CN109666968A - 硅单晶的制造方法 - Google Patents

Abstract

使用提拉装置来制造硅单晶的硅单晶的制造方法，所述提拉装置具备室、在室内设置的石英坩埚(3A)和以包围石英坩埚(3A)的方式配置并加热石英坩埚(3A)的加热器(5)，其中，在提拉装置中形成有：将导入至提拉装置内的气体从加热器(5)的上部排气的上部排气口(16A)、和从加热器(5)的下部排气的下部排气口(16B)，且使1:3≤从上部排气口(16A)的气体排气量:从下部排气口(16B)的气体排气量≤6:1。

Description

硅单晶的制造方法

技术领域

本发明涉及硅单晶的制造方法。

背景技术

硅单晶中的Cs(碳类)在器件工序中变为Ci，与Oi结合形成CiOi缺陷。CiOi缺陷成为引起器件故障的原因。

此处，已知通过控制会从炉内的加热器、石墨坩埚等高温碳部件混入原料熔融液中的CO的污染速度和CO从原料熔融液的蒸发速度，来降低结晶中的碳浓度。需说明的是，来自高温碳部件的CO (气体)基于下述反应式产生。

SiO (气体)+2C (固体)→CO (气体)+SiC (固体)

因此，在文献1 (日本特开平05-319976号公报)中，公开了从提拉装置的上方将氩气等惰性气体导入至石英坩埚内，将含有CO的气体从加热器的上端向上方并从下端向下方引导，从提拉装置的下方排出的技术。

但是，在前述文献1所记载的技术中，由于上方的排气口位于高的位置，由上方排气口的排气无法充分进行，不一定可将含有CO的气体有效地排气。因此，有无法充分地降低硅单晶中的Cs的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供可将含有CO的气体有效地排气，降低硅单晶中的Cs的硅单晶的制造方法。

本发明的硅单晶的制造方法是使用提拉装置来制造硅单晶的硅单晶的制造方法，所述提拉装置具备室、在所述室内设置的石英坩埚和以包围所述石英坩埚的方式配置并加热所述石英坩埚的加热器，所述方法的特征在于，在所述提拉装置中形成有：将导入至所述提拉装置内的气体从所述加热器的上部排气的上部排气口、和从所述加热器的下部排气的下部排气口，且使1:3≤从所述上部排气口的气体排气量:从所述下部排气口的气体排气量≤6:1。

在本发明中，优选使1:2≤从所述上部排气口的气体排气量:从所述下部排气口的气体排气量≤3:1。

根据该发明，通过将从上部排气口排气的气体排气量设为1:3≤从上部排气口的气体排气量:从下部排气口的气体排气量≤6:1，可优先地进行从上部排气口的排气。因此，可将流入至石英坩埚内的硅熔融液表面的含有CO的气体有效地排出，可降低硅单晶中的Cs。

特别是通过使1:2≤从上部排气口的气体排气量:从下部排气口的气体排气量≤3:1，可有效地排出石英坩埚内的含有CO的气体。

在本发明中，优选从所述上部排气口和所述下部排气口的气体排气量通过变更各自排气口的开口面积来调整。

根据该发明，由于可以仅通过变更上部排气口和下部排气口的开口面积来调整各自排气口的气体排气量，所以可简单地调整从上部排气口和下部排气口的气体排气量。

在本发明中，优选所述提拉装置具备由碳部件构成的排气流路，所述排气流路在所述室内配置，且形成有所述上部排气口和所述下部排气口。

根据该发明，由于通过提拉装置具备排气流路，可以不将含有CO的气体泄露至其它的部位而进行排气，所以可确实地降低所提拉的硅单晶中的Cs。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的硅单晶的提拉装置的结构的示意图。

图2是表示前述实施方式中的排气流路的结构的垂直方向截面图。

图3是表示前述实施方式中的排气流路的结构的水平方向截面图。

图4是表示实施例中的上部排气口和下部排气口的气体排气量所对应的硅单晶中的碳浓度变化的曲线图。

图5是表示变更排气流路中的上部排气口的气体排气量与下部排气口的气体排气量之比的模拟结果的曲线图。

具体实施方式

[1] 硅单晶的提拉装置1的结构

在图1中示出表示可应用本发明的实施方式所涉及的硅单晶的制造方法的硅单晶的提拉装置1的结构的一例的示意图。提拉装置1是利用切克劳斯基法提拉硅单晶10的装置，具备构成外廓的室2和在室2的中心部配置的坩埚3。

坩埚3是由内侧的石英坩埚3A和外侧的石墨坩埚3B构成的双重结构，固定在可旋转和升降的支撑轴4的上端部。

在坩埚3的外侧，设置包围坩埚3的电阻加热式的加热器5，在其外侧，沿室2的内面设置成为外筒的绝热材料6。

在坩埚3的上方，设置在与支撑轴4同轴上沿反方向或相同方向以规定的速度旋转的线等的提拉轴7。在该提拉轴7的下端安装籽晶8。

在室2内配置筒状的热屏蔽体12。

热屏蔽体12承担以下职责：对于培育中的硅单晶10，在阻断来自坩埚3内的硅熔融液9、加热器5或坩埚3的侧壁的高温辐射热的同时，对于作为结晶生长界面的固液界面的附近，抑制热向外部的扩散，控制单晶中心部和单晶外周部的提拉轴方向的温度梯度。

另外，热屏蔽体12也有作为利用从炉上方导入的惰性气体将来自硅熔融液9的蒸发部向炉外排气的整流筒的功能。

在室2的上部设置有将氩气(以下称为Ar气)等惰性气体导入至室2内的气体导入口13。在室2的下部设置有通过未图示的真空泵的驱动来抽吸并排出室2内的气体的排气口14。

从气体导入口13导入至室2内的惰性气体在培育中的硅单晶10与热屏蔽体12之间下降，在经过热屏蔽体12的下端与硅熔融液9的液面的间隙后，向热屏蔽体12的外侧、进而向坩埚3的外侧流动，然后在坩埚3的外侧下降，从排气口14排出。

在使用如上所述的提拉装置1制造硅单晶10时，在将室2内维持为减压下的惰性气体气氛的状态下，通过加热器5的加热将坩埚3中填充的多晶硅等固体原料熔融，形成硅熔融液9。若在坩埚3内形成硅熔融液9，则使提拉轴7下降，将籽晶8浸渍在硅熔融液9中，一边使坩埚3和提拉轴7沿规定的方向旋转，一边缓慢地提拉提拉轴7，由此培育与籽晶8连接的硅单晶10。

[2] 排气流路的结构

在图2和图3中示出在前述提拉装置1中形成的排气流路的结构。图2是垂直方向截面图，图3是水平方向截面图。

如图3所示，排气管道15由截面为C字状的长条部件构成，排气管道15的C字的凸缘前端与在加热器5的外侧配置的内筒16接合。在内筒16的周围设置4处排气管道15，以石英坩埚3A的中心为中心，相邻的排气管道15以成90°角度的方式配置。

内筒16是由石墨等碳部件构成的圆筒状体。在内筒16中，如图2所示，在加热器5的上端的上方形成有上部排气口16A，在加热器5的下端的下方形成有下部排气口16B。

4条排气管道15的4个上部排气口16A的气体排气量和下部排气口16B的气体排气量设为1:3≤从上部排气口16A的气体排气量:下部排气口16B的气体排气量≤6:1，优选设为1:2≤从上部排气口16A的气体排气量:下部排气口16B的气体排气量≤3:1。

需说明的是，在本实施方式中设置4处排气管道15，但并不限定于此，可为3处或8处，只要有多个排气管道15即可。另外，上部排气口16A和下部排气口16B的气体排气量可通过变更上部排气口16A和下部排气口16B的开口面积来调整。

在如上所述的排气流路中，从石英坩埚3A的上部的气体导入口13 (参照图1)导入的惰性气体沿着硅熔融液9的熔融液表面向外侧扩散，含有CO的气体沿着石英坩埚3A的内周表面上升。

于是，如图2所示，含有CO的气体的一部分流入至由内筒16和热屏蔽体12包围的空间，形成高CO气体浓度气氛区域。该高CO气体浓度气氛区域内的含有CO的气体从上部排气口16A进入至排气管道15的内部，向下方流动并从排气口14排出。

另一方面，含有CO的气体的另一部分在加热器5的内侧流动，如图2所示，在坩埚3的下方形成高CO气体浓度气氛区域。该CO气体浓度气氛区域内的含有CO的气体从下部排气口16B进入至排气管道15的内部，向下方流动并从排气口14排出。

于是，通过调整从上部排气口16A排气的气体排气量和从下部排气口16B排气的气体排气量，可将流入至石英坩埚3A内的硅熔融液9表面的含有CO的气体有效地排出，结果可降低所提拉的硅单晶10中的Cs。

实施例

接着，对本发明的实施例进行说明。需说明的是，本发明并不限定于以下所说明的实施例。

[1] 排气位置导致的硅单晶10的碳浓度的变化

使用在实施方式中说明的硅单晶10的提拉装置1，变更从上部排气口16A、下部排气口16B的排气流路，提拉硅单晶10，测定所提拉的硅单晶10中的碳浓度。

实施例：打开上部排气口16A，打开下部排气口16B。需说明的是，使从上部排气口16A的气体排气量:从下部排气口16B的气体排气量=4:1。

比较例1：关闭上部排气口16A，打开下部排气口16B。

比较例2：打开上部排气口16A，关闭下部排气口16B。

需说明的是，在实施例和比较例1、2中，原料加料量设为400kg，提拉390kg的硅单晶10。另外，氩气流量设为200L/min，将炉内压设为4000Pa (换算为30Torr的值)。将结果示出于图4中。

如由图4所知，可确认与比较例1的仅下排气的情况相比，在实施例的上+下排气的情况下，大幅地降低硅单晶10中的碳浓度。

另一方面，在比较例2的仅上排气的情况下，与比较例1的仅下排气相比，硅单晶10中的碳浓度增加。认为其原因在于，由于会将因石英坩埚3A和石墨坩埚3B的反应而生成的CO气体全部往上吸至上部，所以硅熔融液9附近的CO浓度上升，结果导致硅单晶10中的碳浓度上升。

[2] 上部排气口16A和下部排气口16B的气体排气量的比率

接着，使用STR公司的热流动分析程序CGSim，对在改变上部排气口16A和下部排气口16B的气体排气量的比率的情况下，硅熔融液9中的碳浓度会如何变化进行模拟。将结果示出于表1和图5中。

[表1]

如由表1和图5所知，在上部排气口16A的气体排气量:下部排气口16B的气体排气量=1:3下，硅熔融液9中的碳浓度降低至5×10¹⁵ (原子/cm³)以下。

另一方面，可确认直至上部排气口16A的气体排气量:下部排气口16B的气体排气量=6:1，可降低至5×10¹⁵ (原子/cm³)以下。

特别是在1:2≤上部排气口16A的气体排气量:下部排气口16B的气体排气量≤3:1的范围内，可降低至4×10¹⁵ (原子/cm³)以下，可大幅地降低硅熔融液9中的碳浓度。

因此可确认，通过适宜地改变上部排气口16A的气体排气量:下部排气口16B的气体排气量，可降低硅熔融液9中的碳浓度，由此可降低所提拉的硅单晶10中的碳浓度。

Claims (4)

1.硅单晶的制造方法，所述方法是使用提拉装置来制造硅单晶的硅单晶的制造方法，所述提拉装置具备室、在所述室内设置的石英坩埚和以包围所述石英坩埚的方式配置并加热所述石英坩埚的加热器，所述方法的特征在于，

在所述提拉装置中形成有：将导入至所述提拉装置内的气体从所述加热器的上部排气的上部排气口、和从所述加热器的下部排气的下部排气口，

且使1:3≤从所述上部排气口的气体排气量:从所述下部排气口的气体排气量≤6:1。

2.硅单晶的制造方法，其特征在于，在权利要求1所述的硅单晶的制造方法中，

使1:2≤从所述上部排气口的气体排气量:从所述下部排气口的气体排气量≤3:1。

3.硅单晶的制造方法，其特征在于，在权利要求1所述的硅单晶的制造方法中，

从所述上部排气口和所述下部排气口的气体排气量通过变更各自排气口的开口面积来调整。

4.硅单晶的制造方法，其特征在于，在权利要求1~3中任一项所述的硅单晶的制造方法中，

所述提拉装置具备由碳部件构成的排气流路，所述排气流路在所述室内配置，且形成有所述上部排气口和所述下部排气口。