JP5077320B2 - Method for producing N-type silicon single crystal and phosphorus-doped N-type silicon single crystal - Google Patents
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Description
本発明は、原料結晶棒を誘導加熱コイルで加熱溶融して浮遊帯域を形成し、該浮遊帯域を移動する事で単結晶棒を育成するFZ法(フローティングゾーン法または浮遊帯溶融法)による単結晶製造方法及びシリコン単結晶に関し、さらに詳しくは、OSF(酸化誘起積層欠陥)発生を防止する単結晶製造方法及びリンドープN型シリコン単結晶に関する。 In the present invention, a raw material crystal rod is heated and melted by an induction heating coil to form a floating zone, and a single crystal rod is grown by moving the floating zone. The present invention relates to a crystal manufacturing method and a silicon single crystal, and more particularly to a single crystal manufacturing method and a phosphorus-doped N-type silicon single crystal that prevent generation of OSF (oxidation induced stacking fault).
FZ法は、半導体単結晶、例えば、現在半導体素子として最も多く使用されているシリコン単結晶の製造方法の一つとして使用される。 The FZ method is used as one of manufacturing methods of a semiconductor single crystal, for example, a silicon single crystal that is most frequently used as a semiconductor element at present.
図3は、従来のFZ単結晶製造方法において用いられる単結晶製造装置の一例である。このFZ単結晶製造装置30を用いて、単結晶を製造する方法について説明する。
先ず、原料結晶棒1を、チャンバー20内に設置された上軸3の上部保持治具4に保持する。一方、直径の小さい単結晶の種(種結晶)8を、原料結晶棒1の下方に位置する下軸5の下部保持治具6に保持する。
FIG. 3 is an example of a single crystal manufacturing apparatus used in a conventional FZ single crystal manufacturing method. A method of manufacturing a single crystal using the FZ single
First, the
次に、誘導加熱コイル7により原料結晶棒1を溶融して、種結晶8に融着させる。その後、種絞りにより絞り部9を形成して無転位化する。そして、上軸3と下軸5を回転させながら原料結晶棒1と育成単結晶棒2を下降させることで浮遊帯域(溶融帯あるいは溶融メルトともいう)10を原料結晶棒1と育成単結晶棒2の間に形成し、該浮遊帯域10を原料結晶棒1の上端まで移動させてゾーニングし、育成単結晶棒2を成長させる。
尚、この単結晶成長は、Arガスに微量の窒素ガスを混合した雰囲気中で行われ、また、N型FZ単結晶を製造するために、ドープガス吹き付け用ノズル(ドープノズル)11より、製造する抵抗率に応じた量のArベースのPH3ガスを流す。
上記誘導加熱コイル7としては、冷却用の水を流通させた、銅または銀からなる単巻または複巻の誘導加熱コイルが用いられている。
Next, the raw
This single crystal growth is performed in an atmosphere in which a small amount of nitrogen gas is mixed with Ar gas, and a resistance produced from a dope gas spray nozzle (dope nozzle) 11 in order to produce an N-type FZ single crystal. An appropriate amount of Ar-based PH 3 gas is flowed.
As the
近年、単結晶の大口径化の要求は益々強くなってきている。そのため、FZ法においても、製造する単結晶の大口径化が進んでいる。ところが、従来製法で、N型大口径FZ単結晶、特には、直径200mm以上の大口径単結晶を製造した場合、この結晶から切り出したウェーハをOSFテスト(例えば1150℃Wet O2−100min、選択エッチング4min)を行うと、OSFが発生する事が問題となっている。 In recent years, the demand for larger diameters of single crystals has been increasing. Therefore, also in the FZ method, the diameter of a single crystal to be manufactured is increasing. However, when an N-type large-diameter FZ single crystal, in particular, a large-diameter single crystal having a diameter of 200 mm or more is manufactured by a conventional manufacturing method, a wafer cut from this crystal is subjected to an OSF test (for example, 1150 ° C. Wet O 2 -100 min, When etching is performed for 4 minutes, the problem is that OSF occurs.
OSF防止策としては、CZ単結晶製造において、Al(アルミニウム)をドープする製法が開示されている(例えば特許文献1参照)。しかし、CZ単結晶と比較して、抵抗率の高い結晶の要求が多いFZ単結晶においては、偏析係数がP(リン)の0.35、B(ホウ素)の0.8と比較して、0.002と小さいAlをドープした場合、面内抵抗率分布や軸方向抵抗率分布が非常に悪くなり、抵抗率コントロールができないという問題があり、また、Alではガスドープすることが困難である事から、Alドープに替わる方法が求められていた。 As an OSF prevention measure, a manufacturing method in which Al (aluminum) is doped in the production of a CZ single crystal is disclosed (for example, see Patent Document 1). However, in the FZ single crystal, which has a high demand for a crystal having a high resistivity as compared with the CZ single crystal, the segregation coefficient is 0.35 for P (phosphorus) and 0.8 for B (boron). When Al is doped as small as 0.002, the in-plane resistivity distribution and the axial resistivity distribution become very bad, and there is a problem that the resistivity cannot be controlled, and it is difficult to dope gas with Al. Therefore, a method to replace Al dope has been demanded.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、FZ法によりシリコン単結晶、特には直径8インチ(200mm)以上の大口径のシリコン単結晶を製造する場合であっても、OSFの発生を防止することができるN型シリコン単結晶製造方法及びN型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 even when a silicon single crystal, particularly a silicon single crystal having a large diameter of 8 inches (200 mm) or more is manufactured by the FZ method, It is an object of the present invention to provide an N-type silicon single crystal manufacturing method and an N-type silicon single crystal that can prevent generation.
上記課題を解決するため、本発明は、FZ法によるシリコン単結晶の製造方法であって、ドープガスとしてArベースのPH3ガスとArベースのB2H6ガスとを用いてドープすることによりN型のシリコン単結晶を製造することを特徴とするN型シリコン単結晶の製造方法を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a method for producing a silicon single crystal by the FZ method, wherein N is doped by doping with Ar-based PH 3 gas and Ar-based B 2 H 6 gas as doping gases. Provided is a method for producing an N-type silicon single crystal, characterized by producing a single-type silicon single crystal.
このように、ドープガスとしてArベースのPH3ガスとArベースのB2H6ガスとを用いてドープすれば、N型でOSFの発生がない、高品質なFZシリコン単結晶を製造することができる。 Thus, if doping is performed using Ar-based PH 3 gas and Ar-based B 2 H 6 gas as the doping gas, it is possible to manufacture a high-quality FZ silicon single crystal that is N-type and does not generate OSF. it can.
この場合、前記ArベースのPH3ガスとArベースのB2H6ガスによるドープを、FZ単結晶製造装置の溶融メルト近傍に設けたドープガス吹き付け用ノズル又は前記溶融メルトよりも下方に設けたドープガス噴出し口から、ArベースのPH3ガスとArベースのB2H6ガスとを混合して流すことにより行うことができる。 In this case, a dope gas spray nozzle provided near the melt melt of the FZ single crystal manufacturing apparatus or a dope gas provided below the melt melt is doped with the Ar-based PH 3 gas and the Ar-based B 2 H 6 gas. This can be performed by mixing and flowing Ar-based PH 3 gas and Ar-based B 2 H 6 gas from the outlet.
このように、FZ単結晶製造装置の溶融メルト近傍に設けたドープガス吹き付け用ノズルからArベースのPH3ガスとArベースのB2H6ガスとを混合して流すことにより、ドープするB濃度をコントロールしやすく、さらに、製造されるN型シリコン単結晶中により容易にBを取り込ませることができるし、また、前記溶融メルトよりも下方に設けたドープガス噴出し口からArベースのPH3ガスとArベースのB2H6ガスとを混合して流すことにより、均一にBやPをドープすることができる。 Thus, by mixing and flowing Ar-based PH 3 gas and Ar-based B 2 H 6 gas from a dope gas spray nozzle provided in the vicinity of the melt melt of the FZ single crystal manufacturing apparatus, the concentration of B to be doped is increased. It is easy to control, moreover, B can be more easily taken into the produced N-type silicon single crystal, and Ar-based PH 3 gas can be introduced from the dope gas outlet provided below the melt. By mixing and flowing Ar-based B 2 H 6 gas, B or P can be uniformly doped.
