JP2016108160A - Growing method of silicon single crystal - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコン単結晶の炭素濃度を高い精度で制御することができる、シリコン単結晶の育成方法を提供する。【解決手段】予め、シリコン単結晶の育成を行い、シリコン原料の比表面積と、当該シリコン原料を溶融して得られるシリコン融液から育成したシリコン単結晶の炭素濃度との関係を表す第1検量線を求める第1予備試験工程と、前記第1検量線を用いて、育成するべきシリコン単結晶の目標とする炭素濃度に応じて、使用するシリコン原料を決定する第1決定工程と、前記第1決定工程によって決定された当該シリコン原料を坩堝内に充填する第1充填工程と、前記第1充填工程で充填された前記シリコン原料を溶融して得られたシリコン融液から前記シリコン単結晶を育成する第1育成工程とを含む、シリコン単結晶の育成方法。【選択図】図1There is provided a method for growing a silicon single crystal capable of controlling the carbon concentration of the silicon single crystal with high accuracy. A first calibration representing a relationship between a specific surface area of a silicon raw material and a carbon concentration of the silicon single crystal grown from a silicon melt obtained by melting the silicon raw material by previously growing a silicon single crystal. A first preliminary test step for determining a line; a first determination step for determining a silicon raw material to be used according to a target carbon concentration of a silicon single crystal to be grown using the first calibration curve; A first filling step of filling the crucible with the silicon raw material determined in one determining step; and the silicon single crystal from a silicon melt obtained by melting the silicon raw material filled in the first filling step. A method for growing a silicon single crystal, comprising a first growing step for growing. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、シリコン単結晶の育成方法に関し、特に、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の育成方法に関する。 The present invention relates to a method for growing a silicon single crystal, and more particularly to a method for growing a silicon single crystal by the Czochralski method.
半導体デバイス用のシリコンウェーハは、通常、チョクラルスキー法(以下、「CZ法」ともいう。)により育成されたシリコン単結晶から切り出して得られる。CZ法は、坩堝内で原料を溶融して原料融液を生成し、この原料融液に種結晶を接触させた後、種結晶を回転させながら引き上げることにより、種結晶の下に単結晶を成長させる方法である。 A silicon wafer for semiconductor devices is usually obtained by cutting out from a silicon single crystal grown by the Czochralski method (hereinafter also referred to as “CZ method”). In the CZ method, a raw material is melted in a crucible to produce a raw material melt, and after contacting the seed crystal with this raw material melt, the single crystal is pulled under the seed crystal by pulling it up while rotating the seed crystal. It is a way to grow.
シリコン単結晶を育成する際、シリコン単結晶に炭素が多く取り込まれると、結晶欠陥が導入されやすくなる。このため、通常は、シリコン単結晶は、なるべく炭素が導入されないようにして、育成する。シリコン単結晶に導入される炭素は、たとえば、炭素製のヒーターを起源としていると考えられる。より詳細には、シリコン単結晶の引き上げに先立って、坩堝内でシリコン原料を溶融する際、シリコン融液と未溶融のシリコン原料とが共存する。この状態で、シリコン融液からSiOが蒸発し、このSiOが、シリコン単結晶育成装置(炉)内のグラファイト部材(主として、ヒーター)と反応してCOガスを生じ、このCOガスが、未溶融のシリコン原料の表面に吸着して、シリコン単結晶に取り込まれる。 When growing a silicon single crystal, if a large amount of carbon is taken into the silicon single crystal, crystal defects are easily introduced. For this reason, normally, a silicon single crystal is grown so that carbon is not introduced as much as possible. The carbon introduced into the silicon single crystal is considered to originate from, for example, a carbon heater. More specifically, when the silicon raw material is melted in the crucible prior to pulling up the silicon single crystal, the silicon melt and the unmelted silicon raw material coexist. In this state, SiO is evaporated from the silicon melt, and this SiO reacts with a graphite member (mainly a heater) in the silicon single crystal growth apparatus (furnace) to generate CO gas, which is not melted. It is adsorbed on the surface of the silicon raw material and taken into the silicon single crystal.
特許文献1には、シリコン単結晶の炭素濃度を低下させる方法として、多結晶シリコン原料を5〜60mbarの炉内圧で溶融し、100mbar以上の炉内圧でシリコン単結晶の引上を行う、シリコン単結晶の引上方法が開示されている。特許文献1によれば、原料を溶融中の炉内圧を5〜60mbarとすることにより、グラファイト部材から生ずるCOガスのシリコン融液中への混入を抑制でき、その結果、結晶の炭素濃度を低減できる、とされている。
In
特許文献2には、Siソース材料を収容するための石英製坩堝と、石英製坩堝を保持するためのグラファイト製坩堝と、グラファイト製坩堝の全表面を覆い、SiC、TiC、NbC、TaC、ZrCおよびこれらの混合物のいずれかで形成されたコーティングとを備えた、Siの結晶成長装置が開示されている。特許文献2によれば、コーティングにより、グラファイト製坩堝から石英坩堝を介してSiメルト中に炭素が混入することを抑制できると、されている。
In
一方、特許文献3では、育成されるシリコン単結晶の酸素濃度が少なく、このシリコン単結晶に形成される酸素析出物の数が金属不純物の有効な捕捉のために不十分である場合には、シリコン単結晶に、育成時に意図的に炭素を導入することにより、十分な量の酸素析出物を形成できる、とされている。特許文献4では、シリコン単結晶に炭素を意図的に添加することにより、空孔が凝集した空孔クラスタの発生を抑制できる、とされている。このように、特定の目的のために、炭素を意図的に添加(ドープ)して、シリコン単結晶を育成することがある。これらの場合、シリコン単結晶の炭素濃度が所定範囲内になるように、炭素の添加量を制御する必要がある。
On the other hand, in
特許文献3では、シリコン単結晶育成時に、育成装置内に流す不活性ガスフローの流速を制御して、シリコン融液の炭素濃度を調整するとしている。特許文献4の結晶育成方法では、シリコン融液を生成する際に、坩堝内の底面上に炭素粉末を投入することにより、シリコン単結晶に炭素を導入する。
In
しかし、特許文献1〜4の方法および装置では、シリコン原料を坩堝に投入して昇温する前からシリコン原料に含まれる炭素については十分に考慮されていない。また、特許文献1の方法では、シリコン単結晶について調整可能な炭素濃度の範囲は狭い。以上の理由により、シリコン単結晶の炭素濃度を低減する場合、および、シリコン単結晶に意図して炭素を添加する場合のいずれでも、シリコン単結晶の炭素濃度を、必ずしも十分に制御することができない。
However, in the methods and apparatuses of
さらに、特許文献4の方法では、添加した炭素粉末が、シリコン融液に十分に溶融しないことによって、シリコン単結晶が有転位化しやすいという問題があった。
Furthermore, the method of
また、シリコン単結晶の育成終了後、坩堝内に残ったシリコン融液にシリコン原料を追加(リチャージ)して溶融し、さらなるシリコン単結晶を育成する場合も、特許文献1〜4の方法および装置を適用すると、上記と同様の問題を生ずる。
The method and apparatus of
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、シリコン単結晶の炭素濃度を高い精度で制御することができる、シリコン単結晶の育成方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a condition, and it aims at providing the growth method of the silicon single crystal which can control the carbon concentration of a silicon single crystal with high precision.
