CN108350603B - 单晶硅的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够制造碳浓度较低的单晶硅的单晶硅的制造方法。一种基于切克劳斯基法的单晶硅的制造方法，其具备：原料熔解工序，使用碳加热器（15），对石英坩埚（11）内的硅原料进行加热而生成硅熔液（5）；及晶体提拉工序，从通过原料熔解工序生成的硅熔液（5）中提拉单晶。在原料熔解工序中，将位于比石英坩埚（11）的上端（11a）更靠上方的加热器（15）的第1部分（15zu）的最高表面温度维持为小于1500℃而对硅原料进行加热。

Description

单晶硅的制造方法

技术领域

本发明涉及一种基于切克劳斯基法（以下，也称为CZ法）的单晶硅的制造方法，尤其涉及一种生成硅熔液的原料熔解工序中的硅原料的加热方法。

背景技术

成为半导体器件的基板材料的单晶硅的大部分是通过CZ法来制造的。CZ法中，将多晶硅等原料填充于石英坩埚内，在腔室内对原料进行加热而使其熔解。接着，使安装于提拉轴的下端的籽晶从石英坩埚的上方降下而使其浸渍于硅熔液中，一边使籽晶及坩埚旋转一边使籽晶逐渐上升，由此使较大的单晶硅在籽晶的下端生长。

作为基于CZ法的单晶硅的制造方法，还已知有多段拉晶法（例如，参考专利文献1）。多段拉晶法中，在提拉单晶硅之后，向同一石英坩埚内追加供给硅原料并使其熔解，从所得到的硅熔液中进行单晶硅的提拉，通过反复进行这种原料供给工序和单晶提拉工序而从一个石英坩埚中制造多根单晶硅。根据多段拉晶法，能够降低每一根单晶硅的石英坩埚的原价成本。并且，能够减少将腔室拆卸并更换石英坩埚的频度，因此能够提高操作效率。

硅原料的加热方法有各种方法，例如专利文献2中记载有如下方法：通过配置于坩埚的外侧的上侧加热器及下侧加热器将原料熔解之后，将向下侧加热器的电力供给立即减少至零而形成原料的固体层，从在其之上共存的熔融层使单晶硅生长。并且，专利文献3中公开有如下方法：通过使用由对坩埚的周围进行加热的侧部加热器和对坩埚的底部进行加热的底部加热器构成的分割加热器使坩埚内的原料熔融，由此使原料在短时间内熔融。另外，专利文献4中记载有如下方法：为了抑制用于使硅原料熔融的耗电，在硅原料的温度超过200～300℃范围的基准温度之前将加热器的输出抑制为较低，且在超过基准温度之后提高加热器的输出。

降低单晶硅中的碳浓度是重要的问题之一。已知有单晶硅中的碳促进氧析出，这是因为氧析出物对电流泄漏的增加等器件性能带来影响。例如，报道有在IGBT（InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）中载流子寿命由电子束放射及退火来控制时，碳有时对饱和电压等器件特性有不良影响。

认为单晶硅中的碳浓度的上升主要是由从碳制加热器中产生的CO气体引起的。通过从硅熔液蒸发的SiO气体与高温的加热器进行反应而产生CO气体，该CO气体附着于未熔融的硅原料上，在原料熔解时碳会熔入，从而熔液中的碳浓度上升，从该硅熔液中提拉的单晶硅中的碳浓度也上升。尤其，上述多段拉晶法中，提拉次数越增加，单晶中的碳浓度越上升，因此碳污染的问题显著。

为了提拉碳浓度较低的单晶硅，例如专利文献5中提出有在保持石英坩埚的碳制基座的上部设置加快惰性气体的流速的整流部件的方法。通过整流部件加快惰性气体的流速，能够有效地排出从加热器中产生的CO气体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-018506号公报

专利文献2：日本特开平6-227890号公报

专利文献3：日本特开平2-221184号公报

专利文献4：日本特开2013-237586号公报

专利文献5：日本特开2012-201564号公报

但是，专利文献5中所记载的方法中，基座的高度因整流部件而增加，因此实际上使石英坩埚上升时整流部件与腔室内的结构体碰撞的可能性高。即，逐渐进行单晶的提拉而石英坩埚内的硅熔液减少时，进行使石英坩埚上升的控制以使液面水平维持恒定，但此时安装于与石英坩埚一同上升的基座上的整流部件与腔室内的结构体发生干扰，因此无法使石英坩埚上升。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而完成的，本发明的目的在于提供一种能够制造碳浓度较低的单晶硅的单晶硅的制造方法。

用于解决技术问题的方案

为了解决上述问题，基于本发明的单晶硅的制造方法的特征在于，具备：原料熔解工序，使用碳制加热器，对石英坩埚内的硅原料进行加热而生成硅熔液；及晶体提拉工序，从通过所述原料熔解工序生成的所述硅熔液中提拉单晶，在所述原料熔解工序中，至少将位于比所述石英坩埚的上端更靠上方的所述加热器的第1部分的最高表面温度维持为小于1500℃而对所述硅原料进行加热。

根据本发明，能够抑制从位于比石英坩埚的上端更靠上方的加热器的第1部分产生CO气体，并能够抑制CO气体熔入石英坩埚内的硅原料中。因此，能够制造碳浓度较低的单晶硅。

本发明中，在所述原料熔解工序中，优选将位于比所述石英坩埚的上端更靠下方的所述加热器的第2部分的最高表面温度升温至1500℃以上而对所述硅原料进行加热。通过将加热器的第2部分的最高表面温度升温至1500℃以上，能够对石英坩埚内的硅原料充分进行加热而使其熔解。当将加热器的第2部分的最高表面温度、尤其是第2部分整体的表面温度设为1500℃以上时，从加热器中产生的CO气体增加，但是在石英坩埚的下方产生，因此难以进入石英坩埚内。由此，即使将加热器的第2部分的最高表面温度或第2部分整体的表面温度升温至1500℃以上，也能够制造碳浓度较低的单晶硅。

本发明中，优选所述加热器包括沿上下方向分别分割配置的上部加热器和下部加热器，所述上部加热器包括所述第1部分，所述下部加热器包括所述第2部分。此时，优选所述上部加热器的上端位于比所述石英坩埚的上端更靠上方，所述下部加热器的上端位于比所述石英坩埚的上端更靠下方。根据该结构，能够使用沿上下方向分别分割配置的上部加热器和下部加热器来容易且可靠地实施CO气体向硅原料中的熔入的抑制和原料的熔解。

在本发明的所述原料熔解工序中，优选所述石英坩埚的上端配置于所述上部加热器的上端与下端之间的比所述上端更靠近所述下端的位置。若抑制上部加热器的输出而使下部加热占优势，则石英坩埚的底部的温度上升而施加于石英坩埚的热负荷增大，坩埚表面的粗糙和熔损加速，可能导致单晶硅的位错化增加。但是，通过将石英坩埚的上端配置于比上部加热器的下端更靠上方，能够抑制坩埚的底部的温度上升，并能够抑制单晶的位错化。

在本发明的所述原料熔解工序中，优选从所述石英坩埚的上方向容纳有所述石英坩埚及所述加热器的腔室内导入惰性气体，并且从所述石英坩埚的下方排出所述腔室内的所述惰性气体。当将加热器的第2部分的最高表面温度升温至1500℃以上时，从加热器的第2部分产生的CO气体增加，但该CO气体受到在炉内流过的惰性气体的影响而难以进入石英坩埚内，因此即使将加热器的第2部分的最高表面温度升温至1500℃以上，也能够制造碳浓度较低的单晶硅。

本发明是一种基于多段拉晶方法的单晶硅的制造方法，该多段拉晶方法中通过交替反复进行所述原料熔解工序和所述晶体提拉工序，使用同一石英坩埚制造多根单晶硅，其中，在多个原料熔解工序各自中，优选将所述加热器的所述第1部分的最高表面温度维持为小于1500℃而对所述硅原料进行加热。多段拉晶法中，越增加提拉次数，单晶中的碳浓度越上升，因此碳污染的问题显著。但是，通过将原料熔解工序中的加热器的第1部分的最高表面温度维持为小于1500℃，能够抑制碳污染，在多段拉晶法中能够发挥显著的效果。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够制造碳浓度较低的单晶硅的单晶硅的制造方法。

附图说明

图1是表示基于本发明的第1实施方式的单晶制造装置的结构的概略侧面剖视图。

图2是表示单晶硅的制造工序的流程图。

图3是用于说明原料熔解工序中的硅原料的加热方法的示意图。

图4是表示SiO与碳的2种反应的标准生成吉布斯能的分布的曲线图，横轴表示温度，纵轴表示吉布斯能。

图5是表示基于本发明的第2实施方式的单晶制造装置的结构的概略侧面剖视图。

图6是表示基于本发明的第3实施方式的单晶制造装置的结构的概略侧面剖视图。

图7是用于说明基于本发明的第4实施方式的单晶制造装置的结构及动作的图，尤其是用于将使用了单一加热器的硅原料的加热方法与加热器的温度分布一同说明的示意图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

图1是表示基于本发明的第1实施方式的单晶制造装置的结构的概略侧面剖视图。

如图1所示，单晶制造装置1具备腔室10、设置于腔室10内的石英坩埚11、支撑石英坩埚11的碳制基座12、连接于基座12的底部的旋转轴13、使旋转轴13旋转及升降驱动的轴驱动机构14、对石英坩埚11内的硅原料进行加热的加热器15、设置于腔室10的内侧的绝热材料16、设置于石英坩埚11的上方的热屏蔽体17、吊设于石英坩埚11的中央的上方的单晶提拉用线材18及配置于腔室10的上方的线材卷取机构19。

腔室10由主腔室10a和连结于主腔室10a的上部开口的细长的圆筒状的拉晶室10b构成，石英坩埚11及加热器15设置于主腔室10a内。拉晶室10b中设置有用于向腔室10内导入氩气等惰性气体（吹扫气体）的气体导入口10c，在主腔室10a的下部设置有用于排出氩气的气体排出口10d。并且，在主腔室10a的上部设置有观察窗10e，能够观察石英坩埚11内的硅熔液的状态。

加热器15是为了将填充于石英坩埚11内的硅原料熔解使其维持熔融状态而设置的。加热器15为电阻加热式碳加热器，以环绕石英坩埚11的整周的方式设置。绝热材料16覆盖主腔室10a的内侧的侧面及底面，由此硅原料的加热效率得到提高。

基于本实施方式的加热器15为沿上下方向分割成2个的分割加热器，由上部加热器15a和下部加热器15b构成。上部加热器15a及下部加热器15b能够分别独立地控制，能够使上部加热器15a的功率大于或小于下部加热器15b。并且，上部加热器15a和下部加热器15b一同构成以与石英坩埚11的侧壁部对置的方式配置的所谓的侧部加热器。

热屏蔽体17为覆盖石英坩埚11的上方的大致倒圆锥台形状的碳制部件，能够实现固液界面附近的提拉轴方向的温度梯度的最优化。热屏蔽体17具有大于被提拉的单晶6的最大直径的开口17a，单晶6通过开口17a向上方被提拉。

基座12、旋转轴13及轴驱动机构14构成石英坩埚11的旋转升降机构。旋转轴13的下端部贯穿主腔室10a的底部中央，并与设置于主腔室10a的外侧的轴驱动机构14连接。

线材18及线材卷取机构19构成晶体提拉机构。线材18为单晶6的提拉轴，与石英坩埚11的旋转中心轴一致。线材卷取机构19配置于拉晶室10b的上方，线材18的下端从线材卷取机构19通过拉晶室10b内向下方延伸而到达主腔室10a的内部空间。图1表示培育途中的单晶6被吊设在线材18上的状态。

在单晶硅6的制造工序中，首先，向设置于基座12内的石英坩埚11内填充多晶硅等原料，在线材18的下端经由籽晶夹头（未图示）安装籽晶。接着，由加热器15对石英坩埚11内的硅原料进行加热而生成熔液5。接着，使籽晶降下而着液在熔液5之后，一边使籽晶及石英坩埚11分别旋转，一边使籽晶缓慢上升，由此使大致圆柱状的单晶硅6生长。单晶硅6的直径通过控制其提拉速度或加热器15的功率来控制。

在单晶的制造工序中，腔室10内被保持在减压状态。腔室10内从设置于石英坩埚11的上方的气体导入口10c被供给氩气，并从设置于石英坩埚11的下方的气体排出口10d排出氩气，从腔室10内的上方朝向下方产生氩气的流动。在腔室10内产生的SiO气体或CO气体与氩气一同从气体排出口10d被排出。

图2是表示单晶硅的制造工序的流程图。

如图2所示，在单晶硅6的制造中，依次实施对石英坩埚11内的硅原料进行加热而生成熔液5的原料熔解工序S11、使籽晶着液在熔液5中的着液工序S12、形成晶体直径被缩小的颈部的缩径工序S13、形成为了得到规定直径（例如约300mm）的单晶而晶体直径被逐渐扩大的肩部的肩部培育工序S14、形成维持为规定直径的主体部的主体部培育工序S15、提拉结束时缩小直径并最终从液面分离的尾部培育工序S16。

图3是用于说明原料熔解工序S11中的硅原料的加热方法的示意图。

如图3所示，在生成硅熔液5的原料熔解工序S11中，将上部加热器15a的最高表面温度维持为小于1500℃，并且将下部加热器15b的最高表面温度升温至1500℃以上。并且，在原料熔解工序S11中，石英坩埚11的高度方向的位置被设定为上部加热器15a的上端15a₁位于比石英坩埚11的上端11a更靠上方、且下部加热器15b的上端15b₁位于比石英坩埚11的上端11a更靠下方。如此，通过将上部加热器15a的最高表面温度设为小于1500℃，能够抑制上部加热器15a与SiO气体的反应而抑制CO气体的产生，并能够防止CO气体熔入石英坩埚11内的硅原料中。并且，通过将下部加热器15b的最高表面温度设为1500℃以上，能够对石英坩埚11内的硅原料充分进行加热而使其熔解。

如上所述，单晶硅6的碳污染源自从加热器15中产生的CO气体。即，从硅熔液5蒸发的SiO气体与高温的加热器15进行反应而产生CO气体，该CO气体附着于未熔融的硅原料的表面上，在原料熔解时碳熔入硅熔液中，由此熔液中的碳浓度上升，从熔液中提拉的单晶中的碳浓度也上升。

腔室10内的SiO与碳的反应有2个反应，一个是（1）式所示的由SiO和碳产生SiC和CO气体的反应，另一个是（2）式所示的由SiO和碳产生SiC和SiO₂的反应。

SiO+2C=SiC+CO ……（1）

SiO+1/2·C=1/2·SiC+1/2·SiO₂ ……（2）

如上所述，在（1）式（第1反应式）的反应中产生CO气体，但在（2）式（第2反应式）的反应中不产生CO气体。因此，通过使后者的反应比前者更占优势来抑制CO气体的增加，由此能够降低单晶中的碳浓度。2个反应的优劣能够根据各自的标准生成吉布斯能得知，标准生成吉布斯能较低的反应占优势。

图4是表示上述2个反应的标准生成吉布斯能的温度变化的曲线图，横轴表示温度，纵轴表示吉布斯能。

如图4所示，（1）式及（2）式的反应的标准生成吉布斯能相对于温度变化均成为线性的曲线图，尤其（1）式的反应的曲线图斜率较小，（2）式的反应的曲线图的斜率较大。2个曲线图的交点位置的温度为1500℃，可知1500℃以上时在2个反应中产生CO气体的（1）式的反应占优势，相对于此，小于1500℃时不产生CO气体的（2）式的反应占优势。因此，通过将加热器的最高表面温度设为小于1500℃，能够抑制成为碳浓度上升的原因的CO气体的产生，由此能够抑制单晶硅中的碳浓度上升。

