CN110753764A - n型单晶硅的制造方法、n型单晶硅的锭、硅晶片及外延硅晶片 - Google Patents

n型单晶硅的制造方法、n型单晶硅的锭、硅晶片及外延硅晶片 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种n型单晶硅的制造方法，其通过提拉法，从含有红磷作为主要掺杂剂的硅熔液(9)中提拉单晶硅(10)并使其生长，所述n型单晶硅的制造方法中，使用内径为单晶硅(10)的直体直径的1.7倍以上且2.3倍以下的石英坩埚(3A)，进行电阻率为0.5mΩcm以上且1.0mΩcm以下的单晶硅(10)的提拉。

Description

n型单晶硅的制造方法、n型单晶硅的锭、硅晶片及外延硅晶片
技术领域
本发明涉及一种n型单晶硅的制造方法、n型单晶硅的锭、硅晶片及外延硅晶片。
背景技术
近年来，移动电话等移动设备已广泛普及。关于这种移动设备，强烈要求能够长时间携带使用，进行了内置于移动设备的电池的大容量化或降低移动设备本身的电力消耗的研究。
为了降低移动设备本身的电力消耗，需要降低搭载于移动设备内部的半导体器件的电力消耗。
例如，作为移动设备的电力用器件而使用的低耐压功率MOSFET(Metal OxideSemi-Conductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)当成为通电状态时在其内部具有某一恒定的电阻，因此其本身对应于流到低耐压功率MOSFET的电流而消耗电力。
因此，若能够减小低耐压功率MOSFET成为通电状态时的内部电阻，则能够降低移动设备的电力消耗。基于这种背景，为了减小低耐压功率MOSFET成为通电状态时的电阻，强烈要求低电阻率的n型单晶硅。
但是，以往，在通过提拉法的单晶硅的制造方法中，专利文献1中公开了如下技术：优选将石英坩埚的内径设为单晶硅的直径(直体直径)的3倍以上，由此在提拉大口径单晶硅时，也能够进行稳定的单晶硅的提拉。
并且，作为能够实现硅晶片的低电阻率化的掺杂剂，可举出红磷、砷，专利文献2提出了将红磷作为掺杂剂来实现低电阻率化的技术。
而且，专利文献3提出了将砷作为掺杂剂来实现低电阻率化的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-292684号公报
专利文献2：日本专利第5890587号公报
专利文献3：日本特开2011-44505号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，若要将所述专利文献1中记载的技术用于低电阻率的n型单晶硅的提拉，则存在如下的技术问题：会发生作为挥发性掺杂剂的红磷、砷等n型掺杂剂在提拉中蒸发而使所期望的低电阻率范围的单晶硅的成品率降低、或者伴随着n型掺杂剂的添加量增加而发生单晶硅的有位错化。
并且，所述专利文献2中记载的技术中，能够将红磷作为掺杂剂来制造低电阻率的硅晶片，但实施例中所公开的硅晶片的直径只有200mm。
而且，所述专利文献3中记载的技术中，能够将砷作为掺杂剂来制造低电阻率的硅晶片，但实施例中所公开的硅晶片的直径只有150mm。
本发明的目的在于提供一种能够抑制单晶硅的成品率降低，并且抑制发生有位错化的n型单晶硅的制造方法、n型单晶硅的锭、直径200mm以上的硅晶片及外延硅晶片。
用于解决技术问题的方案
本发明的n型单晶硅的制造方法，其通过提拉法，从含有红磷作为主要掺杂剂的硅熔液中提拉单晶硅并使其生长，所述n型单晶硅的制造方法的特征在于，使用内径为所述单晶硅的直体直径的1.7倍以上且2.3倍以下的石英坩埚，进行所述单晶硅的一部分的电阻率为0.5mΩcm以上且1.0mΩcm以下的单晶硅的提拉。
在此，直体直径是指，被提拉的单晶硅中，直径大致被控制为恒定，切出硅晶片的部分的直径。
根据本发明，使用内径为单晶硅的直体直径的1.7倍以上且2.3倍以下的石英坩埚，由于能够减少石英坩埚内的熔液自由表面的面积，由此能够抑制熔液内作为掺杂剂的红磷的蒸发，不会使单晶硅的低电阻率部分的成品率降低。
并且，通过抑制红磷的蒸发，从提拉开始就不需要添加大量的红磷，因此能够抑制发生单晶硅的有位错化。
即，根据本发明，通过单晶硅的提拉开始时的高浓度的红磷来防止有位错化，同时抑制熔液内的红磷的蒸发，由此随着提拉的进行而使熔液内的红磷浓度高浓度化，能够得到低电阻率的单晶。
本发明中，优选所述单晶硅的直体直径为201mm以上且230mm以下，所述石英坩埚的内径为所述单晶硅的直体直径的2.1倍以上且2.3倍以下。
单晶硅的直体直径为201mm以上且230mm以下的情况下，由于抑制了红磷的蒸发，因此若使石英坩埚的内径在此范围内，则能够享有前述的作用及效果。
本发明中，优选所述单晶硅的一部分的电阻率为0.5mΩcm以上且0.7mΩcm以下。
即使在这种电阻率的范围的情况下，通过将石英坩埚直径设为单晶硅的直体直径的2.1倍以上且2.3倍以下，由此能够以无位错提拉单晶硅。
本发明中，优选所述单晶硅的直体直径为301mm以上且330mm以下，所述石英坩埚的内径为所述单晶硅的直体直径的1.7倍以上且2.0倍以下。
单晶硅的直体直径为301mm以上且330mm以下的情况下，由于抑制了红磷的蒸发，因此若使石英坩埚的内径在此范围内，则能够享有前述的作用及效果。
本发明中，优选所述单晶硅的一部分的电阻率为0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下。
即使在这种电阻率的范围的情况下，通过将石英坩埚直径设为单晶硅的直体直径的1.7倍以上且2.0倍以下，由此能够以无位错提拉单晶硅。
本发明的n型单晶硅的制造方法，其通过提拉法，从含有砷作为主要掺杂剂的硅熔液中提拉单晶硅并使其生长，所述n型单晶硅的制造方法的特征在于，使用内径为所述单晶硅的直体直径的1.7倍以上且2.0倍以下的石英坩埚，进行所述单晶硅的一部分的电阻率为1.7mΩcm以上且2.0mΩcm以下的直体直径301mm以上且330mm以下的单晶硅的提拉。
根据本发明，能够享有与前述作用及效果相同的作用及效果。
即，根据本发明，通过单晶硅的提拉开始时的高浓度的砷来防止有位错化，同时抑制熔液内的砷的蒸发，由此随着提拉的进行而使熔液内的砷浓度高浓度化，能够得到低电阻率的单晶。
本发明中，优选将所述单晶硅的提拉装置的炉内压力设为40kPa以上且80kPa以下来提拉所述单晶硅。
根据本发明，将提拉装置的炉内压力设为40kPa以上，由此能够抑制红磷或砷的蒸发。另一方面，将炉内压力设为80kPa以下，由此能够防止由于偏析而使硅熔液中的掺杂剂浓缩而发生有位错化。
本发明中，优选对所述石英坩埚内的硅熔液施加磁场强度0.2T以上且0.4T以下的磁场来进行提拉。
根据本发明，通过施加磁场强度为0.2T以上且0.4T以下的磁场，能够防止提拉中的单晶硅的面内波动，因此不会发生有位错化而能够可靠地进行单晶硅的提拉。
本发明的n型单晶硅的锭为直体直径为301mm以上且330mm以下的n型单晶硅的锭，其特征在于，所述n型单晶硅的锭含有红磷作为掺杂剂，单晶硅的一部分的电阻率为0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下。
本发明的硅晶片为直径300mm的硅晶片，其从前述n型单晶硅的锭切出，其电阻率为0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下。
本发明的外延硅晶片，其特征在于，在前述硅晶片的表面形成外延膜。
根据这些发明，能够得到将红磷作为掺杂剂，前所未有的直径300mm的大直径且低电阻率的单晶硅的锭、低电阻率硅晶片及低电阻率外延硅晶片。
本发明的n型单晶硅的锭为直体直径301mm以上且330mm以下的n型单晶硅的锭，其特征在于，所述n型单晶硅的锭含有砷作为掺杂剂，单晶硅的一部分的电阻率为1.7mΩcm以上且2.0mΩcm以下。
本发明的硅晶片为直径300mm的硅晶片，其特征在于，所述硅晶片从前述n型单晶硅的锭切出，其电阻率为1.7mΩcm以上且2.0mΩcm以下。
本发明的外延硅晶片，其特征在于，在前述硅晶片的表面形成外延生长膜。
根据这些发明，能够得到将砷作为掺杂剂，前所未有的直径300mm的大直径且低电阻率的单晶硅的锭、低电阻率硅晶片及低电阻率外延硅晶片。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的单晶硅的提拉装置的结构的一例的示意图。
图2是表示实施例中将红磷作为掺杂剂的情况下的单晶硅(直体直径201～230mm)的直体长度和电阻率的关系的图表。
图3是表示实施例中将红磷作为掺杂剂的情况下的单晶硅(直体直径201～230mm)的直体长度和电阻率的关系的图表。
图4是表示实施例中将红磷作为掺杂剂的情况下的单晶硅(直体直径301～330mm)的直体长度和电阻率的关系的图表。
图5是表示实施例中将砷作为掺杂剂的情况下的单晶硅(直体直径301～330mm)的直体长度和电阻率的关系的图表。
具体实施方式
[1]单晶硅的提拉装置1的结构
图1中示出表示能够应用本发明的实施方式所涉及的单晶硅的制造方法的单晶硅的提拉装置1的结构的一例的示意图。提拉装置1为通过提拉法提拉单晶硅10的装置，其具备构成外围的腔室2及配置于腔室2的中心部的坩埚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，其固定于可旋转及升降的支承轴4的上端部。
坩埚3内侧的石英坩埚3A的内径为提拉单晶硅10时的直体直径的1.7倍以上且2.3倍以下。
具体而言，单晶硅10的直体直径为201mm以上且230mm以下的情况下，优选石英坩埚3A的内径为单晶硅10的直体直径的2.1倍以上且2.3倍以下。另一方面，单晶硅10的直体直径为301mm以上且330mm以下的情况下，优选石英坩埚3A的内径为单晶硅10的直体直径的1.7倍以上且2.0倍以下。
若使坩埚3的内径大于上述情况，则热屏蔽板12或腔室2的开口径会变大，因此掺杂剂蒸镀物附着于炉体，异物附着于单晶硅10，容易发生有位错化。
使坩埚3的内径在这样的范围内，能够缩小单晶硅10和石英坩埚3A之间的间隙，因此抑制红磷、砷等掺杂剂的蒸发，能够防止由掺杂剂的偏析现象引起的直体部开始部中发生有位错化。
在坩埚3的外侧设置有包围坩埚3的电阻加热式加热器5，在其外侧沿着腔室2的内表面设置有隔热材料6。另外，加热器5不仅限于单个加热器，还可以分割为上下且每个加热器能够独立地设定温度。
在坩埚3的上方设置有与支承轴4在同轴上向相反方向或相同方向以规定的速度旋转的线材等提拉轴7。在该提拉轴7的下端安装有籽晶8。
另外，在腔室2内，也可以设置包围在硅熔液9的上方培育中的单晶硅10的圆筒形的水冷体。
水冷体例如由铜等导热性良好的金属构成，通过流通于内部的冷却水而被强制冷却。水冷体发挥如下作用：促进培育中的单晶硅10的冷却，并控制单晶中心部及单晶外周部的提拉轴方向的温度梯度。
在腔室2内，配置有筒状的热屏蔽板12。
热屏蔽板12发挥如下作用：对于培育中的单晶硅10，阻隔来自坩埚3内的硅熔液9或加热器5或坩埚3的侧壁的高温的辐射热，并且对于作为晶体生长界面的固液界面的附近，抑制向外部的热扩散，并控制单晶中心部及单晶外周部的提拉轴方向的温度梯度。
在腔室2的上部设置有将Ar气体等不活泼气体导入腔室2内的气体导入口13。在腔室2的下部设置有通过未图示的真空泵的驱动而抽吸并排出腔室2内的气体的排气口14。
从气体导入口13被导入腔室2内的不活泼气体在培育中的单晶硅10和热屏蔽板12之间下降，经过热屏蔽板12的下端和硅熔液9的液面的间隙(液面Gap)之后，流向热屏蔽板12的外侧，进而流向坩埚3的外侧，之后，在坩埚3的外侧下降，并从排气口14排出。
当使用这种培育装置来培育单晶硅10时，在将腔室2内部维持在减压下的不活泼气体环境的状态下，通过加热器5的加热而使填充到坩埚3中的多晶硅等固体原料熔融，形成硅熔液9。若在坩埚3内形成硅熔液9，则使提拉轴7下降而使籽晶8浸渍于硅熔液9中，使坩埚3及提拉轴7向规定方向旋转，同时缓慢地提拉提拉轴7，由此培育与籽晶8相连的单晶硅10。
[2]单晶硅的制造方法
用前述提拉装置1制造作为本实施方式的n型单晶硅的单晶硅10时，在硅熔液9中，在提拉开始时添加、或者在提拉中适当添加红磷或砷作为主要掺杂剂，由此能够进行制造。将红磷或砷作为主要掺杂剂的情况下，n型掺杂剂中的50质量％以上为红磷或砷，也可以再添加其他掺杂剂。
直体直径201mm以上且230mm以下的单晶硅10的锭的提拉中，将红磷作为掺杂剂的情况下，在单晶硅10的直体部开始位置，将电阻率控制在0.8mΩcm以上且1.05mΩcm以下，之后，随着提拉单晶硅10并使其生长，逐渐使单晶硅10的电阻率下降，最后得到0.5mΩcm以上且0.7mΩcm以下的单晶硅10。
在直体直径301mm以上且330mm以下的单晶硅10的锭的提拉中，将红磷作为掺杂剂的情况下，在单晶硅10的直体部开始位置，将电阻率控制在1.2mΩcm以上且1.7mΩcm以下，之后，随着提拉单晶硅10并使其生长，逐渐使单晶硅10的电阻率下降，最后得到锭的一部分为0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下的单晶硅10。
直体直径301mm以上且330mm以下的单晶硅10的锭的提拉中，将砷作为掺杂剂的情况下，在单晶硅10的直体部开始位置，将电阻率控制在2.5mΩcm以上且3.1mΩcm以下，之后，随着提拉单晶硅10并使其生长，逐渐使单晶硅10的电阻率下降，最后得到锭的一部分为1.7mΩcm以上且2.0mΩcm以下的单晶硅10。
本实施方式的单晶硅10的锭，能够按照一般的提拉条件提拉。此时，作为使坩埚3内的硅熔液9中的红磷或砷之类的掺杂剂浓度增加的方法，可举出在提拉中改变掺杂剂的添加量、或者利用伴随着提拉的偏析现象造成的掺杂剂浓度的上升、或者改变导入腔室2内的不活泼气体的导入量来抑制掺杂剂的蒸发并改变腔室2内的压力。
具体而言，在单晶硅10的直体部提拉的前半，若要抑制掺杂剂的蒸发而使坩埚3内的硅熔液9中的掺杂剂浓度提高时，将Ar流量设为50L/min～150L/min，将炉内压力设为40kPa～80kPa。
另一方面，在单晶硅10的直体部提拉的后半，若要促进掺杂剂的蒸发，并与伴随着单晶硅10的培育进行的偏析造成的掺杂剂浓度的浓化相抵消而维持坩埚3内的硅熔液9中的掺杂剂浓度时，将Ar流量设为50L/min～200L/min，将炉内压力设为20kPa～80kPa(优选30kPa以上且40kPa以下)。
并且，提拉单晶硅10时，优选施加磁场强度0.2T以上且0.4T以下的磁场。通过施加磁场，能够抑制提拉中的单晶硅10的熔体对流，降低熔体内的温度不均或者湍流现象，因此能够在不发生有位错化的情况下，可靠地进行单晶硅10的提拉。
提拉单晶硅10时，加热器5使用能够独立设定温度的上部加热器及下部加热器的情况下，优选使基于上部加热器的加热量和基于下部加热器的加热量的比为1以上且4以下。
若小于1，即下部加热器的加热量小于上部加热器的加热量时，从坩埚3的底部到固液界面的朝下的对流不会变强，添加了掺杂剂的硅熔液9的表面到晶体的液温不稳定的对流无法变弱，因此无法抑制发生温度不稳定化的有位错化。
另一方面，若加热量的比超过4，则坩埚的下部的热负荷变大，有可能会发生坩埚3变形或石英剥离。
形成单晶硅10的肩部的情况下，优选提拉单晶硅10以便不产生高度高的再熔融区域(例如200μm以上)。再熔融区域是指，从硅熔液9中提拉并固化的单晶硅10在提拉时再次熔融而液化的区域。
具体而言，肩部刚开始形成时，以16rpm以上且30rpm以下的转速使坩埚3旋转的同时进行提拉，之后，当肩部的直径达到单晶硅10的直体直径的一半以上时，慢慢使坩埚3的转速下降为4rpm以上且12rpm以下。
肩部刚开始形成时，若以超过30rpm的转速进行提拉，则提拉装置1的运作不稳定，肩部变形的可能性变高。
接着，肩部的直径达到单晶硅10的直体直径的一半以上的情况下，若坩埚3的转速小于4rpm，则添加了掺杂剂的硅熔液9不稳定，发生有位错化的可能性变高。
另一方面，坩埚3的转速超过12rpm时，单晶硅10的面内的氧密度或电阻率的偏差变大，晶体品质不稳定。
在形成单晶硅10的直体部的情况下，优选进行提拉以便不产生高度高的再熔融区域(例如200μm以上)。具体而言，直体部刚开始形成时，以9rpm以上且30rpm以下的转速使坩埚3旋转的同时进行提拉，若提拉出50mm以上且200mm以下的单晶硅10的直体部，则将坩埚3的转速设为0.1rpm以上且7rpm以下。
直体部刚开始形成时，若以超过30rpm的转速进行提拉，则提拉装置1的运作不稳定，而且直体部变形的可能性变高。