また、前記ArベースのPH3ガスとArベースのB2H6ガスによるドープを、FZ単結晶製造装置の溶融メルト近傍に設けたドープガス吹き付け用ノズルからArベースのPH3ガスを、前記溶融メルトよりも下方に設けたドープガス噴出し口からArベースのB2H6ガスを流すことにより行うこともできる。 Further, the Ar-based PH 3 gas and Ar-based B 2 H 6 doped by gas, FZ PH 3 gas from the doping gas spraying nozzle provided in the molten melt near the Ar-based single crystal manufacturing apparatus, the molten melt Alternatively, Ar-based B 2 H 6 gas can be flowed from a dope gas ejection port provided below.
このように、FZ単結晶製造装置の溶融メルト近傍に設けたドープガス吹き付け用ノズルからArベースのPH3ガスを、前記溶融メルトよりも下方に設けたドープガス噴出し口からArベースのB2H6ガスを流せば、N型結晶とするためにBより高い濃度が必要となるPドープによる抵抗率を容易に調整でき、OSF発生防止のために低濃度でドープされるBを均一にドープすることができる。 In this way, Ar-based PH 3 gas is supplied from the dope gas blowing nozzle provided in the vicinity of the melt melt of the FZ single crystal production apparatus, and Ar-based B 2 H 6 is supplied from the dope gas ejection port provided below the melt melt. By flowing a gas, the resistivity by P doping, which requires a higher concentration than B in order to obtain an N-type crystal, can be easily adjusted, and B doped at a low concentration is uniformly doped to prevent OSF generation. Can do.
また、前記ArベースのB2H6ガスを、製造されるN型シリコン単結晶中のB濃度が3×1012atoms/cm3以上となるように流して、直径8インチ(200mm)以上のN型シリコン単結晶を製造することができる。 The Ar-based B 2 H 6 gas is flowed so that the B concentration in the produced N-type silicon single crystal is 3 × 10 12 atoms / cm 3 or more, and the diameter is 8 inches (200 mm) or more. An N-type silicon single crystal can be manufactured.
このように、ArベースのB2H6ガスを、製造されるN型シリコン単結晶中のB濃度が3×1012atoms/cm3以上となるように流せば、直径8インチ(200mm)以上の大口径であっても、十分なOSF発生防止効果が得られ、高品質な単結晶を安定して製造することができる。 Thus, if Ar-based B 2 H 6 gas is flowed so that the B concentration in the produced N-type silicon single crystal is 3 × 10 12 atoms / cm 3 or more, the diameter is 8 inches (200 mm) or more. Even with a large diameter, sufficient OSF generation preventing effect can be obtained, and a high quality single crystal can be stably produced.
また、本発明は、少なくとも、B濃度が3×1012atoms/cm3以上であり、直径8インチ(200mm)以上であることを特徴とするリンドープN型FZシリコン単結晶を提供する。 The present invention also provides a phosphorus-doped N-type FZ silicon single crystal having a B concentration of 3 × 10 12 atoms / cm 3 or more and a diameter of 8 inches (200 mm) or more.
このように、B濃度が3×1012atoms/cm3以上で直径8インチ(200mm)以上の大口径であるリンドープN型FZシリコン単結晶は、N型の大口径FZシリコン単結晶でありながら、OSFの発生がなく高品質であるため、製品価値の非常に高いものとなる。 As described above, the phosphorus-doped N-type FZ silicon single crystal having a B concentration of 3 × 10 12 atoms / cm 3 or more and a large diameter of 8 inches (200 mm) or more is an N-type large-diameter FZ silicon single crystal. The product value is very high because of the high quality without generation of OSF.
以上説明したように、本発明のN型FZシリコン単結晶の製造方法によれば、特に直径8インチ(200mm)以上の大口径であっても、OSFの発生がない、高品質な単結晶を安定して製造することができる。 As described above, according to the method for producing an N-type FZ silicon single crystal of the present invention, a high-quality single crystal that does not generate OSF even when it has a large diameter of 8 inches (200 mm) or more is obtained. It can be manufactured stably.
