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JP2009274888A - Production method of silicon single crystal, and silicon single crystal wafer - Google Patents

Production method of silicon single crystal, and silicon single crystal wafer Download PDF

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JP2009274888A
JP2009274888A JP2008125626A JP2008125626A JP2009274888A JP 2009274888 A JP2009274888 A JP 2009274888A JP 2008125626 A JP2008125626 A JP 2008125626A JP 2008125626 A JP2008125626 A JP 2008125626A JP 2009274888 A JP2009274888 A JP 2009274888A
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JP
Japan
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crystal
silicon single
single crystal
wafer
growth rate
Prior art date
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JP2008125626A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryoji Hoshi
亮二 星
Izumi Fusegawa
泉 布施川
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method of a silicon single crystal, by which a silicon single crystal having uniform carbon concentration and BMD (bulk micro-defects) uniformly formed therein can be produced, and to provide a silicon single crystal wafer produced from a silicon single crystal produced by the method, the wafer having BMD uniformly formed within the wafer plane and having a uniform gettering ability. <P>SOLUTION: The production method of a silicon single crystal 1 by Czochralski method by doping with carbon is disclosed, wherein the crystal 1 is grown by controlling the difference between an average growing rate of the crystal center portion 15 within a plane perpendicular to the crystal growth direction and an average growing rate of the crystal peripheral portion 16 to be within ±0.1 mm/min during growing the crystal. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、チョクラルスキー法(Czochralski Method、以下CZ法と略する)により炭素をドープしてシリコン単結晶を製造する方法、及びそのシリコン単結晶から製造されるシリコン単結晶ウェーハに関する。   The present invention relates to a method for producing a silicon single crystal by doping carbon by a Czochralski method (hereinafter abbreviated as CZ method), and a silicon single crystal wafer produced from the silicon single crystal.

半導体デバイスの基板として用いられるシリコンウェーハを切り出すシリコン単結晶は、主にCZ法により製造されている。
半導体デバイスは、表層に素子形成するので、表層に欠陥が存在しないことが重要である。そのような欠陥が存在しないウェーハを製造する方法として、結晶育成段階で結晶欠陥を形成しないように育成条件等をコントロールしながら、無欠陥結晶を引き上げ、その無欠陥結晶からウェーハを切り出す方法がある。
このような方法は結晶育成時のコントロールが難しく、結晶の製造コストは高くなる特徴がある。
A silicon single crystal from which a silicon wafer used as a substrate of a semiconductor device is cut is mainly manufactured by a CZ method.
Since semiconductor devices are formed on the surface layer, it is important that there are no defects on the surface layer. As a method of manufacturing a wafer having no such defect, there is a method of pulling up a defect-free crystal and cutting out the wafer from the defect-free crystal while controlling the growth conditions so as not to form a crystal defect in the crystal growth stage. .
Such a method is characterized in that it is difficult to control during crystal growth, and the production cost of the crystal is high.

一方で、単結晶育成時に結晶欠陥の発生するような条件で結晶を育成した後、アニールして表層近傍の結晶欠陥を消滅させたウェーハや結晶欠陥の無いエピタキシャル層を堆積させたウェーハを製造する方法がある。
このような方法で製造されたウェーハは、一般に、例えば特許文献1に示されるように、I領域を含まない、成長速度の速い結晶から製造されいるため、単結晶の製造コストは安いが、結晶欠陥を消滅させるための付加工程がある分、無欠陥結晶から切り出されたウェーハに比較してトータルコストが高くなる特徴がある。
On the other hand, after growing crystals under conditions that cause crystal defects during single crystal growth, wafers with annealed crystal defects near the surface layer or epitaxial layers without crystal defects are manufactured. There is a way.
A wafer manufactured by such a method is generally manufactured from a crystal having a high growth rate that does not include an I region, as shown in Patent Document 1, for example. Since there is an additional step for eliminating defects, the total cost is higher than that of a wafer cut out from a defect-free crystal.

この結晶欠陥がある単結晶を用い、後工程で表層近傍の結晶欠陥を無害化する方法に於いては、上記のように無欠陥結晶より切り出されたウェーハよりトータルコストが高くなる分、付加価値が求められる。
その付加価値としては、ウェーハ内部にBMD(Bulk Micro Defect)を形成して、ウェーハ内部の重金属等の汚染原子を捕獲しデバイス特性を向上させるIG(Intrinsic Gettering)能力を付加することなどが行われる。
In the method of detoxifying crystal defects in the vicinity of the surface layer in the subsequent process using a single crystal with crystal defects, the added value is as much as the total cost becomes higher than the wafer cut out from the defect-free crystal as described above. Is required.
As an added value, a BMD (Bulk Micro Defect) is formed inside the wafer, and an IG (Intrinsic Gettering) capability for capturing contaminant atoms such as heavy metals inside the wafer and improving device characteristics is added. .

アニールウェーハの場合は、アニール処理条件の工夫によりBMDを形成することが可能である。しかし、一般にエピタキシャルウェーハでは、エピタキシャル層の形成を高温で行うため、結晶育成時に形成されたBMDの核が消滅してしまい、BMDが形成され難いウェーハであった。   In the case of an annealed wafer, it is possible to form a BMD by devising the annealing process conditions. However, in general, since epitaxial layers are formed at high temperatures in epitaxial wafers, BMD nuclei formed during crystal growth disappear, and BMDs are difficult to form.

これらを改善するために特許文献2や特許文献3などに示される、炭素ドープエピタキシャルウェーハが古くから提案されてきた。
炭素ドープをして育成した結晶においても、特許文献4に成長速度が示されていたり、特許文献5にFPD欠陥があることが示されているように、所謂V領域の比較的高速で引上げられた結晶が用いられている。
In order to improve these, carbon-doped epitaxial wafers shown in Patent Document 2 and Patent Document 3 have been proposed for a long time.
Even in a crystal grown by carbon doping, the growth rate is shown in Patent Document 4 or the FPD defect is shown in Patent Document 5 and is pulled up at a relatively high speed in the so-called V region. Crystals are used.

これらのウェーハでは、炭素が起因となってBMDが形成されるため、ウェーハ面内で炭素濃度の不均一があると、ウェーハ面内のBMD不均一が発生するという問題点があった。そして、BMD面内不均一があると、ゲッタリング能力が面内で不均一となり、デバイス工程中にウェーハの反りが発生するなどして、デバイスパターンが安定して書き込めないという問題点等があった。   In these wafers, since BMD is formed due to carbon, if there is non-uniform carbon concentration in the wafer surface, there is a problem that non-uniform BMD occurs in the wafer surface. In addition, if there is non-uniform BMD in-plane, gettering ability becomes non-uniform in-plane, and there is a problem that the device pattern cannot be stably written because the wafer warps during the device process. It was.

特開2000−219598号公報JP 2000-219598 A 特開昭59−82717号公報JP 59-82717 A 特開昭59−94809公報JP 59-94809 特開2001−102384公報JP 2001-102384 A 特開2002−293691公報JP 2002-293691 A

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、炭素濃度が均一化され、BMDが均一に形成されるシリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶製造方法、およびその方法で製造したシリコン単結晶から製造されるウェーハ面内でBMDが均一に形成され、均一なゲッタリング能力を有するリコン単結晶ウェーハを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems as described above, and a silicon single crystal manufacturing method capable of manufacturing a silicon single crystal in which the carbon concentration is made uniform and the BMD is formed uniformly, and the manufacturing method. An object of the present invention is to provide a recon single crystal wafer having a uniform gettering capability in which BMDs are uniformly formed in the surface of a wafer manufactured from the silicon single crystal.

