单晶的制造方法、磁场产生装置及单晶制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种可以使单晶中氧浓度的面内分布均匀的单晶的制造方法、磁场产生装置及单晶制造装置。一边对坩埚(11)内的熔液(2)施加横向磁场，一边提拉单晶(3)的单晶的制造方法，在晶体提拉工序中，配合熔液(2)的减少上升坩埚(11)的同时，配合熔液(2)的减少控制磁场分布，使熔液面(2s)中的磁场方向与坩埚(11)的弯曲底部在内表面的磁场方向从主体部生长工序开始到结束为恒定。序开始到结束为恒定。序开始到结束为恒定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单晶的制造方法、磁场产生装置及单晶制造装置


[0001]本专利技术涉及一种单晶的制造方法，尤其涉及一边对熔液施加水平磁场一边提拉单晶的磁场施加切克劳斯基法(Magnetic field applied Czochralski method)的单晶的制造方法。并且，本专利技术涉及利用这样的MCZ法的磁场产生装置及单晶制造装置。

技术介绍

[0002]作为从石英坩埚内的硅熔液提拉单晶硅的CZ法之一，一边对硅熔液施加磁场一边提拉单晶的所谓MCZ法是众所周知的。利用MCZ法，因为抑制熔液对流，根据与石英坩埚的反应抑制硅熔液中溶入的氧量，可以压低单晶硅的氧浓度。
[0003]作为磁场的施加方法，一些方法是众所周知的，其中，施加横向磁场(水平磁场)的HMCZ法的实用化很先进。HMCZ法中，因为施加与石英坩埚的侧壁大致正交的横向磁场，有效抑制坩埚侧壁附近的熔液对流，来自坩埚的氧溶出量减少。另一方面，熔液表面的对流抑制效果小，因为不那么抑制来自熔液表面的氧(硅氧化物)的蒸发，熔液中的氧浓度容易减少。因此，具有容易生长低氧浓度单晶的特征。
[0004]关于HMCZ法，例如专利文献1中记载，配合单晶的提拉进行，上下方向移动磁场中心位置，通过接近或离开液面，降低或上升单晶内取入的氧浓度。并且，专利文献2中记载，磁通沿着坩埚的弯曲底部进行，产生磁场。
[0005]专利文献3中记载，使用磁力线的方向偏离90度而且可以转换产生磁场分布互不相同的2种磁场的磁场产生装置，不只是低氧浓度且抑制生长条纹的单晶，也可以提拉高氧浓度的单晶的单晶制造装置。现有技术文献专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2004
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323323号公报专利文献2：日本特开昭62
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256787号公报专利文献3：日本特开2017
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206396号公报

