JP6885286B2 - Method for manufacturing silicon single crystal - Google Patents
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Description
本発明は、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.
従来、シリコン単結晶の製造方法において、単結晶化率に優れ、部分加熱効果の良好な石英ルツボとして、特許文献1に記載の石英ルツボが知られている。
特許文献1に記載の石英ルツボは、壁体の内表面が実質的に気泡を含有しない透明ガラス層からなり、ルツボ側壁部から湾曲部および底部を含む任意の部位の赤外線透過率が30%〜80%であり、各部分における任意の複数箇所の赤外線透過率の差が、30%以下とされている。
Conventionally, the quartz crucible described in Patent Document 1 is known as a quartz crucible having an excellent single crystallization rate and a good partial heating effect in a method for producing a silicon single crystal.
The quartz crucible described in Patent Document 1 has a transparent glass layer whose inner surface of the wall body substantially does not contain air bubbles, and has an infrared transmittance of 30% to any portion including a curved portion and a bottom portion from the side wall portion of the crucible. It is 80%, and the difference in infrared transmittance at any plurality of locations in each portion is 30% or less.
しかしながら、前記特許文献1のように石英ルツボの赤外線透過率を一定範囲とし、その差を一定範囲以内にしようとしても、個々の石英ルツボの赤外線透過率を一定にすることができない。
特に、シリコン単結晶中において、OSF領域が支配する結晶成長速度と、L/DL領域が支配する結晶成長速度との間の結晶成長速度で形成され、空孔優勢領域(Pv領域)と、格子間シリコン優勢領域(Pi領域)とが混在した無欠陥領域における結晶成長速度のマージンは、石英ルツボの赤外線透過率の影響を受けやすい。
石英ルツボの個体差による石英ルツボの赤外線透過率の違いは、シリコン単結晶の無欠陥領域における結晶成長速度のマージンに大きく影響し、石英ルツボの赤外線透過率が異なることにより、無欠陥領域における引き上げ速度のマージンが安定せず、無欠陥領域にある単結晶の取得率が減少してしまうという課題がある。
However, even if the infrared transmittance of the quartz crucible is set within a certain range as in Patent Document 1 and the difference is set within a certain range, the infrared transmittance of each quartz crucible cannot be made constant.
In particular, in a silicon single crystal, it is formed at a crystal growth rate between the crystal growth rate dominated by the OSF region and the crystal growth rate dominated by the L / DL region, and is formed in a pore-dominant region (Pv region) and a lattice. The margin of the crystal growth rate in the defect-free region in which the inter-silicon dominant region (Pi region) is mixed is easily affected by the infrared transmittance of the quartz alcove.
The difference in the infrared transmittance of the quartz crucible due to the individual difference of the quartz crucible greatly affects the margin of the crystal growth rate in the defect-free region of the silicon single crystal, and the difference in the infrared transmittance of the quartz crucible causes the increase in the defect-free region. There is a problem that the speed margin is not stable and the acquisition rate of a single crystal in the defect-free region is reduced.
本発明の目的は、石英ルツボの赤外線透過率に個体差があっても、無欠陥領域における結晶成長速度のマージンが大きく変動することのないシリコン単結晶の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for producing a silicon single crystal in which the margin of the crystal growth rate in the defect-free region does not fluctuate significantly even if there are individual differences in the infrared transmittance of the quartz crucible.
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコン原料が投入される石英ルツボと、前記石英ルツボ中のシリコン原料を溶融するヒーターと、前記石英ルツボの上部に配置され、前記ヒーターからの赤外線を遮蔽する熱遮蔽体とを備えた引き上げ装置を用い、種結晶を前記石英ルツボの上方に引き上げて、シリコン単結晶を製造するチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、前記石英ルツボの赤外線透過率を取得する第1工程と、取得された赤外線透過率に基づいて、前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との距離を調整する第2工程と、前記シリコン単結晶を引き上げる第3工程と、を実施することを特徴とする。 In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, a quartz pot into which a silicon raw material is charged, a heater for melting the silicon raw material in the quartz pot, and an upper portion of the quartz pot are arranged to shield infrared rays from the heater. A method for producing a silicon single crystal by the Chokralsky method, in which a seed crystal is pulled above the quartz single crystal by using a pulling device provided with a heat shield to produce the quartz single crystal. The first step of acquiring the infrared transmittance and the second step of adjusting the distance between the liquid level of the silicon melt in the quartz pot and the lower end of the heat shield based on the acquired infrared transmittance. The third step of pulling up the silicon single crystal is carried out.
この発明によれば、第1工程により、シリコン単結晶の引き上げに際して用いる石英ルツボの赤外線透過率のばらつきを取得することができる。そして、第2工程により、石英ルツボの赤外線透過率の個体差に応じて、ヒーターからの赤外線の遮蔽率を調整して、第3工程により、シリコン単結晶の引き上げを行うことができる。したがって、石英ルツボの赤外線透過率が異なる場合であっても、無欠陥領域における結晶成長速度のマージンが大きく変動することなく、シリコン単結晶の引き上げを行うことができる。 According to the present invention, it is possible to obtain variations in the infrared transmittance of the quartz crucible used for pulling up the silicon single crystal by the first step. Then, in the second step, the shielding rate of infrared rays from the heater can be adjusted according to the individual difference in the infrared transmittance of the quartz crucible, and in the third step, the silicon single crystal can be pulled up. Therefore, even when the infrared transmittances of the quartz crucibles are different, the silicon single crystal can be pulled up without a large fluctuation in the margin of the crystal growth rate in the defect-free region.
本発明では、前記第3工程は、前記第2工程により調整された前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との距離を基準として、前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との距離を維持または増減させるのが好ましい。
この発明によれば、第3工程のシリコン単結晶の引上げの進行に伴って、シリコン単結晶を取り巻く熱環境が変化しない場合は、石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、熱遮蔽体の下端との距離を維持して単結晶を引き上げることができる。
一方、石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、熱遮蔽体の下端との距離を維持すると、かえって熱環境が大きく変化する場合は、あえてこれを増減させて熱環境の変化を相殺させることができる。したがって、シリコン単結晶の引上げが進行してもシリコン単結晶の引き上げ軸方向の温度勾配を安定化させ、シリコン単結晶の長手方向において安定して無欠陥領域における結晶速度のマージンを確保することができる。
In the present invention, in the third step, the silicon in the quartz crucible is based on the distance between the liquid level of the silicon melt in the quartz crucible adjusted by the second step and the lower end of the heat shield. It is preferable to maintain or increase or decrease the distance between the liquid level of the melt and the lower end of the heat shield.
According to the present invention, when the thermal environment surrounding the silicon single crystal does not change with the progress of pulling up the silicon single crystal in the third step, the liquid level of the silicon melt in the quartz crucible and the heat shield The single crystal can be pulled up while maintaining the distance from the lower end.
On the other hand, if the distance between the liquid level of the silicon melt in the quartz crucible and the lower end of the heat shield is maintained and the thermal environment changes significantly, increase or decrease this to offset the change in the thermal environment. Can be done. Therefore, even if the pulling of the silicon single crystal progresses, the temperature gradient in the pulling axial direction of the silicon single crystal can be stabilized, and the margin of the crystal velocity in the defect-free region can be secured stably in the longitudinal direction of the silicon single crystal. it can.
本発明では、前記第1工程は、前記石英ルツボの気泡層の厚さに基づいて、赤外線透過率を推定するのが好ましい。
この発明によれば、石英ルツボの気泡層の厚さに基づいて、赤外線透過率を推定しているので、赤外線透過率の取得が簡易となる。
In the present invention, in the first step, it is preferable to estimate the infrared transmittance based on the thickness of the bubble layer of the quartz crucible.
According to the present invention, since the infrared transmittance is estimated based on the thickness of the bubble layer of the quartz crucible, it is easy to obtain the infrared transmittance.
本発明では、前記第2工程は、基準となる前記石英ルツボの赤外線透過率における、前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽板との基準距離に対して、96%以上、103%以下の範囲で、前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との距離を調整するのが好ましい。
この発明によれば、第2工程において調整する範囲をこの範囲とすることにより、シリコン単結晶の引き上げ装置内のホットゾーンを大きく変更することなく、シリコン単結晶の引き上げを安定して行うことができる。
In the present invention, the second step is 96% or more with respect to the reference distance between the liquid level of the silicon melt in the quartz crucible and the heat shield plate in the infrared transmission rate of the quartz crucible as a reference. It is preferable to adjust the distance between the liquid level of the silicon melt in the quartz crucible and the lower end of the heat shield in the range of 103% or less.
