、また価格も非常に高くなっている。その結果、良質なFZ用多結晶シリコンの確保が難しくなり、FZ単結晶シリコンを安定して製造する事が困難になってきている。 In addition, in recent years, the demand for polycrystalline silicon (polycrystalline silicon for CZ) used in the CZ method centering on 300 mm diameter has increased significantly, and there has also been a demand for polycrystalline silicon for solar cells. It is increasing rapidly. Because of this, quality standards such as shape and purity are strict, the productivity is low, and the supply of high-cost polycrystalline silicon rods for FZ is tight against the demand, and the price is also very high. Yes. As a result, it becomes difficult to secure high-quality polycrystalline silicon for FZ, and it has become difficult to stably manufacture FZ single-crystal silicon.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、FZ法で使用する高価な多結晶シリコン原料棒の代わりに高品質で安定した供給が得られる原料を使用することにより、FZ法で製造されるシリコン単結晶を所定の抵抗率で、安定して製造する方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to use a raw material that can provide a high-quality and stable supply instead of an expensive polycrystalline silicon raw material rod used in the FZ method. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for stably producing a silicon single crystal produced by the FZ method with a predetermined resistivity.
上記目的達成のため、FZ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、CZ法により製造された抵抗率が50Ω・cm以上のP型またはN型のシリコン結晶棒をシリコン原料棒として、該シリコン原料棒にシリコン原料棒と同一導電型の不純物をガスドープすることにより、前記シリコン原料棒を所望の抵抗率のP型またはN型のシリコン単結晶に再結晶化させることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, a silicon single crystal manufacturing method by the FZ method, wherein a P-type or N-type silicon crystal rod having a resistivity of 50 Ω · cm or more manufactured by the CZ method is used as a silicon raw material rod, the silicon A silicon single crystal characterized by recrystallizing the silicon raw material rod into a P-type or N-type silicon single crystal having a desired resistivity by gas doping the raw material rod with an impurity having the same conductivity type as the silicon raw material rod that provides a method of manufacturing.
このように、CZ法によりFZ法のシリコン原料棒を作製することにより、高純度で、クラックやワレが生じにくく、均一なシリコン結晶棒を安定して製造することができる。更に、FZ法で製造したいシリコン単結晶の直径に適したシリコン原料棒を製造することができ、扁平やクランクが少なく、表面状態が良い、シリコン原料棒を安定して供給できる。
そして、CZ法で製造したシリコン原料棒は酸素が不可避的に混入するため、酸素濃度が高くなり易いが、FZ法でゾーニングを行う際、原料棒に含まれる酸素を飛散させることができるため、0.5ppma以下というFZ法でよく使用される多結晶シリコンを原料としたとき並みの酸素濃度の低いシリコン単結晶を得ることができる。
更に、シリコン原料棒と同一導電型の不純物をガスドープすることにより、シリコン原料棒と反対の導電型の不純物をガスドープする必要がないので、所望の抵抗率にコントロールし易くなり、電気特性の良いFZシリコン単結晶となる。
Thus, by producing a silicon raw material rod of the FZ method by the CZ method, it is possible to stably produce a uniform silicon crystal rod having high purity and being less prone to cracks and cracks. Furthermore, a silicon raw material rod suitable for the diameter of the silicon single crystal to be produced by the FZ method can be produced, and a silicon raw material rod having a flat surface, a small crank, a good surface state, and the like can be stably supplied.
And since the silicon raw material rod manufactured by the CZ method inevitably contains oxygen, the oxygen concentration tends to be high, but when performing zoning by the FZ method, oxygen contained in the raw material rod can be scattered, It is possible to obtain a silicon single crystal having a low oxygen concentration that is equivalent to that obtained when polycrystalline silicon often used in the FZ method of 0.5 ppma or less is used as a raw material.
Further, by gas doping impurities having the same conductivity type as that of the silicon raw material rod, it is not necessary to gas dope impurities having the same conductivity type as that of the silicon raw material rod, so that it is easy to control the desired resistivity and FZ has good electrical characteristics. It becomes a silicon single crystal.
また、前記ガスドープはシリコン原料棒の抵抗率の軸方向分布に応じて、軸方向でドープガス流量を変化させることにより、前記シリコン原料棒をシリコン単結晶に再結晶化することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。
このように、FZ法において、シリコン原料棒の抵抗率の軸方向分布に応じて、軸方向でドープガス流量を変化させることで、CZ法で作製されたシリコン原料棒の軸方向抵抗率に差がある場合でも、軸方向に均一な分布をもつFZシリコン単結晶を製造することができる。
In addition, the gas dope recrystallizes the silicon raw material rod into a silicon single crystal by changing the flow rate of the doping gas in the axial direction according to the axial distribution of resistivity of the silicon raw material rod. that provides a method of manufacturing a crystal.
As described above, in the FZ method, by changing the doping gas flow rate in the axial direction according to the axial distribution of the resistivity of the silicon raw material rod, there is a difference in the axial resistivity of the silicon raw material rod produced by the CZ method. Even in some cases, an FZ silicon single crystal having a uniform distribution in the axial direction can be manufactured.
この場合、前記CZ法により製造されるシリコン原料棒の抵抗率を500Ω・cm以上とすることができる。
CZ法により製造されるシリコン原料棒の抵抗率が低い場合には、CZ法での偏析の影響により、軸方向の結晶中の偏析したドーパント濃度が大きくなるため、これを修正するためのガスドープで添加するドーパント濃度が大きくなり、ドープガス流量を変化させても軸方向の抵抗率変化に追随できなくなる可能性がある。従って、本発明では、CZ結晶棒の抵抗を50Ω・cm以上とする必要があるが、さらにシリコン原料棒の抵抗率を500Ω・cm以上とすることにより、ガスドープにより、できたFZ法による単結晶の軸方向の抵抗率変化を少なくすることができる。
In this case, the resistivity of the silicon feed rod manufactured by the CZ method Ru can be 500 [Omega · cm or more.
When the resistivity of the silicon raw material rod produced by the CZ method is low, the concentration of the segregated dopant in the crystal in the axial direction increases due to the effect of segregation by the CZ method. There is a possibility that the dopant concentration to be added increases, and even if the doping gas flow rate is changed, it is impossible to follow the axial resistivity change. Therefore, in the present invention, the resistance of the CZ crystal rod needs to be 50 Ω · cm or more, but further, by making the resistivity of the silicon
また、本発明では、FZ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、CZ法により製造されたノンドープのシリコン結晶棒をシリコン原料棒として、該シリコン原料棒をFZ法によりノンドープで再結晶化させた後に中性子照射を実施することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。
このように、CZ法により製造されたノンドープのシリコン原料棒をFZ法によりノンドープで再結晶化させた後に中性子照射を実施することにより、ノンドープでFZ法によって製造されるシリコン単結晶を安定して製造することができ、且つその抵抗率を所定の抵抗率にコントロールすることができる。
Further, the present invention is a method for producing a silicon single crystal by the FZ method, wherein a non-doped silicon crystal rod produced by the CZ method is used as a silicon raw material rod, and the silicon raw material rod is recrystallized non-doped by the FZ method. performing a neutron irradiation that provides a method for manufacturing a silicon single crystal, wherein the after.
As described above, the non-doped silicon raw material rod produced by the CZ method is recrystallized non-doped by the FZ method and then neutron irradiation is performed, thereby stably stabilizing the silicon single crystal produced by the FZ method without doping. The resistivity can be controlled to a predetermined resistivity.
本発明に係るシリコン単結晶の製造方法であれば、FZ法で従来使われてきた多結晶シリコン原料棒が供給不足で価格が高騰している中でも、CZ法によって作製されたシリコン結晶棒を原料棒として使用することで、安定して高品質のシリコン単結晶を製造することができる。 In the method for producing a silicon single crystal according to the present invention, a polycrystalline silicon raw material rod that has been conventionally used in the FZ method is in short supply and the price is rising. By using it as a rod, a high-quality silicon single crystal can be produced stably.
以下、本発明について詳述する。
近年のシリコンウェーハの大口径化に伴い、CZ用多結晶シリコンの需要が増加している上に、太陽電池向けの多結晶シリコンの需要も急激に増加している。形状、純度等の品質規格が厳しく、生産性も低い上に、コストも高いFZ用多結晶シリコン棒は需要に対して供給が逼迫していて、さらに価格も非常に高くなっている。従って、良質なFZ用多結晶シリコン棒の確保が難しいため、安定したFZ単結晶シリコンの製造が困難となっている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
With the recent increase in diameter of silicon wafers, the demand for polycrystalline silicon for CZ is increasing, and the demand for polycrystalline silicon for solar cells is also increasing rapidly. The quality standards such as shape and purity are strict, the productivity is low, and the cost is high, and the FZ polycrystalline silicon rod is tightly supplied with the demand, and the price is very high. Therefore, since it is difficult to secure a high-quality FZ polycrystalline silicon rod, it is difficult to produce stable FZ single crystal silicon.
一方、CZ単結晶シリコンをそのままFZ用の原料シリコン棒として用いる場合には、二つの大きな問題がある。一つ目は、CZ法では石英ルツボ中にナゲット状の多結晶シリコンを入れ、これを溶融し、種結晶を融液表面に付け、引き上げてゆくことにより、CZ単結晶シリコンを成長させるが、融液が石英ルツボと接触しているため、この石英ルツボから10〜20ppmaもの酸素が製造されたシリコン単結晶中に混入することである。結晶中の酸素は、結晶育成中やデバイス製造中の熱処理により発生する酸素ドナーの影響で抵抗率が変化し、これがデバイス特性に悪影響を与える。二つ目は、CZ法では、偏析の影響でコーン側からテール側にゆくに従い、抵抗率が低下してしまうため、所定の狭い抵抗率公差の結晶を歩留りよく製造することができない。 On the other hand, when CZ single crystal silicon is used as it is as a raw material silicon rod for FZ, there are two major problems. First, in the CZ method, nugget-like polycrystalline silicon is placed in a quartz crucible, melted, seed crystals are attached to the surface of the melt, and pulled up to grow CZ single crystal silicon. Since the melt is in contact with the quartz crucible, 10 to 20 ppma of oxygen is mixed into the produced silicon single crystal from the quartz crucible. The resistivity of oxygen in the crystal changes due to the influence of an oxygen donor generated by heat treatment during crystal growth or device manufacturing, which adversely affects device characteristics. Secondly, in the CZ method, the resistivity decreases as it goes from the cone side to the tail side due to the effect of segregation, and thus crystals having a predetermined narrow resistivity tolerance cannot be manufactured with a high yield.
この現実に対して、本発明者は、CZ用多結晶シリコンはナゲット状にするため、FZ用多結晶シリコン原料棒と比較して安価で安定して手に入り易く、したがって、供給が比較的容易であるCZ単結晶シリコンをFZ法のシリコン原料棒として使用することで、安定してFZ用のシリコン原料棒を製造することができると考えた。 In contrast to this reality, the inventor of the present invention makes the polycrystalline silicon for CZ nugget-like, so it is cheaper and more stable and easier to obtain than the polycrystalline silicon raw material rod for FZ. It was considered that a silicon raw material rod for FZ could be stably produced by using easy CZ single crystal silicon as a silicon raw material rod for the FZ method.
さらに、本発明者は、50Ω・cm以上といった高抵抗率のCZ単結晶シリコン棒を原料として、原料棒と同一導電型のドーパントをドープしつつFZ法でゾーニングを行い、再結晶化することで、シリコン単結晶中の酸素を融液表面から飛散させ、結果としてFZシリコン単結晶中の酸素濃度を極めて低くし、所望の抵抗率、例えば、1000Ω・cm以下といったシリコン単結晶の製造を安定して提供できることを想到し、本発明を完成させた。 Further, the present inventor uses a high-resistivity CZ single crystal silicon rod of 50 Ω · cm or more as a raw material, performs zoning by the FZ method while doping a dopant having the same conductivity type as the raw material rod, and recrystallizes it. The oxygen in the silicon single crystal is scattered from the surface of the melt, and as a result, the oxygen concentration in the FZ silicon single crystal is extremely low, and the production of the silicon single crystal having a desired resistivity, for example, 1000Ω · cm or less is stabilized The present invention has been completed.
