專利名稱：：?jiǎn)尉У闹圃旆椒?br>技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及使用切克勞斯基方銜以下稱為cz法)來(lái)制造單晶的方法，尤其涉及使用其中將水平磁場(chǎng)施加到硅熔體上的MCZ方法制造單晶硅的單晶制造方法。
背景技術(shù)：
：近來(lái)，半導(dǎo)體器件中元件的高集成化和結(jié)構(gòu)精細(xì)化已取得進(jìn)展，相應(yīng)地，日益要求提高基底材料單晶硅的質(zhì)量。尤其是，強(qiáng)烈要求減少單晶硅抽拉過(guò)程中引入的原生(grown-in)缺陷。人們已經(jīng)提出了許多用于減少所述缺陷的抽拉方法，例如，在氮區(qū)抽拉單晶硅的方法。此外，為了提高半導(dǎo)體器件的產(chǎn)率以及降低集成電路芯片的制造成i，單晶硅晶片(以下簡(jiǎn)稱為晶片)的直徑變得更大了。近來(lái)，晶片的直徑主要是從傳統(tǒng)的200mm直徑轉(zhuǎn)變?yōu)?00mm。300mm晶片的生產(chǎn)增長(zhǎng)很快。由于降低了原生缺陷、以及為增大硅單晶體的直徑而增加原料的重量，硅熔體流動(dòng)的穩(wěn)定性變得更加重要了。更具體地，為了降低單晶硅的原生缺陷，晶體界面的形狀或晶體界面附近的溫度分布十分重要，因此要求穩(wěn)定控制熔體側(cè)的溫度分布。隨著單晶硅直徑的增加，必須使用大重量的原料進(jìn)行填充。相應(yīng)地，石英坩堝的直徑也增加了。一直使用2224英寸的石英坩堝制造200mm直徑的單晶硅，而現(xiàn)在則使用32英寸的石英坩堝。隨著石英坩堝直徑的增加，還有填充原料重量的增加，硅熔體的自然對(duì)流變得強(qiáng)烈，因此有必要穩(wěn)定地控制硅熔體的自然對(duì)流。為了解決該問(wèn)題，近來(lái)，有人提出向硅熔體施加磁場(chǎng)以抑制硅熔體的自然對(duì)流。尤其是提出了水平磁場(chǎng)方法，以用于有效抑制自然對(duì)流。在這種水平磁場(chǎng)方法中，已經(jīng)提出了許多更有效利用傳統(tǒng)磁場(chǎng)強(qiáng)度、涉及硅熔體中磁場(chǎng)分布的建議。例如，專利文獻(xiàn)l提出，由于當(dāng)硅熔體表面與水平磁通軸之間高度方向的距離大于5cm時(shí)晶體生長(zhǎng)方向的氧濃度變化會(huì)增大，所以將硅熔體表面與水平磁通軸之間的高度方向設(shè)定在5cm之內(nèi)，以控制在晶體生長(zhǎng)方向的氧濃度分布。此外，專利文獻(xiàn)2提出，為了提高所施加磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的均勻性及提高整個(gè)坩堝的硅熔體的對(duì)流抑制效果，電磁體和坩堝在垂直方向的相對(duì)位置應(yīng)設(shè)定為使線圈的中心軸可穿過(guò)坩堝中熔體深度方向的中心部分，或者穿過(guò)所述中心部分的下部。此外，專利文獻(xiàn)3提出，使用彎曲鞍形線圈時(shí)，為了防止所制造單晶晶體直徑迅速增加的現(xiàn)象、為了進(jìn)行穩(wěn)定的抽拉、以及為了避免平面內(nèi)氧濃度的下降，線圈軸線應(yīng)設(shè)置為在深度上離開(kāi)原料熔體表面100mm或更多的位置。此外，專利文獻(xiàn)4公開(kāi)，為了減少原生缺陷并且獲得優(yōu)質(zhì)的晶體，磁場(chǎng)中心應(yīng)設(shè)置在離開(kāi)熔體表面深100mm600mm的位置。如上所述，己經(jīng)提出了用于各種目的的硅熔體中水平磁場(chǎng)位置關(guān)系的多個(gè)實(shí)施方案，例如用于提高氧濃度分布的穩(wěn)定性或磁場(chǎng)強(qiáng)度的均勻性，以抑制硅熔體的對(duì)流，并且減少原生缺陷。特開(kāi)平08々3U94號(hào)公報(bào)特開(kāi)平08-333191號(hào)公報(bào)特開(kāi)2004-182560號(hào)公報(bào)特開(kāi)2005-298223號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題在石英坩堝中由熔融硅抽拉單晶硅時(shí)，保持晶體界面附近晶體熱歷史的穩(wěn)定性對(duì)于維持晶體縱向氧濃度的均勻性或單晶硅中縱向原生缺陷的均勻性很重要。因此，傳統(tǒng)的單晶制造設(shè)備具有這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中容納熔融硅的石英坩堝根據(jù)抽拉單晶的重量被向上推，這樣可使布置在固定位置上的Ar擋板與熔融硅表面之間保持恒定的距離，換言之，相對(duì)于Ar擋板的硅熔體的液面位置為在所有的抽拉過(guò)程中都保持相同的位置。在這種普通的單晶制造方法中，熔融硅與水平磁場(chǎng)的磁場(chǎng)中心位置之間的關(guān)系如圖4所示。更具體地，在足夠量的硅熔體43容納在坩堝41中的其初期狀態(tài)時(shí)，如圖4A所示，所施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)中心位置45位于液面44與硅熔體43的最低部分46之間，該磁場(chǎng)中心位置45離開(kāi)坩堝41中硅熔體43的液面44的距離為H。然后，在該狀態(tài)下開(kāi)始抽拉單晶硅，并根據(jù)單晶硅47的抽拉量將坩堝41向上推。當(dāng)單晶硅47的抽拉已向前進(jìn)、并且柑堝41的推進(jìn)量變?yōu)镵時(shí)，如圖4B所示，達(dá)到了硅熔體43的最低部分46到達(dá)磁場(chǎng)中心位置45的狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)一步向前抽拉時(shí)，如圖4C所示，就達(dá)到了硅熔體43的最低部分46位于磁場(chǎng)中心位置45之上的狀態(tài)。在圖4所示的制造方法中，圖4A的狀態(tài)、圖4B的狀態(tài)和圖4C的狀態(tài)下施加在硅熔體上的磁場(chǎng)的作用大不相同。當(dāng)硅熔體43的液面44與磁場(chǎng)中心位置45之間的關(guān)系經(jīng)過(guò)圖4B的狀態(tài)、并達(dá)到圖4C的狀態(tài)時(shí)，圖4C狀態(tài)中硅熔體43的磁場(chǎng)中心位置45失去了垂直方向的對(duì)稱性，所以抽拉過(guò)程中在硅熔體43和單晶硅47中出現(xiàn)了以下影響。更具體地，當(dāng)所施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)中心位置45低于坩堝41中硅熔體43的最低部分46時(shí)(圖4C的狀態(tài))，硅熔體的溫度會(huì)周期性變化。結(jié)果是，抽拉的單晶硅的晶體直徑在晶體縱向周期性變化，其變?yōu)樾∮陬A(yù)定直徑，這會(huì)導(dǎo)致所制造的單晶硅晶錠的產(chǎn)率降低。為了防止產(chǎn)率降低，可以設(shè)想預(yù)先增加所制造單晶硅晶錠的目標(biāo)直徑。然而，增加目標(biāo)直徑本身會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率降低，因此該方法不能防止產(chǎn)率降低。此外，在圖4C的狀態(tài)中，可以設(shè)想在該狀態(tài)中將柑堝41的旋轉(zhuǎn)次數(shù)保持在較低，以保持低氧并且增強(qiáng)磁場(chǎng)，進(jìn)一步抑制硅熔體的自然對(duì)流。然而，在該晶體抽拉條件下，水平磁場(chǎng)有一種獨(dú)特的現(xiàn)象，即熔融硅表面的一部分在硅熔體表面的低溫區(qū)固化，而固化的硅在抽拉過(guò)程中最終會(huì)與單晶接觸，并在抽拉的單晶硅中導(dǎo)致位錯(cuò)。因此，以上所述的晶體抽拉條件會(huì)導(dǎo)致單晶硅的產(chǎn)率降低。此外，當(dāng)所施加磁場(chǎng)的磁中心位置55在如專利文獻(xiàn)3或4(參見(jiàn)圖5A)的初期狀態(tài)下位于硅熔體53的深位時(shí)，在完成單晶硅57的直體部分抽拉以前，也即在收尾(tail-in)以前，己經(jīng)如圖5B所示達(dá)到了圖4C的狀態(tài)；并且，從收尾之前的單晶直體抽拉過(guò)程的中期起，換言之，在實(shí)現(xiàn)硅熔體53的最低部分56到達(dá)磁場(chǎng)中心位置55的狀態(tài)(參見(jiàn)圖4B)之后和直到實(shí)現(xiàn)收尾狀態(tài)(圖5B)之前，晶體直徑周期性變化，熔融硅表面的一部分固化，并且在抽拉過(guò)程中與晶體發(fā)生接觸，導(dǎo)致位錯(cuò)，從而引起產(chǎn)率的大幅降低。同時(shí)，當(dāng)所施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)中心位置65設(shè)定在淺位置，例如離硅熔體63的液面64在5cm以內(nèi)的位置時(shí)，如專利文獻(xiàn)1(參見(jiàn)圖6A)所示，通常離殘留在坩堝61中的硅熔體63的液面64的深度L在收尾時(shí)為大于5cm，這樣可完成晶體抽拉過(guò)程而不會(huì)發(fā)生如圖6B所示的以上所述圖4B圖4C的狀態(tài)。因此，在晶體抽拉過(guò)程中不會(huì)引起以上所述的其中硅熔體的溫度周期性變化的現(xiàn)象，所抽拉單晶硅的晶體直徑在晶體縱向的周期性變化會(huì)使晶體直徑減小到小于要求的晶體直徑，但不會(huì)導(dǎo)致制造硅錠的產(chǎn)率降低。然而，如圖6A的情況，當(dāng)磁場(chǎng)的中心位置過(guò)于接近硅熔體的液面時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)硅熔體流動(dòng)變得不穩(wěn)定的現(xiàn)象。尤其是當(dāng)硅熔體的重量大時(shí)，此現(xiàn)象會(huì)變得明顯。在單晶硅抽拉步驟的開(kāi)始階段，即，在縮頸步驟和直體步驟(stmightbodystep)的開(kāi)始階段，縮頸步驟為一個(gè)增加直徑(錐形)的步驟，硅熔體的溫度會(huì)變得不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生晶體位錯(cuò)。結(jié)果是，必須重復(fù)再次熔化位錯(cuò)晶體和進(jìn)行抽拉的過(guò)程。因此，硅錠的生產(chǎn)效率會(huì)下降到不可忽視的水平。同時(shí)，在硅熔體液面與磁中心之間的距離大的情況下，硅熔體的對(duì)流也變得不穩(wěn)定，并會(huì)產(chǎn)生類似的問(wèn)題。另一方面，如以上所述專利文獻(xiàn)2，為了提高所施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的均勻性，有人提出電磁體和坩堝在垂直方向的相對(duì)位置應(yīng)設(shè)定為使線圈的中心軸可穿過(guò)坩堝中熔體深度方向的中心部分或者穿過(guò)所述中心部分的下部。根據(jù)該方法，當(dāng)硅熔體的重量大時(shí)，線圈的中心軸，也即磁中心位置在硅熔體深度方向的中心部分以下，線圈的中心軸從不會(huì)低于硅熔體的最低部分，即使是在抽拉步驟的最后。因此，該方法可以被認(rèn)為是解決以上所述問(wèn)題的有效方法。然而，在該方法中，隨著晶體抽拉的進(jìn)行，硅熔體的殘留量減少；相應(yīng)地，從坩堝中硅熔體的液面到線圈中心軸的距離也逐漸減小，施加到緊接晶體界面下面部分附近的熔融硅的磁場(chǎng)分布在晶體的所有抽拉步驟中也會(huì)發(fā)生變化。因此，不能獲得施加到熔融硅上的磁場(chǎng)強(qiáng)度的穩(wěn)定分布。如上所述，在傳統(tǒng)的單晶硅制造方法中，為了實(shí)現(xiàn)熔融硅流動(dòng)的穩(wěn)定，尤其是在緊接晶體界面下方附近部分的、和單晶硅生長(zhǎng)的穩(wěn)定性直接相關(guān)的熔融硅流動(dòng)的穩(wěn)定，要求施加到緊接晶體界面下方附近部分的熔融硅的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布控制為始終穩(wěn)定。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供制造單晶的方法，該制造方法可以穩(wěn)定地抽拉單晶，其完全沒(méi)有位錯(cuò)、并且具有形狀良好的晶體。解決問(wèn)題的方法為了實(shí)現(xiàn)以上所述的目的，根據(jù)本發(fā)明的制造單晶的方法通過(guò)cz方法將水平磁場(chǎng)施加到所容納的原料熔體上、從坩堝中的原料熔體來(lái)生產(chǎn)單晶，其特征在于，所述水平磁場(chǎng)的磁場(chǎng)中心被設(shè)定在低于所容納原料熔體的液面多于50mm、并且等于或小于在完成所制造單晶的直體部分抽拉時(shí)離殘留在坩堝中的原料熔體液面深度L的距離的位置上。優(yōu)選所述方式的特征在于所述磁場(chǎng)中心設(shè)定在離液面50mm90mm的位置上。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，水平磁場(chǎng)的中心位置被設(shè)定在低于所容納原料熔體的液面多于50mm、并且等于或小于在完成所制造單晶的直體部分抽拉時(shí)離殘留在坩堝中的原料熔體液面深度L的距離的位置上；因此，可以抑制在單晶抽拉的早期原料熔體的不穩(wěn)定對(duì)流，從而抑制在所抽拉的單晶中產(chǎn)生位錯(cuò)。此外，至少直到完成單晶直體部分的抽拉時(shí)，磁場(chǎng)中心位置設(shè)定在不低于原料熔體的最低部分，所以可以抑制由原料熔體的溫度變化所產(chǎn)生的單晶晶體直徑的變化，由此可抑制原料熔體的固化，還可以抑制在單晶中產(chǎn)生位錯(cuò)。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以穩(wěn)定地抽拉完全沒(méi)有位錯(cuò)、并且具有良好晶體形狀的單晶。結(jié)果是，可以改善制造單晶的產(chǎn)率和生產(chǎn)效率。此外，根據(jù)本發(fā)明，由于磁中心設(shè)定在液面以下50mm90mm的位置，因此可以可靠地獲得以上所述的效果。圖l所示為適合于實(shí)施本發(fā)明實(shí)施方案的單晶制造方法的單晶制造裝置的剖面示意圖。圖2所示為解釋本實(shí)施方案的單晶制造方法的附圖，其中圖2A所示為在抽拉步驟開(kāi)始時(shí)硅熔體的液面與磁場(chǎng)軸之間的關(guān)系，圖2B所示為在收尾時(shí)硅熔體液面與磁場(chǎng)軸之間的關(guān)系。圖3所示為本發(fā)明的實(shí)施例13與比較例1~3中磁場(chǎng)中心距離與試驗(yàn)次數(shù)之間的關(guān)系圖。圖4所示為一種單晶硅傳統(tǒng)制造方法的示意圖。圖5所示為另一種單晶硅傳統(tǒng)制造方法的示意圖。圖6所示為另一種單晶硅傳統(tǒng)制造方去的示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明123、43、53、633a、44、54、643b、46、56、664、41、51、6167、42、52、6289101112131415抽拉室晶體取出室硅熔體液面最低部分坩堝石英坩堝石墨坩堝Ar氣整流板加熱裝置絕熱材料Ar氣導(dǎo)入口Ar氣排出口直徑控制攝像機(jī)線晶體驅(qū)動(dòng)裝置坩堝驅(qū)動(dòng)裝置1617、181920、47、57、672122233045、55、65100具體實(shí)施例方式本發(fā)明人進(jìn)行勤奮研究以實(shí)現(xiàn)以上所述目的，結(jié)果是發(fā)現(xiàn)了以下的事實(shí)在單晶制造方法中，當(dāng)在CZ方法中將水平磁場(chǎng)施加到容納在坩堝中的原料熔體上、由原料熔體制造單晶時(shí)，當(dāng)水平磁場(chǎng)的磁場(chǎng)中心被設(shè)定為低于所容納原料熔體的液面多于50mm、并且等于或小于在完成所制造單晶的直體部分抽拉時(shí)離殘留在坩堝中的原料熔體液面深度L的距離的位置上時(shí)，優(yōu)選當(dāng)所述磁場(chǎng)中心設(shè)定為低于在所述液面50mm90mm的位置上時(shí)，可以穩(wěn)定地抽拉完全沒(méi)有位錯(cuò)并且具有良好形狀晶體的單晶?；谝陨纤龅难芯拷Y(jié)果完成了本發(fā)明。以下參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明不限于以下所述的實(shí)施方案。圖l所示為適合于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的單晶制造方法的單晶制造裝置的剖面示意圖。如圖1所示，本實(shí)施方案中的單晶制造裝置100具有圓柱形的抽拉室1和晶體取出室2，晶體取出室2同心布置在抽拉室1之上，其直徑小于抽拉室l的直徑，并且為圓柱形。抽拉室l具有布置在其內(nèi)部的中心部分、用于容納用作原料熔體的硅熔體3的坩堝4。坩堝4具有雙層結(jié)構(gòu)，其包括內(nèi)側(cè)的石英坩堝5和外側(cè)的石墨柑堝6，并且與底部的坩堝驅(qū)動(dòng)裝置15相連接。坩堝驅(qū)動(dòng)裝置15驅(qū)動(dòng)并控制水平磁場(chǎng)裝置線圈水平磁場(chǎng)位置調(diào)整裝置硅單晶直體部分頸部直徑增大部分晶種磁場(chǎng)中心位置單晶制造裝置坩堝4在垂直方向的位置，這樣在單晶硅的抽拉步驟中坩堝4中硅熔體3的液面3a的位置在抽拉室l中始終不變，其描述如下。此外，在抽拉室1中，所述抽拉室1中坩堝4的外面布置有加熱裝置8以覆蓋坩堝4。此外，在抽拉室l中，在圓周壁的內(nèi)表面和底部的內(nèi)表面上裝有絕熱材料。^:外，在坩堝4的上面布置有用于調(diào)節(jié)引入的惰性氣體如Ar氣體流動(dòng)的例如大致為圓錐狀的梯形Ar氣整流板7，以覆蓋坩堝4，在坩堝4的下面裝有Ar氣排出口ll，用于排出引入的Ar氣。此夕卜，在抽拉室1中，例如在其上部裝有直徑控制攝像機(jī)12，用于監(jiān)視和控制所抽拉單晶硅的晶體直徑。同時(shí)，在晶體取出室2的內(nèi)部，具有貫穿晶體取出室并且掛著的線13，晶種30附在線13的下端。線13的上端連接到布置在晶體取出室2之上的晶體驅(qū)動(dòng)裝置14。晶體驅(qū)動(dòng)裝置14使晶種30可在垂直方向上通過(guò)線13移動(dòng)，以抽拉單晶硅。此外，在晶體取出室2的上部裝有例如用于將諸如Ar氣的惰性氣體引入室l和2中的Ar氣導(dǎo)入口10，以及連接到此Ar氣導(dǎo)入口10的Ar氣進(jìn)料裝置，該進(jìn)料裝置沒(méi)有表示出。此外，如圖1所示，單晶制造裝置100具有用于產(chǎn)生水平磁場(chǎng)的水平磁場(chǎng)裝置16。該水平磁場(chǎng)裝置16具有一對(duì)線圈17和18。這對(duì)線圈17和18沿水平方向配置，由此使得其各自產(chǎn)生的磁場(chǎng)的軸與抽拉室1的中心軸正交且對(duì)稱布置，以便從側(cè)壁的外面將抽拉室l夾在中間并彼此相對(duì)。由此在抽拉室l中產(chǎn)生水平磁場(chǎng)。此外，單晶制造裝置100具有水平磁場(chǎng)調(diào)節(jié)裝置19，該調(diào)節(jié)裝置使水平磁場(chǎng)裝置16可以沿抽拉室l的中心軸在垂直方向上移動(dòng)(圖l箭頭a的方向)，以便在水平磁場(chǎng)裝置16的垂直方向進(jìn)行相對(duì)于坩堝4的位置調(diào)整。水平磁場(chǎng)裝置16經(jīng)水平磁場(chǎng)位置調(diào)整裝置19進(jìn)行位置調(diào)整，以使從所產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁場(chǎng)軸l至坩堝4中硅熔體3的液面3a在垂直方向的距離H為恒定數(shù)值，該數(shù)值為大于50mm，且等于或小于完成所抽拉單晶硅20的直體部分21的抽拉時(shí)、即在收尾時(shí)殘留在坩堝4中的硅熔體3的液面3a的深度L(參見(jiàn)圖2B)。換言之，根據(jù)諸如抽拉條件的制造條件，水平磁場(chǎng)裝置16的這對(duì)線圈17和18經(jīng)水平磁場(chǎng)位置調(diào)整裝置19來(lái)進(jìn)行位置調(diào)整，并得到固定，這樣，在單晶硅的抽拉步驟中，所產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁場(chǎng)軸l在坩堝4中硅熔體3的液面3a下方的不變位置上，具體地，該位置低于由此開(kāi)始的50mm以上，并且位于收尾時(shí)等于或高于離殘留硅熔體液面的深度L的那部分。接下來(lái)將描述通過(guò)使用以上所述單晶制造裝置100來(lái)制造單晶硅的本實(shí)施方案的單晶制造方法。將抽拉室1和晶體取出室2的內(nèi)部調(diào)節(jié)到預(yù)定的壓力，將Ar氣以預(yù)定流速?gòu)腁r氣導(dǎo)入口10引入室l和2中。然后，將由作為原料的多晶硅塊裝填過(guò)的坩堝4通過(guò)加熱裝置8以預(yù)定的溫度進(jìn)行加熱，使多晶硅塊熔化形成原料熔體的硅熔體3。然后，驅(qū)動(dòng)晶體驅(qū)動(dòng)裝置14使晶種30浸沒(méi)在硅熔體3中，晶體驅(qū)動(dòng)裝置14和柑堝驅(qū)動(dòng)裝置15被控制在預(yù)定條件下，以進(jìn)行抽拉晶種30的抽拉步驟。在抽拉步驟，驅(qū)動(dòng)水平磁場(chǎng)裝置16，將水平磁場(chǎng)施加到坩堝4中硅熔體3的內(nèi)部。水平磁場(chǎng)裝置16按照以上所述的方式將所施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)軸1固定在距離硅熔體3的液面3a的不變位置上。更具體地，根據(jù)抽拉條件，通過(guò)水平磁場(chǎng)位置調(diào)整裝置19預(yù)先進(jìn)行水平磁場(chǎng)裝置16在垂直方向上的位置調(diào)整，以便將所施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)軸l固定在低于硅熔體3的液面3a多于50mm、并且大于或等于在收尾時(shí)離殘留硅熔體液面的深度L的不變距離(磁場(chǎng)中心距離H)的位置上。經(jīng)過(guò)此抽拉步驟，抽拉出了單晶硅20;相繼形成了頸部22、直徑增大部分23、直體部分21和未示出的尾部；并且形成單晶硅晶錠。收尾時(shí)離殘留硅熔體的液面的深度L使用例如通過(guò)計(jì)算等預(yù)先設(shè)定的值。根據(jù)本實(shí)施方案的單晶制造方法的其它部分類似于傳統(tǒng)的單晶制造方法；因此，略去其詳細(xì)說(shuō)明。在此對(duì)磁場(chǎng)中心距離H進(jìn)行說(shuō)明，該距離為坩堝4中硅熔體3的液面3離所施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)軸的距離。磁場(chǎng)中心距離H的最大值設(shè)定為這樣的數(shù)值，其能使磁場(chǎng)軸l在收尾時(shí)與殘留在坩堝4中的硅熔體3的最低部分3b重疊，BP,在收尾時(shí)得到圖2B所示狀態(tài)時(shí)，離硅熔體3的液面3a的殘留深度L被設(shè)定為所述距離H的最大值。這是因?yàn)?，通過(guò)該設(shè)定條件，磁場(chǎng)軸l的位置可以在抽拉步驟中從開(kāi)始直到收尾時(shí)都相對(duì)于硅熔體3的液面3a保持不變，并且硅熔體3的對(duì)流可以在緊接晶體界面下面部分的附近保持穩(wěn)定狀態(tài)。此外，在直體部分的整個(gè)抽拉步驟中，可以使磁場(chǎng)軸l始終保持在坩堝4中硅熔體3的最低部分3b之上(參見(jiàn)圖2A)。結(jié)果可以防止產(chǎn)生常規(guī)的問(wèn)題，例如，所抽拉單晶硅的晶體直徑的變化和因硅熔體固化而產(chǎn)生的位錯(cuò)。收尾之后，開(kāi)始了形成尾部的成尾步驟(tailstep);在成尾步驟中，磁場(chǎng)軸l有時(shí)會(huì)在坩堝4中硅熔體3的最低部分3b的下面(參見(jiàn)圖4C)。然而，即使在尾部發(fā)生晶體直徑的變化，其也與制造單晶硅晶錠的產(chǎn)率完全無(wú)關(guān)，且沒(méi)有實(shí)際損害。此外，在成尾步驟中，由于是通過(guò)增加加熱裝置8的輸出來(lái)增加硅熔體的溫度以減小晶體直徑并形成尾部，因此熔融硅不會(huì)固化，在尾部的形成中也不會(huì)因熔融硅的固化而導(dǎo)致發(fā)生位錯(cuò)的問(wèn)題。在此，如果磁場(chǎng)中心距離H的最大值設(shè)定為在完成尾部時(shí)殘留在坩堝4中的硅熔體3的殘留深度，即當(dāng)完成全部抽拉步驟時(shí)，磁場(chǎng)中心距離H的值變?yōu)槊黠@小的數(shù)值，例如，在專利文獻(xiàn)l中為50mm或更小時(shí)，則硅熔體的流動(dòng)會(huì)如上所述地在抽拉的初期變得不穩(wěn)定，溫度分布會(huì)變得不穩(wěn)定，并且會(huì)發(fā)生晶體位錯(cuò)。所以，這種條件會(huì)使單晶的生產(chǎn)效率變差，因此效果不好。在此應(yīng)當(dāng)注意，雖然在單晶硅直體部分抽拉結(jié)束時(shí)(收尾時(shí))，硅熔體的殘留深度L會(huì)因?yàn)橹T如硅熔體初期填充量、石英坩堝尺寸和單晶硅電阻率的規(guī)格而發(fā)生變化，殘留深度L的常見(jiàn)值在以下表1中給出以供參考。在表1中，石英坩堝的尺寸為28英寸和32英寸，收尾時(shí)28英寸坩堝中的固化比率設(shè)定為80%，收尾時(shí)32英寸坩堝中的固化比率設(shè)定為80%和85%，以便計(jì)算殘留深度L。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)收尾時(shí)固化比率進(jìn)一步增加到大于以上所述的比率時(shí)，尾部的形成會(huì)變得困難；因此，確定為以上所述的值。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>由上述表l可知，雖然根據(jù)抽拉條件數(shù)值會(huì)稍有不同，但硅熔體在收尾時(shí)的殘留深度L的數(shù)值為等于或大于90mm且等于或小于115mm。如上所述，在根據(jù)本實(shí)施方案的單晶制造方法中，從抽拉步驟的初期直到至少收尾時(shí)，所施加水平磁場(chǎng)的磁場(chǎng)軸l始終在硅熔體中，并且施加水平磁場(chǎng)以使水平磁場(chǎng)的磁場(chǎng)軸1在一定的位置進(jìn)入坩堝4中硅熔體3的內(nèi)部，該位置離硅熔體3的液面3a有恒定的距離，即，該位置的距離為大于50mm、并且等于小于殘留深度L(參見(jiàn)圖2A和2B)。實(shí)施例以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)以上所述的實(shí)施方案的單晶制造方法，使用圖l的單晶制造裝置IOO進(jìn)行單晶硅的抽拉。具體地，當(dāng)磁場(chǎng)中心距離H為60、70、和90mm時(shí)，分別進(jìn)行單晶硅晶錠的抽拉，得到的晶錠數(shù)量為H=60mr^fn=4，H=70mm時(shí)11=4，H:90mm時(shí)n-3(實(shí)施例13)。在本實(shí)施例中，石英坩堝5的直徑為28英寸(700mm)，根據(jù)所要求的諸如電阻率的規(guī)格，為了生產(chǎn)直體部分的長(zhǎng)度為1000mm、直體部分的晶體直徑為306mm的單晶硅晶錠，考慮到圓柱磨削中的磨削余量，以使成品的晶體直徑達(dá)到300，準(zhǔn)備220kg的多晶硅塊作為填充坩堝4內(nèi)的原料。這里，在抽拉具有以上所述要求形狀的單晶硅晶錠時(shí)，預(yù)計(jì)收尾時(shí)所抽拉的單晶硅的重量為177kg;由于此時(shí)殘留在坩堝4中的硅熔體的殘留量為43kg，所以預(yù)計(jì)在收尾時(shí)硅熔體的殘留深度L為94mm。然后，通過(guò)使用水平磁場(chǎng)位置調(diào)整裝置19，移動(dòng)并固定水平磁場(chǎng)裝置16，以使磁場(chǎng)中心距離H分別為60、70、禾卩90(參見(jiàn)圖2A)。然后，將準(zhǔn)備的220kg多晶硅塊加入石英坩堝5中，通過(guò)加熱裝置8熔化所述多晶硅塊，同時(shí)從Ar氣導(dǎo)入口10將Ar氣引入室l和2中，并使用真空泵從Ar氣排出口ll排出該氣體。完成多晶硅塊的熔化之后，停止施加磁場(chǎng)片刻，通過(guò)驅(qū)動(dòng)坩堝驅(qū)動(dòng)裝置15的移動(dòng)坩堝4來(lái)進(jìn)行定位，從而將Ar氣整流板7和硅熔體3的液面3a之間的距離X調(diào)整到預(yù)定值(參見(jiàn)圖2A)。然后，經(jīng)過(guò)幾小時(shí)的硅熔體溫度穩(wěn)定時(shí)間，將溫度調(diào)整到下一步中所要求的之后，使用水平磁場(chǎng)裝置16分別以60、70和90mm的磁場(chǎng)中心位置將3000G的磁場(chǎng)施加到坩堝4中的硅熔體3上。然后，為了消除縮頸步驟中晶種中的位錯(cuò)，使用撞擊方法(dashmethod)進(jìn)行縮頸，在直徑增大步驟中形成了直徑增大部分，以使晶體的直徑變成為預(yù)定大小的306mm，然后所述步驟變?yōu)樾纬芍斌w部分的直體部分步驟，進(jìn)行抽拉，直到直體部分變成1000mm。收尾時(shí)單晶硅在直徑增大部分的重量為6kg，在直體部分為171kg，全部為177kg?？紤]到收尾時(shí)以上所述的預(yù)期殘留深度L-94mm，在實(shí)施例l、2和3中磁場(chǎng)中心線l分別位于高于硅熔體最低部分34mm、24mm、禾n4mm的位置。然后，形成了重量為23kg的尾部，生成了總重量為200kg的單晶硅晶錠，抽拉步驟結(jié)束。抽拉步驟完成時(shí)硅熔體的殘留量為20kg。應(yīng)當(dāng)注意，在以上所述的抽拉步驟中，晶體的抽拉在氮區(qū)中進(jìn)行，抽拉速度為0.50m/min。在單晶硅的抽拉步驟中，當(dāng)在縮頸步驟、直徑增大步驟、和直體步驟的初期產(chǎn)生了位錯(cuò)時(shí)，抽拉過(guò)的單晶硅必須再次返回坩堝中進(jìn)行熔化，并且必須再次進(jìn)行抽拉步驟。當(dāng)進(jìn)行抽拉步驟，使得在縮頸步驟、直徑增大步驟、和直體步驟的早期抽拉出完全沒(méi)有位錯(cuò)的單晶硅晶錠(以下稱為良好的單晶硅晶錠)時(shí)，如果進(jìn)行抽拉步驟的次數(shù)為試驗(yàn)次數(shù)，則實(shí)施例l中的試驗(yàn)次數(shù)為1.25，實(shí)施例2中為1，實(shí)施例3中為1.33。應(yīng)當(dāng)注意以上所述實(shí)施例中的試驗(yàn)次數(shù)為抽拉單晶硅晶錠n次時(shí)所測(cè)得的試驗(yàn)次數(shù)的平均值。應(yīng)當(dāng)注意，在實(shí)施例l、2和3中，硅熔體不固化，晶體的形狀良好。尤其是在實(shí)施例3中，晶體的形狀明顯良好。在實(shí)施例l、2和3中，用于產(chǎn)生良好單晶硅晶錠的平均周期時(shí)間分別為72hr、70hr、和73hr。作為比較例，與以上所述的實(shí)施例相比，僅改變磁場(chǎng)中心距離，并以同樣方式生成11=2的單晶硅晶錠。具體地，當(dāng)磁中心距離H為150、25和40mm時(shí)，在每種情況下(比較例1~3)抽拉11=2時(shí)的單晶硅晶錠。在比較例1中，在抽拉兩個(gè)單晶硅晶錠時(shí)的第一和第二抽拉步驟的過(guò)程中出現(xiàn)了位錯(cuò)，在第三抽拉過(guò)程中抽拉出了良好的單晶硅晶錠。在比較例1中，在抽拉兩個(gè)單晶硅晶錠時(shí)，抽拉沒(méi)有位錯(cuò)的單晶開(kāi)始很順利；然而，當(dāng)磁場(chǎng)中心線l變?yōu)榈陀诠枞垠w的最低部分時(shí)，從直體部分長(zhǎng)度為700mm起周期性地開(kāi)始出現(xiàn)晶體直徑的變化。這會(huì)在進(jìn)行圓柱形磨削時(shí)產(chǎn)生剩余的未磨削部分，其不能滿足所要求的晶體直徑300。此外，當(dāng)直體部分的長(zhǎng)度為980mm時(shí)，硅熔體的部分表面固化，固化部分會(huì)與單晶硅接觸，從而產(chǎn)生位錯(cuò)。結(jié)果是會(huì)在150mm的范圍產(chǎn)生位錯(cuò)，這為整個(gè)直體部分的15%。在比較例1中，周期時(shí)間的平均值為78.3hr。同時(shí)，在比較例2中，在抽拉兩個(gè)單晶硅晶錠時(shí)，在第一、第二和第三次抽拉過(guò)程中在形成肩部時(shí)產(chǎn)生了位錯(cuò)，在第四次抽拉過(guò)程中才形成了良好的單晶硅晶錠。周期時(shí)間的平均值為85.9hr。在比較例3中，平均2.5次抽拉過(guò)程形成良好的單晶硅晶錠。周期時(shí)間的平均值為78hr。圖3中所示為在實(shí)施例13和比較例13中，磁場(chǎng)中心距離H與試驗(yàn)次數(shù)(平均值)之間的關(guān)系。以下表2中所示為在實(shí)施例13和比較例12中的磁場(chǎng)中心距離H、試驗(yàn)次數(shù)(平均值)、周期時(shí)間(平均值)、良好晶體的產(chǎn)率(平均值)、和生產(chǎn)效率(平均值)。良好晶體的產(chǎn)率為直體部分中沒(méi)有產(chǎn)生位錯(cuò)、原生缺陷等缺陷的良好晶體部分的百分比。生產(chǎn)效率為良好晶體部分的重量與周期時(shí)間的比例，其表示每單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的良好晶體部分的重量。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>由以上表2可知，在實(shí)施例13與比較例13的比較中，其中在抽拉步驟的初期不發(fā)生位錯(cuò)的良好單晶硅晶錠可以通過(guò)較少的試驗(yàn)次數(shù)產(chǎn)生，并且周期時(shí)間可以縮短。此外，與如比較例l中在直體部分抽拉過(guò)程中磁場(chǎng)軸l變得低于硅熔體的最低部分的情況相比較，在實(shí)施例13中，良好晶體的產(chǎn)率高，在實(shí)施例2中所述產(chǎn)率要高15%，并可以產(chǎn)生具有大的良好晶體部分的單晶硅晶錠。此外，與如比較例2中硅熔體表面和磁場(chǎng)軸之間的余隙(clearance)較小的情況相比較，在實(shí)施例13中，良好晶體部分的生產(chǎn)效率可以得到提高，并且在實(shí)施例2中，所述生產(chǎn)效率提高了約19%。此外，如圖3中所示，當(dāng)磁場(chǎng)中心距離H為4060mm時(shí)，試驗(yàn)次數(shù)快速減少，當(dāng)磁場(chǎng)中心距離H為6070mm時(shí)，試驗(yàn)次數(shù)雖略有減少，但穩(wěn)定，當(dāng)磁場(chǎng)中心距離H為70mm時(shí)，所述試驗(yàn)次數(shù)具有最低值。當(dāng)磁場(chǎng)中心距離H為7090mm時(shí)，試驗(yàn)次數(shù)穩(wěn)定，雖然略有增大，此時(shí)磁場(chǎng)中心的距離處于收尾時(shí)硅熔體的殘留深度L左右，而當(dāng)磁場(chǎng)中心距離H大于90時(shí)，試驗(yàn)次數(shù)大為增加。因此，可以理解，當(dāng)磁場(chǎng)中心距離H大于50mm并且等于或小于收尾時(shí)硅熔體的殘留深度L時(shí)，可以穩(wěn)定地抽拉完全沒(méi)有位錯(cuò)、并且具有良好晶體形狀的單晶。根據(jù)圖3，為了穩(wěn)定地抽拉完全沒(méi)有位錯(cuò)、并且具有良好晶體形狀的單晶，磁場(chǎng)中心距離H優(yōu)選為70mm，并且如上所述，由于收尾時(shí)硅熔體的殘留深度L等于或大于90mm且等于或小于115mm，因此磁場(chǎng)中心距離H優(yōu)選為大于50mm且等于或小于90mm。如上所述，按照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的單晶制造方法，當(dāng)作為所施加水平磁場(chǎng)中心的磁場(chǎng)軸1的位置低于硅熔體3的液面3a多于50mm、并且被設(shè)定在距離等于或小于收尾時(shí)離殘留在坩堝4中硅熔體3的液面3a深度L的位置時(shí)，優(yōu)選當(dāng)設(shè)定在50mm90mm范圍內(nèi)的位置時(shí)，可以抑制單晶硅抽拉步驟初期硅熔體的不穩(wěn)定對(duì)流，從而抑制在所抽拉的單晶硅中發(fā)生位錯(cuò)。此外，至少直到收尾時(shí)，磁場(chǎng)中心線l沒(méi)有位于硅熔體3的最低部分3b的下方，這可以抑制由于硅熔體溫度的變化所產(chǎn)生的單晶硅的晶體直徑的變化，可以抑制硅熔體的固化，并且可以抑制在單晶硅中發(fā)生位錯(cuò)。因此，按照根據(jù)本實(shí)施方案的單晶制造方法，可以穩(wěn)定地抽拉完全沒(méi)有位錯(cuò)并且具有良好晶體形狀的單晶。這樣，可以改善所制造單晶硅的產(chǎn)率和生產(chǎn)效率。權(quán)利要求1、一種在切克勞斯基方法中將水平磁場(chǎng)施加到容納在坩堝中的原料熔體上、由原料熔體制造單晶的方法，其中將所述水平磁場(chǎng)的磁場(chǎng)中心設(shè)定在低于所容納原料熔體的液面多于50mm、并且等于或小于在完成所制造單晶的直體部分抽拉時(shí)離殘留在坩堝中的原料熔體液面深度L的距離的位置。2、權(quán)利要求l的制造單晶的方法，其中所述磁場(chǎng)的中心設(shè)定在低于所述液面50mm卯mm的位置。全文摘要本發(fā)明的目的是提供可以穩(wěn)定地抽拉完全沒(méi)有位錯(cuò)、并具有良好晶體形狀的單晶的單晶制造方法，其包括驅(qū)動(dòng)晶體驅(qū)動(dòng)裝置14使晶種30浸在硅熔體3中，和將晶體驅(qū)動(dòng)裝置14和坩堝驅(qū)動(dòng)裝置15控制在預(yù)定條件下以進(jìn)行抽拉晶種的步驟。在該抽拉步驟中，驅(qū)動(dòng)水平磁場(chǎng)裝置16將磁場(chǎng)以水平方向施加到坩堝4中硅熔體3的內(nèi)部。水平磁場(chǎng)裝置16將所施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)中心線1固定在離硅熔體3的液面3a的不變位置上。更具體地，通過(guò)水平磁場(chǎng)位置調(diào)整裝置19預(yù)先在垂直方向進(jìn)行水平磁場(chǎng)裝置16的位置調(diào)整，使所施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)軸1固定在低于硅熔體3的液面3a多于50mm，并且等于或高于收尾時(shí)離殘留硅熔體液面深度L的不變距離的位置上。文檔編號(hào)C30B15/00GK101319350SQ20081010827公開(kāi)日2008年12月10日申請(qǐng)日期2008年6月5日優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日發(fā)明者大久保正道申請(qǐng)人:硅電子股份公司