CN110536980B - 单晶硅锭的制造方法及单晶硅锭 - Google Patents

单晶硅锭的制造方法及单晶硅锭 Download PDF

Info

Publication number
CN110536980B
CN110536980B CN201880014539.9A CN201880014539A CN110536980B CN 110536980 B CN110536980 B CN 110536980B CN 201880014539 A CN201880014539 A CN 201880014539A CN 110536980 B CN110536980 B CN 110536980B
Authority
CN
China
Prior art keywords
single crystal
pulling
silicon
rate
ingot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880014539.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110536980A (zh
Inventor
宝来正隆
杉村涉
小野敏昭
藤原俊幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumco Corp
Original Assignee
Sumco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumco Corp filed Critical Sumco Corp
Publication of CN110536980A publication Critical patent/CN110536980A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110536980B publication Critical patent/CN110536980B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B15/04—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt adding doping materials, e.g. for n-p-junction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
    • C01P2002/54—Solid solutions containing elements as dopants one element only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/60—Compounds characterised by their crystallite size
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明提供一种适合用于功率器件的、晶体生长方向上的电阻率的公差小的n型且高电阻的单晶硅锭的制造方法。将Sb或As作为n型掺杂剂的单晶硅锭的制造方法中，一边进行单晶硅锭(1)的提拉，一边调整包括腔室(30)内的压力、Ar气体的流量以及引导部(70)及硅熔液(10)的间隔(G)中的至少任一个的提拉条件值，由此n型掺杂剂从硅熔液(10)蒸发时的每单位固化率的蒸发量维持在每单位固化率的目标蒸发量的范围内。

Description

单晶硅锭的制造方法及单晶硅锭
技术领域
本发明涉及一种单晶硅锭的制造方法及单晶硅锭。尤其涉及一种适合用于绝缘栅双极晶体管(IGBT)用的n型硅晶片的制造且将Sb(锑)或As(砷)作为n型掺杂剂的n型单晶硅锭的制造方法及通过该制造方法制造的单晶硅锭。
背景技术
用作半导体器件的基板的硅晶片是通过将单晶硅锭切成薄片，经平面磨削(研磨)工序、蚀刻工序及镜面抛光(抛光)工序，进行最终清洗来制造的。并且，300mm以上的大口径的单晶硅通常通过切克劳斯基(CZ；Czochralski)法制造。利用CZ法的单晶硅提拉炉还称为CZ炉。
在半导体器件中，作为功率器件之一的绝缘栅双极晶体管(IGBT：Insula tedGate Bipolar Transistor)为适于大功率控制的栅极电压驱动型开关元件，用于电车、电力、车载用等。在IGBT等功率器件用途中，目前使用将通过浮动区熔(FZ：Floating Zone)法及MCZ(磁控拉晶，Magnetic field applied Czochralski)法培育的直径200mm的掺杂有P(磷)的n型单晶硅锭进行切片而得的n型硅晶片。
在此，在通过FZ法培育的单晶硅锭中，连续供给作为硅原料的硅熔液。并且，通过气体掺杂FZ法培育时，进一步在熔液保持部附近，通过喷吹连续且定量地供给掺杂剂气体。任意情况下，均能够使电阻率在锭的大致整个直体部恒定。因此，如图1所示，若为通过FZ法培育的单晶硅锭，则能够将大致整个直体部用作产品。然而，FZ晶体的培育技术的难度非常高，目前，能够通过FZ法稳定地制造的单晶硅锭的直径大多为150mm，直到最近才逐渐被直径200mm所取代，认为尤其通过FZ法制造直径300mm的大口径的单晶硅锭是非常困难的。
另一方面，在利用CZ法或MCZ法的功率器件用n型单晶硅锭中实际使用的掺杂剂通常为P。从这种掺杂P的单晶硅锭获得的n型硅晶片例如相对于电阻率50[Ω·cm]±10％的规格，目前的成品率最大也只是10％左右(参考图1)。其理由在于，P的偏析系数小于1，因此随着进行单晶硅的提拉，熔液中的P浓度(n型掺杂剂浓度)变高，低电阻化逐渐进展。P的偏析系数0.35远小于B(硼)的偏析系数0.8，培育在晶体总长上成为目标电阻范围的晶体时，导致n型单晶硅锭的成品率低于p型单晶硅锭。因此，一直以来对用于改善n型单晶硅锭的成品率的方法进行了深入研究。
因此，提出了将偏析系数比P更小但蒸发速度[atoms/sec]远快于P的Sb(锑)或As(砷)用于n型掺杂剂。通过对CZ炉的腔室内的压力进行减压来促进n型掺杂剂的蒸发，补偿该n型掺杂剂的偏析，由此能够减小单晶硅锭的平均电阻率的公差。
对此，本申请申请人在专利文献1中提出了一种垂直硅器件用硅晶片的制造方法，其为通过切克劳斯基法从作为挥发性掺杂剂添加了Sb(锑)或As(砷)的硅熔液提拉单晶硅，由此制造垂直硅器件用硅晶片的方法，随着进行所述单晶硅的提拉，增加沿着所述硅熔液的表面流动的Ar气体的流量。
如专利文献1中记载，硅熔液的表面上的所蒸发的含有挥发性掺杂剂的气体的浓度高，因此硅熔液中的挥发性掺杂剂的蒸发速度不仅受CZ炉的腔室内的压力的影响，还受Ar气体的流量的大幅影响。因此，通过专利文献1中记载的技术控制在熔液表面流动的Ar气体的流量来控制挥发性掺杂剂的蒸发速度，其结果，能够补偿掺杂剂的偏析。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-59032号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
IGBT等功率器件用硅晶片中容许的电阻的公差非常窄，以往相对于平均电阻率为±10％的公差，但近年来要求为±8％左右，今后会持续要求使公差成为±7％以下。通过专利文献1中记载的技术能够在一定程度上控制n型掺杂剂的蒸发速度，但为了在晶体生长方向上以高成品率实现今后要求的公差，尚有改良的余地。
因此，鉴于上述诸技术问题，本发明的目的在于提供一种适合用于功率器件的、相对于平均电阻率的公差小的n型且高电阻的单晶硅锭的制造方法。
用于解决技术问题的方案
为了解决上述技术问题，本发明人等进行了深入研究。以下，本说明书中，将Sb及As简单统称为“n型掺杂剂”。利用图2对硅熔液中的n型掺杂剂的浓度与蒸发速度(蒸发量)之间的关系进行说明。
图2表示通常的CZ炉的主要部分，示出硅熔液10储存于石英坩埚21，一边用加热器90加热，一边提拉单晶硅锭1的情况。另外，图2中，石英坩埚21为被碳坩埚22保持的双重结构。提拉过程中，在单晶硅锭1中，掺入以每单位固化率计dCs(fs)的量的n型掺杂剂，并且在硅熔液10中，剩下以每单位固化率计dCL(fs)的量的掺杂剂。并且，掺杂剂从硅熔液10以每单位时间计dCv的量蒸发。另外，本说明书中，“固化率”是指提拉过程中的单晶硅锭1的重量相对于原料质量(即，提拉前的硅熔液10的质量)的比。
本发明人等认为，专利文献1中记载的使用挥发性n型掺杂剂的n型单晶硅的培育中，为了进一步减小晶体的生长方向上的电阻率的公差，理想的是以使硅熔液中的n型掺杂剂浓度始终保持恒定的方式进行控制即可。为了进行这种控制，需要使与通过偏析在熔液中逐渐富化的n型掺杂剂等量的n型掺杂剂的单体或化合物从熔液表面蒸发。因此，本发明人等首先对使晶体提拉过程中的n型掺杂剂的蒸发速度(每单位时间的蒸发量)维持恒定进行了研究。另外，认为n型掺杂剂自熔液的蒸发是以掺杂剂元素单体或氧化锑(SbxOy)或者氧化砷(AsxOy)等形态的蒸发。这种氧化物通过作为原料的硅和从石英坩埚21溶出的氧键合而在硅熔液内生成，并以气体形态从硅熔液10排出。
在此，熔液表面上的n型掺杂剂的蒸发速度直接依赖于熔液正上方的Ar气体流速。这是因为，气液界面附近的气层侧的浓度边界层(在此，仅通过扩散实现物质移动)中的Sb化合物或As化合物的浓度梯度依赖于浓度边界层正上方的Ar气体流速。即，若Ar气体流速变快，则Sb化合物或As化合物的浓度梯度变大，从熔液蒸发的Sb化合物或As化合物的蒸发量也变多。如此，为了控制n型掺杂剂的蒸发速度即Sb化合物或As化合物的蒸发速度，需要控制硅熔液正上方的Ar气体流速。
就CZ炉的结构而言，很难直接操作硅熔液正上方的Ar流速本身。因此，通过控制CZ炉的腔室内的压力、供给至腔室内的Ar气体流量以及Ar气体的引导部及硅熔液面的间隔(以下，称为“间隙”。)等，间接控制熔液表面上的Ar流速。另外，Ar流速与腔室内压力成反比关系，与Ar流量成正比关系，与间隙成反比关系，因此掺杂剂的蒸发速度也成为相同的关系。
利用CZ炉进行的晶体提拉过程中，单晶硅锭的提拉速度及单晶硅锭的直径经时发生变动，而非始终恒定。而且，单晶硅锭的提拉速度也是用于控制锭直径的操作参数，因此需要随着提拉的进行，追随CZ炉内的热环境的变化而改变提拉速度。即，由于热环境的变化，硅的晶体生长速度也发生变化，因此实际的提拉速度也发生变化。如此，例如即使使Ar流速维持恒定且使n型掺杂剂的蒸发速度恒定，若提拉速度发生变动，则成为恒定的晶体长度或固化率所需的时间也发生变动。因此，从硅熔液以每单位固化率蒸发的掺杂剂量也发生变动，熔液中的掺杂剂浓度会发生变化而不恒定，其结果，单晶硅锭中的掺杂剂浓度在晶体生长方向上发生变动。
再次参考图2。若考虑这种提拉速度的经时变化，则即使将Sb或As等n型掺杂剂的每单位时间的蒸发量dCV[atoms/sec]控制为恒定，也无法使硅熔液10中的n型掺杂剂的浓度恒定，单晶硅锭1中的掺杂剂浓度在晶体生长方向上也不会恒定。因此，需要追随提拉速度而改变n型掺杂剂的蒸发量。
因此，关于n型掺杂剂的蒸发量，本发明人等首先考虑到的不是控制每单位时间的蒸发量即蒸发速度[atoms/sec]，而是将每单位固化率的蒸发量[atoms/单位固化率]维持为恒定量。若每单位固化率的掺杂剂蒸发量dCv(fs)与以每单位固化率残留在硅熔液10中的掺杂剂量dCL(fs)成为等量，则能够不依赖于时间性变动因素而将硅熔液10中的n型掺杂剂的浓度控制为恒定。
如此，本发明人等发现通过将每单位固化率的蒸发量[atoms/单位固化率]控制为恒定，能够使熔液中的掺杂剂浓度恒定。如此，也能够使单晶硅锭的掺杂剂浓度在晶体生长方向上恒定。因此，发现能够比以往大幅减小单晶硅锭的晶体生长方向上的电阻率的公差。并且，若在晶体提拉过程中将每单位固化率的蒸发量改变为所希望的蒸发量，则还能够获得在晶体生长方向上具有任意的电阻率的单晶硅锭。根据上述发现完成的本发明的主旨方案如下。
(1)一种单晶硅锭的制造方法，其利用单晶硅提拉炉制造单晶硅锭，所述单晶硅提拉炉具有：坩埚，其储存硅熔液；腔室，其容纳该坩埚；压力调整部，其调整该腔室内的压力；提拉部，其从所述硅熔液提拉单晶硅锭；气体供给部，其向所述腔室内供给Ar气体；及引导部，其配置于所述硅熔液的表面的上方，且以使所述Ar气体沿着所述硅熔液的表面流动的方式进行引导，所述单晶硅锭的制造方法的特征在于，
所述硅熔液中添加有由Sb或As构成的n型掺杂剂，
所述制造方法包括：
提拉工序，其中，通过切克劳斯基法提拉所述单晶硅锭；及
蒸发量控制工序，其中，一边进行该提拉工序，一边调整包括所述腔室内的压力、所述Ar气体的流量以及所述引导部及所述硅熔液的间隔中的至少任一个的提拉条件值，由此使所述n型掺杂剂从所述硅熔液蒸发时的每单位固化率的蒸发量维持在每单位固化率的目标蒸发量的范围内。
(2)根据上述(1)所述的单晶硅锭的制造方法，其中，所述目标蒸发量在晶体生长方向上恒定。
(3)根据上述(1)或(2)所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
在所述提拉工序之前，还包括：
利用所述单晶硅提拉炉制作1个以上的评价用单晶硅锭的工序；及
根据该评价用单晶硅锭的晶体生长方向上的电阻率的推移，求出所述单晶硅提拉炉中的所述n型掺杂剂的每单位固化率的蒸发量的推移的工序，
在所述蒸发量控制工序中，利用所述求出的所述蒸发量的推移来增减所述提拉条件值。
(4)根据上述(1)或(2)所述的单晶硅锭的制造方法，其还包括：
测定工序，其中，一边进行所述提拉工序，一边测定所述n型掺杂剂的所述每单位固化率的蒸发量，
在所述蒸发量控制工序中，以使所述测定的所述每单位固化率的蒸发量维持在所述目标蒸发量的范围内的方式调整所述提拉条件值。
(5)根据上述(4)所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
在所述测定工序中，测定在所述Ar气体的排出口侧与所述Ar气体一同排出的所述n型掺杂剂的浓度。
(6)根据上述(5)所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
在所述测定工序中，测定提拉过程中的所述单晶硅锭的直径及提拉长度，根据基于该测定的固化率和所述Ar气体中包含的所述n型掺杂剂的浓度，计算所述每单位固化率的蒸发量。
(7)一种单晶硅锭，其将Sb或As作为n型掺杂剂，所述单晶硅锭的特征在于，
电阻率在10Ω·cm以上且1000Ω·cm的范围内，晶体直径为200mm以上，
所述单晶硅锭的晶体生长方向上的该单晶硅锭的40％以上在规格电阻率的±7％的范围内。
另外，规格电阻率是指生产单晶锭时的设定电阻率。
发明效果
根据本发明，能够提供一种适合用于功率器件的、晶体生长方向上的电阻率的公差小的n型且高电阻的单晶硅锭的制造方法。
附图说明
图1是说明通过以往技术获得的CZ法及FZ法单晶硅锭的晶体生长方向上的电阻率的推移及公差的示意图。
图2是说明基于本发明人等的研究的CZ炉中的n型掺杂剂的蒸发量的示意图。
图3A是用于说明在模拟实验例1中本发明人等研究的模型公式[1]的示意图。
图3B是用于说明在模拟实验例1中本发明人等研究的模型公式[1]的示意图。
图4是表示模拟实验例1中的初始熔液中Sb浓度与Sb蒸发速度之间的关系的图表。
图5A是表示模拟实验例1中的相对于固化率的晶体中的掺杂剂浓度及电阻率的关系的图表，示出试验例1的图表。
图5B是表示模拟实验例1中的相对于固化率的晶体中的掺杂剂浓度及电阻率的关系的图表，示出试验例2的图表。
图6A是表示模拟实验例1中的相对于固化率的晶体中的掺杂剂浓度及电阻率的关系的图表，示出试验例3的图表。
图6B是表示模拟实验例1中的相对于固化率的晶体中的掺杂剂浓度及电阻率的关系的图表，示出试验例4的图表。
图7是表示在本发明的一实施方式中使用的单晶硅提拉炉的示意图。
图8是说明本发明的优选实施方式中在原位(in-situ)控制蒸发量的方法的示意图。
图9是说明实施例中的提拉速度的设定速度(程序)和速度界限及平均提拉速度以及提拉后的提拉速度的实际经时变化的示意图。
图10是表示基于实施例的事先试验的炉内压与晶体中的Sb浓度之间的关系的图表。
图11A是表示基于实施例的事先试验的提拉条件值与每单位固化率的Sb蒸发量之间的关系的图表，是相对于炉内压的图表。
图11B是表示基于实施例的事先试验的提拉条件值与每单位固化率的Sb蒸发量之间的关系的图表，是相对于Ar流量的图表。
图11C是表示基于实施例的事先试验的提拉条件值与每单位固化率的Sb蒸发量之间的关系的图表，是相对于间隙的图表。
图12是表示作为在实施例中使用的提拉速度及炉内压的固化率的函数设定的程序的图表。
图13是表示在实施例中制作的单晶硅锭的晶体生长方向上的电阻率的分布的图表。
具体实施方式
在实施方式的详细说明之前，首先对得以完成本发明的本发明人等的模拟实验例进行说明。
(模拟实验例)
本实验例中，利用根据下述式[1]的n型掺杂剂随着蒸发而偏析的现象的一维模型公式，对n型掺杂剂的(每单位时间的)蒸发速度[atoms/sec]进行了研究。
[数式1]
Figure BDA0002182302830000081
参考图3A、B，对上述式[1]的一维模型进行说明。该图3A、B是表示凝固工艺的杂质偏析的一维模型(但是，杂质蒸发设为向外部的恒定速度)的图。考虑晶体(S)、熔液(L)这2相，将所有原料(W0[g])的重量率设为“1”，将各相的重量分数分别设为fS、fL。并且，将各相的杂质浓度分别设为CS(x)、CL[atoms/cm3]。作为晶体中的杂质的n型掺杂剂分布成为凝固相分数(固化率)的函数，在熔液中考虑为均匀浓度。将凝固开始时(fS＝0)的熔液中杂质浓度设为C0[atoms/cm3](图3A)。图3B中，在Δfs的晶体生长进展的期间，从熔液存在p(p＝dQ/dfs，p>0，Q为蒸发量[atoms])的杂质蒸发。另外，ρs为固体的密度，ke为无蒸发时的掺杂剂的偏析系数。
在下述表1所示的培育条件下，将单晶硅锭的目标电阻率分别设为30、50、100、200、250、300、350[Ω·cm]，以使在晶体生长方向上目标电阻率恒定的方式，利用上述式[1]求出了初始的熔液中掺杂剂浓度和掺杂剂的蒸发速度。另外，将n型掺杂剂设为Sb，作为ke使用了Sb的偏析系数0.023，作为ρs使用了Si的密度2.33[g/cm3]。其中，为了使锭中的电阻率(即，掺杂剂浓度)恒定，需要使提拉速度恒定，并使掺杂剂的蒸发速度恒定，以便在晶体生长过程中始终维持初始的熔液中Sb掺杂剂浓度。结果如下述表2、表3，从使熔液中的初始Sb浓度和蒸发速度成为如表2、表3记载时获得的晶体中的掺杂剂浓度换算的实际电阻率[Ω·cm]与目标电阻率几乎一致。并且，相对于不同的提拉速度，培育目标电阻率的晶体时，也能够通过相同的方法求出初始的熔液中Sb浓度和蒸发速度的设定条件。
[表1]
供给量 110kg
直径 205mm
肩长 100mm
尾长 140mm
坩埚余量 7.00kg
提拉速度 1.00mm/min
[表2]
Figure BDA0002182302830000101
[表3]
Figure BDA0002182302830000111
另外，从表2、表3，可获得图4所示的熔液中初始Sb浓度和Sb蒸发速度之间的关系，在对数标绘中成为直线关系。并且，提拉速度不同时，该关系平行地偏离。
(试验例1、2)
与上述计算相同地将提拉速度以1.0[mm/min]设为恒定，将初始熔液中Sb浓度及Sb蒸发速度设定为表2中的目标电阻率30[Ω·cm](试验例1)及目标电阻率50[Ω·cm](试验例2)的值，利用式[1]，计算出了试验例1、2各自的情况下的晶体生长方向上的掺杂剂浓度及电阻率的分布。将试验例1、2的结果分别示于图5A、B。如图5A及图5B分别所示，基于向熔液中的偏析的掺杂剂的增加量和掺杂剂化合物从熔液表面的蒸发量一致，因此熔液中的掺杂剂浓度维持恒定，在晶体轴向上晶体中的掺杂剂浓度及电阻率与目标电阻率几乎一致而保持恒定。另外，在图5A、B中还一并示出假设没有蒸发(即，只有偏析)的情况的结果。与没有蒸发的情况相比，关于掺杂剂浓度及电阻率的维持，可确认到明显的差。这在后述的图6A、B中也相同。
(试验例3，4)
另一方面，当与表1的提拉速度不同时，即提拉速度分别为1.2[mm/min](试验例3)及0.8[mm/min](试验例4)时，设定与作为表2的目标电阻率50[Ω·cm]的设定条件的熔液中初始Sb浓度：4.1×1015[atoms/cm3]、Sb蒸发速度：2.05×1015[atoms/cm3]相同的值，计算出了晶体生长方向上的掺杂剂浓度及电阻率的分布。将试验例3、4的结果分别示于图6A、B。从图6A、B可确认到为这些提拉速度的情况下，无法使晶体生长方向上的掺杂剂浓度即电阻率恒定。另外，在图6A、B中还一并示出假设没有蒸发(即，只有偏析)的情况的结果。
试验例3的情况(图6A)下，即使使表2的目标电阻率50[Ω·cm]的设定条件中的初始熔液中Sb浓度及Sb蒸发速度相同，由于提拉速度快，因此基于每单位时间的偏析的掺杂剂的增加量也变得比每单位时间的掺杂剂蒸发量多。因此，熔液中的Sb浓度随着晶体生长而增加，锭中的掺杂剂浓度也增加。
并且，试验例4的情况(图6B)下，即使使表2的目标电阻率50[Ω·cm]的设定条件中的初始熔液中Sb浓度及Sb蒸发速度相同，由于提拉速度慢，因此基于每单位时间的偏析的掺杂剂的增加量也变得比每单位时间的掺杂剂的蒸发量少。因此，熔液中的Sb浓度随着晶体生长而减少，锭中的掺杂剂浓度也减少。
如试验例3、4，若提拉速度偏离规定值，则通过每单位时间的偏析而在熔液中富化的掺杂剂的增加量发生变动。另一方面，在每单位时间内从硅熔液表面蒸发的掺杂剂的蒸发量没有变化。因此，掺杂剂的富化量与掺杂剂的蒸发量失去平衡。因此，熔液中的掺杂剂浓度随着晶体生长无法保持恒定，晶体中的掺杂剂浓度也无法维持恒定。
根据以上结果可知，仅通过简单地使n型掺杂剂的蒸发速度维持恒定速度是不充分的，如上所述，若追随锭的提拉速度的变动而控制n型掺杂剂的蒸发量，则能够不依赖时间性变动因素而将硅熔液10中的n型掺杂剂的浓度控制为恒定。以下，根据该模拟实验结果，对本发明的实施方式进行说明。
(单晶硅锭的制造方法)