なお、大口径で高抵抗率のシリコンウェーハを得るために、CZ法により製造された抵抗率が1000Ω・cm以上のシリコン原料棒をFZ法により抵抗率が1000Ω・cm以上のシリコン単結晶に再結晶化させ、該再結晶化の際に、シリコン原料棒の導電型とは反対の導電型の不純物をガスドープし、抵抗率が3000Ω・cm以上という高抵抗率のシリコン単結晶を製造する方法が特開2005−306653号公報に開示されている。 In order to obtain a silicon wafer having a large diameter and a high resistivity, a silicon raw material rod having a resistivity of 1000 Ω · cm or more manufactured by the CZ method is re-converted into a silicon single crystal having a resistivity of 1000 Ω · cm or more by the FZ method. There is a method of crystallizing and gas-doping an impurity having a conductivity type opposite to the conductivity type of the silicon raw material rod during the recrystallization to produce a silicon single crystal having a high resistivity of 3000 Ω · cm or more. It is disclosed in JP-A-2005-306653.
しかしこの製造方法では、FZ法においてガスドープする際、CZ法でドープされた不純物とは反対の導電型の不純物をガスドープするため、1000Ω・cm以上の所望の抵抗率にしようとすると、ドーパントのドープ量は微量である。したがって、抵抗率のコントロールが困難となり、所望の抵抗率のものが得られなかったり、1000Ω・cm以上という高抵抗率のシリコン単結晶を製造できたとしても、実質的にはP型とN型の両方の不純物が混入しているので、電気特性上問題が生じ得る。 However, in this manufacturing method, when the gas doping is performed in the FZ method, an impurity having a conductivity type opposite to the impurity doped by the CZ method is gas-doped. The amount is very small. Therefore, even if it is difficult to control the resistivity and a desired resistivity cannot be obtained or a silicon single crystal having a high resistivity of 1000 Ω · cm or more can be manufactured, the P type and the N type are practically used. Since both of these impurities are mixed, problems in electrical characteristics may occur.
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
図2は従来のFZ単結晶シリコンの製造フローであり、図3は本発明でのCZ単結晶シリコンを原料としたFZ単結晶シリコンの製造フローである。 FIG. 2 is a manufacturing flow of conventional FZ single crystal silicon, and FIG. 3 is a manufacturing flow of FZ single crystal silicon using CZ single crystal silicon as a raw material in the present invention.
まず、FZ法で製造されるシリコン単結晶に使用するシリコン原料棒、例えば直径100〜150mmのシリコン結晶棒をCZ法により育成する。例えば直径130mmのシリコン結晶棒を育成する場合、例えば口径450mmの石英ルツボに60kgのナゲット状のシリコン多結晶を充填し、その後、ヒータによりシリコン多結晶を加熱溶融した原料融液に種結晶を浸し、種結晶を回転させながら所定の成長速度で例えば直径130mm、直胴長さ100cmのシリコン結晶を成長させる。このとき、例えば酸素濃度、カーボン濃度は特に限定されない。結晶方位としては、最終的にFZ法により製造するシリコン単結晶と同じとすることが好ましいが、必ずしも完全な単結晶となっている必要はない。FZ法において完全に単結晶化することができるからである。 First, a silicon raw material rod used for a silicon single crystal manufactured by the FZ method, for example, a silicon crystal rod having a diameter of 100 to 150 mm is grown by the CZ method. For example, when growing a silicon crystal rod having a diameter of 130 mm, for example, a quartz crucible having a diameter of 450 mm is filled with 60 kg of nugget-like silicon polycrystal, and then the seed crystal is immersed in a raw material melt obtained by heating and melting the silicon polycrystal with a heater. For example, a silicon crystal having a diameter of 130 mm and a straight body length of 100 cm is grown at a predetermined growth rate while rotating the seed crystal. At this time, for example, the oxygen concentration and the carbon concentration are not particularly limited. The crystal orientation is preferably the same as that of the silicon single crystal finally produced by the FZ method, but it is not necessarily required to be a complete single crystal. This is because complete single crystallization can be achieved in the FZ method.
なお、CZ法によりシリコン結晶棒を育成する際、所望の抵抗率となるように、所定量のドーパントを石英ルツボ内に投入してもよい。ドーパントとしては、例えば導電型をP型とする場合には、ボロンやガリウム等、導電型をN型とする場合には、リン、ヒ素、アンチモン等を高濃度にドープしたシリコン片を用いることができ、石英ルツボ内に投入することでドープすることができる。この時、本発明ではCZ法により製造される結晶の抵抗率を50Ω・cm以上、より好ましくは500Ω・cm以上(図3(A))、又はノンドープとする(図3(B))。なぜなら、CZ法により製造される結晶の抵抗率を50Ω・cm以上とすることで、CZ法において偏析したドーパントの濃度を低くすることができ、FZ法におけるゾーニング中のガスドープでこれを修正して、結晶育成中に所望の抵抗率にコントロールすることができる。また、CZ法により製造される結晶の抵抗率を500Ω・cm以上とすることで、より一層CZ法で偏析したドーパント濃度を小さくできるので、ガスドープにより、できたFZ法シリコン単結晶の軸方向の抵抗率変化を少なくすることができる。 Note that when a silicon crystal rod is grown by the CZ method, a predetermined amount of dopant may be introduced into the quartz crucible so as to obtain a desired resistivity. As the dopant, for example, when the conductivity type is P-type, boron or gallium is used, and when the conductivity type is N-type, a silicon piece doped with phosphorus, arsenic, antimony, or the like at a high concentration is used. It can dope by putting in a quartz crucible. At this time, in the present invention, the resistivity of the crystal manufactured by the CZ method is 50 Ω · cm or more, more preferably 500 Ω · cm or more (FIG. 3A) or non-doping (FIG. 3B). This is because the concentration of the dopant segregated in the CZ method can be lowered by setting the resistivity of the crystal manufactured by the CZ method to 50 Ω · cm or more, and this is corrected by gas doping during zoning in the FZ method. The resistivity can be controlled during crystal growth. Moreover, since the dopant concentration segregated by the CZ method can be further reduced by setting the resistivity of the crystal manufactured by the CZ method to 500 Ω · cm or more, the axial direction of the FZ method silicon single crystal formed by gas doping can be reduced. Resistivity change can be reduced.
次に、こうしてCZ法により得られたシリコン結晶棒を円筒研削後、FZ法で溶融を開始する部分をコーン形状に加工し、その後、加工歪みを除去するために表面のエッチングを行う。育成直後のCZ単結晶シリコンの直径ばらつき(図4(B))と従来のFZ用多結晶シリコンの直径ばらつき(図4(A))を比較すると、CZ単結晶シリコンの直径ばらつきは、FZ用多結晶シリコンの直径ばらつきの半分以下になっている事がわかる。この事により、CZ単結晶シリコンはFZ用多結晶シリコンに比べて、原料棒を適正直径にするために行う円研加工での加工しろの量を低減できる。更に、CZ用多結晶シリコン原料は、FZ用多結晶シリコン棒と比較すれば、1/2〜1/3と安価で、製造会社も多く、生産量も多い事から、CZ単結晶シリコンをFZ原料棒とする事で、安定した高品質のFZ単結晶シリコンの製造が可能となる。 Next, after cylindrical grinding of the silicon crystal rod thus obtained by the CZ method, the portion where melting is started by the FZ method is processed into a cone shape, and then the surface is etched to remove the processing strain. Comparing the diameter variation of CZ single crystal silicon immediately after growth (FIG. 4B) and the diameter variation of conventional FZ polycrystalline silicon (FIG. 4A), the diameter variation of CZ single crystal silicon is It can be seen that it is less than half of the diameter variation of polycrystalline silicon. As a result, CZ single crystal silicon can reduce the amount of machining allowance in the circular grinding process performed to make the raw material rod have an appropriate diameter, as compared with polycrystalline silicon for FZ. Furthermore, the polycrystalline silicon raw material for CZ is 1/2 to 1/3 cheaper than the polycrystalline silicon rod for FZ, has many manufacturing companies, and has a large production volume. By using the raw material rod, it becomes possible to produce stable and high-quality FZ single crystal silicon.
そして、図1に示したように、CZ法により製造されたP型またはN型のシリコン結晶棒1を、FZ単結晶製造装置30のチャンバー20内に設置された上軸3の上部保持冶具4にネジ等で固定してシリコン原料棒1とし、下軸5の下部保持冶具6には直径の小さいシリコン単結晶の種(種結晶)8を取り付ける。
Then, as shown in FIG. 1, an upper holding jig 4 of an upper shaft 3 installed in a
次に、シリコン原料棒1のコーン部の下端をカーボンリング(不図示)で予備加熱する。その後、チャンバー20の下部より窒素ガスを含んだArガスを供給して、チャンバー20の上部より排気する。例えば、Arガスの流量を20l/min、チャンバー内窒素濃度を0.5%とする。そして、シリコン原料棒1を誘導加熱コイル(高周波コイル)7で加熱溶融した後、コーン部先端を種結晶8に融着させ、絞り部9により無転位化し、上軸3と下軸5を回転させながらシリコン原料棒1を例えば2.0mm/minの成長速度で下降させることで浮遊帯域10をシリコン原料棒上端まで移動させてゾーニングし、シリコン原料棒1を再結晶化してシリコン単結晶2を成長させる。このとき、シリコン原料棒1を育成する際に回転中心となる上軸3と、再結晶化の際に単結晶の回転中心となる下軸5とをずらして(偏芯させて)単結晶を育成することが好ましい。このように両中心をずらすことにより再結晶化の際に溶融状態を攪拌させ、製造するシリコン単結晶の面内抵抗率分布等の品質を均一化することができる。偏芯量はシリコン単結晶の直径に応じて設定すればよく、例えば、10mm程度である。
Next, the lower end of the cone portion of the silicon
こうして、CZ法により製造されたシリコン原料棒中に不可避的に含まれる酸素を溶融帯中から外に飛散させることができるので、FZ単結晶中の酸素濃度を極めて低いものとできる、その結果350〜500℃の熱処理が施されても酸素ドナーが発生しないFZシリコン単結晶とできる。 In this way, oxygen inevitably contained in the silicon raw material rod produced by the CZ method can be scattered out of the molten zone, so that the oxygen concentration in the FZ single crystal can be made extremely low. As a result, 350 Even if heat treatment at ˜500 ° C. is performed, an FZ silicon single crystal in which no oxygen donor is generated can be obtained.
