單晶硅的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過切克勞斯基單晶生長法（CzochralskiMethod，以下簡稱為 CZ法）進(jìn)行的單晶制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，M0S功率半導(dǎo)體的需求不斷增加，作為用于其的基板，以高濃度摻雜銻 (Sb)、砷（As)、紅磷（P)等揮發(fā)性摻雜物的低電阻率的N型單晶硅基板的開發(fā)變得重要。單 晶硅基板是通過對主要由CZ法制造的單晶硅棒進(jìn)行切割而得到的。
[0003] 在通過CZ法制造單晶硅的情況下，首先在腔室內(nèi)的石英坩堝中填充多晶硅等原 料，在其中添加摻雜物，將其用加熱器加熱做成原料熔融液后，從腔室上部使保持在籽晶架 上的籽晶原料熔融液接觸，一邊旋轉(zhuǎn)籽晶一邊緩慢提起，由此使單晶不斷生長。
[0004] 在單晶生長時，如圖3所示，在使單晶擴(kuò)大至所希望的直徑的同時形成錐部，在擴(kuò) 大至所希望的直徑后，在控制提起速度及原料熔融液溫度的同時不斷形成直體部。
[0005] 但是，在這樣的CZ法中制造以高濃度摻雜有摻雜物的單晶非常困難。尤其是從錐 部至快要形成直體部時發(fā)生有錯位化的情況非常多，不僅生產(chǎn)效率差，而且在最壞的情況 下也存在不能得到單晶的情況。
[0006] 針對該問題，已知一種通過在形成錐部時使錐角以至少兩個階段增大的方式變化 來抑制有錯位化的方法（參照專利文獻(xiàn)1)。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1:日本專利公開2009-292659號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] (一）要解決的技術(shù)問題
[0011] 這里所稱的錐角如圖2所示，是指單晶硅的成長方向A與錐部17的側(cè)面構(gòu)成的角 0。但是，圖2是表示錐部的側(cè)面的概要的圖，錐部側(cè)面的截面形狀并不一定如圖2那樣成 為直線，0根據(jù)側(cè)面的位置而變化。
[0012] 但是，在上述專利文獻(xiàn)1的方法中，在制造上述那樣的低電阻率（尤其是0. 05Qcm 以下）、結(jié)晶方位（100)的N型單晶硅時，存在不能充分地抑制有錯位化這樣的問題。
[0013] 此外，為了抑制有錯位化，也有在錐成形工序中經(jīng)驗性地減慢提起速度，形成使錐 形角度減小的錐部的情況。但是，若減小錐形角度，則錐部的高度增加，重量增加至通常的 近三倍，成品率/生產(chǎn)率降低。
[0014] 本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種能夠不會降低成品率和生 產(chǎn)率地減少錐部的形成工序中的有錯位化的低電阻率且結(jié)晶方位（100)的N型單晶硅的制 造方法。
[0015](二）技術(shù)方案
[0016] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種單晶硅的制造方法，其是使籽晶與收納 于坩堝內(nèi)并添加有摻雜物的原料熔融液接觸，在形成錐部后，接著形成直體部，從而使電阻 率為0.05Qcm以下且結(jié)晶方位（100)的N型單晶硅生長的基于切克勞斯基單晶生長法的 單晶硅的制造方法，其特征在于，在所述錐部的形成過程中，調(diào)整0的同時形成所述錐部， 使在將從所述單晶硅的直徑方向觀察時的所述單晶硅的成長方向與所述錐部的側(cè)面所構(gòu) 成的錐角設(shè)為 9，將所述錐部的側(cè)面的長度設(shè)為L時，0為25°以上45°以下的區(qū)域的長 度總和相對于該長度L為20%以下。
[0017] 若為這樣的制造方法，則由于在抑制錐部的高度增加的同時，能夠減小在錐部形 成過程中尤其容易導(dǎo)致有錯位化的錐角0為35. 2°的區(qū)域，因此能夠不降低成品率和生 產(chǎn)率地切實地抑制有錯位化。
[0018] 此時，作為所述摻雜物，可以使用Sb、As、P中任意一種。