本発明は、下記(A)および(B)のシリコン単結晶の育成方法を要旨とする。
(A)シリコン原料を溶融して得られたシリコン融液から、チョクラルスキー法により、シリコン単結晶を育成する方法であって、
予め、シリコン単結晶の育成を行い、シリコン原料の比表面積と、当該シリコン原料を溶融して得られるシリコン融液から育成したシリコン単結晶の炭素濃度との関係を表す第1検量線を求める第1予備試験工程と、
前記第1検量線を用いて、育成するべきシリコン単結晶の目標とする炭素濃度に応じて、使用するシリコン原料を決定する第1決定工程と、
前記第1決定工程によって決定された当該シリコン原料を坩堝内に充填する第1充填工程と、
前記第1充填工程で充填された前記シリコン原料を溶融して得られたシリコン融液から前記シリコン単結晶を育成する第1育成工程と
を含む、シリコン単結晶の育成方法。
The gist of the present invention is the following methods (A) and (B) for growing silicon single crystals.
(A) A method for growing a silicon single crystal by a Czochralski method from a silicon melt obtained by melting a silicon raw material,
First, a silicon single crystal is grown, and a first calibration curve representing the relationship between the specific surface area of the silicon raw material and the carbon concentration of the silicon single crystal grown from the silicon melt obtained by melting the silicon raw material is obtained. 1 preliminary test process;
A first determination step of determining a silicon raw material to be used according to a target carbon concentration of a silicon single crystal to be grown using the first calibration curve;
A first filling step of filling the crucible with the silicon raw material determined in the first determination step;
And a first growth step of growing the silicon single crystal from a silicon melt obtained by melting the silicon raw material filled in the first filling step.
(B)シリコン原料を溶融して得られたシリコン融液から、チョクラルスキー法により、シリコン単結晶を育成する方法であって、
予め、シリコン単結晶の育成を行い、シリコン原料の粒径と、当該シリコン原料を溶融して得られるシリコン融液から育成したシリコン単結晶の炭素濃度との関係を表す第2検量線を求める第2予備試験工程と、
前記第2検量線を用いて、育成するべきシリコン単結晶の目標とする炭素濃度に応じて、使用するシリコン原料を決定する第2決定工程と、
前記第2決定工程によって決定された前記シリコン原料を、坩堝内に充填する第2充填工程と、
前記第2充填工程で充填された前記シリコン原料を溶融して得られたシリコン融液から前記シリコン単結晶を育成する第2育成工程と
を含む、シリコン単結晶の育成方法。
(B) A method for growing a silicon single crystal by a Czochralski method from a silicon melt obtained by melting a silicon raw material,
First, a silicon single crystal is grown, and a second calibration curve representing the relationship between the grain size of the silicon raw material and the carbon concentration of the silicon single crystal grown from the silicon melt obtained by melting the silicon raw material is obtained. Two preliminary test steps;
A second determination step of determining a silicon raw material to be used according to a target carbon concentration of a silicon single crystal to be grown using the second calibration curve;
A second filling step of filling the crucible with the silicon raw material determined in the second determination step;
And a second growing step of growing the silicon single crystal from a silicon melt obtained by melting the silicon raw material filled in the second filling step.
上記(A)の育成方法において、前記第1育成工程を終了した後、前記第1決定工程、前記第1充填工程、および前記第1育成工程を繰り返してもよい。同様に、上記(B)の育成方法において、前記第2育成工程を終了した後、前記第2決定工程、前記第2充填工程、および前記第2育成工程を繰り返してもよい。 In the growing method of (A) above, after the first growing step is completed, the first determining step, the first filling step, and the first growing step may be repeated. Similarly, in the growing method of (B) above, after the second growing step is completed, the second determining step, the second filling step, and the second growing step may be repeated.
前記第2決定工程において、前記育成するべきシリコン単結晶の目標とする炭素濃度は、1.0×1016atoms/cm3以下であってもよく、この場合、前記使用するシリコン原料の粒径を、たとえば、前記シリコン原料の最小長さ、平均粒径、または粒度分布の最大頻度値で、50mmより大きいと決定することができる。 In the second determination step, a target carbon concentration of the silicon single crystal to be grown may be 1.0 × 10 16 atoms / cm 3 or less, and in this case, the grain size of the silicon raw material to be used Can be determined to be greater than 50 mm, for example, with the minimum length, average particle size, or maximum frequency value of the particle size distribution of the silicon source.
前記シリコン原料は、多結晶シリコンを破砕した後に、所定範囲のサイズのシリコン原料を選別したものであってもよく、育成されたシリコン単結晶を破砕した後に、所定範囲のサイズのシリコン原料を選別したものであってもよい。 The silicon raw material may be obtained by crushing polycrystalline silicon and then selecting a silicon raw material having a predetermined range size. After crushing a grown silicon single crystal, the silicon raw material having a predetermined range size is selected. It may be what you did.
本発明の方法によれば、第1または第2検量線を用いて適切なシリコン原料を選択することにより、シリコン単結晶の炭素濃度を、極めて精度よく制御することができる。 According to the method of the present invention, the carbon concentration of the silicon single crystal can be controlled with extremely high accuracy by selecting an appropriate silicon raw material using the first or second calibration curve.
「シリコン原料」とは、シリコン単結晶の原料であって、シリコンの粒子ないし塊の集合体をいうものとし、特に断りのない場合は、個々の形状は限定されず、略球状、楕円体状、板状、棒状等の形状を有していてもよい。
「シリコン原料の粒径」とは、シリコン原料を構成する粒子ないし塊の粒径をいうものとする。
“Silicon raw material” is a raw material of silicon single crystal, which means an aggregate of silicon particles or lumps, and unless otherwise specified, individual shapes are not limited and are substantially spherical or elliptical. It may have a shape such as a plate shape or a rod shape.
The “particle diameter of silicon raw material” refers to the particle diameter of particles or lumps constituting the silicon raw material.
本発明者らは、シリコン原料の粒径または比表面積と、このシリコン原料を溶融して得られたシリコン融液から育成したシリコン単結晶の炭素濃度との間に強い相関があることを見出した。具体的には、シリコン原料の粒径が小さくなるほど(比表面積が大きくなるほど)、シリコン単結晶の炭素濃度は高くなる。これは、以下に示す理由から、シリコン原料の粒径が小さくなるほど、単位体積または単位質量あたりのシリコン原料に含まれる炭素が多くなり、これにともなって、単位体積または単位質量あたりのシリコン単結晶に取り込まれる炭素が多くなるためであると考えられる。 The present inventors have found that there is a strong correlation between the particle size or specific surface area of a silicon raw material and the carbon concentration of a silicon single crystal grown from a silicon melt obtained by melting the silicon raw material. . Specifically, the carbon concentration of the silicon single crystal increases as the particle size of the silicon raw material decreases (as the specific surface area increases). This is because, for the following reasons, the smaller the particle size of the silicon raw material, the more carbon contained in the silicon raw material per unit volume or unit mass, and accordingly, a silicon single crystal per unit volume or unit mass. It is thought that this is because more carbon is incorporated into.
通常、シリコン原料は、より大きな塊状のシリコンを破砕して製造される。破砕後のシリコン原料の径は、数mm〜数十mmである。シリコン原料に含まれる炭素は、たとえば、シリコン原料を製造する際の環境、および樹脂製の梱包材(たとえば、ビニール袋)を起源としていると考えられる。粒径が小さなシリコン原料ほど、比表面積が大きいことにより、単位体積または単位質量あたりのシリコン原料の表面に付着する炭素量が多くなり得るので、この場合は、シリコン原料において、シリコンに対する炭素の割合が多くなる。 Usually, the silicon raw material is produced by crushing larger lump silicon. The diameter of the silicon raw material after crushing is several mm to several tens mm. The carbon contained in the silicon raw material is considered to originate from, for example, the environment in which the silicon raw material is manufactured and a resin packaging material (for example, a plastic bag). Since the silicon material with a smaller particle size has a larger specific surface area, the amount of carbon attached to the surface of the silicon material per unit volume or unit mass can be increased. Will increase.
また、シリコン単結晶の製造段階では、上述のグラファイト部材から生ずるCOガスのシリコン原料表面への吸着量も、単位体積または単位質量あたりのシリコン原料については、比表面積が大きいほど、すなわち、シリコン原料の粒径が小さいほど、大きくなる。これにともなって、単位体積または単位質量あたりのシリコン単結晶に取り込まれる炭素の量が多くなる。したがって、シリコン原料の表面に吸着したCOガスを起源として、単位体積または単位質量あたりのシリコン単結晶に取り込まれる炭素の量も、シリコン原料の粒径が小さくなるほど(比表面積が大きくなるほど)多くなると考えられる。 Further, in the production stage of the silicon single crystal, the adsorption amount of the CO gas generated from the graphite member to the surface of the silicon raw material is also larger as the specific surface area of the silicon raw material per unit volume or unit mass is larger. The smaller the particle size, the larger. Accordingly, the amount of carbon taken into the silicon single crystal per unit volume or unit mass increases. Accordingly, the amount of carbon taken into the silicon single crystal per unit volume or unit mass originating from the CO gas adsorbed on the surface of the silicon raw material increases as the particle size of the silicon raw material decreases (as the specific surface area increases). Conceivable.
本発明者らは、このようなシリコン原料の比表面積または粒径とシリコン原料の炭素濃度との関係を利用して、適切なシリコン原料を選択することにより、シリコン単結晶への炭素の導入量を制御して、所望の炭素濃度を有するシリコン単結晶を育成できると考えた。 The present inventors have selected the amount of carbon introduced into a silicon single crystal by selecting an appropriate silicon material using the relationship between the specific surface area or particle size of the silicon material and the carbon concentration of the silicon material. It was considered that a silicon single crystal having a desired carbon concentration can be grown by controlling
上述のように、本発明の、シリコン単結晶の育成方法は、シリコン原料を溶融して得られたシリコン融液から、チョクラルスキー法により、シリコン単結晶を育成する方法である。 As described above, the method for growing a silicon single crystal according to the present invention is a method for growing a silicon single crystal by a Czochralski method from a silicon melt obtained by melting a silicon raw material.
本発明の第1の態様の育成方法は、予め、シリコン単結晶の育成を行い、シリコン原料の比表面積と、当該シリコン原料を溶融して得られるシリコン融液から育成したシリコン単結晶の炭素濃度との関係を表す第1検量線を求める第1予備試験工程と、前記第1検量線に基づき、育成するべきシリコン単結晶の目標とする炭素濃度に応じて、使用するシリコン原料の比表面積を決定する第1決定工程と、前記第1決定工程によって決定された当該シリコン原料を坩堝内に充填する第1充填工程と、前記第1充填工程で充填された前記シリコン原料を溶融して得られたシリコン融液から前記シリコン単結晶を育成する第1育成工程とを含む。 In the growth method of the first aspect of the present invention, the silicon single crystal is grown in advance, the specific surface area of the silicon raw material, and the carbon concentration of the silicon single crystal grown from the silicon melt obtained by melting the silicon raw material The specific surface area of the silicon raw material to be used is determined according to the target carbon concentration of the silicon single crystal to be grown based on the first preliminary test step for obtaining the first calibration curve representing the relationship between the first calibration curve and the first calibration curve. A first determination step to be determined; a first filling step in which the silicon raw material determined in the first determination step is filled in a crucible; and the silicon raw material filled in the first filling step. And a first growth step of growing the silicon single crystal from the silicon melt.
本発明の第2の態様の育成方法は、予め、シリコン単結晶の育成を行い、シリコン原料の粒径と、当該シリコン原料を溶融して得られるシリコン融液から育成したシリコン単結晶の炭素濃度との関係を表す第2検量線を求める第2予備試験工程と、前記第2検量線を用いて、育成するべきシリコン単結晶の目標とする炭素濃度に応じて、使用するシリコン原料を決定する第2決定工程と、前記第2決定工程によって決定された前記シリコン原料を、坩堝内に充填する第2充填工程と、前記第2充填工程で充填された前記シリコン原料を溶融して得られたシリコン融液から前記シリコン単結晶を育成する第2育成工程とを含む。 In the growth method of the second aspect of the present invention, the silicon single crystal is grown in advance, and the particle size of the silicon raw material and the carbon concentration of the silicon single crystal grown from the silicon melt obtained by melting the silicon raw material. The silicon material to be used is determined according to the target carbon concentration of the silicon single crystal to be grown using the second preliminary test step for obtaining the second calibration curve representing the relationship between the first calibration curve and the second calibration curve. Obtained by melting a second determination step, a second filling step of filling the crucible with the silicon raw material determined in the second determination step, and the silicon raw material filled in the second filling step A second growth step of growing the silicon single crystal from the silicon melt.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
原料を所定の範囲の大きさでm水準に分類し、このm水準の大きさの原料を坩堝に充填する場合を考える。ここで、第i(1≦i≦m)番目の大きさに分類される原料を原料iと表現する。坩堝には、m水準すべての原料を充填してもよく、m水準のうちの一部の水準の原料を充填してもよい。すなわち、iは、1〜mのいずれかまたはすべてである。原料iに付随する特性には添え字iを用いて表現する。なお、iが1〜mのいずれひとつの場合は、1種類の原料を想定することになる。この場合は、その原料を用いてシリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cが目標とする範囲内となるのか否かを判断し、範囲外と判断した場合は、目標とする範囲内の炭素濃度Cが得られるように必要な処置をとることとする。このような処置として、たとえば、異なるサイズの原料、または異なる原料メーカーの原料等を検討すること、意図的に炭素を添加することなどが挙げられる。
Embodiments of the present invention will be described below.
Consider a case where raw materials are classified into m levels with a predetermined range of sizes, and the crucibles are filled with raw materials of this m level. Here, a raw material classified into the i-th (1 ≦ i ≦ m) size is expressed as a raw material i. The crucible may be filled with all m-level raw materials, or may be filled with some of the m-level raw materials. That is, i is any or all of 1 to m. A characteristic accompanying the raw material i is expressed using a subscript i. In addition, when i is any one of 1 to m, one kind of raw material is assumed. In this case, it is determined whether or not the average carbon concentration C of the entire silicon single crystal is within the target range using the raw material. If it is determined that the average carbon concentration C is out of the range, the carbon concentration C within the target range is determined. Necessary measures will be taken so that Such treatment includes, for example, examining raw materials of different sizes or raw materials from different raw material manufacturers, and intentionally adding carbon.
