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JP2011093778A - Silicon single crystal wafer and method for producing silicon single crystal - Google Patents

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JP2011093778A
JP2011093778A JP2010009574A JP2010009574A JP2011093778A JP 2011093778 A JP2011093778 A JP 2011093778A JP 2010009574 A JP2010009574 A JP 2010009574A JP 2010009574 A JP2010009574 A JP 2010009574A JP 2011093778 A JP2011093778 A JP 2011093778A
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Japan
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single crystal
silicon single
silicon
wafer
crucible
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JP2010009574A
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Inventor
Ryoji Hoshi
亮二 星
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a silicon single crystal which is suitable for a power device or the like needing high pressure resistance and is suited for production of a large-diameter silicon single crystal scarcely including oxygen, and to provide a silicon single crystal wafer. <P>SOLUTION: There are provided a silicon single crystal wafer which is grown by the Czochralski method, has an oxygen concentration of ≤1×10<SP>17</SP>atoms/cm<SP>3</SP>(ASTM'79) and has an in-plane distribution of electric resistivity of ≤10%, and a method for producing the silicon single crystal. The method is characterized by using for holding at least a raw material melt, a crucible which is composed of a material having a higher melting point than silicon and containing no oxygen atom in composition, and by applying a magnetic field for suppressing the convection of the raw material melt when a silicon single crystal is withdrawn from a raw melt by the Czochralski method. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコン単結晶ウェーハおよびシリコン単結晶の製造方法に関し、具体的には、ウェーハ中に酸素をほとんど含まないチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法とシリコン単結晶ウェーハに関する。   The present invention relates to a silicon single crystal wafer and a method for producing a silicon single crystal, and more specifically, to a method for producing a silicon single crystal by the Czochralski method that contains almost no oxygen in the wafer and a silicon single crystal wafer.

シリコン単結晶の製造方法には、主な製造方法としてチョクラルスキー法(以下CZ法とも記載)とFZ法の2つがある。
このうち、CZ法で得られるCZ結晶は、メモリーデバイスなどに広く使われている。
There are two main methods for producing a silicon single crystal, the Czochralski method (hereinafter also referred to as CZ method) and the FZ method.
Of these, CZ crystals obtained by the CZ method are widely used in memory devices and the like.

ここで、CZ法では、通常、原料融液を直接保持するルツボには石英ルツボを使用する。このため、この石英ルツボから酸素が溶出し、これがシリコン原料融液を通じてシリコン単結晶中に取り込まれる。
従って、CZシリコン単結晶ウェーハは、ウェーハ中に必ず酸素を含有するという特徴がある。そしてこのように酸素を含有しているウェーハでは、機械的強度が増したり、酸素が析出物(BMD:Bulk Micro Defect)を形成する。そして、それらがデバイス工程中に汚染物として入ってくる重金属不純物をゲッタリングする等の優れた特性を示す。
このように、多量に酸素を含有することに基づく利点を有することから、多くのデバイスでCZ結晶が用いられてきた。
Here, in the CZ method, a quartz crucible is usually used as a crucible for directly holding the raw material melt. For this reason, oxygen elutes from the quartz crucible and is taken into the silicon single crystal through the silicon raw material melt.
Therefore, the CZ silicon single crystal wafer is characterized in that it always contains oxygen. In such a wafer containing oxygen, mechanical strength increases or oxygen forms a precipitate (BMD: Bulk Micro Defect). They exhibit excellent properties such as gettering heavy metal impurities that come in as contaminants during the device process.
Thus, CZ crystals have been used in many devices because of the advantage based on containing a large amount of oxygen.

一方で、高耐圧が要求されるパワーデバイス等に必要なウェーハには、酸素を含まないFZ結晶が広く用いられている。
これは、パワーデバイス等では高耐圧特性が要求されることから、従来のCZ結晶のように多量に酸素を含み、それらが析出物を形成するウェーハでは、高耐圧を得られないという心配があった。
また、FZ結晶では非常に温度勾配が大きいので、点欠陥が凝集して形成されるグローンイン(Grown−in)欠陥のサイズが小さい上、酸素がないので、CZ結晶のようにCOP(Crystal Originated Particle=Vacancyタイプの点欠陥凝集体)等の内壁に見られる酸化膜も形成されない。このため、窒素をドープするだけでグローンイン欠陥が見られなくなり、高耐圧用として適したウェーハを得るのに向いている。
On the other hand, FZ crystals not containing oxygen are widely used for wafers required for power devices and the like that require high breakdown voltage.
This is because power devices and the like require high breakdown voltage characteristics, and there is a concern that a high breakdown voltage cannot be obtained in a wafer that contains a large amount of oxygen like conventional CZ crystals and forms precipitates. It was.
In addition, since the temperature gradient is very large in the FZ crystal, the size of grown-in defects formed by agglomeration of point defects is small, and since there is no oxygen, COP (Crystal Originated Particles) like the CZ crystal. = Vacancy type point defect agglomerates) and the like are not formed on the inner wall. For this reason, a grown-in defect is not seen only by doping with nitrogen, and it is suitable for obtaining a wafer suitable for high withstand voltage.

特開昭59−35094号公報JP 59-35094 A 特開平9−221379号公報JP-A-9-221379 特開平9−221380号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-221380 特開平5−155682号公報JP-A-5-155682

福田承生・干川圭吾著、「現代エレクトロニクスを支える単結晶成長技術」、2.3章、培風館Fukuda, Yoshio & Hikawa, Satoshi, “Single Crystal Growth Technology to Support Modern Electronics”, Chapter 2.3, Baifukan

しかしながら、FZ法では8インチ以上の大口径化が難しいという問題があり、酸素を含まない200mm以上の大口径結晶を得ることは非常に困難であるというのが現状である。   However, the FZ method has a problem that it is difficult to increase the diameter of 8 inches or more, and it is very difficult to obtain a large diameter crystal of 200 mm or more that does not contain oxygen.

組成に酸素を含まない材質、すなわち酸素供給源のないルツボでシリコン単結晶を育成する技術に関しては、例えば、特許文献1,2,3等には、窒化珪素や炭化珪素等の材料からなるルツボが記載されており、かつては行われていた。
しかし、酸素が含まれないシリコン単結晶から製造したウェーハでは、スリップ耐性やゲッタリング能力が得られないという問題があり、原料融液に酸化珪素を接触させる特許文献1のように、むしろ酸素を添加するための技術が研究されていた。
従って実質上無酸素のCZ結晶を造ることはできなかった。
Regarding the technology for growing a silicon single crystal with a material that does not contain oxygen in the composition, that is, a crucible without an oxygen supply source, for example, Patent Documents 1, 2, and 3 disclose a crucible made of a material such as silicon nitride or silicon carbide. Has been described and was once done.
However, in a wafer manufactured from a silicon single crystal that does not contain oxygen, there is a problem that slip resistance and gettering ability cannot be obtained, and as in Patent Document 1 in which silicon oxide is brought into contact with the raw material melt, rather oxygen is used. Techniques for adding have been studied.
Therefore, a substantially oxygen-free CZ crystal could not be produced.

また、上述した特許文献1等の過去に酸素供給源のないルツボが研究された当時は、引き上げ対象としている単結晶の口径が小さく、原料融液の対流の問題が問題視されることはほとんど無かった。従って酸素供給源のないルツボに磁場を印加するという技術は無かった。   In addition, when a crucible without an oxygen supply source was studied in the past, such as Patent Document 1 described above, the diameter of the single crystal to be pulled is small, and the problem of convection of the raw material melt is almost regarded as a problem. There was no. Therefore, there was no technique for applying a magnetic field to a crucible without an oxygen supply source.

一方、非特許文献1等に記載されているように、磁場を印加したMCZ法では、磁場強度を上げることで酸素濃度を低下できることが知られている。そのため特許文献4等のように低酸素濃度化のために磁場を印加する技術が開示されているほどである。
この意味でも石英ルツボを用いた場合でも低酸素濃度化ができることが特徴のMCZ法において、酸素供給源のないルツボを用いるという発想はそもそもなかった。
On the other hand, as described in Non-Patent Document 1 and the like, it is known that the MCZ method in which a magnetic field is applied can reduce the oxygen concentration by increasing the magnetic field strength. For this reason, a technique for applying a magnetic field for reducing oxygen concentration as disclosed in Patent Document 4 is disclosed.
In this sense, the MCZ method characterized in that the oxygen concentration can be reduced even when a quartz crucible is used, and the idea of using a crucible without an oxygen supply source was not in the first place.

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、高耐圧が要求されるパワーデバイス等に適した、酸素をほとんど含まない大口径のシリコン単結晶を製造するのに好適なシリコン単結晶の製造方法と、シリコン単結晶ウェーハを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and is suitable for a power device that requires a high breakdown voltage, and is suitable for producing a large-diameter silicon single crystal containing almost no oxygen. It is an object to provide a manufacturing method and a silicon single crystal wafer.

上記課題を解決するため、本発明では、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶ウェーハであって、該シリコン単結晶ウェーハは、酸素濃度が1×1017atoms/cm(ASTM79)以下で、かつ抵抗率面内分布が10%以内であることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a silicon single crystal wafer grown by the Czochralski method, and the silicon single crystal wafer has an oxygen concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM 79) or less. And a resistivity in-plane distribution is within 10%.

このように、本発明では、酸素濃度が1×1017atoms/cm(ASTM79)以下であり、また抵抗率面内分布が10%以内の、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶ウェーハを提供する。
このようなシリコン単結晶ウェーハは、ウェーハ中の酸素含有量が非常に低く、実質上含有していないものであり、パワーデバイス等の高耐圧が要求されるウェーハに好適なものとなっている。
また、チョクラルスキー法によって育成された単結晶から得られたものであるため、ウェーハ面内での抵抗率、特に抵抗率面内分布(ウェーハ面内の最大値と最小値との差を最小値で割った値)が10%以内に収まった均一なものとなり、デバイス製造に好適なウェーハである。
更に、チョクラルスキー法によって育成されたものであるため、例えばFZ法では製造することが難しい直径200mm以上の大口径なウェーハとすることができる。すなわち、近年の半導体デバイスの高集積化、高精度化の要求を満たすための単結晶ウェーハの大口径化の需要に十分に沿うものである。
Thus, in the present invention, a silicon single crystal wafer grown by the Czochralski method having an oxygen concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM 79) or less and a resistivity in-plane distribution of 10% or less. I will provide a.
Such a silicon single crystal wafer has a very low oxygen content in the wafer and does not substantially contain it, and is suitable for a wafer requiring a high breakdown voltage such as a power device.
In addition, since it is obtained from a single crystal grown by the Czochralski method, the resistivity within the wafer surface, especially the resistivity in-plane distribution (the difference between the maximum value and the minimum value within the wafer surface is minimized) (Value divided by the value) is within 10% and is a uniform wafer, which is suitable for device manufacturing.
Furthermore, since the wafer is grown by the Czochralski method, for example, a large-diameter wafer having a diameter of 200 mm or more that is difficult to manufacture by the FZ method can be obtained. In other words, it fully meets the demand for larger diameters of single crystal wafers in order to meet the recent demands for higher integration and higher precision of semiconductor devices.

また、本発明では、シリコン単結晶の製造方法であって、チョクラルスキー法によって原料融液からシリコン単結晶を引き上げる際に、少なくとも、前記原料融液を保持するルツボに、シリコンより融点が高く組成に酸素原子を含まない材質で構成されたルツボを用い、かつ前記原料融液の対流を抑制するための磁場を印加することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。   Further, the present invention is a method for producing a silicon single crystal, and when the silicon single crystal is pulled up from the raw material melt by the Czochralski method, at least the crucible holding the raw material melt has a higher melting point than silicon. Provided is a method for producing a silicon single crystal, characterized by using a crucible composed of a material not containing oxygen atoms in its composition and applying a magnetic field for suppressing convection of the raw material melt.

このように、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を引き上げる際に、原料融液を保持するルツボを、シリコンより融点が高く、組成に酸素原子を含まない材質で構成されたものとし、またシリコン単結晶の引き上げ中に、原料融液の対流を抑制するための磁場を印加する。
これによって、従来のように、原料融液の保持に石英ルツボを用いるCZ法の場合は避けることができなかったシリコン単結晶中へルツボ由来の酸素が取り込まれることを防止することができる。従って、酸素の含有量が低いことが求められるパワーデバイス等に適したシリコン単結晶ウェーハの切り出しに好適なシリコン単結晶を容易に製造することができる。
また、チョクラルスキー法によって製造するため、大口径化が容易であり、例えばFZ法では困難な直径200mm以上のシリコン単結晶も容易に得ることができる。
更に、磁場を印加することによって、大口径のシリコン単結晶を引き上げる、すなわち大口径のルツボを用いれば用いる程問題となる原料融液の対流を抑制することができ、シリコン単結晶が引き上げられない事態となることを防止できる。従って、製造歩留りと品質の向上を図ることができる。
As described above, when pulling up the silicon single crystal by the Czochralski method, the crucible for holding the raw material melt is made of a material having a higher melting point than silicon and containing no oxygen atoms in the composition. During the pulling of the crystal, a magnetic field for suppressing convection of the raw material melt is applied.
As a result, it is possible to prevent the oxygen derived from the crucible from being taken into the silicon single crystal, which could not be avoided in the case of the CZ method using a quartz crucible for holding the raw material melt as in the prior art. Therefore, a silicon single crystal suitable for cutting out a silicon single crystal wafer suitable for a power device or the like that is required to have a low oxygen content can be easily produced.
Moreover, since it is manufactured by the Czochralski method, it is easy to increase the diameter. For example, it is possible to easily obtain a silicon single crystal having a diameter of 200 mm or more, which is difficult by the FZ method.
Furthermore, by applying a magnetic field, the large-diameter silicon single crystal is pulled up, that is, the convection of the raw material melt, which becomes more problematic as the large-diameter crucible is used, can be suppressed, and the silicon single crystal cannot be pulled up. It can be prevented from happening. Therefore, the production yield and quality can be improved.

ここで、前記ルツボの材質として、炭素、炭化珪素、窒化珪素、ボロンナイトライド(PBN)、タングステン、モリブデン、ニオブのいずれかのものを用いることが好ましい。
このように、炭素、炭化珪素、窒化珪素、ボロンナイトライド(PBN)、タングステン、モリブデン、ニオブのいずれかの材料は、酸素を含まず、シリコンの融点である1400℃程度以上で安定であり、200mm以上の結晶を成長可能なサイズのルツボを容易に形成できるものである。このため、シリコンより融点が高く組成に酸素原子を含まない材質として適したものである。
Here, it is preferable to use any one of carbon, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride (PBN), tungsten, molybdenum, and niobium as the material of the crucible.
As described above, any material of carbon, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride (PBN), tungsten, molybdenum, and niobium does not contain oxygen and is stable at a melting point of silicon of about 1400 ° C. or higher. A crucible having a size capable of growing a crystal of 200 mm or more can be easily formed. Therefore, it is suitable as a material having a melting point higher than that of silicon and containing no oxygen atoms in the composition.

また、前記印加する磁場を、引き上げ中の前記シリコン単結晶の固液界面上の中心部における強度を500Gauss以上6000Gauss以下とすることが好ましい。
このように、引き上げ中のシリコン単結晶の固液界面上の中心部における磁場の強度を500Gauss以上とすることで、200mm以上の大口径の単結晶を育成するためのルツボの対流を抑制する効果を大きなものとすることができる。
また、6000Gauss以下とすることによって、高磁場を発生させる装置を大型化させる必要がなく、漏れ磁場の問題やコストが高くなるとの問題が発生することを防止することができる。
更に、非特許文献1及び特許文献4で示されている磁場印加で石英ルツボからの酸素供給が減らせるのと全く同じ理由で、磁場を印加することにより、ルツボの成分が溶出するのを抑えることができる。このため、例えば、炭素ルツボを用いた場合でも低炭素濃度の結晶を得ることができる。
Moreover, it is preferable that the intensity | strength in the center part on the solid-liquid interface of the said silicon single crystal being pulled is 500 Gauss or more and 6000 Gauss or less.
Thus, the effect of suppressing crucible convection for growing a single crystal having a large diameter of 200 mm or more by setting the strength of the magnetic field at the central portion on the solid-liquid interface of the silicon single crystal being pulled to 500 Gauss or more. Can be large.
Moreover, by setting it as 6000 Gauss or less, it is not necessary to enlarge the apparatus which generate | occur | produces a high magnetic field, and it can prevent that the problem that the problem of a leakage magnetic field and a cost become high generate | occur | produces.
Furthermore, for the same reason that the supply of oxygen from the quartz crucible can be reduced by applying the magnetic field shown in Non-Patent Document 1 and Patent Document 4, it is possible to suppress the dissolution of the crucible components by applying the magnetic field. be able to. For this reason, for example, even when a carbon crucible is used, a crystal having a low carbon concentration can be obtained.

そして、前記シリコン単結晶の引き上げの際に、炉内構造を調整することによって成長界面近傍の温度勾配Gの面内分布と、前記シリコン単結晶の引き上げ速度Vを制御して、前記引き上げるシリコン単結晶中に無欠陥領域が発生するようにV/Gを制御することが好ましい。
このように、炉内の温度勾配Gの制御と適正な成長速度Vを用いることで、Grown−in欠陥の無いシリコン単結晶を育成することができる。よって、酸素をほとんど含まず、Grown−in欠陥のない、すなわち極低酸素・無欠陥のシリコン単結晶ウェーハを切り出すことができるシリコン単結晶を製造することができる。
Then, when pulling up the silicon single crystal, the in-plane distribution of the temperature gradient G in the vicinity of the growth interface and the pulling speed V of the silicon single crystal are controlled by adjusting the in-furnace structure, so that the silicon single crystal to be pulled up is controlled. It is preferable to control V / G so that a defect-free region is generated in the crystal.
Thus, by using the temperature gradient G in the furnace and an appropriate growth rate V, a silicon single crystal having no grown-in defects can be grown. Therefore, it is possible to manufacture a silicon single crystal that can cut out a silicon single crystal wafer that contains almost no oxygen and has no grown-in defects, that is, an extremely low oxygen and defect-free silicon single crystal wafer.

更に、前記引き上げるシリコン単結晶の直径を、200mm以上とすることが好ましい。
このように、引き上げる単結晶の直径が200mm以上であっても、チョクラルスキー法であれば容易に育成することができ、容易に大口径化することができる。
Furthermore, it is preferable that the diameter of the silicon single crystal to be pulled is 200 mm or more.
Thus, even if the diameter of the single crystal to be pulled is 200 mm or more, the Czochralski method can be easily grown and the diameter can be easily increased.

更に、本発明では、本発明に記載のシリコン単結晶の製造方法によって製造されたシリコン単結晶をスライスして得たものであることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハを提供する。
上述のように、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、酸素濃度が極めて低い実質上含有していないとともに、面内の抵抗率分布が均一な大口径のシリコン単結晶を容易に得ることができるものである。従って、このようなシリコン単結晶の製造方法によって製造されたシリコン単結晶をスライスして得られたシリコン単結晶ウェーハも、酸素濃度が極めて低く、ウェーハ面内の抵抗率分布が均一なものとなっている。
Furthermore, the present invention provides a silicon single crystal wafer characterized by being obtained by slicing a silicon single crystal manufactured by the method for manufacturing a silicon single crystal according to the present invention.
As described above, the method for producing a silicon single crystal according to the present invention can easily obtain a large-diameter silicon single crystal containing substantially no oxygen concentration and having a uniform in-plane resistivity distribution. It can be done. Therefore, a silicon single crystal wafer obtained by slicing a silicon single crystal manufactured by such a method for manufacturing a silicon single crystal also has an extremely low oxygen concentration and a uniform resistivity distribution in the wafer surface. ing.

以上説明したように、本発明によれば、高耐圧が要求されるパワーデバイス等に適した、酸素をほとんど含まない大口径のシリコン単結晶を製造するのに好適なシリコン単結晶の製造方法と、シリコン単結晶ウェーハが提供される。   As described above, according to the present invention, a method for producing a silicon single crystal suitable for producing a large-diameter silicon single crystal containing almost no oxygen, which is suitable for a power device requiring high breakdown voltage, and the like. A silicon single crystal wafer is provided.

本発明のシリコン単結晶の製造方法で用いることができるシリコン単結晶育成装置の概略の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the outline of the silicon single crystal growth apparatus which can be used with the manufacturing method of the silicon single crystal of this invention. 本発明の実施例1で得られたシリコン単結晶ウェーハの抵抗率の面内分布の評価結果を示したグラフである。It is the graph which showed the evaluation result of the in-plane distribution of the resistivity of the silicon single crystal wafer obtained in Example 1 of this invention. V/Gと結晶欠陥分布の関係を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the relationship between V / G and crystal defect distribution. 従来のシリコン単結晶の製造方法で用いるシリコン単結晶育成装置の概略の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the outline of the silicon single crystal growth apparatus used with the manufacturing method of the conventional silicon single crystal.

以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明のシリコン単結晶ウェーハは、チョクラルスキー法により育成されたものであって、ウェーハ中の酸素濃度が1×1017atoms/cm(ASTM79)以下で、かつウェーハ面内の抵抗率面内分布が10%以内のウェーハである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
The silicon single crystal wafer of the present invention is grown by the Czochralski method, the oxygen concentration in the wafer is 1 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM 79) or less, and the resistivity surface in the wafer surface This is a wafer having an internal distribution within 10%.

このように、ウェーハ中の酸素濃度が1×1017atoms/cm(ASTM79)以下であれば、酸素含有量が非常に低く、析出物がほとんど形成されないシリコン単結晶ウェーハとなる。従って、高耐圧が要求されるパワーデバイス用途に適したものである。
また、チョクラルスキー法によって育成されたCZ結晶においては、一般に抵抗率の面内均一性がFZ結晶に比較して優れており、中心部と周辺部(例えばエッジから5mm)との比率が10%以内のウェーハが容易に製造可能である。従って、FZ結晶では面内の抵抗率の均一性を保つために中性子照射をすることもあるが、そのような高コスト工程を行わなくても良いというメリットがあり、安価なシリコン単結晶ウェーハとなる。
更に、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶ウェーハから作製されたものであるため、例えば直径200mm以上、更には300mm以上の大口径のものを容易に得ることができる。
Thus, if the oxygen concentration in the wafer is 1 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM 79) or less, the oxygen content is very low and a silicon single crystal wafer in which precipitates are hardly formed is obtained. Therefore, it is suitable for power device applications requiring high breakdown voltage.
In addition, in the CZ crystal grown by the Czochralski method, the in-plane uniformity of resistivity is generally superior to that of the FZ crystal, and the ratio of the central portion to the peripheral portion (for example, 5 mm from the edge) is 10 % Wafers can be easily manufactured. Therefore, in the FZ crystal, neutron irradiation may be performed in order to maintain the uniformity of the in-plane resistivity, but there is a merit that it is not necessary to perform such a high-cost process. Become.
Furthermore, since it is produced from a silicon single crystal wafer grown by the Czochralski method, a large diameter having a diameter of 200 mm or more, further 300 mm or more can be easily obtained.

上記のような本発明のシリコン単結晶ウェーハは、以下に示す様な本発明のシリコン単結晶の製造方法によって製造されたシリコン単結晶から切り出すことで製造することができる。その一例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   The silicon single crystal wafer of the present invention as described above can be produced by cutting from a silicon single crystal produced by the method for producing a silicon single crystal of the present invention as described below. One example is shown below, but the present invention is not limited to these.

本発明のシリコン単結晶の製造方法を説明するにあたって、まず、本発明のシリコン単結晶の製造方法に用いるシリコン単結晶育成装置の一例について図1を参照して説明するが、もちろんこれに限定されない。
図1は、本発明のシリコン単結晶の製造方法で用いることができるシリコン単結晶育成装置の概略の一例を示した図である。
In describing the silicon single crystal manufacturing method of the present invention, first, an example of a silicon single crystal growing apparatus used in the silicon single crystal manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG. .
FIG. 1 is a diagram showing an example of an outline of a silicon single crystal growing apparatus that can be used in the method for producing a silicon single crystal of the present invention.

図1の単結晶育成装置16は、原料融液4が充填されたルツボ6と、該ルツボ6を取り囲むように配置された加熱ヒーター7と断熱部材8がメインチャンバー1内に設置されており、該メインチャンバー1の上部には育成したシリコン単結晶3を収容し、取り出すための引き上げチャンバー2が連接されている。
更に、この単結晶育成装置16は、磁場印加装置15の電磁石を構成するコイル(磁場発生用コイル)をメインチャンバー1の外側にルツボ6を挟んで同軸的に対向配備し、ルツボ6内の原料融液4に水平磁場を印加できる構造である。
1 includes a crucible 6 filled with a raw material melt 4, a heater 7 and a heat insulating member 8 arranged so as to surround the crucible 6, and are installed in the main chamber 1. A pulling chamber 2 for accommodating and taking out the grown silicon single crystal 3 is connected to the upper portion of the main chamber 1.
Further, the single crystal growing device 16 is arranged such that a coil (magnetic field generating coil) constituting an electromagnet of the magnetic field applying device 15 is disposed coaxially opposite to the outside of the main chamber 1 with the crucible 6 interposed therebetween, and the raw material in the crucible 6 In this structure, a horizontal magnetic field can be applied to the melt 4.

このような単結晶育成装置を用いてシリコン単結晶3を育成する場合、チョクラルスキー法(CZ法)により、ルツボ6中の原料融液4に種結晶5を浸漬させた後、種絞りを経て回転させながら静かに引き上げて棒状のシリコン単結晶3を成長させる。一方、ルツボ6は結晶成長軸方向に昇降可能であり、結晶成長中に結晶化して減少した融液の液面下降分を補うようにルツボを上昇させ、これにより、融液表面の高さを一定に保持している。   When the silicon single crystal 3 is grown using such a single crystal growing apparatus, the seed crystal 5 is immersed in the raw material melt 4 in the crucible 6 by the Czochralski method (CZ method), and then the seed drawing is performed. The rod-shaped silicon single crystal 3 is grown by gently pulling up while rotating. On the other hand, the crucible 6 can be moved up and down in the direction of the crystal growth axis, and the crucible is raised so as to compensate for the liquid level drop of the melt that has been crystallized and decreased during the crystal growth, thereby increasing the height of the melt surface. Hold constant.

また、メインチャンバー1の内部には、引き上げチャンバー2の上部に設けられたガス導入口10からアルゴンガス等の不活性ガスが導入され、引き上げ中のシリコン単結晶3と強制冷却された冷却筒11や円筒13との間を通過し、ヒーターや融液からの輻射を遮断するための遮熱部材14の下部と融液面との間を通過し、ガス流出口9から排出されている。ここで、冷却筒11は、冷却媒体導入口12から導入された冷却媒体によって強制冷却されている。
さらに、放射温度計(不図示)を用いて、ルツボ6中の原料融液4の温度を、ガラス窓を通して結晶融液表面の輻射から測定し、結晶融液の温度を測定することができる。
Further, an inert gas such as argon gas is introduced into the main chamber 1 from a gas inlet 10 provided in the upper portion of the pulling chamber 2, and the silicon single crystal 3 being pulled and the cooling cylinder 11 that is forcibly cooled. Or between the lower part of the heat shield member 14 for blocking radiation from the heater or the melt and the melt surface, and is discharged from the gas outlet 9. Here, the cooling cylinder 11 is forcibly cooled by the cooling medium introduced from the cooling medium introduction port 12.
Furthermore, using a radiation thermometer (not shown), the temperature of the raw material melt 4 in the crucible 6 can be measured from the radiation on the surface of the crystal melt through the glass window, and the temperature of the crystal melt can be measured.

ここで、原料融液4を保持するルツボ6には、シリコンより融点が高く、組成に酸素原子を含まない材質で構成されたものを用いる。ここで言うルツボは、原料融液を直接保持して原料融液に接触するルツボのことであり、従来のような石英ルツボの強度を補完するために用いられる支持ルツボのことではない。
また、単結晶を引き上げる際に、原料融液4の対流を抑制するための磁場を磁場印加装置15によって印加する。
Here, the crucible 6 that holds the raw material melt 4 is made of a material that has a higher melting point than silicon and does not contain oxygen atoms in its composition. The crucible here refers to a crucible that directly holds the raw material melt and contacts the raw material melt, and is not a support crucible used to supplement the strength of the conventional quartz crucible.
Further, when pulling up the single crystal, a magnetic field application device 15 applies a magnetic field for suppressing convection of the raw material melt 4.

このように、ルツボに、組成に酸素原子を含まず、シリコンの融点である1420℃程度以上で安定であり、例えば200mm以上の大口径のシリコン単結晶を成長可能なサイズのルツボを形成できる材質を用いることによって、石英ルツボを用いる場合には決して避けることのできなかった原料融液への酸素原子の混入が抑制できる。従って、シリコン単結晶に酸素が取り込まれることも防止でき、不可避的に混入される僅かな量を除いて実質上酸素をほとんど含まないシリコン単結晶を製造することができる。よって、パワーデバイス等の高耐圧が求められる用途のデバイス製造に好適なシリコン単結晶ウェーハを、大口径化が容易なCZ法によって得ることができ、製造コストの削減等に大きく貢献するものとなる。   In this way, the crucible does not contain oxygen atoms in the composition, is stable at a temperature of about 1420 ° C., which is the melting point of silicon, and can form a crucible having a size capable of growing a silicon single crystal having a large diameter of, for example, 200 mm or more. By using this, it is possible to suppress the mixing of oxygen atoms into the raw material melt, which could never be avoided when using a quartz crucible. Accordingly, it is possible to prevent oxygen from being taken into the silicon single crystal, and it is possible to produce a silicon single crystal that substantially does not contain oxygen except for a small amount that is inevitably mixed. Therefore, it is possible to obtain a silicon single crystal wafer suitable for manufacturing a device for applications requiring high breakdown voltage such as a power device by the CZ method that can be easily increased in diameter, which greatly contributes to reduction of manufacturing cost. .

また、磁場を印加することによって、従来の特許文献1等では問題となっていなかった大口径のルツボを用いる場合に問題となる原料融液の対流が安定しないために単結晶が引き上げられない、との問題の発生を抑制することができ、製造歩留りの向上を図ることができる。なお、ルツボの回転数と単結晶の回転数を大幅に上げることによって、原料融液の対流を強制的に発生させるとシリコン単結晶の引き上げが可能となるが、この場合、単結晶に乱れが発生する確率が高い上に、単結晶中に多くの結晶欠陥が含まれることになる。しかし、本発明によればそのような回転数を大幅に上げることをせずに済み、引き上げるシリコン単結晶の生産効率を上げることができるとともに、結晶欠陥を少なくでき、品質の向上を達成することもできる。
更に、チョクラルスキー法のため、例えばFZ法では困難な直径200mm以上のシリコン単結晶の引き上げにも容易に対応することができる。また、ウェーハとした時の面内の抵抗率分布をFZ法のウェーハに比べて均一にすることができ、抵抗率面内分布が10%以内のシリコン単結晶ウェーハを製造できるシリコン単結晶を得ることができる。
In addition, by applying a magnetic field, the single crystal cannot be pulled up because the convection of the raw material melt, which is a problem when using a large-diameter crucible that was not a problem in the conventional Patent Document 1 or the like, is not stable. And the production yield can be improved. Note that the silicon single crystal can be pulled up by forcibly generating convection of the raw material melt by greatly increasing the rotational speed of the crucible and the single crystal, but in this case, the single crystal is disturbed. In addition to the high probability of occurrence, the single crystal contains many crystal defects. However, according to the present invention, it is not necessary to significantly increase the number of rotations, and it is possible to increase the production efficiency of the silicon single crystal to be pulled up, reduce crystal defects, and achieve an improvement in quality. You can also.
Furthermore, because of the Czochralski method, for example, it is possible to easily handle the pulling of a silicon single crystal having a diameter of 200 mm or more, which is difficult with the FZ method. Further, the in-plane resistivity distribution when used as a wafer can be made uniform as compared with the wafer of the FZ method, and a silicon single crystal capable of producing a silicon single crystal wafer having a resistivity in-plane distribution within 10% is obtained. be able to.

また、ルツボに酸素が含有されていないので、シリコン単結晶製造中に酸化物が発生しない。よって、ルツボの劣化や炉内の酸化物の付着を考慮する必要がないので、同じルツボから多数本の単結晶棒を引き上げるマルチプーリングによって長時間にわたる単結晶の製造が可能となり、ランニングコストの低減や、単結晶製造歩留りの更なる向上を達成することができる。   In addition, since no oxygen is contained in the crucible, no oxide is generated during the production of the silicon single crystal. Therefore, it is not necessary to consider the deterioration of the crucible and the adhesion of oxide in the furnace, so it is possible to produce a single crystal over a long period of time by multi-pooling that pulls up a large number of single crystal rods from the same crucible, reducing the running cost. In addition, the single crystal production yield can be further improved.

ここで、引き上げるシリコン単結晶の直径を、上述のように、200mm以上とすることができる。
上述のように、本発明のシリコン単結晶の製造方法はチョクラルスキー法によってシリコン単結晶を製造するものである。従って、大口径化がFZ法に比べて容易であり、例えば200mm以上、更には300mm以上の直径のシリコン単結晶であっても容易に育成することができる。
Here, the diameter of the silicon single crystal to be pulled can be set to 200 mm or more as described above.
As described above, the method for producing a silicon single crystal according to the present invention produces a silicon single crystal by the Czochralski method. Therefore, it is easy to increase the diameter compared to the FZ method. For example, even a silicon single crystal having a diameter of 200 mm or more, further 300 mm or more can be easily grown.

また、用いるルツボ材として、炭素材、炭化珪素材、窒化珪素、ボロンナイトライド(PBN)、タングステン、モリブデン、ニオブのいずれかからなるものを用いることができる。
炭素、炭化珪素、窒化珪素、ボロンナイトライド(PBN)、タングステン、モリブデン、ニオブのいずれかの材料は、直接200mm以上の結晶を成長可能なサイズのルツボを形成することが容易なものである。また、その組成中に酸素を含まず、シリコンの融点である1400℃程度以上で安定である。
従って、これらの材料は、シリコンより融点が高く組成に酸素原子を含まない材質として安価に準備することができ、好適である。すなわちルツボの材質にこれらの材質を選択することによって、より容易かつ安価に極低酸素濃度のシリコン単結晶を製造することができる。
Further, as the crucible material to be used, a material made of any of carbon material, silicon carbide material, silicon nitride, boron nitride (PBN), tungsten, molybdenum, and niobium can be used.
Any material of carbon, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride (PBN), tungsten, molybdenum, and niobium can easily form a crucible having a size capable of directly growing a crystal of 200 mm or more. Further, the composition does not contain oxygen, and is stable at about 1400 ° C. or higher, which is the melting point of silicon.
Accordingly, these materials are suitable because they can be prepared at low cost as materials having a melting point higher than that of silicon and not containing oxygen atoms in the composition. That is, by selecting these materials for the crucible material, it is possible to manufacture a silicon single crystal having an extremely low oxygen concentration more easily and inexpensively.

なお、ここに掲げた炭素材、炭化珪素材からは炭素が、窒化珪素材からは窒素が、PBN材からは窒素とボロンが、原料融液中に混入する可能性がある。
しかしボロンは、ドーパントとして有効な元素であり、溶出分を考慮した抵抗制御をすれば問題とはならない。
また窒素は、FZ法では頻繁にドープされている元素である。またCZ法においても、いくつかの品種で故意にドープされる元素であり、結晶欠陥を小さくする効果が確認されている元素である。なお、CZ結晶では、窒素と酸素が作用してBMDが増加したり、NOドナーを形成したりという効果も確認されている。しかし、本発明のように、酸素がほとんど含まれないシリコン単結晶の場合、BMD増加やNOドナーの形成効果はないと考えて良い。
更に炭素に関しても、酸素と関係してドナーを形成するとの報告があるが、これも酸素をほとんど含まない本発明のシリコン単結晶では問題ないと考えられる。
In addition, carbon may be mixed in the raw material melt from the carbon material and silicon carbide material listed here, carbon from the silicon nitride material, and nitrogen and boron from the PBN material.
However, boron is an effective element as a dopant, and there is no problem if resistance is controlled in consideration of the amount of elution.
Nitrogen is an element that is frequently doped in the FZ method. Also in the CZ method, it is an element that is intentionally doped in some varieties and has been confirmed to have an effect of reducing crystal defects. In the CZ crystal, it has been confirmed that nitrogen and oxygen act to increase BMD or form an NO donor. However, in the case of a silicon single crystal containing almost no oxygen as in the present invention, it may be considered that there is no effect of increasing BMD or forming NO donors.
Further, although carbon has been reported to form a donor in relation to oxygen, it is considered that this is not a problem with the silicon single crystal of the present invention containing almost no oxygen.

そして、印加する磁場を、引き上げ中のシリコン単結晶の固液界面上の中心部における強度で500Gauss以上6000Gauss以下とすることができる。
引き上げ中のシリコン単結晶の固液界面上の中心部における磁場の強度が500Gauss以上であれば、ルツボの対流を抑制する効果が大きく、例えば200mm以上と大口径となればなるほど問題となるルツボの対流が抑制できる。また、6000Gauss以下であれば、高磁場を発生させる磁場発生装置が大型とならず、漏れ磁場の問題や装置に係るコストの低減を達成することができる。
更に、磁場を印加することによって、ルツボの成分の溶出を抑制することができる。これによって、例えば、炭素ルツボを用いた場合でも低炭素濃度の結晶を得ることができる。
The applied magnetic field can be 500 Gauss or more and 6000 Gauss or less in intensity at the central portion on the solid-liquid interface of the silicon single crystal being pulled.
If the strength of the magnetic field at the central portion on the solid-liquid interface of the silicon single crystal being pulled is 500 Gauss or more, the effect of suppressing the convection of the crucible is large. For example, the larger the diameter of the crucible becomes 200 mm or more, the more problematic the crucible becomes. Convection can be suppressed. Moreover, if it is 6000 Gauss or less, the magnetic field generator which generate | occur | produces a high magnetic field will not become large sized, and the reduction of the cost concerning the problem of a leakage magnetic field and an apparatus can be achieved.
Furthermore, the elution of the crucible component can be suppressed by applying a magnetic field. Thereby, for example, even when a carbon crucible is used, a crystal having a low carbon concentration can be obtained.

更に、シリコン単結晶の引き上げの際に、炉内構造を調整することによって成長界面近傍の温度勾配Gの面内分布と、シリコン単結晶の引き上げ速度Vを制御して、引き上げるシリコン単結晶中に無欠陥領域が発生するようにV/Gを制御することができる。   Further, during the pulling of the silicon single crystal, the in-plane distribution of the temperature gradient G in the vicinity of the growth interface and the pulling speed V of the silicon single crystal are controlled by adjusting the in-furnace structure. V / G can be controlled so that a defect-free region is generated.

前述したように、FZ法によって製造したシリコン単結晶では、酸素をほとんど含まないだけでなく、窒素をドープすることで容易にグローンイン欠陥を見えない程度にすることが可能である。これらの品質が総合的に高耐圧特性を生み出している可能性がある。
一方CZ法では、特開平11−157996号公報、特開平11−180800号公報等に示すように、炉内の温度勾配制御と適正な成長速度を用いることで、グローンイン欠陥の無い結晶育成技術が確立されている。
ここで、グローンイン欠陥について図3を参照しながら説明する。
As described above, the silicon single crystal manufactured by the FZ method not only contains almost no oxygen, but also can be made invisible to the extent of growing-in defects by doping nitrogen. These qualities may produce high breakdown voltage characteristics overall.
On the other hand, in the CZ method, as shown in JP-A-11-157996, JP-A-11-180800, and the like, a crystal growth technique free from grow-in defects can be achieved by using temperature gradient control in the furnace and an appropriate growth rate. Has been established.
Here, the grow-in defect will be described with reference to FIG.

一般に、シリコン単結晶を成長させるときに、結晶成長速度V(結晶引上げ速度)が比較的高速の場合には、空孔型の点欠陥が集合したボイド起因とされているCOP等のグローンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在する。これらのボイド起因の欠陥が存在する領域はV領域と呼ばれている。   In general, when a silicon single crystal is grown, if the crystal growth rate V (crystal pulling rate) is relatively high, a grown-in defect such as COP that is caused by voids in which vacancy-type point defects are gathered is observed. It exists at high density throughout the crystal diameter direction. A region where defects due to these voids are present is called a V region.

また、結晶成長速度を低くしていくと成長速度の低下に伴いOSF(酸化誘起積層欠陥、Oxidation Induced Stacking Fault)領域が結晶の周辺からリング状に発生し、さらに成長速度を低速にすると、OSFリングがウェーハの中心に収縮して消滅する。一方、さらに成長速度を低速にすると格子間シリコンが集合した転位ループ起因と考えられているLSEPD等の欠陥が低密度に存在し、これらの欠陥が存在する領域はI領域と呼ばれている。   Further, when the crystal growth rate is lowered, an OSF (Oxidation Induced Stacking Fault) region is generated in a ring shape from the periphery of the crystal as the growth rate is lowered, and when the growth rate is further lowered, the OSF is reduced. The ring shrinks to the center of the wafer and disappears. On the other hand, when the growth rate is further reduced, defects such as LSEPD, which are considered to be caused by dislocation loops in which interstitial silicon is gathered, are present at a low density, and a region where these defects exist is called an I region.

更に、V領域とI領域の中間でOSFリングの外側に、ボイド起因のCOP等の欠陥も、格子間シリコン起因のLSEPD等の欠陥も存在しない領域があり、この領域はN(ニュートラル)領域と呼ばれる。   Further, there is a region outside the OSF ring between the V region and the I region, where there are no defects such as voids due to COP or defects such as LSEPD due to interstitial silicon, and this region is an N (neutral) region. be called.

上述のグローンイン欠陥は、単結晶の引き上げ速度V(mm/min)と、固液界面近傍のシリコンの融点から1420℃の間の引き上げ軸方向の結晶温度勾配G(℃/mm)の比であるV/G(mm/℃・min)というパラメーターによりその導入量が決定されると考えられている(例えば、V.V.Voronkov,Journal of Crystal Growth,59(1982),625〜643参照)。
すなわち、V/Gを所定の値で一定に制御しながら単結晶の育成を行うことにより、所望の欠陥領域あるいは所望の無欠陥領域を有する単結晶を製造することが可能となる。
The above-mentioned grow-in defect is a ratio between the pulling rate V (mm / min) of the single crystal and the crystal temperature gradient G (° C / mm) in the pulling axis direction between the melting point of silicon near the solid-liquid interface and 1420 ° C. The amount of introduction is considered to be determined by a parameter of V / G (mm 2 / ° C. · min) (see, for example, VV Voronkov, Journal of Crystal Growth, 59 (1982), 625 to 643). .
That is, a single crystal having a desired defect region or a desired defect-free region can be manufactured by growing the single crystal while controlling V / G to be constant at a predetermined value.

従って、FZ結晶が生み出す高耐圧特性に近づけるためにも、無グローンイン欠陥品質とするために、V/Gを制御することができる。
これによって酸素濃度が極めて低く、またグローンイン欠陥の無いシリコン単結晶を育成することができ、従って、無欠陥の高品質なシリコン単結晶ウェーハを得るのに適している。
Accordingly, V / G can be controlled in order to achieve a non-grow-in defect quality in order to approach the high breakdown voltage characteristics produced by the FZ crystal.
This makes it possible to grow a silicon single crystal having an extremely low oxygen concentration and no grown-in defects, and is therefore suitable for obtaining a defect-free high-quality silicon single crystal wafer.

ここで、炉内構造の調整とは、例えば、冷却筒11や円筒13、遮熱部材14の位置や構造を調整することによって行うことができる。   Here, the adjustment of the in-furnace structure can be performed by adjusting the positions and structures of the cooling cylinder 11, the cylinder 13, and the heat shield member 14, for example.

また、上述の本発明のシリコン単結晶の製造方法で製造されたシリコン単結晶をスライスするスライス工程と、該スライス工程によって得られたウェーハの割れ、欠けを防止するための面取り工程と、このウェーハを平坦化するラッピング工程と、面取り及びラッピングされたウェーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程と、このウェーハ表面を鏡面化する研磨工程と、研磨されたウェーハを洗浄し付着した研磨剤や異物を除去する洗浄工程等を行うことによって、酸素濃度が極めて低く(1×1017atoms/cm(ASTM79)以下)、面内の抵抗率分布が均一(誤差が10%以内)なシリコン単結晶ウェーハを得ることができる。 In addition, a slicing process for slicing a silicon single crystal manufactured by the above-described method for manufacturing a silicon single crystal of the present invention, a chamfering process for preventing cracking and chipping of a wafer obtained by the slicing process, and the wafer A lapping process for flattening, an etching process for removing chamfering and processing distortion remaining on the lapped wafer, a polishing process for mirroring the surface of the wafer, and an abrasive or a foreign substance adhered to the polished wafer by cleaning. A silicon single crystal having a very low oxygen concentration (1 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM 79) or less) and a uniform in-plane resistivity distribution (within 10% error) A wafer can be obtained.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
図1に示したCZ法による単結晶育成装置を用いてシリコン単結晶を育成し、得られたシリコン単結晶からシリコン単結晶ウェーハを製造した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
Example 1
A silicon single crystal was grown using the single crystal growth apparatus based on the CZ method shown in FIG. 1, and a silicon single crystal wafer was manufactured from the obtained silicon single crystal.

