CN101400834B - 硅单晶提拉装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硅单晶提拉装置，其特征在于：该硅单晶提拉装置具有：存放硅熔融液的坩埚、将上述坩埚加热的加热器、使上述坩埚旋转和/或升降的坩埚驱动装置、容纳上述坩埚和加热器的容器、设于上述容器的外侧并对该容器外加磁场的磁场外加装置；上述磁场外加装置沿上述容器的外周面形成，可形成相对于上述坩埚的中心轴大致呈同心圆状的等磁线。

Description

硅单晶提拉装置

技术领域

本发明涉及通过丘克拉斯基法形成硅单晶的硅单晶提拉装置以及硅单晶的提拉方法。

背景技术

通过以下方法制备硅单晶：将容纳于坩埚中的多晶硅原料用加热器加热，制成硅熔融液，通过CZ(丘克拉斯基(Czochralski))法从硅熔融液中提拉硅单晶，同时使其生长。硅晶片是将按照上述方法制备的硅单晶切片(切断)制备的，该硅晶片上可形成集成电路等装置。

为了在一片硅晶片上形成更多的电路，对于硅单晶日益要求其大直径化。另一方面，伴随着硅单晶的大直径化而要解决单晶生长技术课题有：单晶的低氧浓度化、和品质的稳定化、以及产率的提高。针对上述课题，已知有：通过在CZ法中外加水平磁场的HMCZ(应用水平磁场的CZ)技术的应用，实现单晶低氧浓度或晶体生长稳定的方法。还已知通过将硅单晶与硅熔融液的界面—固液界面形状保持向着单晶方向弯曲的上凸形，可以使单晶的轴向温度梯度在固液界面附近增大，获得面内均匀化的效果(日本特开2001-158690号公报)。

发明内容

通过外加水平磁场，坩埚内硅熔融液对流的不稳定状态得到抑制，可获得稳定的对流。但是，为了培育大口径的晶体，必须使用大口径的坩埚，熔融液量也增加。这种情况下可以表明，只凭外加水平磁场无法获得充分的效果，并且存在熔融对流不稳定的区域。另外，使用亥姆霍兹型磁体，在互相平行配置的两个磁体之间配置硅单晶提拉装置的容器时，通过线圈直径的设计可以获得水平磁场强度分布均匀的结构，但是为了获得所需强度的磁场，磁体本身巨大，必须有大的装置空间，这称为问题。

另一方面，最近开发了一种使磁体线圈变形、组装到包围硅单晶提拉装置容器的环状箱中形成的省空间型的水平磁场磁体。由于线圈设计空间的制约，这样的省空间型水平磁场磁体所产生的磁场强度可能显示不均匀的分布。对省空间型的水平磁场磁体进行磁场强度分布测定和晶体生长实验对比，结果表明，与磁场强度分布和磁场设定位置相关地在硅熔融液中产生了不稳定的区域。

晶体提拉时，如果在硅熔融液中产生不稳定区域，则硅单晶内杂质浓度(包括氧浓度等)分布不均匀，从硅单晶的生长方向观察，杂质浓度分布不均匀。

在培育大口径的硅单晶的情况下，为了提高产率，大多将固液界面形状制成上凸形状进行晶体生长，这样可以加快晶体生长速度。此时，如果产生硅熔融液不稳定的区域，则与晶体提拉轴垂直的截面内(即，与由单晶获得的晶片的表面平行的面内)，杂质浓度不均匀，可观察到浓度值在面内发生变化等的浓度分布。这里，杂质浓度是指氧浓度、以及决定硅单晶的载体浓度的掺杂剂浓度。使固液界面形状为上凸形状进行晶体生长时，如果在硅熔融液中产生不稳定区域，则由硅单晶切取的晶片面内可观察到杂质浓度的分布呈同心圆状变化。器件工序中，微小范围内的氧浓度和掺杂剂浓度向高浓度或低浓度的偏差，成为晶体缺陷密度差导致的重金属杂质吸杂不足的原因。并且，有可能使电阻率等器件特性中重要的晶片特性降低。结果，由单晶得到的良好的晶片收率、由晶片得到的器件的收率也降低。