シリコン原料に含まれる炭素の量は、シリコン原料の単位体積(または単位質量)あたりの表面積、すなわち、比表面積Sに比例すると仮定すると、シリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cは、下記(1)式で表される。
C=S×Kr+C0
=ΣCi(i=1〜mから選択される値)+C0
=ΣSi×xi×Kri(i=1〜mから選択される値)+C0 (1)
Assuming that the amount of carbon contained in the silicon raw material is proportional to the surface area per unit volume (or unit mass) of the silicon raw material, that is, the specific surface area S, the average carbon concentration C of the entire silicon single crystal is as follows: It is expressed by a formula.
C = S × Kr + C 0
= ΣC i (value selected from i = 1 to m) + C 0
= ΣS i × x i × Kr i (value selected from i = 1 to m) + C 0 (1)
ここで、
Si:原料iの単位体積(または単位質量)あたりの表面積(比表面積)
Ci:原料iのシリコン単結晶の平均炭素濃度Cへの寄与分(表面起因)
C0:原料の表面以外に起因する、シリコン単結晶の平均炭素濃度Cへの寄与分(意図的な炭素添加による分を含む)
xi:投入原料のうち、原料iが占める割合(投入比率;質量比)。X1+…+Xm=1
Kri:原料iの単位表面積あたりのシリコン単結晶の平均炭素濃度Cへの寄与分(比例定数)
である。
here,
S i : Surface area per unit volume (or unit mass) of raw material i (specific surface area)
C i : Contribution of the raw material i to the average carbon concentration C of the silicon single crystal (from the surface)
C 0 : Contribution to the average carbon concentration C of the silicon single crystal due to other than the surface of the raw material (including the part due to intentional carbon addition)
x i : Ratio of input material to input material i (input ratio: mass ratio). X 1 + ... + X m = 1
Kr i: contribution to the average carbon concentration C of the silicon single crystal per unit surface area of the material i (proportional constant)
It is.
さらに(1)式は以下のように変形することもできる。
C=ΣSi×xi×Kri(i=1〜mから選択される値)+C0
=Σ(4×π×ri 2/(4/3×π×ri 3))×xi×Kri+C0
=Σ(3/ri)×xi×Kri+C0
ここで、riは、たとえば、「原料iの個々の原料を原料iの体積を変えずに球形としたときの平均半径」と定義することができる。
このように、原料の比表面積(Si)と粒径(2×ri)とは、反比例の関係がある。
Furthermore, equation (1) can be modified as follows.
C = ΣS i × x i × Kr i (value selected from i = 1 to m) + C 0
= Σ (4 × π × r i 2 / (4/3 × π × r i 3 )) × x i × Kr i + C 0
= Σ (3 / r i ) × x i × Kr i + C 0
Here, r i can be defined as, for example, “average radius when each raw material i is formed into a spherical shape without changing the volume of the raw material i”.
Thus, the specific surface area (S i ) and the particle size (2 × r i ) of the raw material have an inversely proportional relationship.
原料の平均半径riの定義は、上記のものに限定されるものでなく、原料の表面積との関係が合理的であると判断できる定義であればよい。また、妥当であれば、(1)式において、Kr1=Kr2=Kr3…(=定数)として、(1)式をより簡便なものとしてもよい。さらに、後述の図1に示すように、(1)式における定数C0は、意図的に炭素を添加する場合を除くと、原料表面起因の炭素持込み分に比べて小さいので、無視することとしてもよい。 The definition of the average radius r i of the raw material is not limited to the above, but may be any definition that can be judged to have a reasonable relationship with the surface area of the raw material. Further, if appropriate, the expression (1) may be simplified by setting Kr 1 = Kr 2 = Kr 3 (= constant) in the expression (1). Furthermore, as shown in FIG. 1 to be described later, the constant C 0 in the equation (1) is smaller than the amount of carbon brought about due to the raw material surface except when carbon is intentionally added. Also good.
(1)式にあるように、シリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cは、原料i(i=1〜mから選択される値)の寄与分(Ci)の総和、および原料表面以外の寄与分C0から算出できる。したがって、第1予備試験工程で求める第1検量線としては、原料iのCiに対する個別の検量線、または個別の検量線を複合することにより求められる検量線を用いることができ、これらの検量線から導かれるシリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cに対する寄与分の総和から、平均炭素濃度Cを求めることができる。 As shown in the equation (1), the average carbon concentration C of the entire silicon single crystal is the sum of contributions (C i ) of the raw material i (value selected from i = 1 to m) and contributions other than the raw material surface. It can be calculated from the minute C 0 . Therefore, as the first calibration curve obtained in the first preliminary test step, an individual calibration curve for C i of the raw material i or a calibration curve obtained by combining individual calibration curves can be used. The average carbon concentration C can be obtained from the sum of contributions to the average carbon concentration C of the entire silicon single crystal derived from the line.
また、(1)式は、原料i(i=1〜mから選択される値)の投入比率(xi)を適切に選択することにより、シリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cを目標とする範囲内にし得ることを示している。すなわち、第1決定工程、または第2決定工程において、原料の大きさの水準1〜mのうち、どの水準のものを使用し、かつ、どのような投入比率とするかを定めて、シリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cを目標範囲内にすることが可能となる。このとき、目標とする平均炭素濃度Cが高い場合は、原料表面に起因する炭素に加えて、意図的に原料に炭素を添加する処置を施すこともできる。
Further, the formula (1) targets the average carbon concentration C of the entire silicon single crystal by appropriately selecting the input ratio (x i ) of the raw material i (value selected from i = 1 to m). It shows that it can be within the range. That is, in the first determination step or the second determination step, it is determined which level of the raw
目標とする平均炭素濃度Cは、ある濃度値としてもよく、ある濃度値以下または未満としてもよい。 The target average carbon concentration C may be a certain concentration value, or less than or less than a certain concentration value.
具体例として、坩堝に充填されるシリコン原料の大きさが、「大径原料A」と「小径原料B」との2水準のみ(m=2)の場合について説明する。大径原料Aは、たとえば、目開きがa1mmの篩を通過し、かつ目開きがa2(a1>a2)mmの篩を通過しないものとすることができ、小径原料Bは、たとえば、目開きがa3mm(a2≧a3)の篩を通過し、かつ目開きがa4mm(a3>a4)の篩を通過しないものとすることができる。 As a specific example, the case where the size of the silicon raw material filled in the crucible is only two levels (m = 2), “large diameter raw material A” and “small diameter raw material B” will be described. The large-diameter raw material A can have, for example, an aperture that passes through a sieve with a 1 mm and an aperture that does not pass through a sieve with an a 2 (a 1 > a 2 ) mm. For example, the aperture may pass through a sieve having a 3 mm (a 2 ≧ a 3 ), and the aperture may not pass through a sieve having a 4 mm (a 3 > a 4 ).
シリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cは、
C=CA+CB+C0 (2)
と表される。
The average carbon concentration C of the entire silicon single crystal is
C = C A + C B + C 0 (2)
It is expressed.