在原料熔解工序S11中，优选使石英坩埚11降下至石英坩埚11的上端11a不低于上部加热器15a的下端15a₂的程度（参考图3）。若大幅提高下部加热器15b的最高表面温度来代替将上部加热器15a的最高表面温度抑制为较低而使下部加热占优势，则坩埚底部的温度过度上升而施加于石英坩埚11的热负荷增大，坩埚表面的粗糙或熔损加速，可能导致单晶硅的位错化增加。但是，当将石英坩埚11向下方下拉至石英坩埚11的上端11a不低于上部加热器15a的下端15a₂的程度时，来自上部加热器15a的辐射热会直接照射到石英坩埚11内的硅原料，因此能够提高硅原料的加热效率。因此，无需大幅提高下部加热器15b的最高表面温度而能够将硅原料熔解，并能够抑制坩埚底部的温度上升而抑制单晶的位错化。

当将下部加热器15b的最高表面温度设为1500℃以上时，从下部加热器15b产生的CO气体增加。但是，下部加热器15b位于比石英坩埚11的上端更靠下方，而且在腔室10内从其上方朝向下方产生氩气的流动，因此从下部加热器15b产生的CO气体受到氩气流动的影响而难以进入石英坩埚11内。因此，即使将下部加热器15b的最高表面温度设为1500℃以上也不会有问题，通过提高下部加热器15b的最高表面温度，能够将硅原料可靠地熔解。

上部加热器15a可以是其整体的表面温度小于1500℃，也可以是位于比石英坩埚11的上端11a的高度位置更靠上方的上部加热器15a的上部15au（参考图3）的最高表面温度小于1500℃。若至少上部加热器15a的上部15au的最高表面温度小于1500℃，则能够充分减小通过上部加热器15a与SiO气体的反应产生的CO气体熔入石英坩埚11内的硅原料中的概率。并且，当上部加热器15a整体的表面温度小于1500℃时，上部加热器15a的上部15au的最高表面温度也成为小于1500℃，因此不会有问题。

上部加热器15a的最低表面温度优选为1300℃以上。这是因为，当上部加热器15a的最低表面温度低于1300℃时，原料的熔解需要较长时间，导致生产率下降。

下部加热器15b的最高表面温度优选为1850℃以下，比上部加热器15a的上部15au（第1部分）更靠下方的部分（上部加热器15a的下部15al（第2部分））的最高表面温度也与下部加热器15b同样优选为1850℃以下。通过提高加热器的表面温度，能够在短时间内将石英坩埚11内的原料熔解，但若石英坩埚11的温度超过1600℃，则软化而变形。因此，下部加热器15b及上部加热器15a的下部15al优选设为1850℃以下。

本实施方式中，下部加热器15b的最高表面温度为1500℃以上是非常重要的。这是因为，由于将上部加热器15a的至少上部15au的最高表面温度设为小于1500℃，因此熔解石英坩埚11内的原料的主要是来自下部加热器15b的辐射热，由于硅原料的熔点为1412℃，因此若下部加热器15b的最高表面温度不是1500℃以上，则无法使硅原料成为熔点以上。为了缩短原料熔解时间来提高生产率，优选将下部加热器15b的表面整体的温度设为1500℃以上。即，通过将下部加热器15b的最低表面温度设为1500℃，尽管从硅熔液5蒸发的SiO气体与高温的加热器15进行反应而产生CO气体，也能够降低被收进单晶中的碳浓度的同时在短时间内进行原料溶解。

上部加热器15a也可以具有下端15a₂的表面温度始终高于上端15a₁的表面温度的温度分布。当上部加热器15a具有这种温度分布时，能够比较简单地实施原料熔解工序中的上述加热控制。

另外，上部加热器15a及下部加热器15b为了得到指定的表面温度而所需的功率能够根据单晶制造装置的热模拟试验来求出。通过将根据模拟试验结果计算出的功率分别供给至上部加热器15a及下部加热器15b，实际上能够使上部加热器15a及下部加热器15b各自在指定的表面温度下发热。

在原料熔解工序S11结束后（着液工序S12以后），上部加热器15a及下部加热器15b的表面温度并没有特别限定。这是因为，CO气体中的碳难以熔入液体状态的硅中，硅熔液中的碳浓度几乎不受CO气体的影响。因此，也能够将上部加热器15a及下部加热器15b的最高表面温度同时设为1500℃以上。或者，也可以将上部加热器15a及下部加热器15b的最高表面温度同时维持为小于1500℃。

当实施通过交替反复进行原料熔解工序和其后的晶体提拉工序，使用同一石英坩埚制造多根单晶硅的多段拉晶方法时，在多个原料熔解工序各自中，将上部加热器15a的最高表面温度维持为小于1500℃，并且将下部加热器15b的最高表面温度升温至1500℃以上而对硅原料进行加热即可。如上所述，多段拉晶法中，越增加提拉次数，单晶中的碳浓度越上升，因此碳污染的问题显著。但是，如本实施方式那样，通过原料熔解工序中的上部加热器15a的最高表面温度维持为小于1500℃，能够抑制碳污染，在多段拉晶法中能够发挥显著的效果。

如以上说明，基于本实施方式的单晶硅的制造方法中，在原料熔解工序S11中将上部加热器15a的最高表面温度维持为小于1500℃，并将下部加热器15b的最高表面温度升温至1500℃以上，因此能够抑制通过上部加热器15a与SiO气体进行反应而产生大量CO气体，由此能够抑制单晶硅6中的碳浓度上升。

图5是表示基于本发明的第2实施方式的单晶制造装置的结构的概略侧面剖视图。

如图5所示，该单晶制造装置2的特征在于，加热器15的上部加热器15a构成以与石英坩埚11的侧壁部对置的方式配置的所谓的侧部加热器，下部加热器15b构成以与石英坩埚11的底部对置的方式配置的底部加热器。并且，上部加热器15a的高度方向的宽度比图1所示的上部加热器15a的高度方向的宽度宽，能够对广范围进行加热。其他结构与第1实施方式相同。

本实施方式中，也在原料熔解工序S11中将上部加热器15a的至少上部的最高表面温度维持为小于1500℃，并将下部加热器15b的最高表面温度升温至1500℃以上。并且，在使石英坩埚11降下至石英坩埚11的上端11a不低于上部加热器15a的下端15a₂的程度的位置上，实施硅原料的熔解。通过如此进行，能够抑制通过上部加热器15a与SiO气体进行反应而产生CO气体，由此能够抑制单晶硅中的碳浓度上升。

图6是表示基于本发明的第3实施方式的单晶制造装置的结构的概略侧面剖视图。

如图6所示，该单晶制造装置3的特征在于，加热器15由上部加热器15a和配置于其下方的第1下部加热器15b_a及第2下部加热器15b_b的组合构成。第2下部加热器15b_b位于第1下部加热器15b_a的下方，第1下部加热器15b_a构成侧部加热器，第2下部加热器15b_b构成底部加热器。另外，也可以将第2下部加热器15b_b作为侧部加热器而构成。

如此，本发明也能够适用于使用了3级以上的多级加热器的原料熔解工序。此时，至少将位于比最上级的加热器（上部加热器）的石英坩埚的上端更靠上方的加热器部分的最高表面温度维持为小于1500℃，并将其他加热器（下部加热器）的最高表面温度升温至1500℃以上即可。

图7是用于说明基于本发明的第4实施方式的单晶制造装置的结构及动作的图，尤其是用于说明将使用了单一加热器的硅原料的加热方法与加热器的温度分布一同说明的示意图。

如图7所示，该单晶制造装置4的特征在于，使用能够沿上下方向具有温度梯度的单一加热器15（侧部加热器）。在原料熔解工序中，加热器15的上端15z₁位于比石英坩埚11的上端11a更靠上方，加热器15的下端15z₂位于比石英坩埚11的上端11a更靠下方。因此，加热器15具有位于比石英坩埚11的上端11a更靠上方的第1部分（上侧部分）15zu和位于比石英坩埚11的上端11a更靠下方的第2部分（下侧部分）15zl。

在原料熔解工序中，加热器15的第1部分15zu的最高表面温度维持为小于1500℃。并且，在原料熔解工序中，加热器15的第2部分15zl的最高表面温度优选升温至1500℃以上。因此，例如，加热器15的温度分布如曲线图TG₁那样，从加热器15的下端15z₂朝向上端15z₁例如在1600℃～1400℃的范围内线性变化，成为1500℃的位置Pz位于比石英坩埚11的上端11a更靠下方。

加热器15的第2部分15zl的最高表面温度优选从原料熔解工序的最初至最后为止一直为1500℃以上。或者，加热器15的第2部分15zl的最高表面温度例如也可以如温度分布的曲线图TG₂那样在原料熔解工序的开始时小于1500℃，但随着原料熔解工序的进行而逐渐上升，在原料熔解工序的中间阶段或最后阶段如曲线图TG₁那样达到1500℃以上（例如1600℃）。另外，只要能够熔解原料，加热器15的第2部分15zl的最高表面温度在原料熔解工序的最初至最后为止也可以不始终维持小于1500℃。

如以上说明，基于本实施方式的单晶硅的制造方法中，在使用了单一加热器15的原料熔解工序S11中，将位于比石英坩埚11的上端11a更靠上方的加热器15的第1部分15zu的最高表面温度维持为小于1500℃，因此能够抑制通过加热器15与SiO气体进行反应而产生大量的CO气体，由此能够抑制单晶硅6中的碳浓度上升。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围能够进行各种变更，这些当然也包含于本发明的范围内。

例如，上述实施方式中，将下部加热器15b的最高表面温度升温至1500℃以上，但下部加热器15b的最高表面温度也可以不是1500℃以上，只要使下部加热器15b的功率大于上部加热器15a的功率即可。通过如此进行，能够弥补由抑制上部加热器15a的最高表面温度而引起的加热器整体的输出不足，能够通过加强基于下部加热器15b的加热来进行硅原料的熔解。

实施例

在原料熔解工序中，对将加热器15的表面温度条件改变为以下条件1～4而培育的单晶硅中的碳浓度进行了评价。单晶硅的提拉中使用了图1所示的单晶制造装置。根据模拟试验求出了条件1～4中的加热器的表面温度，其结果，如表1所示，条件1中的上部加热器15a的上部15au的最高表面温度为1406℃，下部加热器15b的表面温度为1421～1445℃。并且，条件2中的上部加热器15a的上部15au的最高表面温度为1527℃，下部加热器15b的表面温度为1537～1549℃。并且，条件3中的上部加热器15a的上部15au的最高表面温度为1482℃，下部加热器15b的表面温度为1507～1590℃。并且，条件4中的上部加热器15a的上部15au的最高表面温度为1464℃，下部加热器15b的表面温度为1489～1573℃。

接着，通过CZ法从原料熔解工序中所生成的硅熔液中提拉直径约300mm的单晶硅锭，并通过FT-IR法测定了单晶硅锭的最下端部的碳浓度。另外，测定单晶硅锭的最下端部的碳浓度的理由是，关于单晶硅锭中的碳浓度，因偏析而提拉轴方向的最下端的浓度变得最高，最容易评价碳浓度。

如表1所示，条件1（比较例1）中，不仅是上部加热器15a，下部加热器15b的表面温度也过低至小于1500℃，因此无法使原料熔解，无法培育单晶硅。并且，条件2（比较例2）中，上部加热器15a的上部15au的最高表面温度较高，单晶硅中的碳浓度相对增高。

另一方面，条件3（实施例1）中，上部加热器15a的上部15au的最高表面温度小于1500℃，下部加热器15b的最低表面温度为1500℃以上，因此能够使单晶硅中的碳浓度相对较低，相对于条件2的碳浓度的相对值成为91。

并且，条件4（实施例2）中，上部加热器15a的上部15au的最高表面温度与条件3同样小于1500℃，但下部加热器15b的最低表面温度小于1500。但是，下部加热器15b的最高表面温度为1573℃（1500℃以上），因此能够熔解原料，能够培育单晶硅。而且，单晶硅中的碳浓度变为比条件3更低，相对于条件2的碳浓度的相对值成为84。

[表1]

根据以上的结果可明确如下：在原料熔解工序中将上部加热器15a的上部15au的最高表面温度设为小于1500℃，并将下部加热器15b的最高表面温度设为1500℃以上时的单晶硅中的碳浓度，低于将上部加热器15a的上部15au的最高表面温度设为1500℃以上时的单晶硅中的碳浓度。

附图标记说明

1、2、3、4-单晶制造装置，5-硅熔液，6-单晶硅，10-腔室，10a-主腔室，10b-拉晶室，10c-气体导入口，10d-气体排出口，10e-观察窗，11-石英坩埚，11a-石英坩埚的上端，12-基座，13-旋转轴，14-轴驱动机构，15-加热器（碳加热器），15a-上部加热器，15au-上部加热器的上部，15al-上部加热器的下部，15a₁-上部加热器的上端，15a₂-上部加热器的下端，15b-下部加热器，15b₁-下部加热器的上端，15b₂-下部加热器的下端，15b_a-第1下部加热器，15b_b-第2下部加热器，15z₁-加热器15的上端，15z₂-加热器15的下端，15zu-加热器的第1部分（上侧部分），15zl-加热器的第2部分（下侧部分），16-绝热材料，17-热屏蔽体，17a-热屏蔽体的开口，18-线材，19-线材卷取机构。

Claims (5)

1.一种基于切克劳斯基法的单晶硅的制造方法，其特征在于，具备：

原料熔解工序，使用碳制加热器，对石英坩埚内的硅原料进行加热而生成硅熔液；及

晶体提拉工序，从通过所述原料熔解工序生成的所述硅熔液中提拉单晶，

在所述原料熔解工序中，至少将位于比所述石英坩埚的上端更靠上方的所述加热器的第1部分的最高表面温度维持为小于1500℃，并且，使位于比所述石英坩埚的上端更靠下方的所述加热器的第2部分的最低表面温度为小于1500℃，最高表面温度升温至1500℃以上而对所述硅原料进行加热。

2.根据权利要求1所述的单晶硅的制造方法，其中，

所述加热器包括沿上下方向分别分割配置的上部加热器和下部加热器，

所述上部加热器包括所述第1部分，

所述下部加热器包括所述第2部分。

3.根据权利要求2所述的单晶硅的制造方法，其中，

在所述原料熔解工序中，所述石英坩埚的上端配置于所述上部加热器的上端与下端之间的比所述上端更靠近所述下端的位置。

4.根据权利要求1所述的单晶硅的制造方法，其中，

在所述原料熔解工序中，从所述石英坩埚的上方向容纳有所述石英坩埚及所述加热器的腔室内导入惰性气体，并且从所述石英坩埚的下方排出所述腔室内的所述惰性气体。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的单晶硅的制造方法，其为基于多段拉晶方法的单晶硅的制造方法，所述多段拉晶方法中通过交替反复进行所述原料熔解工序和所述晶体提拉工序，使用同一石英坩埚制造多根单晶硅，其中，

在多个原料熔解工序各自中，将所述加热器的所述第1部分的最高表面温度维持为小于1500℃，并且，使位于比所述石英坩埚的上端更靠下方的所述加热器的第2部分的最低表面温度为小于1500℃，最高表面温度升温至1500℃以上而对所述硅原料进行加热。

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