上記目的を達成するために、本発明によれば、チョクラルスキー法により炭素をドープしてシリコン単結晶を製造する方法において、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±0.1mm/min以内となるようにして結晶を成長することを特徴とするシリコン単結晶製造方法を提供する(請求項1)。
このように、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±0.1mm/min以内となるようにして結晶を成長すれば、面内で炭素濃度が均一化され、BMDが均一に形成されたシリコン単結晶を製造することができる。
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the method for producing a silicon single crystal by doping carbon by the Czochralski method, a crystal center portion in a plane perpendicular to the crystal growth direction is obtained during crystal growth. A method for producing a silicon single crystal is provided, wherein a crystal is grown such that a difference between an average speed at which the crystal grows and an average speed at which a crystal peripheral portion grows is within ± 0.1 mm / min. 1).
Thus, during crystal growth, the difference between the average speed at which the crystal center in the plane perpendicular to the crystal growth direction grows and the average speed at which the crystal periphery grows should be within ± 0.1 mm / min. If the crystal is grown, a silicon single crystal in which the carbon concentration is made uniform in the plane and the BMD is formed uniformly can be manufactured.

このとき、前記結晶の平均成長速度と所定時間前の平均成長速度の差を±0.1mm/min以内とすることができる(請求項2)。
このように、前記結晶の平均成長速度と所定時間前の平均成長速度の差を±0.1mm/min以内とすることで、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±0.1mm/min以内にコントロールすることができる。
At this time, the difference between the average growth rate of the crystal and the average growth rate before a predetermined time can be within ± 0.1 mm / min.
Thus, by setting the difference between the average growth rate of the crystal and the average growth rate before a predetermined time to be within ± 0.1 mm / min, the crystal center portion in the plane perpendicular to the crystal growth direction during crystal growth The difference between the average speed at which the crystal grows and the average speed at which the crystal periphery grows can be controlled within ± 0.1 mm / min.

このとき、前記平均成長速度は40分間の平均成長速度であることが好ましい(請求項3)。
このように、前記平均成長速度を40分間の平均成長速度とすることにより、成長するシリコン単結晶の結晶欠陥領域を所望の結晶欠陥領域に制御することが容易となる。
At this time, the average growth rate is preferably an average growth rate of 40 minutes.
Thus, by setting the average growth rate to an average growth rate of 40 minutes, it becomes easy to control the crystal defect region of the growing silicon single crystal to a desired crystal defect region.

またこのとき、前記所定時間を5分以上、80分以下とすることが好ましい(請求項4)。
このように、前記所定時間を5分以上、80分以下とすることで、結晶界面高さ領域における結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差をより確実に±0.1mm/min以内にコントロールすることができる。
At this time, it is preferable that the predetermined time is 5 minutes or more and 80 minutes or less.
As described above, by setting the predetermined time to 5 minutes or more and 80 minutes or less, the average rate of growth of the crystal central part in the plane perpendicular to the crystal growth direction in the crystal interface height region and the crystal peripheral part grow. It is possible to control the difference from the average speed to be within ± 0.1 mm / min more reliably.

またこのとき、前記結晶成長中の結晶回転速度をR[rpm]、前記結晶の直径をDia[mm]とした時、R×Dia≧1200を満たして結晶を成長させることができる(請求項5)。
このように、前記結晶成長中の結晶回転速度をR[rpm]、前記結晶の直径をDia[mm]とした時、R×Dia≧1200を満たして結晶を成長させることで、結晶成長界面の境界拡散層厚さが面内で不均一になるのを抑制でき、結晶の炭素濃度を均一化する効果をより確実に奏することができる。
At this time, when the crystal rotation speed during the crystal growth is R [rpm] and the diameter of the crystal is Dia [mm], the crystal can be grown while satisfying R × Dia ≧ 1200. ).
As described above, when the crystal rotation speed during the crystal growth is R [rpm] and the diameter of the crystal is Dia [mm], the crystal grows by satisfying R × Dia ≧ 1200, so that the crystal growth interface It is possible to suppress the boundary diffusion layer thickness from becoming non-uniform in the surface, and to more reliably exhibit the effect of making the crystal carbon concentration uniform.

またこのとき、前記シリコン単結晶中の炭素濃度が1.2×1016〜20.0×1016atoms/cc(ASTM75)となるように炭素をドープして前記シリコン単結晶を成長させることが好ましい(請求項6)。
このように、前記シリコン単結晶中の炭素濃度が1.2×1016〜20.0×1016atoms/cc(ASTM75)となるように炭素をドープして前記シリコン単結晶を成長させることで、結晶の単結晶化を阻害することなく、従って、製造コストを抑制しつつ、結晶にBMDをより形成し易くすることができる。
At this time, the silicon single crystal may be grown by doping carbon so that the carbon concentration in the silicon single crystal is 1.2 × 10 16 to 20.0 × 10 16 atoms / cc (ASTM 75). Preferred (claim 6).
Thus, the silicon single crystal is grown by doping carbon so that the carbon concentration in the silicon single crystal is 1.2 × 10 16 to 20.0 × 10 16 atoms / cc (ASTM 75). Thus, BMD can be more easily formed on the crystal without inhibiting the single crystallization of the crystal, and thus suppressing the manufacturing cost.

またこのとき、前記シリコン単結晶中の酸素濃度が8×1017〜18×1017atoms/cc(ASTM79)となるように前記シリコン単結晶を成長させることが好ましい(請求項7)。
このように、前記シリコン単結晶中の酸素濃度が8×1017〜18×1017atoms/cc(ASTM79)となるように前記シリコン単結晶を成長させることで、炭素をドープする効果と合いまって、結晶に適量のBMDをより確実に形成することができる。
At this time, it is preferable to grow the silicon single crystal so that the oxygen concentration in the silicon single crystal is 8 × 10 17 to 18 × 10 17 atoms / cc (ASTM 79).
Thus, by growing the silicon single crystal so that the oxygen concentration in the silicon single crystal is 8 × 10 17 to 18 × 10 17 atoms / cc (ASTM 79), the effect of doping carbon is matched. Thus, an appropriate amount of BMD can be more reliably formed in the crystal.

また、本発明によれば、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造されたシリコン単結晶ウェーハが提供される(請求項8)。
このような、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造されたシリコン単結晶ウェーハであれば、ウェーハ面内に均一にBMDが形成され、均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
Moreover, according to this invention, the silicon single crystal wafer manufactured from the silicon single crystal manufactured using the silicon single crystal manufacturing method in any one of the said invention is provided.
In such a silicon single crystal wafer manufactured from a silicon single crystal manufactured using any one of the above-described silicon single crystal manufacturing methods of the present invention, the BMD is uniformly formed in the wafer surface, and the uniform It is a good silicon wafer having gettering capability.

また、本発明によれば、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、結晶中心部の炭素濃度と結晶周辺部の炭素濃度との差が20%以内であるシリコン単結晶ウェーハが提供される(請求項9)。
このような、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、結晶中心部の炭素濃度と結晶周辺部の炭素濃度との差が20%以内であるシリコン単結晶ウェーハであれば、ウェーハ面内に均一にBMDが形成され、より均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
In addition, according to the present invention, the difference between the carbon concentration at the center of the crystal and the carbon concentration at the periphery of the crystal manufactured from the silicon single crystal manufactured using any one of the above-described silicon single crystal manufacturing methods of the present invention. A silicon single crystal wafer in which is within 20% is provided (claim 9).
The difference between the carbon concentration at the center of the crystal and the carbon concentration at the periphery of the crystal manufactured from the silicon single crystal manufactured using any one of the above-described silicon single crystal manufacturing methods of the present invention is within 20%. The silicon single crystal wafer is a good silicon wafer having BMD uniformly formed in the wafer surface and having more uniform gettering ability.

また、本発明によれば、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、炭素濃度が1.2×1016〜20.0×1016atoms/cc(ASTM75)であるシリコン単結晶ウェーハが提供される(請求項10)。
このような、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、炭素濃度が1.2×1016〜20.0×1016atoms/cc(ASTM75)であるシリコン単結晶ウェーハであれば、ウェーハ面内に均一にBMDが形成され、面内で均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
Further, according to the present invention, the produced silicon single crystal produced by using any of a silicon single crystal production method of the present invention, the carbon concentration of 1.2 × 10 16 ~20.0 × 10 16 A silicon single crystal wafer that is atoms / cc (ASTM 75) is provided.
A carbon concentration of 1.2 × 10 16 to 20.0 × 10 16 atoms / cc manufactured from the silicon single crystal manufactured using any one of the above-described silicon single crystal manufacturing methods of the present invention is used. A silicon single crystal wafer that is ASTM 75) is a good silicon wafer having BMD uniformly formed in the wafer surface and uniform gettering ability in the surface.

また、本発明によれば、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、酸素濃度が8×1017〜18×1017atoms/cc(ASTM79)であるシリコン単結晶ウェーハが提供される(請求項11)。
このような、上記本発明のいずれかのシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造された、酸素濃度が8×1017〜18×1017atoms/cc(ASTM79)であるシリコン単結晶ウェーハであれば、ウェーハ面内により確実にBMDが形成され、均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
Further, according to the present invention, the oxygen concentration is 8 × 10 17 to 18 × 10 17 atoms / cc (manufactured from the silicon single crystal manufactured using any one of the silicon single crystal manufacturing methods of the present invention). A silicon single crystal wafer that is ASTM 79) is provided.
The oxygen concentration manufactured from the silicon single crystal manufactured by using any one of the above-described silicon single crystal manufacturing methods of the present invention is 8 × 10 17 to 18 × 10 17 atoms / cc (ASTM 79). If it is a silicon single crystal wafer, it is a good silicon wafer in which BMD is more reliably formed in the wafer surface and has uniform gettering ability.

本発明では、チョクラルスキー法により炭素をドープしてシリコン単結晶を製造する方法において、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±0.1mm/min以内となるようにして結晶を成長するので、炭素濃度が均一化され、BMDが均一に形成されるシリコン単結晶を製造することができる。また、そのシリコン単結晶から製造されたシリコン単結晶ウェーハは、ウェーハ面内に均一にBMDが形成され、均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコン単結晶ウェーハとなる。   In the present invention, in the method for producing a silicon single crystal by doping carbon by the Czochralski method, the average speed at which the crystal central portion in the plane perpendicular to the crystal growth direction grows and the crystal peripheral portion during crystal growth. Since the crystal is grown such that the difference from the average growth rate is within ± 0.1 mm / min, it is possible to produce a silicon single crystal in which the carbon concentration is made uniform and the BMD is formed uniformly. A silicon single crystal wafer manufactured from the silicon single crystal is a good silicon single crystal wafer having a uniform gettering capability in which BMDs are uniformly formed in the wafer surface.

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, although an embodiment is described about the present invention, the present invention is not limited to this.

一般的なエピタキシャルウェーハでは、エピタキシャル層形成を高温で行うため、結晶育成時に形成されたBMDの核が消滅してしまい、そのことによってBMDが形成され難いウェーハであった。
そのため、近年では、BMDを形成して十分なゲッタリング能力を付与するために、炭素をドープしてシリコン単結晶を製造することが行われている。
In a general epitaxial wafer, since the epitaxial layer is formed at a high temperature, BMD nuclei formed at the time of crystal growth disappear, which makes it difficult to form a BMD.
Therefore, in recent years, in order to form a BMD and provide sufficient gettering capability, carbon is doped to manufacture a silicon single crystal.

このように炭素をドープして製造した単結晶から切り出したウェーハでは、炭素が起因となってBMDが形成されるため、炭素をドープしない場合に比べて相対的にゲッタリング能力が高いのではあるが、ウェーハ面内で炭素濃度不均一があると、ウェーハ面内のBMDの不均一が発生するという問題点があった。そして、BMDの面内不均一があると、ウェーハ面内で均一なゲッタリング能力が得られず、また、デバイス工程中にウェーハの反りが発生するなどして、デバイスパターンが安定して書き込めないという問題点があった。   Thus, in a wafer cut out from a single crystal manufactured by doping carbon, BMD is formed due to carbon, so that the gettering ability is relatively high compared to the case where carbon is not doped. However, if the carbon concentration is non-uniform in the wafer surface, there is a problem that non-uniform BMD occurs in the wafer surface. If the in-plane BMD is non-uniform, uniform gettering ability cannot be obtained within the wafer surface, and the device pattern cannot be stably written because the wafer warps during the device process. There was a problem.

そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。
ところで、炭素がシリコン結晶に取り込まれる現象は偏析現象として知られており、融液濃度に偏析係数を掛けた濃度が結晶に取り込まれることが知られている。
この偏析係数は、一般には、一定値として考えられることが多いが、以下の式に示されるように、実際には種々の条件に影響される実効偏析係数として働く。
Therefore, the present inventor has intensively studied to solve such problems.
By the way, the phenomenon in which carbon is taken into the silicon crystal is known as a segregation phenomenon, and it is known that a concentration obtained by multiplying the melt concentration by the segregation coefficient is taken into the crystal.
In general, this segregation coefficient is often considered as a constant value, but actually acts as an effective segregation coefficient that is affected by various conditions as shown in the following equation.

偏析現象は下記のような式に書き表される。
[C]=keff×[C]×(1−g)Keff−1
[C]:結晶中の不純物濃度、[C]:原料融液中の不純物濃度
g:固化率、keff:実効偏析係数
The segregation phenomenon is expressed in the following formula.
[C] S = keff × [C] 0 × (1-g) Keff−1
[C] S : Impurity concentration in crystal, [C] 0 : Impurity concentration in raw material melt g: Solidification rate, keff: Effective segregation coefficient

また、実効偏析係数keffは下記のように書き表されるとされる。
keff=k/[k+(1−k)exp(−vδ/D)]
:平衡偏析係数(炭素の場合は0.07)、v:成長速度
δ:境界拡散層厚さ、D:原料融液中の不純物拡散係数
The effective segregation coefficient keff is expressed as follows.
keff = k 0 / [k 0 + (1−k 0 ) exp (−vδ / D)]
k 0 : equilibrium segregation coefficient (0.07 in the case of carbon), v: growth rate δ: boundary diffusion layer thickness, D: impurity diffusion coefficient in raw material melt

ここで、境界拡散層厚さは、結晶の回転や原料融液の粘性、不純物の拡散係数などに影響される値である。
以上のような式から判るように、実効偏析係数は種々の条件に影響され、変化するはずの値である。
Here, the thickness of the boundary diffusion layer is a value influenced by the rotation of the crystal, the viscosity of the raw material melt, the impurity diffusion coefficient, and the like.
As can be seen from the above formula, the effective segregation coefficient is affected by various conditions and should change.

本発明者は、この実効偏析係数が種々の条件に影響されはするが、通常の製品結晶を製造する場合には、主に単結晶の成長速度に影響されることを見出し、この成長速度を安定させて引上げを行うことが、結晶に均一な炭素ドープをもたらし、BMDを形成する上で重要であることを見出した。
そして、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±0.1mm/min以内となるようにして結晶を成長することで、面内で均一に炭素ドープをして面内均一なBMDが形成されるシリコン単結晶を製造できることに想到し、本発明を完成させた。
The present inventor has found that this effective segregation coefficient is influenced by various conditions, but when producing a normal product crystal, it is mainly influenced by the growth rate of a single crystal. It has been found that a stable pulling is important for bringing the crystal into a uniform carbon dope and forming a BMD.
Then, during crystal growth, the difference between the average speed at which the crystal central part in the plane perpendicular to the crystal growth direction grows and the average speed at which the crystal peripheral part grows is within ± 0.1 mm / min. As a result of the growth, it was conceived that a silicon single crystal in which BMD was formed uniformly by in-plane carbon doping to form a BMD in-plane could be manufactured, and the present invention was completed.

