单晶硅的制造方法技术

本发明专利技术为一种单晶硅的制造方法，其是基于CZ法来制造N型单晶硅，所述CZ法具有使籽晶体取向坩埚中的硅熔液进行着液的引晶工序、以及之后提拉所述籽晶并使直径变细的缩颈工序，在该N型单晶硅的制造中，根据所述引晶时的温度与所述缩颈时的温度的差来预测所述硅熔液中的掺杂剂浓度，并基于该预测出的硅熔液中的掺杂剂浓度来控制提拉单晶的电阻率。由此，提供一种单晶硅的制造方法，其能够高效地制造所希望电阻率的单晶硅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种N型单晶硅的制造方法。
技术介绍
随着功率MOS半导体的需求不断增加，作为用于其中的基板，低电阻率的N型单晶硅的开发变得越发重要。作为制造这样的低电阻率的N型单晶硅的方法，广泛施行通过切克劳斯基单晶生长法(CZ法)从添加有N型掺杂剂的硅熔液中提拉单晶的方法。在该方法中，以达到目标电阻率而向硅熔液中添加N型掺杂剂并进行单晶的提拉，但N型掺杂剂具有从硅熔液蒸发的特性，尤其是提拉重掺杂单晶的情况下，将得到的单晶的电阻率控制为所希望的电阻率是非常困难的。另外，在重掺杂的N型单晶硅的提拉过程中容易发生有错位化，在发生了有错位化的情况下，如专利文献1的段落15所述的那样，使有错位化的单晶再熔融于硅熔液中，并进行再提拉。此时，如上所述，由于磷等N型掺杂剂有变为具有带挥发性的氧化物并从硅熔液中蒸发的特性，因此为了在进行再提拉之前调整掺杂剂浓度而追加投入掺杂剂。在单晶提拉过程中掺杂剂的蒸发量在某种程度上是可预测的，但在将有错位化的单晶再熔融的工序中需要将硅熔液加热至高温，因此会有因高温导致掺杂剂蒸发量增加的情况，使预测的精度降低。因此，若反复多次进行再熔融和再提拉，则硅熔液中的掺杂剂浓度会变得无法判断，大幅偏离目标浓度的情况较多。大幅偏离目标掺杂剂浓度是说得到的单晶电阻率大幅偏离所希望的电阻率，存在即使制造单晶也无法成为成品的问题。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利公开2004-175620号公报
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种单晶硅的制造方法，该方法能够高效地制造所希望电阻率的单晶硅。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种单晶硅的制造方法，其基于CZ法来制造N型单晶硅，所述CZ法具有使籽晶体取向坩埚中的硅熔液进行着液的引晶工序(seeding step)、以及之后提拉所述籽晶并使直径变细的缩颈工序(subsequent narrowing step)，在该N型单晶硅的制造中，根据所述引晶时的温度与所述缩颈时的温度的差来预测所述硅熔液中的掺杂剂浓度，并基于该预测出的硅熔液中的掺杂剂浓度来控制提拉单晶的电阻率。若是这种单晶硅的制造方法，则无关乎操作时间等而可高精度地预测硅熔液中的掺杂剂浓度，并使预测出的浓度反映到制造条件中，由此能够高效地制造所希望电阻率的单晶硅。另外，此时，也可以地，所述硅熔液中掺杂剂浓度的预测，是根据预先求出的所述引晶时的温度和所述缩颈时的温度的差与制造出的单晶的电阻率之间的相互关系来预测。若这样预先求出相互关系，则能够准确地控制单晶的电阻率。另外，此时，也可以地，根据设置在加热所述硅熔液的加热器外周的石墨屏蔽的温度，来求出所述引晶时的温度及所述缩颈时的温度。在硅熔液上存在配置于硅熔液上方的HZ(热区)部件、腔室反光(写り込み)的情况，从而难以直接高精度地测定硅熔液的温度。
因此，关于温度，不仅直接测定硅熔液的温度，间接性地测定温度的方式更方便，从而能够通过石墨屏蔽的温度来准确测定引晶时的温度与缩颈时的温度差。另外，此时，优选将所述提拉单晶做成电阻率2mΩ·cm以下的掺杂有P或As的单晶硅。若为低电阻率的掺杂有P或As的单晶硅，则适合作为功率MOS半导体等基板而使用的低电阻率的N型单晶硅。另外，此时，可以利用单晶制造中掺杂剂的蒸发量来调节作为目标的硅熔液中掺杂剂浓度与所述预测的硅熔液中掺杂剂浓度的差。尤其是，可以通过在直胴部生长开始时改变炉内压力来调节所述掺杂剂的蒸发量。通过这样改变炉内压力，能够简单地控制掺杂剂的蒸发量，调节硅熔液中掺杂剂浓度，由此控制提拉单晶的电阻率。另外，优选地，在将提拉过程中有错位化的单晶硅熔融于所述硅熔液并进行再提拉的情况下，将反映出作为目标的掺杂剂浓度与所述预测的硅熔液中掺杂剂浓度的差的量的掺杂剂追加投入到单晶硅熔融后的硅熔液中，并进行单晶硅的再提拉。若为这样的方法，则在进行单晶硅的再提拉时，也能够使硅熔液中掺杂剂浓度更准确地接近作为目标的浓度，因此能够高效地制造具有所希望电阻率的单晶硅。另外，也可以一边外加中心磁场强度为0.15T以上的水平磁场，一边进行所述单晶的提拉。(三)有益效果如上所述，若为本专利技术的单晶硅的制造方法，则根据引晶时的温度与缩颈时的温度差来预测硅熔液中掺杂剂浓度，并将预测出的浓度反映在制造条件中，由此能够高效地制造具有所希望的电阻率、尤其是适合作为功率MOS半导体等基板而使用的低电阻率的N型单晶
硅。另外，在进行再提拉时，由于能够使硅熔液中掺杂剂浓度接近作为目标的浓度，因此也能够高效地制造具有所希望电阻率的单晶硅。进而，若为本专利技术的单晶硅的制造方法，相较于以往，其结果为由于再熔融/再提拉次数变少，因此能够提高生产率。附图说明图1是表示本专利技术的单晶硅的制造方法所使用的单晶制造装置一例的示意图。图2是引晶工序(a)和缩颈工序(b)的说明图。图3是表示(引晶时温度T1-缩颈时温度T2)与直胴开始位置的电阻率的相互关系的图表。具体实施方式如上所述，在N型单晶硅的制造中，由于掺杂剂的蒸发而无法判断硅熔液中的掺杂剂浓度，掺杂剂浓度会大幅偏离目标浓度，由此存在无法高效地制造具有所希望电阻率的单晶这样的问题。已知硅熔液中若掺杂剂浓度变高则凝固点降低。硅熔液的温度通过辐射温度计等进行测定，但难以高精度地测定绝对值，根据熔液的温度来直接推算掺杂剂浓度并非现实的方法。因此，本专利技术人等着眼于在提拉单晶时的引晶时的适当温度(T1)和缩颈时的适当温度(T2)。并且通过深入研究结果发现，(T1-T2)会根据硅熔液中掺杂剂浓度而变化，据此发现根据(T1-T2)能够推算出硅熔液中的掺杂剂浓度，从而完成本专利技术。即，本专利技术为一种单晶硅的制造方法，其基于CZ法来制造N型单晶硅，所述CZ法具有使籽晶体取向坩埚中的硅熔液进行着液的引晶工序、以及之后提拉所述籽晶并使直径变细的缩颈工序，在该N型单晶硅的制造中，根据所述引晶时的温度与所述缩颈时的温度差来预测所述硅熔液中的掺杂剂浓度，并基于该预测出的硅熔液中的掺杂剂浓度来控制提拉单晶的电阻率。下面，参照附图对本专利技术进行详细的说明，但本专利技术并不限定于此。图1是表示本专利技术的单晶硅的制造方法所使用的单晶提拉装置一例的示意图。下面，对图1的单晶提拉装置进行说明。在主腔室1内配置的石墨坩埚6内的石英坩埚5的内部充满硅熔液4，单晶硅3从该硅熔液4中被提拉至提拉腔室2内。用于加热硅熔液4的加热器7设置于石墨坩埚6的外周，该加热器7的外周设置有用于隔断来自加热器7的热的石墨屏蔽9和绝热部件8。从气体导入口10导入氩气等惰性气体并充满单晶提拉装置内，气体沿着气体整流筒13流动，从气体流出口11排出。另外，气体整流筒13的硅熔液4侧，设置有隔断来自加热器7、硅熔液4的辐射的隔热部件。进而，在单晶提拉装置外设置有辐射温度计14，在该位置去除绝热部件8的一部分，使其能够测定石墨屏蔽9的温度。下面，对使用图1的单晶提拉装置来制造单晶的方法进行说明。首先，向石英坩埚5中放入多晶硅，通过加热器7加热从而使原料熔融。熔融完成后投入掺杂剂，使得可得到所希望的电阻率。此时，作为N型掺杂剂，优选P(磷)或As(砷)，也有使用Sb(锑)的情况。优选以使得到的单晶硅的电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶硅的制造方法，其特征在于，基于CZ法来制造N型单晶硅，所述CZ法具有使籽晶体取向坩埚中的硅熔液进行着液的引晶工序、以及之后提拉所述籽晶并使直径变细的缩颈工序，在该N型单晶硅的制造中，根据所述引晶时的温度与所述缩颈时的温度的差来预测所述硅熔液中的掺杂剂浓度，并基于该预测出的硅熔液中的掺杂剂浓度来控制提拉单晶的电阻率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.22 JP 2013-2420341.一种单晶硅的制造方法，其特征在于，基于CZ法来制造N型单晶硅，所述CZ法具有使籽晶体取向坩埚中的硅熔液进行着液的引晶工序、以及之后提拉所述籽晶并使直径变细的缩颈工序，在该N型单晶硅的制造中，根据所述引晶时的温度与所述缩颈时的温度的差来预测所述硅熔液中的掺杂剂浓度，并基于该预测出的硅熔液中的掺杂剂浓度来控制提拉单晶的电阻率。2.根据权利要求1所述的单晶硅的制造方法，其特征在于，所述硅熔液中的掺杂剂浓度的预测，是根据预先求出的所述引晶时的温度和所述缩颈时的温度的差与制造出的单晶的电阻率之间的相互关系来预测。3.根据权利要求1或2所述的单晶硅的制造方法，其特征在于，根据设置在加热所述硅熔液的加热器外周的石墨屏蔽的温度，求出所述引晶时的温度及所述缩颈时的温度。4.根据权利要求1至3中...

【专利技术属性】
技术研发人员：添田聪，中野真二，池田光市，
申请(专利权)人：信越半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP