JP2010116271A - Growing method of silicon single crystal and silicon single crystal ingot - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a growing method of a silicon single crystal having very little oxygen deposit. <P>SOLUTION: The pulling of a silicon single crystal ingot is performed on condition that projections caused by defects including silicon oxide are not formed on the surface of an evaluation sample when the evaluation sample is cut out from the silicon single crystal ingot grown by a CZ method and without a COP and dislocation clusters and RIE is worked on an as-grown evaluation sample. As a minute oxygen deposit can be detected by the RIE, the silicon single crystal without the minute oxygen deposit is grown by performing the pulling on condition that the projections are not formed on the basis of evaluation by the RIE and then high quality silicon single crystal for a device influenced by the quality of the bulk of a wafer like an IGBT can be provided. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はシリコン単結晶の育成方法及びシリコン単結晶インゴットに関し、特に、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によって育成され、半導体デバイスの基板用として好適に用いられるシリコン単結晶の育成方法及びシリコン単結晶インゴットに関する。   The present invention relates to a method for growing a silicon single crystal and a silicon single crystal ingot, and in particular, a method for growing a silicon single crystal that is grown by the Czochralski method (CZ method) and is suitably used for a substrate of a semiconductor device. Regarding ingots.

チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する場合、その結晶に含まれる欠陥の種類や分布は、結晶の引上げ速度Ｖとシリコン単結晶内の成長方向の温度勾配Ｇの比に依存する。   When a silicon single crystal is grown by the Czochralski method, the type and distribution of defects contained in the crystal depend on the ratio of the crystal pulling speed V and the temperature gradient G in the growth direction in the silicon single crystal.

図４はＶ／Ｇと欠陥の種類及び分布との一般的な関係を示す図である。図４の引き上げ条件は、引き上げる単結晶の中心部が融点から１３７０℃までの温度域で、中心部における温度勾配をＧｃとし、外周部における温度勾配をＧｅとした場合、Ｇｃ／Ｇｅ＜１に設定されている。   FIG. 4 is a diagram showing a general relationship between V / G and the type and distribution of defects. The pulling conditions in FIG. 4 are as follows: Gc / Ge <1 when the central portion of the single crystal to be pulled is in the temperature range from the melting point to 1370 ° C., the temperature gradient at the center is Gc, and the temperature gradient at the outer periphery is Ge. Is set.

図４に示すように、Ｖ／Ｇが大きい場合は空孔が過剰となり、空孔の凝集体である微小ボイド（一般にＣＯＰ：Crystal Originated Particleと呼ばれている欠陥）が発生する。一方、Ｖ／Ｇが小さい場合は格子間シリコン原子が過剰となり、格子間シリコンの凝集体である転位クラスタが発生する。したがって、ＣＯＰも転位クラスタも含まない結晶を製造するには、Ｖ／Ｇが結晶の径方向と長さ方向で適切な範囲に入るように制御しなければならない。まず、結晶の径方向については、どの位置でも引上げ速度Ｖは一定であるので、温度勾配Ｇが所定の範囲に入るように単結晶引き上げ装置の炉内構造（ホット・ゾーン）を設計しなければならない。次に、結晶の長さ方向については、温度勾配Ｇは結晶の引き上げ長さに依存するので、Ｖ／Ｇを所定の範囲に保つ為には、結晶の長さ方向に引上げ速度Ｖあるいは温度勾配Ｇを変化させなければならない。現在は、直径３００ｍｍのシリコン単結晶でも、Ｖ／Ｇを制御することによって、ＣＯＰも転位クラスタも含まない結晶が量産されている。   As shown in FIG. 4, when V / G is large, vacancies become excessive, and microvoids (generally called COP: Crystal Originated Particles) that are aggregates of vacancies are generated. On the other hand, when V / G is small, interstitial silicon atoms become excessive, and dislocation clusters, which are aggregates of interstitial silicon, are generated. Therefore, in order to produce a crystal containing neither COP nor dislocation clusters, it is necessary to control V / G so as to fall within an appropriate range in the crystal radial direction and length direction. First, since the pulling speed V is constant at any position in the radial direction of the crystal, the furnace structure (hot zone) of the single crystal pulling apparatus must be designed so that the temperature gradient G falls within a predetermined range. Don't be. Next, with respect to the length direction of the crystal, the temperature gradient G depends on the pulling length of the crystal. Therefore, in order to keep V / G within a predetermined range, the pulling speed V or the temperature gradient in the length direction of the crystal. G must be changed. At present, even a silicon single crystal having a diameter of 300 mm has been mass-produced by controlling V / G and containing neither COP nor dislocation clusters.

上記のように、Ｖ／Ｇを制御して引き上げたＣＯＰと転位クラスタを含まないシリコンウェーハが量産され、電子デバイスの製造に使われている。しかし、これらのウェーハは決して全面が均質ではなく、熱処理された場合の挙動が異なる複数の領域を含んでいる。図４に示すように、ＣＯＰが発生する領域と転位クラスタが発生する領域の間には、Ｖ／Ｇが大きい方から順に、ＯＳＦ領域、Ｐｖ領域、Ｐｉ領域の三つの領域が存在する。ＯＳＦ領域とは、as-grown状態（結晶成長後に何の熱処理も行っていない状態）で板状酸素析出物（ＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking Fault）核）を含んでおり、高温（一般的には１０００℃から１２００℃）で熱酸化した場合にＯＳＦが発生する領域である。Ｐｖ領域とは、as-grown状態で酸素析出核を含んでおり、低温及び高温（例えば、８００℃と１０００℃）の２段階の熱処理を施した場合に酸素析出物が発生し易い領域である。Ｐｉ領域とは、as-grown状態で殆ど酸素析出核を含んでおらず、熱処理を施されても酸素析出物が発生し難い領域である。   As described above, COPs pulled by controlling V / G and silicon wafers that do not contain dislocation clusters are mass-produced and used for manufacturing electronic devices. However, these wafers are never uniform over the entire surface, and include a plurality of regions that behave differently when heat-treated. As shown in FIG. 4, there are three regions, an OSF region, a Pv region, and a Pi region, in descending order of V / G, between the region where COP occurs and the region where dislocation clusters occur. The OSF region includes plate-like oxygen precipitates (OSF (Oxidation Induced Stacking Fault) nuclei) in an as-grown state (a state in which no heat treatment is performed after crystal growth), and has a high temperature (generally 1000). This is a region where OSF is generated when thermal oxidation is carried out at a temperature of from ℃ to 1200 ℃. The Pv region is an area where oxygen precipitate nuclei are contained in an as-grown state, and oxygen precipitates are likely to be generated when two-stage heat treatment is performed at low and high temperatures (for example, 800 ° C. and 1000 ° C.). . The Pi region is a region that hardly contains oxygen precipitation nuclei in an as-grown state and hardly generates oxygen precipitates even when heat treatment is performed.

ＣＯＰが発生し始めるＶ／Ｇと転位クラスタが発生し始めるＶ／Ｇの差は極めて小さいので、ＣＯＰも転位クラスタも含まない結晶を製造するには、引上げ速度Ｖの厳密な管理が必要である。しかしながら、目標通りの引上げ速度Ｖで結晶を引き上げても、種々の要因からＣＯＰや転位クラスタが発生する場合がある。これは、下記の理由による。   Since the difference between V / G at which COP begins to occur and V / G at which dislocation clusters begin to occur is very small, strict control of pulling rate V is necessary to produce a crystal that does not contain COP or dislocation clusters. . However, even if the crystal is pulled at the target pulling speed V, COP and dislocation clusters may occur due to various factors. This is due to the following reason.

ＣＺ炉は、カーボンヒータ、断熱材、カーボンルツボ等の部材から構成されている。これらの部材は、数十回から数百回の引き上げに亘って継続的に使用される。また、これらの部材は、シリコン融液の蒸気や液滴との反応、シリコン融液及びカーボンから発生したガスとの反応、石英ルツボの反応等で、経時的に変質、減肉し、ＣＺ炉内のホット・ゾーンの熱的特性も経時的に変化する。このようなホット・ゾーンの経時変化が起きると、温度勾配Ｇが変化するため、目標通りの引上げ速度Ｖで結晶を引き上げてもＶ／Ｇが設計値からずれてしまう。このような理由から、目標通りの引上げ速度Ｖで結晶を引き上げてもＣＯＰや転位クラスタが発生するのである。   The CZ furnace is composed of members such as a carbon heater, a heat insulating material, and a carbon crucible. These members are continuously used over several tens to hundreds of times. In addition, these members are deteriorated and thinned over time by reaction with silicon melt vapor or droplets, reaction with silicon melt and gas generated from carbon, reaction of quartz crucible, etc. The thermal properties of the inner hot zone also change over time. When such a time-dependent change of the hot zone occurs, the temperature gradient G changes, so that V / G deviates from the design value even if the crystal is pulled at the target pulling speed V. For this reason, COP and dislocation clusters are generated even when the crystal is pulled at the pulling speed V as intended.

したがって、目標とするＶ／Ｇを実現するためには、ホット・ゾーンの経時変化に応じて引き上げ速度Ｖのプロファイルを変更する必要がある。   Therefore, in order to realize the target V / G, it is necessary to change the profile of the pulling-up speed V in accordance with the change with time of the hot zone.

従来は、ＯＳＦ領域を含むように引き上げ速度プロファイルを設定し、引き上げた結晶から切り出したサンプルにＣｕ（銅）デコレーションやＯＳＦ評価のための熱処理を行ってＯＳＦ領域の広さを評価し、その広さに基づいて後続の引き上げの速度プロファイルを調整していた（特許文献１、２参照）。すなわち、ＯＳＦ領域が広ければＣＺ炉はＶ／Ｇが大きくなる（Ｇが小さくなる）方向に変化しているので後続の引き上げでは引上げ速度Ｖを低めに設定し、逆に、ＯＳＦ領域が狭ければＣＺ炉はＶ／Ｇが小さくなる（Ｇが大きくなる）方向に変化しているので後続の引き上げでは引上げ速度Ｖを高めに設定していた。   Conventionally, a pulling speed profile is set so as to include the OSF region, and a sample cut out from the pulled crystal is subjected to Cu (copper) decoration or heat treatment for OSF evaluation to evaluate the width of the OSF region. Based on this, the speed profile of the subsequent pulling was adjusted (see Patent Documents 1 and 2). That is, if the OSF region is wide, the CZ furnace changes in a direction in which V / G increases (G decreases). Therefore, the pulling speed V is set lower in subsequent pulling, and conversely, the OSF region is narrowed. For example, in the CZ furnace, V / G is changed in the direction of decreasing (G is increased), so that the pulling speed V is set to be high in the subsequent pulling.

