CN110678585B - 单晶硅锭的制造方法及单晶硅培育装置 - Google Patents

单晶硅锭的制造方法及单晶硅培育装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适合供于功率器件的、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及单晶硅培育装置。在通过利用提拉法的单晶硅培育装置将Sb或As作为n型掺杂剂的单晶硅锭的制造方法中进行：测定工序，一边提拉单晶硅锭(1)，一边测定构成元素中包含所述n型掺杂剂的化合物气体的气体浓度；及提拉条件值调整工序，以使所述测定的气体浓度落入到目标气体浓度的范围内的方式调整包含腔室(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。

Description

单晶硅锭的制造方法及单晶硅培育装置
技术领域
本发明涉及一种单晶硅锭的制造方法及单晶硅培育装置。尤其，涉及一种适合供于绝缘栅双极晶体管(IGBT)用的n型硅晶片的制造的n型单晶硅锭的制造方法及单晶硅培育装置。
背景技术
用作半导体器件的基板的硅晶片是通过将通过单晶硅培育装置培育的单晶硅锭切成薄片，并经平面磨削(抛光)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提拉(CZ；Czochralski)法制造。使用CZ法的单晶硅培育装置还称作单晶硅提拉炉及CZ炉等。
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：Insulated GateBipolar 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，如图1所示，通过FZ法培育的单晶硅锭没有n型掺杂剂的偏析，因此能够将锭的直体部几乎整体用作产品。然而，目前，通过FZ法能够稳定地制造的单晶硅锭的直径为150mm，利用FZ法难以制造直径200mm以上，尤其直径300mm的大口径的单晶硅锭。
另一方面，在利用CZ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，还提出了将偏析系数比P更小但蒸发速度远快于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，其为通过提拉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，该垂直硅器件用硅晶片中，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，但在晶体生长方向上以高成品率实现今后要求的公差这一点存在改良的余地。
因此，本发明鉴于上述各种技术问题，目的在于提供一种适合供于功率器件的、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及单晶硅培育装置。
用于解决技术问题的方案
本发明人等为了解决上述技术问题进行了深入研究。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，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型掺杂剂相当的n型掺杂剂从熔液表面蒸发。因此，本发明人等首先对使来自晶体提拉过程中的硅熔液的n型掺杂剂的蒸发速度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掺杂剂元素单体的气体或氧化磷(PxOy)、氧化锑(SbxOy)或者氧化砷(AsxOy)等化合物气体形态的蒸发。认为这种氧化物通过作为原料的硅和从石英坩埚溶出的氧键合而在硅熔液内生成，并以气体形态从硅熔液的表面排出。
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，能够仅通过扩散实现物质移动)中的n型掺杂剂的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n型掺杂剂的化合物的浓度梯度变大，从熔液蒸发的n型掺杂剂的蒸发量也变多。如此，为了控制n型掺杂剂的蒸发速度，需要控制硅熔液正上方的Ar气体流速。
因此，本发明人等想到测定在构成元素中包含在CZ炉中以气体的形态排出的n型掺杂剂的掺杂剂气体的气体浓度，并以使其气体浓度成为恒定的方式控制Ar气体流速。硅培育中测定的掺杂剂气体浓度直接反映出从硅熔液表面蒸发的n型掺杂剂的浓度。使用原位(in-situ)测定掺杂剂气体的气体浓度，并以使气体浓度维持适当范围的方式，通过工艺条件控制Ar气体流速，由此能够使气体浓度落入到适当范围，结果，能够制作高成品率的单晶硅锭。
本发明人等发现通过进行这种控制，也能够将单晶硅锭的掺杂剂浓度在晶体生长方向设为恒定，与以往相比能够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，若在硅培育中使气体浓度按所期望变化，则还能够培育在晶体生长方向上具有任意电阻率的单晶硅锭。根据上述见解完成的本发明的主旨构成为如下。
(1)一种单晶硅锭的制造方法，其利用单晶硅培育装置制造单晶硅锭，所述单晶硅培育装置具有：坩埚，储存硅熔液；腔室，容纳该坩埚；压力调整部，调整该腔室内的压力；提拉部，从所述硅熔液提拉单晶硅锭；气体供给部，向所述腔室内供给Ar气体；气体排出部，从所述腔室排出所述Ar气体；及引导部，配置在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n型掺杂剂，
所述单晶硅锭的制造方法包括：
提拉工序，通过提拉法提拉所述单晶硅锭；
测定工序，一边进行所述提拉工序，一边测定构成元素中包含所述n型掺杂剂的掺杂剂气体的气体浓度；及
提拉条件值调整工序，一边进行所述提拉工序，一边以使所述测定的气体浓度落入到目标气体浓度的范围内的方式调整包含所述腔室内的压力、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。
(2)根据上述(1)所述的单晶硅锭的制造方法，其中，所述目标浓度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，所述测定工序中，测定所述Ar气体的排出口侧上的与所述Ar气体一同排出的所述掺杂剂气体的气体浓度。
(4)根据上述(1)至(3)中任一项所述的单晶硅锭的制造方法，其中，使用质量分析仪测定所述掺杂剂气体的气体浓度。
(5)根据上述(1)至(4)中任一项所述的单晶硅锭的制造方法，其中，所述n型掺杂剂为Sb或As。
(6)一种单晶硅培育装置，其具有：坩埚，储存添加有n型掺杂剂的硅熔液；升降旋转机构，设在所述坩埚的下端，并旋转及升降所述坩埚；腔室，容纳所述坩埚；压力调整部，调整该腔室内的压力；提拉部，通过提拉法从所述硅熔液提拉单晶硅锭；气体供给部，向所述腔室内供给Ar气体；气体排出部，从所述腔室排出所述Ar气体；及引导部，配置在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，在所述单晶硅培育装置中，
在所述Ar气体的排出口侧还具有测定在构成元素中包含与所述Ar气体一同排出的所述n型掺杂剂的掺杂剂气体的气体浓度的测定部。
(7)根据上述(6)所述的单晶硅培育装置，其中，所述测定部为质量分析仪。
(8)根据上述(6)或(7)所述的单晶硅培育装置，其还具有控制部，所述控制部控制所述升降旋转机构、所述压力调整部、所述提拉部、所述气体供给部及所述测定部，
经由所述控制部，一边进行所述提拉，一边以使通过所述测定部测定的气体浓度落入到目标气体浓度的范围内的方式，调整包含所述腔室内的压力、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。
(9)根据上述(6)至(8)中任一项所述的单晶硅培育装置，其中，所述n型掺杂剂为Sb或As。
发明效果
根据本发明，能够提供一种适合供于功率器件的、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及单晶硅培育装置。
附图说明
图1是说明通过以往技术获得的单晶硅锭的晶体生长方向上的电阻率的公差的示意图。
图2是表示使用于本发明的一实施方式的单晶硅提拉炉的示意图。
图3是表示相对于实施例中的晶体长度的SbO浓度的曲线图。
图4是表示相对于在实施例中制作的单晶硅锭的晶体长度的电阻率的分布的曲线图。
具体实施方式
(单晶硅锭的制造方法)
按照本发明的一实施方式的单晶硅锭的制造方法能够使用示意性地图示于图2中的单晶硅培育装置100而进行。该单晶硅培育装置100至少具有：坩埚20，储存硅熔液10；腔室30，容纳坩埚20；压力调整部40，调整腔室30内的压力(以下称作“炉内压”)；提拉部50，从硅熔液10提拉单晶硅锭1；气体供给部60，向腔室30内供给Ar气体；气体排出部，从腔室30排出Ar气体；及引导部70，配置在硅熔液10的表面的上方，且以使Ar气体沿硅熔液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，在单晶硅提拉炉100中，在硅熔液10中添加有n型掺杂剂。另外，作为n型掺杂剂，能够使用P(磷)、As(砷)、Sb(锑)中的任意1种或2种以上。