According to the present invention, by setting the range to be adjusted in the second step to this range, it is possible to stably pull the silicon single crystal without significantly changing the hot zone in the silicon single crystal pulling device. it can.
[1]本発明に至る経緯
図1には、結晶面内位置と、結晶成長速度の変化によって生じる欠陥領域が示されている。図1の左側は赤外線透過がない場合、図1の右側は赤外線透過がある場合である。結晶成長速度を速くすると、OSF(Oxidation Induced Stacking Fault)領域、さらには、COP(Crystal Originated Pattern Defect)領域が増大する。
一方、結晶成長速度を遅くすると、L/DL(Large Dislocation Loop)領域が増大する。
[1] Background to the present invention FIG. 1 shows a position in the crystal plane and a defect region caused by a change in the crystal growth rate. The left side of FIG. 1 is the case where there is no infrared transmission, and the right side of FIG. 1 is the case where there is infrared transmission. When the crystal growth rate is increased, the OSF (Oxidation Induced Stacking Fault) region and further, the COP (Crystal Originated Pattern Defect) region increases.
On the other hand, when the crystal growth rate is slowed down, the L / DL (Large Dislocation Loop) region increases.
無欠陥領域は、OSF領域が支配する結晶成長速度と、L/DL領域が支配する結晶成長速度との間の結晶成長速度で形成され、空孔優勢領域(Pv領域)と、格子間シリコン優勢領域(Pi領域)とが混在した領域である。無欠陥領域の結晶成長速度で引き上げられた無欠陥結晶は、COPや転位クラスターといったGrown-in欠陥の無いまたは非常に少ない良質のシリコン単結晶であるといえる。したがって、無欠陥領域における結晶成長速度により、シリコン単結晶の引き上げ制御を行うことは、シリコン単結晶の品質を確保する上で重要である。 The defect-free region is formed at a crystal growth rate between the crystal growth rate dominated by the OSF region and the crystal growth rate dominated by the L / DL region, and is dominated by the pore-dominant region (Pv region) and the interstitial silicon. It is an area in which an area (Pi area) is mixed. It can be said that the defect-free crystal pulled up at the crystal growth rate in the defect-free region is a high-quality silicon single crystal having no or very few Grown-in defects such as COP and dislocation clusters. Therefore, it is important to control the pulling up of the silicon single crystal by the crystal growth rate in the defect-free region in order to ensure the quality of the silicon single crystal.
図1から判るように、無欠陥領域における結晶成長速度のマージン(ウェーハにしたときに、全面が無欠陥領域となるマージン)は、石英ルツボ3Aの赤外線透過率に影響され、赤外線透過がない場合の無欠陥領域における結晶成長速度のマージンは大きく、赤外線透過がある場合の無欠陥領域における結晶成長速度のマージンは小さくなることが、確認された。
本発明は、このような知見に基づいて、案出されたものである。以下に本発明の実施の形態について詳述する。
As can be seen from FIG. 1, the margin of the crystal growth rate in the defect-free region (the margin in which the entire surface becomes the defect-free region when made into a wafer) is affected by the infrared transmittance of the
The present invention has been devised based on such findings. Embodiments of the present invention will be described in detail below.
[2]シリコン単結晶の引き上げ装置1の構造
図2には、本発明の実施形態に係るシリコン単結晶10の製造方法を適用できるシリコン単結晶の引き上げ装置1の構造の一例を表す模式図が示されている。引き上げ装置1は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶10を引き上げる装置であり、外郭を構成するチャンバ2と、チャンバ2の中心部に配置されるルツボ3とを備える。
ルツボ3は、内側の石英ルツボ3Aと、外側の黒鉛ルツボ3Bとから構成される二重構造であり、回転および昇降が可能な支持軸4の上端部に固定されている。
[2] Structure of Silicon Single Crystal Pulling Device 1 FIG. 2 is a schematic view showing an example of the structure of a silicon single crystal pulling device 1 to which the method for producing a silicon
The crucible 3 has a double structure composed of an
ルツボ3の外側には、ルツボ3を囲む抵抗加熱式のヒーター5が設けられ、その外側には、チャンバ2の内面に沿って断熱材6が設けられている。
ルツボ3の上方には、支持軸4と同軸上で逆方向または同一方向に所定の速度で回転するワイヤなどの引き上げ軸7が設けられている。この引き上げ軸7の下端には種結晶8が取り付けられている。
A resistance
Above the crucible 3, a pull-
チャンバ2内には、ルツボ3内のシリコン融液9の上方で育成中のシリコン単結晶10を囲む円筒状の水冷体11が配置されている。
水冷体11は、たとえば、銅などの熱伝導性の良好な金属からなり、内部に流通される冷却水により、シリコン単結晶10を強制的に冷却する。この水冷体11は、育成中のシリコン単結晶10の冷却を促進し、単結晶中心部および単結晶外周部の引き上げ軸7方向の温度勾配を制御する役割を担う。
In the
The water-cooled
さらに、水冷体11の外周面および下端面を包囲するように、筒状の熱遮蔽体12が配置されている。
熱遮蔽体12は、育成中のシリコン単結晶10に対して、ルツボ3内のシリコン融液9やヒーター5やルツボ3の側壁からの高温の輻射熱を遮断するとともに、結晶成長界面である固液界面の近傍に対しては、外部への熱の拡散を抑制し、単結晶中心部および単結晶外周部の引き上げ軸方向の温度勾配を制御する役割を担う。
また、熱遮蔽体12は、シリコン融液9からの蒸発物を炉上方から導入した不活性ガスにより、炉外に排気する整流筒としての機能もある。
Further, a
The
Further, the
チャンバ2の上部には、アルゴンガス(以下、Arガスと称す)などの不活性ガスをチャンバ2内に導入するガス導入口13が設けられている。チャンバ2の下部には、図示しない真空ポンプの駆動により、チャンバ2内の気体を吸引して排出する排気口14が設けられている。
ガス導入口13からチャンバ2内に導入された不活性ガスは、育成中のシリコン単結晶10と熱遮蔽体12との間を下降し、熱遮蔽体12の下端とシリコン融液9の液面との隙間を経た後、熱遮蔽体12の外側、さらにルツボ3の外側に向けて流れ、その後にルツボ3の外側を下降し、排気口14から排出される。
A
The inert gas introduced into the
このような引き上げ装置1を用いてシリコン単結晶10を製造する際、チャンバ2内を減圧下の不活性ガス雰囲気に維持した状態で、ルツボ3に充填した多結晶シリコンなどの固形原料をヒーター5の加熱により溶融させ、シリコン融液9を形成する。
ルツボ3内にシリコン融液9が形成されると、引き上げ軸7を下降させて種結晶8をシリコン融液9に浸漬し、ルツボ3および引き上げ軸7を所定の方向に回転させながら、引き上げ軸7を徐々に引き上げ、これにより種結晶8に連なったシリコン単結晶10を育成する。
When the silicon
When the silicon melt 9 is formed in the crucible 3, the pulling
[3]石英ルツボ3Aの赤外線透過率
シリコン単結晶10の引き上げ装置1を構成し、シリコン原料が投入される石英ルツボ3Aは、図3に示すように、透明層31および気泡層32の2層構造とされる。なお、石英ルツボ3Aとしては、2層構造だけでなく、気泡層32の外側に透明層が設けられた3層構造のものもある。
透明層31は、石英ルツボ3Aの内面に形成される。透明層31は、気泡をほとんど含まないガラス質層から構成され、気泡層32よりもヒーター5から放射された赤外線を透過する。
気泡層32は、石英ルツボ3Aの外面に形成される。気泡層32は、内部に多層の気泡を含む層から構成され、ヒーター5から放射された赤外線を、内部の気泡によって反射、散乱させる。
[3] Infrared Transmittance of
The
The
赤外線透過率は、気泡層32の厚さによって変化し、気泡層32が厚ければ赤外線透過率は低下し、気泡層32が薄ければ赤外線透過率は上昇する。
具体的には、赤外線透過率と気泡層32の厚さとの関係は、図4に示す赤外線透過率測定装置20を用いて測定することにより、求めることができる。
赤外線透過率測定装置20は、電源21、ハロゲンヒーター22、およびレーザーパワーメーター23を備える。石英ルツボ3Aを砕いたサンプルを、レーザーパワーメーター23の検出素子上に配置し、電源21を入れてハロゲンヒーター22を点灯させ、レーザーパワーメーター23により検出されたレーザー強度を測定する。なお、レーザーパワーメーター23の検出素子と、ハロゲンヒーター22との距離は、たとえば43mmに設定する。
The infrared transmittance changes depending on the thickness of the
Specifically, the relationship between the infrared transmittance and the thickness of the
The infrared
赤外線透過率は、サンプルを配置しない場合の測定値と、サンプルとなる石英ルツボ3Aを配置した場合の測定値との比で与えられる。
具体的には、赤外線透過率=サンプルを配置した場合の測定値/サンプルを配置していない場合の測定値×100(%)で与えられる。
気泡層32の厚さの異なる石英ルツボ3Aを複数準備し、それぞれのサンプルについて、赤外線透過率測定装置20により赤外線透過率を測定した。
石英ルツボ3Aの気泡層32の厚さと、赤外線透過率とは、図5に示すように、比例関係にあることが確認された。石英ルツボ3Aの赤外線透過率は、図5に示すように、40%以上、70%以下の範囲となる。
The infrared transmittance is given as a ratio of the measured value when the sample is not arranged and the measured value when the
Specifically, it is given by infrared transmittance = measured value when a sample is arranged / measured value when no sample is arranged × 100 (%).
A plurality of
As shown in FIG. 5, it was confirmed that the thickness of the
[4]無欠陥領域における結晶成長速度のマージンと液面Gapとの関係
前述したように無欠陥領域における結晶成長速度のマージンは、石英ルツボ3Aの赤外線透過率によって変化する。そこで、ヒーター5からの赤外線を遮蔽する熱遮蔽体12の位置と、無欠陥領域における結晶成長速度のマージンの関係を調べた。
図6に示すように、シリコン融液9の液面と、熱遮蔽体12の下端との距離(以下、明細書中では液面Gapと呼称し、図面では単にGapと記載する)を変化させ、その際の無欠陥領域における結晶成長速度のマージンを測定した。
[4] Relationship between the margin of the crystal growth rate in the defect-free region and the liquid level Gap As described above, the margin of the crystal growth rate in the defect-free region changes depending on the infrared transmittance of the
As shown in FIG. 6, the distance between the liquid level of the silicon melt 9 and the lower end of the heat shield 12 (hereinafter, referred to as a liquid level Gap in the specification and simply referred to as Gap in the drawings) is changed. At that time, the margin of the crystal growth rate in the defect-free region was measured.
図7に示すように、同じ液面Gapで比較すると、赤外線透過なしの場合、無欠陥領域における結晶成長速度のマージン(図7ではPvPiMarginとした)は、0.012mm/minであり、赤外線透過ありの場合、無欠陥領域における結晶成長速度のマージンは、0.0055mm/minであった。この状態から、赤外線透過ありの場合の液面Gapを徐々に小さくしたところ、無欠陥領域における結晶成長速度のマージンは、徐々に上昇し、液面Gapが−3mmのところで、赤外線透過なしと同じ程度の無欠陥領域における結晶成長速度のマージンを得ることができた。
以上の結果から、液面Gapを変化させることによって、シリコン単結晶10に到達する石英ルツボ3Aの赤外線透過量を変化させ、石英ルツボ3Aの赤外線透過率変化による赤外線透過量の変化を相殺できる。
As shown in FIG. 7, when compared at the same liquid level Gap, the margin of the crystal growth rate in the defect-free region (referred to as PvPiMargin in FIG. 7) is 0.012 mm / min in the case of no infrared transmission, and infrared transmission is performed. In the case of the present, the margin of the crystal growth rate in the defect-free region was 0.0055 mm / min. From this state, when the liquid level Gap with infrared transmission was gradually reduced, the margin of the crystal growth rate in the defect-free region gradually increased, and when the liquid level Gap was -3 mm, it was the same as without infrared transmission. It was possible to obtain a margin of crystal growth rate in the defect-free region.
From the above results, by changing the liquid level Gap, the infrared transmission amount of the
図7で得られた実測値に基づいて、無欠陥領域の結晶成長速度マージンが最大となる最適な液面Gapと、石英ルツボ3Aの赤外線透過率との関係をシミュレーションしたところ、比例関係が得られることが確認された。
石英ルツボ3Aの赤外線透過率には、個体差があり、ばらつきがあるが、ばらつきがあっても、図8を参照することにより、容易に最適な液面Gapを求めることができる。
たとえば、図8における点P3の場合は、石英ルツボ3Aの赤外線透過率が80%程度であるので、液面Gapを基準点P1における最適な液面Gap(基準距離)の96%とすることにより、最適な液面Gapが得られる。一方、点P2の場合は、石英ルツボ3Aの赤外線透過率が40%程度であるので、液面Gapを基準点P1における最適な液面Gapの103%とすることにより、最適な液面Gapが得られる。
Based on the measured values obtained in FIG. 7, the relationship between the optimum liquid level Gap that maximizes the crystal growth rate margin in the defect-free region and the infrared transmittance of the
There are individual differences and variations in the infrared transmittance of the
For example, in the case of the point P3 in FIG. 8, since the infrared transmittance of the
[5]非破壊による石英ルツボ3Aの気泡層32の厚さの測定方法
前述したように、石英ルツボ3Aの気泡層32の厚さと、赤外線透過率とは比例関係にあり、さらに赤外線透過率と最適な液面Gapが比例関係にあることから、石英ルツボ3Aの気泡層32の厚さを非破壊で測定できれば、液面Gapをどの程度に設定すれば最適な液面Gapになるのかを把握でき、容易に無欠陥領域における結晶成長速度マージンを最大にすることができる。
[5] Method for measuring the thickness of the
まず、図9に示すように、接触端子41を石英ルツボ3Aの内周面に当接させ、座標を測定し、石英ルツボ3Aの外周面をCCDカメラで撮像して座標を測定し、2点間の距離を求めて、石英ルツボ3Aの肉厚を算出する。
次に、図10に示すように、レーザー発振器43から出射したレーザー光を、ミラー44を用いて屈折させて、石英ルツボ3Aの透明層31に斜めから入射させる。
そして、反射する光をCCDカメラ45で撮像し、反射する光の画像位置から透明層31の厚さを算出する。
石英ルツボ3Aの肉厚から透明層31の厚さの差分をとって、気泡層32の厚さを算出する。なお、レーザー光が石英ルツボ3Aの透明層31に進入する際の屈折率、および透明層31から気泡層32に進入する際の屈折率については、予めレーザー光の進路を肉厚断面方向から観察することにより求めることができる。
First, as shown in FIG. 9, the
Next, as shown in FIG. 10, the laser light emitted from the
Then, the reflected light is imaged by the
The thickness of the
[6]シリコン単結晶10の製造方法
次に、シリコン単結晶10の製造方法について、図11に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、図9および図10に示す測定方法により、石英ルツボ3Aの気泡層32の厚さを測定する(工程S1:第1工程)。
次に、図5の関係に基づいて、測定された石英ルツボ3Aの気泡層32の厚さに応じた赤外線透過率を算出する(工程S2)。
[6] Method for Producing
First, the thickness of the
Next, based on the relationship of FIG. 5, the infrared transmittance is calculated according to the thickness of the
図8の関係に基づいて、基準となる赤外線透過率に応じた点P1を把握し、点P2から点P3の範囲で、液面Gapを変化させて液面Gapの設定を行う(工程S3:第2工程)。
液面Gapの設定が終了したら、無欠陥領域における結晶成長速度マージンを把握して、シリコン単結晶10の引き上げ速度の設定を行う(工程S4)。なお、引き上げ速度の狙い値は、無欠陥領域における結晶成長速度マージンの中央値とするのが好ましい。
Based on the relationship of FIG. 8, the point P1 corresponding to the reference infrared transmittance is grasped, and the liquid level Gap is set by changing the liquid level Gap in the range from the point P2 to the point P3 (step S3: Second step).