これらの方法は、ＯＳＦ領域の広さや位置を指標として後続の引き上げの速度プロファイルを調整する方法なので、製品として出荷されるウェーハにも必然的にＯＳＦ領域が含まれる。今のところ、ＯＳＦ領域は電子デバイスに影響を与えていないようである。しかし、ＯＳＦ領域は、as-grown状態でもＯＳＦの核、すなわち、板状の酸素析出物を含む領域であるので、将来の電子デバイスではその特性を劣化させる原因となる可能性が高い。従って、今後は、ＯＳＦ領域の広さを引上げ速度調整の指標とせずに、ＯＳＦ領域を含まない結晶を安定的に引き上げる方法を開発することが必要であると考えられる。   Since these methods adjust the speed profile of subsequent pulling using the size and position of the OSF region as an index, the wafers shipped as products necessarily include the OSF region. So far, the OSF region does not seem to affect the electronic device. However, since the OSF region is a region containing OSF nuclei, that is, plate-like oxygen precipitates even in the as-grown state, it is highly likely to cause deterioration in the characteristics of future electronic devices. Therefore, in the future, it is considered necessary to develop a method for stably pulling up a crystal not including the OSF region without using the width of the OSF region as an index for adjusting the pulling rate.

ＯＳＦ領域を引上げ速度調整の指標としない方法として、シリコンの弾性定数の極低温化に伴う減少（ソフト化）の大きさから、結晶中の空孔濃度を推定して後続の引き上げの速度プロファイルを調整する方法が提案されている（特許文献３参照）。しかしながら、この方法を実施するには、シリコン単結晶から切り出したウェーハに、加工歪みを除去する為のエッチングを施し、薄膜振動子となるＺｎＯやＡｌＮを蒸着し、外部磁場を必要に応じて印加した状態で、２５Ｋ（−２４８℃）以下の温度域で冷却しながら、超音波パルスを伝播させ、伝播した超音波パルスの音速変化を検出し、この音速変化から、冷却温度の低下に伴う弾性定数の減少量を算出し、この算出した弾性定数の減少量からシリコンウェーハ中に存在する空孔濃度を評価する、といった手順を踏まなければならない。このため、高価な評価設備と複雑な手順が必要となり、シリコン単結晶の製造工程でのルーチン的な検査には到底適用出来ない。   As a method that does not use the OSF region as an index for adjusting the pulling speed, the vacancy concentration in the crystal is estimated from the magnitude of the decrease (softening) of the elastic constant of silicon accompanying the cryogenic temperature, and the speed profile of the subsequent pulling is calculated. A method of adjusting has been proposed (see Patent Document 3). However, in order to implement this method, a wafer cut out from a silicon single crystal is etched to remove processing strain, ZnO or AlN to be a thin film vibrator is deposited, and an external magnetic field is applied as necessary. In this state, while cooling in a temperature range of 25K (−248 ° C.) or lower, an ultrasonic pulse is propagated, and a change in the sound speed of the propagated ultrasonic pulse is detected. From this change in sound speed, elasticity accompanying a decrease in cooling temperature is detected. It is necessary to take a procedure such as calculating the amount of decrease of the constant and evaluating the concentration of vacancies existing in the silicon wafer from the calculated amount of decrease of the elastic constant. For this reason, expensive evaluation equipment and complicated procedures are required, and it cannot be applied to routine inspection in the manufacturing process of silicon single crystals.

シリコン単結晶中の結晶欠陥を検出する方法として様々な原理に基づく評価方法が提案されている。昔から行われている湿式の選択エッチング法は、シリコンに対して酸化作用を持つ物質と酸化物を溶解する作用を持つ物質の混合液にサンプルを浸漬して結晶欠陥をエッチングされた表面の凹凸（多くの場合はエッチピット）として顕在化する方法である。酸化作用を持つ物質としては硝酸やクロム酸などが用いられ、酸化物を溶解する作用を持つ物質としてはふっ酸が用いられている。用いられる化学物質の種類とその混合比によって、正常なシリコン／欠陥の選択比が異なり、感度や検出可能な欠陥の種類が異なる。湿式の選択エッチング法は、他の方法に比べて感度は低いが、簡便であるので、現在でも結晶欠陥評価に用いられている。代表的なエッチング液として、いずれも考案者の名前を冠した、ライト液、セコ液、ダッシュ液などを挙げることができる。   Evaluation methods based on various principles have been proposed as methods for detecting crystal defects in a silicon single crystal. The wet selective etching method, which has been used for a long time, is an uneven surface on which crystal defects are etched by immersing a sample in a mixed solution of a substance that has an oxidizing action on silicon and a substance that dissolves the oxide. It is a method that manifests as (in many cases etch pits). Nitric acid, chromic acid or the like is used as a substance having an oxidizing action, and hydrofluoric acid is used as a substance having an action of dissolving an oxide. Depending on the type of chemical substance used and its mixing ratio, the normal silicon / defect selection ratio differs, and the sensitivity and the types of detectable defects differ. The wet selective etching method has a lower sensitivity than other methods, but is simple and is still used for evaluating crystal defects. As typical etching liquids, light liquid, seco liquid, dash liquid, etc., all named after the inventor, can be mentioned.

１９９０年代から一般的に用いられるようになった赤外トモグラフィー法は、シリコンと欠陥の屈折率の違いを利用した方法である。赤外線はシリコンを透過するので、ウェーハ内部の欠陥を評価することが出来る。この方法は、湿式の選択エッチング法に比べて、酸素析出物やＣＯＰに対する感度が高いのが特長である。   The infrared tomography method that has been generally used since the 1990s is a method that utilizes the difference in refractive index between silicon and defects. Since infrared rays pass through silicon, defects inside the wafer can be evaluated. This method is characterized by higher sensitivity to oxygen precipitates and COP than the wet selective etching method.

また、特許文献４，５には、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching: RIE）を利用した欠陥検出方法が記載されている。この方法は、熱処理によりＢＭＤなどの酸素析出物を顕在化させた後、Ｓｉ／ＳｉＯ_２の選択比が高い条件でサンプルに対してＲＩＥを行う方法である。これにより、酸素析出物（ＳｉＯ_２）がエッチングされずに、突起として顕在化する。Ｓｉ／ＳｉＯ_２の選択比が高い条件を選べば、赤外トモグラフィー法よりも高感度な欠陥評価が可能だと報告されている。
特開２００５−１９４１８６号公報 国際公開第９９／４０２４３号パンフレット 特開２００７−２６１９３５号公報 特開２０００−５８５０９号公報 特開２００７−１２３５４２号公報 Patent Documents 4 and 5 describe a defect detection method using reactive ion etching (RIE). This method is a method in which RIE is performed on a sample under a condition with a high Si / SiO ₂ selection ratio after revealing oxygen precipitates such as BMD by heat treatment. As a result, oxygen precipitates (SiO ₂ ) are not etched but are manifested as protrusions. It has been reported that if conditions with a high Si / SiO ₂ selection ratio are selected, defect evaluation with higher sensitivity than infrared tomography is possible.
JP 2005-194186 A International Publication No. 99/40243 Pamphlet JP 2007-261935 A JP 2000-58509 A JP 2007-123542 A

これまで、酸素析出物密度を高密度に形成したゲッタリング能力に優れるウェーハの提供が強く求められてきた。しかしながら、酸素析出物はいわゆる結晶欠陥の一種であり、デバイスが形成されるウェーハ表層部に酸素析出物が存在するとデバイス不良をもたらす要因となる。このため、従来から、酸素析出物を有するシリコンウェーハに高温熱処理を施して、デバイスが形成されるウェーハ表層部に存在する酸素析出物を消滅させたアニールウェーハや、酸素析出物を有するウェーハの表面にエピタキシャル膜を形成したエピタキシャルシリコンウェーハなどが開発されている。しかしながら、いずれもウェーハに対して新たな工程を付加するプロセスであって、生産性が低下し、製造コストが上昇するという、根本的な問題がある。   Until now, it has been strongly demanded to provide a wafer excellent in gettering ability in which the density of oxygen precipitates is high. However, oxygen precipitates are a kind of so-called crystal defects, and if oxygen precipitates are present on the surface layer of a wafer where devices are formed, they cause a device failure. For this reason, conventionally, an annealed wafer in which a silicon wafer having oxygen precipitates is subjected to high-temperature heat treatment to eliminate oxygen precipitates existing on the surface layer of the wafer where devices are formed, and the surface of a wafer having oxygen precipitates. An epitaxial silicon wafer having an epitaxial film formed thereon has been developed. However, both are processes for adding a new process to a wafer, and there is a fundamental problem that productivity is lowered and manufacturing cost is increased.

近年、絶縁ゲートバイポーラトランジスター（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）の開発などが進められている。ＩＧＢＴは、メモリ等のＬＳＩのようにウェーハの表面近傍だけを横方向に使う素子ではなく、ウェーハを縦方向（ウェーハ厚み方向）に使う素子なので、その特性はウェーハのバルクの品質に影響される。このため、ウェーハ表層部の酸素析出物だけではなく、ウェーハ内部の酸素析出物も縮小・低減化を図る必要がでてきた。また、ＩＧＢＴ用ウェーハに限らず、近年、デバイスにおけるクリーン化が進み不純物汚染の危険性も大幅に低減されたことにより、ウェーハに要求される品質としてゲッタリング能力を不問とし、ＣＯＰ、転位クラスタに限らず、結晶欠陥の一種である酸素析出物さえも限りなく低減させたウェーハが次世代ウェーハとして今後要求されることが予想される。   In recent years, development of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) has been promoted. The IGBT is not an element that uses only the vicinity of the wafer surface in the horizontal direction like an LSI such as a memory, but an element that uses the wafer in the vertical direction (wafer thickness direction), so its characteristics are affected by the bulk quality of the wafer. . For this reason, it has become necessary to reduce and reduce not only oxygen precipitates on the wafer surface layer but also oxygen precipitates inside the wafer. In addition to IGBT wafers, in recent years, devices have become cleaner and the risk of impurity contamination has been greatly reduced, making the gettering ability unquestioned as a quality required for wafers, and COP and dislocation clusters. Not limited to this, it is expected that a wafer in which even oxygen precipitates, which are a kind of crystal defects, are reduced as much as possible will be required in the future.

一般的に、ウェーハ中の酸素析出物を低減するには、結晶中の酸素濃度を低下させることにより低減することができる。現状、磁場を印加するＭＣＺ法（Magnetic-field-applied Czochralski Method）を採用し、ルツボ回転速度や結晶回転速度などを調整することにより、酸素濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３までの低酸素シリコン単結晶インゴットの作成が可能である（本明細書で記載する酸素濃度は全てＡＳＴＭ Ｆ−１２１（１９７９）に規格されたフーリエ変換赤外分光光度法による測定値である。）。 Generally, in order to reduce oxygen precipitates in a wafer, it can be reduced by reducing the oxygen concentration in the crystal. At present, low oxygen silicon with oxygen concentration up to 3 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ by adopting MCZ method (Magnetic-field-applied Czochralski Method) applying magnetic field and adjusting crucible rotation speed, crystal rotation speed, etc. Single crystal ingots can be produced (all oxygen concentrations described herein are measured by Fourier transform infrared spectrophotometry standardized by ASTM F-121 (1979)).

しかしながら、酸素析出物が少なく、かつ空孔凝集空洞欠陥（ＣＯＰ）および転位クラスタが存在しない無欠陥領域からなるシリコン単結晶を育成する場合、酸素析出が活性な結晶領域（Ｐｖ領域）をできる限り排除する必要があるが、結晶中の酸素濃度低下によりＰｖ領域における酸素析出が低下し、Ｐｖ領域とＰｉ領域における酸素析出物分布の差が極めて小さくなってしまう。このため、これまで実施されている酸素析出物評価熱処理（低温、高温の２ｓｔｅｐ熱処理）による欠陥分布評価では、Ｐｖ領域とＰｉ領域の境界判別が困難となる。   However, when growing a silicon single crystal consisting of a defect-free region with few oxygen precipitates and no vacancy-aggregated cavity defects (COP) and dislocation clusters, a crystal region (Pv region) where oxygen precipitation is active is as much as possible. Although it is necessary to eliminate, oxygen precipitation in the Pv region is reduced due to a decrease in oxygen concentration in the crystal, and the difference in oxygen precipitate distribution between the Pv region and the Pi region becomes extremely small. For this reason, it is difficult to determine the boundary between the Pv region and the Pi region in the defect distribution evaluation performed by the oxygen precipitate evaluation heat treatment (low-temperature, high-temperature two-step heat treatment) performed so far.

また、酸素析出物評価熱処理は、通常、酸化雰囲気中で、低温熱処理（８００℃×４時間）と高温熱処理（１０００℃×１６時間）の２段階熱処理が実施され、この熱処理により結晶内の酸素析出核を成長させて酸素析出物として顕在化させることにより光学顕微鏡などでその密度分布を評価するものである。しかしこの評価方法では微小な酸素析出核までも顕在化することはできないし、顕在化する酸素析出物の密度やサイズは酸素濃度にも依存する。また、高温熱処理を長時間受けることによって、結晶内に存在するサイズの小さな酸素析出核を消滅させてしまう可能性もある。従って、酸素析出物評価熱処理による欠陥分布評価では、微小な酸素析出物が結晶内に存在する危険性が高く、微小酸素析出物が存在する結晶領域を排除したシリコン単結晶の育成は困難であった。   In addition, the heat treatment for evaluating oxygen precipitates is normally performed in an oxidizing atmosphere by two-stage heat treatment (low temperature heat treatment (800 ° C. × 4 hours) and high temperature heat treatment (1000 ° C. × 16 hours)). The density distribution is evaluated with an optical microscope or the like by growing the precipitation nuclei and revealing them as oxygen precipitates. However, this evaluation method cannot reveal even minute oxygen precipitation nuclei, and the density and size of the oxygen precipitates that are manifested also depend on the oxygen concentration. In addition, when subjected to high-temperature heat treatment for a long time, oxygen precipitate nuclei having a small size existing in the crystal may be extinguished. Therefore, in the defect distribution evaluation by the oxygen precipitate evaluation heat treatment, there is a high risk that minute oxygen precipitates exist in the crystal, and it is difficult to grow a silicon single crystal excluding the crystal region where the minute oxygen precipitates exist. It was.

一方、評価用試料の表面を銅で汚染し、８００〜１０００℃で３〜２０時間の熱処理によって銅を試料内に拡散させることにより結晶表面の欠陥を顕在化させる銅デコレーション法は、結晶欠陥を高感度に検出できる手法として有用ではあるものの、高温熱処理を伴うため、酸素析出物評価熱処理と同様に微小酸素析出核を消滅させてしまう可能性がある。また、複数の長時間熱処理が必要であるため、その評価に多大な時間を要してしまい、評価結果を単結晶育成条件にフィードバックするまでのタイムラグが大きくなってしまう。   On the other hand, the copper decoration method in which the surface of the sample for evaluation is contaminated with copper and the defects on the crystal surface are revealed by diffusing copper into the sample by heat treatment at 800 to 1000 ° C. for 3 to 20 hours. Although useful as a technique that can be detected with high sensitivity, it is accompanied by high-temperature heat treatment, and therefore, there is a possibility that minute oxygen precipitation nuclei may disappear as in the case of oxygen precipitate evaluation heat treatment. In addition, since a plurality of long-time heat treatments are required, it takes a long time for the evaluation, and the time lag until the evaluation result is fed back to the single crystal growth conditions is increased.

これに対し、特許文献４に記載されたＲＩＥ法によれば、微小な酸素析出物の検出が可能であるが、特許文献４には、熱処理によって顕在化させたＢＭＤなどの酸素析出物の評価が可能であると報告されているに止まり、as-grown状態のシリコンウェーハに対する評価については述べられていない。特許文献４が出願された当時の技術水準では、as-grown状態のシリコンウェーハに含まれる欠陥として問題視されていたのはＯＳＦ核だけであり、ＯＳＦ核は熱酸化によって容易に顕在化することから、これをas-grown状態で検出する意義は無かったものと考えられる。また、特許文献４が出願された当時の技術水準では、Ｐｖ領域がas-grown状態で酸素析出核を含んでいるか否かも不明であった。   On the other hand, according to the RIE method described in Patent Document 4, it is possible to detect minute oxygen precipitates. However, Patent Document 4 describes the evaluation of oxygen precipitates such as BMD that are manifested by heat treatment. However, the evaluation of as-grown silicon wafers is not described. In the state of the art at the time when Patent Document 4 was filed, only the OSF nucleus was regarded as a defect included in the silicon wafer in the as-grown state, and the OSF nucleus is easily manifested by thermal oxidation. Therefore, it is considered that there was no significance in detecting this in the as-grown state. Further, at the time of the application of Patent Document 4, it was unclear whether the Pv region contained an oxygen precipitation nucleus in the as-grown state.

また、特許文献５には、ＯＳＦ核をＲＩＥ法によって顕在化させることができると記載されているが、Ｐｖ領域に含まれる酸素析出物のように、ＯＳＦ核よりもさらに微小な酸素析出物に対してＲＩＥ法が有効であるか否かは述べられていない。これは、Ｐｖ領域に含まれる酸素析出物はゲッタサイトとして通常必要なものであり、特許文献５においてこれを排除する必然性がないためであると考えられる。   Patent Document 5 describes that OSF nuclei can be manifested by the RIE method. However, as in the case of oxygen precipitates contained in the Pv region, oxygen precipitates that are even finer than OSF nuclei are disclosed. On the other hand, whether or not the RIE method is effective is not described. This is considered to be because the oxygen precipitates contained in the Pv region are normally required as getter sites and are not necessarily excluded in Patent Document 5.

しかしながら、本発明者らは、ＩＧＢＴなどの垂直シリコンデバイスなどを考慮すると、Ｐｖ領域に含まれる微小な酸素析出物でさえも特性上問題となり得ると考え、このような微小酸素析出物を効率よく評価し、ひいてはこれを排除する必要があるとの結論に達した。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、熱処理など時間のかかる工程を経ることなくas-grown状態での評価によって、酸素析出物の非常に少ないシリコン単結晶を育成する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、このようにして育成されたシリコン単結晶インゴットを提供することを目的とする。   However, when considering vertical silicon devices such as IGBTs, the present inventors believe that even minute oxygen precipitates contained in the Pv region can be problematic in characteristics, and such minute oxygen precipitates can be efficiently used. It was concluded that it was necessary to evaluate and thus eliminate it. The present invention has been made in view of the above circumstances, and a method for growing a silicon single crystal with very little oxygen precipitates by evaluation in an as-grown state without going through a time-consuming process such as heat treatment. The purpose is to provide. Another object of the present invention is to provide a silicon single crystal ingot grown in this manner.

本発明者らは、as-grown状態のシリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施した場合に、どのような欠陥を顕在化させることができるか鋭意研究を行った。その結果、as-grown状態のシリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施すと、ＣＯＰやＯＳＦ核だけでなく、酸素析出物評価熱処理では検出されない微小酸素析出物をも検出可能であることを見いだした。したがって、反応性イオンエッチングによって微小酸素析出物の評価を行えば、このような微小酸素析出物をも含まないシリコン単結晶を育成することが可能であると考えられる。   The present inventors have intensively studied what kinds of defects can be revealed when reactive ion etching is performed on a silicon wafer in an as-grown state. As a result, when reactive ion etching was performed on an as-grown silicon wafer, it was found that not only COP and OSF nuclei but also minute oxygen precipitates that could not be detected by the oxygen precipitate evaluation heat treatment could be detected. It was. Therefore, it is considered possible to grow a silicon single crystal that does not contain such minute oxygen precipitates by evaluating the minute oxygen precipitates by reactive ion etching.

本発明によるシリコン単結晶の育成方法は、このような技術的知見に基づき成されたものであって、チョクラルスキー法により育成された空孔凝集空洞欠陥（ＣＯＰ）及び転位クラスタを含まないシリコン単結晶インゴットから評価用試料を切り出し、as-grown状態の評価用試料に反応性イオンエッチングを施した場合に、酸化シリコンを含む欠陥を起因とした突起物が評価用試料の表面に形成されない条件で、シリコン単結晶インゴットの引き上げを行うことを特徴とする。   The silicon single crystal growth method according to the present invention is based on such technical knowledge, and does not include void-aggregated cavity defects (COP) and dislocation clusters grown by the Czochralski method. Condition in which protrusions due to defects including silicon oxide are not formed on the surface of the evaluation sample when the evaluation sample is cut out from the single crystal ingot and reactive ion etching is performed on the evaluation sample in the as-grown state. Then, the silicon single crystal ingot is pulled up.

本発明によれば、反応性イオンエッチングによる評価で突起物が形成されない条件にて引き上げを行っていることから、微小酸素析出物を含まないシリコン単結晶を育成することが可能となる。このため、ＩＧＢＴのように、ウェーハのバルクの品質に影響されるデバイス用の高品質なシリコン単結晶を提供することが可能となる。すなわち、ＣＯＰおよび転位クラスタが存在しないシリコン単結晶インゴットであって、このインゴットを径方向に切断して切り出したas-grown状態のウェーハに反応性イオンエッチングを施した場合に、酸化シリコンを含む欠陥を起因とした突起物が形成されない結晶領域で構成されているシリコン単結晶インゴットを提供することが可能となる。   According to the present invention, since the pulling is performed under the condition that no projection is formed in the evaluation by reactive ion etching, it becomes possible to grow a silicon single crystal that does not contain minute oxygen precipitates. For this reason, it becomes possible to provide a high-quality silicon single crystal for a device that is affected by the quality of the wafer bulk, such as an IGBT. That is, a silicon single crystal ingot in which COP and dislocation clusters do not exist, and when reactive ion etching is performed on an as-grown wafer cut by cutting this ingot in the radial direction, defects containing silicon oxide It is possible to provide a silicon single crystal ingot composed of a crystal region in which no protrusion is formed due to the above.

本発明においては、シリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、シリコン単結晶インゴットから評価用試料を切り出す切り出し工程と、as-grown状態の評価用試料に対して反応性イオンエッチングを施すことにより、酸化シリコンを含む欠陥を突起物として顕在化させる評価工程と、評価工程にて顕在化された突起物の発生領域に基づいて、後続の育成工程における育成条件を調整するフィードバック工程とを含み、これによって、突起物が評価用試料の表面に形成されない条件でシリコン単結晶インゴットの引き上げを行うことが好ましい。これによれば、ホット・ゾーンの経時変化に応じて後続の育成工程における育成条件が調整されることから、微小酸素析出物を含まないシリコン単結晶を量産することが可能となる。   In the present invention, a growing step of growing a silicon single crystal ingot, a cutting out step of cutting out an evaluation sample from the silicon single crystal ingot, and by performing reactive ion etching on the as-grown state evaluation sample, Including an evaluation step for exposing defects including silicon oxide as protrusions, and a feedback step for adjusting the growth conditions in the subsequent growth step based on the generation region of the protrusions revealed in the evaluation step. Therefore, it is preferable to pull up the silicon single crystal ingot under the condition that no projection is formed on the surface of the evaluation sample. According to this, since the growth conditions in the subsequent growth process are adjusted in accordance with the change of the hot zone with time, it becomes possible to mass-produce silicon single crystals that do not contain minute oxygen precipitates.

育成工程においては、中心部における温度勾配をＧｃとし、外周部における温度勾配をＧｅとした場合に、Ｇｃ／Ｇｅ≧１となる条件で前記シリコン単結晶インゴットを育成することが好ましい。これによれば、微小酸素析出物を含まない結晶領域を径方向全域に拡大することができ、微小酸素析出物を含まないシリコン単結晶の歩留まりを高めることが可能となる。   In the growth step, it is preferable to grow the silicon single crystal ingot under the condition of Gc / Ge ≧ 1, where Gc is the temperature gradient at the center and Ge is the temperature gradient at the outer periphery. According to this, it is possible to expand the crystal region that does not include the minute oxygen precipitates in the entire radial direction, and it is possible to increase the yield of the silicon single crystal that does not include the minute oxygen precipitates.

評価工程において突起物が発生しない領域には、酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）が存在しないことが好ましい。これによれば、より高品質なシリコン単結晶を提供することが可能となる。   It is preferable that an oxidation-induced stacking fault (OSF) does not exist in a region where no protrusion is generated in the evaluation process. According to this, it becomes possible to provide a higher quality silicon single crystal.

本発明においては、シリコン単結晶中の酸素濃度が９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。これによれば、酸素析出物の発生を効果的に抑制することが可能となる。 In the present invention, the oxygen concentration in the silicon single crystal is preferably 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less. According to this, generation of oxygen precipitates can be effectively suppressed.

評価用試料は、単結晶インゴットを径方向あるいは軸方向に切断して作成されたものであることが好ましい。単結晶インゴットを径方向に切断した評価用試料を用いる場合には、結晶引上げ軸方向に間隔をおいて複数枚のサンプルを切り出すことで、結晶引上げ軸方向の欠陥分布の変化を確認することができる。一方、単結晶インゴットを軸方向に切断した評価用試料を用いる場合には、軸方向に連続した複数枚のサンプルを作成することで、結晶引上げ軸方向の欠陥分布を確認することができる。   The sample for evaluation is preferably prepared by cutting a single crystal ingot in the radial direction or the axial direction. When using a sample for evaluation obtained by cutting a single crystal ingot in the radial direction, it is possible to confirm a change in the defect distribution in the crystal pulling axis direction by cutting a plurality of samples at intervals in the crystal pulling axis direction. it can. On the other hand, when an evaluation sample obtained by cutting a single crystal ingot in the axial direction is used, the defect distribution in the crystal pulling axial direction can be confirmed by creating a plurality of samples that are continuous in the axial direction.

このように、本発明のシリコン単結晶の育成方法によれば、欠陥を顕在化させるための熱処理や、シリコンの弾性定数の極低温化に伴う減少量の測定など、時間のかかる処理を行うことなく、微小酸素析出物を含まない高品質なシリコン単結晶を育成することが可能となる。   As described above, according to the method for growing a silicon single crystal of the present invention, a time-consuming process such as a heat treatment for revealing defects and a measurement of a decrease amount due to a cryogenic temperature reduction of the elastic constant of silicon is performed. Therefore, it is possible to grow a high-quality silicon single crystal that does not contain minute oxygen precipitates.

また、本発明のシリコン単結晶インゴットは、ＣＯＰや転位クラスタのみならず、微小酸素析出物をも含まないシリコン単結晶インゴットであり、これからウェーハを切り出すことにより、表層およびバルク全域に亘って各種欠陥を含まない高品位なシリコンウェーハを提供することができる。   In addition, the silicon single crystal ingot of the present invention is a silicon single crystal ingot that contains not only COP and dislocation clusters but also fine oxygen precipitates. By cutting a wafer from this, various defects can be observed over the entire surface layer and bulk. It is possible to provide a high-quality silicon wafer that does not contain any of the above.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明の好ましい実施形態によるシリコン単結晶の育成方法に適用可能な引き上げ装置の構成を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a pulling apparatus applicable to a method for growing a silicon single crystal according to a preferred embodiment of the present invention.

図１に示すシリコン単結晶引き上げ装置１０は、チャンバー１１と、チャンバー１１の底部中央を貫通して鉛直方向に設けられた支持回転軸１２と、支持回転軸１２の上端部に固定されたグラファイトサセプタ１３と、グラファイトサセプタ１３内に収容された石英るつぼ１４と、グラファイトサセプタ１３の周囲に設けられたヒーター１５と、支持回転軸１２を昇降及び回転させるための支持軸駆動機構１６と、種結晶を保持するシードチャック１７と、シードチャック１７を吊設する引き上げワイヤー１８と、ワイヤー１８を巻き取るためのワイヤー巻き取り機構１９と、ヒーター１５及び石英るつぼ１４からの輻射熱によるシリコン単結晶インゴット２０の加熱を防止すると共にシリコン融液２１の温度変動を抑制するための熱遮蔽部材２２と、各部を制御する制御装置２３とを備えている。   A silicon single crystal pulling apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a chamber 11, a support rotary shaft 12 that passes through the center of the bottom of the chamber 11 and is provided in the vertical direction, and a graphite susceptor fixed to the upper end of the support rotary shaft 12. 13, a quartz crucible 14 accommodated in the graphite susceptor 13, a heater 15 provided around the graphite susceptor 13, a support shaft drive mechanism 16 for moving the support rotation shaft 12 up and down, and a seed crystal Heating of the silicon single crystal ingot 20 by the radiation heat from the seed chuck 17 to be held, the pulling wire 18 for suspending the seed chuck 17, the wire winding mechanism 19 for winding the wire 18, and the heater 15 and the quartz crucible 14. And a heat shielding part for suppressing temperature fluctuation of the silicon melt 21 22, and a control unit 23 that controls each unit.

チャンバー１１の上部には、Ａｒガスをチャンバー１１内に導入するためのガス導入口２４が設けられている。Ａｒガスはガス管２５を介してガス導入口２４からチャンバー１１内に導入され、その導入量はコンダクタンスバルブ２６により制御される。   A gas inlet 24 for introducing Ar gas into the chamber 11 is provided in the upper part of the chamber 11. Ar gas is introduced into the chamber 11 from the gas introduction port 24 through the gas pipe 25, and the introduction amount is controlled by the conductance valve 26.

チャンバー１１の底部には、チャンバー１１内のＡｒガスを排気するためのガス排出口２７が設けられている。密閉したチャンバー１１内のＡｒガスはガス排出口２７から排ガス管２８を経由して外へと排出される。排ガス管２８の途中にはコンダクタンスバルブ２９及び真空ポンプ３０が設置されており、真空ポンプ３０でチャンバー１１内のＡｒガスを吸引しながらコンダクタンスバルブ２９でその流量を制御することでチャンバー１１内の減圧状態が保たれている。   A gas discharge port 27 for exhausting Ar gas in the chamber 11 is provided at the bottom of the chamber 11. Ar gas in the sealed chamber 11 is discharged from the gas outlet 27 through the exhaust pipe 28 to the outside. A conductance valve 29 and a vacuum pump 30 are provided in the middle of the exhaust gas pipe 28, and the pressure inside the chamber 11 is reduced by controlling the flow rate with the conductance valve 29 while sucking the Ar gas in the chamber 11 with the vacuum pump 30. The state is maintained.

さらに、チャンバー１１の外側にはシリコン融液２１に磁場を印加するための磁場供給装置３１が設けられている。磁場供給装置３１から供給される磁場は、水平磁場であっても構わないし、カスプ磁場であっても構わない。   Further, a magnetic field supply device 31 for applying a magnetic field to the silicon melt 21 is provided outside the chamber 11. The magnetic field supplied from the magnetic field supply device 31 may be a horizontal magnetic field or a cusp magnetic field.

図２（ａ）は、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係を示す図であり、図２（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ図２（ａ）に示すＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線に沿った断面図である。図２（ａ）に示す欠陥分布は、引上げ速度を徐々に低下させた引上げ速度変更実験を行うことによって得られる。また、図２（ａ）の引き上げ条件は、引き上げる単結晶の中心部が融点から１３７０℃までの温度域で、中心部における温度勾配をＧｃとし、外周部における温度勾配をＧｅとした場合、Ｇｃ／Ｇｅ≧１に設定されている。   FIG. 2A is a diagram showing the relationship between the pulling rate V of the silicon single crystal ingot 20 and the type and distribution of defects. FIGS. 2B to 2D are respectively B shown in FIG. It is sectional drawing along the -B line, CC line, and DD line. The defect distribution shown in FIG. 2A is obtained by conducting a pulling speed changing experiment in which the pulling speed is gradually decreased. Further, the pulling conditions in FIG. 2 (a) are Gc when the center of the single crystal to be pulled is in the temperature range from the melting point to 1370 ° C., the temperature gradient at the center is Gc, and the temperature gradient at the outer periphery is Ge. / Ge ≧ 1 is set.

図２（ａ）から明らかなように、ＣＯＰ領域４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５を含まない結晶を引き上げるためには、引き上げ速度をＶ１以上、Ｖ３以下に設定することが必要である。つまり、引き上げ速度をＶ１以上、Ｖ３以下に設定すれば、引き上げられた結晶は、Ｐｖ領域４３とＰｉ領域４４だけの無欠陥結晶となる。さらに、ＣＯＰ領域４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５だけでなく、Ｐｖ領域４３をも含まない結晶、つまり、Ｐｉ領域４４だけの無欠陥結晶を引き上げるためには、引き上げ速度をＶ１以上、Ｖ２以下に設定することが必要である。もちろん、ここでいう無欠陥とは、ショルダー部やテイル部を含めて無欠陥であることを意味するのではなく、安定的な引き上げ条件下において得られる直胴部の実質的に全長に亘って無欠陥であることを意味する。   As is clear from FIG. 2A, in order to pull up a crystal that does not include the COP region 41, the OSF region 42, and the dislocation cluster 45, it is necessary to set the pulling speed to V1 or more and V3 or less. That is, if the pulling speed is set to V1 or more and V3 or less, the pulled crystal becomes a defect-free crystal consisting of only the Pv region 43 and the Pi region 44. Furthermore, in order to pull up a crystal not including the Pv region 43 as well as the COP region 41, the OSF region 42, and the dislocation cluster 45, that is, a defect-free crystal only of the Pi region 44, the pulling rate is V1 or more and V2 or less. It is necessary to set to. Of course, the term “defect-free” as used herein does not mean that there is no defect including the shoulder portion and the tail portion, but covers substantially the entire length of the straight body portion obtained under stable pulling conditions. It means no defect.

このように、Ｐｉ領域４４だけの無欠陥結晶を引き上げるためには、引き上げ速度をＶ１以上、Ｖ２以下に設定すればよい。しかしながら、既に説明したとおりホット・ゾーンは経時変化することから、引き上げ速度Ｖ１，Ｖ２は絶対値として与えられるのではなく、ホット・ゾーンの変化に応じた相対的な値として与えられる。したがって、Ｐｉ領域４４だけの無欠陥結晶を引き上げるためには、引上げ速度変更実験を行うことによって図２（ａ）に示す欠陥分布を持った結晶を引き上げ、これを参照することによって、引き上げ速度Ｖ１，Ｖ２を割り出し、実際の引き上げ速度をＶ１〜Ｖ２に設定すればよい。   Thus, in order to pull up the defect-free crystal of only the Pi region 44, the pulling speed may be set to V1 or more and V2 or less. However, since the hot zone changes with time as already described, the pulling speeds V1 and V2 are not given as absolute values, but as relative values according to changes in the hot zone. Therefore, in order to pull up the defect-free crystal only in the Pi region 44, the pulling speed change experiment is performed to pull up the crystal having the defect distribution shown in FIG. 2A, and by referring to this, the pulling speed V1 is increased. , V2 and the actual pulling speed may be set to V1 to V2.

引き上げ速度をＶ１〜Ｖ２に設定して引き上げを行った後も、実際に引き上げられた結晶を評価することによって、現在の引き上げ速度の適否を判断するとともに、後続のバッチに対するフィードバックを行う必要がある。これについて、以下具体的に説明する。   Even after the pulling rate is set to V1 to V2, it is necessary to judge the suitability of the current pulling rate by evaluating the actually pulled crystal and to provide feedback for the subsequent batch. . This will be specifically described below.

まず、引き上げ速度ＶがＢ−Ｂ線に相当する速度である場合、図２（ｂ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０（評価用試料）の中心部にはディスク状のＰｖ領域４３ａが現れ、外周部にはリング状のＰｖ領域４３ｂが現れる。これらの間のドーナツ状の領域は、Ｐｉ領域４４である。ここで、ディスク状のＰｖ領域４３ａの径はＤ１であり、リング状のＰｖ領域４３ｂの幅はＷ１である。Ｐｖ領域とＰｉ領域を識別する方法については後述する。このように、シリコンウェーハ４０が図２（ｂ）に示す状態である場合、引き上げ速度がＶ２を超えていると判断することができる。したがって、この場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要があることが分かる。   First, when the pulling speed V is a speed corresponding to the line BB, as shown in FIG. 2B, a disk-like Pv region 43a is formed at the center of the cut silicon wafer 40 (evaluation sample). And a ring-shaped Pv region 43b appears on the outer periphery. The donut-shaped region between them is the Pi region 44. Here, the diameter of the disk-shaped Pv region 43a is D1, and the width of the ring-shaped Pv region 43b is W1. A method for identifying the Pv area and the Pi area will be described later. Thus, when the silicon wafer 40 is in the state shown in FIG. 2B, it can be determined that the pulling speed exceeds V2. Therefore, in this case, it is understood that the pulling speed V needs to be reduced by the control device 23.

また、引き上げ速度ＶがＣ−Ｃ線に相当する速度である場合、図２（ｃ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０の中心部には、やはりディスク状のＰｖ領域４３ａが現れ、外周部にはリング状のＰｖ領域４３ｂが現れる。これらの間のドーナツ状の領域は、Ｐｉ領域４４である。しかしながら、ディスク状のＰｖ領域４３ａの径はＤ２であり、図２（ｂ）に示したＰｖ領域４３ａの径Ｄ１よりも小さい（Ｄ２＜Ｄ１）。また、リング状のＰｖ領域４３ｂの幅はＷ２であり、図２（ｂ）に示したＰｖ領域４３ｂの幅Ｗ１よりも狭い（Ｗ２＜Ｗ１）。したがって、この場合も引き上げ速度がＶ２を超えていると判断することができるが、ディスク状のＰｖ領域４３ａの径及びリング状のＰｖ領域４３ｂの幅がより縮小されていることから、図２（ｂ）に示すケースと比べて引き上げ速度がよりＶ２に近いことが分かる。   Further, when the pulling speed V is a speed corresponding to the CC line, as shown in FIG. 2C, a disk-like Pv region 43a appears at the center of the cut silicon wafer 40, A ring-shaped Pv region 43b appears on the outer periphery. The donut-shaped region between them is the Pi region 44. However, the diameter of the disk-like Pv region 43a is D2, which is smaller than the diameter D1 of the Pv region 43a shown in FIG. 2B (D2 <D1). The width of the ring-shaped Pv region 43b is W2, which is narrower than the width W1 of the Pv region 43b shown in FIG. 2B (W2 <W1). Therefore, in this case as well, it can be determined that the pulling speed exceeds V2, but since the diameter of the disk-like Pv region 43a and the width of the ring-like Pv region 43b are further reduced, FIG. It can be seen that the pulling speed is closer to V2 compared to the case shown in b).

このように、引き上げ速度がＶ２以上である場合、ディスク状のＰｖ領域４３ａの径及びリング状のＰｖ領域４３ｂの幅に応じて、制御装置２３による引き上げ速度Ｖの低下量をどの程度とすれば良いか、判断することが可能となる。   Thus, when the pulling speed is equal to or higher than V2, what is the reduction amount of the pulling speed V by the control device 23 according to the diameter of the disk-shaped Pv region 43a and the width of the ring-shaped Pv region 43b? It is possible to judge whether it is good.

さらに、引き上げ速度ＶがＤ−Ｄ線に相当する速度である場合、図２（ｄ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０は全てＰｉ領域４４となる。この場合には、引き上げ速度がＶ１以上、Ｖ２以下であると判断することができ、したがって、制御装置２３による引き上げ速度Ｖの変更を行う必要はない。   Furthermore, when the pulling speed V is a speed corresponding to the DD line, all of the cut silicon wafers 40 become Pi regions 44 as shown in FIG. In this case, it can be determined that the pulling speed is V1 or more and V2 or less, and therefore it is not necessary to change the pulling speed V by the control device 23.

但し、引き上げ速度がＶ１未満に低下すると、図２（ａ）に示すＸ−Ｘ線で示すように、転位クラスタ４５が含まれる結晶領域となってしまう。このような結晶はＩＣデバイス用のシリコンウェーハとして不適格であることから、この場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを上昇させる必要がある。   However, when the pulling rate is reduced to less than V1, a crystal region including dislocation clusters 45 is formed as shown by the XX line shown in FIG. Since such a crystal is unsuitable as a silicon wafer for IC devices, in this case, it is necessary to increase the pulling speed V by the controller 23.

尚、図２では引き上げ条件をＧｃ／Ｇｅ≧１に設定しているが、この点は本発明において必須でない。しかしながら、Ｇｃ／Ｇｅ≧１に設定すれば、図２（ａ）に示すように、ＯＳＦ領域４２の底部が平坦化され、その結果、無欠陥結晶が得られるＶ１〜Ｖ３の速度域が広がり、ひいてはＰｉ領域４４だけの結晶が得られるＶ１〜Ｖ２の速度域が広くなる。これに対し、Ｇｃ／Ｇｅ＜１である場合には、図４に示したように、ＯＳＦ領域４２の底部がＵ字型となり、ＯＳＦ領域４２が含まれる速度域が広くなってしまう。その結果、Ｖ１〜Ｖ２の速度域が狭くなり、場合によっては存在しなくなってしまう。このような点を考慮すれば、引き上げ条件をＧｃ／Ｇｅ≧１に設定することが望ましい。温度勾配Ｇｅ、Ｇｃの調整は、炉内のホット・ゾーン構造（図１に示した熱遮蔽部材２２の形状、シリコン融液２１の液面と熱遮蔽部材２２との距離などを調整することにより行うことができる。   In FIG. 2, the pulling condition is set to Gc / Ge ≧ 1, but this point is not essential in the present invention. However, if Gc / Ge ≧ 1, as shown in FIG. 2A, the bottom of the OSF region 42 is flattened, and as a result, the velocity range of V1 to V3 where a defect-free crystal is obtained is expanded. As a result, the velocity range of V1 to V2 in which a crystal of only the Pi region 44 is obtained becomes wide. On the other hand, when Gc / Ge <1, as shown in FIG. 4, the bottom of the OSF region 42 is U-shaped, and the speed region including the OSF region 42 is widened. As a result, the speed range of V1 to V2 becomes narrower and does not exist in some cases. Considering these points, it is desirable to set the pulling condition to Gc / Ge ≧ 1. The temperature gradients Ge and Gc are adjusted by adjusting the hot zone structure in the furnace (the shape of the heat shielding member 22 shown in FIG. 1, the distance between the liquid surface of the silicon melt 21 and the heat shielding member 22 and the like). It can be carried out.

以上説明したように、Ｐｖ領域４３の形状を観察すれば、現在の引き上げ速度Ｖの適否が判断できるとともに、引き上げ速度が速すぎる場合には、引き上げ速度をどの程度低下させればよいか判断することが可能となる。尚、初回引上げ時の引上げ条件を決めるときには、少なくともＰｖ領域４３とＰｉ領域４４を含む結晶領域で育成することが望ましい。これは、図２（ｂ），（ｃ）に示したとおり、Ｐｖ領域４３とＰｉ領域４４を含む結晶領域であれば、ディスク状のＰｖ領域４３ａの径やリング状のＰｖ領域４３ｂの幅に基づいて、引き上げ速度をどの程度調整すればよいか、容易に判断することができるからである。   As described above, by observing the shape of the Pv region 43, it can be determined whether the current pulling speed V is appropriate, and if the pulling speed is too fast, it is determined how much the pulling speed should be reduced. It becomes possible. When determining the pulling conditions for the first pulling, it is desirable to grow in a crystal region including at least the Pv region 43 and the Pi region 44. As shown in FIGS. 2B and 2C, if the crystal region includes the Pv region 43 and the Pi region 44, the diameter of the disk-shaped Pv region 43a and the width of the ring-shaped Pv region 43b are set. This is because it can be easily determined how much the pulling speed should be adjusted based on this.

