CN109415842B - 单晶硅的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单晶硅的制造方法。所述单晶硅的制造方法具备形成单晶硅的肩部的肩部形成工序和形成单晶硅的直体部的直体部形成工序，在肩部形成工序中，以如下方式形成肩部：该肩部由在肩部的径向整个区域中产生的生长条纹中其外缘部未延伸至肩部的外周部而被另一生长条纹中断的生长条纹所构成，且防止产生培育方向的高度为200μm以上的重熔生长区域。

Description

单晶硅的制造方法
技术领域
本发明涉及一种单晶硅的制造方法。
背景技术
近年来，要求低电阻率的单晶硅。作为这种单晶硅的制造方法，有以高浓度添加n型掺杂剂的方法，但有可能阻碍单晶化，正在进行抑制该不良情况的研究(例如，参考专利文献1)。
在专利文献1中公开有如下：若大量添加掺杂剂，则凝固点降低度变得非常大而产生组成过冷现象，若该组成过冷严重，则在晶体生长界面开始进行与硅生长面不同的异常生长(Cell生长)，因该异常生长而单晶化受阻。
在专利文献1的制造方法中，鉴于无法直接测定硅熔液内的温度梯度这一点，以代替此而使用的单晶硅侧的温度梯度、硅熔液中的掺杂剂浓度、提拉速度及与掺杂剂的种类相对应的系数满足规定的关系的方式制造单晶硅。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-297167号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在制造单晶硅时，有时在晶体生长快的阶段产生位错化而单晶化受阻，即使利用专利文献1的方法，也有可能无法抑制该不良情况。
本发明的目的在于提供一种能够制造品质稳定的单晶硅的单晶硅的制造方法。
用于解决技术问题的方案
本发明人反复进行了深入研究，其结果得到了以下见解。
在单晶硅的内部产生生长条纹。该生长条纹并不是平面状，而是以与制造单晶硅时的固液界面的形状相对应的曲面状、例如中心朝上方向凹陷的曲面状产生。当单晶硅周围的硅熔液表面温度稳定时，生长条纹的形状变得大致相同。
但是，在硅熔液表面，除了该硅熔液的对流以外，基于吹扫气体的排热或由掺杂剂蒸发产生的气化热等温度变得不稳定的要素较多。若硅熔液表面温度变得不稳定，高温的硅熔液进入固液界面，则单晶硅被熔融(引起重熔)而再次固化，会产生例如中心朝下方向凹陷的曲面状的生长条纹。其结果，发现了如下：如图1所示，在朝上方向凹陷且在肩部的径向整个区域产生的生长条纹中最下部的生长条纹P1与在该生长条纹P1的下侧产生且朝下方向凹陷的生长条纹中最上部的生长条纹P2之间以及单晶硅SM的肩部的外周部形成重熔生长区域A。
并且，对重熔生长区域A的产生状况与位错化的产生状况的关系进行了调查，其结果发现了，在产生高度的最大值H(以下，简称为“高度”)为200 μm以上的重熔生长区域A的情况下，在肩部产生位错化，随之在直体部也产生位错化。另一方面，在未产生高度H为200μm以上的重熔生长区域A的情况下，在肩部不会产生位错化，直体部也不会产生位错化。
本发明是根据如上所述的见解而完成的。
即，本发明的单晶硅的制造方法利用单晶提拉装置并使用切克劳斯基法来进行，所述单晶提拉装置具备：腔室；坩埚，配置于该腔室内；加热部，通过对所述坩埚进行加热而生成硅熔液中添加有掺杂剂的掺杂剂添加熔液；及提拉部，使籽晶与所述掺杂剂添加熔液接触之后进行提拉，所述单晶硅的制造方法的特征在于，具备：肩部形成工序，形成所述单晶硅的肩部；及直体部形成工序，形成所述单晶硅的直体部，在所述肩部形成工序中，如以下方式形成所述肩部：所述肩部由在所述肩部的径向整个区域中产生的生长条纹中其外缘部未延伸至肩部的外周部而被另一生长条纹中断的生长条纹所构成，且防止产生培育方向的高度为200μm以上的重熔生长区域。
根据本发明，在肩部及直体部不会产生位错化，能够制造品质稳定的单晶硅。
本发明的另一单晶硅的制造方法利用单晶提拉装置并使用切克劳斯基法来进行，所述单晶提拉装置具备：腔室；坩埚，配置于该腔室内；加热部，通过对该坩埚进行加热而生成硅熔液中添加有红磷或砷作为掺杂剂的掺杂剂添加熔液；及提拉部，使籽晶与所述掺杂剂添加熔液接触之后进行提拉，所述单晶硅的制造方法的特征在于，具备：肩部形成工序，形成所述单晶硅的肩部；及直体部形成工序，形成设定直径为200mm以上的直体部，在所述肩部形成工序中，使所述坩埚以16rpm以上旋转。
肩部形成工序中的一般的坩埚的转速为2rpm以上且12rpm以下，但根据本发明，如上述那样使坩埚以比较高的速度旋转，由此能够抑制硅熔液的对流，并抑制硅熔液表面的温度变化。因此，仅通过调整坩埚的速度，就能够抑制由温度的不稳定化产生的重熔，还能够抑制重熔生长区域A的产生。其结果，在肩部及直体部不会产生位错化，能够制造品质稳定的单晶硅。
在本发明的单晶硅的制造方法中，优选在所述肩部形成工序中，在形成中的所述肩部的直径成为所述直体部的设定直径的一半以上的时刻之前，使所述坩埚以16rpm以上旋转，所述时刻以后减慢所述坩埚的速度。
若在直体部形成工序中也使坩埚以16rpm以上旋转，则有可能导致直体部的面内的氧浓度分布或电阻率分布等的恶化，因此在直体部形成工序中需要减慢坩埚的转速。另一方面，若在肩部的直径小于直体部的设定直径的一半的时刻开始减慢坩埚的转速，则无法得到通过使坩埚以16rpm以上旋转而产生的位错化抑制效果。
根据本发明，通过以上述条件控制坩埚的转速，除了能够抑制直体部的位错化以外，还能够抑制氧浓度分布或电阻率分布等的恶化。
本发明的又一单晶硅的制造方法利用单晶提拉装置并使用切克劳斯基法来进行，所述单晶提拉装置具备：腔室；坩埚，配置于该腔室内；加热部，具有对该坩埚的侧面的上部进行加热的上加热部及对所述坩埚的侧面的下部进行加热的下加热部，并且生成硅熔液中添加有红磷或砷作为掺杂剂的掺杂剂添加熔液；及提拉部，使籽晶与所述掺杂剂添加熔液接触之后进行提拉，所述单晶硅的制造方法的特征在于，具备：肩部形成工序，形成所述单晶硅的肩部；及直体部形成工序，形成设定直径为200mm以上的直体部，在所述肩部形成工序中，在形成中的所述肩部的直径成为所述直体部的设定直径的一半以上的时刻之前，使所述坩埚以14rpm以上旋转，并且以所述下加热部的加热量除以所述上加热部的加热量的加热比从1以上的规定的值变大的方式对所述坩埚进行加热，所述时刻以后减慢所述坩埚的转速，并且将所述加热比维持为恒定。
如上所述，在掺杂剂添加熔液表面上，基于吹扫气体的排热或基于由掺杂剂蒸发产生的气化热的排热大，液温不稳定。
根据本发明，通过将加热比设为大于1，即，通过将下加热部的加热量设为大于上加热部的加热量，从坩埚的底部上升而到达固液界面下方时，朝向坩埚的外侧流动的对流变得活跃。该对流沿与从掺杂剂添加熔液表面朝向晶体的液温不稳定的对流相反的方向流动，因此可抑制液温不稳定的熔液进入固液界面，从底部上升的液温比较稳定的熔液流入固液界面。因此，能够抑制由温度的不稳定化产生的重熔，还能够抑制重熔生长区域A的产生。其结果，在肩部及直体部不会产生位错化，能够制造品质稳定的单晶硅。
附图说明
图1是表示重熔生长区域的概略结构的图。
图2是表示本发明的一实施方式所涉及的单晶提拉装置的结构的示意图。
图3是表示所述一实施方式的制造条件的图。
图4A是表示本发明的变形例的制造条件的图，表示单晶硅的长度与坩埚的转速的关系。
图4B是表示本发明的变形例的制造条件的图，表示单晶硅的长度与加热比的关系。
图5是表示本发明的实施例中的实验1的制造条件的图。
图6是表示所述实施例中的实验2的重熔生长区域的高度与其个数的关系的图表。
图7A是表示所述实施例中的实验3的熔液表面的温度变动的图表，表示坩埚的转速为10rpm的情况。
图7B是表示所述实施例中的实验3的熔液表面的温度变动的图表，表示坩埚的转速为12rpm的情况。
图7C是表示所述实施例中的实验3的熔液表面的温度变动的图表，表示坩埚的转速为14rpm的情况。
图8A是表示所述实施例中的实验3的熔液表面的温度变动的图表，表示坩埚的转速为16rpm的情况。
图8B是表示所述实施例中的实验3的熔液表面的温度变动的图表，表示坩埚的转速为18rpm的情况。
图8C是表示所述实施例中的实验3的熔液表面的温度变动的图表，表示坩埚的转速为20rpm的情况。
图9是表示所述实施例中的实验4的制造条件的图。
图10A是表示所述实施例中的实验5的制造条件的图，表示单晶硅的长度与坩埚的转速的关系。
图10B是表示所述实施例中的实验5的制造条件的图，表示单晶硅的长度与加热比的关系。
图11是表示所述实施例中的实验6的电阻率与不产生位错化的坩埚转速的关系的图表。
具体实施方式
[实施方式]
以下，参考附图对本发明的一实施方式进行说明。
〔单晶提拉装置的结构〕
如图2所示，单晶提拉装置1为用于CZ法(切克劳斯基法)的装置，具备提拉装置主体2和控制部3。
提拉装置主体2具备腔室21、配置于该腔室21内的中心部的坩埚22、对该坩埚22进行加热的加热部23、绝热筒24、作为提拉部的提拉绳25及热屏蔽体26。
在腔室21的上部设置有将Ar气等惰性气体导入到腔室21内的气体导入口21A。在腔室21的下部设置有通过未图示的真空泵的驱动而排出腔室21内的气体的气体排气口21B。
通过控制部3的控制，从腔室21上部的气体导入口21A以规定的气体流量向腔室21内导入惰性气体。并且，成为如下结构：从腔室21下部的气体排气口21B排出导入的气体，由此，惰性气体从腔室21内的上方朝向下方流动。
腔室21内的压力(炉内压)能够通过控制部3进行控制。
坩埚22将作为硅晶片的原料的多晶硅进行熔解而制成硅熔液M。坩埚22 被能够以规定的速度旋转及升降的支撑轴27支撑。坩埚22具备有底圆筒形状的石英坩埚221和容纳该石英坩埚221的碳材料制成的支撑坩埚222。
加热部23配置于坩埚22的周围，将坩埚22内的硅进行熔解。加热部23 具备对坩埚22的侧面的上部进行加热的上加热部231和配置于上加热部231 的下方并对坩埚22的侧面的下部进行加热的下加热部232。
绝热筒24以包围坩埚22及加热部23的方式配置。
提拉绳25的一端与配置于坩埚22上方的未图示的提拉驱动部连接，另一端安装有籽晶SC。提拉绳25通过由控制部3进行的提拉驱动部的控制而以规定的速度升降，并且以该提拉绳25的轴为中心进行旋转。
热屏蔽体26对从加热部23朝向上方放射的辐射热进行屏蔽。
控制部3根据存储于存储器31的信息或工作人员的设定输入等控制腔室 21内的气体流量或炉内压、基于加热部23的坩埚22的加热温度、坩埚22或单晶硅SM的转速等来制造单晶硅SM。
〔单晶硅的制造方法〕
接着，对单晶硅SM的制造方法进行说明。
另外，在本实施方式中，例示出制造直体部的设定直径R为200mm的单晶硅SM的情况，但也可以制造300mm、450mm等其他设定直径的单晶硅SM。
首先，单晶提拉装置1的控制部3设定单晶硅SM的制造条件，例如电阻率、氧浓度、Ar流量、炉内压、坩埚22或单晶硅SM的转速、上加热部231与下加热部232的加热比等。制造条件可以由工作人员输入，也可以根据由工作人员输入的目标氧浓度等由控制部3进行运算而求出。