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、近年の単結晶の大口径化の要求に伴い、FZ法においても製造する単結晶の大口径化が進んでいるが、従来の製法で大口径単結晶、特には直径8インチ(200mm)以上のシリコン単結晶を製造した場合、OSFが多発することが問題となっていた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
As described above, with the recent demand for a single crystal having a large diameter, the single crystal manufactured in the FZ method is also increasing in diameter. When a silicon single crystal of (200 mm) or more is manufactured, there is a problem that OSF occurs frequently.
本発明者らは、直径6インチ(150mm)以上、特には直径8インチ(200mm)以上の大口径のN型シリコン単結晶をFZ法により製造する際、発生するOSFの原因について鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者らは、大口径の単結晶をFZ法により製造しようとすると、結晶外周部に格子間シリコンが優勢な領域が生じ、この格子間シリコンが凝集して核となり、OSFが発生するという問題が生じることを突き止めた。 The inventors of the present invention have made extensive studies on the cause of OSF generated when an N-type silicon single crystal having a diameter of 6 inches (150 mm) or more, particularly 8 inches (200 mm) or more is manufactured by the FZ method. It was. As a result, when the present inventors try to manufacture a large-diameter single crystal by the FZ method, a region where interstitial silicon is dominant is formed in the outer periphery of the crystal, and this interstitial silicon aggregates to become a nucleus, and OSF I found out that there was a problem that occurred.
そこで、本発明者らは、CZ法においてBが格子間シリコン型転位クラスターの発生を抑制する(「シリコンテクノロジー No.59 CZシリコン結晶の欠陥におよぼす不純物の効果(B,C,N,O,Sb,As,P)」 中村浩三、冨岡純輔)という点に着目し、さらに実験等を重ねた結果、酸素を含有しないFZシリコン単結晶の製造方法において、ゾーニング中にN型FZ単結晶製造のためにPH3ガスドープと共に、B2H6ガスドープを行い、単結晶中に、微量のBを添加する事で、OSF核となりうる格子間シリコン型転位クラスターの発生を抑制し、OSFの発生が防止できることに想到し、本発明を完成させた。 Therefore, the inventors of the present invention have proposed that B suppresses generation of interstitial silicon-type dislocation clusters in the CZ method (“Silicon Technology No. 59 Effect of impurities on defects in CZ silicon crystal (B, C, N, O, Sb, As, P) "Komura Nakamura, Junsuke Tsujioka) As a result of further experiments, N-type FZ single crystal production during zoning in the production method of FZ silicon single crystal containing no oxygen For this purpose, B 2 H 6 gas doping is performed together with PH 3 gas doping, and a small amount of B is added to the single crystal, thereby suppressing generation of interstitial silicon-type dislocation clusters that can become OSF nuclei, and generation of OSF. As a result, the present invention has been completed.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図1及び2は、本発明のN型FZシリコン単結晶の製造方法において用いられる単結晶製造装置の一例を示す概略図である。
図1のFZ単結晶製造装置40は、原料結晶棒1及び育成単結晶棒2を収容するチャンバー20と、前記原料結晶棒1と育成単結晶棒2の間に浮遊帯域(溶融メルト)10を形成するための熱源となる誘導加熱コイル7を有する。そして、ドープガス吹き付け用ノズル(ドープノズル)11からは、N型シリコン単結晶製造のためのArベースPH3ガスと共に、OSF発生防止用のArベースB2H6ガスを混合して流す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
1 and 2 are schematic views showing an example of a single crystal production apparatus used in the method for producing an N-type FZ silicon single crystal of the present invention.