[0019] 若這樣做，則能夠得到摻雜有所希望的摻雜物的N型單晶硅。
[0020] 此外，在所述錐部的形成過程中，優(yōu)選通過使所述單晶硅的提起速度降低或者使 所述坩堝的旋轉(zhuǎn)速度變化來進(jìn)行所述錐角0的調(diào)整。
[0021] 若這樣做，則因為可以使提起速度或坩堝的旋轉(zhuǎn)速度響應(yīng)性良好地變化，所以能 夠容易地調(diào)整錐角9。
[0022] 此外，優(yōu)選地，在所述錐部形成的后半，通過使所述單晶硅的提起速度降低或者使 所述坩堝的旋轉(zhuǎn)速度變化，將所述錐角0保持為大于45°的角度。
[0023]若這樣做，不但如上述那樣能夠容易地調(diào)整錐角0，而且能夠減小錐部的高度，削 減形成時間，因此能夠提高成品率和生產(chǎn)率。
[0024] 此外，在所述單晶硅生長時，可以對所述原料熔融液施加中心磁場強(qiáng)度為0. 15T 以上的水平磁場。
[0025] 若這樣做，則抑制坩堝內(nèi)原料熔融液的對流，減小結(jié)晶成長界面附近的溫度變動， 使被取至結(jié)晶的摻雜物的濃度分布均勻化。此外，能夠抑制點缺陷向結(jié)晶內(nèi)的導(dǎo)入。
[0026](三）有益效果
[0027] 在本發(fā)明中，在調(diào)整0的同時形成錐部，使在將從單晶硅的直徑方向觀察時的單 晶硅的成長方向與錐部的側(cè)面所構(gòu)成的錐角設(shè)為0，將錐部的側(cè)面的長度設(shè)為L時，相對 于該長度L，0成為25°以上45°以下的區(qū)域的長度總和為20%以下，因此，在抑制錐部的 高度增加的同時，能夠減小在錐部形成過程中尤其容易導(dǎo)致有錯位化的錐角0為35. 2° 的區(qū)域，因此能夠不降低成品率和生產(chǎn)率地切實地抑制有錯位化。
【附圖說明】
[0028] 圖1是表示實施本發(fā)明的單晶硅的制造方法的單晶制造裝置的一例的概略圖。
[0029] 圖2是說明單晶硅的錐部形狀的概略剖面圖。
[0030] 圖3是通過現(xiàn)有的單晶硅的制造方法所得到的單晶硅的錐部及直體部形狀的概 略圖。
[0031] 圖4是表示實施例1、2及比較例1、2的錐部形狀的測量結(jié)果的圖。
[0032] 圖5是表示實施例1、2及比較例1、2的錐角0的測量結(jié)果的圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限定于此。
[0034] 如上述那樣，對于在結(jié)晶方位（100)的高濃度摻雜N型單晶硅的制造中的錐部形 成過程中發(fā)生有錯位化的情況非常多的問題，本發(fā)明人等經(jīng)過調(diào)查研宄，明確了在錐部的 表面出現(xiàn)小面（7 7七7卜）并經(jīng)過不久便發(fā)生有錯位化的情況非常多。這可以認(rèn)為是由 于一出現(xiàn)小面則在其成長的前線在與進(jìn)行等溫成長的部分的邊界處成長變得不穩(wěn)定。經(jīng)過 進(jìn)一步反復(fù)刻苦研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比提起速度或溫度分布，該有錯位化更依賴于錐部的形 狀而發(fā)生，尤其是若形成（111)面，則容易發(fā)生有錯位化。
[0035] 如圖3所示，通過現(xiàn)有方法制造得單晶硅的錐部成為碗型的形狀，與其類似的形 狀最穩(wěn)定且良好。但是，在由圖3中的圓包圍的區(qū)域內(nèi)，形成有由（111)面構(gòu)成的小面，在 該區(qū)域經(jīng)常發(fā)生有錯位化。在結(jié)晶學(xué)上已知在制造結(jié)晶方位（100)的單晶時，在（111)面 的錐角為35. 2°的情況下變得最容易發(fā)生有錯位化。
[0036] 由圖3中的上方的圓包圍的區(qū)域，在錐部形成的前半直徑不斷擴(kuò)大并在錐角0增 加的過程中接近35. 2°時形成。之后，雖然錐角0超過35. 2°并變大，但如后述那樣，在 錐部形成的后半，錐角0再次變小，在接近35. 2°時形成。
[0037] 根據(jù)以上內(nèi)容，本發(fā)明人等想到通過將錐角0為25°至45°的范圍內(nèi)的區(qū)域減 小，能夠抑制有錯位化，并完成本發(fā)明。
[0038] 首先，對可以在本發(fā)明的單晶硅的制造方法中使用的單晶制造裝置進(jìn)行說明。
[0039] 如圖1所示，本發(fā)明的單晶制造裝置1具有主腔室2以及連接在主腔室2上的副 腔室3。在主腔室2內(nèi)，設(shè)置有坩堝4、5及加熱器7等，所述加熱器7用于加熱并熔解收容 在坩堝4、5內(nèi)的原料，從而制成原料熔融液6。
[0040] 在副腔室3的上部，設(shè)置有用于一邊使生長的單晶硅8旋轉(zhuǎn)一邊提起的提起機(jī)構(gòu) 9。從安裝于該副腔室3上部的提起機(jī)構(gòu)9繞出繩線10,其前端連接籽晶架11，使安裝于籽 晶架11前部的籽晶12與原料熔融液6接觸，使用提起機(jī)構(gòu)9纏繞繩線10,由此在籽晶12 的下方使單晶8生長。
[0041] 坩堝4、5由在內(nèi)側(cè)直接收容原料熔融液6的石英坩堝4以及用于在外側(cè)支承該石 英坩堝4的石墨坩堝5構(gòu)成。坩堝4、5被安裝于單晶制造裝置1的下部且由可自由旋轉(zhuǎn)升 降的坩堝旋轉(zhuǎn)軸13所支承。隨著單晶的生長的進(jìn)行，雖然坩堝內(nèi)的原料熔融液6不斷減少， 但使熔融液面保持為一定的位置，以使結(jié)晶直徑和結(jié)晶品質(zhì)不會變化。具體地，通過坩堝旋 轉(zhuǎn)升降驅(qū)動機(jī)構(gòu)（未圖示）一邊使坩堝4、5向與單晶硅8相反方向旋轉(zhuǎn)，一邊根據(jù)單晶硅 8的提起相應(yīng)地使坩堝4、5上升熔融液減少的部分。
[0042] 此外，在單晶制造裝置1中設(shè)置有圓筒狀的整流筒14,使該整流筒14圍繞生長的 單晶8。整流筒14使用石墨材料，其能夠遮擋來自加熱器7或原料熔融液6對單晶硅8的 輻射熱。
[0043] 以將在爐內(nèi)產(chǎn)生的氧化物向爐外排出等為目的，從設(shè)置于副腔室3上部的氣體導(dǎo) 入口 15導(dǎo)入氬氣等惰性氣體，通過整流筒14的內(nèi)側(cè)，在提起中的單晶硅8的附近被整流， 通過原料熔融液6表面并通過坩堝4、5的上端邊緣的上方，從設(shè)置于單晶制造裝置1下部 的氣體流出口 16排出。由此，在提起中的單晶硅8被氣體冷卻的同時，能夠防止在整流筒 14的內(nèi)側(cè)及坩堝4、5的上端邊緣等處堆積氧化物。
[0044] 下面對本發(fā)明的單晶硅的制造方法進(jìn)行說明。這里，以使用圖1所示的單晶制造 裝置1的情況為例進(jìn)行說明。
[0045] 如圖1所示，首先，通過加熱器7在坩堝4、5內(nèi)將硅的高純度多結(jié)晶原料加熱至熔 點（大約1420°C)以上并熔融，制成原料熔融液6。此外，在原料熔融液6中添加銻（Sb)、 砷（As)、紅磷（P)等摻雜物。這里，將添加的摻雜物的量設(shè)置成使制造的單晶的電阻率為 0. 05Qcm以下的量。
[0046]接著，通過卷出繩線10使籽晶12的前端與原料熔融液面的大致中心部接觸（接 種）。在接種時為了去除結(jié)晶中產(chǎn)生的錯位，根據(jù)需要將籽晶浸漬于原料熔融液6中，進(jìn)行 頸縮，形成頸部。
[0047] 之后，在使坩堝旋轉(zhuǎn)軸13向適當(dāng)?shù)姆较蛐D(zhuǎn)的同時，一邊旋轉(zhuǎn)一邊纏繞繩線10， 提拉籽晶12,由此使單晶硅8開始生長。此時，首先，使制造的單晶硅8的直徑逐漸擴(kuò)大，從 而形成錐部17,擴(kuò)大至所希望的直徑。
[0048] 圖2是簡要地表示從單晶硅8的直徑方向觀察錐部17時的形狀的圖。如圖2所 示，用0來表示單晶硅的成長方向A與錐部17的側(cè)面構(gòu)成的錐角，用L來表示錐部17的 側(cè)面的長度。
[0049]在本發(fā)明中，在該錐部17的形成過程中，調(diào)整0的同時形成錐部17,使相對于錐 部17的側(cè)面的長度L，0成為25°以上45°以下的區(qū)域的長度總和為20%以下。
[0050]若這樣做，在錐部17的形成過程中，減少錐角0成為35. 2°的區(qū)域，即抑制尤其 容易導(dǎo)致有錯位化的（111)面的形成