本发明针对上述情况而设，其目的在于提供可防止吸杂能力的偏差、电阻值在面内分布的偏差等，器件工序中可获得可良好保持器件特性和收率的晶片，可培育硅单晶的硅单晶提拉装置，以及硅单晶提拉方法。

因此，本发明的目的在于提供抑制硅单晶中杂质浓度的不均匀分布、实现杂质浓度的均匀化，由此防止氧浓度和掺杂剂浓度在微小范围内的偏差，可培育硅单晶的硅单晶提拉装置，以及硅单晶提拉方法。

本发明的方案1的硅单晶提拉装置具有：存放硅熔融液的坩埚；将上述坩埚进行加热的加热器；使上述坩埚旋转和/或升降的坩埚驱动装置；容纳上述坩埚和加热器的容器；设于上述容器的外侧、对该容器外加磁场的磁场外加装置；

上述磁场外加装置沿着容器的外周面形成，可由上述坩埚的中心形成大致呈同心圆状(同心环状)的等磁线。

根据该硅单晶提拉装置，通过磁场外加装置对坩埚的硅熔融液外加水平磁场，由此形成大致呈同心圆状的等磁线。通过形成同心圆状的等磁线，可以抑制坩埚内的硅熔融液对流状态的不稳定，可以获得稳定的对流状态。

这里，形成大致呈同心圆状的等磁线的范围只要是至少包含坩埚内存在硅熔融液的范围即可，除此之外的容器内的区域也可以未形成大致呈同心圆状的等磁曲线。因此，可以使用省空间型的磁场外加装置。另外，等磁曲线呈现同心圆状的范围只要至少包含存在硅熔融液的高度的位置即可。

同样，通过外加磁场形成的磁力线只要是在坩埚内存在硅熔融液的范围内大致呈直线即可，除此以外的部分可以稍微偏离直线。

本发明的方案2的硅单晶提拉装置具有：存放硅熔融液的坩埚；将上述坩埚进行加热的加热器；使上述坩埚旋转和/或升降的坩埚驱动装置；容纳上述坩埚和加热器的容器；设于上述容器的外侧、对该容器外加磁场的磁场外加装置；

上述磁场外加装置沿着上述容器的外周面形成，可以外加磁场，由存放在上述坩埚内的硅熔融液的熔融液面向上述坩埚的底部使磁场强度递增、或者使磁场强度递减。

根据该硅单晶提拉装置，提拉的硅单晶结晶块的氧浓度在硅单晶结晶块的生长方向(轴向)长度的全体区域内以一定的比例减少，不会出现氧浓度不稳定变动的区域。

磁场强度由存放在上述坩埚内的硅熔融液的熔融液面向上述坩埚的底部递增或递减时，磁场强度的变动范围优选设定为通过上述磁场外加装置外加到上述容器内的磁场最强强度的0.6倍-0.9倍的范围。由此，可以抑制杂质浓度的不均匀性分布，可以防止氧浓度和掺杂剂浓度的微小范围内的偏差。

上述磁场外加装置可以形成为大致环状，环绕上述容器。具体来说，可以在与坩埚侧壁呈同心状的圆筒面上、在同一高度轴对称地粘贴两个或三个或四个环状磁体线圈。换言之，可以是使具有垂直方向轴线的第一圆筒面，和具有比该第一圆筒小的半径且具有与第一圆筒的轴线相交的水平方向轴线的第二圆筒面的相交线所对应的线圈形状。或者是将配置成轴对称的线圈形成多个。或者是从省空间的观点等考虑，将这些形状稍微改变得到的形状。由此可以实现具备水平磁场外加装置的硅单晶提拉装置的小型化、轻量化。

上述方案1的硅单晶提拉装置中，上述磁场外加装置可以外加磁场，由上述坩埚的中心形成大致呈同心圆状的等磁线，并且，由存放在坩埚内的硅熔融液的熔融液面向上述坩埚的底部磁场强度递增，或磁场强度递减。

如果使用本发明的硅单晶提拉装置，则可以将单晶体拉方法、即，将晶种浸泡在存放于坩埚内的硅熔融液中，使上述晶种旋转并提拉的方法(单晶培育方法)为以下方法：

根据与上述晶种的提拉相伴随的熔融液的减少，使坩埚升高，使熔融液面保持规定位置，在上述熔融液的位置上外加水平磁场，使等磁线相对于坩埚的中心轴大致呈同心圆状(同心环状)。

使用本发明的硅单晶提拉装置，则还可以将单晶体拉方法、即，将晶种浸泡在存放于坩埚内的硅熔融液中，使上述晶种旋转并提拉的方法(单晶培育方法)为以下方法：

根据与上述晶种的提拉相伴随的熔融液的减少，使坩埚升高，使熔融液面保持规定位置，外加水平磁场，由上述熔融液的熔融液面向上述坩埚的底部使磁场强度递增或使磁场强度递减。

上述方法中，可以在上述熔融液的位置加水平磁场，使等磁线大致呈同心圆状，由上述硅熔融液的熔融液面向上述坩埚底部磁场强度递增或者磁场强度递减。

在使用本发明的单晶提拉装置的上述方法中，磁场强度由上述存放在坩埚内的硅熔融液的熔融液面向上述坩埚底部递增或递减时，磁场强度的变动范围可以设定为使用单晶提拉装置的磁场外加装置外加到上述容器内的磁场的最强强度的0.6倍-0.9倍的范围。

根据本发明的硅单晶提拉装置和硅单晶提拉方法，在由硅熔融液的熔融液面至坩埚的底部的整个区域内，磁场强度单纯递增或递减，由此，被提拉的硅单晶结晶块的氧浓度在结晶块生长方向的长度整个区域内以一定比例减少，不会产生不稳定部分(氧浓度不稳定地变动的部位)。如果产生不稳定部分，则硅单晶结晶块截面的氧浓度的面内分布显示在微小范围内的较大的摆动。因此，由该不稳定部分采集的硅晶片用于器件制备时，在器件工序中成为晶体缺陷的密度差导致的重金属杂质吸杂能力不足的原因。通过本发明，可以抑制杂质浓度不均匀分布，防止氧浓度和掺杂剂浓度在微小范围内的偏差，防止由于掺杂剂浓度的偏差导致的电阻率的偏差，在器件工序中可以良好保持器件特性和收率。

附图简述

图1是表示本发明的单晶提拉装置的概略的侧视截面图。

图2是图1的单晶提拉装置的俯视截面图。

图3A是表示图1的单晶提拉装置磁场外加装置中，线圈配置的一个例子的图。

图3B是表示磁场外加装置中，线圈配置的一个例子的俯视截面图。

图4是表示外加到坩埚的硅熔融液中的磁场磁力线和等磁线的说明图。

图5是表示本发明的实施方案的说明图。

图6是表示本发明的另一实施方案的说明图。

图7是表示本发明的实施例的说明图。

图8是表示本发明的实施例的说明图。

图9是表示本发明的实施例的说明图。

图10是表示以往的比较例的说明图。

图11A是表示本发明与比较例的验证结果的图表。

图11B是表示比较例的单晶的不稳定部分的截面中，氧浓度的面内分布的图。

图12A是表示本发明的验证结果的图表，表示单晶的提拉长度与坩埚表面的磁场强度、坩埚底磁场强度的相关性。

图12B是表示本发明的验证结果的图表，表示单晶的提拉长度与氧浓度的相关性。

图12C是表示本发明的单晶的截面中氧浓度的面内分布的图。

图13A是表示比较例的验证结果的图表，表示单晶提拉长度与坩埚表面磁场强度、坩埚底磁场强度的相关性。

图13B是表示比较例的验证结果的图表，表示单晶的提拉长度与氧浓度的相关性。

具体实施方式

以下对将本发明的单晶提拉装置用作硅单晶提拉装置时的实施方式进行说明。图1是表示本发明的硅单晶提拉装置的侧视截面图，图2是表示由上部所见的硅单晶提拉装置的俯视截面图。硅单晶提拉装置10具备容器11、设于该容器11内用于存放硅单晶的硅熔融液12的石英坩埚13、将硅单晶的硅熔融液12进行加热的侧面加热器41、保温材料19、坩埚驱动装置17、设于容器11的外侧对容器11外加水平磁场的磁场外加装置51。

容器11具有有底圆筒状的下部、由该下部向上方收窄的顶板部、由顶板部的中央向上方收窄的顶板部、由顶板部的中央垂直竖立的圆筒状套管21。套管21的直径比容器11的下部小。

石英坩埚13被置放于容器11的下部内，包含上方开放的大致呈圆筒形的主体部13b和将该主体部13b的下方闭塞的底部13a。石英坩埚13的外面由石墨基座(坩埚支撑体)14支撑。石英坩埚13的下面经由石墨基座14固定在支撑轴16的上端，该支撑轴16的下部与坩埚驱动装置17连接。石英坩埚13的主体部13b的外侧周围经由石墨基座14设置侧面加热器41。

侧面加热器41例如形成圆筒形，包围石英坩埚13，对石英坩埚13进行加热。另外，侧面加热器41和容器11之间设置有包围侧面加热器41的圆筒状保温材料19。

磁场外加装置51是将至少两个磁体线圈以相对的状态组装到环状的箱内形成的省空间型水平磁场磁体，配置成包围硅单晶提拉装置10的容器11的下部。图3A、图3B表示磁场外加装置51中的线圈的配置例子。图3B是表示线圈52的配置与容器11的关系的俯视截面图，图3A是由一侧的线圈所见的侧视图。例如，如图3A、图3B的例子所示，磁场外加装置51可以是将一对线圈52轴对称配置，组装到非磁性体制的环状箱内所得的装置。各线圈沿着半圆弧变形，装入箱内。各线圈变形为长圆形、长方形、椭圆形等形状后，将长轴沿着箱的圆弧变形，在箱内相对配置地组装。上述磁场外加装置51经由侧面加热器41、保温材料19、容器11对存放在坩埚13内的硅熔融液12外加水平磁场L。上述外加磁场的详细情况如后所述。

坩埚驱动装置17具有使坩埚13旋转的第1旋转用马达(图示省略)、使坩埚13升降的升降用马达(图示省略)，通过这些马达，坩埚13可以向规定方向旋转，同时可以上下方向移动。为了在提拉晶种24的同时将降低的硅熔融液12的液面12a保持上述的规定位置，坩埚驱动装置可以根据硅熔融液12的减少量，通过升降用马达使坩埚13升高。

在容器11的上面设置有比容器11直径更小的圆筒状套管21。该套管21的上端部设置可以以水平状态旋转的提拉头22，钢丝绳23由头22向石英坩埚13的旋转中心垂下。

未图示，头22中内置使头22旋转的第2旋转马达和卷绕或送出钢丝绳23的提拉用马达。钢丝绳23的下端浸泡在硅熔融液12中，经由夹具23a安装有用于提拉硅单晶结晶块25的晶种24。

在容器11上连接气体给排装置28，该气体给排装置28由该容器11上部供给氩气等惰性气体，并且将上述惰性气体由容器11的下部排出。气体给排装置28具有供给管29和排出管30，供给管29一端与套管21的圆周壁连接，另一端与未图示的惰性气体罐连接；排出管30一端与容器11的下壁连接，另一端与真空泵(未图示)连接。供给管29和排出管30上分别设置用于调节流经这些管29、30的惰性气体的流量的第1和第2流量调节阀31、32。

接着，对上述构成的硅单晶提拉装置10的硅单晶提拉顺序和本发明的作用进行说明。使用本实施方案的硅单晶提拉装置10提拉硅单晶时，首先，将作为原料的多晶硅块放入坩埚13中，通过侧面加热器41熔解，形成硅熔融液12。然后在硅熔融液12的熔融液面12a正上方，经由夹具23a，将晶种24垂吊在钢丝绳23上。

接着，打开第1和第2流量调节阀31、32，由供给管29向套管21内供给惰性气体，将由硅熔融液12的表面蒸发的SiOx气体与该惰性气体一起由排出管30排出。该状态下，通过提拉头22的未图示的提拉用马达送出钢丝绳23，使晶种24下降，使晶种24的前端部与熔融液12接触。

使晶种24的前端部与硅熔融液12接触，则通过热应力向该前端部导入滑移位错，然后将晶种24缓慢提拉，形成直径约3mm的晶种颈缩部25a。通过形成晶种颈缩部25a，导入到晶种24内的位错消失。然后进一步提拉晶种24，在晶种颈缩部25a的下部培育无位错的硅单晶结晶块25。

如上所述，培育硅单晶结晶块25时，硅熔融液12通过侧面加热器41加热，通过磁场外加装置51外加磁场。此时，上述升降用马达可根据在提拉晶种24的同时所减少的熔融液12的量使坩埚13升高，使硅熔融液12的表面12a保持规定位置。

本实施方案的硅单晶提拉装置中，通过圆环状设置于容器11外侧的磁场外加装置51，形成外加到硅熔融液12中的水平磁场。磁场外加装置51是将磁体线圈组装到包围容器11的环状箱内的水平磁场磁体，通过该形状的磁场外加装置51，外加到坩埚13内的硅熔融液12上的磁场形成环状的等磁线。

图4用等磁线等表示通过磁场外加装置51在坩埚13内形成的磁场的分布。磁场外加装置51是将磁体线圈组装到环状的箱内的水平磁场磁体。图中，实线R表示的是坩埚，细的箭头表示各位置的磁力线方向。还表示了在坩埚的中心附近提拉的单晶结晶块S。还表示了等磁线M包围坩埚。如图4所示，坩埚中，通过磁场外加装置51外加的水平磁场形成了大致呈同心圆状(同心环状)的等磁线。

另一方面，磁场外加装置51外加水平磁场，磁场强度由存放在坩埚13内的硅熔融液12的熔融液面向上述坩埚的底面递增或磁场强度递减。图5是表示上述磁场强度与存放在坩埚内的硅熔融液的关系的说明图。根据图5，磁场外加装置51产生的磁场是：以相对于提拉方向Z磁场强度By最高的位置作为中心O，磁场强度By由该中心O沿上下方向分别递减。依据该磁场强度By的最高的中心O，设定坩埚13中硅熔融液12的熔融液面12a的位置。

如上所述，通过设定磁场强度的分布和硅熔融液12的熔融液面12a的位置，由磁场外加装置51对硅熔融液12外加水平磁场，使磁场强度By由硅熔融液面12a向坩埚13的底部13a递减。如果以外加到硅熔融液12的熔融液面12a位置的磁场强度By为1，上述磁场强度的递减比例可以设定为：外加到坩埚13的底部13a的位置(硅熔融液12中，距离熔融液面12a位置最远的下侧的位置)的磁场强度By为0.6-0.9(即最强磁场强度的0.6倍-0.9倍)。

如上述说明，使用将磁场线圈在组装到环状箱内得到的水平磁场磁体作为磁场外加装置51，由磁场外加装置51外加水平磁场，使磁场强度由硅熔融液的熔融液面12a向坩埚13的底部13a递减，由此，如图4所示，在硅熔融液12中形成了同心圆状的等磁线的同时，可防止与磁场强度分布和磁场设定位置有关的硅熔融液中不稳定区域的产生。通过消除硅熔融液中不稳定区域的产生，可防止硅单晶内杂质浓度不稳定变动导致的不均匀分布，可以实现硅单晶生长方向上杂质分布的均匀化或单纯化。

通过使用将磁体线圈组装到环状箱内所得的水平磁场磁体作为磁场外加装置51，与使用以往的亥姆霍兹型磁体的情况比较，可以使具有磁场外加装置的硅单晶提拉装置的尺寸大幅实现小型化、轻量化。

外加到坩埚13的硅熔融液12中的磁场如图5所示，由坩埚的熔融液面向坩埚的底面，磁场强度递减状分配，除此之外，也可以外加水平磁场，使磁场强度由坩埚的熔融液面向坩埚的底面递增。根据图6，磁场外加装置51产生的磁场是：相对于提拉方向Z，以坩埚13底部13a的磁场强度By为最高，磁场强度By由该坩埚13的底部13a沿上下方向分别递减。

通过这样设定磁场强度的分布和硅熔融液12的熔融液面12a的位置，可以由磁场外加装置51外加水平磁场，使磁场强度By由坩埚13的底部13a至硅熔融液12的熔融液面12a递减。如果以外加到坩埚13的底部13a位置的磁场的磁场强度为1，上述磁场强度的递减比例可以设定为：外加到硅熔融液12的熔融液面12a位置的磁场强度By为0.6-0.9(即最强磁场强度的0.6倍-0.9倍)。通过如上相对于硅熔融液12设定磁场强度的分布，可以防止硅单晶内杂质浓度不稳定变动导致的不均匀分布，可以实现硅单晶生长方向上杂质分布的均匀化或单纯化。

实施例

本申请人验证了本发明的作用和效果。验证时，准备直径24英寸的石英坩埚，向该石英坩埚中加入160kg多晶硅作为原料。然后通过加热器将加入了原料的石英坩埚加热，形成硅熔融液，提拉直径200mm的硅单晶结晶块。提拉时，使用省空间型的水平磁场磁体(磁场外加装置)，对石英坩埚内的硅熔融液外加水平磁场，其中，所述省空间型的水平磁场磁体是使磁体线圈变形，组装到配设成包围硅单晶提拉装置的容器的环状箱中得到的。

对硅熔融液外加水平磁场时，准备了三个实施例作为本发明例。

实施例1如图7所示，磁场外加装置51产生的磁场是：相对于提拉方向Z，以磁场强度By最高的位置作为中心O，磁场强度By由该中心O沿上下方向分别递减。依据该磁场强度By最高的中心O，设定坩埚13中硅熔融12的熔融液面12a的位置，对硅熔融液12外加水平磁场，使磁场强度By由熔融液面12a向坩埚13的底部13a递减，提拉硅单晶结晶块(样品1)。这里，磁场强度By表示坩埚的轴线上的磁场强度Y成分(与提拉轴垂直、与水平磁场的磁力线平行的成分)。

本发明的实施例2如图8所示，磁场外加装置51产生的磁场是：相对于提拉方向Z，以磁场强度By最高的位置为中心O，磁场强度By由该中心O沿上下方向分别递减。与该磁场强度By最高的中心O距离a的下侧，设定为坩埚13中硅熔融液12的熔融液面12a的位置，对硅熔融液12外加水平磁场，磁场强度By由熔融液面12a向坩埚13的底部13a递减，提拉硅单晶结晶块(样品2)。

本发明的实施例3如图9所示，磁场外加装置51产生的磁场是：相对于提拉方向Z，使坩埚13的底部13a的磁场强度By为最高，磁场强度By由该坩埚13的底部13a沿上下方向分别递减。由此对硅熔融液12外加水平磁场，使磁场强度By由坩埚13的底部13a向硅熔融液12的熔融液面12a递减，提拉硅单晶结晶块(样品3)。

作为与本发明对比的比较例(以往例)，如图10所示，磁场外加装置61产生的磁场是：与提拉方向Z相对，以磁场强度By最高的位置为中心O，磁场强度By由该中心O沿上下方向分别递减。将该磁场强度By的最高的中心O设定为坩埚13的硅熔融液12的中间位置。由此对硅熔融液12外加水平磁场，磁场强度By由硅熔融液12的熔融液面12a(z＝-a位置)向坩埚13的底部13a递增至熔融液的大致中间位置，过了大致中间则磁场强度By递减，提拉硅单晶结晶块(样品4)。

以上说明的通过本发明实施例1-3(样品1-3)和比较例(以往例：样品4)提拉的硅单晶结晶块的生长方向长度XL与氧浓度Oi的关系如图11A所示。

如图11A所示，在由硅熔融液12的熔融液面12a至坩埚13的底部13a的整个区域内，在整个提拉长度全长保持磁场强度By单纯递增或递减的状态时，提拉的硅单晶结晶块的氧浓度Oi在长度XL全体以一定的比例减少，未见不稳定区域。而在对硅熔融液12外加水平磁场，使磁场强度By由硅熔融液12的熔融液面12a向坩埚13的底部13a递增至熔融液的大致中间位置，过了该大致中间则磁场强度By递减时，在该磁场强度By由递增转变成递减的附近产生不稳定部位。

在上述不稳定部位中，硅熔融液对流不稳定，因此，如图11B，两个例子用实线和虚线表示，硅单晶结晶块的截面(与生长方向垂直的截面)中的氧浓度Oi的面内分布在微小范围内大幅摆动。这样，氧浓度的面内分布大幅摆动，则在器件工序中成为晶体缺陷的密度差导致的重金属吸杂不足的原因，使器件的特性和收率降低，可能产生不良影响。通过本发明，可以抑制杂质浓度的不均匀分布，防止氧浓度和掺杂剂浓度在微小范围内的偏差，可在器件工序中，可良好保持器件特性和收率。

图12A是表示上述实施例的样品1和2中，硅单晶结晶块生长方向的长度XL与硅熔融液表面的磁场强度以及坩埚底部的磁场强度的关系的图表。根据该图表，在样品1和2中，硅熔融液表面的磁场强度沿硅单晶结晶块生长方向的长度XL全体均为一定，坩埚底部的磁场强度在比硅熔融液表面的磁场强度低的范围内缓慢递增。

根据上述磁场强度的分布，如图12B所示，样品1和2的双方的硅单晶结晶块的氧浓度Oi在长度XL的全体区域内均以一定的比例减少。由此，由图12C所示，硅单晶结晶块的截面中的氧浓度Oi的面内分布不会发生摆动，显示稳定的分布。

图13A是表示上述比较例(以往例)的样品4中，硅单晶结晶块生长方向的长度XL与硅熔融液表面的磁场强度和坩埚底部磁场强度的关系的图表。根据该图表，硅熔融液表面的磁场强度在硅单晶结晶块生长方向的长度XL全体区域内是一定的，而坩埚底部的磁场强度在超过硅单晶结晶块生长方向的长度XL大致中间位置附近，超过硅熔融液表面的磁场强度，之后转为减少。

如果形成上述的磁场强度的分布，则熔融液对流产生变动，如图13B所示，产生不稳定部位，结果如图11B所示，氧浓度的面内分布大幅摆动，成为结晶缺陷的密度差导致的重金属吸杂不足的原因。

由以上验证结果可以确认，根据本发明，外加磁场，使硅熔融液形成平面的、大致呈同心圆状的等磁线，且磁场强度在高度方向上单纯增加或减少，将该磁场状态在提拉长度全长中保持，同时提拉单晶，由此可以抑制晶体内杂质浓度分布的摆动。由此，根据本发明，可以防止氧浓度和掺杂剂浓度在微小范围内的偏差，可以降低氧浓度和电阻率在面内和轴向的不均匀分布的发生，可以在器件工序中良好保持器件特性和收率。

产业实用性

根据本发明，可以抑制硅单晶提拉时硅熔融液的不稳定的对流，可以防止硅单晶的氧浓度和掺杂剂浓度在微小范围内的偏差。如果将由上述硅单晶得到的硅晶片用于器件制备，可以防止吸杂能力的偏差、电阻值面内分布的偏差等，在器件工序中可良好保持器件特性和收率。

Claims (3)

1.硅单晶提拉装置，该硅单晶提拉装置具有：存放硅熔融液的坩埚、将上述坩埚加热的加热器、使上述坩埚旋转和/或升降的坩埚驱动装置、容纳上述坩埚和加热器的容器、设于上述容器的外侧并对该容器外加磁场的磁场外加装置；其特征在于：

上述磁场外加装置是将至少两个磁体线圈沿着箱的圆弧变形，以相对的状态组装到环状的箱内形成的水平磁场磁体，沿上述容器的外周面形成大致环状，包围上述容器，可形成相对于上述坩埚的中心轴大致呈同心圆状的等磁线。

2.权利要求1的硅单晶提拉装置，其中，上述磁场外加装置沿上述容器的外周面形成，可以外加磁场，由存放在上述坩埚内的硅熔融液的熔融液面向上述坩埚的底部使磁场强度递增、或者使磁场强度递减。

3.权利要求2的硅单晶提拉装置，其中，磁场强度由存放在上述坩埚内的硅熔融液的熔融液面向上述坩埚的底部递增或递减时，磁场强度的变动范围设定为：通过上述磁场外加装置外加到上述容器内的磁场的最强强度的0.6倍-0.9倍的范围。

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