JP7040491B2 - A method for determining the gap size at the time of manufacturing a silicon single crystal and a method for manufacturing a silicon single crystal. - Google Patents

A method for determining the gap size at the time of manufacturing a silicon single crystal and a method for manufacturing a silicon single crystal. Download PDF

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Description

本発明は、シリコン単結晶の製造時におけるギャップサイズ決定方法、および、シリコン単結晶の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for determining a gap size at the time of producing a silicon single crystal and a method for producing a silicon single crystal.

半導体デバイスの基板として用いられるシリコンウェーハは、一般にチョクラルスキー法(以下、「CZ法」と言う場合がある)により育成されたシリコン単結晶から切り出され、研磨、熱処理等の工程を経て製造される。
シリコン単結晶の欠陥分布は、一般的に、結晶中心から外縁までの距離を横軸とし、シリコン単結晶の引き上げ速度Vを、引き上げ直後におけるシリコン単結晶の成長方向の温度勾配Gで除した値を縦軸とした図で示すことができる。温度勾配Gは、CZ炉のホットゾーン構造の熱的特性により、シリコン単結晶の引き上げの進行中において、概ね一定とみなされる。このため、引き上げ速度Vを調整することにより、V/Gを制御することができる。
Silicon wafers used as substrates for semiconductor devices are generally cut out from silicon single crystals grown by the Czochralski method (hereinafter, may be referred to as the "CZ method"), and are manufactured through processes such as polishing and heat treatment. To.
The defect distribution of a silicon single crystal is generally a value obtained by dividing the pulling speed V of the silicon single crystal by the temperature gradient G in the growth direction of the silicon single crystal immediately after pulling, with the distance from the crystal center to the outer edge as the horizontal axis. Can be shown in a diagram with the vertical axis. The temperature gradient G is considered to be generally constant during the process of pulling the silicon single crystal due to the thermal properties of the hot zone structure of the CZ furnace. Therefore, V / G can be controlled by adjusting the pulling speed V.

上述のような欠陥分布図には、主に、COP(Crystal Originated Particle)領域、OSF(Oxidation induced Stacking Fault:酸素誘起積層欠陥)領域、Pv領域、Pi領域、L/D(Large Dislocation)領域が示される。
COPは、シリコン単結晶育成時に結晶格子を構成すべき原子が欠けた空孔の凝集体である。
OSF領域は、COP領域に隣接しており、高温(一般的には1000℃から1200℃)で熱酸化処理した場合、OSF核がOSFとして顕在化する。
Pv領域は、OSF領域に隣接しており、空孔型点欠陥が優勢な無欠陥領域である。Pv領域は、as-grown状態で酸素析出核を含んでおり、熱処理を施した場合、酸素析出物(BMD)が発生し易い。
Pi領域は、Pv領域に隣接しており、格子間シリコン型点欠陥が優勢な無欠陥領域である。Pi領域は、as-grown状態でほとんど酸素析出核を含んでおらず、熱処理を施してもBMDが発生し難い。
L/Dは、結晶格子間に過剰に取り込まれた格子間シリコンの凝集体であり、転位を伴う欠陥である(転位クラスター)。L/D領域は、Pi領域に隣接している。
The defect distribution map as described above mainly includes a COP (Crystal Originated Particle) region, an OSF (Oxidation induced Stacking Fault) region, a Pv region, a Pi region, and an L / D (Large Dislocation) region. Shown.
COP is an aggregate of pores lacking atoms that should form a crystal lattice during the growth of a silicon single crystal.
The OSF region is adjacent to the COP region, and when thermal oxidation treatment is performed at a high temperature (generally 1000 ° C to 1200 ° C), OSF nuclei become apparent as OSF.
The Pv region is adjacent to the OSF region and is a defect-free region in which vacancies are predominant. The Pv region contains oxygen precipitate nuclei in the as-grown state, and when heat-treated, oxygen precipitates (BMD) are likely to be generated.
The Pi region is adjacent to the Pv region and is a defect-free region in which interstitial silicon type point defects are predominant. The Pi region contains almost no oxygen precipitation nuclei in the as-grown state, and BMD is unlikely to occur even after heat treatment.
L / D is an aggregate of interstitial silicon that is excessively incorporated between crystal lattices, and is a defect with dislocations (dislocation clusters). The L / D region is adjacent to the Pi region.

近年、全面に欠陥が存在しないシリコンウェーハの要求が強くなっており、このようなシリコンウェーハを得られるシリコン単結晶の製造方法が検討されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、OSF領域と、その外側に位置するN-領域(Pv領域およびPi領域のみで構成される無欠陥領域)とを含む範囲の引き上げ速度Vや温度勾配Gでシリコン単結晶を引き上げることが開示されている。
In recent years, there has been an increasing demand for silicon wafers having no defects on the entire surface, and a method for manufacturing a silicon single crystal capable of obtaining such a silicon wafer has been studied (see, for example, Patent Document 1).
Patent Document 1 describes a silicon single crystal having a pulling speed V and a temperature gradient G in a range including an OSF region and an N- region (defect-free region composed of only a Pv region and a Pi region) located outside the OSF region. It is disclosed that it will be raised.

特開平11-199386号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-199386

しかしながら、特許文献1のような構成では、シリコンウェーハにOSF領域が少なからず存在しており、下述する狭義の意味の無欠陥のシリコン単結晶を得ることは出来ない。 However, in the configuration as in Patent Document 1, there are not a few OSF regions in the silicon wafer, and it is not possible to obtain a defect-free silicon single crystal in the narrow sense described below.

本発明の目的は、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハを多く得られるシリコン単結晶の製造時におけるギャップサイズ決定方法、および、シリコン単結晶の製造方法を提供することにある。
無欠陥領域とは、広義の意味では、FPD(Flow Pattern Defect)領域およびL/D領域を除いた領域であり、狭義の意味では、Pv領域およびPi領域のみで構成される領域を意味する。同様に、無欠陥のシリコンウェーハとは、広義の意味では、FPD(Flow Pattern Defect)領域およびL/D領域が面内に存在しないシリコンウェーハを意味し、狭義の意味では、Pv領域およびPi領域のみで構成されるシリコンウェーハを意味する。無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハとは、広義の意味の無欠陥シリコンウェーハあるいは狭義の意味の無欠陥シリコンウェーハのいずれでも良い。
An object of the present invention is to provide a method for determining a gap size at the time of manufacturing a silicon single crystal, which can obtain a large number of silicon wafers having only a defect-free region, and a method for manufacturing a silicon single crystal.
The defect-free region is a region excluding the FPD (Flow Pattern Defect) region and the L / D region in a broad sense, and means a region composed of only a Pv region and a Pi region in a narrow sense. Similarly, a defect-free silicon wafer means a silicon wafer in which the FPD (Flow Pattern Defect) region and the L / D region do not exist in the plane in a broad sense, and the Pv region and the Pi region in a narrow sense. Means a silicon wafer composed of only silicon wafers. The silicon wafer having only a defect-free region may be either a defect-free silicon wafer in a broad sense or a defect-free silicon wafer in a narrow sense.

本発明のギャップサイズ決定方法は、シリコン融液を収容する坩堝と、前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ部と、引き上げ中のシリコン単結晶を囲むように前記坩堝の上方に配置された熱遮蔽体とを備えた引き上げ装置を用いたシリコン単結晶の製造時における前記熱遮蔽体の下端と前記シリコン融液表面とのギャップサイズ決定方法であって、前記ギャップサイズごとに、前記シリコン単結晶の欠陥分布と前記シリコン単結晶の引き上げ速度との関係をシミュレーションする工程と、前記シミュレーションの結果に基づいて、無欠陥領域のみを有する前記シリコン単結晶が得られる引き上げ速度のマージンを特定する工程と、前記シミュレーションで得られた欠陥分布を数値化し、この欠陥分布の値と前記シミュレーションで得られた引き上げ速度のマージンと前記ギャップサイズとの第1の関係を特定する工程と、前記引き上げ装置を用いて製造された評価用のシリコン単結晶の欠陥分布を前記シミュレーションで得られた欠陥分布と同じ方法で数値化し、この欠陥分布の値と前記評価用のシリコン単結晶の製造時のギャップサイズとの第2の関係を特定する工程と、前記第1の関係と前記第2の関係とに基づいて、前記評価用のシリコン単結晶の製造時の引き上げ速度のマージンを推定し、この推定した引き上げ速度のマージンよりも大きくなるようなギャップサイズを決定する工程とを実施することを特徴とする。 The gap size determination method of the present invention is arranged above the pit so as to surround the pit containing the silicon melt, the pulling portion for pulling the silicon single crystal from the silicon melt, and the silicon single crystal being pulled. It is a method of determining the gap size between the lower end of the heat shield and the surface of the silicon melt at the time of manufacturing a silicon single crystal using a pulling device provided with the heat shield, and the silicon single is determined for each gap size. A step of simulating the relationship between the defect distribution of the crystal and the pulling speed of the silicon single crystal, and a step of specifying the margin of the pulling speed at which the silicon single crystal having only a defect-free region can be obtained based on the result of the simulation. The step of quantifying the defect distribution obtained in the simulation and specifying the first relationship between the value of the defect distribution, the margin of the pulling speed obtained in the simulation, and the gap size, and the pulling device. The defect distribution of the evaluation silicon single crystal manufactured using the method was quantified by the same method as the defect distribution obtained in the simulation, and the value of this defect distribution and the gap size at the time of manufacturing the evaluation silicon single crystal were obtained. Based on the step of specifying the second relationship of the above, and the first relationship and the second relationship, the margin of the pulling speed at the time of manufacturing the silicon single crystal for evaluation is estimated, and the estimated pulling is performed. It is characterized by carrying out a step of determining a gap size that is larger than the speed margin.

無欠陥領域のみを有するシリコン単結晶が得られる引き上げ速度のマージン(以下、「無欠陥マージン」という場合がある)は、ギャップサイズによって変化する。無欠陥マージンとは、シリコン単結晶から得られたシリコンウェーハ全面が無欠陥領域となるシリコン単結晶引上げ速度の上限値と下限値の差を意味する。
なお、無欠陥領域とは、上述したように、広義の意味の無欠陥領域あるいは狭義の意味の無欠陥領域のいずれでも良い。以下、無欠陥領域を、狭義の意味の無欠陥領域として本発明を説明する。
無欠陥マージンが最も大きくなるギャップサイズは、シミュレーションで求めることができる。なお、シミュレーションは、数値計算によるコンピュータシミュレーションの他、実験によるシミュレーションも含む。
この求めたギャップサイズを引き上げ装置に適用すると、無欠陥マージンが最も大きくなる製造条件になるはずだが、実際は、ホットゾーンの構成部材の劣化などによって熱環境がシミュレーションとは異なる状態になってしまい、無欠陥マージンが最も大きくならない場合がある。この場合、製造中に引き上げ速度が変化すると、引き上げ速度が無欠陥マージンの範囲外になってしまい、欠陥領域を有するシリコン単結晶が製造されるおそれがある。
本発明では、シミュレーション結果に基づく第1の関係と、評価用のシリコン単結晶の欠陥分布に基づく第2の関係とを用いて、評価用のシリコン単結晶を製造したときの無欠陥マージンの大きさを推定し、この推定した大きさよりも無欠陥マージンを大きくするギャップサイズを決定する。したがって、この製造ギャップサイズを使用することによって、評価用のシリコン単結晶製造時よりも無欠陥マージンが大きい状態で、シリコン単結晶を製造できる。その結果、引き上げ速度が変化しても、引き上げ速度が無欠陥マージンの範囲外になってしまうことを抑制でき、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハを多く得られる。
The margin of the pulling speed (hereinafter, may be referred to as “defect-free margin”) for obtaining a silicon single crystal having only a defect-free region varies depending on the gap size. The defect-free margin means the difference between the upper limit value and the lower limit value of the silicon single crystal pulling speed in which the entire surface of the silicon wafer obtained from the silicon single crystal is a defect-free region.
As described above, the defect-free region may be either a defect-free region in a broad sense or a defect-free region in a narrow sense. Hereinafter, the present invention will be described with the defect-free region as a defect-free region in a narrow sense.
The gap size with the largest defect-free margin can be obtained by simulation. The simulation includes not only computer simulation by numerical calculation but also simulation by experiment.
If this obtained gap size is applied to the pulling device, it should be the manufacturing condition that maximizes the defect-free margin, but in reality, the thermal environment becomes different from the simulation due to deterioration of the components of the hot zone. The defect-free margin may not be the largest. In this case, if the pulling speed changes during manufacturing, the pulling speed may be out of the defect-free margin range, and a silicon single crystal having a defect region may be manufactured.
In the present invention, the large defect-free margin when the silicon single crystal for evaluation is manufactured by using the first relationship based on the simulation result and the second relationship based on the defect distribution of the silicon single crystal for evaluation. The size is estimated and the gap size is determined so that the defect-free margin is larger than the estimated size. Therefore, by using this manufacturing gap size, it is possible to manufacture a silicon single crystal with a defect-free margin larger than that at the time of manufacturing a silicon single crystal for evaluation. As a result, even if the pulling speed changes, it is possible to prevent the pulling speed from being out of the defect-free margin range, and many silicon wafers having only a defect-free region can be obtained.

本発明のギャップサイズ決定方法において、前記シリコン単結晶から得られるウェーハ面内の円形状欠陥領域の半径およびリング状欠陥領域の幅、または、前記半径および前記幅に対応する単結晶半径方向の欠陥分布により、前記欠陥分布の数値化が行われることが好ましい。 In the gap size determination method of the present invention, the radius of the circular defect region and the width of the ring-shaped defect region in the wafer surface obtained from the silicon single crystal, or the defect in the single crystal radial direction corresponding to the radius and the width. It is preferable that the defect distribution is quantified according to the distribution.

本発明によれば、熱処理によって視覚的に確認できるOSFや酸素析出物(BMD)に基づいて、欠陥分布を容易に数値化できる。 According to the present invention, the defect distribution can be easily quantified based on the OSF and oxygen precipitate (BMD) that can be visually confirmed by the heat treatment.

本発明のギャップサイズ決定方法において、前記欠陥分布を数値化した値が、無次元値であることが好ましい。 In the gap size determination method of the present invention, it is preferable that the numerical value of the defect distribution is a dimensionless value.

本発明のギャップサイズ決定方法において、前記欠陥分布が、OSF領域の分布またはPv領域の分布であることが好ましい。 In the gap size determination method of the present invention, it is preferable that the defect distribution is the distribution of the OSF region or the distribution of the Pv region.

本発明によれば、熱処理によって視覚的に確認できるOSFや酸素析出物(BMD)に基づいて、評価用のシリコン単結晶製造時よりも無欠陥マージンを大きくするギャップサイズを容易に決定できる。 According to the present invention, based on the OSF and oxygen precipitate (BMD) that can be visually confirmed by heat treatment, it is possible to easily determine the gap size that increases the defect-free margin as compared with the case of producing a silicon single crystal for evaluation.

本発明のギャップサイズ決定方法において、前記欠陥分布を数値化した値が、円形状OSF領域の半径とリング状OSF領域の幅との比、または、円形状Pv領域の半径とリング状Pv領域の幅との比であることが好ましい。 In the gap size determination method of the present invention, the numerical value of the defect distribution is the ratio of the radius of the circular OSF region to the width of the ring-shaped OSF region, or the radius of the circular Pv region and the ring-shaped Pv region. It is preferably a ratio to the width.

本発明によれば、円形状OSF領域の半径とリング状OSF領域の幅との比、または、円形状Pv領域の半径とリング状Pv領域の幅との比に基づいて、欠陥分布を容易に数値化できる。 According to the present invention, based on the ratio of the radius of the circular OSF region to the width of the ring-shaped OSF region, or the ratio of the radius of the circular Pv region to the width of the ring - shaped Pv region . The defect distribution can be easily quantified.

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、上述のギャップサイズ決定方法によって決定されたギャップサイズを用いてシリコン単結晶を製造することを特徴とする。 The method for producing a silicon single crystal of the present invention is characterized in that a silicon single crystal is produced using the gap size determined by the above-mentioned gap size determining method.

本発明によれば、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハを多く得られるシリコン単結晶を製造できる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a silicon single crystal capable of obtaining a large number of silicon wafers having only a defect-free region.

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記ギャップサイズ決定方法は、前記引き上げ速度のマージンが最も大きくなるように前記ギャップサイズを決定することが好ましい。 In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, it is preferable that the gap size determination method determines the gap size so that the margin of the pulling speed is maximized.

本発明によれば、引き上げ速度の変化許容値を最大にすることができ、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハを多く得られる。 According to the present invention, it is possible to maximize the change tolerance of the pulling speed, and it is possible to obtain many silicon wafers in which only a defect-free region exists.

本発明の関連技術および一実施形態に係る引き上げ装置の模式図。The schematic diagram of the pulling device which concerns on the related technique of this invention and one Embodiment. 前記一実施形態におけるシリコン単結晶の製造方法のフローチャート。The flowchart of the manufacturing method of a silicon single crystal in the said embodiment. シリコン単結晶の引き上げ速度と欠陥分布との関係の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the relationship between the pulling speed of a silicon single crystal and the defect distribution. シリコン単結晶の引き上げ速度と欠陥分布との関係の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the relationship between the pulling speed of a silicon single crystal and the defect distribution. 引き上げ速度とリング状およびディスク状のOSF領域の存在状況との関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between the pulling speed and the existence state of the ring-shaped and disk-shaped OSF regions. シミュレーション結果に基づくOSF領域のディスク半径とディスクリング比率との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the disk radius and the disk ring ratio of the OSF area based on the simulation result. シミュレーション結果および仮ギャップサイズを用いた評価用のシリコン単結晶の製造実績に基づくOSF領域のディスク半径とディスクリング比率との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the disk radius and the disk ring ratio of the OSF region based on the simulation result and the manufacturing record of the silicon single crystal for evaluation using the temporary gap size. 本発明の変形例における引き上げ速度とリング状およびディスク状のPv領域の存在状況との関係を示す説明図。It is explanatory drawing which shows the relationship between the pulling speed in the modification of this invention, and the existence state of a ring-shaped and a disk-shaped Pv region. 本発明の実施例における実験1の結果であって、シミュレーション結果および製造ギャップサイズを用いた評価用のシリコン単結晶の製造実績に基づくOSF領域のディスク半径とディスクリング比率との関係を示すグラフ。It is the result of Experiment 1 in the Example of this invention, and is the graph which shows the relationship between the disk radius and the disk ring ratio of the OSF region based on the simulation result and the production record of the silicon single crystal for evaluation using the production gap size. 前記実施例における実験2の結果であって、実験例1,2の歩留まり効果を示すグラフ。The graph which is the result of the experiment 2 in the said Example, and shows the yield effect of the experimental examples 1 and 2.

[本発明の関連技術]
まず、本発明の関連技術を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、シリコン単結晶SMの引き上げ装置1は、CZ法(Czochralski法)に用いられる装置であって、装置本体2とを備えている。
装置本体2は、チャンバ21と、このチャンバ21内に配置された坩堝22と、この坩堝22を加熱するヒータ23と、引き上げ部24と、熱遮蔽体25と、断熱材26と、坩堝駆動部27とを備えている。
なお、引き上げ装置1は、二点鎖線で示すように、MCZ(Magnetic field applied Czochralski)法に用いられる装置であって、チャンバ21の外側において坩堝22を挟んで配置された一対の電磁コイル28を有していてもよい。
[Related Techniques of the Present Invention]
First, the related technique of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the silicon single crystal SM pulling device 1 is a device used in the CZ method (Czochralski method) and includes a device main body 2.
The apparatus main body 2 includes a chamber 21, a crucible 22 arranged in the chamber 21, a heater 23 for heating the crucible 22, a pulling portion 24, a heat shield 25, a heat insulating material 26, and a crucible drive unit. It is equipped with 27.
As shown by the alternate long and short dash line, the pulling device 1 is a device used in the MCZ (Magnetic field applied Czochralski) method, and has a pair of electromagnetic coils 28 arranged on the outside of the chamber 21 with the crucible 22 interposed therebetween. You may have.

チャンバ21の上部には、Arガスなどの不活性ガスをチャンバ21内に導入するガス導入口21Aが設けられている。チャンバ21の下部には、チャンバ21内の気体を排出するガス排気口21Bが設けられている。チャンバ21の内面には、断熱材26が設けられている。 A gas introduction port 21A for introducing an inert gas such as Ar gas into the chamber 21 is provided in the upper part of the chamber 21. At the lower part of the chamber 21, a gas exhaust port 21B for discharging the gas in the chamber 21 is provided. A heat insulating material 26 is provided on the inner surface of the chamber 21.

坩堝22は、シリコンを融解してシリコン融液Mとするものである。坩堝22は、石英坩堝221と、この石英坩堝221を収容する黒鉛坩堝222とを備えている。石英坩堝221は、1本あるいは複数のシリコン単結晶SMを育成するごとに交換される。一方、黒鉛坩堝222は、シリコン単結晶SMを1本製造するごとには交換されず、石英坩堝221を適切に支持できなくなったと考えられた時点で交換される。 The crucible 22 melts silicon into a silicon melt M. The crucible 22 includes a quartz crucible 221 and a graphite crucible 222 accommodating the quartz crucible 221. The quartz crucible 221 is replaced every time one or more silicon single crystal SMs are grown. On the other hand, the graphite crucible 222 is not replaced every time one silicon single crystal SM is manufactured, and is replaced when it is considered that the quartz crucible 221 cannot be properly supported.

ヒータ23は、坩堝22の周囲に配置されており、坩堝22内のシリコンを融解する。なお、坩堝22の下方に、二点鎖線で示すようなボトムヒータ231をさらに設けてもよい。
引き上げ部24は、一端に種結晶SCが取り付けられるケーブル241と、このケーブル241を昇降および回転させる引き上げ駆動部242とを備えている。
熱遮蔽体25は、シリコン単結晶SMを囲むように設けられ、ヒータ23から上方に向かって放射される輻射熱を遮断する。
坩堝駆動部27は、黒鉛坩堝222を下方から支持する支持軸271を備え、坩堝22を所定の速度で回転および昇降させる。
なお、引き上げ装置1におけるホットゾーンは、チャンバ21、坩堝22、ヒータ23、ケーブル241、熱遮蔽体25、断熱材26、支持軸271、シリコン融液M、シリコン単結晶SMなどである。
The heater 23 is arranged around the crucible 22 and melts the silicon in the crucible 22. A bottom heater 231 as shown by the alternate long and short dash line may be further provided below the crucible 22.
The pull-up unit 24 includes a cable 241 to which the seed crystal SC is attached to one end, and a pull-up drive unit 242 that raises and lowers and rotates the cable 241.
The heat shield 25 is provided so as to surround the silicon single crystal SM, and blocks radiant heat radiated upward from the heater 23.
The crucible drive unit 27 includes a support shaft 271 that supports the graphite crucible 222 from below, and rotates and raises and lowers the crucible 22 at a predetermined speed.
The hot zone in the pulling device 1 is a chamber 21, a crucible 22, a heater 23, a cable 241, a heat shield 25, a heat insulating material 26, a support shaft 271, a silicon melt M, a silicon single crystal SM, and the like.

[実施形態]
〔シリコン単結晶の製造方法〕
次に、本発明の一実施形態に係るシリコン単結晶SMの製造方法について説明する。
なお、本実施形態では、円筒研削後の直胴部の直径が300mmのシリコン単結晶SMを製造する場合を例示するが、円筒研削後の直径は200mmや450mmあるいは他の大きさであってもよい。また、抵抗率調整用のドーパントをシリコン融液Mに添加してもよいし、しなくてもよい。
[Embodiment]
[Manufacturing method of silicon single crystal]
Next, a method for producing a silicon single crystal SM according to an embodiment of the present invention will be described.
In this embodiment, a case where a silicon single crystal SM having a straight body portion having a diameter of 300 mm after cylindrical grinding is manufactured is exemplified, but the diameter after cylindrical grinding may be 200 mm, 450 mm, or another size. good. Further, a dopant for adjusting the resistivity may or may not be added to the silicon melt M.

シリコン単結晶SMの製造方法は、図2に示すように、シリコン単結晶SMの製造時におけるギャップサイズ決定方法を実施する工程(ステップS1)と、この決定方法で決定された製造ギャップサイズを適用して製品用のシリコン単結晶SMを製造する工程(ステップS2:製造工程)とを実施する。以下、各工程について詳細に説明する。 As a manufacturing method of the silicon single crystal SM, as shown in FIG. 2, a step (step S1) of carrying out the gap size determining method at the time of manufacturing the silicon single crystal SM and the manufacturing gap size determined by this determination method are applied. Then, the step of manufacturing the silicon single crystal SM for the product (step S2: manufacturing step) is carried out. Hereinafter, each step will be described in detail.

ギャップサイズ決定方法を実施する工程において、まず、熱遮蔽体25の下端とシリコン融液M表面とのギャップGPのサイズ(以下、ギャップGPのサイズを「ギャップサイズ」という)ごとに、シリコン単結晶SMの欠陥分布とシリコン単結晶SMの引き上げ速度との関係をシミュレーションする(ステップS11:シミュレーション工程)。
なお、ギャップサイズとは、シリコン単結晶SMの製造時における熱遮蔽体25の下端とシリコン融液M表面との間の距離である。
シミュレーション工程は、少なくともシリコン単結晶SMの直胴部SM1について行う。引き上げ中のシリコン単結晶SMの熱履歴の変化などの影響によって、同じギャップサイズでも、直胴部SM1の長さ方向の位置に応じて、欠陥分布は異なってしまう。このため、シミュレーション工程は、直胴部SM1を長さ方向に沿う複数箇所について行うことが好ましい。本実施形態では、直胴部SM1を長さ方向に3等分した領域について、シミュレーション工程を行う。3等分した領域のうち、引き上げ方向の上端領域をトップ領域、中央領域をミドル領域、下端領域をボトム領域という。
このシミュレーション工程によって、シリコン単結晶SMの中心から距離を横軸とし、引き上げ速度Vを縦軸とした欠陥分布を得られる。直胴部SM1におけるギャップサイズのみが異なるシミュレーション結果の一例を、図3および図4に示す。なお、図3~図5において、横軸の左端はシリコン単結晶SMの中心位置を表し、右端は外縁位置を表す。また、図3~図7は、シリコン単結晶SMのミドル領域に関する図である。
シミュレーション工程は、数値計算によるコンピュータシミュレーションの他、実験によるシミュレーションとすることができる。シミュレーションにかかる費用や時間を節約できる、数値計算によるコンピュータシミュレーションが好ましい。
In the process of implementing the gap size determination method, first, for each size of the gap GP between the lower end of the heat shield 25 and the surface of the silicon melt M (hereinafter, the size of the gap GP is referred to as “gap size”), a silicon single crystal. The relationship between the defect distribution of SM and the pulling speed of silicon single crystal SM is simulated (step S11: simulation step).
The gap size is the distance between the lower end of the heat shield 25 and the surface of the silicon melt M at the time of manufacturing the silicon single crystal SM.
The simulation step is performed on at least the straight body portion SM1 of the silicon single crystal SM. Due to the influence of changes in the thermal history of the silicon single crystal SM during pulling, even if the gap size is the same, the defect distribution will differ depending on the position of the straight body portion SM1 in the length direction. Therefore, it is preferable that the simulation step is performed at a plurality of locations along the length direction of the straight body portion SM1. In the present embodiment, a simulation step is performed on a region obtained by dividing the straight body portion SM1 into three equal parts in the length direction. Of the regions divided into three equal parts, the upper end region in the pulling direction is referred to as a top region, the central region is referred to as a middle region, and the lower end region is referred to as a bottom region.
By this simulation step, a defect distribution can be obtained with the distance from the center of the silicon single crystal SM as the horizontal axis and the pulling speed V as the vertical axis. 3 and 4 show an example of the simulation results in which only the gap size in the straight body portion SM1 is different. In FIGS. 3 to 5, the left end of the horizontal axis represents the center position of the silicon single crystal SM, and the right end represents the outer edge position. Further, FIGS. 3 to 7 are views relating to the middle region of the silicon single crystal SM.
The simulation process can be an experimental simulation as well as a computer simulation by numerical calculation. Computer simulation by numerical calculation, which can save the cost and time for simulation, is preferable.

次に、シミュレーション工程の結果に基づいて、図3および図4に示すような無欠陥マージンを特定する(ステップS12:無欠陥マージン特定工程)。無欠陥マージンとは、無欠陥領域のみを有するシリコン単結晶SMが得られる引き上げ速度のマージンを意味する。無欠陥マージンは、OSF領域と無欠陥領域とのOSF-Pv境界線の最も低い位置から、無欠陥領域とL/D領域とのPi-L/D境界線の最も高い位置までの範囲である。 Next, the defect-free margin as shown in FIGS. 3 and 4 is specified based on the result of the simulation step (step S12: defect-free margin specifying step). The defect-free margin means a margin of the pulling speed at which a silicon single crystal SM having only a defect-free region can be obtained. The defect-free margin ranges from the lowest position of the OSF-Pv boundary line between the OSF region and the defect-free region to the highest position of the Pi-L / D boundary line between the defect-free region and the L / D region. ..

この後、シミュレーション工程で得られた欠陥分布を数値化し、この欠陥分布の値と、無欠陥マージン特定工程で特定された無欠陥マージンと、ギャップサイズとの第1の関係を特定する(ステップS13:第1の関係特定工程)。
本実施形態では、まず、無欠陥マージンが最大となるギャップサイズ(以下、無欠陥マージンが最大となるギャップサイズを、「仮ギャップサイズ」という場合がある。)を特定する。無欠陥マージンは、ギャップサイズによって変化し、例えばギャップサイズを横軸とし、無欠陥マージンの大きさを縦軸としたグラフを作成した場合、山型のグラフになる。つまり、無欠陥マージンが最大となるギャップサイズは、1つのみである。そこで、同じ箇所についてギャップサイズのみを変更した複数のシミュレーション結果に基づいて、仮ギャップサイズを特定する。
After that, the defect distribution obtained in the simulation step is quantified, and the first relationship between the value of the defect distribution, the defect-free margin specified in the defect-free margin specifying step, and the gap size is specified (step S13). : First relationship identification process).
In the present embodiment, first, the gap size at which the defect-free margin is maximized (hereinafter, the gap size at which the defect-free margin is maximum may be referred to as “temporary gap size”) is specified. The defect-free margin changes depending on the gap size. For example, when a graph is created in which the gap size is on the horizontal axis and the defect-free margin is on the vertical axis, a mountain-shaped graph is obtained. That is, there is only one gap size that maximizes the defect-free margin. Therefore, the temporary gap size is specified based on the results of a plurality of simulations in which only the gap size is changed for the same location.

次に、例えば、図5に示すようなギャップサイズが仮ギャップサイズの欠陥分布に基づいて、OSF領域が存在するような速度V1でシリコン単結晶SMを引き上げた場合のOSF領域の発生状況を把握する。このシリコン単結晶SMから得られるシリコンウェーハには、その中心を含むディスク状(円形状)のOSF領域が存在する。このディスク状のOSF領域の外側には、無欠陥領域を挟んでリング状のOSF領域が存在する。
次に、ディスク状のOSF領域の半径およびリング状のOSF領域の幅を、それぞれディスク半径、リング幅として求める。さらに、OSF領域が存在するような他の引き上げ速度でシリコン単結晶SMを製造した場合のディスク半径、リング幅を求める。つまり、シミュレーション工程で得られた欠陥分布を数値化する。
Next, for example, based on the defect distribution of the temporary gap size as shown in FIG. 5, the generation state of the OSF region when the silicon single crystal SM is pulled up at a velocity V 1 such that the OSF region exists is shown. grasp. The silicon wafer obtained from this silicon single crystal SM has a disk-shaped (circular) OSF region including the center thereof. Outside the disk-shaped OSF region, there is a ring-shaped OSF region sandwiching the defect-free region.
Next, the radius of the disk-shaped OSF region and the width of the ring-shaped OSF region are obtained as the disk radius and the ring width, respectively. Further, the disk radius and the ring width when the silicon single crystal SM is manufactured at another pulling speed such that the OSF region exists are obtained. That is, the defect distribution obtained in the simulation process is quantified.

さらに、ギャップサイズが仮ギャップサイズより1mm大きい場合の欠陥分布、仮ギャップサイズより1mm小さい場合の欠陥分布に基づいて、それぞれ複数ずつの引き上げ速度で引き上げた場合のディスク半径、リング幅を求める。
そして、図5に示す欠陥分布に基づいて、図6に示すような、ディスク半径を横軸とし、リング幅をディスク半径で除したディスクリング比率を縦軸とした比較データを作成する。この比較データは、シミュレーションで得られた欠陥分布を数値化した値(ディスク半径、ディスクリング比率)と、シミュレーションで得られた無欠陥マージン(最大の無欠陥マージン)と、ギャップサイズ(仮ギャップサイズ、仮ギャップサイズ±1mm)との第1の関係を表す。
この比較データの作成は、トップ領域、ミドル領域、ボトム領域のそれぞれについて行う。比較データの作成は、コンピュータが行ってもよいし、作業者が行ってもよい。
Further, based on the defect distribution when the gap size is 1 mm larger than the temporary gap size and the defect distribution when the gap size is 1 mm smaller than the temporary gap size, the disk radius and the ring width when the gap size is pulled up at a plurality of pulling speeds are obtained.
Then, based on the defect distribution shown in FIG. 5, comparison data is created with the disk radius as the horizontal axis and the ring width divided by the disk radius as the vertical axis as shown in FIG. This comparison data includes the numerical value of the defect distribution obtained by the simulation (disk radius, disk ring ratio), the defect-free margin obtained by the simulation (maximum defect-free margin), and the gap size (temporary gap size). , Temporary gap size ± 1 mm).
This comparison data is created for each of the top area, middle area, and bottom area. The comparison data may be created by a computer or by an operator.

次に、引き上げ装置1のギャップサイズを仮ギャップサイズに設定して、評価用のシリコン単結晶SMを製造する(ステップS14:評価用単結晶製造工程)。
評価用単結晶製造工程は、トップ領域、ミドル領域、ボトム領域を製造するときに、ギャップサイズを各領域に対応した仮ギャップサイズに設定しつつ、引き上げ速度を各領域にリング状およびディスク状のOSF領域が存在するような速度に設定して行う。リング状およびディスク状のOSF領域が存在するような速度として、例えば、図5に示すような、ギャップサイズが仮ギャップサイズの欠陥分布に基づいて、OSF領域が存在するような速度V1などを設定してもよいし、過去の製造実績に基づいて設定してもよい。
本実施形態では、リング状およびディスク状のOSF領域が存在するような複数の評価用のシリコン単結晶SMを製造する。
Next, the gap size of the pulling device 1 is set to the temporary gap size, and the silicon single crystal SM for evaluation is manufactured (step S14: single crystal manufacturing step for evaluation).
In the evaluation single crystal manufacturing process, when manufacturing the top region, middle region, and bottom region, the gap size is set to the temporary gap size corresponding to each region, and the pulling speed is ring-shaped or disk-shaped in each region. Set the speed so that the OSF region exists. As the speed at which the ring-shaped and disk-shaped OSF regions exist, for example, the speed V 1 at which the OSF region exists based on the defect distribution in which the gap size is a temporary gap size, as shown in FIG. It may be set or it may be set based on the past manufacturing results.
In the present embodiment, a plurality of evaluation silicon single crystal SMs having ring-shaped and disk-shaped OSF regions are manufactured.

次に、評価用のシリコン単結晶の欠陥分布をシミュレーションで得られた欠陥分布と同じ方法で数値化し、この欠陥分布の値と、評価用のシリコン単結晶の製造時のギャップサイズとの第2の関係を特定する(ステップS15:第2の関係特定工程)。
本実施形態では、まず、評価用のシリコン単結晶SMの直胴部SM1からシリコンウェーハを取得し、OSF領域を顕在化させる処理を行う。この顕在化処理としては、1000℃の酸素雰囲気で3時間の熱処理を行った後、さらに、1150℃の酸素雰囲気で2時間の熱処理を行うことが例示できる。この後、顕在化したOSF領域のリング幅およびディスク半径を測定する。以上の処理を、複数の評価用のシリコン単結晶SMにおける各領域から取得したシリコンウェーハに対して行う。なお、各領域から取得するシリコンウェーハの枚数は、1枚ずつであってもよいし、複数枚ずつであってもよい。また、評価用のシリコン単結晶SMを1本のみ製造し、このシリコン単結晶SMから複数のシリコンウェーハを取得してもよい。
そして、各シリコンウェーハの測定結果に基づくディスク半径およびディスクリング比率の関係を特定する。つまり、評価用のシリコン単結晶SMの欠陥分布を数値化した値(ディスク半径、ディスクリング比率)と、評価用のシリコン単結晶SM製造時のギャップサイズとの第2の関係を特定する。
Next, the defect distribution of the silicon single crystal for evaluation is quantified by the same method as the defect distribution obtained by the simulation, and the value of this defect distribution and the gap size at the time of manufacturing the silicon single crystal for evaluation are second. (Step S15: second relationship specifying step).
In the present embodiment, first, a silicon wafer is acquired from the straight body portion SM1 of the silicon single crystal SM for evaluation, and a process of exposing the OSF region is performed. As the actualization treatment, it can be exemplified that the heat treatment is performed for 3 hours in an oxygen atmosphere of 1000 ° C., and then the heat treatment is further performed for 2 hours in an oxygen atmosphere of 1150 ° C. After that, the ring width and the disk radius of the exposed OSF region are measured. The above processing is performed on the silicon wafers acquired from each region in the plurality of evaluation silicon single crystal SMs. The number of silicon wafers acquired from each region may be one or a plurality of silicon wafers. Further, only one silicon single crystal SM for evaluation may be manufactured, and a plurality of silicon wafers may be obtained from the silicon single crystal SM.
Then, the relationship between the disc radius and the disc ring ratio based on the measurement result of each silicon wafer is specified. That is, the second relationship between the numerical value (disk radius, disc ring ratio) of the defect distribution of the silicon single crystal SM for evaluation and the gap size at the time of manufacturing the silicon single crystal SM for evaluation is specified.

この後、第1の関係と第2の関係とに基づいて、評価用のシリコン単結晶SM製造時の無欠陥マージンを推定し、この推定した無欠陥マージンよりも大きくなるような製造ギャップサイズを決定する(ステップS16:製造ギャップサイズ決定工程)。
本実施形態では、まず、比較データで表される第1の関係と、第2の関係とを比べ、評価用のシリコン単結晶SMの製造時に無欠陥マージンが最も大きい状態であったか否かを判定する。この比べられる両者は、OSFの発生状況に基づき得られたデータであることから、シミュレーション結果および評価用のシリコン単結晶SMの欠陥分布に対応している。
After that, based on the first relationship and the second relationship, the defect-free margin at the time of manufacturing the silicon single crystal SM for evaluation is estimated, and the manufacturing gap size is set to be larger than the estimated defect-free margin. Determine (step S16: manufacturing gap size determination step).
In the present embodiment, first, the first relationship represented by the comparative data and the second relationship are compared, and it is determined whether or not the defect-free margin is the largest at the time of manufacturing the silicon single crystal SM for evaluation. do. Since both of these are data obtained based on the generation status of OSF, they correspond to the defect distribution of the silicon single crystal SM for simulation results and evaluation.

例えば、図7に示すように、図6の比較データ上に、各シリコンウェーハにおけるOSF領域の測定結果(製造実績(第2の関係))をプロットする。同じ製造条件でシリコン単結晶SMを製造すれば、これらから取得したシリコンウェーハのOSF領域の測定結果は、同じになるはずであるが、実際には、測定誤差や引き上げ速度のばらつきなどによって、図7に示すように異なる場合がある。
そして、この測定結果が仮ギャップサイズにおける比較データとほぼ一致している場合、無欠陥マージンが最も大きい状態であったと推定し、仮ギャップサイズを製造ギャップサイズとして決定する。一方、測定結果が比較データから所定量ずれている場合、無欠陥マージンが最も大きい状態でなかったと推定し、仮ギャップサイズ以外のサイズを製造ギャップサイズとして決定する。
For example, as shown in FIG. 7, the measurement result (manufacturing record (second relationship)) of the OSF region in each silicon wafer is plotted on the comparison data of FIG. If the silicon single crystal SM is manufactured under the same manufacturing conditions, the measurement results of the OSF region of the silicon wafer obtained from these should be the same. It may be different as shown in 7.
Then, when this measurement result is almost the same as the comparison data in the temporary gap size, it is estimated that the defect-free margin is the largest, and the temporary gap size is determined as the manufacturing gap size. On the other hand, when the measurement result deviates from the comparison data by a predetermined amount, it is estimated that the defect-free margin is not the largest, and a size other than the temporary gap size is determined as the manufacturing gap size.

例えば、仮ギャップサイズにおける比較データの基準近似線LS、仮ギャップサイズより1mm大きい場合の比較データの第1の比較近似線L1、仮ギャップサイズより1mm小さい場合の比較データの第2の比較近似線L2、シリコンウェーハの測定結果の実績近似線Nを求める。そして、各近似線LS,L1,L2と、実績近似線Nとの距離に基づいて製造ギャップサイズを決定する。 For example, the reference approximation line L S of the comparison data in the temporary gap size, the first comparison approximation line L 1 of the comparison data when it is 1 mm larger than the temporary gap size, and the second comparison of the comparison data when it is 1 mm smaller than the temporary gap size. Approximate line L 2 and the actual approximate line N of the measurement results of the silicon wafer are obtained. Then, the manufacturing gap size is determined based on the distance between each approximation line L S , L 1 , L 2 and the actual approximation line N.

図7に示す結果では、実績近似線Nが基準近似線LSと第1の比較近似線L1とのほぼ中間に位置している。この場合、引き上げ装置1において仮ギャップサイズを適用したときの製造条件は、シミュレーションにおいて仮ギャップサイズよりも0.5mm大きいサイズを適用したときの製造条件に相当すると推定する。この推定結果によれば、仮ギャップサイズよりも0.5mm小さいサイズを適用したときの製造条件が、シミュレーションにおいて仮ギャップサイズを適用したときの製造条件に相当すると考えられる。したがって、仮ギャップサイズよりも0.5mm小さいサイズを、製造ギャップサイズとして決定する。
また、実績近似線Nが基準近似線LSと第2の比較近似線L2との間に位置している場合、実績近似線Nと基準近似線LSとの距離に対応する長さだけ、仮ギャップサイズよりも大きいサイズを、製造ギャップサイズとして決定する。例えば、基準近似線LSの位置を「0」、第2の比較近似線L2の位置を「1」とした場合における「0.3」の位置に、実績近似線Nが位置している場合、仮ギャップサイズよりも0.3mm大きいサイズを製造ギャップサイズとして決定する。
In the result shown in FIG. 7, the actual approximation line N is located substantially in the middle between the reference approximation line L S and the first comparison approximation line L 1 . In this case, it is estimated that the manufacturing conditions when the temporary gap size is applied in the pulling device 1 correspond to the manufacturing conditions when a size 0.5 mm larger than the temporary gap size is applied in the simulation. According to this estimation result, it is considered that the manufacturing conditions when the size 0.5 mm smaller than the temporary gap size is applied correspond to the manufacturing conditions when the temporary gap size is applied in the simulation. Therefore, a size 0.5 mm smaller than the temporary gap size is determined as the manufacturing gap size.
Further, when the actual approximation line N is located between the reference approximation line L S and the second comparison approximation line L 2 , only the length corresponding to the distance between the actual approximation line N and the reference approximation line L S is obtained. , A size larger than the temporary gap size is determined as the manufacturing gap size. For example, the actual approximation line N is located at the position of "0.3" when the position of the reference approximation line L S is "0" and the position of the second comparison approximation line L 2 is "1". In this case, a size 0.3 mm larger than the temporary gap size is determined as the manufacturing gap size.

一方、実績近似線Nが基準近似線LSとほぼ一致している場合、引き上げ装置1において仮ギャップサイズを適用したときの製造条件は、シミュレーションにおいて仮ギャップサイズを適用したときの製造条件に相当すると推定し、仮ギャップサイズを製造ギャップサイズとして決定する。
以上のように、実績近似線Nが基準近似線LSと一致するように、製造ギャップサイズを決定することで、無欠陥マージンが最も大きい製造条件になる。
この製造ギャップサイズ決定工程は、トップ領域、ミドル領域、ボトム領域のそれぞれについて行う。製造ギャップサイズ決定工程は、コンピュータが行ってもよいし、作業者が行ってもよい。
On the other hand, when the actual approximation line N almost coincides with the reference approximation line L S , the manufacturing conditions when the temporary gap size is applied in the pulling device 1 correspond to the manufacturing conditions when the temporary gap size is applied in the simulation. Then, the temporary gap size is determined as the manufacturing gap size.
As described above, by determining the manufacturing gap size so that the actual approximation line N coincides with the reference approximation line L S , the manufacturing condition having the largest defect-free margin is obtained.
This manufacturing gap size determination step is performed for each of the top region, middle region, and bottom region. The manufacturing gap size determination step may be performed by a computer or by an operator.

なお、以上の処理では、リング状およびディスク状のOSF領域の存在状況に基づいて製造ギャップサイズを決定したが、図8に示すように、リング状およびディスク状のPv領域の存在状況に基づいて製造ギャップサイズを決定してもよい。この場合、シミュレーションや評価用のシリコン単結晶SM製造時の引き上げ速度を、リング状およびディスク状のPv領域を発生させるような速度V2などに設定すればよい。Pv領域を顕在化させる処理としては、780℃の酸素雰囲気で3時間の熱処理を行った後、さらに、1000℃の酸素雰囲気で16時間の熱処理を行うことが例示できる。 In the above processing, the manufacturing gap size was determined based on the existence status of the ring-shaped and disk-shaped OSF regions, but as shown in FIG. 8, the manufacturing gap size was determined based on the existence status of the ring-shaped and disk-shaped Pv regions. The manufacturing gap size may be determined. In this case, the pulling speed at the time of manufacturing the silicon single crystal SM for simulation or evaluation may be set to a speed V 2 or the like that generates a ring-shaped or disk-shaped Pv region. As a treatment for making the Pv region manifest, it can be exemplified that a heat treatment is performed for 3 hours in an oxygen atmosphere of 780 ° C., and then a heat treatment is further performed in an oxygen atmosphere of 1000 ° C. for 16 hours.

この後、製造工程(ステップS2)を行う。
製造工程は、トップ領域、ミドル領域、ボトム領域のそれぞれの製造時において、ステップS1の処理で決定した製造ギャップサイズを用いて、製品用のシリコン単結晶SMを製造する。
After that, the manufacturing process (step S2) is performed.
In the manufacturing process, the silicon single crystal SM for the product is manufactured using the manufacturing gap size determined in the process of step S1 at the time of manufacturing each of the top region, the middle region, and the bottom region.

[実施形態の作用効果]
上記実施形態によれば、製造ギャップサイズ決定工程において、評価用のシリコン単結晶SMを製造したときの無欠陥マージンの大きさを推定し、この推定した大きさよりも無欠陥マージンを大きくするギャップサイズを製造ギャップサイズとして決定する。この製造ギャップサイズを製造工程で使用することによって、評価用のシリコン単結晶SM製造時よりも無欠陥マージンが大きい状態で、製品用のシリコン単結晶SMを製造できる。したがって、引き上げ速度が変化しても、引き上げ速度が無欠陥マージンの範囲外になってしまうことを抑制でき、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハを多く得られる。
特に、本実施形態では、無欠陥マージンを最も大きくする製造ギャップサイズを製造に用いることで、引き上げ速度の変化許容値を最大にすることができ、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハをより多く得られる。
[Action and effect of the embodiment]
According to the above embodiment, in the manufacturing gap size determination step, the size of the defect-free margin when the silicon single crystal SM for evaluation is manufactured is estimated, and the gap size is made larger than the estimated size. Is determined as the manufacturing gap size. By using this manufacturing gap size in the manufacturing process, it is possible to manufacture the silicon single crystal SM for the product in a state where the defect-free margin is larger than that at the time of manufacturing the silicon single crystal SM for evaluation. Therefore, even if the pulling speed changes, it is possible to prevent the pulling speed from being out of the defect-free margin range, and it is possible to obtain many silicon wafers in which only the defect-free region exists.
In particular, in the present embodiment, by using the manufacturing gap size that maximizes the defect-free margin in manufacturing, the change tolerance of the pulling speed can be maximized, and more silicon wafers have only defect-free regions. can get.

製造ギャップサイズ決定工程において、基準近似線LS、第1,第2の比較近似線L1,比較近似線L2に対する実績近似線Nの位置に基づいて、製造ギャップサイズを容易に決定できる。 In the manufacturing gap size determination step, the manufacturing gap size can be easily determined based on the positions of the reference approximation line L S , the first and second comparison approximation lines L 1 , and the actual approximation line N with respect to the comparison approximation line L 2 .

[変形例]
なお、本発明は上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
例えば、シリコン単結晶の製造時におけるギャップサイズ決定方法および製造方法を直胴部SM1のトップ領域、ミドル領域、ボトム領域のそれぞれについて行ったが、いずれか1つあるいは2つの領域についてのみ行ってもよいし、直胴部SM1を長さ方向に2つに、あるいは、4つ以上に分割した領域について行ってもよい。
[Modification example]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and design changes can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, the gap size determination method and the manufacturing method at the time of manufacturing a silicon single crystal were performed for each of the top region, middle region, and bottom region of the straight body portion SM1, but even if only one or two regions were performed. Alternatively, the straight body portion SM1 may be divided into two or four or more regions in the length direction.

製造ギャップサイズ決定工程において、各近似線LS,L1,L2と、実績近似線Nとの距離に基づいて製造ギャップサイズを決定したが、第1,第2の比較近似線L1,L2を求めずに、基準近似線LSと実績近似線Nとの比較のみに基づいて、製造ギャップサイズを決定してもよい。
製造ギャップサイズ決定工程において、ギャップサイズが仮ギャップサイズより1mm大きい場合の欠陥分布に基づき、第1の比較近似線L1を求めたが、仮ギャップサイズより0.5mmあるいは2mmなど、他の大きさだけ大きい場合の欠陥分布に基づき、第1の比較近似線L1を求めてもよい。第2の比較近似線L2も同様に求めてもよい。
製造ギャップサイズ決定工程において、第1,第2の比較近似線L1,L2に加えて、ギャップサイズが仮ギャップサイズより、例えば2mm大きい場合および2mm小さい場合の欠陥分布に基づき、第3,第4の比較近似線を求め、この第3,第4の比較近似線も用いて製造ギャップサイズを決定してもよい。
製造ギャップサイズ決定工程において、各近似線LS,L1,L2,Nを求めずに、各近似線LS,L1,L2,Nの作成に用いたプロットデータの比較のみで、製造ギャップサイズを決定してもよい。
製造ギャップサイズは、少なくとも評価用のシリコン単結晶SM製造時よりも無欠陥マージンが大きくなれば、無欠陥マージンが最も大きくなるギャップサイズでなくてもよい。例えば、図7に示す結果が得られた場合に、仮ギャップサイズよりも0.5mm小さいサイズを製造ギャップサイズとして決定したが、0.3mm小さいサイズを製造ギャップサイズとして決定してもよい。
In the manufacturing gap size determination step, the manufacturing gap size was determined based on the distance between each approximation line L S , L 1 , L 2 and the actual approximation line N. The manufacturing gap size may be determined based only on the comparison between the reference approximation line L S and the actual approximation line N without obtaining L 2 .
In the manufacturing gap size determination process, the first comparative approximation line L 1 was obtained based on the defect distribution when the gap size was 1 mm larger than the temporary gap size, but other sizes such as 0.5 mm or 2 mm from the temporary gap size were obtained. The first comparative approximation line L 1 may be obtained based on the defect distribution when the size is so large. The second comparative approximation line L 2 may be obtained in the same manner.
In the manufacturing gap size determination step, in addition to the first and second comparative approximation lines L1 and L2, the third and third based on the defect distribution when the gap size is larger than the temporary gap size by, for example, 2 mm and 2 mm smaller. A fourth comparative approximation line may be obtained, and the manufacturing gap size may be determined using the third and fourth comparative approximation lines as well.
In the manufacturing gap size determination process, the plot data used to create the approximation lines L S , L 1 , L 2 , N were not obtained, but only the plot data used to create the approximation lines L S , L 1 , L 2 , N were compared. The manufacturing gap size may be determined.
The manufacturing gap size does not have to be the gap size at which the defect-free margin is the largest, at least as long as the defect-free margin is larger than that at the time of manufacturing the silicon single crystal SM for evaluation. For example, when the result shown in FIG. 7 is obtained, a size 0.5 mm smaller than the temporary gap size is determined as the manufacturing gap size, but a size 0.3 mm smaller may be determined as the manufacturing gap size.

製造ギャップサイズ決定工程において、ディスク半径を横軸とし、リング幅をディスク半径で除したディスクリング比率を縦軸とした比較データに基づき製造ギャップサイズを決定したが、横軸、縦軸の指標として他の指標を用いてもよい。横軸と縦軸の指標の組み合わせとしては、ディスク半径とリング幅などが例示できる。 In the manufacturing gap size determination process, the manufacturing gap size was determined based on the comparison data with the disk radius as the horizontal axis and the disc ring ratio obtained by dividing the ring width by the disk radius as the vertical axis. Other indicators may be used. Examples of the combination of the indexes on the horizontal axis and the vertical axis include a disk radius and a ring width.

次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実験1]
上記実施形態における図7に基づき決定された製造ギャップサイズを用いて、リング状およびディスク状のOSF領域が存在するような、複数の評価用のシリコン単結晶SMを製造した。そして、この評価用のシリコン単結晶SMから得た複数のウェーハのディスク半径とディスクリング比率とを求め、これらの関係を図6に示すグラフにプロットした。
その結果を図9に示す。
[Experiment 1]
Using the production gap size determined based on FIG. 7 in the above embodiment, a plurality of evaluation silicon single crystal SMs having ring-shaped and disk-shaped OSF regions were produced. Then, the disc radii and the disc ring ratio of a plurality of wafers obtained from the silicon single crystal SM for this evaluation were obtained, and these relationships were plotted in the graph shown in FIG.
The results are shown in FIG.

図9に示すように、製造ギャップサイズで製造した評価用のシリコン単結晶SMの測定結果に基づく実績近似線N1が、仮ギャップサイズで製造した評価用のシリコン単結晶SMの実績近似線Nよりも、基準近似線LSに大きく近づいたことが確認できた。
このことから、上記シリコン単結晶SMの製造時におけるギャップサイズ決定方法で得られた製造ギャップサイズを製造工程で使用することで、無欠陥マージンを大きくした状態で製品用のシリコン単結晶SMを製造できることが確認できた。
As shown in FIG. 9, the actual approximation line N 1 based on the measurement result of the evaluation silicon single crystal SM manufactured with the manufacturing gap size is the actual approximation line N of the evaluation silicon single crystal SM manufactured with the temporary gap size. It was confirmed that the reference approximation line L S was much closer than that.
Therefore, by using the manufacturing gap size obtained by the method for determining the gap size at the time of manufacturing the silicon single crystal SM in the manufacturing process, a silicon single crystal SM for a product can be manufactured with a defect-free margin increased. I was able to confirm that it was possible.

[実験2]
〔実験例1〕
{比較例1}
ホットゾーンがAタイプの引き上げ装置1を前提にしたステップS11~S1の処理を行い、トップ領域、ミドル領域、ボトム領域ごとに仮ギャップサイズを特定し、この特定した仮ギャップサイズで比較例1のシリコン単結晶SMを製造した。比較例1のシリコン単結晶SMの引き上げ速度として、仮ギャップサイズを適用したシミュレーション結果における無欠陥マージン内の中央値を適用した。
この後、比較例1のシリコン単結晶SMのうち、無欠陥領域のみを有するシリコンウェーハ(製品ウェーハ)を得られる製品領域を特定した。このとき、直胴部SM1の長さ方向の複数の位置からシリコンウェーハを取得し、製品ウェーハで挟まれる領域を製品領域とし、欠陥領域であるOSF領域を有するシリコンウェーハ(不良品ウェーハ)で挟まれる領域を不良品領域とした。
そして、製品領域の重量を、坩堝22に投入したシリコン原料の重量で除した値を、比較例1の歩留まりとして求めた。
[Experiment 2]
[Experimental Example 1]
{Comparative Example 1}
The processing of steps S11 to S13 assuming that the hot zone is the A type pulling device 1 is performed, the temporary gap size is specified for each of the top region, the middle region, and the bottom region, and the specified temporary gap size is used as the comparative example 1. Silicon single crystal SM was manufactured. As the pulling speed of the silicon single crystal SM of Comparative Example 1, the median value within the defect-free margin in the simulation result to which the temporary gap size was applied was applied.
After that, among the silicon single crystal SMs of Comparative Example 1, a product region in which a silicon wafer (product wafer) having only a defect-free region can be obtained was specified. At this time, silicon wafers are acquired from a plurality of positions in the length direction of the straight body portion SM1, the region sandwiched by the product wafers is set as the product region, and the silicon wafers (defective wafers) having the OSF region, which is a defective region, are sandwiched. The area where the product is defective is defined as the defective product area.
Then, the value obtained by dividing the weight of the product area by the weight of the silicon raw material put into the crucible 22 was obtained as the yield of Comparative Example 1.

{実施例1}
比較例1のシリコン単結晶SMから得られた不良品ウェーハにおけるOSFの発生状況に基づき、ステップS1~S1の処理を行い、不良品ウェーハが得られた領域の製造ギャップサイズを決定した。そして、ホットゾーンがAタイプの引き上げ装置1を用いて、製造ギャップサイズで実施例1のシリコン単結晶SMを製造した。実施例1のシリコン単結晶SMの引き上げ速度として、比較例1と同じ速度を適用した。
この後、実施例1のシリコン単結晶SMの製品領域を特定し、比較例1と同様に、実施例1の歩留まりを求めた。
{Example 1}
Based on the generation status of OSF in the defective wafer obtained from the silicon single crystal SM of Comparative Example 1 , the treatments of steps S15 to S16 were performed, and the manufacturing gap size of the region where the defective wafer was obtained was determined. Then, the silicon single crystal SM of Example 1 was manufactured with a manufacturing gap size using the pulling device 1 having an A type hot zone. As the pulling speed of the silicon single crystal SM of Example 1, the same speed as that of Comparative Example 1 was applied.
After that, the product area of the silicon single crystal SM of Example 1 was specified, and the yield of Example 1 was determined in the same manner as in Comparative Example 1.

〔実験例2〕
{比較例2、実施例2}
ホットゾーンがAタイプの引き上げ装置1の代わりにBタイプの引き上げ装置1を用いたこと以外は、比較例1、実施例1とそれぞれ同様の処理を行うことで、比較例2、実施例2の歩留まりを求めた
[Experimental Example 2]
{Comparative Example 2, Example 2}
Comparative Example 2 and Example 2 were subjected to the same processing as in Comparative Example 1 and Example 1 except that the hot zone used the B type pulling device 1 instead of the A type pulling device 1. Asked for yield

〔評価〕
実施例1の歩留まりから比較例1の歩留まりを減じた値を、実験例1の歩留まり効果として求め、実施例2の歩留まりから比較例2の歩留まりを減じた値を、実験例2の歩留まり効果として求めた。その結果を、図10に示す。
〔evaluation〕
The value obtained by subtracting the yield of Comparative Example 1 from the yield of Example 1 was obtained as the yield effect of Experimental Example 1, and the value obtained by subtracting the yield of Comparative Example 2 from the yield of Example 2 was used as the yield effect of Experimental Example 2. I asked. The results are shown in FIG.

図10に示すように、実験例1,2のいずれにおいても、歩留まり効果が1%以上あったことが確認できた。
このことから、上記シリコン単結晶SMの製造時におけるギャップサイズ決定方法で得られた製造ギャップサイズを製造工程で使用することで、製品ウェーハを多く得られることが確認できた。
As shown in FIG. 10, it was confirmed that the yield effect was 1% or more in both Experimental Examples 1 and 2.
From this, it was confirmed that many product wafers can be obtained by using the manufacturing gap size obtained by the gap size determining method at the time of manufacturing the silicon single crystal SM in the manufacturing process.

1…引き上げ装置、22…坩堝、24…引き上げ部、25…熱遮蔽体、GP…ギャップ、M…シリコン融液、SM…シリコン単結晶。 1 ... Pulling device, 22 ... Crucible, 24 ... Pulling part, 25 ... Heat shield, GP ... Gap, M ... Silicon melt, SM ... Silicon single crystal.

Claims (7)

シリコン融液を収容する坩堝と、前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ部と、引き上げ中のシリコン単結晶を囲むように前記坩堝の上方に配置された熱遮蔽体とを備えた引き上げ装置を用いたシリコン単結晶の製造時における前記熱遮蔽体の下端と前記シリコン融液表面とのギャップサイズ決定方法であって、
前記ギャップサイズごとに、前記シリコン単結晶の欠陥分布と前記シリコン単結晶の引き上げ速度との関係を数値計算によるコンピュータシミュレーションでシミュレーションする工程と、
前記シミュレーションの結果に基づいて、無欠陥領域のみを有する前記シリコン単結晶が得られる引き上げ速度のマージンを特定する工程と、
特定された前記引き上げ速度のマージンと前記ギャップサイズとの関係に基づいて、前記引き上げ速度のマージンが最大となる仮ギャップサイズを特定し、前記仮ギャップサイズにおいて、前記シミュレーションで得られた欠陥分布を複数の引き上げ速度で引き上げた場合について数値化し、この欠陥分布の値と前ギャップサイズとの第1の関係を特定する工程と、
前記引き上げ装置を用いて製造された評価用のシリコン単結晶の欠陥分布を前記シミュレーションで得られた欠陥分布と同じ方法で数値化し、この欠陥分布の値と前記評価用のシリコン単結晶の製造時のギャップサイズとの第2の関係を特定する工程と、
前記第1の関係と前記第2の関係とに基づいて、前記評価用のシリコン単結晶の製造時の引き上げ速度のマージンを推定し、この推定した引き上げ速度のマージンよりも大きくなるようなギャップサイズを決定する工程とを実施することを特徴とするギャップサイズ決定方法。
A pulling device including a crucible for accommodating a silicon melt, a pulling portion for pulling a silicon single crystal from the silicon melt, and a heat shield arranged above the crucible so as to surround the silicon single crystal being pulled. A method for determining the gap size between the lower end of the heat shield and the surface of the silicon melt in the production of a silicon single crystal using the above method.
A process of simulating the relationship between the defect distribution of the silicon single crystal and the pulling speed of the silicon single crystal by computer simulation by numerical calculation for each gap size.
Based on the result of the simulation, the step of specifying the margin of the pulling speed at which the silicon single crystal having only the defect-free region is obtained, and
Based on the relationship between the specified pull-up speed margin and the gap size, the temporary gap size that maximizes the pull-up speed margin is specified, and the defect distribution obtained in the simulation is used in the temporary gap size. The process of quantifying the case of pulling up at a plurality of pulling speeds and specifying the first relationship between the value of this defect distribution and the temporary gap size, and
The defect distribution of the silicon single crystal for evaluation manufactured using the pulling device is quantified by the same method as the defect distribution obtained in the simulation, and the value of this defect distribution and the time of manufacturing the silicon single crystal for evaluation are manufactured. And the process of identifying the second relationship with the gap size of
Based on the first relationship and the second relationship, the margin of the pulling speed at the time of manufacturing the silicon single crystal for evaluation is estimated, and the gap size is larger than the estimated margin of the pulling speed. A method for determining a gap size, which comprises carrying out a step of determining.
請求項1に記載のギャップサイズ決定方法において、
前記シリコン単結晶から得られるウェーハ面内の円形状欠陥領域の半径およびリング状欠陥領域の幅、または、前記半径および前記幅に対応する単結晶半径方向の欠陥分布により、前記欠陥分布の数値化が行われることを特徴とするギャップサイズ決定方法。
In the gap size determination method according to claim 1,
The defect distribution is quantified by the radius of the circular defect region and the width of the ring-shaped defect region in the wafer surface obtained from the silicon single crystal, or the defect distribution in the single crystal radial direction corresponding to the radius and the width. A method of determining a gap size, characterized in that
請求項2に記載のギャップサイズ決定方法において、
前記欠陥分布を数値化した値が、無次元値であることを特徴とするギャップサイズ決定方法。
In the gap size determination method according to claim 2,
A method for determining a gap size, wherein the value obtained by quantifying the defect distribution is a dimensionless value.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のギャップサイズ決定方法において、
前記欠陥分布が、OSF領域の分布またはPv領域の分布であることを特徴とするギャップサイズ決定方法。
In the gap size determination method according to any one of claims 1 to 3.
A method for determining a gap size, wherein the defect distribution is a distribution in an OSF region or a distribution in a Pv region.
請求項4に記載のギャップサイズ決定方法において、
前記欠陥分布を数値化した値が、円形状OSF領域の半径とリング状OSF領域の幅との比、または、円形状Pv領域の半径とリング状Pv領域の幅との比であることを特徴とするギャップサイズ決定方法。
In the gap size determination method according to claim 4,
The value obtained by quantifying the defect distribution is the ratio between the radius of the circular OSF region and the width of the ring-shaped OSF region, or the ratio between the radius of the circular Pv region and the width of the ring-shaped Pv region. How to determine the gap size.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のギャップサイズ決定方法によって決定されたギャップサイズを用いてシリコン単結晶を製造することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 A method for producing a silicon single crystal, which comprises producing a silicon single crystal using the gap size determined by the gap size determining method according to any one of claims 1 to 5. 請求項6に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
前記ギャップサイズ決定方法は、前記引き上げ速度のマージンが最も大きくなるように前記ギャップサイズを決定することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
In the method for producing a silicon single crystal according to claim 6,
The method for determining a gap size is a method for producing a silicon single crystal, which comprises determining the gap size so that the margin of the pulling speed is maximized.
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