ここで、
CA=4×π×rA 2/(4/3×π×rA 3)×xA×KrA
=3/rA×xA×KrA
CB=4×π×rB 2/(4/3×π×rB 3)×xB×KrB
=3/rB×xB×KrB
rA:大径原料Aの平均半径(個々の原料を球形と仮定)
rB:小径原料Bの平均半径(個々の原料を球形と仮定)
KrA:大径原料Aの単位表面積あたりのシリコン単結晶の平均炭素濃度Cへの寄与分(比例定数)
KrB:小径原料Bの単位表面積あたりのシリコン単結晶の平均炭素濃度Cへの寄与分(比例定数)
C0:原料の表面以外に起因する、シリコン単結晶の平均炭素濃度Cへの寄与分
である。
here,
C A = 4 × π × r A 2 / (4/3 × π × r A 3 ) × x A × Kr A
= 3 / r A × x A × Kr A
C B = 4 × π × r B 2 / (4/3 × π × r B 3 ) × x B × Kr B
= 3 / r B × x B × Kr B
r A : average radius of large-diameter raw material A (assuming each raw material is spherical)
r B : Average radius of small-diameter raw material B (assuming each raw material is spherical)
Kr A : Contribution to the average carbon concentration C of the silicon single crystal per unit surface area of the large diameter raw material A (proportional constant)
Kr B : Contribution to the average carbon concentration C of the silicon single crystal per unit surface area of the small diameter raw material B (proportional constant)
C 0 : Contribution to the average carbon concentration C of the silicon single crystal due to other than the surface of the raw material.
たとえば、大径原料Aと小径原料Bとの充填比(質量比)が0.3:0.7とすると、xA=0.3、xB=0.7となり、CA=3/rA×0.3×KrA、CB=3/rB×0.7×KrBである。 For example, if the filling ratio (mass ratio) of the large diameter raw material A and the small diameter raw material B is 0.3: 0.7, x A = 0.3, x B = 0.7, and C A = 3 / r A × 0.3 × Kr A , C B = 3 / r B × 0.7 × Kr B.
予め、xA:xBとCとの関係を求めておくことにより、KrA/rA、およびKrB/rBの値を求めることができる。したがって、この場合、rAおよびrBの値が未知であっても、(2)式に基づき、得られるシリコン単結晶の炭素濃度Cを予想することができる。この場合、大径原料Aと小径原料Bとの投入比率により、シリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cを制御することができる。 By obtaining the relationship between x A : x B and C in advance, the values of Kr A / r A and Kr B / r B can be obtained. Therefore, in this case, even if the values of r A and r B are unknown, the carbon concentration C of the obtained silicon single crystal can be predicted based on the equation (2). In this case, the average carbon concentration C of the entire silicon single crystal can be controlled by the input ratio of the large diameter raw material A and the small diameter raw material B.
また、小径原料Bの平均半径rBを変更することによっても、シリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cを制御することができる。この場合、シリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cは、小径原料Bの平均半径rBの逆数に依存して変化する。大径原料Aの平均半径rAを変更することによっても、炭素濃度Cを制御することができるが、大径原料Aより小径原料Bの方が、単位質量あたりのCへの寄与は大きいので、小径原料Bの平均半径rBを変更する方が、効率的に、Cを調整することができる。 Also, by changing the average radius r B of the small material B, it is possible to control the average carbon concentration C of the whole silicon single crystal. In this case, the average carbon concentration C of the entire silicon single crystal varies depending on the reciprocal of the average radius r B of the small diameter raw material B. The carbon concentration C can also be controlled by changing the average radius r A of the large diameter raw material A, but the small diameter raw material B contributes more to C per unit mass than the large diameter raw material A. It may be better to change the average radius r B of the small material B, efficiently, to adjust the C.
炭素濃度Cは、大径原料Aと小径原料Bとの投入比率、および小径原料Bの平均半径rBの双方によって制御することも可能である。炭素濃度Cが低いシリコン単結晶を育成する場合は、小径原料Bの投入比率を小さくしてもよく、これに加えて、または、これに代えて、小径原料Bの平均半径rBを大きくしてもよい。 The carbon concentration C can be controlled by both the input ratio of the large diameter raw material A and the small diameter raw material B and the average radius r B of the small diameter raw material B. When growing a silicon single crystal having a low carbon concentration C, the ratio of the small-diameter raw material B may be reduced, and in addition to or instead of this, the average radius r B of the small-diameter raw material B is increased. May be.
シリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cへの大径原料Aの寄与分が、小径原料Bのものより十分小さい場合、C≒CB+C0として、大径原料Aの寄与を無視することも可能である。 When the contribution of the large diameter raw material A to the average carbon concentration C of the entire silicon single crystal is sufficiently smaller than that of the small diameter raw material B, it is possible to ignore the contribution of the large diameter raw material A as C≈C B + C 0 It is.
以上、石英坩堝に充填される原料を、複数水準の大きさの原料が混合されたものとすることにより、製造するべき1本のシリコン単結晶の平均炭素濃度を制御する方法について説明した。次に、この方法を、シリコン単結晶の育成終了後、坩堝内に残ったシリコン融液にシリコン原料を追加(リチャージ)して溶融し、さらなるシリコン単結晶を育成するマルチ引き上げに適用する場合について説明する。 As described above, the method of controlling the average carbon concentration of one silicon single crystal to be manufactured by mixing the raw materials filled in the quartz crucible with raw materials of a plurality of levels has been described. Next, the case where this method is applied to multi-pulling in which silicon raw material is added (recharged) to the silicon melt remaining in the crucible after the growth of the silicon single crystal is finished, and then further silicon single crystal is grown. explain.
リチャージの回数をn回とし、(n+1)本の単結晶を製造する場合、(n+1)本目のシリコン単結晶全体の平均炭素濃度Cn+1は、下記(3)式で表される。
Cn+1=(S×Kr+C0)+Σ((S×Kr+C0)j+Cpj) (j=1〜n) (3)
When the number of recharges is n and (n + 1) single crystals are manufactured, the average carbon concentration C n + 1 of the entire (n + 1) th silicon single crystal is expressed by the following equation (3).
C n + 1 = (S × Kr + C 0 ) + Σ ((S × Kr + C 0 ) j + Cp j ) (j = 1 to n) (3)
上記(3)式において、右辺第1項は、シリコン単結晶の平均炭素濃度Cn+1への初期原料チャージによる寄与分、右辺第2項は、シリコン単結晶の平均炭素濃度Cn+1への原料リチャージによる寄与分である。右辺第2項の(S×Kr+C0)jは、j回目のリチャージにおける原料表面に付着した炭素によるシリコン単結晶の平均炭素濃度Cn+1への寄与分であり、Cpjはj回目のリチャージにおけるプロセス起因のシリコン単結晶の平均炭素濃度Cn+1への寄与分である。(3)式は、初期原料チャージの寄与分に加えてリチャージによる寄与分の積算でシリコン単結晶の炭素濃度が定まることを示している。原料として、大きさの異なる複数水準の原料を用いてもよく、その場合は(1)式を(3)式に代入することによって平均炭素濃度Cn+1が求まる。 In the above equation (3), the first term on the right side is the contribution of the initial raw material charge to the average carbon concentration C n + 1 of the silicon single crystal, and the second term on the right side is the average carbon concentration C n + 1 of the silicon single crystal. It is a contribution by the raw material recharge. (S × Kr + C 0 ) j in the second term on the right side is a contribution to the average carbon concentration C n + 1 of the silicon single crystal due to carbon adhering to the raw material surface in the j-th recharge, and Cp j is the j-th time It is the contribution to the average carbon concentration C n + 1 of the silicon single crystal resulting from the process in recharging. The expression (3) indicates that the carbon concentration of the silicon single crystal is determined by integrating the contribution due to recharging in addition to the contribution due to the initial raw material charge. Plural levels of raw materials having different sizes may be used as the raw material. In this case, the average carbon concentration C n + 1 is obtained by substituting Equation (1) into Equation (3).
以下に、マルチ引き上げを行う場合にシリコン単結晶の炭素濃度を制御することについて、具体的に説明する。マルチ引き上げを行う場合に、シリコン原料の比表面積で、シリコン単結晶の炭素濃度を表すと、表1に示す通りとなる。表1の添え字の数字(≧1)は、(3)式のjに相当し、リチャージ順の番号を意味する。 Hereinafter, controlling the carbon concentration of the silicon single crystal when performing multi-pulling will be described in detail. When performing multi-pulling, the carbon concentration of the silicon single crystal is expressed as shown in Table 1 by the specific surface area of the silicon raw material. The subscript number (≧ 1) in Table 1 corresponds to j in the expression (3), and means a recharge order number.
表1中の記号の意味は、以下の通りである。
S:初期チャージのシリコン原料の比表面積
S1:1回目のリチャージのシリコン原料の比表面積
S2:2回目のリチャージのシリコン原料の比表面積
Kr1:1回目のリチャージにおける原料の比表面積あたりのシリコン単結晶の平均炭素濃度Cへの寄与分(比例定数)
Kr2:2回目のリチャージにおける原料の比表面積あたりのシリコン単結晶の平均炭素濃度Cへの寄与分(比例定数)
CP1:1回目のリチャージでのプロセス起因のCへの寄与分
CP2:2回目のリチャージでのプロセス起因のCへの寄与分
C1:1回目のリチャージでの原料表面以外かつプロセス起因以外の要因のCへの寄与分(意図的な炭素添加による分を含む)
C2:2回目のリチャージでの原料表面以外かつプロセス起因以外の要因のCへの寄与分(意図的な炭素添加による分を含む)
The meanings of symbols in Table 1 are as follows.
S: Specific surface area of silicon material in initial charge S 1 : Specific surface area of silicon material in first recharge S 2 : Specific surface area of silicon material in second recharge Kr 1 : Per specific surface area of raw material in first recharge Contribution to average carbon concentration C of silicon single crystal (proportional constant)
Kr 2 : Contribution to the average carbon concentration C of the silicon single crystal per specific surface area of the raw material in the second recharge (proportional constant)
C P1 : Contribution to process-induced C in the first recharge C P2 : Process contribution to C in the second recharge
C 1 : Contribution to C due to factors other than the raw material surface and process origin in the first recharge (including intentional carbon addition)
C 2 : Contribution to C due to factors other than the raw material surface and process origin in the second recharge (including intentional carbon addition)
この場合も、実験により、Kr1、Kr2、C1、C2、Cp1、Cp2のうち必要なものの値を決定すれば、表1の「シリコン単結晶の炭素濃度」の欄の数式を検量線として、シリコン単結晶の平均炭素濃度Cを、原料の平均半径rにより、制御することができる。また、複数の原料の大きさ水準の投入比率により制御することもできる。 In this case as well, if the values of necessary ones of Kr 1 , Kr 2 , C 1 , C 2 , Cp 1 , and Cp 2 are determined by experiment, the mathematical formula in the column “Carbon concentration of silicon single crystal” in Table 1 is used. Is the calibration curve, and the average carbon concentration C of the silicon single crystal can be controlled by the average radius r of the raw material. Moreover, it can also be controlled by the input ratio of the size level of a plurality of raw materials.
シリコン原料は、大径原料と小径原料とを併用したものや、単一種の原料として粒径が調整されたものであってもよい。この場合も、シリコン原料の粒径が小さくなる(比表面積が大きくなる)ほど、シリコン単結晶の炭素濃度は高くなる。たとえば、シリコン単結晶の炭素濃度を低減する場合、シリコン原料について、最小長さ、平均粒径、または当該シリコン原料の粒度分布の最大頻度値を、50mmより大きくすることで、初期チャージ引き上げ、およびリチャージ引き上げによるシリコン単結晶の炭素濃度を、いずれも、1.0×1016atoms/cm3以下にすることができる。 The silicon raw material may be a combination of a large-diameter raw material and a small-diameter raw material, or a silicon raw material whose particle size is adjusted as a single type of raw material. Also in this case, the carbon concentration of the silicon single crystal increases as the particle size of the silicon raw material decreases (the specific surface area increases). For example, when the carbon concentration of the silicon single crystal is reduced, the initial charge is increased by setting the minimum frequency, the average particle diameter, or the maximum frequency value of the particle size distribution of the silicon raw material to be larger than 50 mm. The carbon concentration of the silicon single crystal by the recharge pulling can be reduced to 1.0 × 10 16 atoms / cm 3 or less.
「最小長さ」とは、シリコン原料を構成する粒子ないし塊の長さを異なる複数の方向から測定した場合の最小の長さである。「平均粒径」は、無作為に選んだ数十個の粒子ないし塊の各々について平均的な粒径を測定し、平均したものとすることができる。「粒度分布」は、無作為に選んだ数十個の粒子ないし塊について、粒子ないし塊の粒径の分布とすることができる。 The “minimum length” is the minimum length when the lengths of the particles or lumps constituting the silicon raw material are measured from a plurality of different directions. The “average particle diameter” may be an average value obtained by measuring an average particle diameter of each of several tens of particles or lumps randomly selected. The “particle size distribution” may be a particle size or particle size distribution of dozens of randomly selected particles or lumps.
シリコン原料の粒径または比表面積と、シリコン単結晶の炭素濃度との関係を表す検量線は、必ずしも、シリコン原料の粒径または比表面積の一次式で表される必要はなく、一次式でずれが大きい場合は、たとえば、n次式(2≦n)、指数関数、対数関数、その他任意の関数式を採用することができる。 The calibration curve indicating the relationship between the silicon raw material particle size or specific surface area and the carbon concentration of the silicon single crystal does not necessarily need to be expressed by a linear expression of the silicon raw material particle diameter or specific surface area. When is large, for example, an nth order expression (2 ≦ n), an exponential function, a logarithmic function, or any other function expression can be employed.
また、本発明の育成方法では、シリコン単結晶に炭素をドープする場合、炭素粉末を使用する必要がないか、使用する必要がある場合であっても使用量を減ずることができるので、シリコン単結晶の有転位化を抑制することができる。また、通常、シリコン単結晶に炭素をドープするために用いられる炭素粉末は、特殊な仕様のものであるため高価である。本発明の育成方法では、炭素粉末を用いないか、使用する炭素粉末の量を削減することにより、原料コストを低減することができるという付帯効果も得られる。 In the growth method of the present invention, when carbon is doped into a silicon single crystal, it is not necessary to use carbon powder, or even if it is necessary to use it, the amount used can be reduced. Dislocation of crystals can be suppressed. In addition, carbon powder used for doping carbon into a silicon single crystal is usually expensive because it has a special specification. In the growing method of the present invention, the incidental effect that the raw material cost can be reduced is obtained by not using carbon powder or by reducing the amount of carbon powder to be used.