また、図２では、シリコン単結晶インゴット２０を径方向に切断した評価用試料を用いているが、シリコン単結晶インゴット２０を軸方向に切断した評価用試料を用いても構わない。前者の場合、結晶引上げ軸方向に間隔をおいて複数枚のサンプルを切り出すことで、結晶引上げ軸方向の欠陥分布の変化を確認することができる。後者の場合、軸方向に連続した複数枚のサンプルを作成することで、結晶引上げ軸方向の欠陥分布を確認することができる。   In FIG. 2, an evaluation sample obtained by cutting the silicon single crystal ingot 20 in the radial direction is used. However, an evaluation sample obtained by cutting the silicon single crystal ingot 20 in the axial direction may be used. In the former case, a change in the defect distribution in the crystal pulling axis direction can be confirmed by cutting out a plurality of samples at intervals in the crystal pulling axis direction. In the latter case, the defect distribution in the crystal pulling axial direction can be confirmed by preparing a plurality of samples that are continuous in the axial direction.

次に、Ｐｖ領域４３の形状を観察する方法について説明する。   Next, a method for observing the shape of the Pv region 43 will be described.

Ｐｖ領域の位置及び広さは、ＲＩＥ法によって酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させることにより、観察することができる。具体的には、チョクラルスキー法によってＣＯＰ及び転位クラスタを含まないシリコン単結晶インゴットを育成し（育成工程）、シリコン単結晶インゴットから評価用試料であるシリコンウェーハを切り出し（切り出し工程）、as-grown状態のシリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施すことにより、酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させる（評価工程）。これにより、Ｐｖ領域の形状を観察することができる。   The position and width of the Pv region can be observed by revealing a grown-in defect containing silicon oxide as a protrusion on the etched surface by the RIE method. Specifically, a silicon single crystal ingot that does not contain COPs and dislocation clusters is grown by the Czochralski method (growth process), and a silicon wafer as an evaluation sample is cut out from the silicon single crystal ingot (cutout process), as- By performing reactive ion etching on a grown silicon wafer, grown-in defects containing silicon oxide are revealed as protrusions on the etched surface (evaluation process). Thereby, the shape of the Pv region can be observed.

上述の通り、観察されたＰｖ領域の形状は、現在の引き上げ速度Ｖが最適な引き上げ速度Ｖに対してどの程度ずれているかを判断する指標となることから、これに基づいて、後続の育成工程における育成条件にフィードバックすれば、所望の品質を持ったシリコン単結晶インゴットを安定的に量産することが可能となる（フィードバック工程）。ここで、所望の品質を持ったシリコン単結晶インゴットとは、上記の評価工程において突起物が評価用試料の表面に形成されないシリコン単結晶インゴットを指す。また、後続の育成工程における育成条件の調整は引上げ速度Ｖを調整することにより行われる。なお、単結晶成長に伴う単結晶軸方向の温度勾配Ｇの変化については、シリコン融液２１と熱遮蔽部材２２との間隔などを調整して温度勾配Ｇそのものの大きさを調整するようにしてもよく、引上げ速度Ｖおよび温度勾配Ｇの双方を調整するようにしてもよい。   As described above, the observed shape of the Pv region serves as an index for determining how much the current pulling speed V is deviated from the optimum pulling speed V. Based on this, the subsequent growing process is performed. By feeding back to the growth conditions in (1), it becomes possible to stably mass-produce silicon single crystal ingots having a desired quality (feedback process). Here, the silicon single crystal ingot having a desired quality refers to a silicon single crystal ingot in which no protrusion is formed on the surface of the evaluation sample in the evaluation step. Further, the adjustment of the growth conditions in the subsequent growth process is performed by adjusting the pulling speed V. Regarding the change in the temperature gradient G in the single crystal axis direction accompanying the single crystal growth, the size of the temperature gradient G itself is adjusted by adjusting the distance between the silicon melt 21 and the heat shielding member 22. Alternatively, both the pulling speed V and the temperature gradient G may be adjusted.

ＲＩＥによって酸化シリコンを突起として顕在化させるためには、ＳｉＯ_２よりもＳｉの方がエッチングされやすい条件、つまり、Ｓｉ／ＳｉＯ_２の選択比が高い条件でＲＩＥを行う必要がある。これにより、酸素析出物（ＳｉＯ_２）がほとんどエッチングされずに、突起として顕在化する。 In order to make silicon oxide appear as protrusions by RIE, it is necessary to perform RIE under a condition that Si is more easily etched than SiO ₂ , that is, a condition with a higher Si / SiO ₂ selection ratio. As a result, oxygen precipitates (SiO ₂ ) are hardly etched and become apparent as protrusions.

通常、Ｐｖ領域の評価は、酸化雰囲気中で低温熱処理（８００℃×４時間）と高温熱処理（１０００℃×１６時間）の２段階熱処理からなる酸素析出物評価熱処理によって行われる。しかしながら、結晶に含まれる酸素濃度が低い場合、特に、酸素濃度が９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低酸素シリコン単結晶インゴットを育成する場合には、酸素析出が抑制されるため、ＯＳＦリング領域やＰｖ領域などの検出が困難となり、正確な欠陥分布判定が困難となる。 Usually, the evaluation of the Pv region is performed by an oxygen precipitate evaluation heat treatment comprising a two-step heat treatment of a low temperature heat treatment (800 ° C. × 4 hours) and a high temperature heat treatment (1000 ° C. × 16 hours) in an oxidizing atmosphere. However, when the oxygen concentration contained in the crystal is low, particularly when a low-oxygen silicon single crystal ingot having an oxygen concentration of 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less is grown, since the oxygen precipitation is suppressed, the OSF ring It becomes difficult to detect a region, a Pv region, etc., and accurate defect distribution determination becomes difficult.

しかも、上記の酸素析出物評価熱処理では、ある一定サイズ以上の大きさまで酸素析出物が成長しないと検出できないため、サイズの小さな酸素析出核は検出することが困難であり、また、高温熱処理を長時間受けることによって、結晶内に元々存在するサイズの小さな酸素析出核を消滅させてしまう可能性もあるため、as-grown状態におけるgrown-in欠陥を厳密に評価することはできない。   In addition, since the oxygen precipitate evaluation heat treatment described above cannot be detected unless the oxygen precipitate grows to a certain size or larger, it is difficult to detect oxygen precipitate nuclei with a small size, and it is difficult to detect high temperature heat treatment. The time-lapse may cause the small-sized oxygen precipitation nuclei originally present in the crystal to disappear, so that the grown-in defect in the as-grown state cannot be strictly evaluated.

これに対し、ＲＩＥ法では、高温熱処理を実施しないので酸素析出核が消滅することはなく、as-grown状態におけるgrown-in欠陥をそのまま評価することが可能となる。しかも、結晶に含まれる酸素濃度が低い場合、特に、酸素濃度が９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低酸素結晶であっても、微小酸素析出物を突起物として顕在化することができ、確実に検出することが可能となる。 On the other hand, in the RIE method, since no high-temperature heat treatment is performed, the oxygen precipitation nuclei do not disappear, and the grown-in defect in the as-grown state can be evaluated as it is. Moreover, when the oxygen concentration contained in the crystal is low, in particular, even in the case of a low oxygen crystal having an oxygen concentration of 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less, minute oxygen precipitates can be manifested as protrusions. It becomes possible to detect reliably.

特に限定されるものではないが、評価工程においては、ＲＩＥの雰囲気はＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｈｅ＋Ｏ_２混合ガスとし、Ｓｉ／ＳｉＯ_２の選択比が１００以上になるように条件を設定して約５μｍエッチングを行うことが好ましい。また、ＲＩＥ後には、ふっ酸水溶液で洗浄を行ってＲＩＥ時に付着した反応生成物を除去することが好ましい。突起物の観察は、ＲＩＥでエッチングされた面を集光灯下で目視観察及び光学顕微鏡観察で行うことが好ましい。 Although not particularly limited, in the evaluation process, the RIE atmosphere is an HBr / Cl ₂ / He + O ₂ mixed gas, and the conditions are set so that the Si / SiO ₂ selection ratio is 100 or more. It is preferable to perform etching. Moreover, after RIE, it is preferable to wash with a hydrofluoric acid aqueous solution to remove a reaction product adhering during RIE. The projections are preferably observed by visual observation and optical microscope observation of the surface etched by RIE under a condenser lamp.

評価工程において突起物が形成された領域の判定は、同心円状にディスク状あるいはリング状に分布しているもののみを評価対象とする。これは、結晶欠陥（酸素析出物も同様）は結晶中心に対して同心円状にディスク状あるいはリング状に分布するため、同心円状に分布しない突起物は外乱起因の欠陥であると判定できるからである。したがって、本発明において「突起物が存在しない結晶領域」とは、同心円状にディスク状あるいはリング状に分布しない突起物が含まれていても構わない。   In the evaluation process, the determination of the region where the protrusions are formed is made only for the evaluation that is concentrically distributed in a disk shape or a ring shape. This is because crystal defects (as well as oxygen precipitates) are concentrically distributed in the form of a disk or ring with respect to the crystal center, so that projections that are not concentrically distributed can be determined to be defects caused by disturbance. is there. Therefore, in the present invention, the “crystal region where no protrusion exists” may include protrusions that are not concentrically distributed in a disk shape or a ring shape.

評価工程において突起物が形成される領域は、Ｐｖ領域４３だけでなく、ＯＳＦ領域４２やＣＯＰ領域４１も含まれる。換言すれば、突起物が形成された領域がＰｖ領域４３であるのか、ＯＳＦ領域４２又はＣＯＰ領域４１であるのかは、直ちに判断することは困難である。しかしながら、本発明は、突起物が形成されない条件でシリコン単結晶インゴットの引き上げることを目的としているため、いかなる領域で発生した突起物であるのか問うことなく、これを排除する必要がある。具体的には、図２（ａ）に示すように、突起が形成される領域であるＰｖ領域４３、ＯＳＦ領域４２及びＣＯＰ領域４１は、いずれもＰｉ領域４４が得られる引き上げ速度よりも速い速度領域にて発生することから、突起物が観察された場合には、引き上げ速度を低下させればよいことが分かる。   The region where the protrusion is formed in the evaluation process includes not only the Pv region 43 but also the OSF region 42 and the COP region 41. In other words, it is difficult to immediately determine whether the region where the protrusion is formed is the Pv region 43, the OSF region 42, or the COP region 41. However, since the present invention aims to pull up the silicon single crystal ingot under the condition that no projection is formed, it is necessary to eliminate this without questioning which region the projection is generated. Specifically, as shown in FIG. 2A, the Pv region 43, the OSF region 42, and the COP region 41, which are regions where protrusions are formed, are all faster than the pulling speed at which the Pi region 44 is obtained. Since it occurs in the region, it can be seen that if a protrusion is observed, the pulling speed should be reduced.