The FZ single
図2のFZ単結晶製造装置41は、ドープノズル11から、N型シリコン単結晶製造のためのArベースPH3ガスを流し、溶融メルト10よりも下方にあるドープガス噴出し口12から、OSF発生防止用のArベースB2H6ガスを流す。その他の構成は、図1とほぼ同様である。
The FZ single
本発明では、例えばこのような単結晶製造装置40を用いて、以下のようにN型シリコン単結晶を製造する。
先ず、シリコン原料棒1の溶融を開始する部分をコーン形状に加工し、加工歪みを除去するために表面のエッチングを行う。その後、図1に示すFZ単結晶製造装置40のチャンバー20内にシリコン原料棒1を収容し、チャンバー20内に設置された上軸3の上部保持治具4にネジ等で固定する。一方、下軸5の下部保持治具6には種結晶8を取り付ける。
In the present invention, for example, using such a single
First, the portion of the silicon
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の下部から窒素ガスを含んだArガスを供給し、チャンバー上部より排気して、例えば0.15MPa、Arガスの流量を20〜50l/min、チャンバー内窒素濃度を0.1〜0.5%とする。そして、シリコン原料棒1を誘導加熱コイル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と育成単結晶棒2を例えば1〜5mm/minの速度で下降させることで溶融メルト10をシリコン原料棒1上端まで移動させてゾーニングし、シリコン単結晶棒2を成長させる。
Next, the lower end of the cone portion of the silicon
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、単結晶化の際に単結晶の回転中心となる下軸5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。このように両中心軸をずらすことにより単結晶化の際に溶融部を攪拌させ、製造する単結晶の品質を均一化することができる。偏芯量は単結晶の直径に応じて設定すればよい。
At this time, a single crystal is grown by shifting (eccentrically) the upper shaft 3 serving as the center of rotation when growing the silicon
また、ゾーニング中、N型の所定の抵抗率にするために、ドープノズル11から、ArベースのPH3ガスと、OSF防止用としてArベースのB2H6ガスを混合して流す。
Further, during zoning, in order to obtain a predetermined N-type resistivity, an Ar-based PH 3 gas and an Ar-based B 2 H 6 gas are mixed and flowed from the
このとき、得られるシリコン単結晶の導電型がN型となるように、ドープガス中のPH3の濃度をB2H6の濃度より高く設定する。PH3とB2H6の濃度比あるいは濃度差は、製造するシリコン単結晶が要求される抵抗率となるように決定すればよい。 At this time, the concentration of PH 3 in the doping gas is set higher than the concentration of B 2 H 6 so that the conductivity type of the obtained silicon single crystal is N-type. The concentration ratio or concentration difference between PH 3 and B 2 H 6 may be determined so that the silicon single crystal to be manufactured has a required resistivity.
ArベースのB2H6ガスは、この他に、図2のように、例えば上述したような単結晶製造装置41を用いる場合には、溶融メルトよりも下方にあるドープガス噴出し口12から流しても良く、また例えば、このドープガス噴出し口12から、ArベースのPH3ガスとArベースのB2H6ガスとを混合して流すこともできる。
Ar-based B 2 H 6 gas, In addition, as shown in FIG. 2, for example in the case of using a single
このとき、直径8インチ(200mm)以上の大口径のN型シリコン単結晶を問題なく製造するためには、ArベースのB2H6ガスを、製造されるN型シリコン単結晶中のB濃度が3×1012atoms/cm3以上となるように流すことが好ましい。従って、ArベースのPH3はシリコン単結晶中の3×1012atoms/cm3以上のB濃度を打ち消してN型となり、かつ所望抵抗率となる濃度を流すようにすればよい。 At this time, in order to produce a large-diameter N-type silicon single crystal having a diameter of 8 inches (200 mm) or more without problems, Ar-based B 2 H 6 gas is used as a B concentration in the produced N-type silicon single crystal. Is preferably 3 × 10 12 atoms / cm 3 or more. Accordingly, Ar-based PH 3 may be made to be N-type by canceling the B concentration of 3 × 10 12 atoms / cm 3 or more in the silicon single crystal and to flow at a concentration that provides the desired resistivity.
このようにして製造したN型シリコン単結晶は、B濃度が3×1012atoms/cm3以上となり、直径8インチ(200mm)以上の大口径であっても、OSF発生を防止できるので、本発明では、高品質なリンドープN型FZシリコン単結晶を提供することができる。 The N-type silicon single crystal manufactured in this way has a B concentration of 3 × 10 12 atoms / cm 3 or more, and can prevent generation of OSF even with a large diameter of 8 inches (200 mm) or more. In the invention, a high-quality phosphorus-doped N-type FZ silicon single crystal can be provided.
尚、N型シリコン単結晶中のB濃度の上限は、N型シリコン単結晶製造用のPとOSF防止用のBの両者を入れて単結晶構造を維持できる固溶限界までを上限に、それ以下の濃度で所望の抵抗率になるように調節すれば良い。 The upper limit of the B concentration in the N-type silicon single crystal is the upper limit up to the solid solution limit that can maintain the single crystal structure by adding both P for producing the N-type silicon single crystal and B for preventing OSF. What is necessary is just to adjust so that it may become a desired resistivity with the following density | concentrations.