After the setting of the liquid level Gap is completed, the crystal growth rate margin in the defect-free region is grasped, and the pulling rate of the silicon
以上が終了したら、液面Gapを維持した状態でシリコン単結晶10の引き上げを開始する(工程S5:第3工程)。
第3工程S5におけるシリコン単結晶10の引き上げは、引き上げられたシリコン単結晶10を取り巻く熱環境が変化しない場合には、液面Gapを維持してシリコン単結晶10の引き上げを行う。
一方、液面Gapを維持すると、かえって熱環境が大きく変化する場合は、これを増減させてシリコン単結晶10の引き上げを行い、熱環境の変化を相殺させる。
When the above is completed, the silicon
In the pulling up of the silicon
On the other hand, if the liquid level Gap is maintained and the thermal environment changes significantly, the change in the thermal environment is offset by increasing or decreasing the liquid level Gap and pulling up the silicon
[7]実施の形態の効果
このような本実施の形態によれば、以下の効果がある。
第1工程S1により、シリコン単結晶10の引き上げに際して用いる石英ルツボ3Aの赤外線透過率のばらつきを取得することができる。そして、第2工程S3により、石英ルツボ3Aの赤外線透過率の個体差に応じて、液面Gapを調整することにより、熱遮蔽体12によるヒーター5からの赤外線の遮蔽量を調整して、第3工程S5により、シリコン単結晶10の引き上げを行うことができる。したがって、石英ルツボ3Aの赤外線透過率が異なる場合であっても、無欠陥領域における結晶成長速度のマージンが大きく変動することなく、シリコン単結晶10の引き上げを行うことができる。
[7] Effects of the Embodiment According to the present embodiment as described above, there are the following effects.
By the first step S1, it is possible to acquire the variation in the infrared transmittance of the
第3工程S5のシリコン単結晶の引上げの進行に伴って、シリコン単結晶10を取り巻く熱環境が変化しない場合は、液面Gapを維持してシリコン単結晶10を引き上げ、液面Gapを維持すると、かえって熱環境が大きく変化する場合は、あえてこれを増減させて熱環境の変化を相殺させることができる。したがって、シリコン単結晶10の引上げが進行してもシリコン単結晶10の引き上げ軸方向の温度勾配を安定化させ、シリコン単結晶10の長手方向において安定して無欠陥領域における結晶成長速度のマージンを確保することができる。
If the thermal environment surrounding the silicon
石英ルツボ3Aの気泡層32の厚さに基づいて、赤外線透過率を推定しているので、赤外線透過率の取得が簡易となる。
第2工程S3において調整する範囲をこの範囲とすることにより、シリコン単結晶10の引き上げ装置1内のホットゾーンを大きく変更することなく、シリコン単結晶10の引き上げを安定して行うことができる。
Since the infrared transmittance is estimated based on the thickness of the
By setting the range to be adjusted in the second step S3 to this range, the silicon
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。
まず、赤外線透過率が50%の石英ルツボ3Aを準備し、シリコン単結晶の引き上げ装置1にセットし、石英ルツボ3Aを用いたときの無欠陥領域における結晶成長マージンが最大となるように、熱遮蔽体12の液面Gapを設定し、シリコン単結晶10の引き上げを行った(参考例)。
Next, examples of the present invention will be described. The present invention is not limited to the examples described below.
First, a
次に、赤外線透過率が70%の石英ルツボ3Aに変更し、参考例と同じ条件によりシリコン単結晶10の引き上げを行った(比較例)。
そして、赤外線透過率が70%の石英ルツボ3Aをそのまま使用して、熱遮蔽体12の液面Gapを、最初の液面Gapの96%に設定して、シリコン単結晶10の引き上げを行った(実施例)。
なお、参考例、比較例、実施例ともに、シリコン単結晶10を10本引き上げている。
Next, the
Then, using the
In each of the reference example, the comparative example, and the embodiment, 10 silicon
参考例、比較例、実施例について、無欠陥領域から外れたシリコン単結晶の部分を、不良品とした。なお、不良品の判定は、シリコン単結晶10を複数のインゴットブロックに切断し、その両端から枚葉の試料を採取し、OSF、L/DLの有無を確認することにより行った。
不良品と判定された試料のインゴットブロックは、さらに枚葉の試料を採取していき、OSF、L/DLがなくなるまで枚葉の試料を採取していく。そして、シリコン単結晶10の中の不良品長さを、シリコン単結晶10の10本分の総引き上げ長さで除して不良率を算出した。結果を図12に示す。
In the reference example, the comparative example, and the example, the portion of the silicon single crystal outside the defect-free region was regarded as a defective product. The defective product was determined by cutting the silicon
For the ingot block of the sample determined to be defective, a single leaf sample is further collected, and a single leaf sample is collected until OSF and L / DL are exhausted. Then, the defective product length in the silicon
図12から判るように、赤外線透過率50%の石英ルツボ3Aを使用して引き上げたシリコン単結晶10の不良率は、1%であったが、赤外線透過率70%の石英ルツボ3Aに変更して、シリコン単結晶10を引き上げた比較例では、不良率が6.8%に上昇した。
これに対して、液面Gapを96%に変更して熱遮蔽体12をシリコン融液9の液面に近づけた実施例では、不良率を1.0%まで低下できることが確認された。
したがって、石英ルツボ3Aの赤外線透過率に応じて、液面Gapを変更することにより、無欠陥結晶の不良率を低減できるといえる。
As can be seen from FIG. 12, the defect rate of the silicon
On the other hand, in the example in which the liquid level Gap was changed to 96% and the