但し、図２（ａ）に示したように、引き上げ速度がＶ１未満であると、育成される結晶に転位クラスタ４５が含まれてしまう。転位クラスタ４５は、ＲＩＥによって突起が発生しないことから、上記の評価工程ではＰｉ領域４４と区別することができない。しかしながら、Ｐｉ領域４４と転位クラスタ４５の境界は、評価サンプルに通常のセコエッチングなどのエッチング処理を施すことで、目視レベルで簡単に転位クラスタ発生領域を確認することができる。   However, as shown in FIG. 2A, when the pulling rate is less than V1, dislocation clusters 45 are included in the crystal to be grown. The dislocation cluster 45 cannot be distinguished from the Pi region 44 in the above evaluation process because no protrusion is generated by RIE. However, at the boundary between the Pi region 44 and the dislocation cluster 45, the dislocation cluster generation region can be easily confirmed on the visual level by performing an etching process such as normal secco etching on the evaluation sample.

以上説明したように、本実施形態によれば、as-grown状態の評価用試料に対してＲＩＥを行った場合に突起物が発生しない結晶が得られるよう、引き上げ速度の制御を行っていることから、酸素析出物の非常に少ないシリコン単結晶を育成することが可能となる。したがって、育成されたシリコン単結晶インゴットは、ＩＧＢＴなどの垂直シリコンデバイス用として好適に用いることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the pulling speed is controlled so that a crystal in which no protrusion is generated is obtained when RIE is performed on an as-grown evaluation sample. Therefore, it becomes possible to grow a silicon single crystal with very few oxygen precipitates. Therefore, the grown silicon single crystal ingot can be suitably used for a vertical silicon device such as an IGBT.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

例えば、上記の実施形態では、引き上げ速度の制御によってＰｖ領域を排除した例を説明したが、極低酸素結晶においては、Ｐｖ領域であってもＲＩＥによって突起物が発生しないことがある。このようなケースにおいては、Ｐｖ領域とＰｉ領域を同一視することができることから、Ｐｖ領域を排除する必要はない。すなわち、本発明においてＰｖ領域を排除することは必須でなく、あくまでas-grown状態でＲＩＥを施した場合に突起物が形成されなければ足りる。   For example, in the above embodiment, an example in which the Pv region is excluded by controlling the pulling rate has been described. However, in an extremely low oxygen crystal, protrusions may not be generated by RIE even in the Pv region. In such a case, since the Pv region and the Pi region can be identified, it is not necessary to exclude the Pv region. That is, in the present invention, it is not essential to exclude the Pv region, and it is sufficient if no protrusion is formed when RIE is performed in an as-grown state.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, although the Example of this invention is described, this invention is not limited to this Example at all.

実施例１では、図１に示す引上げ装置を用いて、引き上げる単結晶の中心部が融点から１３７０℃までの温度域で、単結晶の引き上げ軸方向の温度勾配が中心部はＧｃ、外周部ではＧｅであるとするとき、Ｇｃ／Ｇｅが１以上となる条件下で、引上げ速度を徐々に低下させるように引上げ速度変更実験を行って、各種結晶領域を含むシリコン単結晶インゴットを２本育成した。ここで育成したインゴットは、いずれも酸素濃度が１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、単結晶直径：３００ｍｍ、結晶方位：＜１００＞、極性：ｐ型（ボロンドープ）、単結晶直胴部長さ：２０００ｍｍの単結晶インゴットである。 In Example 1, using the pulling apparatus shown in FIG. 1, the central portion of the single crystal to be pulled is in the temperature range from the melting point to 1370 ° C., and the temperature gradient in the pulling axis direction of the single crystal is Gc in the central portion and in the outer peripheral portion. When it is assumed to be Ge, two silicon single crystal ingots containing various crystal regions were grown by performing a pulling speed changing experiment so as to gradually decrease the pulling speed under the condition that Gc / Ge is 1 or more. . Each of the ingots grown here has an oxygen concentration of 12 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ , single crystal diameter: 300 mm, crystal orientation: <100>, polarity: p-type (boron doped), single crystal straight body length : 2000 mm single crystal ingot.

育成した単結晶インゴットのうち１本は単結晶インゴットを縦割りして、評価用試料を作成した。評価用試料を酸化雰囲気中で、８００℃×４時間＋１０００℃×１６時間の酸素析出物評価熱処理を施した後、熱処理後の評価用試料表面を銅デコレーションして１０００℃×１時間の熱処理を行った。そして熱処理後の評価試料をライト液で選択エッチングを行ない試料表面に現れたピットを光学顕微鏡で観察した。その結果、図２（ａ）に示すような結晶領域分布を有していることを確認した。   One of the grown single crystal ingots was obtained by vertically slicing the single crystal ingot to prepare a sample for evaluation. The evaluation sample was subjected to an oxygen precipitate evaluation heat treatment in an oxidizing atmosphere at 800 ° C. × 4 hours + 1000 ° C. × 16 hours, and then the evaluation sample surface after the heat treatment was decorated with copper and subjected to a heat treatment at 1000 ° C. × 1 hour. went. The evaluation sample after the heat treatment was selectively etched with a light solution, and pits appearing on the sample surface were observed with an optical microscope. As a result, it was confirmed that the crystal region distribution as shown in FIG.

残りのもう１本の単結晶インゴットについては、先の縦割り評価用試料の観察結果で得られた、図２（ａ）に示す結晶領域分布のうち、Ｂ−Ｂ線の位置となる結晶領域、すなわち、図２（ｂ）に示すように、結晶中心部にＰｖ領域４３ａがディスク状に存在し、その外側領域にＰｉ領域４４がリング状に存在し、その外側領域の結晶の外周部にＰｖ領域４３ｂが存在する結晶領域からサンプルウェーハを得るように、径方向に切断して、Ｐｖ領域４３ａ、Ｐｉ領域４４、Ｐｖ領域４３ｂが径方向に混在するサンプルウェーハを切り出した。   For the remaining one single crystal ingot, the crystal region at the position of the BB line in the crystal region distribution shown in FIG. That is, as shown in FIG. 2B, a Pv region 43a exists in a disk shape at the center of the crystal, a Pi region 44 exists in a ring shape at the outer region, and the outer periphery of the crystal in the outer region. The sample wafer was cut in the radial direction so as to obtain the sample wafer from the crystal region where the Pv region 43b exists, and the sample wafer in which the Pv region 43a, the Pi region 44, and the Pv region 43b were mixed in the radial direction was cut out.

また、上記と同じ育成条件で、酸素濃度が異なる９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の２水準のシリコン単結晶インゴットも育成し、それぞれ先に作成したサンプルウェーハと同じ結晶領域となる高さ位置からサンプルウェーハを切り出した。すなわち、酸素濃度が異なるだけで結晶領域は同一のサンプルウェーハを作成したものである。 Further, under the same growth conditions as described above, two-level silicon single crystal ingots of 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ and 5 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ having different oxygen concentrations were also grown, A sample wafer was cut out from a height position that would be the same crystal region. In other words, the same sample wafer is prepared for the crystal regions only with different oxygen concentrations.

次に、これら酸素濃度が異なる各サンプルウェーハに以下の２水準の評価処理（Ａ），（Ｂ）を行なって、ウェーハ表面で観察される酸素析出物密度分布を調査した。評価処理（Ａ）は従来から実施されている一般的に実施されている酸素析出物評価熱処理による評価であり、評価処理（Ｂ）は本発明のＲＩＥ処理による評価である。   Next, the following two levels of evaluation processes (A) and (B) were performed on the sample wafers having different oxygen concentrations, and the oxygen precipitate density distribution observed on the wafer surface was investigated. The evaluation process (A) is an evaluation by an oxygen precipitate evaluation heat treatment that has been generally performed, and the evaluation process (B) is an evaluation by an RIE process of the present invention.

（Ａ）酸素析出物評価熱処理による評価 ＜比較例＞
各サンプルウェーハに対して、ドライ酸素雰囲気中で８００℃×３時間の熱処理を行い、引き続き１０００℃×１６時間の熱処理を行った。その後、ウェーハ表面に形成された酸化膜を沸酸水溶液で除去した後、ライト液を用いてウェーハ表面を選択エッチングした。エッチングされたウェーハ表面を集光灯下の目視観察と光学顕微鏡観察によって評価し、ウェーハ表面に酸素析出物が発生した領域の広さを測定した。測定した結果を模式的に図３（ａ）〜（ｃ）に示す。図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ酸素濃度が１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のサンプルであり、ハッチングを施した領域が酸素析出物として顕在化され検出できた領域（Ｐｖ領域）である。 (A) Oxygen precipitate evaluation Evaluation by heat treatment <Comparative example>
Each sample wafer was heat-treated at 800 ° C. for 3 hours in a dry oxygen atmosphere, and subsequently heat-treated at 1000 ° C. for 16 hours. Then, after removing the oxide film formed on the wafer surface with a hydrofluoric acid aqueous solution, the wafer surface was selectively etched using a light solution. The etched wafer surface was evaluated by visual observation under a condensing lamp and optical microscope observation, and the width of the region where oxygen precipitates were generated on the wafer surface was measured. The measured results are schematically shown in FIGS. FIGS. 3A to 3C are samples having oxygen concentrations of 12 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ , 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ , and 5 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ , respectively. The region is a region (Pv region) that has been manifested and detected as an oxygen precipitate.

（Ｂ）ＲＩＥ処理による評価 ＜実施例＞
各サンプルウェーハに対して、ＳｉとＳｉＯ_２の選択比が高い（ＳｉＯ_２がエッチングされ難い）条件の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施して、酸化シリコンを含む欠陥を起因とした円錐状の突起物をウェーハ表面上に形成した。ＲＩＥの雰囲気はＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｈｅ＋Ｏ_２混合ガスとし、Ｓｉ／ＳｉＯ_２の選択比が１００以上になるように条件を設定して約５μｍエッチングを行った。その後、ＲＩＥ処理時に付着した反応性生物を沸酸水溶液で洗浄して除去した後、エッチングされたウェーハ表面を集光灯下の目視観察と光学顕微鏡観察によって評価し、ウェーハ表面に形成された突起物の発生領域の広さを測定した。集光灯下による目視観察時の評価写真を図３（ｄ）〜（ｆ）に示す。図３（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ酸素濃度が１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のサンプルであり、白く色が抜けて見える領域が突起物の存在する領域（Ｐｖ領域）に相当するものである。 (B) Evaluation by RIE processing <Example>
Each sample wafer is subjected to reactive ion etching (RIE) under a condition where the selection ratio between Si and SiO ₂ is high (SiO ₂ is difficult to be etched), and conical protrusions caused by defects including silicon oxide An object was formed on the wafer surface. The RIE atmosphere was an HBr / Cl ₂ / He + O ₂ mixed gas, and etching was performed at about 5 μm under the conditions set so that the Si / SiO ₂ selection ratio was 100 or more. Thereafter, reactive organisms adhering during the RIE treatment are removed by washing with a boiling acid aqueous solution, and the etched wafer surface is evaluated by visual observation under a condensing lamp and optical microscope observation, and protrusions formed on the wafer surface. The width of the generation area was measured. An evaluation photograph at the time of visual observation under a condenser lamp is shown in FIGS. FIGS. 3D to 3F are samples having oxygen concentrations of 12 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ , 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ , and 5 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ , respectively. The region that is visible corresponds to the region where the protrusion exists (Pv region).

