JP2024088149A - Single crystal pulling apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単結晶引上装置及び単結晶引上方法に関し、特にチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置及び単結晶引上方法に関する。 The present invention relates to a single crystal pulling device and a single crystal pulling method, and in particular to a single crystal pulling device and a single crystal pulling method for pulling silicon single crystals by the Czochralski method.
チョクラルスキー法(CZ法)によるシリコン単結晶の育成は、図5に示すようにチャンバ50内に設置した石英ガラスルツボ51に原料であるポリシリコンを充填し、前記石英ガラスルツボ51の周囲に設けられたヒータ52によってポリシリコンを加熱して溶融し、シリコン融液Mとする。
その後、シードチャックに取り付けた種結晶P(シード)をシリコン融液Mに浸漬し、シードチャックおよび石英ルツボ51を同方向または逆方向に回転させる。ここで、種結晶Pをシリコン融液Mに浸漬させる際に、熱ショックにより転位が生じるため、転位がその後の結晶育成へ影響しないようネッキングと呼ばれる絞り工程(ネック部CNを形成する工程)が行われる。
続けて、徐々に結晶径を大きくして肩部C1を育成し、所定の直胴直径まで大きくして直胴部C2の形成に移り、シリコン単結晶Cの引上げ育成が行われる。
In growing silicon single crystals by the Czochralski method (CZ method), as shown in FIG. 5 , a
Thereafter, a seed crystal P (seed) attached to a seed chuck is immersed in the silicon melt M, and the seed chuck and the
Next, the crystal diameter is gradually increased to grow a shoulder portion C1, and then the diameter is increased to a predetermined straight body diameter to form a straight body portion C2, and the silicon single crystal C is pulled and grown.
ところで、高濃度ドーパントを用いたシリコン単結晶の育成においては、組成的過冷却の発生による有転位化を抑制することが必要である。組成的過冷却とは、ドーパントを高濃度に添加したシリコン単結晶を製造する場合に、ドーパントを大量にシリコン融液M内に投入したことにより、シリコン融液Mの凝固点と、シリコン融液Mにドーパントが添加されたドーパント添加融液の凝固点との差である凝固点降下度が非常に大きくなることにより生じる現象である。 When growing silicon single crystals using high-concentration dopants, it is necessary to suppress dislocations caused by compositional supercooling. Compositional supercooling is a phenomenon that occurs when producing silicon single crystals with a high concentration of dopant added, and the degree of freezing point depression, which is the difference between the freezing point of silicon melt M and the freezing point of the dopant-added melt in which the dopant is added to silicon melt M, becomes very large due to the introduction of a large amount of dopant into silicon melt M.
組成的過冷却の発生を抑制するには、例えば特許文献1に開示されるように、シリコン単結晶とシリコン融液との界面(固液界面)直下の融液縦方向温度勾配GLと、結晶引上げ速度V、融液中のドーパント濃度CLによる式であるGL/V>A・CLの関係を維持する必要がある(Aはドーパント種に応じた係数)。
すなわち、温度勾配GLを大きく、引上げ速度Vを遅くすることが重要である。しかしながら、融液中のドーパント濃度CL自体が大きくなるとGL/Vをより大きくする必要がある。温度勾配GLを大きくする手段として、水平磁場印加によりシリコン融液の対流を抑制することが挙げられる。このため、水平磁場印可は、高濃度のドーパントを使用した場合に発生しやすい組成的過冷却を抑制する有効な手段である。
しかしながら、結晶径を拡径する段階の肩部の形成工程においては、上記関係式GL/V>A・CLを満足していても、肩部での有転位化が頻発するという課題があった。
In order to suppress the occurrence of compositional supercooling, as disclosed in
That is, it is important to increase the temperature gradient GL and slow the pulling speed V. However, when the dopant concentration CL itself in the melt increases, it is necessary to increase GL/V. One method for increasing the temperature gradient GL is to suppress the convection of the silicon melt by applying a horizontal magnetic field. For this reason, applying a horizontal magnetic field is an effective method for suppressing the compositional supercooling that is likely to occur when a high concentration dopant is used.
However, in the shoulder formation process in the stage of expanding the crystal diameter, there was a problem that dislocations frequently occurred in the shoulder even if the above-mentioned relationship GL/V>A·CL was satisfied.
特許文献2には、高濃度のドーパントを用いて低抵抗率のシリコン単結晶を育成するために、不活性ガスであるArガスの整流筒の下端とシリコン融液の液面との間(ギャップ)の距離を調整し、肩部形成における転位発生を抑制するシリコン単結晶の製造方法が開示されている。特許文献2に開示された方法によれば、Arガスにより、揮発したドーパントを結晶から遠ざけ、単結晶に発生する熱応力を低減し、肩部形成における転位発生を抑制するようにしている。
しかしながら、水平磁場を印加してシリコン単結晶を育成する場合には、特許文献2に開示された方法によっても、肩部形成において有転位化が発生するという課題があった。
この課題について、本願出願人が鋭意研究した結果、肩部形成における有転位の発生は、水平磁場印加によるシリコン融液の対流抑制やルツボ回転の低速化が大きく関係していることを知見した。
However, when a silicon single crystal is grown by applying a horizontal magnetic field, the method disclosed in
As a result of extensive research by the applicant into this issue, it was discovered that the occurrence of dislocations during shoulder formation is closely related to the suppression of convection in the silicon melt by application of a horizontal magnetic field and slowing down the rotation speed of the crucible.
即ち、直胴部での組成的過冷却を抑制する有効な手段と同様に、ネック部形成時においても水平磁場を印加するとシリコン融液の対流が抑制される。さらに、ルツボ回転が低速の状態で、直径が小さいネック部の結晶を引きあげると、固液界面が引上方向に釣り上げられ、固液界面形状が上向きの凸形状となりやすい。ここで、ネック部形成時において発生した転位は、結晶成長方向に延びる傾向があり、転位がネック部中心に集まるために、消滅させることが難しい。その結果、水平磁場印加条件においては、ネック部中心において垂直方向に延びる転位が残り、肩部形成以降で有転位化が起きやすいということがわかった。
また、ルツボ回転が低速化されると、シリコン融液の撹拌が抑制され、固液界面直下の温度変動が大きくなる。このとき、ネック部や肩部形成初期段階のように結晶径が小さい場合には、温度変動の影響を受け、転位が発生しやすいということがわかった。
That is, similar to the effective means of suppressing compositional supercooling in the body, the application of a horizontal magnetic field also suppresses the convection of the silicon melt during the formation of the neck. Furthermore, when the crystal of the neck with a small diameter is pulled up while the crucible rotation speed is low, the solid-liquid interface is pulled up in the pulling direction, and the solid-liquid interface shape is likely to become an upward convex shape. Here, dislocations generated during the formation of the neck tend to extend in the crystal growth direction, and since the dislocations gather at the center of the neck, it is difficult to eliminate them. As a result, it was found that under the horizontal magnetic field application condition, dislocations extending vertically remain at the center of the neck, and dislocations are likely to occur after the formation of the shoulder.
In addition, when the crucible rotation speed is slowed down, the stirring of the silicon melt is suppressed, and the temperature fluctuations directly below the solid-liquid interface become large. In this case, when the crystal diameter is small, such as in the early stages of the formation of the neck and shoulder, it is affected by the temperature fluctuations and dislocations are likely to occur.
本発明は、上記事情のもとになされたものであり、本発明は、低抵抗のシリコン単結晶を製造するために、高濃度のドーパントを添加し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において、肩部形成以降の有転位化を抑制することのできる単結晶引上装置及び単結晶引上方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in light of the above circumstances, and aims to provide a single crystal pulling apparatus and single crystal pulling method that can suppress dislocations after shoulder formation in a single crystal pulling apparatus that adds a high concentration of dopant and pulls silicon single crystals by the Czochralski method in order to produce low-resistance silicon single crystals.
前記課題を解決するためになされた、本発明に係る単結晶引上装置は、ルツボを包囲するヒータからの加熱によりルツボ内にシリコン融液を形成し、前記シリコン融液に対しドーパントを添加するとともに水平磁場を印加し、チョクラルスキー法により前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置であって、前記ルツボを回転駆動部により鉛直軸周りに回転させる回転駆動制御部と、前記シリコン融液に対し印加する水平磁場を制御する磁場印加制御部と、を備え、前記回転駆動制御部は、単結晶のネック部の形成時に前記ルツボの回転数を第一の回転数で回転させ、単結晶の直胴部の形成開始時に、前記ルツボの回転数を前記第一の回転数よりも小さい第二の回転数とする制御をし、前記磁場印加制御部は、前記単結晶のネック部の形成時に磁場を印加せず、単結晶の肩部の直径が直胴部の3/4以上1未満のときに水平磁場を印加開始し、前記直胴部の形成開始時に0.1テスラ以上の水平磁場を印加するよう制御することに特徴を有する。 The single crystal pulling apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above problems, forms a silicon melt in a crucible by heating from a heater surrounding the crucible, adds a dopant to the silicon melt and applies a horizontal magnetic field to the silicon melt, and pulls a silicon single crystal from the silicon melt by the Czochralski method. The apparatus includes a rotation drive control unit that rotates the crucible around a vertical axis by a rotation drive unit, and a magnetic field application control unit that controls the horizontal magnetic field applied to the silicon melt. The rotation drive control unit controls the rotation speed of the crucible to rotate at a first rotation speed when the neck of the single crystal is formed, and to a second rotation speed smaller than the first rotation speed when the formation of the straight body of the single crystal begins. The magnetic field application control unit does not apply a magnetic field when the neck of the single crystal is formed, starts applying a horizontal magnetic field when the diameter of the shoulder of the single crystal is 3/4 or more and less than 1 of the straight body, and controls to apply a horizontal magnetic field of 0.1 Tesla or more when the formation of the straight body begins.
なお、前記回転駆動制御部は、ルツボの回転数を第一の回転数から第二の回転数とする際、徐々に回転数を小さくする制御を行うことが望ましい。
また、前記回転駆動制御部は、直胴部の形成において、ルツボの回転数を第二の回転数で一定に制御することが望ましい。
また、前記第一の回転数は、10rpm以上20rpm以下であり、前記第二の回転数は、1rpm以下であることが望ましい。
また、前記磁場印加制御部は、前記直胴部の形成において0.2テスラ以上0.3テスラ以下の水平磁場を印加するよう制御することが望ましい。
It is preferable that the rotation drive control section performs control so as to gradually decrease the rotation speed when changing the rotation speed of the crucible from the first rotation speed to the second rotation speed.
It is also preferable that the rotation drive control section controls the rotation speed of the crucible to be constant at a second rotation speed during the formation of the body portion.
It is also desirable that the first rotation speed is equal to or greater than 10 rpm and equal to or less than 20 rpm, and the second rotation speed is equal to or less than 1 rpm.
It is also preferable that the magnetic field application control unit performs control so as to apply a horizontal magnetic field of 0.2 Tesla or more and 0.3 Tesla or less in forming the straight body portion.
このように構成された単結晶引上装置によれば、ネック部の形成において、ルツボ回転を高速とすることにより、固液界面形状を下凸形状とすることができる。その結果、熱ショックによりネック部に発生した転位はネック部外周側に形成され、ネック部形成工程内において、転位を消滅させることができる。また、水平磁場は印加しないため、固液界面下の対流を促進し、ルツボ回転を高速とすることにより、シリコン融液の温度を安定化し、大きな温度変動に起因する転位の発生を防止することができる。
また、肩部の形成において、肩部の直径が小さいうちは、ネック部形成時と同様にルツボ回転を高速にしてシリコン融液の温度を安定化させるため、固液界面下の大きな温度変動を抑え、有転位の発生を防ぐことができる。
さらに直胴部の形成開始時、水平磁場の印加によりシリコン融液の対流を抑制して温度勾配を大きくし、ルツボ回転を低速化する。これにより、直胴部の形成工程において、組成的過冷却に起因する有転位の発生を抑制することができる。
According to the single crystal pulling apparatus configured in this way, the solid-liquid interface can be made downwardly convex by rotating the crucible at high speed during the formation of the neck. As a result, dislocations generated in the neck due to thermal shock are formed on the outer periphery of the neck, and the dislocations can be eliminated during the neck formation process. In addition, since no horizontal magnetic field is applied, convection under the solid-liquid interface is promoted, and the temperature of the silicon melt can be stabilized by rotating the crucible at high speed, preventing the occurrence of dislocations due to large temperature fluctuations.
In addition, when forming the shoulder portion, while the diameter of the shoulder portion is small, the crucible rotation is accelerated to stabilize the temperature of the silicon melt, as in the case of forming the neck portion, thereby suppressing large temperature fluctuations below the solid-liquid interface and preventing the occurrence of dislocations.
Furthermore, when starting to form the body portion, a horizontal magnetic field is applied to suppress convection in the silicon melt, increasing the temperature gradient and slowing down the crucible rotation speed, thereby making it possible to suppress the occurrence of dislocations due to constitutional supercooling during the process of forming the body portion.
また、前記課題を解決するためになされた、本発明に係る単結晶引上方法は、ルツボを包囲するヒータからの加熱によりルツボ内にシリコン融液を形成し、前記シリコン融液に対しドーパントを添加するとともに水平磁場を印加し、チョクラルスキー法により前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上方法であって、単結晶のネック部の形成において、水平磁場を印加せず、前記ルツボの回転数を第一の回転数で回転させる工程と、単結晶の肩部の形成において、単結晶の肩部の直径が直胴部の3/4以上1未満の間に水平磁場を印加開始する工程と、単結晶の直胴部の形成において、該直胴部の形成開始までに0.1テスラ以上の水平磁場を印加し、前記ルツボの回転数を前記第一の回転数よりも小さい第二の回転数とする工程と、を備えることに特徴を有する。 The method for pulling a single crystal according to the present invention, which has been made to solve the above problems, is a method for pulling a single crystal by forming a silicon melt in a crucible by heating from a heater surrounding the crucible, adding a dopant to the silicon melt and applying a horizontal magnetic field, and pulling a silicon single crystal from the silicon melt by the Czochralski method, and is characterized in that it includes the steps of: rotating the crucible at a first rotation speed without applying a horizontal magnetic field in forming a neck portion of the single crystal; starting to apply a horizontal magnetic field when the diameter of the shoulder portion of the single crystal is 3/4 or more and less than 1/1 of the diameter of the straight body portion in forming the straight body portion of the single crystal; and applying a horizontal magnetic field of 0.1 Tesla or more before the start of formation of the straight body portion and setting the rotation speed of the crucible to a second rotation speed smaller than the first rotation speed in forming the straight body portion of the single crystal.
なお、単結晶のネック部の形成において前記ルツボの回転数を第一の回転数で回転させる工程から、単結晶の直胴部の形成開始時に前記ルツボの回転数を前記第一の回転数よりも小さい第二の回転数とする工程までの間に、前記第一の回転数から第二の回転数まで前記ルツボの回転数を徐々に小さくする制御を行うことが望ましい。
また、単結晶の直胴部の形成において、ルツボの回転数を第二の回転数で一定に制御することが望ましい。
また、前記第一の回転数は、10rpm以上20rpm以下であり、前記第二の回転数は、1rpm以下であることが望ましい。
また、前記直胴部の形成において0.2テスラ以上0.3テスラ以下の水平磁場を印加するよう制御することが望ましい。
また、前記シリコン融液に対しドーパントを添加することにより0.5mΩcm以上1.1mΩcm以下のシリコン単結晶を引き上げることが望ましい。
また、前記ドーパントは赤燐であることが望ましい。
In addition, it is desirable to control the rotation speed of the crucible to gradually decrease from the first rotation speed to the second rotation speed during the process from rotating the crucible at a first rotation speed in forming the neck portion of the single crystal to the process of changing the rotation speed of the crucible to a second rotation speed smaller than the first rotation speed at the start of forming the straight body portion of the single crystal.
In addition, in forming the body portion of the single crystal, it is desirable to control the rotation speed of the crucible to a constant value at the second rotation speed.
It is also desirable that the first rotation speed is equal to or greater than 10 rpm and equal to or less than 20 rpm, and the second rotation speed is equal to or less than 1 rpm.
In addition, it is preferable to control the application of a horizontal magnetic field of 0.2 Tesla or more and 0.3 Tesla or less during the formation of the straight body portion.
It is also preferable to add a dopant to the silicon melt to pull up a silicon single crystal having a resistivity of 0.5 mΩcm or more and 1.1 mΩcm or less.
The dopant is preferably red phosphorus.
このように構成された単結晶引上方法によれば、ネック部の形成において、ルツボ回転を高速とすることにより、固液界面形状を下凸形状とすることができる。その結果、熱ショックによりネック部に発生した転位はネック部外周側に形成され、ネック部形成工程内において、転位を消滅させることができる。
また、水平磁場は印加しないため、固液界面下の対流を促進し、ルツボ回転を高速とすることにより、シリコン融液の温度を安定化し、大きな温度変動に起因する転位の発生を防止することができる。
また、肩部の形成において、肩部の直径が小さいうちは、ネック部形成時と同様にルツボ回転を高速にしてシリコン融液の温度を安定化させるため、固液界面下の大きな温度変動を抑え、有転位の発生を防ぐことができる。
さらに直胴部の形成開始時、水平磁場の印加によりシリコン融液の対流を抑制して温度勾配を大きくし、ルツボ回転を低速化する。これにより、直胴部の形成工程において、組成的過冷却に起因する有転位の発生を抑制することができる。
According to the single crystal pulling method configured as above, in forming the neck portion, the solid-liquid interface can be made to have a downward convex shape by rotating the crucible at a high speed. As a result, dislocations generated in the neck portion by thermal shock are formed on the outer periphery of the neck portion, and the dislocations can be eliminated in the neck portion forming process.
In addition, since no horizontal magnetic field is applied, convection below the solid-liquid interface is promoted, and by rotating the crucible at high speed, the temperature of the silicon melt can be stabilized and the occurrence of dislocations due to large temperature fluctuations can be prevented.
In addition, when forming the shoulder portion, while the diameter of the shoulder portion is small, the crucible rotation is accelerated to stabilize the temperature of the silicon melt, as in the case of forming the neck portion, thereby suppressing large temperature fluctuations below the solid-liquid interface and preventing the occurrence of dislocations.
Furthermore, when starting to form the body portion, a horizontal magnetic field is applied to suppress convection in the silicon melt, increasing the temperature gradient and slowing down the crucible rotation speed, thereby making it possible to suppress the occurrence of dislocations due to constitutional supercooling during the process of forming the body portion.
低抵抗のシリコン単結晶を製造するために、高濃度のドーパントを添加し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において、肩部形成以降の有転位化を抑制することのできる単結晶引上装置及び単結晶引上方法を得ることができる。 In order to produce low-resistance silicon single crystals, a high concentration of dopant is added and a single crystal pulling apparatus that pulls up silicon single crystals using the Czochralski method can provide a single crystal pulling apparatus and single crystal pulling method that can suppress dislocations after shoulder formation.
以下、本発明に係る単結晶引上装置及び単結晶引上方法の実施の形態について図面を用いながら説明する。ただし、本発明の一例として本実施形態を説明するものであり、本発明はこれに限定されるものではない。 The following describes an embodiment of the single crystal pulling apparatus and single crystal pulling method according to the present invention with reference to the drawings. However, this embodiment is described as an example of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
図1は、本発明に係る単結晶引上装置の一例を示す断面図である。この単結晶引上装置1は、円筒形状のメインチャンバ10aの上にプルチャンバ10bを重ねて形成された炉体10を備え、この炉体10内に鉛直軸回りに回転可能、且つ昇降可能に設けられたカーボンルツボ(或いは黒鉛ルツボ)2と、カーボンルツボ2によって保持された石英ガラスルツボ3(以下、単にルツボ3と称する)とを具備している。このルツボ3は、カーボンルツボ2の回転とともに鉛直軸回りに回転可能となされている。
Figure 1 is a cross-sectional view showing an example of a single crystal pulling apparatus according to the present invention. This single
また、カーボンルツボ2の下方には、このカーボンルツボ2を鉛直軸回りに回転させる回転モータなどの回転駆動部14と、カーボンルツボ2を昇降移動させる昇降駆動部15とが設けられている。
尚、回転駆動部14には回転駆動制御部14aが接続され、昇降駆動部15には昇降駆動制御部15aが接続されている。
Further, below the
The
また単結晶引上装置1は、ルツボ3に装填された半導体原料(原料ポリシリコン)を加熱溶融してシリコン融液Mとするための抵抗加熱式または高周波誘導加熱方式によるサイドヒータ4、及びボトムヒータ5を備えている。図示するようにサイドヒータ4は、ルツボ3の側方からルツボ3を包囲するように配置され、ボトムヒータ5は、ルツボ3の下方に配置されている。サイドヒータ4は、サイドヒータ制御部4aによって加熱のための出力制御がなされ、ボトムヒータ5は、ボトムヒータ制御部5aによって加熱のための出力制御がなされる。
The single
また、この単結晶引上装置1においては、炉体2の外側に磁場印加用電磁コイル8が設置される。この磁場印加用電磁コイル8に所定の電流が印加されると、ルツボ3内のシリコン溶融液Mに対し所定強度の水平磁場が印加されるようになっている。磁場印加用電磁コイル8には、その動作制御を行う電磁コイル制御部8a(磁場印加制御部)が接続されている。
In addition, in this single
即ち、本実施形態においては、溶融液M内に水平磁場を印加して単結晶を育成するMCZ法(Magnetic field applied CZ法)が実施され、それによりシリコン溶融液Mの対流を制御し、単結晶化の安定を図るようになされる。 That is, in this embodiment, the MCZ method (magnetic field applied CZ method) is carried out, in which a horizontal magnetic field is applied to the molten liquid M to grow a single crystal, thereby controlling the convection of the silicon molten liquid M and stabilizing the single crystallization.
また、単結晶引上装置1は、ワイヤ6を巻き上げ、育成される単結晶Cを引き上げる引き上げ機構9を備えている。引き上げ機構9が有するワイヤ6の先端には、種結晶Pが取り付けられている。引き上げ機構9には、その回転駆動の制御を行う回転駆動制御部9aが接続されている。
The single
また、ルツボ3内に形成されるシリコン融液Mの上方には、単結晶Cの周囲を包囲する輻射シールド7が配置されている。この輻射シールド7は、上部と下部が開口形成され、育成中の単結晶Cに対するサイドヒータ4やシリコン融液M等からの余計な輻射熱を遮蔽すると共に、炉内のガス流を整流するものである。
A radiation shield 7 is placed above the silicon melt M formed in the crucible 3 to surround the single crystal C. This radiation shield 7 has openings at the top and bottom, and serves to block excess radiant heat from the
また、単結晶引上装置1は、育成中の単結晶の直径を測定するためのCCDカメラ等の光学式の直径測定センサ(直径測定装置)16を備える。メインチャンバ10aの上面部には、観測用の小窓10a1が設けられており、この小窓10a1の外側から固液界面における結晶端(破線矢印で示す位置)の位置変化を検出するようになされている。
The single
また、この単結晶引上装置1は、記憶装置11aと演算制御装置11bとを有するコントローラ11を備え、サイドヒータ制御部4a、ボトムヒータ制御部5a、電磁コイル制御部8a、回転駆動制御部14a、昇降駆動制御部15a、回転駆動制御部9a、直径測定センサ16は、それぞれ演算制御装置11bに接続されている。
The single
このように構成された単結晶引上装置1において、例えば、直径200mmの単結晶Cを育成する場合、次のように引き上げが行われる。
即ち、最初にルツボ3に原料ポリシリコン(例えば150kg)を装填し、コントローラ11の記憶装置11aに記憶されたプログラムに基づき結晶育成工程が開始される。
In the single
That is, first, raw polysilicon (for example, 150 kg) is loaded into the crucible 3, and a crystal growing process is started based on the program stored in the
先ず、炉体10内が所定の雰囲気(主にアルゴンガスなどの不活性ガス)となされる。例えば、炉内圧65torr、アルゴンガス流量90リットル/分の炉内雰囲気が形成される。
そして、ルツボ3が高速の回転速度(第一の回転数として10rpm以上20rpm以下)、例えば15rpmで所定方向に回転動作された状態で(図2のステップS1)、ルツボ3内に装填された原料ポリシリコンが、サイドヒータ4とボトムヒータ5とによる加熱によって溶融され、シリコン融液Mとされる(図2のステップS2)。また、0.5mΩcm以上1.1mΩcm以下の低抵抗のシリコン単結晶を育成するために、シリコン融液Mにドーパントとして赤燐が1000g添加される。
なお、第一の回転数として10rpm以上20rpm以下とするのは、以下の理由による。即ち、ルツボ3の第一の回転数が10rpmより小さいと、シリコン融液Mの温度変動が大きくなる虞があり、第一の回転数が10rpmより大きいと、シリコン融液Mの液面振動が発生する虞があるためである。
First, a predetermined atmosphere (mainly an inert gas such as argon gas) is created inside the
Then, while the crucible 3 is rotated in a predetermined direction at a high rotation speed (a first rotation speed of 10 rpm to 20 rpm), for example, 15 rpm (step S1 in FIG. 2), the raw material polysilicon loaded in the crucible 3 is melted by heating with the
The first rotation speed is set to 10 rpm or more and 20 rpm or less for the following reason: if the first rotation speed of the crucible 3 is smaller than 10 rpm, there is a risk that the temperature fluctuation of the silicon melt M will be large, and if the first rotation speed is larger than 10 rpm, there is a risk that the liquid surface vibration of the silicon melt M will occur.
シリコン融液Mが形成されると、サイドヒータ4及びボトムヒータ5への初期供給電力や、引き上げ速度などをパラメータとして引き上げ条件が調整され、種結晶Pが軸回りに所定の回転速度で回転開始される。回転方向はルツボ3の回転方向とは逆方向になされる。
Once the silicon melt M is formed, the pulling conditions are adjusted using parameters such as the initial power supply to the
続いて、ワイヤ6が降ろされて種結晶Pがシリコン融液Mに接触され(図2のステップS3)、種結晶Pの先端部を溶解した後、ネッキングが行われ、ネック部P1が形成される(図2のステップS4)。
ここで、水平磁場は未だ印加されていないため、シリコン融液Mの対流が抑制されていない状態である。そのため、ネック部形成工程において、固液界面下の対流が促進され、固液界面直下の拡散境界層のドーパント濃度を必要以上に上げることなく、ルツボ回転数が15rpmと高速であるため、固液界面形状を安定して下凸形状とすることができる。これにより、熱ショックによりネック部において発生した転位はネック部外周側に形成され、ネック部形成工程内において、転位を消滅させることができる。
また、水平磁場が未印加のためシリコン融液Mの対流が抑制されず、ルツボ回転数が15rpmと高速であるため、シリコン融液Mが撹拌され、シリコン融液Mの温度が安定した状態となされている。そのため大きな熱変動が発生することがなく、熱変動に起因する有転位発生を防止することができる。
Next, the
Here, since the horizontal magnetic field has not yet been applied, the convection of the silicon melt M is not suppressed. Therefore, in the neck forming process, the convection below the solid-liquid interface is promoted, and the crucible rotation speed is high at 15 rpm, and the solid-liquid interface shape can be stably formed into a downward convex shape without increasing the dopant concentration in the diffusion boundary layer immediately below the solid-liquid interface more than necessary. As a result, dislocations generated in the neck due to thermal shock are formed on the outer periphery of the neck, and the dislocations can be eliminated in the neck forming process.
In addition, since no horizontal magnetic field is applied, convection of the silicon melt M is not suppressed, and since the crucible rotation speed is high at 15 rpm, the silicon melt M is stirred and the temperature of the silicon melt M is kept stable. Therefore, no large thermal fluctuation occurs, and it is possible to prevent the occurrence of dislocations due to thermal fluctuation.
次いで、結晶径が徐々に拡径される肩部C1が形成開始される(図2のステップS5)。また、肩部C1が形成開始されると、図4のグラフ(縦軸はルツボ回転数(rpm)、横軸は結晶径(mm))に示すように結晶径が大きくなるにつれ、ルツボ回転数を15rpmから低下開始する(図2のステップS6)。
ここで、ルツボ回転数は、肩部C1において直径が小さいうちは、ネック部と同様に高速回転としてシリコン融液Mの温度を安定化させるのが好ましく、それにより大きな温度変動を抑え、有転位の発生を防ぐことができる。
Next, the shoulder C1 starts to form as the crystal diameter gradually expands (step S5 in FIG. 2). When the shoulder C1 starts to form, the crucible rotation speed starts to decrease from 15 rpm as the crystal diameter increases, as shown in the graph in FIG. 4 (the vertical axis is the crucible rotation speed (rpm), and the horizontal axis is the crystal diameter (mm)) (step S6 in FIG. 2).
Here, while the diameter of the shoulder portion C1 is small, it is preferable to rotate the crucible at a high speed, similar to that of the neck portion, to stabilize the temperature of the silicon melt M, thereby suppressing large temperature fluctuations and preventing the occurrence of dislocations.
肩部C1の直径が直胴部C2の3/4、この例では150mmに達すると(図2のステップS7)、図3のグラフ(縦軸は磁界強度(テスラ)、横軸は結晶径(mm))に示すように、磁場印加用電磁コイル8に所定の電流が流され、対流抑制のために溶融液M内に水平磁場が印加開始される(図2のステップS8)。
また、図3のグラフに示すように、肩部C1の直径が直胴部C2の直径である200mmに達するまでに、水平磁場の磁界が0.1テスラ(1000Gauss)以上(好ましくは0.2テスラ(2000Gauss)以上0.3テスラ(3000Gauss)以下)、この例では0.2テスラ(2000Gauss)に設定される(図2のステップS9)。
また、図4に示すように肩部C1の直径が直胴部C2の直径である200mmに達するまでに、ルツボ回転数が1rpm以下(第二の回転数)まで小さくされる(図2のステップS10)。
When the diameter of the shoulder portion C1 reaches 3/4 of the diameter of the body portion C2, which is 150 mm in this example (step S7 in FIG. 2), as shown in the graph in FIG. 3 (the vertical axis is the magnetic field strength (tesla), and the horizontal axis is the crystal diameter (mm)), a predetermined current is passed through the magnetic field application
Also, as shown in the graph of FIG. 3, by the time the diameter of the shoulder portion C1 reaches 200 mm, which is the diameter of the straight body portion C2, the magnetic field of the horizontal magnetic field is set to 0.1 Tesla (1000 Gauss) or more (preferably 0.2 Tesla (2000 Gauss) or more and 0.3 Tesla (3000 Gauss) or less), in this example, 0.2 Tesla (2000 Gauss) (step S9 in FIG. 2).
Furthermore, as shown in FIG. 4, before the diameter of the shoulder portion C1 reaches 200 mm, which is the diameter of the body portion C2, the crucible rotation speed is reduced to 1 rpm or less (second rotation speed) (step S10 in FIG. 2).
このようにして、肩部C1の直径が直胴部C2の直径に達すると、コントローラ11は、昇降駆動制御部15aにより昇降駆動部15を駆動制御し、引上げ速度を例えば0.55mm/minに一定とし、製品部分となる直胴部C2を形成する工程に移行する(図2のステップS11)。
この直胴部C2の形成においては、水平磁場が0.2テスラ(2000Gauss)の磁場で印加され、ルツボ回転数が1rpm(第一の回転数より小さな第二の回転数)と低速化される。
即ち、水平磁場の印加によりシリコン融液の対流を抑制し、温度勾配GLを大きくするができる。また、ルツボ回転数が小さいため、シリコン融液の撹拌を抑制し、温度勾配GLの低下を抑制することができる。その結果、直胴部C2の形成工程において、組成的過冷却に起因する有転位の発生が抑制される。なお、この直胴部C2の引上げにおいて、水平磁場の印加状態で、ルツボ3の第二の回転数を1rpm以下とするのは、1rpm以下であればシリコン融液Mの温度が安定し、1rpmを越えるとシリコン融液Mの温度が不安定となる虞があるためである。
In this way, when the diameter of the shoulder portion C1 reaches the diameter of the straight body portion C2, the
In forming this straight body portion C2, a horizontal magnetic field of 0.2 Tesla (2000 Gauss) is applied, and the crucible rotation speed is slowed down to 1 rpm (a second rotation speed lower than the first rotation speed).
That is, the application of the horizontal magnetic field suppresses the convection of the silicon melt and increases the temperature gradient GL. In addition, since the crucible rotation speed is small, the stirring of the silicon melt can be suppressed and the decrease in the temperature gradient GL can be suppressed. As a result, the occurrence of dislocations due to compositional supercooling is suppressed in the process of forming the straight body portion C2. In addition, in the pulling of the straight body portion C2, the second rotation speed of the crucible 3 is set to 1 rpm or less while the horizontal magnetic field is applied because the temperature of the silicon melt M is stable at 1 rpm or less and the temperature of the silicon melt M may become unstable at more than 1 rpm.
所定の長さまで直胴部C2が形成されると、最終のテール部工程に移行する(図2のステップS12)。このテール部工程においては、結晶下端とシリコン融液Mとの接触面積が徐々に小さくなり、単結晶Cとシリコン融液Mとが切り離され、シリコン単結晶が製造される。 Once the body C2 has been formed to a predetermined length, the process moves to the final tail process (step S12 in FIG. 2). In this tail process, the contact area between the bottom end of the crystal and the silicon melt M gradually decreases, and the single crystal C is separated from the silicon melt M, producing a silicon single crystal.
以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、ネック部の形成において、ルツボ回転を高速とすることにより、固液界面形状を下凸形状とすることができる。その結果、熱ショックによりネック部に発生した転位はネック部外周側に形成され、ネック部形成工程内において、転位を消滅させることができる。また、水平磁場は印加しないため、固液界面下の対流を促進し、ルツボ回転を高速とすることにより、シリコン融液の温度を安定化し、大きな温度変動に起因する転位の発生を防止することができる。
また、肩部C1の形成において、ルツボ回転数を徐々に低下させるが、肩部C1の直径が小さいうちは、ネック部形成時と同様にルツボ回転を高速にしてシリコン融液Mの温度を安定化させる。これにより固液界面下の大きな温度変動を抑え、有転位の発生を防ぐことができる。
さらに直胴部C2の形成開始時、水平磁場の印加によりシリコン融液の対流を抑制して温度勾配GLを大きくし、ルツボ回転を低速化する。これにより、直胴部C2の形成工程において、組成的過冷却に起因する有転位の発生を抑制することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, in forming the neck portion, the solid-liquid interface shape can be made downwardly convex by rotating the crucible at high speed. As a result, dislocations generated in the neck portion due to thermal shock are formed on the outer periphery of the neck portion, and the dislocations can be eliminated in the neck portion forming process. In addition, since no horizontal magnetic field is applied, convection under the solid-liquid interface is promoted, and by rotating the crucible at high speed, the temperature of the silicon melt can be stabilized, and the occurrence of dislocations due to large temperature fluctuations can be prevented.
In addition, in forming the shoulder portion C1, the crucible rotation speed is gradually decreased, but while the diameter of the shoulder portion C1 is small, the crucible rotation is increased to a high speed in the same manner as in forming the neck portion to stabilize the temperature of the silicon melt M. This makes it possible to suppress large temperature fluctuations below the solid-liquid interface and prevent the occurrence of dislocations.
Furthermore, when the formation of the body portion C2 starts, a horizontal magnetic field is applied to suppress convection of the silicon melt, increasing the temperature gradient GL and slowing down the crucible rotation speed, thereby making it possible to suppress the occurrence of dislocations due to constitutional supercooling in the process of forming the body portion C2.
本発明に係る単結晶引上装置及び単結晶引上方法について、実施例に基づきさらに説明する。 The single crystal pulling apparatus and single crystal pulling method according to the present invention will be further explained based on examples.
(実験1)
実験1では、図1に示した単結晶引上装置を用いて、低抵抗率のシリコン単結晶を引き上げる際、ネック部形成は無磁場状態で行い、その後に水平磁場を印加するタイミングについて条件を変えて検証した。
(Experiment 1)
In
(実施例1)
実施例1では、赤燐をドープした抵抗率1.3mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。図3、図4に示すように、ネック部形成時から無磁場で開始し、磁場印加開始のタイミングは肩部直径150mm(直胴部直径の3/4)の時点とし、ルツボの回転数の低下タイミングは肩部直径50mmからとし、回転数15rpmから直胴部到達時に1rpmとなるように制御した。その後、直胴部では0.3テスラ(3000Gauss)の水平磁場を印加し、引き上げたシリコン単結晶における転位の有無を検査した。引上げ試行数は3回とした。
(実施例2)
実施例2では、赤燐をドープした抵抗率1.2mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は実施例1と同じである。
(実施例3)
実施例3では、赤燐をドープした抵抗率1.1mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は実施例1と同じである。
Example 1
In Example 1, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a diameter of 200 mm and a resistivity of 1.3 mΩcm was grown. As shown in Figures 3 and 4, the process started with no magnetic field from the time of neck formation, and the timing of magnetic field application was set to the time when the shoulder diameter was 150 mm (3/4 of the straight body diameter), and the timing of the reduction in the rotation speed of the crucible was set to the time when the shoulder diameter was 50 mm, and the rotation speed was controlled to be 1 rpm from 15 rpm when the straight body was reached. After that, a horizontal magnetic field of 0.3 Tesla (3000 Gauss) was applied to the straight body, and the presence or absence of dislocations in the pulled silicon single crystal was inspected. The number of pulling trials was three.
Example 2
In Example 2, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.2 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those in Example 1.
Example 3
In Example 3, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.1 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those in Example 1.
(実施例4)
実施例4では、赤燐をドープした抵抗率1.0mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は実施例1と同じである。
(実施例5)
実施例5では、赤燐をドープした抵抗率0.9mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は実施例1と同じである。
Example 4
In Example 4, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.0 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those in Example 1.
Example 5
In Example 5, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 0.9 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those in Example 1.
(比較例1)
比較例1では、赤燐をドープした抵抗率1.3mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。ネック部形成時から無磁場で開始し、磁場印加開始のタイミングは肩部直径50mmの時点とし、回転数15rpmから直胴部到達時に1rpmとなるように制御した。その後、直胴部では0.3テスラ(3000Gauss)の水平磁場を印加し、引き上げたシリコン単結晶における転位の有無を検査した。引上げ試行数は3回とした。
(比較例2)
比較例2では、赤燐をドープした抵抗率1.2mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例1と同じである。
(比較例3)
比較例3では、赤燐をドープした抵抗率1.1mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例1と同じである。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a diameter of 200 mm and a resistivity of 1.3 mΩcm was grown. The neck was formed without a magnetic field, and the timing for starting the magnetic field application was set to the point where the shoulder diameter was 50 mm, and the rotation speed was controlled to be 1 rpm from 15 rpm when the straight body was reached. After that, a horizontal magnetic field of 0.3 Tesla (3000 Gauss) was applied to the straight body, and the presence or absence of dislocations in the pulled silicon single crystal was inspected. The number of pulling trials was three.
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.2 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 1.
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.1 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 1.
(比較例4)
比較例4では、赤燐をドープした抵抗率1.0mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例1と同じである。
(比較例5)
比較例5では、赤燐をドープした抵抗率0.9mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例1と同じである。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.0 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 1.
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 0.9 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 1.
(比較例6)
比較例6では、赤燐をドープした抵抗率1.3mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。ネック部形成時から無磁場で開始し、磁場印加開始のタイミングは肩部直径100mmの時点とし、回転数15rpmから直胴部到達時に1rpmとなるように制御した。その後、直胴部では0.3テスラ(3000Gauss)の水平磁場を印加し、引き上げたシリコン単結晶における転位の有無を検査した。引上げ試行数は3回とした。
(比較例7)
比較例7では、赤燐をドープした抵抗率1.2mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例6と同じである。
(比較例8)
比較例8では、赤燐をドープした抵抗率1.1mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例6と同じである。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a diameter of 200 mm and a resistivity of 1.3 mΩcm was grown. The neck was formed without a magnetic field, and the timing for starting the magnetic field application was set to the point where the shoulder diameter was 100 mm, and the rotation speed was controlled to be 1 rpm from 15 rpm when the straight body was reached. After that, a horizontal magnetic field of 0.3 Tesla (3000 Gauss) was applied to the straight body, and the presence or absence of dislocations in the pulled silicon single crystal was inspected. The number of pulling trials was three.
(Comparative Example 7)
In Comparative Example 7, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.2 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 6.
(Comparative Example 8)
In Comparative Example 8, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.1 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 6.
(比較例9)
比較例9では、赤燐をドープした抵抗率1.0mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例6と同じである。
(比較例10)
比較例10では、赤燐をドープした抵抗率0.9mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例6と同じである。
(Comparative Example 9)
In Comparative Example 9, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.0 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 6.
(Comparative Example 10)
In Comparative Example 10, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 0.9 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 6.
(比較例11)
比較例11では、赤燐をドープした抵抗率1.3mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。ネック部形成時から無磁場で開始し、磁場印加開始のタイミングは直胴部長0mmの時点とし、回転数15rpmから直胴部到達時に1rpmとなるように制御した。その後、直胴部では0.3テスラ(3000Gauss)の水平磁場を印加し、引き上げたシリコン単結晶における転位の有無を検査した。引上げ試行数は3回とした。
(比較例12)
比較例12では、赤燐をドープした抵抗率1.2mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例11と同じである。
(比較例13)
比較例13では、赤燐をドープした抵抗率1.1mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例11と同じである。
(Comparative Example 11)
In Comparative Example 11, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a diameter of 200 mm and a resistivity of 1.3 mΩcm was grown. The neck was formed without a magnetic field, and the timing of magnetic field application was set to the point where the length of the straight body was 0 mm, and the rotation speed was controlled to be 1 rpm from 15 rpm when the straight body was reached. After that, a horizontal magnetic field of 0.3 Tesla (3000 Gauss) was applied to the straight body, and the presence or absence of dislocations in the pulled silicon single crystal was inspected. The number of pulling trials was three.
(Comparative Example 12)
In Comparative Example 12, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.2 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 11.
(Comparative Example 13)
In Comparative Example 13, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.1 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 11.
(比較例14)
比較例14では、赤燐をドープした抵抗率1.0mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例11と同じである。
(比較例15)
比較例15では、赤燐をドープした抵抗率0.9mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例11と同じである。
(Comparative Example 14)
In Comparative Example 14, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.0 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 11.
(Comparative Example 15)
In Comparative Example 15, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 0.9 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 11.
(比較例16)
比較例16では、赤燐をドープした抵抗率1.3mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。ネック部形成時から無磁場で開始し、磁場印加開始のタイミングは直胴部長0mmの時点とし、回転数15rpmから直胴部到達時に1rpmとなるように制御した。その後、直胴部では0.3テスラ(3000Gauss)の水平磁場を印加し、引き上げたシリコン単結晶における転位の有無を検査した。引上げ試行数は3回とした。
(比較例17)
比較例17では、赤燐をドープした抵抗率1.2mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例16と同じである。
(比較例18)
比較例18では、赤燐をドープした抵抗率1.1mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例16と同じである。
(Comparative Example 16)
In Comparative Example 16, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a diameter of 200 mm and a resistivity of 1.3 mΩcm was grown. The neck was formed without a magnetic field, and the timing of magnetic field application was set to the point where the length of the straight body was 0 mm, and the rotation speed was controlled to be 1 rpm from 15 rpm when the straight body was reached. After that, a horizontal magnetic field of 0.3 Tesla (3000 Gauss) was applied to the straight body, and the presence or absence of dislocations in the pulled silicon single crystal was inspected. The number of pulling trials was three.
(Comparative Example 17)
In Comparative Example 17, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.2 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 16.
(Comparative Example 18)
In Comparative Example 18, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.1 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 16.
(比較例19)
比較例19では、赤燐をドープした抵抗率1.0mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例16と同じである。
(比較例20)
比較例20では、赤燐をドープした抵抗率0.9mΩcmの直径200mmのシリコン単結晶を育成した。その他の条件は比較例16と同じである。
(Comparative Example 19)
In Comparative Example 19, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 1.0 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 16.
(Comparative Example 20)
In Comparative Example 20, a silicon single crystal doped with red phosphorus and having a resistivity of 0.9 mΩcm and a diameter of 200 mm was grown. The other conditions were the same as those of Comparative Example 16.
実施例1~5、比較例6~20の結果を表1に示す。なお、表1の評価欄において、3回の引上げ試行中3本全てが無転位は○、3本中1,2本が有転位のものが△、3本中3本が有転位は×とした。 The results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 6 to 20 are shown in Table 1. In the evaluation column of Table 1, if all three of the three pulling trials were dislocation-free, they were marked with an O; if one or two of the three had dislocations, they were marked with a △; and if three of the three had dislocations, they were marked with an X.
表1に示すように、本発明による条件となる、磁場印加を直径の3/4にあたる肩部直径150mmから開始した引上げ(実施例1~5)では、抵抗率によらず、いずれも無転位で結晶育成することができた。なお、表1には記載しないが、磁場印加を直径の3/4にあたる肩部直径150mmから開始した引上げであっても、直胴部の形成開始時に磁界強度が0.03テスラ(300Gauss)、0.05テスラ(500Gauss)、0.09テスラ(900Gauss)、0.095テスラ(950Gauss)、といった0.1テスラ(1000Gauss)未満にした場合、3本中1乃至3本で有転位化が発生した。具体的には磁界強度0.03テスラ(300Gauss)、及び0.05テスラ(500Gauss)では3本中3本で有転位化した。また、磁界強度0.09テスラ(900Gauss)、及び0.095テスラ(950Gauss)では、3本中1本のみで有転位化が発生した。一方、直胴部の形成開始時に磁界強度を0.1テスラ(1000Gauss)とした場合には、3本中3本とも無転位で結晶育成することができ、直胴部の形成開始時に0.1テスラ(1000Gauss)以上の水平磁場を印加することが望ましいことを確認した。
また、表1に記載しないが、実施例5の場合よりも低い抵抗率0.5mΩcmの直胴部を引き上げた場合(その他の条件は実施例1と同じ)、3本中3本で無転位であった。このため、本発明の単結晶引上装置によれば、0.5mΩcm以上1.1mΩcm以下といった低抵抗のシリコン単結晶を無転位で引き上げることができることを確認した。
As shown in Table 1, in the pulling (Examples 1 to 5) in which the magnetic field application was started from a shoulder diameter of 150 mm, which corresponds to 3/4 of the diameter, which is the condition according to the present invention, crystals could be grown without dislocations regardless of the resistivity. Although not shown in Table 1, even in the pulling in which the magnetic field application was started from a shoulder diameter of 150 mm, which corresponds to 3/4 of the diameter, when the magnetic field strength at the start of the formation of the straight body portion was set to less than 0.1 Tesla (1000 Gauss), such as 0.03 Tesla (300 Gauss), 0.05 Tesla (500 Gauss), 0.09 Tesla (900 Gauss), and 0.095 Tesla (950 Gauss), dislocations occurred in one or three out of three crystals. Specifically, dislocations occurred in three out of three crystals at magnetic field strengths of 0.03 Tesla (300 Gauss) and 0.05 Tesla (500 Gauss). Furthermore, at magnetic field strengths of 0.09 Tesla (900 Gauss) and 0.095 Tesla (950 Gauss), dislocations occurred in only one of the three crystals. On the other hand, when the magnetic field strength was set to 0.1 Tesla (1000 Gauss) at the start of the formation of the straight body portion, crystals could be grown without dislocations in all three of the three crystals, confirming that it is desirable to apply a horizontal magnetic field of 0.1 Tesla (1000 Gauss) or more at the start of the formation of the straight body portion.
Furthermore, although not shown in Table 1, when pulling up a straight body portion having a resistivity of 0.5 mΩcm, which is lower than that of Example 5 (other conditions were the same as in Example 1), three out of three were dislocation-free. This confirms that the single crystal pulling apparatus of the present invention can pull up a silicon single crystal having a low resistivity of 0.5 mΩcm or more and 1.1 mΩcm or less without dislocations.
それに対し磁場印加を肩部直径100mm以下で行った条件(比較例1~10)では、抵抗率の水準によらず結晶は有転位化した。一方、磁場印加を直胴部の到達後に行った引上げ(比較例11~20)では、抵抗率の低い条件で有転位化した。
また、ルツボ回転数低下のタイミングを直胴部到達時や到達後にした場合には、有転位化しやすいことも確認した。
また、本発明のドーパントとしては赤燐が望ましいものの、砒素やアンチモンにも適用可能である。
In contrast, when the magnetic field was applied with a shoulder diameter of 100 mm or less (Comparative Examples 1 to 10), dislocations occurred in the crystal regardless of the level of resistivity. On the other hand, when the magnetic field was applied after the crystal reached the straight body (Comparative Examples 11 to 20), dislocations occurred under conditions of low resistivity.
It was also confirmed that dislocations were more likely to occur if the timing of reducing the crucible rotation speed was when the crucible reached the straight body or after it had reached the body.
Additionally, although red phosphorus is preferred as the dopant in the present invention, arsenic and antimony are also applicable.
1 単結晶引上装置
3 石英ガラスルツボ
4 サイドヒータ
5 ボトムヒータ
6 ワイヤ
7 輻射シールド
8a 電磁コイル制御部(磁場印加制御部)
14 回転駆動部
14a 回転駆動制御部
C シリコン単結晶
M シリコン融液
C1 肩部
C2 直胴部
CN ネック部
REFERENCE SIGNS
14
Claims (12)
前記ルツボを回転駆動部により鉛直軸周りに回転させる回転駆動制御部と、
前記シリコン融液に対し印加する水平磁場を制御する磁場印加制御部と、
を備え、
前記回転駆動制御部は、単結晶のネック部の形成時に前記ルツボの回転数を第一の回転数で回転させ、単結晶の直胴部の形成開始時に、前記ルツボの回転数を前記第一の回転数よりも小さい第二の回転数とする制御をし、
前記磁場印加制御部は、前記単結晶のネック部の形成時に磁場を印加せず、単結晶の肩部の直径が直胴部の3/4以上1未満のときに水平磁場を印加開始し、前記直胴部の形成開始時に0.1テスラ以上の水平磁場を印加するよう制御する
ことを特徴とする単結晶引上装置。 A single crystal pulling apparatus for forming a silicon melt in a crucible by heating the crucible from a heater surrounding the crucible, adding a dopant to the silicon melt and applying a horizontal magnetic field to the silicon melt, and pulling a silicon single crystal from the silicon melt by a Czochralski method,
a rotation drive control unit that rotates the crucible around a vertical axis by a rotation drive unit;
a magnetic field application control unit for controlling a horizontal magnetic field applied to the silicon melt;
Equipped with
the rotation drive control unit controls the rotation speed of the crucible to be rotated at a first rotation speed when a neck portion of the single crystal is formed, and to be rotated at a second rotation speed lower than the first rotation speed when formation of a body portion of the single crystal is started;
the magnetic field application control unit applies no magnetic field when the neck of the single crystal is formed, starts applying a horizontal magnetic field when the diameter of the shoulder of the single crystal is 3/4 or more and less than 1/1 of the diameter of the straight body, and controls so as to apply a horizontal magnetic field of 0.1 Tesla or more when formation of the straight body begins.
単結晶のネック部の形成において、水平磁場を印加せず、前記ルツボの回転数を第一の回転数で回転させる工程と、
単結晶の肩部の形成において、単結晶の肩部の直径が直胴部の3/4以上1未満の間に水平磁場を印加開始する工程と、
単結晶の直胴部の形成において、該直胴部の形成開始までに0.1テスラ以上の水平磁場を印加し、前記ルツボの回転数を前記第一の回転数よりも小さい第二の回転数とする工程と、
を備えることを特徴とする単結晶引上方法。 A method for pulling a single crystal, comprising the steps of forming a silicon melt in a crucible by heating the crucible from a heater surrounding the crucible, adding a dopant to the silicon melt and applying a horizontal magnetic field to the silicon melt, and pulling a silicon single crystal from the silicon melt by a Czochralski method,
In forming a neck portion of the single crystal, a step of rotating the crucible at a first rotation speed without applying a horizontal magnetic field;
In forming a shoulder of the single crystal, a step of starting to apply a horizontal magnetic field when the diameter of the shoulder of the single crystal is 3/4 or more and less than 1/1 of the diameter of the straight body of the single crystal;
In forming a straight body portion of the single crystal, a horizontal magnetic field of 0.1 Tesla or more is applied before the start of formation of the straight body portion, and a rotation speed of the crucible is set to a second rotation speed which is smaller than the first rotation speed;
A method for pulling a single crystal comprising the steps of:
前記第一の回転数から第二の回転数まで前記ルツボの回転数を徐々に小さくする制御を行うことを特徴とする請求項6に記載された単結晶引上方法。 During a period from a step of rotating the crucible at a first rotation speed in forming a neck portion of the single crystal to a step of changing the rotation speed of the crucible to a second rotation speed lower than the first rotation speed at the start of forming a body portion of the single crystal,
7. The method for pulling a single crystal according to claim 6, wherein the rotation speed of the crucible is controlled to be gradually decreased from the first rotation speed to the second rotation speed.
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| JP2022203184A JP2024088149A (en) | 2022-12-20 | 2022-12-20 | Single crystal pulling apparatus and method |
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