種々の粒度(水準1〜6)に調整したシリコン原料を用意し、各シリコン原料を用いて、シリコン単結晶を育成し、シリコン原料の粒度と、シリコン単結晶の炭素濃度との関係を調べた。各シリコン原料について、リチャージを挟んで、連続して3本のシリコン単結晶を育成した。シリコン原料の粒度の調整は、予め定めた原料サイズ範囲に入るように目視の選別により行った。
Silicon raw materials adjusted to various particle sizes (
各シリコン原料を坩堝内に充填(初期チャージ)して100%溶融し、得られたシリコン融液から、CZ法により、1本目のシリコン単結晶を引き上げた。シリコン融液の量が初期の量の約半分となったところで、1本目のシリコン単結晶の育成を終了した。 Each silicon raw material was filled in the crucible (initial charge) and melted 100%, and the first silicon single crystal was pulled up from the obtained silicon melt by the CZ method. When the amount of the silicon melt became about half of the initial amount, the growth of the first silicon single crystal was completed.
続いて、坩堝内に残ったシリコン融液に、最初に充填したものと同じ粒度のシリコン原料を投入(1回目のリチャージ)して、シリコン融液に溶かし込んだ。そして、このシリコン融液から、1本目のシリコン単結晶と同様にして、2本目のシリコン単結晶を引き上げた。シリコン融液の量が初期の量の約半分となったところで、2本目のシリコン単結晶の育成を終了した。 Subsequently, the silicon raw material having the same particle size as that initially filled was charged into the silicon melt remaining in the crucible (first recharge), and dissolved in the silicon melt. The second silicon single crystal was pulled up from the silicon melt in the same manner as the first silicon single crystal. When the amount of the silicon melt became about half of the initial amount, the growth of the second silicon single crystal was completed.
続いて、坩堝内に残ったシリコン融液に、最初に充填したものと同じ粒度のシリコン原料を投入(2回目のリチャージ)して、シリコン融液に溶かし込んだ。そして、このシリコン融液から、1本目のシリコン単結晶と同様にして、3本目のシリコン単結晶を引き上げた。リチャージの量は、いずれも、坩堝内に残ったシリコン融液とリチャージしたシリコン原料との和が、初期チャージのシリコン原料の充填量にほぼ等しくなるようにした。 Subsequently, the silicon raw material having the same particle size as that of the first filling was put into the silicon melt remaining in the crucible (second recharge) and dissolved in the silicon melt. Then, the third silicon single crystal was pulled up from this silicon melt in the same manner as the first silicon single crystal. The amount of recharge was set so that the sum of the silicon melt remaining in the crucible and the recharged silicon material was substantially equal to the filling amount of the silicon material of the initial charge.
いずれのシリコン単結晶でも、有転位化は生じていなかった。
各シリコン単結晶について、固化率が70%の位置における炭素濃度を測定した。炭素濃度は、FTIR法により測定した。
None of the silicon single crystals produced dislocations.
For each silicon single crystal, the carbon concentration at a position where the solidification rate was 70% was measured. The carbon concentration was measured by the FTIR method.
表2に、用いたシリコン原料のサイズの範囲、直径が100mmの円柱状の原料(水準6)を1としたときの各原料の表面積比(以下、単に、「表面積比」ともいう。)、および各原料を用いて育成したシリコン単結晶の炭素濃度(固化率70%の位置におけるもの;以下、単に、「炭素濃度」ともいう。)を示す。原料サイズの範囲は、無作為に選んだ数十個の原料の径の範囲を示している。表面積比は、各シリコン原料の形状を球に近似してその表面積を求め、同じ質量の水準6の原料の表面積で除したものとした。水準6のシリコン原料は、直径が約100mmで、長さが約500mmの円柱状のものであった。 Table 2 shows the range of the size of the silicon raw material used, the surface area ratio of each raw material when the cylindrical raw material (level 6) having a diameter of 100 mm is 1 (hereinafter also simply referred to as “surface area ratio”), The carbon concentration of a silicon single crystal grown using each raw material (in the position where the solidification rate is 70%; hereinafter, also simply referred to as “carbon concentration”) is shown. The range of the raw material size indicates the range of the diameter of several tens of raw materials selected at random. The surface area ratio was obtained by approximating the shape of each silicon raw material to a sphere to obtain the surface area and dividing by the surface area of level 6 raw material of the same mass. Level 6 silicon raw material was a cylinder having a diameter of about 100 mm and a length of about 500 mm.
図1に、1〜3本目のシリコン単結晶のそれぞれについて、用いたシリコン原料の表面積比と、シリコン単結晶の炭素濃度との関係を示す。1〜3本目に育成したシリコン単結晶の各々において、シリコン原料の表面積比とシリコン単結晶の炭素濃度とは、極めて強い相関を有する。1〜3本目のシリコン単結晶の各々について、プロットの回帰直線(図1に、それぞれ、実線、破線、および一点鎖線で示す。)は、シリコン原料の表面積比に対する、シリコン単結晶の炭素濃度についての検量線となっている。したがって、炭素濃度が低く抑えられたシリコン単結晶を育成する場合、および、所定濃度の炭素がドープされたシリコン単結晶を育成する場合のいずれでも、この検量線に従って、使用するシリコン原料の表面積比を決定することができる。そして、この検量線に基づき、シリコン単結晶の目標とする炭素濃度に対応した表面積比(したがって、粒径)を有するシリコン原料を用いることにより、ほぼ目標とする炭素濃度を有するシリコン単結晶を製造することができる。 FIG. 1 shows the relationship between the surface area ratio of the silicon raw material used and the carbon concentration of the silicon single crystal for each of the first to third silicon single crystals. In each of the first to third silicon single crystals, the surface area ratio of the silicon raw material and the carbon concentration of the silicon single crystal have a very strong correlation. For each of the first to third silicon single crystals, the regression line of the plot (shown in FIG. 1 by a solid line, a broken line, and an alternate long and short dash line, respectively) indicates the carbon concentration of the silicon single crystal relative to the surface area ratio of the silicon raw material. This is a calibration curve. Therefore, according to this calibration curve, the surface area ratio of the silicon raw material to be used is used when growing a silicon single crystal with a low carbon concentration and when growing a silicon single crystal doped with a predetermined concentration of carbon. Can be determined. Based on the calibration curve, a silicon single crystal having a substantially target carbon concentration is manufactured by using a silicon raw material having a surface area ratio (and therefore a particle size) corresponding to the target carbon concentration of the silicon single crystal. can do.
図1は、2本目および3本目のシリコン単結晶を育成するにあたって、リチャージに用いたシリコン原料を、1本目のシリコン単結晶の育成に用いたシリコン原料と同じ粒度のものとした場合の結果を示している。しかし、2本目のシリコン単結晶の育成にあたってリチャージに用いるシリコン原料は、1本目のシリコン単結晶の育成に用いるシリコン原料とは異なる粒度のものであってもよく、3本目のシリコン単結晶育成にあたってリチャージに用いるシリコン原料は、1本目および/または2本目のシリコン単結晶の育成に用いるシリコン原料とは異なる粒度のものであってもよい。 FIG. 1 shows the results when the silicon raw material used for recharging is made to have the same particle size as the silicon raw material used for growing the first silicon single crystal in growing the second and third silicon single crystals. Show. However, the silicon raw material used for recharging in growing the second silicon single crystal may have a particle size different from that of the silicon raw material used for growing the first silicon single crystal. The silicon raw material used for recharging may have a particle size different from that of the silicon raw material used for growing the first and / or second silicon single crystal.
図1は、特定のシリコン原料、および特定のシリコン単結晶育成装置を用い、特定の条件で、シリコン単結晶の育成を行った場合の結果であり、これとは異なる原料または装置を用いてシリコン単結晶の育成を行った場合は、検量線は、図1とは異なる式で表されるものとなり得る。また、上記特定のシリコン原料、および上記特定のシリコン単結晶育成装置を用いても、上記特定の条件とは異なる条件でシリコン単結晶の育成を行った場合も、検量線は、図1とは異なる式で表されるものとなり得る。
FIG. 1 shows a result of growing a silicon single crystal under specific conditions using a specific silicon raw material and a specific silicon single crystal growing apparatus, and silicon using a different raw material or apparatus. When a single crystal is grown, the calibration curve can be expressed by a formula different from FIG. In addition, even when the specific silicon raw material and the specific silicon single crystal growth apparatus are used, and the silicon single crystal is grown under conditions different from the specific conditions, the calibration curve is the same as FIG. It can be represented by a different formula.
Claims (8)
予め、シリコン単結晶の育成を行い、シリコン原料の比表面積と、当該シリコン原料を溶融して得られるシリコン融液から育成したシリコン単結晶の炭素濃度との関係を表す第1検量線を求める第1予備試験工程と、
前記第1検量線を用いて、育成するべきシリコン単結晶の目標とする炭素濃度に応じて、使用するシリコン原料を決定する第1決定工程と、
前記第1決定工程によって決定された当該シリコン原料を坩堝内に充填する第1充填工程と、
前記第1充填工程で充填された前記シリコン原料を溶融して得られたシリコン融液から前記シリコン単結晶を育成する第1育成工程と
を含む、シリコン単結晶の育成方法。 A method for growing a silicon single crystal by a Czochralski method from a silicon melt obtained by melting a silicon raw material,
First, a silicon single crystal is grown, and a first calibration curve representing the relationship between the specific surface area of the silicon raw material and the carbon concentration of the silicon single crystal grown from the silicon melt obtained by melting the silicon raw material is obtained. 1 preliminary test process;
A first determination step of determining a silicon raw material to be used according to a target carbon concentration of a silicon single crystal to be grown using the first calibration curve;
A first filling step of filling the crucible with the silicon raw material determined in the first determination step;
And a first growth step of growing the silicon single crystal from a silicon melt obtained by melting the silicon raw material filled in the first filling step.
前記第1育成工程を終了した後、前記第1決定工程、前記第1充填工程、および前記第1育成工程を繰り返す、シリコン単結晶の育成方法。 A method for growing a silicon single crystal according to claim 1,
A method for growing a silicon single crystal, wherein the first determining step, the first filling step, and the first growing step are repeated after finishing the first growing step.
予め、シリコン単結晶の育成を行い、シリコン原料の粒径と、当該シリコン原料を溶融して得られるシリコン融液から育成したシリコン単結晶の炭素濃度との関係を表す第2検量線を求める第2予備試験工程と、
前記第2検量線を用いて、育成するべきシリコン単結晶の目標とする炭素濃度に応じて、使用するシリコン原料を決定する第2決定工程と、
前記第2決定工程によって決定された前記シリコン原料を、坩堝内に充填する第2充填工程と、
前記第2充填工程で充填された前記シリコン原料を溶融して得られたシリコン融液から前記シリコン単結晶を育成する第2育成工程と
を含む、シリコン単結晶の育成方法。 A method for growing a silicon single crystal by a Czochralski method from a silicon melt obtained by melting a silicon raw material,
First, a silicon single crystal is grown, and a second calibration curve representing the relationship between the grain size of the silicon raw material and the carbon concentration of the silicon single crystal grown from the silicon melt obtained by melting the silicon raw material is obtained. Two preliminary test steps;
A second determination step of determining a silicon raw material to be used according to a target carbon concentration of a silicon single crystal to be grown using the second calibration curve;
A second filling step of filling the crucible with the silicon raw material determined in the second determination step;
And a second growing step of growing the silicon single crystal from a silicon melt obtained by melting the silicon raw material filled in the second filling step.
前記第2育成工程を終了した後、前記第2決定工程、前記第2充填工程、および前記第2育成工程を繰り返す、シリコン単結晶の育成方法。 A method for growing a silicon single crystal according to claim 3,
A method for growing a silicon single crystal, wherein the second determining step, the second filling step, and the second growing step are repeated after finishing the second growing step.
前記第2決定工程において、前記育成するべきシリコン単結晶の目標とする炭素濃度が、1.0×1016atoms/cm3以下であり、前記使用するシリコン原料の粒径を、前記シリコン原料の最小長さ、平均粒径、または粒度分布の最大頻度値で、50mmより大きいと決定する、シリコン単結晶の育成方法。 A method for growing a silicon single crystal according to claim 3,
In the second determination step, a target carbon concentration of the silicon single crystal to be grown is 1.0 × 10 16 atoms / cm 3 or less, and the particle size of the silicon raw material to be used is set to be equal to that of the silicon raw material. A method for growing a silicon single crystal, wherein a minimum length, an average particle diameter, or a maximum frequency value of a particle size distribution is determined to be greater than 50 mm.
前記繰り返される第2決定工程の少なくともいずれかにおいて、前記育成するべきシリコン単結晶の目標とする炭素濃度が、1.0×1016atoms/cm3以下であり、前記使用するシリコン原料の粒径を、前記シリコン原料の最小長さ、平均粒径、または粒度分布の最大頻度値で、50mmより大きいと決定する、シリコン単結晶の育成方法。 A method for growing a silicon single crystal according to claim 4,
In at least one of the repeated second determination steps, the target carbon concentration of the silicon single crystal to be grown is 1.0 × 10 16 atoms / cm 3 or less, and the grain size of the silicon raw material to be used Is determined to be larger than 50 mm by the minimum frequency, average particle diameter, or maximum frequency value of the particle size distribution of the silicon raw material.
前記シリコン原料が、多結晶シリコンを破砕した後に、所定範囲のサイズのシリコン原料を選別したものである、シリコン単結晶の育成方法。 A method for growing a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 6,
A method for growing a silicon single crystal, wherein the silicon raw material is obtained by crushing polycrystalline silicon and then selecting a silicon raw material having a predetermined range of sizes.
前記シリコン原料が、育成されたシリコン単結晶を破砕した後に、所定範囲のサイズのシリコン原料を選別したものである、シリコン単結晶の育成方法。
A method for growing a silicon single crystal according to any one of claims 1 to 7,
A method for growing a silicon single crystal, wherein the silicon raw material is obtained by crushing a grown silicon single crystal and then selecting a silicon raw material having a predetermined range of sizes.
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