＜評価結果＞
評価処理（Ａ）で評価した場合、酸素濃度が１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のサンプルウェーハに比べ、酸素濃度が９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のものは、酸素析出物領域として検出される領域の幅が縮小化する現象が見られ、酸素濃度が５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の低酸素にもなると、ウェーハ表面には酸素析出物は全く観察されなかった。 <Evaluation results>
When evaluated by the evaluation process (A), an oxygen concentration of 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ is detected as an oxygen precipitate region compared to a sample wafer having an oxygen concentration of 12 × 10 ¹⁷ atoms / cm ^3. When the phenomenon of a reduction in the width of the region was observed and the oxygen concentration became as low as 5 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ , no oxygen precipitates were observed on the wafer surface.

一方、評価処理（Ｂ）で評価した場合、酸素析出物密度に多少の差はあるものの、酸素濃度が９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であっても、５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であっても、酸素濃度が１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のサンプルウェーハと同じ欠陥分布の幅で突起物が観察された。 On the other hand, when evaluated by the evaluation process (B), although there is a slight difference in oxygen precipitate density, even if the oxygen concentration is 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ , it is 5 × 10 ¹⁷ atoms / cm ^3. However, protrusions were observed with the same defect distribution width as that of the sample wafer having an oxygen concentration of 12 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ .

これは、単結晶インゴットの酸素濃度の低下に伴い、評価処理（Ａ）では酸素析出物分布が変化し、評価処理（Ｂ）は評価処理（Ａ）では検出されない酸素析出物を検出できることを意味するものである。従って、評価処理（Ｂ）により評価を実施し、突起物として検出されない結晶領域となるように育成条件（引上げ速度および／または温度勾配）を調整することにより、デバイスへの影響が懸念される微小酸素析出物をも排除したシリコン単結晶インゴットの育成が可能となる。   This means that as the oxygen concentration of the single crystal ingot decreases, the oxygen precipitate distribution changes in the evaluation process (A), and the evaluation process (B) can detect oxygen precipitates that are not detected in the evaluation process (A). To do. Therefore, the evaluation is performed by the evaluation process (B), and the growth conditions (pulling speed and / or temperature gradient) are adjusted so that the crystal region is not detected as a projection, so that the influence on the device is a concern. It is possible to grow a silicon single crystal ingot that excludes oxygen precipitates.

実施例２では、ＲＩＥ法を用いた欠陥評価を行なった場合でも、突起物が検出されない、ＣＯＰも転移クラスタも存在しない単結晶を育成する実験を試みた。   In Example 2, even when the defect evaluation using the RIE method was performed, an experiment was attempted to grow a single crystal in which no protrusions were detected and no COP or transition cluster was present.

まず、実施例１で得られた評価処理（Ｂ）の評価結果をもとに、突起物が検出されない結晶領域となる引上げ速度を求め、この範囲となるように引上げ速度を調整するようにした。その他の育成条件は実施例１と同じ育成条件であり、ここでは酸素濃度が６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のシリコン単結晶インゴットを育成した。 First, based on the evaluation result of the evaluation process (B) obtained in Example 1, the pulling speed to be a crystal region where no protrusion is detected is obtained, and the pulling speed is adjusted to be within this range. . The other growth conditions were the same as those in Example 1, and a silicon single crystal ingot having an oxygen concentration of 6 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ was grown here.

次に、育成した単結晶インゴット直胴部のトップ位置から下方に１００ｍｍの位置と直胴部のボトム位置から上方に２００ｍｍの位置から、径方向にサンプルウェーハを切り出した。   Next, a sample wafer was cut out in a radial direction from a position of 100 mm downward from the top position of the grown single crystal ingot straight body part and a position of 200 mm upward from the bottom position of the straight body part.

そして、両サンプルウェーハに対して、実施例２の評価処理（Ｂ）と同じ条件で評価処理を行なった。その結果、両サンプルウェーハとも、結晶中心と同心円状に分布するような突起物は全く観察されなかった。   Then, evaluation processing was performed on both sample wafers under the same conditions as the evaluation processing (B) of Example 2. As a result, in both sample wafers, no projections distributed concentrically with the crystal center were observed.

本発明の好ましい実施形態によるシリコン単結晶の育成方法に適用可能な引き上げ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the pulling apparatus applicable to the growth method of the silicon single crystal by preferable embodiment of this invention. （ａ）はシリコン単結晶インゴットの引き上げ速度Ｖとシリコン単結晶インゴット内に発生する欠陥の種類及び分布との関係を示す図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ（ａ）に示すＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線に沿った断面図である。(A) is a figure which shows the relationship between the pulling-up speed V of a silicon single crystal ingot, and the kind and distribution of the defect which generate | occur | produce in a silicon single crystal ingot, (b)-(d) is B shown to (a), respectively. It is sectional drawing along the -B line, CC line, and DD line. 実施例１における評価結果を示す図である。It is a figure which shows the evaluation result in Example 1. FIG. Ｖ／Ｇとシリコン単結晶インゴット内に発生する欠陥の種類及び分布との一般的な関係を示す図である。It is a figure which shows the general relationship between V / G and the kind and distribution of the defect which generate | occur | produce in a silicon single crystal ingot.

符号の説明Explanation of symbols

１０ シリコン単結晶引き上げ装置
１１ チャンバー
１２ 支持回転軸
１３ グラファイトサセプタ
１４ 石英るつぼ
１５ ヒーター
１６ 支持軸駆動機構
１７ シードチャック
１８ ワイヤー
１９ ワイヤー巻き取り機構
２０ シリコン単結晶インゴット
２１ シリコン融液
２２ 熱遮蔽部材
２３ 制御装置
２４ ガス導入口
２５ ガス管
２６ コンダクタンスバルブ
２７ ガス排出口
２８ 排ガス管
２９ コンダクタンスバルブ
３０ 真空ポンプ
３１ 磁場供給装置
４０ シリコンウェーハ
４１ ＣＯＰ領域
４２ ＯＳＦ領域
４３ Ｐｖ領域
４４ Ｐｉ領域
４５ 転位クラスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon single crystal pulling apparatus 11 Chamber 12 Support rotating shaft 13 Graphite susceptor 14 Quartz crucible 15 Heater 16 Support shaft drive mechanism 17 Seed chuck 18 Wire 19 Wire winding mechanism 20 Silicon single crystal ingot 21 Silicon melt 22 Heat shielding member 23 Control Device 24 Gas introduction port 25 Gas pipe 26 Conductance valve 27 Gas exhaust port 28 Exhaust gas tube 29 Conductance valve 30 Vacuum pump 31 Magnetic field supply device 40 Silicon wafer 41 COP region 42 OSF region 43 Pv region 44 Pi region 45 Dislocation cluster

Claims (8)

チョクラルスキー法により育成された空孔凝集空洞欠陥（ＣＯＰ）及び転位クラスタを含まないシリコン単結晶インゴットから評価用試料を切り出し、as-grown状態の前記評価用試料に反応性イオンエッチングを施した場合に、酸化シリコンを含む欠陥を起因とした突起物が前記評価用試料の表面に形成されない条件で、前記シリコン単結晶インゴットの引き上げを行うことを特徴とするシリコン単結晶の育成方法。   An evaluation sample was cut out from a silicon single crystal ingot that did not contain vacancy agglomerated cavity defects (COP) and dislocation clusters grown by the Czochralski method, and reactive ion etching was performed on the evaluation sample in the as-grown state. In this case, the method for growing a silicon single crystal is characterized in that the silicon single crystal ingot is pulled up under the condition that no protrusions due to defects including silicon oxide are formed on the surface of the sample for evaluation. 前記シリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、
前記シリコン単結晶インゴットから前記評価用試料を切り出す切り出し工程と、
as-grown状態の前記評価用試料に対して反応性イオンエッチングを施すことにより、酸化シリコンを含む欠陥を前記突起物として顕在化させる評価工程と、
前記評価工程にて顕在化された前記突起物の発生領域に基づいて、後続の前記育成工程における育成条件を調整するフィードバック工程と、
を含み、これによって、前記突起物が前記評価用試料の表面に形成されない条件で前記シリコン単結晶インゴットの引き上げを行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の育成方法。 A growing step of growing the silicon single crystal ingot;
Cutting out the sample for evaluation from the silicon single crystal ingot,
An evaluation step of revealing a defect containing silicon oxide as the protrusion by performing reactive ion etching on the evaluation sample in the as-grown state;
A feedback step of adjusting the growth conditions in the subsequent growth step, based on the generation region of the protrusions revealed in the evaluation step;
2. The method for growing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the silicon single crystal ingot is pulled up under the condition that the protrusion is not formed on the surface of the evaluation sample. 前記育成工程においては、中心部における温度勾配をＧｃとし、外周部における温度勾配をＧｅとした場合に、Ｇｃ／Ｇｅ≧１となる条件で前記シリコン単結晶インゴットを育成することを特徴とする請求項２記載のシリコン単結晶の育成方法。   In the growth step, the silicon single crystal ingot is grown under a condition of Gc / Ge ≧ 1, where Gc is a temperature gradient in the central portion and Ge is a temperature gradient in the outer peripheral portion. Item 3. A method for growing a silicon single crystal according to Item 2. 前記評価工程において前記突起物が発生しない領域には、酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）が存在しないことを特徴とする請求項２又は３記載のシリコン単結晶の育成方法。   4. The method for growing a silicon single crystal according to claim 2, wherein an oxidation-induced stacking fault (OSF) does not exist in a region where the protrusion is not generated in the evaluation step. 5. 前記シリコン単結晶中の酸素濃度が９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の育成方法。 5. The method for growing a silicon single crystal according to claim 1, wherein an oxygen concentration in the silicon single crystal is 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less. 前記評価用試料は単結晶インゴットを径方向あるいは軸方向に切断して作成されたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の育成方法。   The method for growing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the sample for evaluation is prepared by cutting a single crystal ingot in a radial direction or an axial direction. チョクラルスキー法により育成された空孔凝集空洞欠陥（ＣＯＰ）および転位クラスタが存在しないシリコン単結晶インゴットであって、このインゴットを径方向に切断して切り出したas-grown状態のウェーハに反応性イオンエッチングを施した場合に、酸化シリコンを含む欠陥を起因とした突起物が形成されない結晶領域で構成されていることを特徴とするシリコン単結晶インゴット。   A silicon single crystal ingot that is free from vacancy agglomerated cavity defects (COP) and dislocation clusters grown by the Czochralski method, and is reactive to as-grown wafers cut by cutting the ingot in the radial direction A silicon single crystal ingot comprising a crystal region in which no protrusion due to a defect including silicon oxide is formed when ion etching is performed. 前記シリコン単結晶中の酸素濃度が９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項７に記載のシリコン単結晶インゴット。 The silicon single crystal ingot according to claim 7, wherein an oxygen concentration in the silicon single crystal is 9 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ or less.

Images