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
1000Ωcm以上の直径150mmのCZシリコン単結晶をシリコン原料棒として、FZ法によりゾーニングを行い、N型50Ωcmターゲットで直径205mm、直胴長さ70cmのFZシリコン単結晶を製造した。
このシリコン単結晶の製造の際には、図1に示す単結晶製造装置を用いた。
誘導加熱コイルは内側の第一加熱コイルの外径を160mm、外側の第二加熱コイルの外径を280mmのパラレルコイルとし、炉内圧を0.19MPa、Arガス流量を50L/min、チャンバー内窒素ガス濃度を0.1%、成長速度を2.0mm/min、偏芯量を12mmとした。また、誘導加熱コイルのスリットには放電防止用石英板を挿入した。
ドープノズルからは、Arベースで濃度0.35〜0.45ppmaのPH3ガスを1000cc/min、Arベースで濃度0.004〜0.02ppmaのB2H6ガスを500cc/min流した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
Example 1
Zoning was performed by the FZ method using a CZ silicon single crystal having a diameter of 150 Ωcm or more and a diameter of 150 mm as a silicon raw material rod, and an FZ silicon single crystal having a diameter of 205 mm and a straight body length of 70 cm was manufactured using an N-type 50 Ωcm target.
When manufacturing this silicon single crystal, the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1 was used.
The induction heating coil is a parallel coil in which the outer diameter of the inner first heating coil is 160 mm, the outer diameter of the second outer heating coil is 280 mm, the furnace pressure is 0.19 MPa, the Ar gas flow rate is 50 L / min, and the nitrogen in the chamber The gas concentration was 0.1%, the growth rate was 2.0 mm / min, and the eccentricity was 12 mm. A quartz plate for preventing discharge was inserted into the slit of the induction heating coil.
From the dope nozzle, PH 3 gas having a concentration of 0.35 to 0.45 ppma based on Ar was flowed at 1000 cc / min, and B 2 H 6 gas having a concentration of 0.004 to 0.02 ppma based on Ar was flowed at 500 cc / min.
このようにして、FZ法によるシリコン単結晶を、成長途中に有転位化することなく、ノントラブルで8本取得した。
取得した結晶のコーン側、中央部、テール側から切り出したウェーハに対してOSFテスト(1150℃Wet O2−100min、選択エッチング4min)を行った結果、全てOSFが発生していなかった。また、テール側サンプルをPL法により結晶中のB濃度測定を行った結果、B濃度は、4.07〜8.15×1012atoms/cm3(表1のサンプルNo.10〜17)であった。また、抵抗率も目標通りであった。
In this way, eight silicon single crystals obtained by the FZ method were obtained without any dislocation during the growth, and without any trouble.
As a result of performing an OSF test (1150 ° C. Wet O 2 -100 min, selective etching 4 min) on the wafer cut from the cone side, the center part, and the tail side of the obtained crystal, no OSF was generated. Further, as a result of measuring the B concentration in the crystal of the tail side sample by the PL method, the B concentration was 4.07 to 8.15 × 10 12 atoms / cm 3 (sample Nos. 10 to 17 in Table 1). there were. The resistivity was also as planned.
(実施例2)
1000Ωcm以上の直径150mmのCZシリコン単結晶をシリコン原料棒として、FZ法によりゾーニングを行い、N型50Ωcmターゲットで直径205mm、直胴長さ70cmのFZシリコン単結晶を製造した。
このシリコン単結晶の製造の際には、図2に示す単結晶製造装置を用いた。
誘導加熱コイルは内側の第一加熱コイルの外径を160mm、外側の第二加熱コイルの外径を280mmのパラレルコイルとし、炉内圧を0.19MPa、Arガス流量を50L/min、チャンバー内窒素ガス濃度を0.1%、成長速度を2.0mm/min、偏芯量を12mmとした。また、誘導加熱コイルのスリットには放電防止用石英板を挿入した。
ドープノズルからは、Arベースで濃度0.35〜0.45ppmaのPH3ガスを1000cc/min、溶融メルトよりも下方にあるドープガス噴出し口からは、Arベースで濃度0.02〜0.06ppmaのB2H6ガスを1000cc/min流した。
(Example 2)
Zoning was performed by the FZ method using a CZ silicon single crystal having a diameter of 150 Ωcm or more and a diameter of 150 mm as a silicon raw material rod, and an FZ silicon single crystal having a diameter of 205 mm and a straight body length of 70 cm was manufactured using an N-type 50 Ωcm target.