具体的には、口径24インチ(600mm)の割れ目や穴等のない黒鉛製ルツボ内に充填した160kgのシリコン原料を、該黒鉛ルツボを取り囲むように配置されたヒーターによって加熱して溶融させた。そして、この原料融液に種結晶を浸漬させた後、この種結晶をゆっくり上昇させることで溶融させた原料から棒状のシリコン単結晶を引き上げた。
また磁場は、引き上げ中のシリコン単結晶の固液界面上の中心部における強度で4000Gaussとなるような強度の磁場を印加した。さらに炉内構造を調整して成長界面近傍の温度勾配Gの面内分布を制御し、成長速度Vを無欠陥領域(N領域)となるようにV/Gを制御して単結晶を育成した。
以上のような条件の下、ルツボ回転速度1rpm、結晶回転速度12rpmとして、直胴長さ150cmの直径8インチ(206mm)のシリコン単結晶を育成した。
Specifically, 160 kg of silicon raw material filled in a graphite crucible having a diameter of 24 inches (600 mm) without cracks or holes was heated and melted by a heater disposed so as to surround the graphite crucible. And after immersing a seed crystal in this raw material melt, the rod-shaped silicon single crystal was pulled up from the melted raw material by slowly raising the seed crystal.
A magnetic field having a strength of 4000 Gauss at the central portion on the solid-liquid interface of the silicon single crystal being pulled was applied. Further, the in-plane structure of the temperature gradient G in the vicinity of the growth interface was controlled by adjusting the in-furnace structure, and a single crystal was grown by controlling the V / G so that the growth rate V became a defect-free region (N region). .
Under the conditions described above, a silicon single crystal having a straight barrel length of 150 cm and a diameter of 8 inches (206 mm) was grown at a crucible rotation speed of 1 rpm and a crystal rotation speed of 12 rpm.

この結晶を円筒研削して直径200mmにした後、30cm毎にウェーハ状のサンプルを複数枚切り出した。
これらの複数枚のサンプルウェーハを用いて、ウェーハ中の酸素濃度及び抵抗率面内分布を調査した。
The crystal was cylindrically ground to a diameter of 200 mm, and a plurality of wafer-like samples were cut out every 30 cm.
Using these plural sample wafers, the oxygen concentration and resistivity in-plane distribution in the wafer were investigated.

まずウェーハ中の酸素濃度はFT−IRを用いて測定した。具体的には、サンプルウェーハとリファレンスウェーハの吸収スペクトル差分から酸素の吸収ピーク高さを求めることで評価した。今回のサンプルウェーハでは、どの位置から切り出したものもリファレンスに用いたFZ結晶のウェーハとほとんど同等の吸収ピークであり、サンプルウェーハ中の酸素はほぼFZ結晶のウェーハと同等であった。従って1×1017atoms/cm以下であることは間違いなかった。 First, the oxygen concentration in the wafer was measured using FT-IR. Specifically, it was evaluated by obtaining the oxygen absorption peak height from the difference in absorption spectrum between the sample wafer and the reference wafer. In this sample wafer, what was cut out from any position had almost the same absorption peak as that of the FZ crystal wafer used as a reference, and oxygen in the sample wafer was almost the same as that of the FZ crystal wafer. Therefore, there was no doubt that it was 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

次に、抵抗率面内分布を評価した。切り出されたサンプルウェーハを6枚抽出し、面内5mmステップで抵抗率を測定した。その結果を図2に示す。
図2に示す様に、面内の最大値と最小値との差を最小値で割ったパーセンテージはどれも2−5%であり、FZ法では達成困難な10%を下回るものであった。
更に欠陥分布を調査した。切り出されたサンプルウェーハを選択エッチングし、FPD/LEPを評価した。この結果、無欠陥であることが確認できた。
Next, the resistivity in-plane distribution was evaluated. Six cut sample wafers were extracted, and the resistivity was measured in an in-plane 5 mm step. The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the percentage obtained by dividing the difference between the maximum value and the minimum value in the plane by the minimum value is 2-5%, which is less than 10%, which is difficult to achieve with the FZ method.
Furthermore, the defect distribution was investigated. The cut sample wafer was selectively etched and evaluated for FPD / LEP. As a result, it was confirmed that there was no defect.

(実施例2)
実施例1において、原料融液を保持するルツボに、ボロンナイトライド(PBN)を使用した以外は同一の条件でシリコン単結晶を引き上げ、同様にシリコン単結晶ウェーハを製造し、同様の評価を行った。
その結果、サンプルウェーハ中の酸素量は、リファレンスのFZ結晶ウェーハと同水準であり、実施例1と同様ほぼFZ結晶のウェーハと同等であった。また抵抗率面内分布、結晶欠陥の分布もほぼ同様であった。
(Example 2)
In Example 1, a silicon single crystal was pulled up under the same conditions except that boron nitride (PBN) was used for the crucible holding the raw material melt, and a silicon single crystal wafer was manufactured in the same manner, and the same evaluation was performed. It was.
As a result, the amount of oxygen in the sample wafer was the same level as that of the reference FZ crystal wafer, and was almost the same as that of the FZ crystal wafer as in Example 1. The resistivity in-plane distribution and crystal defect distribution were also almost the same.

(実施例3)
実施例1において、原料融液を保持するルツボに、炭化珪素(SiC)を使用した以外は同一の条件でシリコン単結晶を引き上げ、同様にシリコン単結晶ウェーハを製造し、同様の評価を行った。
その結果、サンプルウェーハ中の酸素量は、リファレンスのFZ結晶ウェーハと同水準であり、実施例1,2と同様ほぼFZ結晶のウェーハと同等であった。また抵抗率面内分布、結晶欠陥の分布もほぼ同様であった。
(Example 3)
In Example 1, the silicon single crystal was pulled up under the same conditions except that silicon carbide (SiC) was used for the crucible holding the raw material melt, and a silicon single crystal wafer was produced in the same manner, and the same evaluation was performed. .
As a result, the amount of oxygen in the sample wafer was the same level as that of the reference FZ crystal wafer, and was almost equivalent to that of the FZ crystal wafer as in Examples 1 and 2. The resistivity in-plane distribution and crystal defect distribution were also almost the same.

(比較例1)
図4に示したような、従来の石英ルツボ17を備えたシリコン単結晶育成装置16’を使用し、低酸素濃度化を達成するために、単結晶の回転数を3rpm、ルツボの回転数を0.02rpmと極端な低速回転条件とした以外は、実施例1と同様の条件でシリコン単結晶を引き上げ、同様にシリコン単結晶ウェーハを製造し、同様の評価を行った。
(Comparative Example 1)
In order to achieve a low oxygen concentration by using a conventional silicon single crystal growing apparatus 16 ′ having a quartz crucible 17 as shown in FIG. 4, the rotational speed of the single crystal is 3 rpm and the rotational speed of the crucible is A silicon single crystal was pulled up under the same conditions as in Example 1 except that the rotation speed was extremely low at 0.02 rpm, and a silicon single crystal wafer was produced in the same manner, and the same evaluation was performed.

その結果、酸素濃度は3−5×1017atoms/cm(ASTM79)であった。
しかし、抵抗率面内分布は15%程度のサンプルウェーハがあり、さほど良好ではなかった。
結晶欠陥に関しては、無欠陥のウェーハを得ることができた。
このように、石英ルツボを用いた場合には、無欠陥結晶は可能ではあるが、酸素濃度や抵抗率面内分布で問題のある結果となった。
As a result, the oxygen concentration was 3-5 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM 79).
However, there was a sample wafer with a resistivity in-plane distribution of about 15%, which was not so good.
With respect to crystal defects, a defect-free wafer could be obtained.
As described above, when a quartz crucible is used, a defect-free crystal is possible, but there are problems in terms of oxygen concentration and resistivity in-plane distribution.

(比較例2)
磁場を印加しなかった以外は、実施例1と同様の条件でシリコン単結晶を育成しようとした。
しかし原料融液の対流が安定しないためか、単結晶がなかなか引き上げられなかった。
そこでルツボ回転速度を8rpm、単結晶回転速度を18rpmと速くして、強制的に対流を発生させることで、ようやく単結晶が引き上がった。
ただし、直胴長さ100cm以降では、単結晶が有転位化してしまった。従って品質評価(ウェーハ酸素濃度、抵抗率面内分布、欠陥分布)は引き上げた単結晶の前半部のみで行った。
(Comparative Example 2)
A silicon single crystal was grown under the same conditions as in Example 1 except that no magnetic field was applied.
However, it was difficult to pull up the single crystal because the convection of the raw material melt was not stable.
Therefore, the crucible rotation speed was increased to 8 rpm and the single crystal rotation speed was increased to 18 rpm to forcibly generate convection, so that the single crystal was finally pulled up.
However, after the straight body length of 100 cm, the single crystal was dislocated. Therefore, quality evaluation (wafer oxygen concentration, resistivity in-plane distribution, defect distribution) was performed only on the first half of the pulled single crystal.