而且，基于本实施方式的制造方法包含：提拉工序，通过提拉法提拉单晶硅锭1；测定工序，一边进行所述提拉工序，一边测定构成元素中包含n型掺杂剂的掺杂剂气体的气体浓度；及提拉条件值调整工序，一边进行所述提拉工序，一边以使所述测定的气体浓度落入到目标气体浓度的范围内的方式调整包含腔室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(以下，称作间隙G)中的至少任一个的提拉条件值。以下，依次说明各工序的详细内容。
提拉工序能够通过使用CZ法进行的以往公知的方法进行。本实施方式中，一边进行该提拉工序，一边进行上述测定工序，并且使用通过测定工序测定的气体浓度进行上述提拉条件值调整工序。另外，在提拉条件值调整工序中“以使气体浓度落入到目标气体浓度的范围内的方式进行控制”是指为了将测定中的气体浓度维持在所期望的气体浓度范围内，控制提拉条件值中的任意1个或2个以上。将目标气体浓度设为所期望的气体浓度CG时，维持CG±10％范围内的气体浓度的变动包含在“以使气体浓度落入到目标气体浓度的范围内的方式进行控制”中，优选维持CG±8％范围内的气体浓度的变动，更优选维持CG±7％范围内的气体浓度的变动。
另外，优选目标浓度在晶体生长方向恒定。这是因为在晶体生长方向的整个区域上，能够将电阻率设为几乎恒定。然而，可以根据提拉中的晶体长度，逐渐增加或逐渐减小目标浓度或者按晶体长度区分而增减目标浓度。由此，能够获得在晶体生长方向上具有任意电阻率的单晶硅锭。
如上述，在测定工序中，一边进行提拉工序，一边测定在构成元素中包含n型掺杂剂的掺杂剂气体的气体浓度。优选在该测定工序中，测定Ar气体的排出口侧上的包含与Ar气体一同排出的n型掺杂剂的气体的浓度。从硅熔液10蒸发的n型掺杂剂成为磷单体、砷单体或锑单体、或磷化合物(PxOy等)、锑化合物(SbxOy等)或砷化合物(AsxOy等)的气体。n型掺杂剂为Sb时，与Ar气体一同主要同时排出Sb单体气体、SbO气体及Sb2O3气体，此时，可测定Sb、SbO气体及Sb2O3气体中的任意1种气体浓度，也可以分析2种以上。
在单晶硅培育装置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，通过该测定部81进行包含与Ar气体一同排出的n型掺杂剂的掺杂剂气体的气体分析，由此能够进行这样的测定工序。作为测定部81，优选使用质量分析仪，例如能够使用四极质量分析仪(QMS)，除此之外，还能够使用红外分光仪测定器。尤其若使用四极质量分析仪，则能够更可靠且精度良好地对作为对象的在构成元素中包含n型掺杂剂的掺杂剂气体进行定量分析。例如，测定SbO气体的气体浓度时，以使SbO气体的气体浓度从锭1的培育初期开始成为恒定的方式进行提拉条件值调整工序。
另外，优选测定工序在提拉工序期间从多晶硅原料的溶解至晶体冷却为止始终进行，但也可以每隔几十秒至几分钟进行测定工序。在提拉工序期间，始终进行测定工序并在提拉条件值调整工序中反应的方法能够抑制掺杂剂气体的气体浓度的变动即单晶硅锭1的晶体生长方向上的掺杂剂浓度的变动，因此优选。
在此，硅熔液10上的Ar流速相对于炉内压存在反比例的关系，而相对于Ar流量存在正比例的关系，而相对于间隙G存在反比例的关系。因此，提拉条件值调整工序中，以使通过上述测定工序测定的掺杂剂气体的气体浓度落入到目标浓度的范围内的方式，调整包含炉内压、Ar气体的流量及间隙G中的至少任一个的提拉条件值。
具体而言，在所测定的气体浓度的经时变化中，在逐渐接近目标气体浓度的范围的下限时，为了促进n型掺杂剂的蒸发，进行炉内压的减压、Ar流量的增加及间隙G的减小中的任意1个或2个以上即可。并且，在促进蒸发的方向不一定需要调整所有这3个控制因子，例如可以一边增加Ar流速，一边为了微调整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，当所测定的气体浓度大于作为目标的恒定浓度时，为了抑制n型掺杂剂的蒸发，进行炉内压的加压、Ar流量的减少、及间隙G的增大中的任意1个或2个以上即可。并且，在促进蒸发的方向不一定需要调整所有这3个控制因子，例如可以一边减少Ar流速，一边为了微调整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，若所测定的气体浓度维持作为目标的恒定浓度，则在该时刻维持上述提拉条件值即可。另外，从气体浓度的控制性的观点考虑，优选调整炉内压及Ar气体的流量双方。并且，首先仅由Ar流量调整气体浓度，而未发现达不到目标浓度的倾向时，也优选调整炉内压，并且首先仅由Ar流量调整气体浓度，而未发现似乎要超过目标浓度的倾向时，也优选调整炉内压。
