单晶硅的制造方法、单晶硅及硅晶片技术

单晶硅(1)由肩部(1A)、直体部(1B)及尾部(1C)构成。直体部(1B)具备：第1直体部(1BA)，具有第1直径d1；及第2直体部(1BC)，位于比第1直体部(1BA)更靠肩部(1A)侧的位置，并具有比第1直径d1大3.5％以上且15％以下的第2直径d2。首先，将与肩部(1A)连接的直体部(1B)的开始位置上的电阻率设为第1电阻率。然后，提拉单晶硅(1)并使其生长以形成第1直体部(1BA)，并且将第1直体部(1BA)的开始位置上的电阻率设为比第1电阻率低的第2电阻率。第1电阻率低的第2电阻率。第1电阻率低的第2电阻率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单晶硅的制造方法、单晶硅及硅晶片


[0001]本专利技术涉及一种使用提拉法(Czochralski method，以下，简称为“CZ法”。)制造单晶硅的单晶硅的制造方法、通过该单晶硅的制造方法制造的单晶硅及硅晶片。

技术介绍

[0002]用作便携式设备的电力用器件的功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)在工作(导通)时的漏极和源极之间具有恒定的电阻值(将其称为“导通电阻”。)。因此，功率MOSFET本身在工作中根据在内部流过的电流来消耗电力。
[0003]从而，若能够减小功率MOSFET的导通电阻，则能够减少便携式设备的消耗电力。根据这种背景，器件制造商为了减小功率MOSFET的导通电阻，强烈要求一种以高浓度添加了以砷(As)、磷(P)及锑(Sb)为代表的n型掺杂剂的低电阻率(以下，简称为“电阻率”。)的单晶硅。
[0004]然而，在使用CZ法制造以高浓度添加了掺杂剂的单晶硅的情况下，通过将掺杂剂大量加入到硅熔液中，硅熔液的凝固点与掺杂剂添加到硅熔液中的掺杂剂添加熔液的凝固点的差异，即凝固点降低程度变得非常大，导致发生成分过冷(constitutional undercooling)。
[0005]在此，对成分过冷进行说明。在单晶硅与掺杂剂添加熔液的边界，即固液界面上，单晶硅内的掺杂剂浓度与掺杂剂添加熔液内的掺杂剂浓度以不同值成为平衡状态。
[0006]因此，在单晶硅侧未完全容纳的掺杂剂排出到掺杂剂添加熔液中，掺杂剂蓄积在固液界面附近，掺杂剂浓度成为根据离固液界面的距离从固液界面上的浓度按指数函数减少的浓度分布。
[0007]与所述浓度分布对应的液相线温度成为根据离固液界面的距离从固液界面上的温度(以下，称为“界面温度”。)按指数函数上升的温度分布。另一方面，若假设掺杂剂添加熔液的实际温度成为根据离固液界面的距离从所述界面温度线性上升的温度分布，则在掺杂剂添加熔液内存在实际温度比液相线温度低的区域。
[0008]在实际温度处于液相线温度以下的意义上，可以说该区域被过冷，但是这不是由温度变化引起的，而是因成分变化而产生，因此称为成分过冷。
[0009]若产生成分过冷，则远离固液界面的区域与固液界面相比过冷，凝固速度也比该区域快。在这种状态下，在固液界面上产生微小的凹凸的情况下，凸出部分快速晶体生长，微小的凹凸被放大而形成单元组织，进而，形成在单元组织的侧面形成有凹凸的枝晶组织。
[0010]在单晶硅的生长阶段产生不同于这种正常晶体生长的异常晶体生长的情况下，由于不是单晶，因此存在无法持续进行单晶硅制造的问题。
[0011]作为解决该问题的一例，有专利文献1中公开的单晶硅的制造方法。在该单晶硅的制造方法中，从以红磷作为主要掺杂剂而包含的掺杂剂添加熔液中，通过CZ法提拉单晶硅并使其生长。
[0012]在该单晶硅的制造方法中，在单晶硅的直体部开始位置上的电阻率控制在0.80mΩcm以上、1.05mΩcm以下之后，随着提拉单晶硅并使其生长，依次逐渐降低单晶硅的电阻率，使单晶硅的一部分电阻率为0.5mΩcm以上、0.7mΩcm以下。
[0013]在该单晶硅的制造方法中，作为增加掺杂剂添加熔液内的掺杂剂浓度的方法，在单晶硅的提拉中添加掺杂剂，或者利用由伴随单晶硅提拉的偏析现象引起的掺杂剂浓度的上升，或者改变导入到腔室内的不活泼气体的导入量以抑制掺杂剂的蒸发，或者改变腔室内的压力(炉内压力)。现有技术文献专利文献
[0014]专利文献1：日本特开2018
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184317号公报(权利要求1、0022段、0023段)

技术实现思路

专利技术所要解决的技术问题
[0015]根据专利文献1中记载的现有技术，能够制造一种单晶硅，其在防止直体部开始位置产生有位错化的同时，在从以红磷为掺杂剂的单晶硅的直体部开始位置起60％的位置到尾部为止的区域为0.6mΩcm以下的极低电阻率(参照专利文献1的0027段～0030段、0032段、图2及图3)。
[0016]然而，即使使用专利文献1中记载的现有技术调整掺杂剂添加熔液内的掺杂剂浓度以达到目标电阻率并开始单晶硅的提拉，也只能得到少量满足目标电阻率的部分，存在发生产率降低的问题。
[0017]因此，期望一种单晶硅的制造方法，其能够以高产率制造以高浓度添加了n型掺杂剂的电阻率低的单晶硅。
[0018]本专利技术作为解决所述问题的课题的一例，其目的在于提供一种能够解决课题的单晶硅的制造方法、单晶硅及硅晶片。用于解决技术问题的方案
[0019]作为在单晶硅中不产生所述异常晶体生长而制造以高浓度添加了n型掺杂剂的电阻率低的单晶硅的一般方法，例如，有(1)减缓单晶硅的提拉速度的方法、以及(2)增大单晶硅轴向温度梯度的方法。
[0020]在使用(1)方法的情况下，由于单晶硅的制造期间变长，因此从掺杂剂添加熔液蒸发的掺杂剂的蒸发量也相应地增加，其结果，导致所制造的单晶硅的电阻率上升，因此在单晶硅的低电阻率化中有限制。
[0021]为了使用(2)方法，例如，需要重新设计腔室内的各构件(以下，称为“炉内产品”。)，例如，增加屏蔽从加热硅熔液的加热器向单晶硅的辐射热的热屏蔽件的绝热材料的量，或者设计强制冷却单晶硅的冷却筒、或者缩小热屏蔽件与掺杂剂添加熔液的间隙等，因此需要花费成本。并且，根据炉内产品的结构，仅通过设计变更可能无法应对，在单晶硅的低电阻率化中有限制。
[0022]因此，本专利技术人经过重复深入研究的结果，得到以下见解。若进行单晶硅的提拉，则单晶硅沿轴向(晶体长度方向)生长。伴随单晶硅的生长，坩埚内的掺杂剂添加熔液的残留量减少，因此如图6(a)所示，单晶硅的每单位晶体长度方向长度的固化率随着单晶硅的
晶体长度变长而逐渐增加。
[0023]在此，固化率是指单晶硅的提拉重量相对于加入到坩埚中的硅原料的量(以下，称为“装料量”。)的比例。
[0024]另一方面，由于大部分掺杂剂的偏析系数小于1，因此随着进行单晶硅的提拉而坩埚内的掺杂剂添加熔液的残留量减少，通过偏析现象，掺杂剂添加熔液内的掺杂剂浓度逐渐变高。因此，如图6(b)所示，单晶硅的每单位晶体长度方向长度的电阻率随着单晶硅的晶体长度变长而逐渐降低。
[0025]在此，可以考虑使装料量保持现有量，使单晶硅的直体部整体的直径大于现有大小的情况(以下，称为“扩径化”。)。在该情况下，由于单晶硅的每单位晶体长度方向长度的掺杂剂添加熔液的消耗量增加，因此单晶硅的长度缩短。例如，在装料量为100kg的情况下，若直体部的直径为205mm，则直体部的长度为1150mm，但是若直体部的直径为212mm，则直体部的长度为1075mm。
[0026]随之，如图7(a)中的实线所示，扩径化时的单晶硅的每单位晶体长度方向长度的固化率与未扩径化时(图7(a)的双点划线)相比，特性直线相对于晶体长度的斜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种单晶硅的制造方法，其从掺杂剂添加到硅熔液中的掺杂剂添加熔液中，通过提拉法提拉单晶硅并使其生长，所述单晶硅的制造方法的特征在于，所述单晶硅通过肩部、直体部及尾部依次连接而构成，所述直体部具备：第1直体部，具有第1直径；及第2直体部，位于比所述第1直体部更靠所述肩部侧的位置，并具有比所述第1直径大的第2直径，将与所述肩部连接的所述直体部的开始位置上的电阻率设为第1电阻率，然后，提拉所述单晶硅并使其生长以形成所述第1直体部，并且将所述第1直体部的开始位置上的电阻率设为比所述第1电阻率低的第2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，所述第2直径比所述第1直径大3.5％以上且15％以下。3.一种单晶硅的制造方法，其从红磷作为掺杂剂添加到硅熔液中的掺杂剂添加熔液中，通过提拉法提拉用于制作具有200mm直径的晶片的单晶硅并使其生长，所述单晶硅的制造方法的特征在于，所述单晶硅通过肩部、直体部及尾部依次连接而构成，所述直体部具备：第1直体部，具有第1直径；及第2直体部，位于比所述第1直体部更靠所述肩部侧的位置，并具有比所述第1直径大3.5％以上且15％以下的第2直径，使与所述肩部连接的所述直体部的开始位置上的电阻率为0.8mΩcm以上且1.05mΩcm以下，然后，提拉所述单晶硅并使其生长以形成所述第1直体部，并且使所述第1直体部的一部分电阻率为0.5mΩcm以上且0.7mΩcm以下。4.一种单晶硅的制造方法，其从砷作为掺杂剂添加到硅熔液中的掺杂剂添加熔液中，通过提拉法提拉用于制作具有200mm直径的晶片的单晶硅并使其生长，所述单晶硅的制造方法的特征在于，所述单晶硅通过肩部、直体部及尾部依次连接而构成，所述直体部具备：第1直体部，具有第1直径；及第2直体部，位于比所述第1直体部更靠所述肩部侧的位置，并具有比所述第1直径大3.5％以上且15％以下的第2直径，使与所述肩部连接的所述直体部的开始位置上的电阻率为1.9mΩcm以上且2.3mΩcm以下，然后，提拉所述单晶硅并使其生长以形成所述第1直体部，并且使所述第1直体部的一部分电阻率为1.2mΩcm以上且1.4mΩcm以下。5.一种单晶砷的制造方法，其从红磷作为掺杂剂添加到硅熔液中的掺杂剂添加熔液中，通过提拉法提拉用于制作具有300mm直径的晶片的单晶硅并使其生长，所述单晶硅的制造方法的特征在于，所述单晶硅通过肩部、直体部及尾部依次连接而构成，所述直体部具备：第1直体部，具有第1直径；及第2直体部，位于比所述第1直体部更靠所述肩部侧的位置，并具有比所述第1直径大3.5％以上且15％以下的第2直径，使与所述肩部连接的所述直体部的开始位置上的电阻率为1.2mΩcm以上且1.7mΩcm以下，然后，提拉所述单晶硅并使其生长以形成所述第1直体部，并且使所述第1直体部的一
部分电阻率为0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下。6.一种单晶硅的制造方法，其从砷作为掺杂剂添加到硅熔液中的掺杂剂添加熔液中，通过提拉法提拉用于制作具有300mm直径的晶片的单晶硅并使其生长，所述单晶硅的制造方...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊关崇志，鸣嶋康人，
申请(专利权)人：胜高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：