なお、上記のようにチャンバー内を窒素を含む雰囲気にすれば、シリコン単結晶中に窒素がドープされ、シリコン原料棒1の内部に存在したFPD(Flow Pattern Defect)やスワール欠陥が消滅するのでより高品質のシリコン単結晶を成長させることができるので好ましい。この場合、雰囲気中の窒素濃度は上記の0.5%に限らず、0.2〜0.5%とすれば、上記の欠陥を消滅させるのに適当な濃度の窒素がドープされるので好ましい。また、窒素ガスの代わりにアンモニア、ヒドラジン、三フッ化窒素等の窒素を含む化合物ガスを用いてもよい。
If the atmosphere in the chamber contains nitrogen as described above, the silicon single crystal is doped with nitrogen, and FPD (Flow Pattern Defect) and swirl defects existing inside the silicon
抵抗率を制御するためのドーパントのガスドープは、公知の方法に従いドープガスノズル11からシリコン原料棒と同一導電型のドーパントガスを極微量含むドープガスを所定の流量で浮遊帯域10に吹きつけることにより行うことができる。例えば、シリコン原料棒がN型であれば、ドーパントガスとしてホスフィン(PH3)をArガス等に極微量だけ含ませたドープガスを用いることができるし、P型であればジボラン(B2H6)を用いることができる。
Doping the dopant for controlling the resistivity is performed by blowing a doping gas containing a very small amount of dopant gas of the same conductivity type as the silicon raw material rod from the doping gas nozzle 11 to the floating
このガスドープの際、CZ単結晶シリコンが微量のドーパントを加えて製造した例えば抵抗率が50Ω・cm程度のシリコン原料棒で、コーン部とテール部の結晶中のドーパント濃度差が大きい場合は、軸方向のドーパント濃度変化に応じてドープするガス流量を変化させる事で、所定の抵抗率を軸方向でほぼ一定にコントロールする事ができる。すなわち、原料棒であるCZ結晶のテール側(すなわち低抵抗側)を下にセットした場合は、ドーパントガスはFZ単結晶シリコン育成中に徐々に流量を増加させることで、軸方向の抵抗率を一定にすることができる。逆にCZ結晶のコーン側(すなわち高抵抗側)を下にセットした場合は、ドープガス流量は徐々に減少させればよい。更に、CZ単結晶シリコンのコーン部とテール部の結晶中のドーパント濃度差を極めて少なくする事により、ガスドープする量を少なくすることができ、軸方向の抵抗率をほぼ一定にする事が容易であるので、CZ単結晶シリコンはドープ量を極微量にすることによって、500Ω・cm以上の高抵抗率とすることが好ましい。 In this gas doping, a CZ single crystal silicon manufactured by adding a small amount of dopant, for example, a silicon raw material rod having a resistivity of about 50 Ω · cm, and when the difference in dopant concentration in the crystals of the cone and tail is large, The predetermined resistivity can be controlled to be substantially constant in the axial direction by changing the flow rate of the doping gas in accordance with the change in the dopant concentration in the direction. That is, when the tail side (that is, the low resistance side) of the CZ crystal, which is the raw material rod, is set downward, the dopant gas gradually increases the flow rate during the growth of FZ single crystal silicon, thereby increasing the axial resistivity. Can be constant. Conversely, when the cone side (that is, the high resistance side) of the CZ crystal is set downward, the dope gas flow rate may be gradually decreased. Furthermore, the amount of gas doping can be reduced by making the difference in dopant concentration in the cone and tail crystals of CZ single crystal silicon extremely small, and the axial resistivity can be made almost constant. Therefore, it is preferable that CZ single crystal silicon has a high resistivity of 500 Ω · cm or more by making the doping amount extremely small.
また、シリコン原料棒の導電型と同一導電型の不純物(ドーパント)をガスドープすれば、P型のドーパントとN型のドーパントが混在することなく、シリコン原料棒と同じ導電型であって、電気特性のよい所定の抵抗率を持ったシリコン単結晶とすることができる。 Further, if an impurity (dopant) having the same conductivity type as that of the silicon raw material rod is gas-doped, the same conductivity type as that of the silicon raw material rod is obtained without mixing the P-type dopant and the N-type dopant, and the electrical characteristics. It is possible to obtain a silicon single crystal having a good predetermined resistivity.
なお、CZ法により製造されたシリコン結晶棒をFZ法で再結晶化させる際、CZ法でもFZ法でもノンドープの場合は、抵抗率をコントロールするために、公知の方法により、原子炉で中性子照射を行うことによって、N型で所定の抵抗率にシリコン単結晶を製造することができる。この場合、上記ガスドープとすれば、低コストであり、N型、P型ともに製造できる利点があり、ノンドープのCZ単結晶シリコンをFZ法でノンドープでゾーニングし、中性子照射すれば、結晶内に3%程度含まれているSi30がSi31になり、これがβ崩壊しPに変わる。Si30は結晶中に均一に含まれているので、中性子照射によりPが均一になり、ガスドープに比べてより均一な抵抗率を有するものが得られる利点がある。 In addition, when recrystallizing a silicon crystal rod manufactured by the CZ method by the FZ method, if the CZ method, the FZ method, or the non-doping method is used, in order to control the resistivity, neutron irradiation is performed in a nuclear reactor by a known method. By performing the above, it is possible to manufacture an N-type silicon single crystal with a predetermined resistivity. In this case, the gas dope is advantageous in that it is low-cost and can be manufactured in both N-type and P-type, and non-doped CZ single crystal silicon is zoned non-doped by the FZ method and irradiated with neutrons. Si 30 contained in an amount of about% becomes Si 31 , which β decays and changes to P. Since Si 30 is uniformly contained in the crystal, there is an advantage that P is made uniform by neutron irradiation, and a material having a more uniform resistivity than gas dope can be obtained.
そして、上記のようにFZ法により再結晶化を行うことにより、シリコン単結晶に含まれる酸素濃度を0.5ppma以下とすることが容易にできる。このような極めて低い酸素濃度であれば、本発明で製造されたシリコン単結晶に350〜500℃程度の熱処理を施しても酸素ドナーの形成は確実に防止される。従って、このように製造されたシリコン単結晶は、デバイス製造工程において抵抗率が変化することが確実にない所定の抵抗率のFZウェーハとなる。 Then, by performing recrystallization by the FZ method as described above, the oxygen concentration contained in the silicon single crystal can be easily reduced to 0.5 ppma or less. With such an extremely low oxygen concentration, the formation of oxygen donors can be reliably prevented even when the silicon single crystal produced in the present invention is subjected to a heat treatment at about 350 to 500 ° C. Therefore, the silicon single crystal manufactured in this way becomes an FZ wafer having a predetermined resistivity in which the resistivity does not change reliably in the device manufacturing process.
以下、本発明の実施例をあげて更に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)
直径130mmでN型の抵抗率が500Ω・cm〜12,000Ω・cmのCZ単結晶シリコンを原料棒として、図1に示すFZ単結晶製造装置を用いて、FZ法によりゾーニングを行い、直径128mm、直胴長さ約80cmのシリコン単結晶をノンドープで製造した。
このとき、Arガス流量は20l/min、チャンバー内窒素ガス濃度は0.5%、シリコン単結晶の成長速度は2.0mm/min、偏芯量は10mmとした。
そして、FZ法によるシリコン単結晶の育成を34回実施した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
Example 1
Using the FZ single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1 as a raw material rod, CZ single crystal silicon having a diameter of 130 mm and N-type resistivity of 500 Ω · cm to 12,000 Ω · cm is used as a raw material rod, and the diameter is 128 mm. A silicon single crystal having a straight body length of about 80 cm was manufactured non-doped.
At this time, the Ar gas flow rate was 20 l / min, the nitrogen gas concentration in the chamber was 0.5%, the growth rate of the silicon single crystal was 2.0 mm / min, and the eccentricity was 10 mm.
And the silicon single crystal was grown 34 times by FZ method.
その結果、製造されたFZ単結晶シリコンの抵抗率は、図5に示すようにN型で495Ω・cm〜12,100Ω・cmであり、原料棒と近い値になった。酸素濃度は、図6に示すようにFZ前のCZ結晶では約14〜20ppmaであったものが、FZ後に0.15ppma〜0.46ppmaとなり、通常CZ法によって石英ルツボから混入してしまう酸素濃度10〜20ppmaからは著しく低い値となった。また、カーボン濃度は、図7(B)に示すようにFZ後には0.06ppma以下であった。
なお、原料棒として使用したCZ単結晶シリコンの抵抗率はコーン側とテール側からサンプルウェーハを採取し、650℃で20minの熱処理を加えることで酸素ドナー消去を行った後に四探針で測定した。
As a result, the resistivity of the manufactured FZ single crystal silicon was 495 Ω · cm to 12,100 Ω · cm in the N type as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the oxygen concentration in the CZ crystal before FZ is about 14 to 20 ppma, but is 0.15 ppma to 0.46 ppma after FZ, and is usually mixed from the quartz crucible by the CZ method. From 10 to 20 ppma, the value was extremely low. Also, the carbon concentration was 0.06 ppma or less after FZ as shown in FIG.
The resistivity of CZ single crystal silicon used as a raw material rod was measured with a four-probe after sample wafers were taken from the cone side and the tail side and subjected to heat treatment at 650 ° C. for 20 minutes to eliminate oxygen donors. .
(実施例2)
直径130mmのCZ単結晶シリコンを原料棒として、図1に示すFZ単結晶製造装置を用いて、FZ法によりゾーニングを行い、直径128mm、直胴長さ約80cmのシリコン単結晶を製造した。その際、ホスフィン(PH3)をアルゴンで2.5ppmに希釈したドーパントガスを100cc/min一定で浮遊帯域に吹き付け、ガスドープを実施した。
このとき、Arガス流量は20l/min、チャンバー内窒素ガス濃度は0.5%、シリコン単結晶の成長速度は2.0mm/min、偏芯量は10mmとした。
(Example 2)
Using a CZ single crystal silicon having a diameter of 130 mm as a raw material rod, zoning was performed by the FZ method using the FZ single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, and a silicon single crystal having a diameter of 128 mm and a straight body length of about 80 cm was manufactured. At that time, a dopant gas in which phosphine (PH 3 ) was diluted to 2.5 ppm with argon was sprayed into the floating zone at a constant rate of 100 cc / min, and gas doping was performed.
At this time, the Ar gas flow rate was 20 l / min, the nitrogen gas concentration in the chamber was 0.5%, the growth rate of the silicon single crystal was 2.0 mm / min, and the eccentricity was 10 mm.
その結果、図8(A)に示すようにコーン側の抵抗率はN型15,600Ω・cm、テール側の抵抗率はN型92,300Ω・cmのCZ単結晶シリコンを原料棒として使用した場合に、製造されたFZ単結晶シリコンの抵抗率は図8(B)に示すようにN型50.8Ω・cmでほぼ軸方向に均一であった。また、製造されたFZ単結晶シリコンの酸素濃度は0.20ppma、カーボン濃度は0.05ppma未満であった。
尚、CZ法で作製された原料シリコン棒の抵抗率がコーン側とテール側とで逆転しているが、ノンドープでCZ法を行った場合、不純物量が微量であるため、超高抵抗となり、テール側で不可避的に混入した不純物のコンペンセイトにより、抵抗がテール側の方が高くなる現象は、よく見られることである。
As a result, as shown in FIG. 8A, CZ single crystal silicon having a N-type resistivity of 15,600 Ω · cm and a N-type resistivity of 92,300 Ω · cm was used as a raw material rod. In this case, the resistivity of the manufactured FZ single crystal silicon was N-type 50.8 Ω · cm and substantially uniform in the axial direction as shown in FIG. 8B. The manufactured FZ single crystal silicon had an oxygen concentration of 0.20 ppma and a carbon concentration of less than 0.05 ppma.
In addition, although the resistivity of the raw material silicon rod produced by the CZ method is reversed between the cone side and the tail side, when the CZ method is performed without doping, since the amount of impurities is very small, the resistance becomes extremely high, A phenomenon in which the resistance becomes higher on the tail side due to the compensation of impurities inevitably mixed on the tail side is often seen.
(実施例3)
直径130mmでノンドープのCZ単結晶シリコンを原料棒として、図1に示すFZ単結晶製造装置を用いて、FZ法によりゾーニングを行い、直径153mm、直胴長さ約40cmのシリコン単結晶をノンドープで製造した。
このとき、Arガス流量は20l/min、チャンバー内窒素ガス濃度は0.5%、シリコン単結晶の成長速度は2.0mm/min、偏芯量は10mmとした。
製造されたFZ単結晶を3分割し、1ブロックを原子炉で中性子照射を行った。
(Example 3)
Using a non-doped CZ single crystal silicon having a diameter of 130 mm as a raw material rod, zoning is performed by the FZ method using the FZ single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, and a silicon single crystal having a diameter of 153 mm and a straight body length of about 40 cm is non-doped. Manufactured.
At this time, the Ar gas flow rate was 20 l / min, the nitrogen gas concentration in the chamber was 0.5%, the growth rate of the silicon single crystal was 2.0 mm / min, and the eccentricity was 10 mm.
The manufactured FZ single crystal was divided into three, and one block was irradiated with neutrons in a nuclear reactor.
その結果、図9(A)に示すようにコーン側の抵抗率がN型7,510Ω・cm、テール側の抵抗率がN型22,500Ω・cmのCZ単結晶シリコンを原料として使用した場合に、製造されたFZ単結晶シリコンの抵抗率は、図9(B)に示すように7,830Ω・cm〜12,840Ω・cmとなり、さらに、製造された中性子照射結晶の抵抗率は、図9(C)に示すようにN型64.5Ω・cmでほぼ軸方向に均一であった。また、製造されたシリコン単結晶の酸素濃度は、0.15ppmaであり、カーボン濃度は0.05ppma未満であった。 As a result, as shown in FIG. 9A, when CZ single crystal silicon having a cone-side resistivity of N-type 7,510 Ω · cm and a tail-side resistivity of N-type 2,500 Ω · cm is used as a raw material. Further, the resistivity of the manufactured FZ single crystal silicon is 7,830 Ω · cm to 12,840 Ω · cm as shown in FIG. 9B, and the resistivity of the manufactured neutron irradiated crystal is As shown in FIG. 9 (C), the N-type was 64.5 Ω · cm and was substantially uniform in the axial direction. The produced silicon single crystal had an oxygen concentration of 0.15 ppma and a carbon concentration of less than 0.05 ppma.
(実施例4)
直径130mmのCZ単結晶シリコンを原料棒として、図1に示すFZ単結晶製造装置を用いて、FZ法によりゾーニングを行い、直径128mm、直胴長さ約80cmのシリコン単結晶を製造した。その際、ホスフィン(PH3)をアルゴンで0.15ppmに希釈したドーパントガスを図10(B)に示すように、成長させる単結晶の直胴部の長さに応じて1,000cc/minから、700cc/minに変化させて、浮遊帯域に吹き付け、ガスドープを実施した。
このとき、Arガス流量は20l/min、チャンバー内窒素ガス濃度は0.5%、シリコン単結晶の成長速度は2.0mm/min、偏芯量は10mmとした。
Example 4
Using a CZ single crystal silicon having a diameter of 130 mm as a raw material rod, zoning was performed by the FZ method using the FZ single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, and a silicon single crystal having a diameter of 128 mm and a straight body length of about 80 cm was manufactured. At that time, a dopant gas obtained by diluting phosphine (PH 3 ) with argon to 0.15 ppm is changed from 1,000 cc / min depending on the length of the straight body of the single crystal to be grown as shown in FIG. , 700 cc / min, and sprayed to the floating zone to perform gas doping.
At this time, the Ar gas flow rate was 20 l / min, the nitrogen gas concentration in the chamber was 0.5%, the growth rate of the silicon single crystal was 2.0 mm / min, and the eccentricity was 10 mm.
その結果、図10(A)に示すようにコーン側の抵抗率がN型100Ω・cm、テール側の抵抗率がN型57.5Ω・cmのCZ単結晶シリコンを原料棒として使用することで、製造されたFZ単結晶シリコンの抵抗率は図10(C)に示すようにN型30.4Ω・cmでほぼ軸方向に均一であった。また、製造されたシリコン単結晶の酸素濃度は0.30ppma、カーボン濃度は0.05ppma未満であった。
As a result, as shown in FIG. 10 (A), CZ single crystal silicon having a cone-side resistivity of N-
(比較例1)
直径130mmでN型の抵抗率3,000Ω・cmのFZ用多結晶シリコンを原料棒として、図1に示すFZ単結晶製造装置を用いて、FZ法によりゾーニングを行い、直径128mm、直胴長さ約80cmのシリコン単結晶をノンドープで製造した。
このとき、Arガス流量は20l/min、チャンバー内窒素ガス濃度は0.5%、シリコン単結晶の成長速度は2.0mm/min、偏芯量は10mmとした。
(Comparative Example 1)
Using the FZ single crystal manufacturing equipment shown in Fig. 1 as a raw material rod, N-type polycrystalline silicon for FZ having a diameter of 130 mm and N-type resistivity of 3,000 Ω · cm, zoning is performed by the FZ method, and the diameter is 128 mm. A silicon single crystal having a thickness of about 80 cm was produced without doping.
At this time, the Ar gas flow rate was 20 l / min, the nitrogen gas concentration in the chamber was 0.5%, the growth rate of the silicon single crystal was 2.0 mm / min, and the eccentricity was 10 mm.
その結果、得られたシリコン単結晶の抵抗率は、N型3,100Ω・cm、酸素濃度は、0.1ppma、カーボン濃度は、0.05ppma未満であった。
但し、上記のようなFZ用多結晶シリコン原料棒は、高価である上に、現状安定供給ができなくなっている。
As a result, the resistivity of the obtained silicon single crystal was N-type 3,100 Ω · cm, the oxygen concentration was 0.1 ppma, and the carbon concentration was less than 0.05 ppma.
However, the polycrystalline silicon raw material rod for FZ as described above is expensive and cannot be stably supplied at present.
(比較例2)
直径130mmのFZ用多結晶シリコンを原料棒として、図1に示す単結晶製造装置を用いて、FZ法によりゾーニングを行い、直径128mm、直胴長さ約80cmのシリコン単結晶を製造した。その際、ホスフィン(PH3)をアルゴンで2.5ppmに希釈したドーパントガスを100cc/min一定で浮遊帯域に吹き付け、ガスドープを実施した。
このとき、Arガス流量は20l/min、チャンバー内窒素ガス濃度は0.5%、シリコン単結晶の成長速度は2.0mm/min、偏芯量は10mmとした。
(Comparative Example 2)
Using a single-crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1 using polycrystalline silicon for FZ having a diameter of 130 mm as a raw material, zoning was performed by the FZ method to manufacture a silicon single crystal having a diameter of 128 mm and a straight body length of about 80 cm. At that time, a dopant gas in which phosphine (PH 3 ) was diluted to 2.5 ppm with argon was sprayed into the floating zone at a constant rate of 100 cc / min, and gas doping was performed.
At this time, the Ar gas flow rate was 20 l / min, the nitrogen gas concentration in the chamber was 0.5%, the growth rate of the silicon single crystal was 2.0 mm / min, and the eccentricity was 10 mm.
その結果、N型の抵抗率4,200Ω・cmのFZ用多結晶シリコンを原料として使用した場合、製造されたFZ単結晶シリコンの抵抗率は図11に示すようにN型50.0Ω・cmでほぼ軸方向に均一であった。また、製造されたシリコン単結晶の酸素濃度は、0.1ppmaであり、カーボン濃度は0.05ppma未満であった。
但し、上記のようなFZ用多結晶シリコン原料棒は、高価である上に、現状安定供給ができなくなっている。
As a result, when N-type polycrystalline silicon for FZ having a resistivity of 4,200 Ω · cm is used as a raw material, the resistivity of the manufactured FZ single crystal silicon is N-type 50.0 Ω · cm as shown in FIG. It was almost uniform in the axial direction. The produced silicon single crystal had an oxygen concentration of 0.1 ppma and a carbon concentration of less than 0.05 ppma.
However, the polycrystalline silicon raw material rod for FZ as described above is expensive and cannot be stably supplied at present.
(比較例3)
直径130mmのFZ用多結晶シリコンを原料棒として、図1に示すFZ単結晶製造装置を用いて、FZ法によりゾーニングを行い、直径153mm、直胴長さ約40cmのシリコン単結晶をノンドープで製造した。製造されたFZ単結晶シリコンを3分割し、1ブロックを原子炉で中性子照射を行った。
このとき、Arガス流量は20l/min、チャンバー内窒素ガス濃度は0.5%、シリコン単結晶の成長速度は2.0mm/min、偏芯量は10mmとした。
(Comparative Example 3)
Using the FZ single crystal manufacturing equipment shown in Fig. 1 as the raw material rod, the polycrystalline silicon for FZ with a diameter of 130 mm is used for zoning by the FZ method to manufacture a silicon single crystal with a diameter of 153 mm and a straight body length of about 40 cm without doping. did. The manufactured FZ single crystal silicon was divided into three, and one block was irradiated with neutrons in a nuclear reactor.
At this time, the Ar gas flow rate was 20 l / min, the nitrogen gas concentration in the chamber was 0.5%, the growth rate of the silicon single crystal was 2.0 mm / min, and the eccentricity was 10 mm.
その結果、N型で抵抗率が4,500Ω・cmのFZ用多結晶シリコンを原料として使用した場合、製造された中性子照射結晶は図12に示すようにN型で抵抗率62.8Ω・cmとほぼ軸方向に均一であった。また、製造されたシリコン単結晶の酸素濃度は、0.12ppma、カーボン濃度は0.05ppma未満となり、実施例3と比較して、酸素濃度が若干低い他はほほ同じ結果となった。 As a result, when F-type polycrystalline silicon having an N-type resistivity of 4,500 Ω · cm is used as a raw material, the produced neutron-irradiated crystal has an N-type resistivity of 62.8 Ω · cm as shown in FIG. And almost uniform in the axial direction. The produced silicon single crystal had an oxygen concentration of 0.12 ppma and a carbon concentration of less than 0.05 ppma, and the results were almost the same except that the oxygen concentration was slightly lower than that of Example 3.
(比較例4)
直径130mmのCZ単結晶シリコンを原料棒として、図1に示すFZ単結晶製造装置を用いて、FZ法によりゾーニングを行い、直径128mm、直胴長さ約80cmのシリコン単結晶を製造した。その際、ホスフィン(PH3)をアルゴンで0.15ppmに希釈したドーパントガスを1,000cc/min一定で、浮遊帯域に吹き付け、ガスドープを実施した。
Arガス流量は20l/min、チャンバー内窒素ガス濃度は0.5%、シリコン単結晶の成長速度は2.0mm/min、偏芯量は10mmとした。
(Comparative Example 4)
Using a CZ single crystal silicon having a diameter of 130 mm as a raw material rod, zoning was performed by the FZ method using the FZ single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1, and a silicon single crystal having a diameter of 128 mm and a straight body length of about 80 cm was manufactured. At that time, a dopant gas obtained by diluting phosphine (PH 3 ) to 0.15 ppm with argon was sprayed to the floating zone at a constant 1,000 cc / min to perform gas doping.
The Ar gas flow rate was 20 l / min, the nitrogen gas concentration in the chamber was 0.5%, the growth rate of the silicon single crystal was 2.0 mm / min, and the eccentricity was 10 mm.
その結果、N型でコーン側の抵抗率が48Ω・cm、テール側の抵抗率が20Ω・cmのCZ単結晶シリコンを原料として使用し、製造されたFZ単結晶シリコンはN型でコーン側の抵抗率が30Ω・cm、テール側の抵抗率が18Ω・cmと軸方向の抵抗率変化が大きかった。 As a result, N-type CZ single crystal silicon having a cone-side resistivity of 48 Ω · cm and a tail-side resistivity of 20 Ω · cm is used as a raw material. The resistivity was 30 Ω · cm, the resistivity on the tail side was 18 Ω · cm, and the change in resistivity in the axial direction was large.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of 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.
例えば上記では、N型の原料を用いてN型のガスドープする場合を中心に例を挙げて説明したが、原料をP型とし、P型ドーパントをガスドープする場合にも、本発明を適用できることは言うまでもない。 For example, in the above description, an example has been described with a focus on the case of N-type gas doping using an N-type raw material, but the present invention can also be applied to a case where the raw material is P-type and a P-type dopant is gas-doped. Needless to say.
1…CZシリコン結晶棒(シリコン原料棒)、 2…単結晶棒(シリコン単結晶棒)、
3…上軸、 4…上部保持治具、 5…下軸、 6…下部保持治具、
7…誘導加熱コイル、 8…種結晶、 9…絞り部、 10…浮遊帯域、
11…ドープガス吹き付け用ノズル、 20…チャンバー、
30…FZ単結晶製造装置。
1 ... CZ silicon crystal rod (silicon raw material rod), 2 ... single crystal rod (silicon single crystal rod),
3 ... Upper shaft, 4 ... Upper holding jig, 5 ... Lower shaft, 6 ... Lower holding jig,
7 ... Induction heating coil, 8 ... Seed crystal, 9 ... Drawing part, 10 ... Floating zone,
11 ... Nozzle for dope gas spraying, 20 ... Chamber,
30: FZ single crystal manufacturing apparatus.
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