その結果、酸素濃度は実施例1と同様に同様ほぼFZ結晶のウェーハと同等であった。また抵抗率面内分布も5%程度と、10%を充分下回り、良好な結果となった。
しかし、結晶欠陥を調査した結果、FPDが検出されたり、面内でFPDとLEPの両者が検出されたりと、無欠陥領域が発生しなかった。
As a result, the oxygen concentration was almost the same as that of the FZ crystal wafer as in Example 1. Also, the resistivity in-plane distribution was about 5%, well below 10%, and good results were obtained.
However, as a result of investigating crystal defects, no defect-free region was generated when FPD was detected or both FPD and LEP were detected in the plane.

これは磁場を印加しなかったことにより、固液界面の形状が変化し、温度勾配分布が大きく変化したためと考えられる。
条件を最適化していけば無欠陥を得られる可能性は残されている。しかし、実施例1では無欠陥が得られている条件でも比較例2ではサンプルウェーハ面内でFPDとLEPの両者が検出されていることから考えて、容易ではないと想像される。
以上、磁場を印加しない場合には対流抑制効果がないため、大口径の単結晶が引き上げにくくなった上、無欠陥結晶も得られにくい結果であった。
This is presumably because the shape of the solid-liquid interface changed due to the absence of a magnetic field and the temperature gradient distribution changed significantly.
If the conditions are optimized, there is a possibility that defects can be obtained. However, even in the condition in which no defect is obtained in Example 1, it can be imagined that it is not easy in Comparative Example 2 because both FPD and LEP are detected in the sample wafer surface.
As described above, when no magnetic field is applied, there is no convection suppressing effect, so that it is difficult to pull up a large-diameter single crystal and it is difficult to obtain a defect-free crystal.

経験的に、ルツボサイズは結晶サイズの3倍程度が良く、直径8インチ(200mm)のシリコン単結晶の引き上げのためには、直径24インチ(600mm)程度が好ましい。
実際に直径8インチのシリコン単結晶の引き上げでは、小さくとも18インチ(450mm)程度、通常は20インチ(500mm)以上のルツボが用いられることがほとんどである。しかしルツボサイズが大きくなると、比較例2のように自然対流が大きくなり、単結晶やルツボの回転による強制対流を強くしないと対流制御が難しい。また、大口径ルツボにおいてルツボ回転などを大きくすると、遠心力により原料融液表面が不安定になるなど他の問題もある。従って、対流抑制効果のあるMCZ法によってシリコン単結晶を引き上げる必要があることが判った。
Empirically, the crucible size is preferably about three times the crystal size, and a diameter of about 24 inches (600 mm) is preferable for pulling a silicon single crystal having a diameter of 8 inches (200 mm).
Actually, in the pulling of a silicon single crystal having a diameter of 8 inches, a crucible of at least 18 inches (450 mm), usually 20 inches (500 mm) or more is used at most. However, when the crucible size increases, natural convection increases as in Comparative Example 2, and convection control is difficult unless forced convection is increased by rotation of the single crystal or the crucible. Further, when the crucible rotation or the like is increased in a large-diameter crucible, there are other problems such as that the surface of the raw material melt becomes unstable due to centrifugal force. Therefore, it has been found that it is necessary to pull up the silicon single crystal by the MCZ method having a convection suppressing effect.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

1…メインチャンバー、 2…引き上げチャンバー、
3…シリコン単結晶、 4…原料融液、 5…種結晶、 6…ルツボ、
7…加熱ヒーター、 8…断熱部材、 9…ガス流出口、 10…ガス導入口、 11…冷却筒、 12…冷却媒体導入口、 13…円筒、 14…遮熱部材、 15…磁場印加装置、
16,16’…単結晶育成装置、
17…石英ルツボ。
1 ... Main chamber, 2 ... Lifting chamber,
3 ... Silicon single crystal, 4 ... Raw material melt, 5 ... Seed crystal, 6 ... Crucible,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Heating heater, 8 ... Heat insulation member, 9 ... Gas outflow port, 10 ... Gas introduction port, 11 ... Cooling cylinder, 12 ... Cooling medium introduction port, 13 ... Cylinder, 14 ... Heat insulation member, 15 ... Magnetic field application apparatus,
16, 16 '... Single crystal growing device,
17 ... Quartz crucible.

Claims (7)

チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶ウェーハであって、
該シリコン単結晶ウェーハは、酸素濃度が1×1017atoms/cm(ASTM79)以下で、かつ抵抗率面内分布が10%以内であることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハ。
A silicon single crystal wafer grown by the Czochralski method,
The silicon single crystal wafer is characterized in that the oxygen concentration is 1 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM 79) or less and the resistivity in-plane distribution is within 10%.
シリコン単結晶の製造方法であって、
チョクラルスキー法によって原料融液からシリコン単結晶を引き上げる際に、
少なくとも、前記原料融液を保持するルツボに、シリコンより融点が高く組成に酸素原子を含まない材質で構成されたルツボを用い、かつ前記原料融液の対流を抑制するための磁場を印加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,
When pulling up the silicon single crystal from the raw material melt by the Czochralski method,
At least using a crucible made of a material having a higher melting point than silicon and containing no oxygen atoms, and applying a magnetic field for suppressing convection of the raw material melt to the crucible holding the raw material melt A method for producing a silicon single crystal characterized by
前記ルツボの材質として、炭素、炭化珪素、窒化珪素、ボロンナイトライド(PBN)、タングステン、モリブデン、ニオブのいずれかのものを用いることを特徴とする請求項2に記載のシリコン単結晶の製造方法。   3. The method for producing a silicon single crystal according to claim 2, wherein the material of the crucible is any one of carbon, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride (PBN), tungsten, molybdenum, and niobium. . 前記印加する磁場を、引き上げ中の前記シリコン単結晶の固液界面上の中心部における強度を500Gauss以上6000Gauss以下とすることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のシリコン単結晶の製造方法。   The silicon single crystal production according to claim 2 or 3, wherein the applied magnetic field has a strength at a central portion on a solid-liquid interface of the silicon single crystal being pulled up to 500 Gauss or more and 6000 Gauss or less. Method. 前記シリコン単結晶の引き上げの際に、炉内構造を調整することによって成長界面近傍の温度勾配Gの面内分布と、前記シリコン単結晶の引き上げ速度Vを制御して、前記引き上げるシリコン単結晶中に無欠陥領域が発生するようにV/Gを制御することを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載のシリコン単結晶の製造方法。   During the pulling of the silicon single crystal, the in-plane distribution of the temperature gradient G in the vicinity of the growth interface and the pulling speed V of the silicon single crystal are controlled by adjusting the in-furnace structure. 5. The method for producing a silicon single crystal according to claim 2, wherein V / G is controlled so that a defect-free region is generated in the silicon substrate. 前記引き上げるシリコン単結晶の直径を、200mm以上とすることを特徴とする請求項2ないし請求項5のいずれか1項に記載のシリコン単結晶の製造方法。   6. The method for producing a silicon single crystal according to claim 2, wherein a diameter of the silicon single crystal to be pulled is 200 mm or more. 請求項2ないし請求項6のいずれか1項に記載のシリコン単結晶の製造方法によって製造されたシリコン単結晶をスライスして得たものであることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハ。   A silicon single crystal wafer obtained by slicing a silicon single crystal manufactured by the method for manufacturing a silicon single crystal according to any one of claims 2 to 6.
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