技术实现思路

专利技术所要解决的技术问题
[0007]HMCZ法中，熔液面附近施加的水平磁场，优选与熔液面平行笔直前进。因为，如上述，与熔液面正交的磁场成分抑制熔液面的熔液对流，引起氧浓度增加。另一方面，在坩埚底部，磁场优选沿着弯曲的底部一边弯曲一边前进。由于与坩埚内壁面正交的磁场成分抑制熔液对流，熔液中的氧扩散不充分，单晶中的氧浓度容易产生不均匀。因此，如专利文献2中所记载，产生沿着坩埚的弯曲底部弯曲的磁场是有效的。
[0008]但是，晶体提拉工序中配合随着晶体生长的熔液减少，上升石英坩埚，维持熔液面的高度位置恒定是必须的，上升石英坩埚时，因为磁场分布及石英坩埚与磁场的位置关系改变，变得难以使磁场沿着石英坩埚的弯曲底面。如专利文献1所述，也可以上升磁场中心
位置使磁场分布沿着坩埚的弯曲底面，但在该情况下熔液面附近磁场不是水平，由于熔液面附近的熔液对流停滞，有单晶的氧浓度增加的问题。
[0009]单晶硅的晶体生长方向中的氧浓度分布变动，影响硅晶圆的氧浓度面内分布。如图14所示，从在晶体生长方向具有氧浓度分布的生长条纹的单晶硅切出晶圆时，晶圆的氧浓度面内分布变得不均匀。
[0010]因此，本专利技术的目的在于提供可以使单晶中的氧浓度面内分布均匀的单晶的制造方法。并且，本专利技术的目的在于提供这样的单晶的制造方法中使用的磁场产生装置及单晶制造装置。用于解决技术问题的方案
[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术人等调查关于单晶中的氧浓度变动后，发现晶体生长方向的特定范围内氧浓度的生长条纹变小，还有其范围内晶体直径变动非常小。并且，调查的结果，生长氧浓度的生长条纹变小范围的单晶时，很明显坩埚底面附近的磁力线方向与坩埚底面接近平行。
[0012]本专利技术是根据这样的技术性见解的专利技术，本专利技术的单晶的制造方法为一边对坩埚内的熔液施加横向磁场一边提拉单晶的单晶的制造方法，其特征在于，晶体提拉工序中配合所述熔液的减少上升所述坩埚的同时，配合所述熔液的减少控制磁场分布，使熔液面的磁场方向与所述坩埚的弯曲底部在内表面的磁场方向从主体部生长工序开始到结束为恒定。
[0013]本专利技术的单晶的制造方法，因为从主体部生长工序开始到最后维持熔液面附近的磁场方向与坩埚在底部附近的磁场方向恒定，可以尽量抑制影响单晶中氧浓度的熔液对流，由此不仅是单晶的低氧化，还可以达到氧浓度的面内分布均匀。
[0014]本专利技术中，所述熔液面的磁场方向，优选与所述熔液面平行。熔液面为熔液与提拉炉内空气的界面(气液界面)，通常是水平面。由此，可以活化来自熔液面的氧蒸发，达到晶体的低氧化。
[0015]以所述坩埚的旋转轴为Z轴，以与所述Z轴正交的所述横向磁场的磁场中心轴为Y轴，以及以所述Z轴与所述Y轴的交点为原点，以与YZ平面正交并通过所述原点的轴为X轴时，所述坩埚的弯曲的底部内表面与所述YZ平面的交线上，所述内表面的法向量与磁场向量形成的角度θ优选维持在75度以上105度以下。由此，抑制坩埚底部的熔液对流，可以使单晶中氧浓度的面内分布均匀。
[0016]本专利技术的单晶的制造方法，为了一边维持所述原点的磁场强度恒定，一边最小化所述坩埚的弯曲的底部内表面的法向量与磁场向量的内积平方在所述底部中的积分值，优选调整所述磁场分布。或者，在所述底部中心为了使所述底部的形状与磁场在Y方向的2阶微分一致，也可以调整所述磁场分布。由此，可以使坩埚底部附近的磁场方向沿着底部的弯曲内表面。
[0017]所述坩埚的半径为R时，所述底部优选是从所述底部中心起半径0.7R以下的范围。通常，磁场分布未发生畸变的横向磁场下的单晶的提拉中，因为中心附近的磁场分布与坩埚底面接近平行，底部的设定区域狭窄时，自动满足本专利技术，无意义。底部的设定区域比0.7R宽时，往侧壁部曲率变化大的坩埚角落部中满足上述条件变得困难。
[0018]本专利技术的单晶的制造方法，在所述坩埚周围设置多个线圈元件，优选通过单独调
整各线圈元件的磁场强度，控制所述磁场分布。在此情况下，所述多个线圈元件，优选构成线圈轴一致的多个线圈元件对。根据本专利技术，维持熔液面的磁场方向水平的同时，可以配合坩埚的高度位置变化改变坩埚底部附近的磁场方向。
[0019]所述多个线圈元件，优选夹住XZ平面对称配置，并优选与XY平面平行配置。根据本专利技术，可以实现从Z轴看对称性高的磁场分布。
[0020]所述多个线圈元件，构成产生第1磁场的第1线圈装置以及产生与所述第1磁场不同的第2磁场的第2线圈装置，优选通过单独调整所述第1磁场的强度与所述第2磁场及强度，控制所述磁场分布。由此，维持融面中的磁场方向水平的同时，可以配合坩埚的高度位置变化改变坩埚底部附近的磁场方向。
[0021]所述第1磁场，在Y轴的正方向磁场慢慢变弱后，成为零，还具有Y轴的负方向磁场慢慢变强的磁场变化，所述第2磁场，在Y轴的负方向磁场慢慢变弱后，成为零，优选还具有Y轴的正方向磁场慢慢变强的磁场变化。由此，维持融面中的磁场方向水平的同时，可以配合坩埚的高度位置变化改变坩埚底部附近的磁场方向。
[0022]并且，本专利技术的磁场产生装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种单晶的制造方法，一边对坩埚内的熔液施加横向磁场一边提拉单晶，其特征在于，晶体提拉工序中配合所述熔液的减少上升所述坩埚的同时，配合所述熔液的减少控制磁场分布，使熔液面的磁场方向与所述坩埚的弯曲底部在内表面的磁场方向从主体部生长工序开始到结束为恒定。2.根据权利要求1所述的单晶的制造方法，其中，所述熔液面的磁场方向，与所述熔液面平行。3.根据权利要求1或2所述的单晶的制造方法，其中，以所述坩埚的旋转轴为Z轴，以与所述Z轴正交的所述横向磁场在施加方向的中心轴为Y轴，以所述Z轴与所述Y轴的交点为原点，以与YZ平面正交并通过所述原点的轴为X轴时，所述坩埚的弯曲的底部内表面与所述YZ平面的交线上，所述内表面的法向量与磁场向量形成的角度θ维持在75度以上105度以下。4.根据权利要求3所述的单晶的制造方法，其中，为了一边维持所述原点的磁场强度恒定，一边最小化所述坩埚的弯曲的底部内表面的法向量与磁场向量的内积平方在所述底部中的积分值，调整所述磁场分布。5.根据权利要求3所述的单晶的制造方法，其中，在所述底部中心为了使该底部的形状与磁场在Y方向的2阶微分一致，调整所述磁场分布。6.根据权利要求3至5中任一项所述的单晶的制造方法，其中，所述坩埚的半径为R时，所述底部是从所述底部中心起半径0.7R以下的范围。7.根据权利要求1至6中任一项所述的单晶的制造方法，其中，在所述坩埚周围设置多个线圈元件，通过单独调整各线圈元件的磁场强度，控制所述磁场分布。8.根据权利要求7所述的单晶的制造方法，其中，所述多个线圈元件，构成线圈轴一致的多个线圈元件对。9.根据权利要求7或8所述的单晶的制造方法，其另，所述多个线圈元件，夹住XZ平面对称配置。10.根据权利要求7至9中任一项所述的单晶的制造方法，其中，所述多个线圈元件，与XY平面平行配置。11.根据权利要求7至10中任一项所述的单晶的制造方法，其中，所述多个线圈元件，构成产生第1磁场的第1线圈装置，以及产生与所述第1磁场不同的第2磁场的第2线圈装置；通过单独调整所述第1磁场的强度与所述第2磁场及强度，控制所述磁场分布。12.根据权利要求11所述的单...

【专利技术属性】
技术研发人员：松岛直辉，横山龙介，
申请(专利权)人：胜高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：