关于电阻率，在掺杂剂为砷的情况下，优选设为1.5mΩ·cm以上且 3.5mΩ·cm以下，在掺杂剂为红磷的情况下，优选设为0.6mΩ·cm以上且 1.2mΩ·cm以下。
另外，在本实施方式中，将加热比设定为1，即，设定为坩埚22的上部与下部的加热量相同，但也可以设定为1以上且4以下的任一值。这是因为，若加热比小于1，即，下部的加热量小于上部的加热量，则从坩埚22的底部朝向固液界面下方的对流不强，无法使从掺杂剂添加熔液MD表面朝向晶体的液温不稳定的对流减弱，因此无法抑制由温度的不稳定化引起的位错化。另一方面，是因为，若超过4，则坩埚22下部的热负荷变大，有可能产生坩埚22的变形或石英的剥离。
接着，控制部3根据加热比的设定值控制上加热部231及下加热部232，并通过对坩埚22进行加热而使该坩埚22内的多晶硅材料(硅原料)及掺杂剂熔解，生成掺杂剂添加熔液MD。然后，控制部3将Ar气以规定的流量从气体导入口21A导入到腔室21内，并且对腔室21内的压力进行减压，从而将腔室 21内维持为减压下的惰性环境气体。
然后，控制部3进行颈部形成工序、肩部形成工序、直体部形成工序及尾部形成工序。
在颈部形成工序中，控制部3通过使提拉绳25下降而将籽晶SC浸渍于掺杂剂添加熔液MD中，一边使坩埚22及提拉绳25沿规定的方向旋转一边将提拉绳25提拉，从而形成颈部SM1。另外，颈部形成工序中的坩埚22的转速优选为与肩部形成工序初期相同。
在肩部形成工序中，以防止在肩部SM2产生如图1所示的高度H为200μm 以上的重熔生长区域A的方式形成肩部SM2。具体而言，如图3所示，控制部 3一边使坩埚22以Sr1(Sr1≥16rpm)的转速旋转一边将提拉绳25提拉。Sr1 为16rpm以上即可，但优选设为30rpm以下。这是因为，若超过30rpm，则单晶提拉装置1的启动不稳定，而且肩部SM2发生变形。另外，图3～5、9、10 的横轴表示不包含颈部SM1的单晶硅SM的长度。
然后，将转速维持为Sr1，在提拉的单晶硅SM(肩部SM2)的直径成为 (1/2)R(直体部的设定直径的一半)以上的(单晶硅SM的长度成为L1)规定的时刻，逐渐开始减慢转速。此时，在单晶硅SM的直径成为R时，即，在结束肩部SM2的形成时，直线性地减慢转速，以便成为适于形成直体部的 Sr2。并且，在肩部形成工序之间将加热比维持为1。另外，Sr2优选设为4rpm 以上且12rpm以下。这是因为，若小于4rpm，则掺杂剂添加熔液MD不稳定，成为位错化的原因，若超过12rpm，则单晶硅SM面内的氧浓度或电阻率的偏差变大，晶体品质不稳定。
然后，进行直体部形成工序、尾部形成工序，并结束单晶硅SM的制造。
[实施方式的作用效果]
在上述实施方式中，以防止在肩部SM2产生高度H为200μm以上的重熔生长区域A的方式进行肩部形成工序，因此能够抑制肩部SM2的位错化的产生，随之也能够抑制直体部的位错化的产生。因此，能够制造品质稳定的单晶硅SM。
并且，利用仅仅将肩部形成工序中的坩埚22的转速设为16rpm以上的简单的方法，就能够制造位错化得到抑制的单晶硅。
并且，由于将转速维持为Sr1直至肩部SM2的直径成为(1/2)R，并且在成为(1/2)R以上的规定的时刻逐渐减慢转速，因此除了能够抑制直体部的位错化以外，还能够抑制氧浓度分布或电阻率分布等的恶化。
[变形例]
另外，本发明并不仅限于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种改良及设计的变更等，此外，实施本发明时的具体步骤及结构等可以在能够实现本发明的目的的范围内设为其他结构等。
例如，可以如图4A、图4B所示那样进行肩部形成工序。
此时，控制部3将加热比设定为1以上的规定的值(图4B中为“1”)而对坩埚22进行加热，并且一边使坩埚22以Sr3(Sr3≥14rpm)旋转一边将提拉绳25提拉。Sr3为14rpm以上即可，但优选设为30rpm以下。这是因为，若超过30rpm，则单晶提拉装置1的启动不稳定，而且单晶硅SM发生变形。
然后，将转速维持为Sr3，并且逐渐加大加热比，在单晶硅SM的直径成为 (1/2)R以上(单晶硅SM的长度成为L2)且加热比成为T的时刻，逐渐减慢转速，并且将加热比维持为恒定。此时，以在结束肩部的形成时成为Sr2的方式直线性地减慢转速。另外，T优选设为1.5以上且4以下。并且，如上述实施方式中所说明，Sr2优选设为4rpm以上且12rpm以下。
然后，进行直体部形成工序、尾部形成工序，并结束单晶硅SM的制造。
在这种方法中，如上述那样进行控制T来使从坩埚22的底部朝向固液界面下方的对流变强，由此能够使从掺杂剂添加熔液MD表面朝向晶体的液温不稳定的对流减弱。其结果，能够以防止在肩部产生高度H为200μm以上的重熔生长区域A的方式进行肩部形成工序，能够制造品质稳定的单晶硅。
并且，在图3、图4A、图4B所示的制造方法中，也可以将肩部形成工序中的转速分别维持为Sr1、Sr3。
作为从规定的时刻以后减小坩埚22的转速或者从1以上的规定的值逐渐加大加热比的方法，示出了直线性地减少或增加的事例，但减少或增加的方法并不限定于此。例如，也可以利用曲线状或阶段性地减少或增加的方法。
实施例
接着，利用实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不受这些例子的任何限定。
[实验1：坩埚的转速与位错化的关系]
〔单晶硅的制造方法〕
{比较例1}
如图5及表1所示，在肩部形成工序中，一边使坩埚以14rpm旋转一边提拉绳子，在单晶硅的直径成为100mm(直体部的设定直径的一半)以上的时刻逐渐开始减慢转速，在结束肩部的形成时控制为6rpm。并且，将加热比固定在 1。然后，进行了直体部形成工序、尾部形成工序。将直体部的设定直径、掺杂剂、电阻率示于表1。
在进行该制造时，观察单晶硅中是否产生了位错化，在产生了位错化的情况下，停止提拉，进行了将单晶硅熔解为掺杂剂添加熔液的回熔工序。然后，反复进行了上述工序，直至制造出在直体部未产生位错化的单晶硅。将进行了提拉的次数(试验(try)次数)、产生了位错化的次数(位错化次数)、位错化的产生率(位错化率＝位错化次数/试验次数)示于表1。
另外，为了进行后述的实验2，对在肩部产生了位错化的1条单晶硅在未进行回熔工序的状态下作为样品而进行了采集。
[表1]
Figure BDA0001924836640000111
{实施例1、2}
在使坩埚以比较例1中的14rpm旋转的期间，使坩埚分别以16rpm、20rpm 旋转，除此以外，在与比较例1相同的条件下制造出单晶硅。将试验次数、位错化次数、位错化率示于表1。
{比较例2、3、实施例3～6}
如图5及表2所示，在肩部形成工序中，一边使坩埚以14rpm旋转一边提拉绳子，在单晶硅的直径成为165mm(直体部的设定直径的一半)以上的时刻逐渐开始减慢转速；将直体部的设定直径及电阻率设为表2所示的值，除此以外，在与比较例1相同的条件下制造出比较例2的单晶硅。
在使坩埚以比较例2中的14rpm旋转的期间，使坩埚分别以16rpm、20rpm 旋转，除此以外，在与比较例2相同的条件下制造出实施例3、4的单晶硅。
将掺杂剂及电阻率设为表3所示的值，除此以外，如图5所示，在与比较例2、实施例3、4相同的条件下制造出比较例3、实施例5、6的单晶硅。
将比较例2、3、实施例3～6的试验次数、位错化次数、位错化率示于表 2、3。
[表2]
Figure BDA0001924836640000121
[表3]
Figure BDA0001924836640000122
〔评价〕
如表1～3所示，在比较例1～3中，有时在单晶硅中产生位错化，但在实施例1～6中，在任何部位均未产生位错化。由此能够确认到，在制造具有设定直径为200mm以上的直体部的单晶硅时，通过将肩部形成工序中的坩埚的转速设为16rpm以上，能够制造不产生位错化的单晶硅。
[实验2：位错化与重熔生长区域的高度的关系]
沿上下方向将产生了位错化的比较例1的单晶硅的径向中心进行切割，进行该肩部截面的X射线观察，对重熔生长区域的个数和高度进行了评价。对未产生位错化的实施例1、2、5的单晶硅也进行了相同的评价。将其结果示于图 6。
如图6所示，在实施例1、2、5的肩部虽然存在高度小于200μm的重熔生长区域，但不存在200μm以上的重熔生长区域。另一方面，在比较例1的肩部存在小于200μm的重熔生长区域，而且还存在200μm以上的重熔生长区域。并且，在实施例3、4、6的单晶硅中未产生位错化，由此能够推断在实施例3、4、6的肩部不存在高度为200μm以上的重熔生长区域。并且，在比较例2、3的单晶硅中产生了位错化，由此能够推断在比较例2、3的肩部存在高度为200μm以上的重熔生长区域。
由此能够确认到，通过以防止在肩部产生高度为200μm以上的重熔生长区域的方式进行肩部形成工序，能够制造不产生位错化的单晶硅。
[实验3：坩埚的转速与熔液表面的温度变动的关系]
在与一般的单晶硅制造时相同的条件下，在坩埚内生成了掺杂剂添加熔液。并且，向腔室供给Ar气，将压力设为与一般的单晶硅制造时相同的450 托(Torr)(59995Pa)。并且，使坩埚以10rpm旋转，并用红外辐射温度计测定了掺杂剂添加熔液表面中心的温度。以1秒钟间隔进行该测定，对每10 秒的平均值的变动进行了评价。将其结果示于图7A。
同样地，将转速分别设为12rpm、14rpm、16rpm、18rpm、20rpm而测定掺杂剂添加熔液表面中心的温度并进行了评价。将其结果示于图7B、图7C、图8 A、图8B、图8C。并且，将该测定结果的标准偏差示于表4。
[表4]
坩埚转速(rpm) 标准偏差
10 4.15
12 3.87
14 2.99
16 2.51
18 2.14
20 2.03
如各图及表4所示，能够确认到越加快转速，温度变动越小。认为这是因为，若坩埚的转速变快，则可抑制掺杂剂添加熔液的对流。因此，越加快转速，越能够抑制由掺杂剂添加熔液表面温度的不稳定化引起的重熔，能够制造位错化得到抑制的单晶硅。
[实验4：变更坩埚的转速的时刻与位错化的关系]
〔单晶硅的制造方法〕
{比较例4}
如图9及表5所示，在肩部形成工序中，一边使坩埚以16rpm旋转一边提拉绳子，刚提拉之后逐渐开始减慢转速，在单晶硅的直径成为100mm以上的时刻控制为6rpm，然后维持了该转速直至结束肩部形成工序。并且，将加热比固定在1。然后，进行了直体部形成工序、尾部形成工序。
在进行该制造时，与实验1同样地，在单晶硅中产生了位错化的情况下进行回熔工序，并反复进行了上述工序，直至制造出在直体部未产生位错化的单晶硅。将直体部的设定直径、掺杂剂、电阻率、试验次数、位错化次数、位错化率示于表5。
[表5]
Figure BDA0001924836640000151
{比较例5、实施例7}
在肩部形成工序中，一边使坩埚以16rpm旋转一边提拉绳子，在单晶硅的直径小于100mm的时刻逐渐开始减慢转速，在结束肩部的形成时控制为6rpm，除此以外，在与比较例4相同的条件下制造出比较例5的单晶硅。
将变更坩埚的转速的时刻设为单晶硅的直径成为100mm以上的时刻，除此以外，在与比较例5相同的条件下制造出实施例7的单晶硅。将试验次数、位错化次数、位错化率示于表5。
〔评价〕
如表5所示，在比较例4、5中，在单晶硅中产生了位错化，在实施例7 中，在单晶硅中未产生位错化。由此能够确认到，即使在肩部的直径小于直体部的设定直径的一半的时刻开始减慢坩埚的速度，也得不到位错化的抑制效果，通过在成为直体部的设定直径的一半以上的时刻开始减慢坩埚的速度，可得到位错化的抑制效果。
[实验5：坩埚的转速、加热比及位错化的关系]
在实验5中，对实验1的比较例1及实施例2和后述的实施例8、9进行了评价。
〔单晶硅的制造方法〕
{实施例8}
如图10A、图10B及表6所示，在肩部形成工序中，一边以加热比1对坩埚进行加热一边提拉绳子，刚提拉之后逐渐开始提升加热比，在开始降低转速的时刻将加热比控制为2，然后维持了该加热比直至结束肩部形成工序，除此以外，在与比较例1相同的条件下制造出单晶硅。将直体部的设定直径、掺杂剂、电阻率、试验次数、位错化次数、位错化率示于表6。
[表6]
Figure BDA0001924836640000161
{实施例9}
将坩埚的转速控制为与实施例2相同，除此以外，在与实施例8相同的条件下制造出单晶硅。将试验次数、位错化次数、位错化率示于表6。
〔评价〕
如表6所示，对坩埚的转速为14rpm的比较例1和实施例8进行比较，能够确认到如下：若将加热比维持在1，则产生位错化，但从肩部形成工序开始时逐渐开始提升加热比，在肩部的直径成为直体部的设定直径的一半以上的时刻将加热比控制为2，然后维持该加热比直至结束肩部形成工序，由此不会产生位错化。并且，对坩埚的转速为20rpm的实施例2和实施例9进行比较，能够确认到，即使将加热比维持在1或使其变化，也不会产生位错化。
并且，在实验1中能够确认到，若在设定直径为200mm的单晶硅中未产生位错化的情况下，在不产生该位错化的条件下制造设定直径为330mm且掺杂剂为砷或红磷的单晶硅，则不会产生位错化。由此能够推断，若在与实施例8、9 相同的条件下制造设定直径为330mm且掺杂剂为砷或红磷的单晶硅，则不会产生位错化。
另外，由实验1的结果能够推断，在实施例8、9的单晶硅及在与实施例 8、9相同的条件下制造的设定直径为330mm且掺杂剂为砷或红磷的单晶硅的肩部不存在高度为200μm以上的重熔生长区域。
根据以上能够确认到，在制造具有设定直径为200mm以上的直体部的单晶硅时，在肩部形成工序中，在肩部的直径成为直体部的设定直径的一半以上的时刻之前，使坩埚以14rpm以上旋转，并且以加热比从1变大的方式对坩埚进行加热，所述时刻以后减慢坩埚的速度，并且将加热比维持为恒定，由此能够制造不产生位错化的单晶硅。
[实验6：掺杂剂的电阻率、坩埚的转速及位错化的关系]
在实验6中，制造具有以下特性的单晶硅并进行了评价。
直体部的设定直径：200mm
掺杂剂：参考表7
电阻率：参考表7
[表7]
掺杂剂 电阻率(mΩ·cm)
参考例1 砷 3.0
参考例2 砷 1.8
参考例3 红磷 1.5
参考例4 红磷 0.7
并且，关于参考例1～4，如图10A所示，将肩部形成工序中的坩埚的转速控制在6rpm以上且20rpm以下的范围内，如图10B所示，将加热比控制在1以上且2以下的范围内之后，进行直体部形成工序、尾部形成工序，制造出单晶硅。
关于参考例1～4，将不产生位错化的坩埚的最小转速与单晶硅的电阻率的关系示于图11。在图11中表示，如果是比表示所述关系的线更上侧的转速，则不会产生位错化，如果是下侧的转速，则产生位错化。
如图11所示，能够确认到，单晶硅的电阻率越低，不产生位错化的坩埚的最小转速越大。
附图标记说明
1-单晶提拉装置，21-腔室，22-坩埚，23-加热部，231-上加热部，232- 下加热部，24-绝热筒，25-提拉绳(提拉部)，M-硅熔液，MD-掺杂剂添加熔液，SC-籽晶，SM-单晶硅，SM2-肩部。

Claims (3)

1.一种单晶硅的制造方法，其利用单晶提拉装置并使用切克劳斯基法来进行，所述单晶提拉装置具备：
腔室；
坩埚，配置于该腔室内；
加热部，通过对所述坩埚进行加热而生成硅熔液中添加有掺杂剂的掺杂剂添加熔液；及
提拉部，使籽晶与所述掺杂剂添加熔液接触之后进行提拉，
所述单晶硅的制造方法的特征在于，具备：
肩部形成工序，形成所述单晶硅的肩部；及
直体部形成工序，形成所述单晶硅的直体部，
在所述肩部形成工序中，从所述肩部形成工序开始时起至形成中的所述肩部的直径成为所述直体部的设定直径的一半以上的时刻之前，使所述坩埚维持16rpm以上的转速的同时旋转，将所述掺杂剂添加熔液表面的温度变动的标准偏差抑制为2.51℃以下，所述时刻以后缓缓减慢所述坩埚的转速，在所述肩部的形成结束时，所述坩埚的转速成为4rpm以上且12rpm以下，以使所述肩部由在所述肩部的径向整个区域中产生的生长条纹中其外缘部未延伸至肩部的外周部而被另一生长条纹中断的生长条纹所构成，且防止产生培育方向的高度为200μm以上的重熔生长区域。
2.一种单晶硅的制造方法，其利用单晶提拉装置并使用切克劳斯基法来进行，所述单晶提拉装置具备：
腔室；
坩埚，配置于该腔室内；
加热部，通过对所述坩埚进行加热而生成硅熔液中添加有红磷或砷作为掺杂剂的掺杂剂添加熔液；及
提拉部，使籽晶与所述掺杂剂添加熔液接触之后进行提拉，
所述单晶硅的制造方法的特征在于，具备：
肩部形成工序，形成所述单晶硅的肩部；及
直体部形成工序，形成设定直径为200mm以上的直体部，
在所述肩部形成工序中，从所述肩部形成工序开始时起至形成中的所述肩部的直径成为所述直体部的设定直径的一半以上的时刻之前，使所述坩埚维持16rpm以上的转速的同时旋转，将所述掺杂剂添加熔液表面的温度变动的标准偏差抑制为2.51℃以下，所述时刻以后缓缓减慢所述坩埚的转速，在所述肩部的形成结束时，所述坩埚的转速成为4rpm以上且12rpm以下。
3.一种单晶硅的制造方法，其利用单晶提拉装置并使用切克劳斯基法来进行，所述单晶提拉装置具备：
腔室；
坩埚，配置于该腔室内；
加热部，具有对该坩埚的侧面的上部进行加热的上加热部及对所述坩埚的侧面的下部进行加热的下加热部，并且生成硅熔液中添加有红磷或砷作为掺杂剂的掺杂剂添加熔液；及
提拉部，使籽晶与所述掺杂剂添加熔液接触之后进行提拉，
所述单晶硅的制造方法的特征在于，具备：
肩部形成工序，形成所述单晶硅的肩部；及
直体部形成工序，形成设定直径为200mm以上的直体部，
在所述肩部形成工序中，从所述肩部形成工序开始时起至形成中的所述肩部的直径成为所述直体部的设定直径的一半以上的时刻之前，使所述坩埚维持14rpm以上的转速的同时旋转，并且以所述下加热部的加热量除以所述上加热部的加热量的加热比从1以上的规定的值缓缓变大的方式对所述坩埚进行加热，在形成中的所述肩部的直径成为所述直体部的设定直径的一半以上、且所述加热比成为1.5以上且4以下的时刻，缓缓减慢所述坩埚的转速，在所述肩部的形成结束时，所述坩埚的转速成为4rpm以上且12rpm以下，并且将所述加热比维持为恒定。
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