Therefore, it can be said that the defect rate of defect-free crystals can be reduced by changing the liquid level Gap according to the infrared transmittance of the
1…引き上げ装置、2…チャンバ、3…ルツボ、3A…石英ルツボ、3B…黒鉛ルツボ、4…支持軸、5…ヒーター、6…断熱材、7…引き上げ軸、8…種結晶、9…シリコン融液、10…シリコン単結晶、11…水冷体、12…熱遮蔽体、13…ガス導入口、14…排気口、20…赤外線透過率測定装置、21…電源、22…ハロゲンヒーター、23…レーザーパワーメーター、31…透明層、32…気泡層、41…接触端子、43…レーザー発振器、44…ミラー、45…CCDカメラ、S1…第1工程、S3…第2工程、S5…第3工程。
1 ... Pulling device, 2 ... Chamber, 3 ... Crucible, 3A ... Quartz crucible, 3B ... Graphite crucible, 4 ... Support shaft, 5 ... Heater, 6 ... Insulation material, 7 ... Pulling shaft, 8 ... Seed crystal, 9 ... Silicon Melt, 10 ... Silicon single crystal, 11 ... Water cooler, 12 ... Heat shield, 13 ... Gas inlet, 14 ... Exhaust port, 20 ... Infrared transmittance measuring device, 21 ... Power supply, 22 ... Halogen heater, 23 ... Laser power meter, 31 ... transparent layer, 32 ... bubble layer, 41 ... contact terminal, 43 ... laser oscillator, 44 ... mirror, 45 ... CCD camera, S1 ... 1st step, S3 ... 2nd step, S5 ... 3rd step ..
Claims (4)
前記石英ルツボの赤外線透過率を取得する第1工程と、
取得された赤外線透過率に基づいて、前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との距離を調整する第2工程と、
前記シリコン単結晶を引き上げる第3工程と、
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。 A pulling device including a quartz crucible into which a silicon raw material is charged, a heater for melting the silicon raw material in the quartz crucible, and a heat shield arranged above the quartz crucible to shield infrared rays from the heater. It is a method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method for producing a silicon single crystal by pulling the seed crystal above the quartz crucible.
The first step of acquiring the infrared transmittance of the quartz crucible and
A second step of adjusting the distance between the liquid level of the silicon melt in the quartz crucible and the lower end of the heat shield based on the acquired infrared transmittance, and
The third step of pulling up the silicon single crystal and
A method for producing a silicon single crystal, which comprises carrying out.
前記第3工程では、引き上げられた前記シリコン単結晶を取り巻く熱環境の変化に基づき、前記距離を維持または増減して前記シリコン単結晶の引き上げを行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 In the method for producing a silicon single crystal according to claim 1,
The third step is a method for producing a silicon single crystal, which comprises pulling up the silicon single crystal by maintaining or increasing or decreasing the distance based on a change in the thermal environment surrounding the pulled up silicon single crystal.
前記第1工程は、前記石英ルツボの気泡層の厚さに基づいて、赤外線透過率を推定することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 In the method for producing a silicon single crystal according to claim 1 or 2.
The first step is a method for producing a silicon single crystal, which comprises estimating infrared transmittance based on the thickness of the bubble layer of the quartz crucible.
前記第2工程は、基準となる赤外線透過率における、前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との基準距離に対して、96%以上、103%以下の範囲で、前記石英ルツボ中のシリコン融液の液面と、前記熱遮蔽体の下端との距離を調整することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 In the method for producing a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 3.
The second step is in the range of 96% or more and 103% or less with respect to the reference distance between the liquid level of the silicon melt in the quartz crucible and the lower end of the heat shield in the reference infrared transmittance. A method for producing a silicon single crystal, which comprises adjusting the distance between the liquid level of the silicon melt in the quartz crucible and the lower end of the heat shield.
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