図1は、本発明のシリコン単結晶の製造方法を実施する際に用いることができる単結晶引上げ装置21の一例である。単結晶引上げ装置21のメインチャンバ−2内には、溶融された原料融液5を収容するための石英ルツボ6とその石英ルツボ6を支持する黒鉛ルツボ7が設けられている。そして、これらのルツボ6、7を取り囲むようにヒーター4が配置されている。ヒーター4の外周には、ヒーター4からの熱がメインチャンバ−2に直接輻射されるのを防止するために、断熱部材8がその周囲を取り囲むように設けられている。
ルツボ6、7は結晶成長軸方向に昇降可能となっており、単結晶成長中に減少した原料の液面下降分を補うように該ルツボ6、7を上昇させることができるようになっている。
FIG. 1 shows an example of a single crystal pulling apparatus 21 that can be used in carrying out the method for producing a silicon single crystal of the present invention. In the main chamber-2 of the single crystal pulling apparatus 21, a quartz crucible 6 for containing the melted raw material melt 5 and a graphite crucible 7 for supporting the quartz crucible 6 are provided. And the heater 4 is arrange | positioned so that these crucibles 6 and 7 may be surrounded. In order to prevent heat from the heater 4 from being directly radiated to the main chamber-2, a heat insulating member 8 is provided on the outer periphery of the heater 4 so as to surround the periphery thereof.
The crucibles 6 and 7 can be moved up and down in the direction of the crystal growth axis, and the crucibles 6 and 7 can be raised so as to compensate for the lowering of the liquid level of the raw material decreased during the single crystal growth. .

また、メインチャンバ−2内にはガス整流筒9が設けられている。さらにガス整流筒9の外側下端に原料融液と対向するように断熱材10を設けて融液面からの輻射をカットするとともに融液面を保温するようにしている。
そして、石英ルツボ6の中に、シリコン単結晶の原料である多結晶シリコンと、炭素をドープするためのドープ剤を充填する。
ここで、ドープ剤として高純度炭素粉末、あるいは炭素塊(粒状のカーボン)などを用いることができる。
Further, a gas rectifying cylinder 9 is provided in the main chamber-2. Further, a heat insulating material 10 is provided at the outer lower end of the gas flow straightening tube 9 so as to face the raw material melt, so that radiation from the melt surface is cut and the melt surface is kept warm.
Then, the quartz crucible 6 is filled with polycrystalline silicon, which is a silicon single crystal raw material, and a dopant for doping carbon.
Here, high purity carbon powder or carbon lump (granular carbon) can be used as the dopant.

このように、石英ルツボ6中に原料5及びドープ剤を充填した後、ガス流出口12から排気しながら引上げチャンバー3に設置されたガス導入口11から不活性ガスを流入し、内部を不活性ガス雰囲気に置換する。次に、黒鉛ルツボ7を取り囲むように配置されたヒーター4でルツボ6、7を加熱し、原料を溶融させて原料融液5を得る。   In this way, after filling the raw material 5 and the dopant into the quartz crucible 6, an inert gas flows in from the gas inlet 11 installed in the pulling chamber 3 while exhausting from the gas outlet 12, and the inside is inert. Replace with gas atmosphere. Next, the crucibles 6 and 7 are heated by the heater 4 disposed so as to surround the graphite crucible 7, and the raw material is melted to obtain the raw material melt 5.

このように充填した原料を溶融後、種結晶13を原料融液5に浸漬し、種結晶13を回転させながらシリコン単結晶1を成長させ、引上げワイヤー14を引上げ機構(不図示)によって巻き取ることで種結晶13の下方にシリコン単結晶1を引上げて育成する。   After melting the raw material filled in this manner, the seed crystal 13 is immersed in the raw material melt 5, the silicon single crystal 1 is grown while rotating the seed crystal 13, and the pulling wire 14 is wound up by a pulling mechanism (not shown). Thus, the silicon single crystal 1 is pulled up and grown below the seed crystal 13.

本発明のシリコン単結晶製造方法によって引上げられるシリコン単結晶1の成長界面は図2(A)に示すように、結晶周辺16より結晶中心部15が盛り上がっている。これは結晶周辺16では冷却され易く、結晶中心部15では冷却され難いためであり、周辺部16の方が成長速度が速くなり易いからである。この盛り上がり部分の周辺部16下端からの高さhは、結晶直径や結晶成長速度、磁場印加の有無、メルト対流など様々な要素によって変わるので一概には言えないが、エピタキシャルウェーハ用の単結晶を育成する比較的高速な成長条件では、10−40mm程度の高さがある。   In the growth interface of the silicon single crystal 1 pulled by the silicon single crystal manufacturing method of the present invention, the crystal center portion 15 is raised from the crystal periphery 16 as shown in FIG. This is because the crystal periphery 16 is easily cooled and the crystal center portion 15 is difficult to cool, and the peripheral portion 16 tends to have a higher growth rate. The height h from the lower end of the peripheral portion 16 of the swelled portion varies depending on various factors such as crystal diameter, crystal growth rate, presence / absence of magnetic field application, melt convection, etc. There is a height of about 10-40 mm under relatively high growth conditions for growth.

従って、結晶の周辺部16が先に結晶となり、結晶の中心部15が後から成長することになり、結晶の中心部15と周辺部16では、成長速度は異なっている。
一方で、単結晶を成長させる際には、その結晶の直径を所望の太さにコントロールするために、成長速度を時々刻々で変化させている。この時々刻々の変化が図2(B)に示すような縞状に結晶中に取り込まれていく。
Therefore, the peripheral portion 16 of the crystal first becomes a crystal, and the central portion 15 of the crystal grows later, and the growth rate is different between the central portion 15 and the peripheral portion 16 of the crystal.
On the other hand, when growing a single crystal, the growth rate is changed from moment to moment in order to control the diameter of the crystal to a desired thickness. This momentary change is taken into the crystal in the form of stripes as shown in FIG.

この結晶から図2(C)に示すようにウェーハ31が切り出されるが、時々刻々の変化はウェーハ31の厚み方向で平均化されることになるので大きな問題とはならないが、平均の成長速度を考えると、先に成長する結晶周辺部16と後から成長する結晶中心部15で平均成長速度が異なってくる。従って、上記成長速度に大きく影響される炭素の実効偏析係数がウェーハ中心部15と周辺部16とで異なることになり、取り込まれる炭素濃度が面内で不均一となってしまう。   As shown in FIG. 2C, the wafer 31 is cut out from this crystal. However, since the momentary change is averaged in the thickness direction of the wafer 31, it is not a big problem. When considered, the average growth rate differs between the crystal peripheral portion 16 that grows first and the crystal center portion 15 that grows later. Therefore, the effective segregation coefficient of carbon greatly influenced by the growth rate is different between the wafer central portion 15 and the peripheral portion 16, and the carbon concentration to be incorporated becomes non-uniform in the plane.

このとき、本発明のシリコン単結晶製造方法では、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部15が成長する40分間の平均速度と結晶周辺部16が成長する40分間の平均速度との差を±0.1mm/min以内となるようにして結晶を成長させる。
このように、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部15が成長する40分間の平均速度と結晶周辺部16が成長する40分間の平均速度との差を±0.1mm/min以内となるようにして結晶を成長させることで、結晶欠陥領域を所望の領域となるように制御することができ、さらに前述した実効偏析係数が単結晶育成中に面内で変化するのを抑制し、結晶中心部15と周辺部16の炭素濃度を均一化することができる。
そして、結晶の中心部15と周辺部16の炭素濃度を均一化することで、均一なBMDが形成されたシリコン単結晶1を製造することができる。
At this time, in the silicon single crystal manufacturing method of the present invention, during crystal growth, an average speed of 40 minutes in which the crystal central portion 15 in the plane perpendicular to the crystal growth direction grows and 40 minutes in which the crystal peripheral portion 16 grows. Crystals are grown so that the difference from the average speed is within ± 0.1 mm / min.
Thus, during crystal growth, the difference between the average speed of 40 minutes in which the crystal central portion 15 in the plane perpendicular to the crystal growth direction grows and the average speed of 40 minutes in which the crystal peripheral portion 16 grows is ± 0. By growing the crystal so as to be within 1 mm / min, the crystal defect region can be controlled to be a desired region, and the effective segregation coefficient described above changes in-plane during single crystal growth. Can be suppressed, and the carbon concentration in the crystal central portion 15 and the peripheral portion 16 can be made uniform.
And the silicon single crystal 1 in which uniform BMD was formed can be manufactured by equalizing the carbon concentration in the central portion 15 and the peripheral portion 16 of the crystal.

このとき、結晶の成長界面全体の40分間の平均成長速度と所定時間前のその40分間の平均成長速度の差を±0.1mm/min以内とすることができる。
引上げられるシリコン単結晶1の成長界面は、前述の通り結晶周辺部16より中心部15が盛り上がっている。すなわち、結晶の中心部分15は、結晶の周辺部16より所定時間後に成長していることになる。
At this time, the difference between the average growth rate for 40 minutes of the entire crystal growth interface and the average growth rate for 40 minutes before the predetermined time can be within ± 0.1 mm / min.
As described above, the center part 15 of the growth interface of the silicon single crystal 1 to be pulled up is raised from the crystal peripheral part 16. That is, the central portion 15 of the crystal grows after a predetermined time from the peripheral portion 16 of the crystal.

そこで、結晶の成長界面全体の40分間の平均成長速度と所定時間前のその40分間の平均成長速度の差が±0.1mm/min以内であるように結晶を引上げることで、結晶中心部15と結晶周辺部16のそれぞれの40分間の平均成長速度の差を確実に±0.1mm/minとすることができ、結晶中心部15と結晶周辺部16の炭素濃度差を小さくすることができる。   Therefore, by pulling up the crystal so that the difference between the average growth rate for 40 minutes of the entire crystal growth interface and the average growth rate for 40 minutes before the predetermined time is within ± 0.1 mm / min, The difference in the average growth rate for 40 minutes between each of 15 and the crystal peripheral part 16 can be surely set to ± 0.1 mm / min, and the difference in carbon concentration between the crystal central part 15 and the crystal peripheral part 16 can be reduced. it can.

ここで、その所定時間を5分以上、80分以下とすることが好ましい。
エピタキシャルウェーハなどに用いられるV−rich結晶は平均成長速度が0.5−2mm/minの成長速度で引上げられるので、結晶成長界面の高さhが10〜40mmであることを考慮すると、結晶中心部15と結晶周辺部16の時間差は最小で5min(10[mm](結晶成長界面における高さh)/2[mm/min](平均成長速度))、最大で80min(40[mm] (結晶成長界面における高さh)/0.5[mm/min](平均成長速度))となる。
Here, the predetermined time is preferably 5 minutes or more and 80 minutes or less.
V-rich crystals used for epitaxial wafers and the like are pulled at an average growth rate of 0.5-2 mm / min. Therefore, considering that the height h of the crystal growth interface is 10-40 mm, the crystal center The time difference between the portion 15 and the crystal peripheral portion 16 is a minimum of 5 min (10 [mm] (height h at the crystal growth interface) / 2 [mm / min] (average growth rate)), and a maximum of 80 min (40 [mm] ( The height h) /0.5 [mm / min] (average growth rate)) at the crystal growth interface.

すなわち、その所定時間を5分以上、80分以下として、結晶の成長界面全体の40分間の平均成長速度と所定時間前のその40分間の平均成長速度の差が±0.1mm/min以内であるように結晶を引上げることで、結晶界面高さ領域における結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差をより確実に±0.1mm/min以内にコントロールすることができる。   That is, when the predetermined time is 5 minutes or more and 80 minutes or less, the difference between the average growth rate for 40 minutes of the entire crystal growth interface and the average growth rate for 40 minutes before the predetermined time is within ± 0.1 mm / min. By pulling up the crystal in a certain manner, the difference between the average speed at which the crystal center in the plane perpendicular to the crystal growth direction in the crystal interface height region grows and the average speed at which the crystal periphery grows can be more reliably It can be controlled within ± 0.1 mm / min.

またこのとき、前記結晶成長中の結晶回転速度をR[rpm]、前記結晶の直径をDia[mm]とした時、R×Dia≧1200を満たして結晶を成長させることができる。
CZ法による偏析現象に於いては、結晶中に取り込まれなかった不純物が結晶成長界面直下に溜まり、原料融液中の平均不純物濃度よりも高濃度になっている境界拡散層と呼ばれている部分がある。この境界拡散層の厚さが変化することによっても、実効偏析係数が変化する。
At this time, when the crystal rotation speed during the crystal growth is R [rpm] and the diameter of the crystal is Dia [mm], the crystal can be grown while satisfying R × Dia ≧ 1200.
The segregation phenomenon by the CZ method is called a boundary diffusion layer in which impurities that have not been incorporated into the crystal are collected just below the crystal growth interface, and the concentration is higher than the average impurity concentration in the raw material melt. There is a part. The effective segregation coefficient also changes as the thickness of the boundary diffusion layer changes.

一方で、結晶の回転によって巻き上げる際に対流が発生するが、この対流が小さくなると結晶中心部15直下の境界拡散層厚さが厚くなっていく。結晶周辺部16の境界拡散層厚さは、ルツボ6、7の回転によってルツボ6、7側面下部から上部更には結晶側面へ向かって発生する対流によってある程度の厚さになっている。従って、結晶回転を極端に遅くすると、結晶周辺部の境界拡散層厚さに比較して結晶中心部の境界拡散層厚さが極端に厚くなり、境界拡散層厚さ不均一が大きくなってしまう。これにより中心部と周辺部での炭素濃度差が発生することとなる。結晶の回転によって発生する対流は、もちろん結晶回転数が大きくなれば大きくなるし、結晶直径が大きくなることによっても大きくなる。従って、この対流をある程度の大きさ以上に保つには、結晶成長時の結晶回転数R[rpm]、結晶直径をDia[mm]とした時にR×Dia≧1200を満たしていることが重要である。   On the other hand, convection is generated when winding is caused by the rotation of the crystal. When this convection is reduced, the thickness of the boundary diffusion layer immediately below the crystal central portion 15 is increased. The thickness of the boundary diffusion layer in the crystal peripheral portion 16 is a certain thickness due to the convection generated from the lower side of the crucible 6, 7 toward the upper side and further to the crystal side by the rotation of the crucibles 6, 7. Therefore, if the crystal rotation is extremely slow, the boundary diffusion layer thickness at the center of the crystal becomes extremely thick compared to the boundary diffusion layer thickness at the periphery of the crystal, resulting in a large nonuniform boundary diffusion layer thickness. . As a result, a difference in carbon concentration occurs between the central part and the peripheral part. Of course, the convection generated by the rotation of the crystal increases as the crystal rotation speed increases, and also increases as the crystal diameter increases. Therefore, in order to keep this convection above a certain level, it is important that R × Dia ≧ 1200 is satisfied when the crystal rotation number R [rpm] during crystal growth and the crystal diameter is Dia [mm]. is there.

このように、結晶成長中の結晶回転速度をR[rpm]、前記結晶の直径をDia[mm]とした時、R×Dia≧1200を満たして結晶を成長させることで、対流が小さくなるのを抑制し、境界拡散層厚さが不均一になるのを抑制することができる。これにより、結晶の炭素濃度を均一化する効果をより確実に奏することができる。   Thus, when the crystal rotation speed during crystal growth is R [rpm] and the diameter of the crystal is Dia [mm], the convection is reduced by growing the crystal satisfying R × Dia ≧ 1200. And the boundary diffusion layer thickness can be prevented from becoming non-uniform. Thereby, the effect of making the carbon concentration of the crystal uniform can be more reliably exhibited.

またこのとき、シリコン単結晶1中の炭素濃度が1.2×1016〜20.0×1016atoms/cc(ASTM75)となるように炭素をドープしてシリコン単結晶1を成長させることが好ましい。
このように、シリコン単結晶1中の炭素濃度が1.2×1016atoms/cc(ASTM75)より大きくなるように炭素をドープしてシリコン単結晶1を成長させることにより、結晶にBMDをより形成し易くすることができる。
また、シリコン単結晶中の炭素固溶限は33×1016atoms/cc(ASTM75)と言われている。そこで、シリコン単結晶1中の炭素濃度が20.0×1016atoms/cc(ASTM75)より小さくなるように炭素をドープしてシリコン単結晶1を成長させることにより、結晶が単結晶化しないことを確実に防ぐことができ、かつ、使用するドープ剤のコストを低減することによって製造コストを抑制することができる。
At this time, the silicon single crystal 1 is grown by doping carbon so that the carbon concentration in the silicon single crystal 1 is 1.2 × 10 16 to 20.0 × 10 16 atoms / cc (ASTM 75). preferable.
In this way, by growing the silicon single crystal 1 by doping carbon so that the carbon concentration in the silicon single crystal 1 is higher than 1.2 × 10 16 atoms / cc (ASTM 75), more BMD is added to the crystal. It can be easily formed.
The carbon solid solubility limit in a silicon single crystal is said to be 33 × 10 16 atoms / cc (ASTM 75). Therefore, by growing carbon single crystal 1 by doping carbon so that the carbon concentration in silicon single crystal 1 is less than 20.0 × 10 16 atoms / cc (ASTM 75), the crystal does not become a single crystal. Can be reliably prevented, and the manufacturing cost can be suppressed by reducing the cost of the dopant used.

またこのとき、シリコン単結晶1中の酸素濃度が8×1017〜18×1017atoms/cc(ASTM79)となるようにシリコン単結晶1を成長させることが好ましい。
このように、シリコン単結晶1中の酸素濃度が8×1017atoms/cc(ASTM79)より大きくなるようにシリコン単結晶1を成長させることで、結晶に所望量のBMDをより形成し易くすることができる。
また、シリコン単結晶1中の酸素濃度が18×1017atoms/cc(ASTM79)より小さくなるようにシリコン単結晶1を成長させることで、炭素をドープする効果と合いまって、析出過多になるのを抑制することができる。
At this time, it is preferable that the silicon single crystal 1 is grown so that the oxygen concentration in the silicon single crystal 1 is 8 × 10 17 to 18 × 10 17 atoms / cc (ASTM 79).
As described above, by growing the silicon single crystal 1 so that the oxygen concentration in the silicon single crystal 1 is higher than 8 × 10 17 atoms / cc (ASTM 79), it becomes easier to form a desired amount of BMD in the crystal. be able to.
In addition, by growing the silicon single crystal 1 so that the oxygen concentration in the silicon single crystal 1 is smaller than 18 × 10 17 atoms / cc (ASTM 79), the effect of doping with carbon is combined with excessive precipitation. Can be suppressed.

本発明のシリコン単結晶製造方法によって製造されたシリコン単結晶1を通常の方法に従い、ワイヤーソー等の切断装置によってスライス加工した後、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の工程を経てシリコン単結晶ウェーハ31に加工する。
そして、そのシリコン単結晶ウェーハ31にアニールを施すことによって、表面に無欠陥結晶を形成するとともにバルク部にBMD層を形成することができる。また、表面にエピタキシャル層を形成させることにより、エピタキシャルウェーハを得ることもできる。
The silicon single crystal 1 manufactured by the silicon single crystal manufacturing method of the present invention is sliced by a cutting device such as a wire saw in accordance with a normal method, and then subjected to steps such as chamfering, lapping, etching, polishing, etc. To 31.
Then, by annealing the silicon single crystal wafer 31, a defect-free crystal can be formed on the surface and a BMD layer can be formed in the bulk portion. An epitaxial wafer can also be obtained by forming an epitaxial layer on the surface.

もちろん、これらの工程は例示列挙したにとどまり、この他にも洗浄、熱処理等の工程があり得るし、工程の順序変更、一部工程の省略等は目的に応じて適宜行うことができる。
本発明のシリコン単結晶製造方法を用いて製造されたシリコン単結晶から製造されたシリコン単結晶ウェーハ31は、ウェーハ面内に均一にBMDが形成され、均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
Of course, these steps are merely exemplified and enumerated, and there may be other steps such as washing and heat treatment, and the order of steps and the omission of some steps may be appropriately performed according to the purpose.
The silicon single crystal wafer 31 manufactured from the silicon single crystal manufactured using the silicon single crystal manufacturing method of the present invention has a uniform silicon gettering capability in which BMD is uniformly formed in the wafer surface. It is.

特に、ウェーハ中心部の炭素濃度と周辺部の炭素濃度との差が20%以内であることが好ましい。
また、ウェーハの炭素濃度が1.2×1016〜20.0×1016atoms/cc(ASTM75)であり、および/または、酸素濃度が8×1017〜18×1017atoms/cc(ASTM79)であることが好ましい。
このようなシリコン単結晶ウェーハ31は、ウェーハ面内により均一にBMDが形成され、より均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコンウェーハである。
In particular, the difference between the carbon concentration at the wafer center and the carbon concentration at the periphery is preferably within 20%.
Further, the carbon concentration of the wafer is 1.2 × 10 16 to 20.0 × 10 16 atoms / cc (ASTM 75), and / or the oxygen concentration is 8 × 10 17 to 18 × 10 17 atoms / cc (ASTM 79). ) Is preferable.
Such a silicon single crystal wafer 31 is a good silicon wafer in which a BMD is formed more uniformly in the wafer surface and has a more uniform gettering capability.

以上説明したように、本発明では、チョクラルスキー法により炭素をドープしてシリコン単結晶を製造する方法において、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±0.1mm/min以内となるようにして結晶を成長するので、炭素濃度が均一化され、BMDが均一に形成されたシリコン単結晶を製造することができる。また、そのシリコン単結晶から製造されたシリコン単結晶ウェーハは、ウェーハ面内に均一にBMDが形成され、均一なゲッタリング能力を有する良好なシリコン単結晶ウェーハである。特に、アニールウェーハ、エピタキシャルウェーハに好適なウェーハとなる。   As described above, in the present invention, in the method of manufacturing a silicon single crystal by doping carbon by the Czochralski method, the average of the crystal center in the plane perpendicular to the crystal growth direction grows during crystal growth. Since the crystal is grown so that the difference between the speed and the average speed at which the periphery of the crystal grows is within ± 0.1 mm / min, the silicon single crystal in which the carbon concentration is made uniform and the BMD is formed uniformly is obtained. Can be manufactured. A silicon single crystal wafer manufactured from the silicon single crystal is a good silicon single crystal wafer having a uniform gettering capability in which BMDs are uniformly formed in the wafer surface. In particular, the wafer is suitable for an annealed wafer and an epitaxial wafer.

以下、本発明の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。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these.

(実験)
図1に示すような単結晶引上げ装置に直径550mmのルツボを装備して、直径200mmのシリコン単結晶を育成した。
この時、炭素濃度が1.2×1016〜20.0×1016atoms/cc(ASTM75)となるように炭素ドープ量を調整し、平均成長速度が1.05mm/minとなる速度で10本の単結晶を育成した。ここで平均成長速度は結晶直胴部長さを直胴製造時間で割った値で定義した。
(Experiment)
A single crystal pulling apparatus as shown in FIG. 1 was equipped with a crucible having a diameter of 550 mm to grow a silicon single crystal having a diameter of 200 mm.
At this time, the carbon doping amount is adjusted so that the carbon concentration is 1.2 × 10 16 to 20.0 × 10 16 atoms / cc (ASTM 75), and the average growth rate is 10% at a rate of 1.05 mm / min. Single crystals of books were grown. Here, the average growth rate was defined as a value obtained by dividing the length of the straight body of the crystal by the production time of the straight body.

その結果、図3に示すように、炭素濃度は単結晶のトップ側で6×1016atoms/cc、単結晶のボトム側で17×1016atoms/ccとなった。
この結果とドープした炭素の量および軸方向プロファイルから計算して、実効偏析係数が0.09であったことが分かった。これは単結晶を育成する際に仮に使われることの多い平行偏析係数0.07から大きく乖離した結果となった。
これにより、結晶成長速度が1.05mm/minでは、実効偏析係数が平行偏析係数から20%以上も大きい値を示していることが分かった。
As a result, as shown in FIG. 3, the carbon concentration was 6 × 10 16 atoms / cc on the top side of the single crystal and 17 × 10 16 atoms / cc on the bottom side of the single crystal.
It was found that the effective segregation coefficient was 0.09, calculated from this result, the amount of doped carbon and the axial profile. This resulted in a large deviation from the parallel segregation coefficient of 0.07, which is often used when growing single crystals.
Thus, it was found that when the crystal growth rate is 1.05 mm / min, the effective segregation coefficient is 20% or more greater than the parallel segregation coefficient.

更に、成長速度と実効偏析係数の関係を求めるために、成長速度以外は上述と同条件で結晶育成を行った。
その結果、平均成長速度が0.6mm/minの場合には実効偏析係数が0.08、平均成長速度が1.5mm/minの場合には実効偏析係数が0.10となることが分かった。これらを平均成長速度に対して実効偏析係数をプロットしたグラフを図4に示す。
以上の実験から、実効偏析係数が成長速度に大きく依存していることが分かった。
Further, in order to obtain the relationship between the growth rate and the effective segregation coefficient, crystal growth was performed under the same conditions as described above except for the growth rate.
As a result, it was found that the effective segregation coefficient was 0.08 when the average growth rate was 0.6 mm / min, and the effective segregation coefficient was 0.10 when the average growth rate was 1.5 mm / min. . A graph in which the effective segregation coefficient is plotted against the average growth rate is shown in FIG.
From the above experiments, it was found that the effective segregation coefficient greatly depends on the growth rate.

(実施例)
図1に示すような単結晶引上げ装置に直径550mmのルツボを装備して、直径200mmのシリコン単結晶を、図5に示すような成長速度プロファイルで育成した。
ここで、実際の結晶成長速度は結晶の直径を一定に保つために直径からフィードバックを掛けているので、時々刻々で変化していく値である。この瞬間の成長速度は大きく変化しているが、結晶欠陥の形成や拡散等を考えると、瞬間の成長速度よりは平均の成長速度が重要となる。そこで結晶の実効的な成長速度として40分間の平均成長速度を用い、これを平均成長速度としてプロットしてある。40分間の平均成長速度は40分間で成長した結晶直胴部長さを40分で割った値で定義した。
(Example)
A single crystal pulling apparatus as shown in FIG. 1 was equipped with a crucible with a diameter of 550 mm, and a silicon single crystal with a diameter of 200 mm was grown with a growth rate profile as shown in FIG.
Here, the actual crystal growth rate is a value that changes from moment to moment because feedback is applied from the diameter to keep the diameter of the crystal constant. Although the growth rate at this moment varies greatly, the average growth rate is more important than the instantaneous growth rate in consideration of the formation and diffusion of crystal defects. Therefore, the average growth rate for 40 minutes is used as the effective growth rate of the crystal, and this is plotted as the average growth rate. The average growth rate for 40 minutes was defined as the value obtained by dividing the length of the straight body of the crystal grown in 40 minutes by 40 minutes.

また、R×Dia>1200を満たすように、結晶の回転数を18rpmとした。
この結晶では、平均成長速度が約1mm/min、成長界面の高さが約20mmであった。図6に、結晶の40分間の平均成長速度と20分前のその40分間の平均成長速度の差を示す。
図6に示すように、20分前との平均成長速度差が±0.1mm/min以下におさまっており、大部分は0.05mm/min以下に入っている安定した成長速度引上げであることが分かった。
Further, the rotation speed of the crystal was set to 18 rpm so as to satisfy R × Dia> 1200.
In this crystal, the average growth rate was about 1 mm / min, and the height of the growth interface was about 20 mm. FIG. 6 shows the difference between the average growth rate for 40 minutes and the average growth rate for 40 minutes before 20 minutes.
As shown in FIG. 6, the average growth rate difference from 20 minutes ago is within ± 0.1 mm / min, most of which is stable growth rate increase within 0.05 mm / min. I understood.

また、得られたシリコン単結晶から、スライスサンプルを切り出し、サンプル中心部での炭素濃度が6×1016atoms/cc、酸素濃度が14×1017atoms/ccであった部分をブロックとした。このブロックからスライスウェーハを切り出してポリッシュドウェーハを作製し、その上にエピタキシャル層を形成させ、エピタキシャルウェーハを作製した。 In addition, a slice sample was cut out from the obtained silicon single crystal, and a portion having a carbon concentration of 6 × 10 16 atoms / cc and an oxygen concentration of 14 × 10 17 atoms / cc at the center of the sample was defined as a block. A slice wafer was cut out from this block to produce a polished wafer, and an epitaxial layer was formed thereon to produce an epitaxial wafer.

このウェーハで炭素濃度の面内分布を測定したところ、図7に示すように、ほぼ平らな面内分布が得られた。また、ウェーハ中心部の炭素濃度と周辺10mm部の炭素濃度との差を中心部の炭素濃度で割った値は、14.9%であり、20%以下であった。
このウェーハを800℃で4時間、1000℃で16時間の熱処理を施してウェーハ内部のBMDを選択エッチング法により調査した。
When the in-plane distribution of the carbon concentration was measured with this wafer, a substantially flat in-plane distribution was obtained as shown in FIG. Further, a value obtained by dividing the difference between the carbon concentration in the wafer central portion and the carbon concentration in the peripheral 10 mm portion by the carbon concentration in the central portion was 14.9%, which was 20% or less.
This wafer was heat-treated at 800 ° C. for 4 hours and at 1000 ° C. for 16 hours, and BMD inside the wafer was examined by a selective etching method.

その結果、ウェーハ面内でほぼ均一に約10×10/cmのBMDが形成されていることが確認できた。さらにこのエピウェーハにNiを故意汚染して、800℃のドライブイン熱処理を施して急冷した後、表面のシャローピットを観察した。その結果、図10(A)に見られるように、全面シャローピットが無いことが確認できた。
このように、本発明のシリコン単結晶製造方法により製造したシリコン単結晶は、BMDまたはゲッタリング能力が面内均一であることが確認できた。
As a result, it was confirmed that BMD of about 10 × 10 4 / cm 2 was formed almost uniformly in the wafer surface. The epiwafer was intentionally contaminated with Ni, subjected to a drive-in heat treatment at 800 ° C. and rapidly cooled, and then the surface shallow pits were observed. As a result, as shown in FIG. 10A, it was confirmed that there was no entire shallow pit.
Thus, it was confirmed that the silicon single crystal produced by the silicon single crystal production method of the present invention has uniform BMD or gettering ability in the plane.

(比較例)
図8に示すような成長速度プロファイルを用いた以外、実施例と同様な条件でシリコン単結晶を育成した。
この結晶では、40分間の平均成長速度が約1mm/min、成長界面の高さが約20mmであった。図9に、結晶の40分間の平均成長速度と20分前のその40分間の移動平均成長速度の差を示す。
(Comparative example)
A silicon single crystal was grown under the same conditions as in the example except that the growth rate profile as shown in FIG. 8 was used.
In this crystal, the average growth rate for 40 minutes was about 1 mm / min, and the height of the growth interface was about 20 mm. FIG. 9 shows the difference between the 40-minute average growth rate of the crystal and the 40-minute moving average growth rate 20 minutes before.

図9に示すように、この結晶の育成では、20分前との40分間の平均成長速度差が±0.1mm/min以下におさまっておらず、最大で0.15mm/minであったことが分かった。
このシリコン単結晶の炭素濃度の面内分布を測定したところ、結晶中心部の炭素濃度と結晶周辺10mm部の炭素濃度との差を結晶中心部の炭素濃度で割った値は、29.1%であり、20%を超えていた。
As shown in FIG. 9, in the growth of this crystal, the average growth rate difference for 40 minutes from 20 minutes before did not fall below ± 0.1 mm / min, and was 0.15 mm / min at the maximum. I understood.
When the in-plane distribution of the carbon concentration of this silicon single crystal was measured, the value obtained by dividing the difference between the carbon concentration at the center of the crystal and the carbon concentration at the 10 mm portion around the crystal by the carbon concentration at the center of the crystal was 29.1%. It was over 20%.

この単結晶から、スライスサンプルを切り出し、サンプル中心部での炭素濃度が6×1016atoms/cc、酸素濃度が13×1017atoms/ccであった部分をブロックとした。このブロックからスライスウェーハを切り出してポリッシュドウェーハを作製し、その上にエピタキシャル層を形成させ、エピウェーハを作製した。
このウェーハに800℃で4時間、1000℃で16時間の熱処理を施してウェーハ内部のBMDを選択エッチング法により調査した。
A slice sample was cut out from this single crystal, and the portion where the carbon concentration at the center of the sample was 6 × 10 16 atoms / cc and the oxygen concentration was 13 × 10 17 atoms / cc was taken as a block. A slice wafer was cut out from this block to produce a polished wafer, an epitaxial layer was formed thereon, and an epi wafer was produced.
This wafer was heat-treated at 800 ° C. for 4 hours and 1000 ° C. for 16 hours, and the BMD inside the wafer was examined by a selective etching method.

その結果、ウェーハ面内でBMD密度にばらつきが見られ、BMDの高いところで10×10/cm程度、低いところでは検出下限である2.5×10/cm以下であった。
さらにこのエピウェーハにNiを故意汚染して、800℃のドライブイン熱処理を施して急冷した後、表面のシャローピットを観察した。その結果、図10(B)に見られるように、シャローピットがある部分17と無い部分とが混在する結果であった。
As a result, variation in BMD density was observed in the wafer surface, and the BMD was high at about 10 × 10 4 / cm 2 and low at 2.5 × 10 4 / cm 2 , which is the lower limit of detection.
The epiwafer was intentionally contaminated with Ni, subjected to a drive-in heat treatment at 800 ° C. and rapidly cooled, and then the surface shallow pits were observed. As a result, as shown in FIG. 10B, the portion 17 with the shallow pit and the portion without the shallow pit are mixed.

このように、、比較例で得られたエピウェーハでは、BMDまたはゲッタリング能力が面内不均一であり、デバイス工程中にウェーハが反るなどの心配があるウェーハであることが分かった。   Thus, it was found that the epiwafer obtained in the comparative example has a non-uniform BMD or gettering capability and is worried that the wafer is warped during the device process.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、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 any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

本発明のシリコン単結晶製造方法で使用することができるシリコン単結晶引上げ装置の概略図である。It is the schematic of the silicon single crystal pulling apparatus which can be used with the silicon single crystal manufacturing method of this invention. 本発明に係るシリコン単結晶ウェーハ中に取り込まれた成長速度変動に基ずく成長縞の模式図である。It is a schematic diagram of the growth stripe based on the growth rate fluctuation taken in the silicon single crystal wafer according to the present invention. 実験の結果から得られた結晶軸方向の炭素濃度分布である。It is the carbon concentration distribution in the crystal axis direction obtained from the results of the experiment. 実験の結果から得られた結晶成長速度と炭素実効偏析係数との関係を示すグフラフである。A graph showing the relationship between the crystal growth rate and the effective carbon segregation coefficient obtained from the experimental results. 実施例で育成した結晶の成長速度プロファイルである。It is the growth rate profile of the crystal | crystallization grown in the Example. 実施例で育成した結晶の平均成長速度と20分前の平均成長速度の差を示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the average growth rate of the crystal | crystallization grown in the Example, and the average growth rate 20 minutes ago. 実施例で育成した結晶の面内炭素濃度分布である。It is an in-plane carbon concentration distribution of the crystal grown in the example. 比較例で育成した結晶の成長速度プロファイルである。It is a growth rate profile of the crystal grown in the comparative example. 比較例で育成した結晶の平均成長速度と20分前の平均成長速度の差を示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the average growth rate of the crystal | crystallization grown by the comparative example, and the average growth rate 20 minutes ago. 実施例、および比較例で評価したゲッタリング能力の面内均一性の評価結果である。(A)実施例の評価結果。(B)比較例の評価結果。It is an evaluation result of in-plane uniformity of gettering ability evaluated in an example and a comparative example. (A) Evaluation results of examples. (B) Evaluation results of comparative examples.

符号の説明Explanation of symbols

1…シリコン単結晶、2…メインチャンバ−、3…引上げチャンバー、
4…ヒーター、5…原料融液、6…石英ルツボ、
7…黒鉛ルツボ、8…断熱部材、9…整流筒、10…断熱材、
11…ガス流入口、12…ガス排出口、13…種結晶、
14…引上げワイヤー、15…結晶中央部、16…結晶周辺部、
17…シャローピット、21…シリコン単結晶引上げ装置、
31…シリコン単結晶ウェーハ。
1 ... silicon single crystal, 2 ... main chamber, 3 ... pulling chamber,
4 ... heater, 5 ... raw material melt, 6 ... quartz crucible,
7 ... Graphite crucible, 8 ... Heat insulation member, 9 ... Rectifier tube, 10 ... Heat insulation material,
11 ... Gas inlet, 12 ... Gas outlet, 13 ... Seed crystal,
14 ... Pulling wire, 15 ... Crystal center part, 16 ... Crystal peripheral part,
17 ... Shallow pit, 21 ... Silicon single crystal pulling device,
31: A silicon single crystal wafer.

Claims (11)

チョクラルスキー法により炭素をドープしてシリコン単結晶を製造する方法において、結晶成長時に、結晶成長方向に対して垂直面内の結晶中心部が成長する平均速度と結晶周辺部が成長する平均速度との差を±0.1mm/min以内となるようにして結晶を成長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 of manufacturing a silicon single crystal by doping carbon by the Czochralski method, the average speed at which the crystal center in the plane perpendicular to the crystal growth direction grows and the average speed at which the crystal periphery grows during crystal growth. A method for producing a silicon single crystal, wherein the crystal is grown so that the difference between the two is within ± 0.1 mm / min. 前記結晶の平均成長速度と所定時間前の平均成長速度の差を±0.1mm/min以内とすることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein a difference between the average growth rate of the crystal and the average growth rate before a predetermined time is within ± 0.1 mm / min. 前記平均成長速度は40分間の平均成長速度であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシリコン単結晶の製造方法。   The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the average growth rate is an average growth rate for 40 minutes. 前記所定時間を5分以上、80分以下とすることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のシリコン単結晶の製造方法。   4. The method for producing a silicon single crystal according to claim 2, wherein the predetermined time is 5 minutes or more and 80 minutes or less. 前記結晶成長中の結晶回転速度をR[rpm]、前記結晶の直径をDia[mm]とした時、R×Dia≧1200を満たして結晶を成長させることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のシリコン単結晶の製造方法。   The crystal is grown by satisfying R × Dia ≧ 1200 when the crystal rotation speed during the crystal growth is R [rpm] and the diameter of the crystal is Dia [mm]. 5. The method for producing a silicon single crystal according to any one of 4 above. 前記シリコン単結晶中の炭素濃度が1.2×1016〜20.0×1016atoms/cc(ASTM75)となるように炭素をドープして前記シリコン単結晶を成長させることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The silicon single crystal is grown by doping carbon so that a carbon concentration in the silicon single crystal is 1.2 × 10 16 to 20.0 × 10 16 atoms / cc (ASTM 75). The method for producing a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 5. 前記シリコン単結晶中の酸素濃度が8×1017〜18×1017atoms/cc(ASTM79)となるように前記シリコン単結晶を成長させることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 The silicon single crystal is grown so that the oxygen concentration in the silicon single crystal is 8 × 10 17 to 18 × 10 17 atoms / cc (ASTM 79). 2. A method for producing a silicon single crystal according to item 1. 請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の方法により製造されたシリコン単結晶から製造されたものであることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハ。   A silicon single crystal wafer manufactured from a silicon single crystal manufactured by the method according to any one of claims 1 to 7. 結晶中心部の炭素濃度と結晶周辺部の炭素濃度との差が20%以内であることを特徴とする請求項8に記載のシリコン単結晶ウェーハ。   9. The silicon single crystal wafer according to claim 8, wherein the difference between the carbon concentration at the center of the crystal and the carbon concentration at the periphery of the crystal is within 20%. 炭素濃度が1.2×1016〜20.0×1016atoms/cc(ASTM75)であることを特徴とする請求項8または請求項9に記載のシリコン単結晶ウェーハ。 10. The silicon single crystal wafer according to claim 8, wherein the carbon concentration is 1.2 × 10 16 to 20.0 × 10 16 atoms / cc (ASTM 75). 酸素濃度が8×1017〜18×1017atoms/cc(ASTM79)であることを特徴とする請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載のシリコン単結晶ウェーハ。




11. The silicon single crystal wafer according to claim 8, wherein the oxygen concentration is 8 × 10 17 to 18 × 10 17 atoms / cc (ASTM 79).




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