并且，关于设为上述目标的恒定浓度，预先求出单晶硅锭1的目标电阻率与掺杂剂气体的气体浓度的关系，并从其对应关系选择成为所期望的电阻率的气体浓度即可。并且，可设为维持单晶硅锭1的培育中的任意时刻的掺杂剂气体的气体浓度。也优选维持培育初期的时刻的掺杂剂气体的气体浓度，并使培育中的气体浓度成为恒定浓度。
另外，本实施方式还能够适用于将P、As、Sb中的任一个作为n型掺杂剂的情况，但供于使用As或Sb的情况时更有效，而供于使用Sb的情况时尤其有效。其原因在于，按照Sb、As、P的顺序，从硅熔液蒸发的速度快。。
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。
按照本实施方式，通过控制n型掺杂剂的蒸发速度，能够提高n型单晶硅锭1的晶体轴方向上的电阻产量，并且，能够降低晶体成本。并且，关于维持掺杂剂气体的气体浓度，与不进行特别控制的情况相比，会促进n型掺杂剂的化合物的蒸发，因此会增大硅熔液10表面上的Ar流速，结果还能够期待碳污染(因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气体向熔液回流而产生的污染及蓄积)的抑制效果。
另外，通过本制造方法的实施方式能够制造电阻率在10Ω·cm以上且1000Ω·cm的范围内，晶体直径为200mm以上，在晶体生长方向上40％以上在规格电阻率的±7％范围内的n型单晶硅锭1。其中，电阻率除了锭的内、成为产品范围外的颈部、冠部及尾部等之外，仅将直体部的电阻率设为对象。尤其，适合供于制造电阻率为50Ω·cm以上的单晶硅锭1，并且适合供于制造晶体直径为300mm以上的单晶硅锭1，进一步适合供于制造晶体生长方向上的40％以上在规格电阻率的±7％范围内的单晶硅锭1。
(单晶硅培育装置)
接着，对供于上述制造方法的实施方式有效的单晶硅培育装置100进行叙述。关于与上述实施方式相同的构成要件使用相同的符号，并对重复的内容省略说明。
按照本发明的一实施方式的单晶硅培育装置100具有：坩埚20，储存添加有n型掺杂剂的硅熔液10；升降旋转机构21，设在坩埚20的下端，且使坩埚20旋转及升降；腔室30，容纳坩埚20；压力调整部40，调整腔室30内的压力；提拉部50，通过提拉法从硅熔液10提拉单晶硅锭1；气体供给部60，向腔室30内供给Ar气体；气体排出部，从腔室30排出Ar气体；及引导部70，配置在硅熔液10的表面的上方，并以使Ar气体沿硅熔液10的表面流动的方式引导。
而且，该单晶硅培育装置100在Ar气体的排出口侧还具有测定在构成元素中包含与Ar气体一同排出的n型掺杂剂的掺杂剂气体的气体浓度的测定部81。以下，对各结构的详细内容依序进行说明。
<n型掺杂剂>
n型掺杂剂能够使用P、As、Sb中的任一个，优选为As或Sb中的任一个，尤其优选为Sb。
<硅熔液>
硅熔液10为单晶硅锭1的原料。通常，多晶硅为原料，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，除了添加有n型掺杂剂以外，还可以添加有氮。
<坩埚>
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。
<升降旋转机构>
在坩埚20的下端部设有升降旋转机构21。升降旋转机构21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。
<腔室>
腔室30容纳坩埚20，通常，在腔室30的上方部设有Ar气体的供给部60，且在腔室30的底部设有Ar气体排出部。并且，在腔室30内还能够容纳引导部70及热屏蔽部件71以及加热器90及使用于未图示的CZ炉的一般的结构。图2图示该方式，但配置关系并不受该例子的任何限制。
<Ar气体供给部及Ar气体排出部>
Ar气体能够从阀41供给到腔室30内，且能够经由阀42从腔室30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，能够控制Ar气体流量。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。并且，使用泵43排出Ar气体，且泵30能够兼作Ar气体排出部。排出Ar气体的同时，掺杂剂气体也会移动到排出口。
<提拉部>
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，由此，能够进行上述提拉工序。
<引导部>
引导部70能够设为热屏蔽部件71的硅熔液10侧的前端部。与图2不同，引导部可以是锐角状的形状。引导部70与硅熔液10的高度方向的间隔为上述间隙G。并且，还优选在热屏蔽部件71的前端部作为引导部70另外设置沿熔液的表面上的引导板。通过基于引导板的引导而变得容易沿着硅熔液10的表面向外侧引导Ar气体，且容易控制Ar气体流速。此时，间隙G设为硅熔液10的表面与引导板的间隔。热屏蔽部件71能够防止硅锭1的加热，并且能够抑制硅熔液10的温度变动。
<测定部>
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。
<磁场供给装置>
还优选在腔室30的外部设置磁场供给装置35。从磁场供给装置35供给的磁场可设为水平磁场及会切磁场中的任一个。
<控制部>
优选单晶硅培育装置100还具有控制部80，该控制部控制上述升降旋转机构21、压力调整部40、提拉部50、气体供给部60及测定部81。而且，优选单晶硅培育装置100经由控制部80一边进行单晶硅锭1的提拉，一边以使通过测定部81测定的掺杂剂气体的气体浓度成为恒定浓度的方式控制包含腔室30内的压力(炉内压)、Ar气体的流量以及引导部70及硅熔液10的间隔(间隙G)中的至少任一个的提拉条件值。
另外，控制部80通过CPU(中央运算处理装置)或MPU等适当的处理器实现，且能够具有存储器、硬盘等记录器。并且，控制部80通过执行用于使预先存储在控制部80的上述制造方法的实施方式进行动作的程序来控制单晶硅培育装置100的各结构之间的信息及指令的传达以及各部位的动作。
通过使用按照上述本发明的一实施方式的单晶硅培育装置100制造单晶硅锭，能够获得适合供于功率器件的、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。
实施例
接着，为了进一步明确本发明的效果，举出以下实施例，但本发明并不受以下实施例的任何限制。
(发明例1)
使用图2所示的单晶硅培育装置100，且通过CZ法培育了直径为300mm、直体长度为1800mm的单晶硅锭。首先向32英寸的石英坩埚20投入多晶硅原料350kg，且在氩气氛中溶解了多晶硅原料。接着，作为n型掺杂剂添加了Sb(锑)。此时，以使单晶硅锭的直体开始位置上的电阻率成为50Ω·cm的方式调整了掺杂剂量。另外，晶体的目标电阻率在轴方向设为50Ω·cm±7％。而且，使籽晶浸渍于硅熔液10，一边旋转籽晶及石英坩埚20一边逐渐提拉籽晶，使无位错的单晶硅生长在籽晶下。此时，将单晶体的生长速度设为V，将作为硅晶体与熔液的边界线的固液界面上的熔点至1350℃的温度梯度设为G(℃/分钟)时之比，V/G设为0.27左右。
在晶体培育期间，始终测定了从硅熔液10的表面发生的掺杂剂的气体浓度。使用于气体分析的装置为四极气体分析装置。将作为分析对象的气体种设为SbO。采集单晶硅培育装置100的气体的位置为图2所示的电磁阀42的靠前位置的配管部分。经由直径10mm的分析气体端口，向质量气体分析装置吸入了单晶硅培育装置100内的气体。在晶体培育期间始终向装置吸入提拉装置内的气体，并监视了与Ar气体一同排出的排出气体中含有的SbO气体浓度的变化。
将开始培育直体部的初期的Ar气体流量设为120L/min，并将炉内压设为30Torr。以60分钟间隔，以成为目标SbO浓度(本发明例1中为300ppm)的方式，按照下述式调整了Ar气体流量。
[数学式1]
Figure BDA0002174255550000141
(比较例1)
在晶体生长期间，除了将Ar气体流量维持为120L/min，并将炉内压维持为30Torr之外，与实施例1同样地培育了单晶硅锭。
(比较例2)
将培育开始时的炉内压设为30Torr，直到晶体长度成为1800mm为止从30Torr逐渐减压到10Torr。并且，将培育开始时的Ar流量设为120L/min，直到晶体长度成为1800mm为止将流量从120L/min逐渐增加到180L/min。关于其他条件，与实施例1同样地培育了单晶硅锭。
<SbO浓度的变化>
将发明例1、比较例1、2的SbO浓度的变化示于图3的曲线图。另外，所获得的测定结果通过晶体长度进行了整理。发明例1中，浓度的变化在SbO的初期浓度300ppm的±4％以内，能够确认到将SbO浓度维持成恒定。比较例1、2中，SbO的浓度并不恒定。
<晶体的电阻率的测定结果>
对所培育的单晶硅锭从直体0mm的位置每隔200mm进行切取，接着为了完全地消除晶片中的供体实施了650℃的热处理。接着，通过四探针法，测定了各晶片中心部的电阻率。将由晶体长度整理了所获得的电阻率的测定结果的曲线图示于图4。
<成品率的计算方法>
在此，从电阻范围内的块长度[mm]减去晶体最顶侧100mm的部分，且将该值除以作为总块长度的1800[mm]的值的百分比定义为晶体成品率[％]。晶体成品率如下述。
发明例1：(1700[mm]/1800[mm])×100＝94.4[％]
比较例1：(520[mm]/1800[mm])×100＝28.9[％]
比较例2：(610[mm]/1800[mm])×100＝33.9[％]
从以上结果确认到，通过将作为n型掺杂剂的掺杂剂气体的SbO维持成恒定浓度的发明例1，能够制造相对于平均电阻值的公差小的n型且高电阻的单晶硅锭。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种适合供于功率器件的、相对于平均电阻值的公差小的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，21-升降旋转机构，30-腔室，35-磁场供给装置，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，90-加热器，100-单晶硅培育装置，G-间隙。

Claims (10)

1.一种单晶硅锭的制造方法，其利用单晶硅培育装置制造单晶硅锭，所述单晶硅培育装置具有：坩埚，储存硅熔液；腔室，容纳该坩埚；压力调整部，调整该腔室内的压力；提拉部，从所述硅熔液提拉单晶硅锭；气体供给部，向所述腔室内供给Ar气体；气体排出部，从所述腔室排出所述Ar气体；及引导部，配置在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n型掺杂剂，
所述单晶硅锭的制造方法包括：
提拉工序，通过提拉法提拉所述单晶硅锭；
测定工序，测定在所述提拉工序中掺入所述Ar气体中的、从所述硅熔液蒸发的所述n型掺杂剂气体的气体浓度；及
提拉条件值调整工序，一边进行所述提拉工序，一边以使在所述测定工序中测定的掺杂剂气体的气体浓度落入到目标气体浓度的范围内的方式调整包含所述腔室内的压力、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。
2.根据权利要求1所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
所述目标浓度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，
所述测定工序中，测定所述Ar气体的排出口侧上的与所述Ar气体一同排出的所述掺杂剂气体的气体浓度。
4.根据权利要求1或2所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
使用质谱仪测定所述掺杂剂气体的气体浓度。
5.根据权利要求3所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
使用质谱仪测定所述掺杂剂气体的气体浓度。
6.根据权利要求1或2所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
所述n型掺杂剂为Sb或As。
7.根据权利要求3所述的单晶硅锭的制造方法，其中，
所述n型掺杂剂为Sb或As。
8.一种单晶硅培育装置，其具有：坩埚，储存添加有n型掺杂剂的硅熔液；升降旋转机构，设在所述坩埚的下端，并旋转及升降所述坩埚；腔室，容纳所述坩埚；压力调整部，调整该腔室内的压力；提拉部，通过提拉法从所述硅熔液提拉单晶硅锭；气体供给部，向所述腔室内供给Ar气体；气体排出部，从所述腔室排出所述Ar气体；及引导部，配置在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，所述单晶硅培育装置中，
在所述Ar气体的排出口侧还具有测定与所述Ar气体一同排出、从所述硅熔液蒸发并在构成元素中包含所述n型掺杂剂的掺杂剂气体的气体浓度的测定部，
其还具有控制部，所述控制部控制所述升降旋转机构、所述压力调整部、所述提拉部、所述气体供给部及所述测定部，
经由所述控制部，一边进行所述提拉，一边以使通过所述测定部测定的气体浓度落入到目标气体浓度的范围内的方式，调整包含所述腔室内的压力、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。
9.根据权利要求8所述的单晶硅培育装置，其中，
所述测定部为质谱仪。
10.根据权利要求8或9所述的单晶硅培育装置，其中，
所述n型掺杂剂为Sb或As。
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