When manufacturing this silicon single crystal, the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 2 was used.
The induction heating coil is a parallel coil in which the outer diameter of the inner first heating coil is 160 mm, the outer diameter of the second outer heating coil is 280 mm, the furnace pressure is 0.19 MPa, the Ar gas flow rate is 50 L / min, and the nitrogen in the chamber The gas concentration was 0.1%, the growth rate was 2.0 mm / min, and the eccentricity was 12 mm. A quartz plate for preventing discharge was inserted into the slit of the induction heating coil.
From the dope nozzle, PH 3 gas having a concentration of 0.35 to 0.45 ppma on the basis of Ar is 1000 cc / min, and from the dope gas outlet located below the melt, the concentration of 0.02 to 0.06 ppma on the basis of Ar B 2 H 6 gas was flowed at 1000 cc / min.
このようにして、FZ法によるシリコン単結晶を、成長途中に有転位化することなく、ノントラブルで10本取得した。
取得した結晶のコーン側、中央部、テール側から切り出したウェーハに対してOSFテスト(1150℃Wet O2−100min、選択エッチング4min)を行った結果、全てOSFが発生していなかった。また、テール側サンプルをPL法により結晶中のB濃度測定を行った結果、B濃度は、3.22〜8.05×1012atoms/cm3(表1のサンプルNo.18〜27)であった。また、抵抗率も目標通りであった。
In this way, 10 silicon single crystals obtained by the FZ method were obtained in a non-trouble manner without causing dislocations during the growth.
As a result of performing an OSF test (1150 ° C. Wet O 2 -100 min, selective etching 4 min) on the wafer cut from the cone side, the center part, and the tail side of the obtained crystal, no OSF was generated. As a result of measuring the B concentration in the crystal of the tail side sample by the PL method, the B concentration was 3.22 to 8.05 × 10 12 atoms / cm 3 (sample Nos. 18 to 27 in Table 1). there were. The resistivity was also as planned.
(比較例)
1000Ωcm以上の直径150mmのCZシリコン単結晶をシリコン原料棒として、FZ法によりゾーニングを行い、N型50Ωcmターゲットで直径205mm、直胴長さ70cmのFZシリコン単結晶を製造した。
このシリコン単結晶の製造の際には、図3に示す単結晶製造装置を用いた。
誘導加熱コイルは内側の第一加熱コイルの外径を160mm、外側の第二加熱コイルの外径を280mmのパラレルコイルとし、炉内圧を0.19MPa、Arガス流量を50L/min、チャンバー内窒素ガス濃度を0.1%、成長速度を2.0mm/min、偏芯量を12mmとした。また、誘導加熱コイルのスリットには放電防止用石英板を挿入した。
ドープノズルからは、Arベースで濃度0.35〜0.45ppmaのPH3ガスを1000cc/min流した。
(Comparative example)
Zoning was performed by the FZ method using a CZ silicon single crystal having a diameter of 150 Ωcm or more and a diameter of 150 mm as a silicon raw material rod, and an FZ silicon single crystal having a diameter of 205 mm and a straight body length of 70 cm was manufactured using an N-type 50 Ωcm target.
When manufacturing this silicon single crystal, the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 3 was used.
The induction heating coil is a parallel coil in which the outer diameter of the inner first heating coil is 160 mm, the outer diameter of the second outer heating coil is 280 mm, the furnace pressure is 0.19 MPa, the Ar gas flow rate is 50 L / min, and the nitrogen in the chamber The gas concentration was 0.1%, the growth rate was 2.0 mm / min, and the eccentricity was 12 mm. A quartz plate for preventing discharge was inserted into the slit of the induction heating coil.
