单晶硅制造方法技术

一种单晶硅制造方法，其中，在使用具备热屏蔽体的提拉装置、通过直拉法制造单晶硅时，根据相对于晶体直径的空隙率(单晶的外表面与热屏蔽体的下端开口边缘部之间的空隙部的面积/单晶的截面积)，调节导入到装置内的惰性气体在所述空隙部的流速，从而控制晶体的氧浓度。通过该制造方法，可以适宜地控制提拉单晶的氧浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过直拉法(Czochralskimethod)制造单晶硅的方法，更具体地说，涉及可适当控制晶体中所含的氧浓度的单晶硅制造方法。
技术介绍
作为半导体材料使用的单晶硅的制造方法广泛采用直拉法(CZ法)。直拉法是将籽晶浸渍在石英坩埚内的熔融的硅内，通过提拉使单晶在籽晶的下端生长的方法。通过该方法培养单晶硅时，石英坩埚所含的氧溶入熔融硅中，其中一部分被摄取到单晶中。在使用由单晶硅切出的晶片来制造装置时的热处理过程中，这样的氧导致发生析出物、位错环、堆垛层错。这些缺陷对单晶的品质造成各种影响，因此适宜地控制被摄取到单晶中的氧的浓度，这在制造高品质单晶硅方面是不可缺少的。在单晶硅的培养中，如上所述，被摄取到单晶中的氧对于单晶的品质造成各种影响，因此必须恰当地控制单晶的氧浓度。关于该单晶硅中的氧浓度，会特别成问题的是单晶生长轴方向的氧浓度的不均。氧浓度受各种因素影响，这些因素产生的影响随着晶体的提拉的进展而发生变化。因此，在无法确保单晶生长轴方向氧浓度的均匀性而制造所要求的氧浓度规格的上限值和下限值的范围狭窄的单晶硅时，成品率会降低。为了确保该单晶硅在生长轴方向的氧浓度的均匀性，例如专利文献1中公开了一种单晶的提拉方法，其中，对应于加热器的发热分布特性以及单晶的提拉长度来使石英坩埚的底面位置(熔融液面位置)升降，同时控制导入到装置内的惰性气体的流速。根据该单晶提拉方法，可以获得具有所需氧浓度且轴向氧分布均匀的单晶硅。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平10-167881号公报。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题专利文献1记载的单晶硅的提拉方法采用以包围被提拉的单晶的周围的方式安装有倒圆锥台形状的整流筒的装置。但是，尽管在控制惰性气体流速时，除了导入到装置内的惰性气体的流量之外，提拉单晶的外表面与整流筒的下端开口边缘部之间的空隙部(即，惰性气体通过的部分)的截面积也是重要的因素，但在引用文献1中，关于该空隙部截面积及其对氧浓度的影响没有任何记载。本专利技术鉴于上述状况而成，其目的在于提供可对单晶中所含的氧浓度在生长轴方向适宜控制的单晶硅制造方法。解决课题的方案已明确：如果改变单晶的外表面与热屏蔽体的下端开口边缘部之间的空隙部(惰性气体通过的部分)的面积除以单晶的与提拉轴垂直的截面的面积所得的值、即相对于晶体直径的空隙率，则晶体生长轴方向的氧浓度显示与之前不同的行为。这据认为是提拉的单晶与热屏蔽体的下端开口边缘部之间通过的惰性气体的流速与单晶硅的氧浓度的关系发生了变化所导致的。因此对于惰性气体的流速对单晶硅的氧浓度的影响进行了调查。其结果发现：取决于相对于晶体直径的空隙率，惰性气体流速对单晶的氧浓度产生的影响不同。即，以往认为：若惰性气体流速增大，则促进溶入硅熔融液的氧的SiO形式的挥发，氧的带走量增加，因此熔融液自由表面附近的氧浓度降低，结果单晶硅的氧浓度降低(即，在惰性气体流速和氧浓度之间存在负相关)。但是调查的结果发现：取决于所述提拉单晶与热屏蔽体之间的空隙部的面积相对于单晶截面积的比率，有惰性气体流速的增大的同时单晶硅的氧浓度提高(即，惰性气体流速与氧浓度之间可见正相关)的情况。本专利技术基于上述研究结果而成，以下述单晶硅制造方法为要旨。即，一种单晶硅制造方法，该方法是使用在提拉中的单晶硅周围与提拉轴同轴地配置有热屏蔽体的单晶提拉装置，通过直拉法制造单晶硅的方法，其特征在于：根据单晶的外表面与热屏蔽体的下端开口边缘部之间的空隙部的面积除以单晶的与提拉轴垂直的截面的面积所得的相对于晶体直径的空隙率，通过调节导入到单晶提拉装置内的惰性气体在所述空隙部的流速，来控制晶体中的氧浓度。“相对于晶体直径的空隙率”如上所述，是将单晶的外表面与热屏蔽体的下端开口边缘部之间的空隙部的面积除以单晶的与提拉轴垂直的截面的面积所得的值。这里，“热屏蔽体的下端开口边缘部”是指热屏蔽体的开口部中最接近中心轴侧的部分，例如在后述说明的图2(a)中，是指热屏蔽体的下端部12b的前端(标有符号A的部分)。若以具体的数值示例出相对于晶体直径的空隙率，则提拉单晶的直径为310mm且热屏蔽体的开口直径为355mm时，单晶的截面积为754.8cm2，热屏蔽体开口部的面积为989.8cm2，因此单晶的外表面与热屏蔽体的下端开口边缘部之间的空隙部的面积为(989.8-754.8)cm2，相对于晶体直径的空隙率=(989.8-754.8)/754.8=0.31。本专利技术的单晶硅制造方法中，所述相对于晶体直径的空隙率为0.27-0.45时，在单晶与热屏蔽体之间的所述空隙部的惰性气体流速与晶体中的氧浓度具有负相关，所述相对于晶体直径的空隙率为0.72-0.92时，所述空隙部的惰性气体流速与晶体中的氧浓度具有正相关，从而可通过所述惰性气体的流速调节进行晶体中氧浓度的控制。例如为了降低培养中的晶体中的氧浓度，在相对于晶体直径的空隙率为0.27-0.45时，使单晶与热屏蔽体之间的空隙部的惰性气体流速增大，在相对于晶体直径的空隙率为0.72-0.92时，使单晶与热屏蔽体之间的空隙部的惰性气体流速减少，由此可适宜地控制晶体中的氧浓度。另外，根据与直径的变动相伴随的、相对于晶体直径的空隙率的变化来改变惰性气体流速，由此可以适宜地控制晶体中的氧浓度。这在相对于晶体直径的空隙率为0.27-0.45时特别有效。在本专利技术的单晶硅制造方法中，在进行单晶提拉时，如果基于根据相对于晶体直径的空隙率预先求出的所述空隙部的惰性气体流速与晶体中的氧浓度的关系，在提拉的各阶段调节惰性气体在所述空隙部的流速，则不管提拉装置的种类等如何均可适宜地控制晶体中的氧浓度，确保单晶在生长轴方向上的氧浓度的均匀性。根据本专利技术的单晶硅制造方法，可以容易地培养在晶体生长轴方向上氧浓度均匀的单晶。通过本专利技术的单晶硅制造方法培养的单晶硅可以具有可切出直径300mm以上的大口径硅晶片的直径。专利技术效果根据本专利技术的单晶硅制造方法，可适宜地控制被提拉的单晶硅中所含的氧浓度，可确保单晶在生长轴方向的氧浓度的均匀性。还可充分适用于可切出直径300mm以上的大口径硅晶片的单晶硅的制造。附图说明[图1]图1是示意性表示适合本专利技术的单晶硅制造方法的实施的提拉装置的主要部分的概略构成例的图。[图2]图2是用于说明在改变相对于晶体直径的空隙率时，对于单晶提拉装置内各部分的惰性气体流速利用数值模拟的研究结果的图，(a)是相对于晶体直径的空隙率为0.86的情况，(b)是相对于晶体直径的空隙率为0.37的情况。[图3]图3是表示相对于晶体直径的空隙率小时和大时的晶体-热屏蔽体之间的惰性气体(Ar)流速与提拉单晶的氧浓度的关系的图。[图4]图4是表示相对于晶体直径的空隙率与提拉单晶的氧浓度的关系的图。具体实施方式本专利技术的单晶硅制造方法如上所述，是以使用在提拉中的单晶硅的周围配置有热屏蔽体的单晶提拉装置为前提的方法，其特征在于：根据相对于晶体直径的空本文档来自技高网...

【技术保护点】
单晶硅制造方法，该单晶硅制造方法是使用在提拉中的单晶硅周围与提拉轴同轴地配置有热屏蔽体的单晶提拉装置，通过直拉法制造单晶硅的方法，其特征在于：根据单晶的外表面与热屏蔽体的下端开口边缘部之间的空隙部的面积除以单晶的与提拉轴垂直的截面的面积所得的相对于晶体直径的空隙率，通过调节导入到单晶提拉装置内的惰性气体在所述空隙部的流速来控制晶体中的氧浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.05 JP 2013-2290881.单晶硅制造方法，该单晶硅制造方法是使用在提拉中的单晶硅周围与提拉轴同轴地配置有热屏蔽体的单晶提拉装置，通过直拉法制造单晶硅的方法，其特征在于：
根据单晶的外表面与热屏蔽体的下端开口边缘部之间的空隙部的面积除以单晶的与提拉轴垂直的截面的面积所得的相对于晶体直径的空隙率，通过调节导入到单晶提拉装置内的惰性气体在所述空隙部的流速来控制晶体中的氧浓度。
2.权利要求1所述的单晶硅制造方法，其特征在于：
所述相对于晶体直径的空隙率为0.27-0.45时，单晶与热屏蔽体之间的所述空隙部的惰性气体流速与晶体中的氧浓度具有负相关；所述相对于晶体直径的空隙...

【专利技术属性】
技术研发人员：田边一美，横山隆，金大基，
申请(专利权)人：胜高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP