硅单晶的制造方法技术

本发明专利技术提供硅单晶的制造方法，该制造方法可制造在硅晶体长度方向具有更均匀的氧浓度分布的硅单晶。硅单晶的制造方法，其是通过直拉法从收纳在石英玻璃坩埚(3)内的硅熔液中提拉硅单晶，其中，使用上述透明内层的厚度(t)与上述石英玻璃坩埚的侧壁厚度(T)的比率(t/T)从石英玻璃坩埚侧壁的上部到下部进行了调整的石英玻璃坩埚，所提拉的硅单晶的晶体生长轴方向的氧浓度的偏差为20%以内。方向的氧浓度的偏差为20%以内。方向的氧浓度的偏差为20%以内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硅单晶的制造方法


[0001]本专利技术涉及通过直拉法(Czochralski法：CZ法)制造硅单晶的方法，涉及可制造在晶体长度方向具有更均匀的氧浓度的硅单晶的硅单晶制造方法。

技术介绍

[0002]基于CZ法的硅单晶的培育(growth，生长)如下进行：在设置于如图8所示的腔室(chamber) 50内的石英玻璃坩埚51中填充作为原料的多晶硅，通过设在石英玻璃坩埚51周围的加热器52来加热多晶硅使其熔融，制成硅熔液M，之后将安装在籽晶夹头(seed chuck)上的籽晶(seed) P浸渍在该硅熔液M中，边使籽晶夹头和石英玻璃坩埚51在同向或反向旋转边提拉籽晶夹头，从而进行硅单晶的培育。
[0003]通常，在提拉开始之前，若硅熔液M的温度稳定，则使籽晶P与硅熔液M接触而将籽晶P的前端部熔解，之后进行缩颈。缩颈是为了去除位错的不可缺少的工序，所述位错是由于籽晶P与硅熔液M的接触所发生的热冲击(thermal shock)而在硅单晶中产生的位错。
[0004]通过该缩颈而形成颈部P1。另外，例如在直径为300mm的晶体的情况下，该颈部P1需要直径为5mm左右、且其长度为30～40mm以上。
[0005]另外，作为提拉开始后的工序，在缩颈结束后进行下述工序：肩部C1的形成工序，将晶体扩展至直筒部(直体部)直径；直筒部C2的形成工序，培育成为产品的单晶；以及尾部(没有图示)的形成工序，缓慢地缩小直筒部形成工序后的单晶直径。
[0006]然而，由于石英玻璃坩埚51的内侧面与硅熔液M接触而熔解，所以石英玻璃坩埚51中所含的氧在硅熔液M中溶出，与硅熔液M反应而成为SiOx。该SiOx的大部分从熔液的自由表面蒸发，与导入至单晶提拉装置内的惰性气体(Ar等)一起被排出。
[0007]这里，一部分SiOx被摄入至培育中的单晶，摄入到硅单晶中的氧在半导体器件制造过程中带来抑制因氧沉淀物引起的重金属的吸杂或滑移位错的效果。
[0008]然而，在半导体器件制造过程中，若上述氧沉淀物存在于活性层，则担心对电特性产生不良影响。因此，要求根据半导体器件的种类制造适当的氧浓度的晶片。
[0009]另外，提拉初期所生长的直筒部的上部，由于石英玻璃坩埚内的硅熔融量多、坩埚内壁面与硅熔液的接触面积大，所以该上部是在来自石英玻璃坩埚的氧的溶出量多的状态下提拉的。由于随着单晶的提拉的进展，坩埚内的硅熔液量减少，因此坩埚内壁面与硅熔液的接触面积变得更小，氧从石英玻璃坩埚向硅熔液中溶出量变少。
[0010]因此，硅熔液中的氧浓度不稳定，存在着单晶的生长方向的氧浓度分布变得不均匀的倾向(例如，越往上部则氧浓度越高，越往下部则氧浓度越低等)。在该单晶的培育工序中，为了提高收率，希望控制晶体培育轴方向的氧浓度使其均匀。
[0011]针对上述课题，专利文献1 (日本特开平6
‑
56571号)中公开了下述方法：在硅熔液的上方配置倒圆锥台形或圆筒状的隔热夹具，调整硅熔液面与上述隔热夹具下端的间隙，从而控制单晶的氧浓度。
[0012]根据专利文献1中公开的方法，可准确地控制从上述隔热夹具的上方供给至熔液
面的惰性气体对熔液面的冷却、以及从坩埚向熔液面放射的热的屏蔽程度，其结果，可控制位于熔液中的氧的扩散蒸发，控制对单晶的氧供给量。
[0013]另外，在专利文献2 (日本再公表WO2001/063027)中公开了：通过根据提拉量改变流入炉内的惰性气体的流量和压力，来控制氧浓度。
[0014]根据专利文献2中公开的方法，通过改变炉内的惰性气体流量或压力，可容易地调整从晶体培育界面附近的熔液表面以氧化物的形式蒸发的氧的量，可容易地控制硅熔液中所含的氧量。
[0015]现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平6
‑
56571号；专利文献2：日本再公表WO2001/063027。

技术实现思路

[0016]专利技术所要解决的课题然而，在专利文献1、2所公开的方法中，虽然均可使晶体生长轴方向的晶体氧浓度变得均匀，但存在以下的问题。
[0017]具体而言，在专利文献1所公开的方法中，由于硅熔液面与隔热夹具的间隙导致硅熔液面的温度发生变化，晶体的高度方向的温度分布发生变化，而影响到空洞状缺陷(COP)或氧沉淀物(BMD)等晶体缺陷的形成，存在着晶体缺陷的分布不均匀的问题。
[0018]另外，在专利文献2所公开的方法中，通过惰性气体的流量和压力来调整来自熔液的SiO气体的蒸发量，在惰性气体的流量多的情况下，排气泵需要高排气性能的真空泵，存在成本升高的问题。另一方面，在惰性气体的流量少的情况下，炉内的污垢没有被排出，存在单晶化率下降的问题。
[0019]本专利技术人没有如专利文献1所公开的方法那样使用隔热夹具，也没有如专利文献2所公开的方法那样通过惰性气体的流量和压力来调整来自熔液的SiO气体的蒸发量，而是探讨了新的方法。
[0020]其结果发现：通过沿着石英玻璃坩埚的高度方向调整上述透明内层的厚度t与上述石英玻璃坩埚的壁厚度T的比率t/T，可控制所提拉的硅单晶的晶体生长轴方向的氧浓度，从而完成了本专利技术。
[0021]本专利技术是在如上所述的情况下完成的专利技术，其目的在于：提供硅单晶的制造方法，该制造方法通过调整上述透明内层的厚度t与石英玻璃坩埚的壁厚度T的比率t/T，可制造在硅晶体长度方向上具有更均匀的氧浓度分布的硅单晶。
[0022]用于解决课题的手段为了解决上述课题而完成的、本专利技术所涉及的硅单晶的制造方法具有以下特征：其是使用具有不透明外层和透明内层的石英玻璃坩埚，通过直拉法从收纳在上述石英玻璃坩埚内的硅熔液中提拉硅单晶的硅单晶制造方法，其中，使用上述透明内层的厚度t与上述石英玻璃坩埚的侧壁厚度T的比率t/T从石英玻璃坩埚侧壁的上部到下部进行了调整的石英玻璃坩埚，所提拉的硅单晶的晶体生长轴方向的氧浓度的偏差为20%以内。
[0023]这里，将上述石英玻璃坩埚从石英玻璃坩埚侧壁的上部向下部划分为多个区域，
希望对上述多个区域的每一个区域调整上述透明内层的厚度t与石英玻璃坩埚的侧壁厚度T的比率t/T。
[0024]另外，希望上述透明内层的厚度t与上述石英玻璃坩埚的侧壁厚度T的比率t/T为大于0.05且小于0.8的范围内。
[0025]如此，根据本专利技术所涉及的硅单晶的制造方法，通过沿着上述石英玻璃坩埚的高度方向调整上述透明内层的厚度t与上述石英玻璃坩埚的壁厚度T的比率t/T，控制所提拉的硅单晶的晶体生长轴方向的氧浓度，从而可控制所提拉的硅单晶的晶体生长轴方向的氧浓度的偏差，使氧浓度变得更均匀。
[0026]专利技术效果根据本专利技术，可得到硅单晶的制造方法，该制造方法通过调整上述透明内层的厚度t与石英玻璃坩埚的壁厚度T的比率t/T，可制造在硅晶体长度方向上具有更均匀的氧浓度分布的硅单晶。
附图说明
[0027][图1] 图1是实施本专利技术所涉及的硅单晶的制造方法的单晶提拉装置的截面图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.硅单晶的制造方法，其特征在于：其是使用具有不透明外层和透明内层的石英玻璃坩埚，通过直拉法从收纳在上述石英玻璃坩埚内的硅熔液中提拉硅单晶的硅单晶制造方法，其中，使用上述透明内层的厚度t与上述石英玻璃坩埚的侧壁厚度T的比率t/T从石英玻璃坩埚侧壁的上部到下部进行了调整的石英玻璃坩埚，所提拉的硅单晶的晶体生长轴方向的氧浓度的偏差为20%以内。2.权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：松村尚，
申请(专利权)人：环球晶圆日本股份有限公司，
类型：发明
国别省市：