根据本发明的一实施方式的单晶硅锭的制造方法能够利用图7中示意性地图示的单晶硅提拉炉100来进行。该单晶硅提拉炉100具有：坩埚20，其储存硅熔液10；腔室30，其容纳该坩埚20；压力调整部40，其调整该腔室30内的压力(以下，称为“炉内压”)；提拉部50，其从硅熔液10提拉单晶硅锭1(以下，简记为“锭1”)；气体供给部60，其向腔室30内供给Ar气体；及引导部70，其配置于硅熔液10的表面的上方，且以使Ar气体沿着硅熔液10的表面流动的方式进行引导，根据需要还具有其他结构。在此，单晶硅提拉炉100中，对硅熔液10添加有由Sb或As构成的n型掺杂剂(以下，简记为“n型掺杂剂”)。
并且，基于本实施方式的制造方法包括：提拉工序，其中，通过切克劳斯基法提拉单晶硅锭1；及蒸发量控制工序，其中，一边进行该提拉工序，一边调整包括腔室30内的压力(即，炉内压)、Ar气体的流量以及引导部70及硅熔液10的间隔(以下，简记为“间隙”。)G中的至少任一个的提拉条件值，由此将n型掺杂剂从硅熔液10蒸发时的每单位固化率的蒸发量维持在每单位固化率的目标蒸发量的范围内。
提拉工序能够通过利用CZ法进行的以往公知的方法来进行。本实施方式中，一边进行该提拉工序，一边追随锭的提拉1，进行将n型掺杂剂的每单位固化率的蒸发量[atoms/单位固化率]维持在目标蒸发量的范围内的蒸发量控制工序，这成为特征性工序之一。另外，在蒸发量控制工序中“将每单位固化率的蒸发量维持在每单位固化率的目标蒸发量的范围内”并不是指在数学意义上维持在恒定量，而是指为了使蒸发量维持在所希望的蒸发量范围内，控制提拉条件值中的任一个或2个以上。例如，将目标蒸发量设为所希望的每单位固化率的蒸发量A[atoms/单位固化率]时，以维持A±10％的范围内的蒸发量变动的方式进行控制包含在“将每单位固化率的蒸发量维持在每单位固化率的目标蒸发量的范围内”，优选以维持A±8％的范围内的蒸发量变动的方式进行控制，更优选以维持A±7％的范围内的蒸发量变动的方式进行控制。
另外，每单位固化率的目标蒸发量优选在晶体生长方向上恒定。这是因为能够使电阻率在晶体生长方向上的整个区域中大致恒定。然而，也可以根据提拉过程中的晶体长度，使每单位固化率的目标蒸发量递增或递减，或者按晶体长度划分来使每单位固化率的目标蒸发量增减。如此，能够获得在晶体生长方向上具有任意电阻率的单晶硅锭。
蒸发量控制工序大致能够通过如下2个方法来进行。第1方法是，预先求出n型掺杂剂的每单位固化率的蒸发量与上述提拉条件值之间的对应关系，将该对应关系适用于下一批之后的提拉时。以下，将该第1方式称为“批次间控制方式”。第2方法是，在提拉过程中在原位(in-situ)测定n型掺杂剂的每单位固化率的蒸发量，在1次提拉处理中控制该蒸发量的方法。以下，将该第2方式称为“原位控制方式”。
<批次间控制方式>
在本实施方式中适用批次间控制方式时，优选在提拉工序之前还包括：利用单晶硅提拉炉100制作1个以上的评价用单晶硅锭的工序；及根据该评价用单晶硅锭的晶体生长方向上的电阻率的推移，求出单晶硅提拉炉100中的n型掺杂剂的每单位固化率的蒸发量的推移的工序。并且，在蒸发量控制工序中，优选利用如此求出的蒸发量的推移增减提拉条件值。以下，对各工序的详细内容进行说明。
在制作评价用单晶硅锭的工序中，一边利用提拉工序中的提拉速度的设定程序，一边调整炉内压、Ar气体的流量及间隙G中的至少任意一个以上的条件值，制作了评价用单晶硅锭(以下，“评价用锭”)。
接着，在晶体生长方向上分析如此制作的评价用锭，求出晶体生长方向上的掺杂剂浓度或电阻率的推移作为固化率的函数。根据该推移，能够求出单晶硅提拉炉100中的n型掺杂剂的每单位固化率的蒸发量的推移(即，作为固化率的函数的蒸发量)，因此能够确认包括制作评价用锭时的炉内压、Ar气体的流量及间隙G的条件值对每单位固化率的蒸发量的影响。
并且，如上所述，Ar流速与炉内压成反比关系，与Ar流量成正比关系，与间隙成反比关系。因此，只要以增减蒸发量，或者维持蒸发量，或者减少蒸发量的方式，沿着固化率变更提拉过程中的上述条件值即可，以使沿着评价用锭的固化率的掺杂剂的蒸发量维持在目标蒸发量的范围内。
具体而言，增加掺杂剂的蒸发量时，只要进行对炉内压进行减压、增加Ar流量及减小间隙G中的任一个或2个以上即可。另外，并非必需向促进蒸发的方向调整所有这3个控制因子，例如可以一边增加Ar流速，一边为了微调而对炉内压进行加压，进一步增减间隙G来进行调整等。
相反地，减少掺杂剂的蒸发量时，相反地只要进行对炉内压进行加压、或减少Ar流量及加大间隙G中的任一个或2个以上即可。并且，并非必需向抑制蒸发的方向调整所有这3个控制因子，例如可以一边减小Ar流速，一边为了微调而对炉内压进行减压，进一步增减间隙G来进行调整等。
并且，若沿着评价用锭的固化率，掺杂剂的蒸发量在规定的时机为恒定量，则在该时机维持上述条件值即可。在蒸发量控制工序中，如此优化条件值，在提拉工序中以从试验用锭时的条件值进行改良的条件值进行锭1的提拉。
另外，优选改变条件值来制作多个评价用锭，根据多个评价用锭，在蒸发量控制工序中，利用如此求出的蒸发量的推移增减提拉条件值。能够以使n型掺杂剂蒸发时的每单位固化率的蒸发量更加精度良好地维持在目标蒸发量的范围内的方式进行控制。
并且，通过如下步骤，也能够控制n型掺杂剂的每单位固化率的蒸发量。此时，可以实际制作评价用锭，也可以通过数值计算求出各参数。
<1>首先，如图9所示，将提拉速度固定为作为对象的籽晶的平均提拉速度(或其邻近值)，将Ar流量及间隙G固定为所使用的CZ炉的标准值，改变炉内压来培育多个评价用锭。
<2>测量各个评价用锭中的晶体生长方向上的电阻率CS(fs)。(fs为固化率)
<3>根据偏析的关系式(CS(fs)＝k0CL(fs)、k0：没有蒸发时的偏析系数)求出硅熔液10中的掺杂剂浓度CL(fs)。
<4>而且，将初始的熔液中的掺杂剂浓度设为C0，根据没有蒸发时的熔液中的掺杂剂浓度：CL 0(fs)＝C0(1-fs)ke-1和在上述<3>中求出的CL(fs)的差，求出每单位固化率的蒸发量dCv(fs)。
<5>将每单位固化率的蒸发量dCv(fs)进行平均化来确定平均的每单位固化率的蒸发量与炉内压之间的关系。
<6>同样地，如图9所示那样将提拉速度固定为作为对象的籽晶的平均提拉速度(或其邻近值)，将炉内压及间隙G固定为所使用的CZ炉的标准值，将Ar流速设为变量来培育多个评价用锭，实施上述<2>至<5>的步骤来确定平均的每单位固化率的蒸发量与Ar流量之间的关系。
<7>同样地，如图9所示那样将提拉速度固定为作为对象的籽晶的平均提拉速度(或其邻近值)，将炉内压及Ar流量固定为所使用的CZ炉的标准值，改变间隙G来培育多个晶体，实施上述<2>至<5>的步骤来确定平均的每单位固化率的蒸发量与间隙G之间的关系。
<8>利用上述平均的每单位固化率的蒸发量与炉内压之间的关系，设定作为固化率的函数的炉内压程序，该炉内压程序与成为提拉对象的锭1的固化率的函数即提拉速度程序对应。
<9>利用在上述<8>中设定的提拉速度程序及炉内压程序，实施成为提拉对象的锭1的提拉。
<10>在如此制作的锭1中，存在从所希望的电阻率的偏离时，将该锭1视作评价用锭，将炉内压作为主操作参数，并将Ar流量或间隙G作为微调的操作参数，设定精度更高的与压力、Ar流量、间隙相关的提拉时的程序，在该条件下进行锭1的提拉。
<原位控制方式>
还优选代替批次间控制方式利用原位控制方式。认为在原理上能够更可靠地将n型掺杂剂的蒸发量控制成维持在目标蒸发量的范围内。
在本实施方式中适用原位控制方式时，优选还包括测定工序，该测定工序中，一边进行提拉工序一边测定n型掺杂剂的每单位固化率的蒸发量，在蒸发量控制工序中，以使所测定的每单位固化率的蒸发量维持在目标蒸发量的范围内的方式调整提拉条件值。
在此，优选在上述测定工序中，测定在Ar气体的排出口侧与Ar气体一同排出的n型掺杂剂的浓度。
为了进行这种测定工序，在单晶硅提拉炉100的Ar气体的排出口侧设置进行基于红外分光法或质量分析法的测定的测定部81，能够通过该测定部81进行与Ar气体一同排出的n型掺杂剂的气体分析。作为测定部81，例如能够利用四极质量分析仪(QMS)。当n型掺杂剂为Sb时，Sb以Sb单体、SbO及Sb2O3等形态包含于Ar气体中，因此例如分析SbO的气体浓度即可。例如，若使从锭1的培育初期起的SbO的气体浓度恒定，则每单位固化率的蒸发量也能够维持为恒定量。为了控制n型掺杂剂的蒸发量，如在批次间控制方式中进行的说明那样，调整提拉条件值中的任一个或2个以上即可。
并且，在上述测定工序中，优选测定提拉过程中的锭1的直径及提拉长度，并根据基于该测定的固化率和Ar气体中包含的n型掺杂剂的浓度，测定每单位固化率的蒸发量。另外，关于提拉过程中的锭1的直径及提拉长度，能够通过图7中未图示的直径测量用的CCD相机测定生长中的直径的值，并且利用控制部80测定相当于提拉长度的线材52的卷取长度。如此，能够根据培育中的固化率更严密地控制蒸发量。
利用图8的示意图，对本实施方式的优选测定工序进行更详细的说明。通过从提拉过程中的单晶硅提拉炉100测定锭1的直径及提拉长度，确定提拉时点的固化率及其变化率。若利用上述测定部81，则能够测定基于单晶硅提拉炉100的n型掺杂剂的每单位时间的蒸发量(蒸发速度)或与其相当的值。根据所测定的固化率和n型掺杂剂的蒸发速度，能够在原位评价每单位固化率的n型掺杂剂的蒸发量。因此，当在原位评价的每单位固化率的n型掺杂剂的蒸发量欲从目标蒸发量的范围内偏离时，以补偿该偏离的方式调整炉内压、Ar流量及间隙G中的任一个来控制蒸发量即可。
还优选组合上述的批次间控制方式及原位控制方式来进行根据本实施方式的单晶硅锭的制造方法。
根据本实施方式，通过控制Sb化合物或As化合物的蒸发，能够提高n型单晶硅锭1的晶体轴向上的电阻成品率，而且能够降低晶体成本。由于积极地促进Sb或As等挥发性n型掺杂剂的化合物的蒸发，因此增大硅熔液10表面上的Ar流速，其结果，还能够期待碳污染(由于通过加热器等碳部件与从熔液挥发的SiO的反应而生成的CO气体向熔液的逆流而产生的向熔液的再溶解和蓄积所引起)的抑制效果。
另外，本实施方式还能够适用于将Sb及As中的任一个作为n型掺杂剂的情况，但用于使用Sb时更有效。这是因为Sb的蒸发速度远快于As。
以下，对单晶硅提拉炉100的各结构的具体方式进行叙述，但本发明并不受以下方式的任何限定。
硅熔液10为单晶硅锭1的原料。通常，聚硅为原料，通过设置于坩埚20的外周的加热器90等加热原料来溶解，维持熔液的状态。硅熔液中，除了添加n型掺杂剂以外，还可以添加氮。
坩埚20储存硅熔液10，通常，能够设为内侧为石英坩埚且外侧为碳坩埚的双重结构。能够在坩埚20的下端部设置升降旋转机构21。
在坩埚20的下端部，设置有未图示的升降旋转机构。升降旋转机构能够经由控制部80升降及旋转，还能够控制间隙G。通常，升降旋转机构21的旋转方向向与提拉部50的旋转方向相反的方向旋转。
能够在腔室30的底部设置Ar气体排出口，能够在腔室的上方设置Ar气体供给口。图7图示该方式，但配置关系并不受该例子的任何限制。Ar气体能够从阀41供给，并能够从阀42排出。阀41、42及真空泵43成为本实施方式中的压力调整部40。能够在阀41的上游设置Ar气体的供给源，该供给源成为气体供给部60。
提拉部50能够具有线材卷取机构51、通过线材卷取机构51卷取的提拉线材52及保持籽晶的夹头53。
引导部70可设为单晶硅提拉炉100的热屏蔽部件71的硅熔液10侧的前端部，但还优选在该前端部作为引导板来设置。易通过基于引导板的引导而沿着硅熔液10的表面向外侧引导Ar气体，且易控制流速。此时，间隙设为熔液表面与引导板之间的间隔。热屏蔽部件71防止硅锭1的加热，并且抑制硅熔液10的温度变动。另外，与图7不同，引导部70也可以是锐角状的形状。
单晶硅提拉炉100能够具有控制部80，通过该控制部80控制升降旋转机构21、提拉部50、气体供给部60、测定部81，由此能够控制已述的提拉条件值。
如上所述，测定部81通过红外分光法或质量分析法，测定将n型掺杂剂作为构成元素的掺杂剂气体的气体浓度。作为测定部81，优选利用质量分析仪，例如能够利用四极质量分析仪(QMS)。这是因为能够快速分离大流量的气体，且能够将装置小型化。此外，还能够利用红外分光测量器。优选将测定部设置成与阀42的上游的配管连结。另外，虽未图示，但已用测定部81进行气体分析的气体能够回收到阀42与泵43之间。
并且，图7中虽未图示，但单晶硅提拉炉100还能够具有以往公知的加热器、磁场供给装置等。
并且，在提拉工序中，优选将把锭1的生长速度设为v[mm/分钟]并把锭1的单晶生长时的从融点至1350℃的温度梯度设为G[℃/mm]时的比v/G，例如控制为0.22～0.27左右。这是因为若v/G超过该范围，则易产生COP及Void(空穴)，若低于该范围，则易产生位错簇。
并且，在提拉工序中，优选在炉内以氮浓度2×1013[atoms/cm3]以上且1×1015[atoms/cm3]以下掺杂氮。并且，在提拉工序中，还优选通过在炉内对Ar气体添加3％以上且8％以下的氢气体来掺杂氢。此时，关于v/G的范围，优选在不掺杂氮或氢的条件下，进行v/G的倾斜提拉(更具体而言，以在晶体生长方向总长上成为V字形状或W字形状的方式，改变提拉速度)，确定不产生COP或Void及位错簇的v/G范围，并以上述v/G范围掺杂氮或氢。
而且，优选将锭1的晶格间氧Oi的浓度[Oi]的范围设为[Oi]≤6×1017[atoms/cm3](ASTM F-121(1979)，以下相同)，更优选设为[Oi]≤4×1017[atoms/cm3]，尤其优选设为[Oi]≤1×1017[atoms/cm3]。若为[Oi]≤6×1017[atoms/cm3]，则不会产生氧及氮所致的供体。并且，若为[Oi]≤4×1017[atoms/cm3]，则在as-grown及氧析出物明显化热处理(780℃/3hr、进一步1000℃/16小时、O2气氛)之后通过红外断层扫描法(检测下限尺寸：～25nm)，不会检测出氧析出物。而且，若为[Oi]≤1×1017[atoms/cm3]，则在as-grown及氧析出物明显化热处理(780℃/3hr、进一步1000℃/16小时、O2气氛)之后通过RIE(反应离子蚀刻，Reactive Ion Etching)法(检测下限尺寸：5nm～7nm)，也不会检测出氧析出物。晶格间氧浓度能够通过调整坩埚20的旋转速度来控制。
(单晶硅锭)
通过上述制造方法的实施方式，能够制造一种将Sb或As作为n型掺杂剂的单晶硅锭，该单晶硅锭的特征在于，电阻率在10Ω·cm以上且1000Ω·cm的范围内，晶体直径为200mm以上，单晶硅锭的晶体生长方向上的该单晶硅锭的40％以上在规格电阻率的±7％的范围内。能够实现适合用于功率器件的、晶体生长方向上的电阻率的公差小的n型且高电阻的单晶硅锭。其中，关于电阻率，将锭内的成为产品范围外的颈部、冠部及尾部等排除在外，仅将直体部的电阻率作为对象。
并且，电阻率能够设为50Ω·cm以上。并且，还能够将晶体直径设为300mm以上。还能够使晶体生长方向上的单晶硅锭的40％以上成为规格电阻率的±7％的范围内。
实施例
接着，为了进一步明确本发明的效果而举出以下的实施例，但本发明并不受以下实施例的任何限制。
根据已述的批次间控制方式中的<1>～<10>的步骤，制作了将Sb作为n型掺杂剂的单晶硅锭。
<1>如图9所示，将提拉速度固定为实际进行提拉的锭1的平均提拉速度(图9的双点划线)，将Ar流量及间隙G也固定为所使用的CZ炉的标准的恒定值，改变炉内压来培育了7个试验用锭，并求出了此时的试验用锭中的掺杂剂浓度。炉内压分别为10、15、20、25、30、40、100torr。
另外，在上述表1的培育条件下，以使将炉内压设为20torr且将目标电阻设为50Ω·cm时的硅熔液中及试验用锭中的掺杂剂浓度恒定的方式，设定了初始熔液中的Sb掺杂剂浓度及蒸发速度。即，平均提拉速度为1.0[mm/min]，熔液中掺杂剂浓度为4.1×1015[atoms/cm3]，蒸发速度为2.01×1015[atoms/sec]
<2>根据各个试验用锭的晶体生长方向上的电阻率求出试验用锭的掺杂剂浓度CS(fs)作为固化率的函数(fs：固化率)。将所获得的结果示于图10。
<3>根据偏析的关系式(CS(fs)＝k0CL(fs)、k0：没有蒸发时的平衡偏析系数)求出硅熔液中的掺杂剂浓度CL(fs)作为固化率的函数。
<4>而且，将初始熔液中的掺杂剂浓度设为C0，根据没有蒸发时的熔液中的掺杂剂浓度：CL 0(fs)＝C0(1-fs)ke-1和用上述<3>求出的硅熔液中的掺杂剂浓度CL(fs)，求出每单位固化率的蒸发量dCv(fs)作为固化率的函数。
<5>将蒸发量dCv(fs)进行平均化，如图11A所示那样求出经平均化的每单位固化率的蒸发量与炉内压之间的关系。
<6>同样地，将提拉速度固定为实际进行提拉的锭1的提拉速度的平均提拉速度，将炉内压及间隙固定为所使用的CZ炉的标准值，改变Ar流速来培育多个评价用锭，实施上述<2>至<5>的步骤来求出了平均的每单位固化率的蒸发量与Ar流量之间的关系。图11B中示出该关系的示意图。
<7>同样地，将提拉速度固定为实际进行提拉的锭1的提拉速度的平均提拉速度，将炉内压、Ar流量固定为所使用的CZ炉的标准值，改变间隙G来培育多个晶体，实施上述<2>至<5>的步骤来求出了平均的每单位固化率的蒸发量与间隙G之间的关系。图11C中示出该关系的示意图。
<8>针对利用上述平均的每单位固化率的蒸发量与炉内压之间的关系(图11A)、平均的每单位固化率的蒸发量与Ar流量之间的关系(图11B)及平均的每单位固化率的蒸发量与间隙G之间的关系(图11C)，如图12所述那样实际进行提拉的锭1，制作与固化率的函数即提拉速度的程序对应的作为固化率的函数的炉内压程序，并设定于单晶硅提拉炉100的控制部80。
<9>利用所设定的提拉速度的程序及炉内压程序，实施了锭1的提拉。
<10>将提拉后的锭1的电阻率分布(第1批)示于图13。根据图1，可确认与以往的公差相比得到了大幅改善，但存在自所希望的电阻率的公差内(50[Ω·cm]±7％)的偏离，因此将炉内压作为主操作参数，将Ar流量及Gap作为微调的操作参数，再次设定精度更高的与压力、Ar流量、Gap相关的程序，并适用于下一批(第2批)的提拉，其结果，能够进行进一步高精度的掺杂剂蒸发控制，确认到能够在目标公差内控制电阻率。另外，确认到第1批锭中，在晶体生长方向上约50％在规格电阻率的±7％的范围内，并确认到第2批锭中，在晶体生长方向上100％(全部)在规格电阻率的±7％的范围内。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种适合用于功率器件的、晶体生长方向上的电阻率的公差小的n型且高电阻的单晶硅锭的制造方法。
附图标记说明
1-单晶硅锭，10-硅熔液，20-坩埚，30-腔室，40-压力调整部，50-提拉部，60-Ar气体供给部，70-引导部，80-控制部，81-测定部。

Claims (6)

1.一种单晶硅锭的制造方法，其利用单晶硅提拉炉制造单晶硅锭，所述单晶硅提拉炉具有：坩埚，其储存硅熔液；腔室，其容纳该坩埚；压力调整部，其调整该腔室内的压力；提拉部，其从所述硅熔液提拉单晶硅锭；气体供给部，其向所述腔室内供给Ar气体；及引导部，其配置于所述硅熔液的表面的上方，且以使所述Ar气体沿着所述硅熔液的表面流动的方式进行引导，所述单晶硅锭的制造方法的特征在于，
所述硅熔液中添加有由Sb或As构成的n型掺杂剂，
所述制造方法包括：
提拉工序，其中，通过切克劳斯基法提拉所述单晶硅锭；及
蒸发量控制工序，其中，一边进行该提拉工序，一边调整包括所述腔室内的压力、所述Ar气体的流量以及所述引导部及所述硅熔液的间隔中的至少任一个的提拉条件值，由此使所述n型掺杂剂从所述硅熔液蒸发时的每单位固化率的蒸发量控制为维持在每单位固化率的目标蒸发量的范围内。
2.根据权利要求1所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
所述目标蒸发量在晶体生长方向上恒定。
3.根据权利要求1或2所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
在所述提拉工序之前，还包括：
利用所述单晶硅提拉炉制作1个以上的评价用单晶硅锭的工序；及
根据该评价用单晶硅锭的晶体生长方向上的电阻率的推移，求出所述单晶硅提拉炉中的所述n型掺杂剂的每单位固化率的蒸发量的推移的工序，
在所述蒸发量控制工序中，利用所述求出的所述蒸发量的推移来增减所述提拉条件值。
4.根据权利要求1或2所述的单晶硅锭的制造方法，其还包括：
测定工序，其中，一边进行所述提拉工序，一边测定所述n型掺杂剂的所述每单位固化率的蒸发量，
在所述蒸发量控制工序中，以使所述测定的所述每单位固化率的蒸发量维持在所述目标蒸发量的范围内的方式调整所述提拉条件值。
5.根据权利要求4所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
在所述测定工序中，测定在所述Ar气体的排出口侧与所述Ar气体一同排出的所述n型掺杂剂的浓度。
6.根据权利要求5所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
在所述测定工序中，测定提拉过程中的所述单晶硅锭的直径及提拉长度，根据基于该测定的固化率和所述Ar气体中包含的所述n型掺杂剂的浓度，计算所述每单位固化率的蒸发量。
CN201880014539.9A 2017-02-28 2018-01-11 单晶硅锭的制造方法及单晶硅锭 Active CN110536980B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-037618 2017-02-28
JP2017037618 2017-02-28
PCT/JP2018/000514 WO2018159108A1 (ja) 2017-02-28 2018-01-11 シリコン単結晶インゴットの製造方法およびシリコン単結晶インゴット

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110536980A CN110536980A (zh) 2019-12-03
CN110536980B true CN110536980B (zh) 2021-06-29

Family

ID=63370272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880014539.9A Active CN110536980B (zh) 2017-02-28 2018-01-11 单晶硅锭的制造方法及单晶硅锭

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11078595B2 (zh)
JP (1) JP6699797B2 (zh)
KR (1) KR102253579B1 (zh)
CN (1) CN110536980B (zh)
DE (1) DE112018001044T5 (zh)
WO (1) WO2018159108A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112981520A (zh) * 2021-01-08 2021-06-18 隆基绿能科技股份有限公司 一种单晶硅拉晶工艺方法
CN115491750A (zh) * 2021-06-17 2022-12-20 内蒙古中环协鑫光伏材料有限公司 一种控制掺镓单晶电阻率的单晶拉制工艺
CN113564693B (zh) * 2021-08-02 2022-09-27 宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司 低电阻率重掺砷硅单晶生产方法
JP2023090559A (ja) 2021-12-17 2023-06-29 株式会社Sumco シリコンウェーハ及びその製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101654804A (zh) * 2009-09-24 2010-02-24 浙江大学 一种在晶体生长过程中控制掺镓直拉硅电阻率的方法
JP2010059032A (ja) * 2008-09-05 2010-03-18 Sumco Corp 垂直シリコンデバイス用シリコンウェーハ及びその製造方法、垂直シリコンデバイス用シリコン単結晶引き上げ装置、並びに、垂直シリコンデバイス
JP2012031023A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Sumco Corp シリコン単結晶の製造方法
CN102912424A (zh) * 2012-10-10 2013-02-06 浙江大学 提高直拉单晶硅轴向电阻率均匀性的方法及得到的单晶硅

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61227986A (ja) 1985-03-30 1986-10-11 Shin Etsu Handotai Co Ltd 単結晶シリコン棒の製造方法
JPS62113789A (ja) 1985-11-11 1987-05-25 Nec Corp 単結晶引上装置
JPH02116695A (ja) 1988-10-25 1990-05-01 Osaka Titanium Co Ltd 単結晶の製造方法
JPH0777995B2 (ja) * 1989-11-16 1995-08-23 信越半導体株式会社 単結晶の比抵抗コントロール方法
EP0625595B1 (en) * 1993-03-29 2001-09-19 Research Development Corporation Of Japan Control of oxygen concentration in single crystal pulled up from melt containing group-V element
JPH10291892A (ja) * 1997-04-22 1998-11-04 Komatsu Electron Metals Co Ltd 結晶中の不純物濃度検出方法および単結晶の製造方法並びに単結晶引上げ装置
DE10250822B4 (de) * 2002-10-31 2006-09-28 Siltronic Ag Verfahren zur Herstellung eines mit leichtflüchtigem Fremdstoff dotierten Einkristalls aus Silicium
DE112007001701B4 (de) * 2006-07-20 2018-03-15 Sumco Techxiv Corp. Verfahren zur Injektion von Dotierstoff, Dotiervorrichtung und Ziehvorrichtung
JP4813313B2 (ja) * 2006-09-29 2011-11-09 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 シリコン単結晶引上げ装置及び該装置に使用される黒鉛部材並びに黒鉛部材の劣化防止方法
JP5118386B2 (ja) 2007-05-10 2013-01-16 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 単結晶の製造方法
JP4516096B2 (ja) * 2007-05-31 2010-08-04 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 シリコン単結晶の製造方法
JP5262346B2 (ja) 2008-06-27 2013-08-14 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコン単結晶の製造方法
US8961686B2 (en) * 2008-07-25 2015-02-24 Sumco Techxiv Corporation Method of manufacturing monocrystal, flow straightening cylinder, and monocrystal pulling-up device
KR101254998B1 (ko) 2008-11-25 2013-04-16 에스케이텔레콤 주식회사 호처리 메시지의 우회전송 제공 시스템 및 방법
JP5708171B2 (ja) * 2010-04-26 2015-04-30 株式会社Sumco シリコン単結晶引き上げ装置及びシリコン単結晶の製造方法
JP5934218B2 (ja) * 2010-09-03 2016-06-15 ジーテイーエイテイー・アイピー・ホールデイング・エルエルシーＧＴＡＴ ＩＰ Ｈｏｌｄｉｎｇ ＬＬＣ ガリウム、インジウムまたはアルミニウムでドープされたケイ素の単結晶
JP5595318B2 (ja) * 2011-03-29 2014-09-24 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 単結晶引上装置及び単結晶引き上げ方法
WO2014106086A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Memc Electronic Materials S.P.A. Indium-doped silicon wafer and solar cell using the same
JP5974978B2 (ja) * 2013-05-29 2016-08-23 信越半導体株式会社 シリコン単結晶製造方法
US20180291524A1 (en) * 2015-05-01 2018-10-11 Corner Star Limited Methods for producing single crystal ingots doped with volatile dopants
US10487418B2 (en) * 2016-01-06 2019-11-26 Globalwafers Co., Ltd. Seed chuck assemblies and crystal pulling systems for reducing deposit build-up during crystal growth process
US20180087179A1 (en) * 2016-09-28 2018-03-29 Corner Star Limited Single crystal silicon ingots having doped axial regions with different resistivity and methods for producing such ingots

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010059032A (ja) * 2008-09-05 2010-03-18 Sumco Corp 垂直シリコンデバイス用シリコンウェーハ及びその製造方法、垂直シリコンデバイス用シリコン単結晶引き上げ装置、並びに、垂直シリコンデバイス
CN101654804A (zh) * 2009-09-24 2010-02-24 浙江大学 一种在晶体生长过程中控制掺镓直拉硅电阻率的方法
JP2012031023A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Sumco Corp シリコン単結晶の製造方法
CN102912424A (zh) * 2012-10-10 2013-02-06 浙江大学 提高直拉单晶硅轴向电阻率均匀性的方法及得到的单晶硅

Also Published As

Publication number Publication date
KR102253579B1 (ko) 2021-05-18
US20190352796A1 (en) 2019-11-21
CN110536980A (zh) 2019-12-03
KR20190109489A (ko) 2019-09-25
DE112018001044T5 (de) 2019-11-28
JP6699797B2 (ja) 2020-05-27
JPWO2018159108A1 (ja) 2019-06-27
US11078595B2 (en) 2021-08-03
WO2018159108A1 (ja) 2018-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110536980B (zh) 单晶硅锭的制造方法及单晶硅锭
KR102312204B1 (ko) 저항률 제어방법 및 n형 실리콘 단결정
KR101276138B1 (ko) 단결정의 제조방법 및 어닐 웨이퍼의 제조방법
CN110678585B (zh) 单晶硅锭的制造方法及单晶硅培育装置
EP1115918B1 (en) Enhanced n-type silicon material for epitaxial wafer substrate and method of making same
US20090061140A1 (en) Silicon Single Crystal Producing Method, Annealed Wafer, and Method of Producing Annealed Wafer
EP1640484A1 (en) Process for producing single crystal and single crystal
KR101117477B1 (ko) 단결정 제조방법 및 단결정
KR102315981B1 (ko) n형 실리콘 단결정의 제조 방법, n형 실리콘 단결정의 잉곳, 실리콘 웨이퍼 및 에피택셜 실리콘 웨이퍼
US7323048B2 (en) Method for producing a single crystal and a single crystal
US7767020B2 (en) Method for manufacturing single crystal semiconductor
US20200199773A1 (en) Center Slab Lapping and Resistivity Measurement During Single Crystal Silicon Ingot Production
JP7047752B2 (ja) 単結晶シリコンの製造方法
JP7287521B2 (ja) Ｃｚ法により製造された原料結晶の抵抗率の測定方法及びｆｚシリコン単結晶の製造方法
US20230031070A1 (en) Silicon single crystal manufacturing method, silicon single crystal, and silicon wafer
KR101252915B1 (ko) 단결정 잉곳 제조방법
TWI671440B (zh) 矽單結晶的製造方法、矽單結晶及矽晶圓
US20200199774A1 (en) Sample Rod Center Slab Resistivity Measurement With Four-Point Probe During Single Crystal Silicon Ingot Production
KR101101096B1 (ko) 단결정 잉곳 성장 방법 및 이에 의해 성장된 단결정 잉곳
US20200199775A1 (en) Sample Rod Center Slab Resistivity Measurement During Single Crystal Silicon Ingot Production
KR20120024140A (ko) 단결정 잉곳 제조방법 및 실리콘 단결정 잉곳
JP2018193270A (ja) シリコン単結晶の評価方法およびシリコン単結晶の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant