[go: up one dir, main page]

JP5262346B2 - Method for producing silicon single crystal - Google Patents

Method for producing silicon single crystal Download PDF

Info

Publication number
JP5262346B2
JP5262346B2 JP2008168625A JP2008168625A JP5262346B2 JP 5262346 B2 JP5262346 B2 JP 5262346B2 JP 2008168625 A JP2008168625 A JP 2008168625A JP 2008168625 A JP2008168625 A JP 2008168625A JP 5262346 B2 JP5262346 B2 JP 5262346B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
silicon single
shoulder
silicon
growth step
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2008168625A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010006646A (en
Inventor
学 西元
正隆 宝来
宣正 内藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumco Corp
Original Assignee
Sumco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumco Corp filed Critical Sumco Corp
Priority to JP2008168625A priority Critical patent/JP5262346B2/en
Publication of JP2010006646A publication Critical patent/JP2010006646A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5262346B2 publication Critical patent/JP5262346B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing process of a silicon single crystal which is capable of controlling first dislocation generation in a shoulder process where a silicon single crystal expands its diameter and grows and producing a silicon single crystal at a high productivity and a silicon single crystal. <P>SOLUTION: The manufacturing process grows a silicon single crystal 1 by pulling the silicon single crystal from silicon melt 5 contained in a crucible 4 using a highly volatile dorpant for resistance adjustment while feeding Ar gas and comprises a shoulder growth step to grow the silicon single crystal 1 to an ingot having a specific diameter and a body growth step to grow the ingot grown in the shoulder growth step to have the specific diameter to a rod-like shape. In the shoulder growth step, the distance L1 between the bottom edge 11a of a gas distributing column 11 to distribute Ar gas and the free liquid surface 51 of the silicon melt 5 is set larger than 30 mm. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶に関し、特に、半導体材料として使用される低抵抗のシリコン単結晶を高い生産効率で製造することが可能な、シリコン単結晶の製造方法、及び、それによって得られるシリコン単結晶に関するものである。   The present invention relates to a silicon single crystal manufacturing method and a silicon single crystal, and in particular, a silicon single crystal manufacturing method capable of manufacturing a low-resistance silicon single crystal used as a semiconductor material with high production efficiency, and , And the silicon single crystal obtained thereby.

一般に、シリコン単結晶を成長させる方法としては、FZ法やチョクラルスキー法(CZ法)と呼ばれる方法がある。CZ法は、種結晶をルツボ内でシリコン融液に接触させてゆっくりと回転させながら引き上げることにより、シリコン単結晶を成長させてインゴットを製造する方法であり、化学反応を防ぐため、不活性のArガス雰囲気中で行われる。また、このようなCZ法では、まず、肩部プロセスと呼ばれる工程でシリコン単結晶を所定の直径のインゴットに拡径成長させた後、胴部プロセスの工程においてインゴットを棒状に成長させる手順で、一連のプロセスが実施される(例えば、特許文献1を参照)。   Generally, as a method for growing a silicon single crystal, there are methods called FZ method and Czochralski method (CZ method). The CZ method is a method of growing a silicon single crystal by bringing a seed crystal into contact with a silicon melt in a crucible and slowly rotating it to produce an ingot. Performed in an Ar gas atmosphere. Moreover, in such a CZ method, first, after a silicon single crystal is expanded to an ingot of a predetermined diameter in a process called a shoulder process, the ingot is grown in a rod shape in the process of the trunk process. A series of processes is performed (for example, refer to Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1に記載のような従来の方法では、例えば、As、赤燐、Sb等の高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いた、抵抗率が10mΩcm以下の低抵抗である半導体用のシリコン単結晶の製造プロセスにおいて、上記肩部プロセスにおける有転位化が頻発する。このため、シリコン融液からの結晶引上げを何度もやり直すことが必要となることから結晶成長のサイクル時間が長くなり、生産性が低くなるという問題があり、特に、抵抗率が4mΩcm以下の低抵抗である半導体用のシリコン単結晶を成長させる際に顕著となる。   However, in the conventional method as described in Patent Document 1, for example, for a semiconductor having a low resistance of 10 mΩcm or less using a highly volatile resistance adjusting dopant such as As, red phosphorus, and Sb. In the silicon single crystal manufacturing process, dislocations frequently occur in the shoulder process. For this reason, since it is necessary to repeat the crystal pulling from the silicon melt many times, there is a problem that the cycle time of crystal growth becomes long and the productivity becomes low. In particular, the resistivity is as low as 4 mΩcm or less. This becomes conspicuous when growing a silicon single crystal for semiconductor which is a resistor.

上述のような、肩部プロセスにおいて有転位化が頻発する原因は明らかではないが、例えば、ボロン(B)や燐(P)のような不揮発性のドーパントを用いた結晶引き上げ成長においては、肩部プロセスの際に有転位化することが時折あるものの、高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いた場合のような高い頻度で有転位化することは無いことが明らかとなっている。このため、肩部プロセスにおける有転位化の原因としては、揮発したドーパントが関係しているものと考えられる。   Although the cause of frequent dislocations in the shoulder process as described above is not clear, for example, in crystal pulling growth using a non-volatile dopant such as boron (B) or phosphorus (P), the shoulder It is clear that dislocations sometimes occur during the partial process, but dislocations do not occur as frequently as when a highly volatile resistance adjusting dopant is used. For this reason, it is considered that the cause of dislocation formation in the shoulder process is related to the volatilized dopant.

ここで、従来、高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いた、低抵抗の半導体用シリコン単結晶の製造プロセスにおいては、肩部プロセスにおけるArのガス整流筒の下端と、シリコン融液の自由液面間との間の距離(以下、ギャップと称することがある)は、通常、不揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いた場合と同様、10〜30mm程度の範囲とされている。また、同様に、肩部プロセスに続く胴部プロセスにおいても、ガス整流筒の下端とシリコン融液の自由液面間とのギャップは、10〜30mm程度の範囲とされている。   Here, conventionally, in the manufacturing process of a low-resistance silicon single crystal for semiconductor using a highly volatile resistance adjusting dopant, the lower end of the Ar gas rectifying cylinder in the shoulder process and the free liquid of silicon melt The distance between the surfaces (hereinafter sometimes referred to as a gap) is usually in the range of about 10 to 30 mm, as in the case of using a nonvolatile resistance adjusting dopant. Similarly, also in the trunk process following the shoulder process, the gap between the lower end of the gas rectifying cylinder and the free liquid level of the silicon melt is in the range of about 10 to 30 mm.

また、高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いた、低抵抗の半導体用シリコン単結晶の製造プロセスにおいては、より低抵抗とするために多量のドーパントを投入し、特に、抵抗率が4mΩcm以下の半導体用シリコン単結晶を製造する際に、多量に投入する。この際、As、赤燐、Sb等の高揮発性ドーパントは、通常、偏析係数が小さく、結晶−融液の固液界面において組成的過冷却が生じ、有転位化が発生し易いことから、界面に垂直方向の融液温度勾配を大きくする必要がある。このため、成長した結晶が側面側から加熱されないように、通常、ガス整流筒の下端とシリコン融液の自由液面間とのギャップを小さくする方法が採用される。一方、従来、ガス整流筒下端とシリコン融液の自由液面間とのギャップを大きくした場合には結晶の温度勾配が小さくなるため、上述したような組成的過冷却を防止する点で不利になるとされる。   In addition, in the manufacturing process of a low resistance semiconductor silicon single crystal using a highly volatile resistance adjusting dopant, a large amount of dopant is added to make the resistance lower, and in particular, the resistivity is 4 mΩcm or less. A large amount is added when manufacturing a silicon single crystal for a semiconductor. At this time, since highly volatile dopants such as As, red phosphorus, and Sb usually have a low segregation coefficient, compositional supercooling occurs at the solid-liquid interface of the crystal-melt, and dislocations are likely to occur. It is necessary to increase the melt temperature gradient in the direction perpendicular to the interface. For this reason, a method of reducing the gap between the lower end of the gas rectifying cylinder and the free liquid surface of the silicon melt is usually employed so that the grown crystal is not heated from the side surface side. On the other hand, when the gap between the lower end of the gas flow straightening cylinder and the free liquid surface of the silicon melt is increased, the temperature gradient of the crystal is reduced, which is disadvantageous in terms of preventing the compositional overcooling as described above. It will be.

なお、上記説明における組成的過冷却とは、J.W.RutterとB.Chalmersが初めて提唱した過冷の機構である(例えば、非特許文献1を参照)。例えば、下記一般式(1)において、左辺>右辺で表される関係の場合には、組成的過冷却は生じない。一方、左辺<右辺で表される関係の場合には、組成的過冷却が生じる。従って、非特許文献1に記載の技術等、従来の技術においては、シリコン融液の温度勾配を大きくすることが、組成的過冷却を防止する方法とされている。   In addition, the compositional supercooling in the above description refers to J.I. W. Rutter and B.M. This is the first supercooling mechanism proposed by Chalmers (for example, see Non-Patent Document 1). For example, in the following general formula (1), compositional supercooling does not occur in the case of the relationship represented by the left side> the right side. On the other hand, in the case of the relationship represented by the left side <the right side, compositional supercooling occurs. Therefore, in conventional techniques such as the technique described in Non-Patent Document 1, increasing the temperature gradient of the silicon melt is a method for preventing compositional supercooling.

Figure 0005262346
Figure 0005262346

上述したように、AsやSb等、高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いた低抵抗の半導体用シリコン単結晶の製造プロセスにおいては、偏析係数が小さく、例えば、Asが0.35、Sbが0.023である。このため、胴部プロセスで成長される胴部の後半部位においてはドーパント濃度が高くなり、組成的過冷却による有転位が生じやすい状態となり、一方、肩部プロセスにおけるドーパント濃度は、胴部プロセスよりも濃度が低く、組成的過冷却が生じにくい状態となるものと考えられている。
特開2005−15296号公報 中江秀雄、「凝固光学」、アグネ、p114−p117
As described above, in the manufacturing process of a low-resistance semiconductor silicon single crystal using a highly volatile resistance adjusting dopant such as As or Sb, the segregation coefficient is small, for example, As is 0.35 and Sb is 0.023. For this reason, the dopant concentration is high in the latter half part of the trunk grown by the trunk process, and dislocation due to compositional supercooling tends to occur, while the dopant concentration in the shoulder process is higher than that in the trunk process. Is considered to be in a state where the concentration is low and compositional supercooling hardly occurs.
JP 2005-15296 A Hideo Nakae, “Coagulation optics”, Agne, p114-p117

しかしながら、本発明者等が鋭意研究したところ、従来の方法によって、高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いて低抵抗の半導体用シリコン単結晶を成長させた場合の、実際の肩部プロセスにおいては、不揮発性のBやPといったドーパントをドープした結晶と比較して、有転位化が顕著となることが明らかとなった。このため、肩部プロセスにおいて、シリコン融液からの結晶引上げを何度もやり直すことが必要となり、1本の単結晶インゴットを製造するための時間(製造サイクルタイム)が非常に長くなり、生産性が著しく低下するという大きな問題があった。   However, as a result of diligent research by the present inventors, in an actual shoulder process in the case where a low resistance semiconductor silicon single crystal is grown using a highly volatile resistance adjusting dopant by a conventional method, It has been clarified that dislocations become remarkable as compared with non-volatile crystals doped with dopants such as B and P. For this reason, in the shoulder process, it is necessary to repeat the crystal pulling from the silicon melt many times, and the time (manufacturing cycle time) for manufacturing one single crystal ingot becomes very long, and the productivity is increased. There was a big problem that the remarkably decreased.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、シリコン単結晶を拡径しながら成長させる肩部プロセスにおける有転位化が抑制でき、半導体材料として使用される低抵抗のシリコン単結晶を高い生産効率で製造することが可能なシリコン単結晶の製造方法、及び、それによって製造されるシリコン単結晶を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and can suppress dislocations in a shoulder process for growing a silicon single crystal while expanding the diameter, and can produce a low-resistance silicon single crystal used as a semiconductor material with high production. An object is to provide a method for producing a silicon single crystal that can be produced efficiently, and a silicon single crystal produced thereby.

本発明者等は、シリコン単結晶を拡径しながら成長させる肩部成長工程(肩部プロセス)にについて鋭意研究したところ、肩部プロセスにおけるガス整流筒の下端とシリコン融液の自由液面間との間の距離(ギャップ)を適正範囲とすることにより、有転位化が生じるのを防止できることを見出した。   The inventors of the present invention have intensively studied the shoulder growth process (shoulder process) for growing a silicon single crystal while expanding the diameter, and found that the gap between the lower end of the gas rectifying cylinder and the free surface of the silicon melt in the shoulder process. It has been found that dislocations can be prevented from occurring by setting the distance (gap) between the two to an appropriate range.

即ち、本発明は、高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いるとともに、Arガスを供給し、ルツボに収容されたシリコン融液から抵抗率が10mΩcm以下の低抵抗であるシリコン単結晶を引き上げながら成長させるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン単結晶を所定の直径のインゴットに拡径成長させる肩部成長工程と、該肩部成長工程において所定の直径に成長したインゴットを棒状に成長させる胴部成長工程とを備え、
前記肩部成長工程は、前記結晶に生じる熱応力を低減させるように、前記Arガスを整流するガス整流筒の下端と前記シリコン融液の自由液面との間の距離を35mm以上160mmまでとし、前記胴部成長工程における距離よりも大きな距離として行なう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。
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いるとともに、Arガスを供給し、ルツボに収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させるシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶を所定の直径のインゴットに拡径成長させる肩部成長工程と、該肩部成長工程において所定の直径に成長したインゴットを棒状に成長させる胴部成長工程とを備え、前記肩部成長工程は、前記Arガスを整流するガス整流筒の下端と、前記シリコン融液の自由液面との間の距離を30mm超として行なうことができる。
That is, the present invention uses a highly volatile resistance-adjusting dopant, supplies Ar gas, and grows a silicon single crystal having a low resistivity of 10 mΩcm or less from a silicon melt contained in a crucible. A method for producing a silicon single crystal,
A shoulder growth step for expanding the silicon single crystal to an ingot having a predetermined diameter; and a trunk growth step for growing the ingot grown to a predetermined diameter in the shoulder growth step into a rod shape.
In the shoulder growth step, the distance between the lower end of the gas rectifying cylinder for rectifying the Ar gas and the free surface of the silicon melt is reduced to 35 mm or more and 160 mm so as to reduce the thermal stress generated in the crystal. The method for producing a silicon single crystal is characterized in that the distance is larger than the distance in the trunk growth step.
The method for producing a silicon single crystal according to the present invention uses a highly volatile resistance adjusting dopant, supplies Ar gas, and grows the silicon single crystal while pulling up the silicon single crystal from the silicon melt contained in the crucible. A shoulder growth step for expanding the silicon single crystal to an ingot having a predetermined diameter, and a body growth step for growing the ingot grown to a predetermined diameter in the shoulder growth step into a rod shape. The shoulder growth step can be performed with a distance between the lower end of the gas rectifying cylinder for rectifying the Ar gas and the free liquid level of the silicon melt being greater than 30 mm.

係る構成によれば、As、赤燐、Sb等の高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用い、抵抗率が10mΩcm以下の低抵抗である半導体用のシリコン単結晶を成長させる際、シリコン単結晶を拡径しながら成長させる肩部成長工程(肩部プロセス)において有転位化が抑制できる。これにより、肩部成長工程において、シリコン融液からの結晶引上げを何度もやり直すことが低減され、製造サイクルタイムを短縮することができるので、高い生産効率でシリコン単結晶を製造することが可能となる。   According to such a configuration, when a silicon single crystal for semiconductor having a low resistance of 10 mΩcm or less is grown using a highly volatile resistance adjusting dopant such as As, red phosphorus, and Sb, the silicon single crystal is grown. Dislocation can be suppressed in the shoulder growth process (shoulder process) in which growth is performed while expanding the diameter. This reduces the number of repeated crystal pulls from the silicon melt in the shoulder growth process, and shortens the manufacturing cycle time, making it possible to manufacture silicon single crystals with high production efficiency. It becomes.

また、本発明のシリコン単結晶の製造方法においては、前記肩部成長工程について、前記ガス整流筒の下端と前記シリコン融液の自由液面との間の距離を、前記胴部成長工程における距離よりも大きな距離として行なう方法とすることができる。
係る構成によれば、肩部成長工程(肩部プロセス)においては、成長させるシリコン単結晶の肩部での有転位化が抑制されるので、結晶引上げのやり直し処理頻度が低減され、肩部成長工程における製造サイクルタイムを短縮できる。一方、胴部成長工程(胴部プロセス)においては、シリコン単結晶とシリコン融液との固液界面に垂直方向の融液温度勾配を大きくすることができるので、ドーパント濃度が高くなった場合でも、組成的過冷却を防止することが可能となり、成長させるシリコン単結晶の胴部での有転位化が抑制される。これにより、上記同様に製造サイクルタイムを短縮することができるので、高い生産効率でシリコン単結晶を製造することが可能となる。
In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, in the shoulder growth step, the distance between the lower end of the gas rectifying cylinder and the free liquid level of the silicon melt is the distance in the trunk growth step. It is possible to use a method that is performed with a larger distance.
According to such a configuration, in the shoulder growth process (shoulder process), since dislocations at the shoulder of the silicon single crystal to be grown are suppressed, the frequency of the redrawing process of the crystal pulling is reduced, and the shoulder growth The manufacturing cycle time in the process can be shortened. On the other hand, in the trunk growth process (trunk process), the melt temperature gradient in the direction perpendicular to the solid-liquid interface between the silicon single crystal and the silicon melt can be increased, so even when the dopant concentration increases. Thus, it becomes possible to prevent compositional supercooling and to suppress dislocations in the body of the silicon single crystal to be grown. Thereby, since the manufacturing cycle time can be shortened similarly to the above, it becomes possible to manufacture a silicon single crystal with high production efficiency.

また、本発明は、上記本発明のシリコン単結晶の製造方法によって製造したことを特徴とするシリコン単結晶を提供する。
本発明のシリコン単結晶は、上記本発明の製造方法によって得られるものなので、結晶品質に優れ且つ低コストなものとなる。
The present invention also provides a silicon single crystal produced by the above-described method for producing a silicon single crystal of the present invention.
Since the silicon single crystal of the present invention is obtained by the production method of the present invention, the crystal quality is excellent and the cost is low.

本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、上記構成により、肩部成長工程において有転位化が抑制できるので、シリコン融液からの結晶引上げを何度もやり直すことが低減され、製造サイクルタイムを短縮することができ、低抵抗である半導体用のシリコン単結晶を高い生産効率で製造することが可能となる。   According to the method for producing a silicon single crystal of the present invention, with the above configuration, since dislocation can be suppressed in the shoulder growth step, it is possible to reduce redrawing of the crystal from the silicon melt many times, and the production cycle time. This makes it possible to manufacture a silicon single crystal for semiconductors having a low resistance with high production efficiency.

以下、本発明に係るシリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の一実施形態について、図面を適宜参照しながら説明する。
図1及び図2は、本発明の製造方法において用いられる、シリコン単結晶引上げ装置30の一例を示した概略断面図であり、図3(a)、(b)は、肩部成長工程(肩部プロセス)における結晶内熱応力分布を示すグラフである。なお、以下の説明において参照する図面は、シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶を説明する図面であって、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の寸法関係とは異なっていることがある。
Hereinafter, an embodiment of a method for producing a silicon single crystal and a silicon single crystal according to the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
1 and 2 are schematic cross-sectional views showing an example of a silicon single crystal pulling apparatus 30 used in the manufacturing method of the present invention, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are shoulder growth steps (shoulders). It is a graph which shows the thermal stress distribution in a crystal | crystallization in a part process. The drawings referred to in the following description are drawings for explaining a silicon single crystal manufacturing method and a silicon single crystal. The size, thickness, dimensions, and the like of each part shown in the drawings are different from actual dimensional relationships. There may be.

本実施形態のシリコン単結晶の製造方法は、高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いるとともに、Arガスを供給し、ルツボ4に収容されたシリコン融液5からシリコン単結晶1を引き上げながら成長させてインゴット(シリコン単結晶1)を製造する方法であり、シリコン単結晶1を所定の直径のインゴットに拡径成長させる肩部成長工程と、該肩部成長工程において所定の直径に成長したインゴットを棒状に成長させる胴部成長工程とを備え、肩部成長工程は、Arガスを整流するガス整流筒11の下端11aと、シリコン融液5の自由液面51との間の距離(ギャップ)L1を30mm超として行なう方法である。   The silicon single crystal manufacturing method of the present embodiment uses a highly volatile resistance adjusting dopant, supplies Ar gas, and grows while pulling up the silicon single crystal 1 from the silicon melt 5 contained in the crucible 4. A shoulder growing step of expanding the silicon single crystal 1 to an ingot having a predetermined diameter, and an ingot grown to a predetermined diameter in the shoulder growing step. A body growth step for growing in a rod shape, and the shoulder growth step is a distance (gap) L1 between the lower end 11a of the gas rectifying cylinder 11 for rectifying the Ar gas and the free liquid surface 51 of the silicon melt 5. Is performed with a thickness exceeding 30 mm.

[シリコン単結晶引上げ装置]
本実施形態の製造方法で用いるシリコン単結晶引上げ装置30は、図1及び図2に示すように、シリコン融液5が入れられるルツボ4と、ルツボ4の周囲に同心円筒状に配されるヒータ6と、ルツボ4を下方から支持する支持軸7と、ルツボ4の上側に設けられるガス整流筒11とから概略構成される。
[Silicon single crystal pulling equipment]
As shown in FIGS. 1 and 2, the silicon single crystal pulling apparatus 30 used in the manufacturing method of the present embodiment includes a crucible 4 in which the silicon melt 5 is put, and a heater arranged concentrically around the crucible 4. 6, a support shaft 7 that supports the crucible 4 from below, and a gas rectifying cylinder 11 provided on the upper side of the crucible 4.

ルツボ4は、石英等の材料からなる有底円筒状の内層保持容器4aと、同様に有底円筒状とされるとともに内層保持容器4aの外側に嵌合され、黒鉛等の材料からなる外層保持容器4bとから構成されている。また、ルツボ4は、下部が支持軸7によって支持され、所定の速度で回転する構成とされている。   The crucible 4 has a bottomed cylindrical inner layer holding container 4a made of a material such as quartz, and is similarly formed into a bottomed cylindrical shape and is fitted to the outside of the inner layer holding container 4a to hold an outer layer made of a material such as graphite. It is comprised from the container 4b. The crucible 4 has a lower portion supported by a support shaft 7 and is configured to rotate at a predetermined speed.

ヒータ6は、上述したように、ルツボ4の周囲に配されるとともに、ルツボ4に対して同心円筒状に配されている。ヒータ6は、ルツボ4に入れられたシリコン融液5を加熱して溶融させる。
支持軸7は、上述したように、ルツボ4を下方から支持する支持部材であり、モータ等の動力源によって回転することで、ルツボ4を所定の速度で回転させる。
As described above, the heater 6 is arranged around the crucible 4 and is arranged concentrically with the crucible 4. The heater 6 heats and melts the silicon melt 5 put in the crucible 4.
As described above, the support shaft 7 is a support member that supports the crucible 4 from below, and rotates the crucible 4 at a predetermined speed by being rotated by a power source such as a motor.

ガス整流筒11は、ルツボ4の上側、図示例においては、ガス整流筒11の下端11aがルツボ4の開口部41から内部に入り込むように配されている。また、ガス整流筒11は、上端11bから下端11aに向かって縮径するテーパ状に形成されている。ガス整流筒11は、上記構成により、シリコン単結晶引上げ装置30内部に供給されるArガスを、シリコン融液5とシリコン単結晶1との固液界面に向けて整流し、ホットゾーンを形成する。   The gas rectifying cylinder 11 is arranged on the upper side of the crucible 4, in the illustrated example, the lower end 11 a of the gas rectifying cylinder 11 enters the inside from the opening 41 of the crucible 4. Further, the gas flow straightening cylinder 11 is formed in a taper shape whose diameter is reduced from the upper end 11b toward the lower end 11a. With the above configuration, the gas rectifying cylinder 11 rectifies Ar gas supplied into the silicon single crystal pulling apparatus 30 toward the solid-liquid interface between the silicon melt 5 and the silicon single crystal 1 to form a hot zone. .

そして、上記構成とされたシリコン単結晶引上げ装置30においては、ルツボ4内に、ヒータ6によって溶融されたシリコン融液5が充填されており、ルツボ4の中心軸には、引き上げ棒あるいはワイヤー等からなる引き上げ軸Aが配されている。この引き上げ軸Aの先端部には、シ−ドチャック2及び種結晶1aが取り付けられている。   In the silicon single crystal pulling apparatus 30 configured as described above, the crucible 4 is filled with the silicon melt 5 melted by the heater 6, and the central axis of the crucible 4 has a pulling rod or a wire. A lifting shaft A consisting of is arranged. A seed chuck 2 and a seed crystal 1a are attached to the tip of the pulling shaft A.

[シリコン単結晶の成長]
以下に、図1及び図2に示すような構成とされたシリコン単結晶引上げ装置30を用いて、インゴット状のシリコン単結晶1を製造する際の手順について説明する。
本発明においては、図1に示すように、種結晶1aをルツボ4に収容されたシリコン融液5の表面に接触させて、支持軸7と同一軸心で同方向または逆方向に所定の速度で回転させながら、引き上げ軸Aを引き上げてゆくことにより、シリコン融液が凝固して形成されるシリコン単結晶1を成長させる。
[Growth of silicon single crystal]
Hereinafter, a procedure for manufacturing the ingot-shaped silicon single crystal 1 using the silicon single crystal pulling apparatus 30 configured as shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
In the present invention, as shown in FIG. 1, the seed crystal 1 a is brought into contact with the surface of the silicon melt 5 accommodated in the crucible 4, and a predetermined speed in the same direction or in the opposite direction with the same axis as the support shaft 7. The silicon single crystal 1 formed by the solidification of the silicon melt is grown by pulling up the pulling shaft A while rotating at.

本発明では、図2に示すように、先ず、肩部形成工程(肩部プロセス)において、種結晶1aをルツボ4内でシリコン融液5に接触させ、ゆっくりと所定の速度で回転させながら引き上げ軸Aを引き上げることにより、育成中のシリコン単結晶を所定の直径に拡径成長させ、所謂インゴットの肩部1bを形成する。この際、図2に示すように、シリコン単結晶引上げ装置30内には化学反応を防止するためのArガスを供給し、シリコン融液5と育成中のシリコン単結晶1との固液界面付近に向けて流通させながら、結晶成長処理を行なう。   In the present invention, as shown in FIG. 2, first, in the shoulder forming step (shoulder process), the seed crystal 1a is brought into contact with the silicon melt 5 in the crucible 4 and slowly pulled up at a predetermined speed. By pulling up the axis A, the growing silicon single crystal is expanded to a predetermined diameter to form a so-called ingot shoulder 1b. At this time, as shown in FIG. 2, Ar gas for preventing a chemical reaction is supplied into the silicon single crystal pulling apparatus 30, and the vicinity of the solid-liquid interface between the silicon melt 5 and the growing silicon single crystal 1. The crystal growth process is performed while being distributed toward the market.

次に、上記肩部成長工程に引き続き、胴部成長工程において、所定の直径に成長した肩部1bを有するシリコン単結晶1のインゴットを、胴部1cを成長させることによって棒状に成長させる。具体的には、上記肩部成長工程と同様、引き上げ軸Aをゆっくりと所定の速度で回転させながら引き上げることにより、シリコン単結晶1の胴部1cを成長させる。そして、シリコン単結晶1を目的とする長さまで成長させることで、最終的に、シリコン単結晶1を棒状のインゴットとして得ることができる。   Next, following the shoulder growth step, in the trunk growth step, an ingot of the silicon single crystal 1 having the shoulder 1b grown to a predetermined diameter is grown into a rod shape by growing the trunk 1c. Specifically, as in the shoulder growth step, the body 1c of the silicon single crystal 1 is grown by pulling up the pulling shaft A while slowly rotating at a predetermined speed. And the silicon single crystal 1 can be finally obtained as a rod-shaped ingot by growing the silicon single crystal 1 to the target length.

「ガス整流筒とシリコン融液の自由液面との間の距離(ギャップ)L1」
本発明の製造方法に備えられる肩部成長工程(肩部プロセス)は、図2に示すような、ガス整流筒11の下端11aとシリコン融液5の自由液面51との間の距離(ギャップ)L1を30mm超として行なう。これにより、例えば、As、赤燐、Sb等の高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いて、抵抗率が10mΩcm以下の低抵抗である半導体用のシリコン単結晶を成長させる際に、有転位化が発生するのを抑制できるので、シリコン融液からの結晶引上げを何度もやり直すことが無く、結晶成長のサイクル時間を短縮でき、生産性が向上するという効果が得られる。
“Distance (gap) L1 between the gas flow straightening cylinder and the free surface of the silicon melt”
The shoulder growth step (shoulder process) provided in the manufacturing method of the present invention is performed by a distance (gap) between the lower end 11a of the gas flow straightening cylinder 11 and the free liquid level 51 of the silicon melt 5 as shown in FIG. ) L1 is set to more than 30 mm. Thus, for example, when a silicon single crystal for semiconductor having a low resistance of 10 mΩcm or less is grown using a highly volatile resistance adjusting dopant such as As, red phosphorus, and Sb, dislocations are formed. Therefore, it is possible to suppress the crystal pulling from the silicon melt many times, shorten the cycle time of crystal growth, and improve the productivity.

本発明者等は、シリコン単結晶を成長させる際の初期工程において、肩部を所定の直径に成長させる肩部成長工程で、上述のような有転位化が頻発するのを抑制するため、鋭意検討を行なった。この結果、肩部成長工程において、ガス整流筒11の下端11aとシリコン融液5の自由液面51とのギャップを上記寸法とすることにより、有転位化が発生するのを抑制することができ、結晶成長のサイクル時間の短縮が可能となることを見出した。   In order to suppress the occurrence of dislocations as described above frequently in the shoulder growth step in which the shoulder is grown to a predetermined diameter in the initial step when growing the silicon single crystal, the present inventors have earnestly studied. A study was conducted. As a result, in the shoulder growth process, by setting the gap between the lower end 11a of the gas flow straightening cylinder 11 and the free liquid surface 51 of the silicon melt 5 to the above dimensions, occurrence of dislocation can be suppressed. It was found that the cycle time of crystal growth can be shortened.

上記構成により、肩部成長工程における結晶の有転位化が低減できる理由は明らかでは無いが、例えば、以下に説明するような理由が考えられる。
上述のようなシリコン単結晶中の有転位化は、シリコン融液の自由液面上に浮遊する非常に小さな異物が、肩部成長工程において結晶中に取り込まれることにより、生じるものと考えられる。また、従来、肩部成長工程は、通常、上記ギャップL1を10〜30mm程度の範囲として行なっていた。
Although the reason why the dislocation of crystals in the shoulder growth step can be reduced by the above configuration is not clear, for example, the following reasons can be considered.
The dislocation formation in the silicon single crystal as described above is considered to occur because very small foreign matters floating on the free liquid surface of the silicon melt are taken into the crystal in the shoulder growth step. Conventionally, the shoulder growth step is usually performed with the gap L1 in the range of about 10 to 30 mm.

ここで、図3(a)のグラフに示すように、上記ギャップL1が20mmの場合には、シリコン単結晶とシリコン融液との固液界面近傍の熱応力が高くなっていることがわかる。
これに対し、図3(b)のグラフに示すように、上記ギャップL1を50mmとした場合には、シリコン単結晶1とシリコン融液5との固液界面近傍の熱応力を大きく低減することが可能である。これにより、非常に小さな異物がシリコン結晶中に取り込まれた場合であっても、有転位化するまでには至らないものと考えられる。
このように、ガス整流筒11の下端11aとシリコン融液5の自由液面51とのギャップL1を大きな寸法、具体的には30mm超とすることにより、固液界面近傍の熱応力を大きく低減することが可能となる。
Here, as shown in the graph of FIG. 3A, it can be seen that when the gap L1 is 20 mm, the thermal stress in the vicinity of the solid-liquid interface between the silicon single crystal and the silicon melt is high.
On the other hand, as shown in the graph of FIG. 3B, when the gap L1 is 50 mm, the thermal stress in the vicinity of the solid-liquid interface between the silicon single crystal 1 and the silicon melt 5 is greatly reduced. Is possible. Thus, even if very small foreign matter is taken into the silicon crystal, it is considered that dislocation does not occur.
Thus, by setting the gap L1 between the lower end 11a of the gas flow straightening cylinder 11 and the free liquid surface 51 of the silicon melt 5 to a large size, specifically, more than 30 mm, the thermal stress near the solid-liquid interface is greatly reduced. It becomes possible to do.

また、本発明の製造方法では、図2に示すような肩部成長工程におけるガス整流筒11の下端11aとシリコン融液5の自由液面51との間のギャップL1を、図1に示すような胴部成長工程におけるギャップL2よりも大きな距離とすることがより好ましい。このように、ガス整流筒11の下端11aとシリコン融液5の自由液面51との間のギャップL1、L2を、「(肩部成長工程におけるギャップL1)>(胴部成長工程におけるギャップL2)」の関係とすることにより、以下に説明するような効果が得られる。   Further, in the manufacturing method of the present invention, the gap L1 between the lower end 11a of the gas flow straightening cylinder 11 and the free liquid level 51 of the silicon melt 5 in the shoulder growth step as shown in FIG. It is more preferable that the distance is larger than the gap L2 in the trunk growth step. Thus, the gaps L1 and L2 between the lower end 11a of the gas flow straightening cylinder 11 and the free liquid surface 51 of the silicon melt 5 are expressed as “(gap L1 in the shoulder growth process)> (gap L2 in the trunk growth process). ) ”, The following effects can be obtained.

まず、肩部成長工程においては、成長させるシリコン単結晶1の肩部1bでの有転位化が抑制されるので、結晶引上げのやり直し処理が低減され、肩部成長工程における製造サイクルタイムを短縮できる。一方、胴部成長工程においては、シリコン単結晶1とシリコン融液5との固液界面に垂直方向の融液温度勾配を大きくすることができるので、ドーパント濃度が高くなった場合でも、組成的過冷却を防止することが可能となり、成長させるシリコン単結晶1の胴部1cでの有転位化が抑制される。これにより、上記同様に製造サイクルタイムを短縮することができるので、高い生産効率でシリコン単結晶を製造することが可能となる。   First, in the shoulder growth process, since dislocations are suppressed in the shoulder 1b of the silicon single crystal 1 to be grown, the redrawing process of the crystal pulling is reduced, and the manufacturing cycle time in the shoulder growth process can be shortened. . On the other hand, in the trunk growth step, the melt temperature gradient in the direction perpendicular to the solid-liquid interface between the silicon single crystal 1 and the silicon melt 5 can be increased, so even if the dopant concentration increases, Overcooling can be prevented, and dislocation formation in the body 1c of the silicon single crystal 1 to be grown is suppressed. Thereby, since the manufacturing cycle time can be shortened similarly to the above, it becomes possible to manufacture a silicon single crystal with high production efficiency.

「プロセス条件」
本発明の製造方法における各プロセス条件としては、従来からシリコン単結晶のプロセス条件として一般に用いられている条件を、何ら制限無く適用することが可能である。
本発明は、基本的に、上記肩部成長工程におけるギャップL1を大きくすることにより、結晶に生じる熱応力を低減させ、有転位化を低減させる方法であるので、その他のプロセス条件としては、従来と同様の条件とすることができる。即ち、肩部成長工程における各プロセス条件としては、育成中の結晶回転数を0〜30rpm、ルツボ回転数を0〜30rpm、引上げ速度を0.1〜3mm/minの範囲で、適宜設定することが可能である。
"Process Conditions"
As each process condition in the manufacturing method of this invention, it is possible to apply the condition generally used as a process condition of a silicon single crystal conventionally without any limitation.
Since the present invention is basically a method of reducing the thermal stress generated in the crystal by increasing the gap L1 in the shoulder growth step and reducing dislocations, other process conditions are conventionally known. The same conditions can be used. That is, as each process condition in the shoulder growth step, the crystal rotation speed during growth is appropriately set in the range of 0 to 30 rpm, the crucible rotation speed is 0 to 30 rpm, and the pulling speed is in the range of 0.1 to 3 mm / min. Is possible.

「異物の発生」
高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いた低抵抗の半導体用シリコン単結晶の製造プロセスにおいては、揮発性ドーパントを用いた場合の製造プロセスと比較して、同様の条件で肩部形成を行なった場合でも、不揮発性ドーパントを用いた場合の方が、有転位化の頻度は小さい傾向にある。このような違いは、ドーパントが揮発するか否かが大きく関係しており、揮発性ドーパントを用いた場合、シリコン融液の自由表面に揮発性ドーパントが関係する異物が浮遊しているものと考えられる。これに関しては、以下のように説明することができる。
"Occurrence of foreign matter"
In the manufacturing process of a low resistance silicon single crystal for semiconductor using a highly volatile resistance adjusting dopant, the shoulder was formed under the same conditions as in the manufacturing process using a volatile dopant. Even in the case where the non-volatile dopant is used, the frequency of dislocation tends to be smaller. Such a difference is largely related to whether or not the dopant is volatilized. When a volatile dopant is used, it is considered that foreign substances related to the volatile dopant are floating on the free surface of the silicon melt. It is done. This can be explained as follows.

揮発性のドーパントは、シリコン融液の自由表面から蒸発している。本発明者等が数値シミュレーションを用いて鋭意検討したところ、シリコン融液の自由液面上においては、図2に示すような循環流R1、R2が形成されていることが明らかとなっている。ここで、蒸発したドーパント或いはその反応物は、循環流R2にトラップされ、一度、炉上部へ運ばれる。しかしながら、炉上部は温度が低いため、蒸発したドーパントあるいはその反応物が凝集してしまい、これらが下方へ落下してシリコン融液の自由液面に異物として浮遊するものと考えられる。   Volatile dopants are evaporated from the free surface of the silicon melt. As a result of intensive studies by the present inventors using numerical simulation, it is clear that circulating flows R1 and R2 as shown in FIG. 2 are formed on the free liquid surface of the silicon melt. Here, the evaporated dopant or its reactant is trapped in the circulating flow R2 and once transported to the upper part of the furnace. However, since the temperature of the upper part of the furnace is low, the evaporated dopant or the reaction product thereof aggregates, and it is considered that these fall down and float as foreign matters on the free liquid surface of the silicon melt.

これに対し、本発明の製造方法においては、肩部成長工程を、ガス整流筒11の下端11aとシリコン融液5の自由液面51との間の距離(ギャップ)L1を30mm超として行なうので、蒸発したドーパント或いはその反応物は、図2中の循環流R1に沿うように運ばれる。このため、蒸発したドーパント或いはその反応物は、炉上部には向かわずに炉下部に向かい、シリコン融液5の自由液面51に異物として浮遊することが無いものと考えられる。従って、本発明の製造方法では、肩部形成工程において有転位化が頻発するのが抑制されるので、シリコン融液からの結晶引上げを何度もやり直すことが無く、結晶成長のサイクル時間を短縮できるものと考えられる。   On the other hand, in the manufacturing method of the present invention, the shoulder growth step is performed with the distance (gap) L1 between the lower end 11a of the gas flow straightening cylinder 11 and the free liquid surface 51 of the silicon melt 5 exceeding 30 mm. The evaporated dopant or its reactant is carried along the circulating flow R1 in FIG. For this reason, it is considered that the evaporated dopant or its reaction product does not go to the upper part of the furnace but goes to the lower part of the furnace and does not float as a foreign substance on the free liquid surface 51 of the silicon melt 5. Therefore, in the manufacturing method of the present invention, the occurrence of dislocations frequently is suppressed in the shoulder forming step, so that the crystal pulling from the silicon melt is not repeated again and the cycle time of crystal growth is shortened. It is considered possible.

以上説明したように、本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、上記構成により、高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いて抵抗率が10mΩcm以下の低抵抗である半導体用のシリコン単結晶1を成長させる際の、肩部成長工程における有転位化が抑制できる。これにより、肩部成長工程において、シリコン融液5からの結晶引上げを何度もやり直すことが抑制され、製造サイクルタイムを短縮することができるので、高い生産効率でシリコン単結晶1を製造することが可能となる。   As described above, according to the method for producing a silicon single crystal of the present invention, a silicon single crystal for a semiconductor having a low resistance of 10 mΩcm or less using a highly volatile dopant for resistance adjustment with the above configuration. Dislocations in the shoulder growth step when growing 1 can be suppressed. Thereby, in the shoulder growth process, the crystal pulling from the silicon melt 5 is prevented from being repeated again and again, and the manufacturing cycle time can be shortened, so that the silicon single crystal 1 is manufactured with high production efficiency. Is possible.

また、肩部成長工程におけるガス整流筒11の下端11aとシリコン融液5の自由液面51との間のギャップL1を、胴部成長工程におけるギャップL2よりも大きな距離とすることにより、肩部成長工程においては、成長させるシリコン単結晶の肩部での有転位化が抑制される。これにより、肩部成長工程での結晶引上げのやり直し処理が低減され、肩部成長工程における製造サイクルタイムを短縮できる。一方、胴部成長工程においては、シリコン単結晶と1シリコン融液5との固液界面に垂直方向の融液温度勾配を大きくすることができるので、ドーパント濃度が高くなった場合でも、組成的過冷却を防止することが可能となり、成長させるシリコン単結晶1の胴部1cでの有転位化が抑制される。従って、製造サイクルタイムを短縮することができ、高い生産効率でシリコン単結晶を製造することが可能となる。   Further, by setting the gap L1 between the lower end 11a of the gas flow straightening cylinder 11 and the free liquid surface 51 of the silicon melt 5 in the shoulder growth process to be larger than the gap L2 in the trunk growth process, In the growth process, dislocations at the shoulder of the silicon single crystal to be grown are suppressed. As a result, the redrawing process of crystal pulling in the shoulder growth process is reduced, and the manufacturing cycle time in the shoulder growth process can be shortened. On the other hand, in the trunk growth step, the melt temperature gradient in the direction perpendicular to the solid-liquid interface between the silicon single crystal and the one silicon melt 5 can be increased, so even if the dopant concentration increases, Overcooling can be prevented, and dislocation formation in the body 1c of the silicon single crystal 1 to be grown is suppressed. Therefore, the manufacturing cycle time can be shortened, and a silicon single crystal can be manufactured with high production efficiency.

また、本発明のシリコン単結晶は、上記本発明の製造方法によって得られるものなので、結晶品質に優れ且つ低コストなものとなる。   Moreover, since the silicon single crystal of the present invention is obtained by the production method of the present invention, the crystal quality is excellent and the cost is low.

以下、実施例を示して、本発明のシリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶について、更に詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。   Examples Hereinafter, the method for producing a silicon single crystal and the silicon single crystal of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実験例1]
図1及び図2に示す単結晶引上げ装置30を用い、ルツボ4に収容されたシリコン融液5の表面に種結晶1aを接触させて引き上げ軸Aを引き上げることにより、複数のシリコン単結晶を成長させた。
この際の引き上げ条件は、チャージ量は120kg、引き上げ直径寸法は210mmとし、ドーパントとしてAsを900g用いた。また、引上げ速度を0.5〜0.9mm/minの範囲とし、結晶(シード)回転数を8rpm〜14rpmの範囲で変化させるとともに、ルツボ回転数を6rpm〜10rpmで変化させた。また、肩部の形状は、全て同形状となるように核条件を調整し、引き上げ処理を計5バッチで実施し、その際の肩部形成工程における有転位化の回数について調査した。
[Experimental Example 1]
A single crystal pulling apparatus 30 shown in FIGS. 1 and 2 is used to grow a plurality of silicon single crystals by bringing the seed crystal 1a into contact with the surface of the silicon melt 5 accommodated in the crucible 4 and pulling up the pulling shaft A. I let you.
The pulling conditions at this time were a charge amount of 120 kg, a pulling diameter of 210 mm, and 900 g of As as a dopant. Further, the pulling speed was set in the range of 0.5 to 0.9 mm / min, the crystal (seed) rotation speed was changed in the range of 8 rpm to 14 rpm, and the crucible rotation speed was changed in the range of 6 rpm to 10 rpm. Moreover, the nuclear conditions were adjusted so that the shape of the shoulder portion was the same, and the pulling process was performed in a total of 5 batches, and the number of dislocations in the shoulder formation step was investigated.

また、本実験例においては、揮発性のドーパントを用いるため、時間経過とともにドーパントが蒸発してシリコン融液中のドーパント濃度が低下していく。このため、有転位化が発生した場合、結晶を溶解のうえ、再度、ディッププロセスからやり直すが、その間の経過時間に従い、蒸発した分量のドーパントをドープし直して引上げを行った。
またさらに、上記製造プロセスにおいては、肩部成長工程におけるガス整流筒11の下端11aとシリコン融液5の自由液面51との間のギャップL1を、下記表1に示す寸法で、適宜変化させて結晶成長を行なった。
結果を下記表1に示す。
In this experimental example, since a volatile dopant is used, the dopant evaporates over time, and the dopant concentration in the silicon melt decreases. For this reason, when dislocations are generated, the crystals are dissolved, and the dip process is started again. However, according to the elapsed time, the evaporated amount of dopant is re-doped and pulled up.
Furthermore, in the manufacturing process, the gap L1 between the lower end 11a of the gas flow straightening cylinder 11 and the free liquid level 51 of the silicon melt 5 in the shoulder growth step is appropriately changed to the dimensions shown in Table 1 below. The crystal was grown.
The results are shown in Table 1 below.

Figure 0005262346
Figure 0005262346

表1に示すように、肩部成長工程におけるガス整流筒11の下端11aとシリコン融液5の自由液面51との間のギャップL1を30mm超とすることにより、肩部成長工程における有転位化の発生を低減できることが明らかである。   As shown in Table 1, dislocations in the shoulder growth step are achieved by setting the gap L1 between the lower end 11a of the gas flow straightening cylinder 11 in the shoulder growth step and the free liquid surface 51 of the silicon melt 5 to be greater than 30 mm. It is clear that the occurrence of crystallization can be reduced.

[実験例2]
上記実験例1と同様、図1及び図2に示す単結晶引上げ装置30を用い、ルツボ4に収容されたシリコン融液5の表面に種結晶1aを接触させて引き上げ軸Aを引き上げることにより、複数のシリコン単結晶を成長させた。
この際の引き上げ条件は、チャージ量は120kg、引き上げ直径寸法は210mmとし、ドーパントとしてAsを1200g用いた。また、引上げ速度を0.5〜0.9mm/minの範囲とし、結晶(シード)回転数を8rpm〜14rpmの範囲で変化させるとともに、ルツボ回転数を6rpm〜10rpmで変化させた。また、肩部の形状は、全て同形状となるように核条件を調整し、引き上げ処理を計5バッチで実施し、その際の肩部形成工程における有転位化の回数について調査した。
[Experiment 2]
Similar to Experimental Example 1, by using the single crystal pulling apparatus 30 shown in FIGS. 1 and 2, the seed crystal 1a is brought into contact with the surface of the silicon melt 5 accommodated in the crucible 4 and the pulling shaft A is lifted. A plurality of silicon single crystals were grown.
The pulling conditions at this time were a charge amount of 120 kg, a pulling diameter of 210 mm, and 1200 g of As as a dopant. Further, the pulling speed was set in the range of 0.5 to 0.9 mm / min, the crystal (seed) rotation speed was changed in the range of 8 rpm to 14 rpm, and the crucible rotation speed was changed in the range of 6 rpm to 10 rpm. Moreover, the nuclear conditions were adjusted so that the shape of the shoulder portion was the same, and the pulling process was performed in a total of 5 batches, and the number of dislocations in the shoulder formation step was investigated.

また、上記実験例1と同様、揮発性のドーパントを用いるため、時間経過とともにドーパントが蒸発してシリコン融液中のドーパント濃度が低下していく。このため、有転位化が発生した場合、結晶を溶解のうえ、再度、ディッププロセスからやり直すが、その間の経過時間に従い、蒸発した分量のドーパントをドープし直して引上げを行った。
またさらに、上記実験例1と同様、肩部成長工程におけるガス整流筒11の下端11aとシリコン融液5の自由液面51との間のギャップL1を、下記表2に示す寸法で、適宜変化させて結晶成長を行なった。
結果を下記表2に示す。
Moreover, since a volatile dopant is used like the said Experimental example 1, a dopant evaporates with time passage and the dopant density | concentration in a silicon melt falls. For this reason, when dislocations are generated, the crystals are dissolved, and the dip process is started again. However, according to the elapsed time, the evaporated amount of dopant is re-doped and pulled up.
Further, as in the above experimental example 1, the gap L1 between the lower end 11a of the gas flow straightening cylinder 11 and the free liquid level 51 of the silicon melt 5 in the shoulder growth process is appropriately changed in the dimensions shown in Table 2 below. Crystal growth was performed.
The results are shown in Table 2 below.

Figure 0005262346
Figure 0005262346

表2に示すように、肩部成長工程におけるガス整流筒11の下端11aとシリコン融液5の自由液面51との間のギャップL1を30mm超とすることにより、肩部成長工程における有転位化の発生を低減できることが明らかである。   As shown in Table 2, dislocations in the shoulder growth step are achieved by setting the gap L1 between the lower end 11a of the gas flow straightening cylinder 11 in the shoulder growth step and the free liquid surface 51 of the silicon melt 5 to be greater than 30 mm. It is clear that the occurrence of crystallization can be reduced.

本発明のシリコン単結晶の製造方法の一例を模式的に説明する図であり、本発明において使用する単結晶引上げ装置の一例を示す概略断面図である。It is a figure which illustrates typically an example of the manufacturing method of the silicon single crystal of this invention, and is a schematic sectional drawing which shows an example of the single crystal pulling apparatus used in this invention. 本発明のシリコン単結晶の製造方法の一例を模式的に説明する図であり、本発明において使用する単結晶引上げ装置の一例を示す概略断面図である。It is a figure which illustrates typically an example of the manufacturing method of the silicon single crystal of this invention, and is a schematic sectional drawing which shows an example of the single crystal pulling apparatus used in this invention. 本発明のシリコン単結晶の製造方法の一例を模式的に説明する図であり、肩部成長工程における結晶内熱応力分布を示すグラフである。It is a figure which illustrates typically an example of the manufacturing method of the silicon single crystal of this invention, and is a graph which shows the thermal stress distribution in a crystal | crystallization in a shoulder part growth process.

符号の説明Explanation of symbols

1…シリコン単結晶(インゴット)、1b…肩部、1c…胴部、4…ルツボ、5…シリコン融液、51…自由液面(シリコン融液)、11…ガス整流筒、L1、L2…ガス整流筒の下端とシリコン融液の自由液面との間の距離(ギャップ) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon single crystal (ingot), 1b ... Shoulder part, 1c ... Trunk part, 4 ... Crucible, 5 ... Silicon melt, 51 ... Free liquid surface (silicon melt), 11 ... Gas rectifier cylinder, L1, L2 ... The distance (gap) between the lower end of the gas flow straightening tube and the free surface of the silicon melt

Claims (1)

高揮発性の抵抗調整用ドーパントを用いるとともに、Arガスを供給し、ルツボに収容されたシリコン融液から抵抗率が10mΩcm以下の低抵抗であるシリコン単結晶を引き上げながら成長させるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン単結晶を所定の直径のインゴットに拡径成長させる肩部成長工程と、該肩部成長工程において所定の直径に成長したインゴットを棒状に成長させる胴部成長工程とを備え、
前記肩部成長工程は、前記結晶に生じる熱応力を低減させるように、前記Arガスを整流するガス整流筒の下端と前記シリコン融液の自由液面との間の距離を35mm以上160mmまでとし、前記胴部成長工程における距離よりも大きな距離として行なうことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
Production of a silicon single crystal using a highly volatile dopant for resistance adjustment, supplying Ar gas, and growing a silicon single crystal having a resistivity of 10 mΩcm or less from a silicon melt contained in a crucible while pulling it up A method,
A shoulder growth step for expanding the silicon single crystal to an ingot having a predetermined diameter; and a trunk growth step for growing the ingot grown to a predetermined diameter in the shoulder growth step into a rod shape.
In the shoulder growth step, the distance between the lower end of the gas rectifying cylinder for rectifying the Ar gas and the free surface of the silicon melt is reduced to 35 mm or more and 160 mm so as to reduce the thermal stress generated in the crystal. A method for producing a silicon single crystal, wherein the distance is larger than the distance in the trunk growth step.
JP2008168625A 2008-06-27 2008-06-27 Method for producing silicon single crystal Active JP5262346B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008168625A JP5262346B2 (en) 2008-06-27 2008-06-27 Method for producing silicon single crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008168625A JP5262346B2 (en) 2008-06-27 2008-06-27 Method for producing silicon single crystal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010006646A JP2010006646A (en) 2010-01-14
JP5262346B2 true JP5262346B2 (en) 2013-08-14

Family

ID=41587564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008168625A Active JP5262346B2 (en) 2008-06-27 2008-06-27 Method for producing silicon single crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5262346B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101467075B1 (en) * 2013-01-24 2014-12-01 주식회사 엘지실트론 Apparatus for growing ingot
JP6699797B2 (en) * 2017-02-28 2020-05-27 株式会社Sumco Silicon single crystal ingot manufacturing method and silicon single crystal ingot

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0774116B2 (en) * 1989-10-05 1995-08-09 信越半導体株式会社 Method and apparatus for adjusting oxygen concentration in Si single crystal
JPH05254988A (en) * 1992-03-13 1993-10-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Method and apparatus for production of single crystal
JPH09315882A (en) * 1996-05-29 1997-12-09 Komatsu Electron Metals Co Ltd Device for producing semiconductor single crystal and production of semiconductor single crystal therewith
JP4193610B2 (en) * 2003-06-27 2008-12-10 信越半導体株式会社 Single crystal manufacturing method
JP4433865B2 (en) * 2004-04-27 2010-03-17 株式会社Sumco Method for producing silicon single crystal
JP2007112663A (en) * 2005-10-20 2007-05-10 Sumco Techxiv株式会社 Apparatus and method for manufacturing semiconductor single crystal
JP2007210820A (en) * 2006-02-08 2007-08-23 Toshiba Ceramics Co Ltd Method for producing silicon single crystal
JP2007308335A (en) * 2006-05-18 2007-11-29 Covalent Materials Corp Single crystal pulling method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010006646A (en) 2010-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101070412B1 (en) Method of manufacturing silicon carbide single crystal
JP5909276B2 (en) Growth of uniformly doped silicon ingot by doping only the first charge
US10443149B2 (en) Method of producing crystal
CN102333909A (en) Method and drawn assembly for pulling polysilicon ingot from silicon melt
US20170356099A1 (en) Apparatus and method for introducing volatile dopants into a melt
JP6579046B2 (en) Method for producing silicon single crystal
JP5262346B2 (en) Method for producing silicon single crystal
TWI796517B (en) Single crystal silicon ingot and method for producing the same
WO2004092455A1 (en) Process for producing single crystal
US20090293802A1 (en) Method of growing silicon single crystals
JP2018002490A (en) Production method of silicon single crystal
JP5167942B2 (en) Method for producing silicon single crystal
JP5201730B2 (en) Manufacturing method of FZ method silicon single crystal
KR20070119738A (en) Silicon single crystal growth method and silicon single crystal grown by the method
JP4273793B2 (en) Single crystal manufacturing method
JP2009274920A (en) Production method of silicon single crystal
JP2007284323A (en) Semiconductor single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method
JP4218460B2 (en) Graphite heater for single crystal production, single crystal production apparatus and single crystal production method
JP4341379B2 (en) Single crystal manufacturing method
TWI751028B (en) Method for manufacturing single crystal silicon
RU2381305C1 (en) METHOD OF GROWING GERMANIUM MONOCRYSTALS WITH DIAMETRE OF UP TO 150 mm USING OTF METHOD
JPH03193689A (en) Production of compound semiconductor crystal
WO2024024155A1 (en) Silicon single crystal
JP6400946B2 (en) Method for producing Si-Ge solid solution single crystal
JP6488975B2 (en) Pulling method of silicon single crystal

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110524

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120614

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120810

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120911

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121108

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130108

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130226

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130402

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130415

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5262346

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250