From the dope nozzle, PH 3 gas having a concentration of 0.35 to 0.45 ppma on an Ar basis was flowed at 1000 cc / min.
このようにして、FZ法によるシリコン単結晶を、成長途中に有転位化することなく、ノントラブルで9本取得した。
取得した結晶のコーン側、中央部、テール側から切り出したウェーハに対してOSFテスト(1150℃Wet O2−100min、選択エッチング4min)を行った結果、9本中6本でリング状のOSFが発生していた。また、テール側サンプルをPL法により結晶中のB濃度測定を行った結果、B濃度は、1.46〜2.97×1012atoms/cm3(表1のサンプルNo.1〜9)であった。
In this manner, nine silicon single crystals obtained by the FZ method were obtained without any dislocations during the growth without causing trouble.
As a result of performing an OSF test (1150 ° C. Wet O 2 -100 min, selective etching 4 min) on the wafer cut from the cone side, center portion, and tail side of the obtained crystal, 6 out of 9 ring-shaped OSFs were obtained. It has occurred. Further, as a result of measuring the B concentration in the crystal of the tail side sample by the PL method, the B concentration was 1.46 to 2.97 × 10 12 atoms / cm 3 (sample Nos. 1 to 9 in Table 1). there were.
実施例及び比較例の結果を表1に示す。
表1に示すように、比較例(サンプルNo.1〜9)では、Bをドープしておらず、結晶中のB濃度が3×1012atoms/cm3未満であり、これは不可避的に混入したものと考えられ、9本中6本でリング状のOSFが発生したのに対し、実施例(サンプルNo.10〜27)では、Bをドープすることにより単結晶中のB濃度が3×1012atoms/cm3以上となり、18本すべてにおいてリング状のOSFは発生していなかった。 As shown in Table 1, in the comparative examples (sample Nos. 1 to 9), B is not doped, and the B concentration in the crystal is less than 3 × 10 12 atoms / cm 3 , which is unavoidable. In the example (sample Nos. 10 to 27), the concentration of B in the single crystal was 3 by doping with B in contrast to the ring-like OSF generated in 6 out of 9 that was considered to be mixed. × 10 12 atoms / cm 3 or more, and no ring-like OSF was generated in all 18 pieces.
このように、従来の方法では、OSFの発生頻度が高いことが判る。
一方、本発明の方法では、OSFの発生が防止できており、本発明の方法が非常に効果的であることが判った。
Thus, it can be seen that the frequency of OSF is high in the conventional method.
On the other hand, in the method of the present invention, generation of OSF can be prevented, and it has been found that the method of the present invention is very effective.
以上のことから、本発明のN型シリコン単結晶の製造方法によれば、特に直径8インチ(200mm)以上の大口径であってもOSFの発生を防止でき、高品質なFZシリコン単結晶を安定して製造することができるといえる。
また、得られたB濃度3×1012atoms/cm3以上のシリコン単結晶すべてにおいてOSFの発生がなかったことから、結晶中のB濃度が3×1012atoms/cm3以上であれば、より効果的にOSFの発生を防止できることが実証されたといえる。
From the above, according to the method for producing an N-type silicon single crystal of the present invention, generation of OSF can be prevented even with a large diameter of 8 inches (200 mm) or more, and a high-quality FZ silicon single crystal can be obtained. It can be said that it can be manufactured stably.
Further, since there was no occurrence of OSF in all resulting B concentration 3 × 10 12 atoms / cm 3 or more silicon single crystal, if the B concentration in the crystal is 3 × 10 12 atoms / cm 3 or more, It can be said that it has been proved that generation of OSF can be prevented more effectively.
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
1…原料結晶棒(シリコン原料棒)、 2…育成単結晶棒(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(溶融メルト)、
11…ドープガス吹き付け用ノズル(ドープノズル)、 12…ドープガス噴出し口、
30、40、41…FZ単結晶製造装置。
1 ... Raw material crystal rod (silicon raw material rod), 2 ... Growing 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 ... throttle part, 10 ... floating zone (melt melt),
11 ... Nozzle for dope gas spraying (dope nozzle), 12 ... Dope gas ejection port,
30, 40, 41 ... FZ single crystal manufacturing apparatus.
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