接着，从直体部开始位置起算50mm以上且200mm以下的范围内，若坩埚3的转速小于0.1rpm，则添加了掺杂剂的硅熔液9不稳定，很有可能成为发生有位错化的原因。
另一方面，坩埚3的转速超过7rpm时，单晶硅10的面内的氧浓度或电阻率的偏差变大，晶体品质不稳定。
用这种提拉装置1提拉的直体直径201mm以上且230mm以下的单晶硅10的一部分在将红磷作为掺杂剂的情况下，在靠近单晶硅10的尾部的部分，得到电阻率为0.5mΩcm以上且0.7mΩcm以下的单晶硅10的锭。
进行单晶硅10的锭的外周磨削而使其成为直体直径200mm之后，将该部分用线锯等切成硅晶片，对已切出的硅晶片实施研磨工序、抛光工序，由此能够得到电阻率0.5mΩcm以上且0.7mΩcm以下的直径200mm的硅晶片。
而且，加工硅晶片之后，在硅晶片的表面形成外延膜，制造直径200mm的外延硅晶片，并出货给顾客。
并且，直体直径301mm以上且330mm以下的单晶硅10的锭的一部分在将红磷作为掺杂剂的情况下，在靠近单晶硅的尾部的部分，得到电阻率0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下的单晶硅10的锭。
进行单晶硅10的锭的外周磨削而使其成为直体直径300mm之后，将该部分用线锯等切成硅晶片，对已切出的硅晶片实施研磨工序、抛光工序，由此能够得到电阻率0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下的直径300mm的硅晶片。
而且，加工硅晶片之后，在硅晶片的表面形成外延生长膜，制造直径300mm的外延硅晶片，并出货给顾客。
另一方面，将砷作为掺杂剂的情况下，在直体直径301mm以上且330mm以下的单晶硅10的靠近尾部的部分，得到电阻率为1.7mΩcm以上且2.0mΩcm以下的单晶硅10的锭。
进行单晶硅10的锭的外周磨削而使其成为直体直径300mm之后，将该部分用线锯等切成硅晶片，对已切出的硅晶片实施研磨工序、抛光工序之后，能够得到直径300mm的硅晶片。
而且，加工硅晶片之后，在硅晶片的表面形成外延膜，制造直径300mm的外延硅晶片，并出货给顾客。
实施例
接着，对本发明的实施例进行说明。另外，本发明并不限定于以下所示的实施例，在能够达成本发明目的的范围内也允许其他构成。
[1]直体直径201mm以上且230mm以下的单晶硅10的锭的情况
提拉晶体直径201mm以上且230mm以下的单晶硅10时，将在单晶硅10的直体部开始位置(肩部结束位置)的电阻率控制在0.8mΩcm以上且1.05mΩcm以下。将坩埚3的内径和晶体直径的比率(＝坩埚3的内径/晶体直径)在实施例中设为2.1～2.3，在比较例及参考例中设为2.6～3.0，将加料量设为80kg～180kg。并且，将提拉速度设为0.3mm/min～1.0mm/min，将晶体转速设为9～17rpm，将坩埚3的转速设为0.2rpm～22rpm。
而且，在单晶硅10的直体部前半，将氩气流量设为50L/min～150L/min，将炉内压设为40kPa～80kPa。在单晶硅10的直体部后半，将氩气流量设为50L/min～200L/min，将炉内压设为20kPa～80kPa。
[1-1]电阻率0.6mΩcm以上且0.7mΩcm以下的情况
相对于单晶硅10的直体直径，改变石英坩埚3A的内径，针对多个基准，通过红磷掺杂剂的添加、Ar流量、炉内压、热屏蔽板12的液面高度、单晶硅10的提拉速度及它们的组合进行电阻率控制，同时进行掺杂了红磷的单晶硅10的提拉。将结果示于表1及图2。另外，在以下的说明中，直体长度0％位置是指单晶硅10的直体部开始位置，直体长度100％位置是指单晶硅10的尾部开始位置。并且，直体合格长度是指，将电阻率合格(所期望的电阻范围内)且无位错的直体区域的长度除以直体总长度而得的值，无位错化成功率是指，提拉try数中，能够以无位错提拉的try数的比例。
[表1]
Figure BDA0002247584620000121
将比较例1及比较例2与实施例1至实施例3进行比较，可知：实施例1至实施例3的无位错化成功率明显较高，晶体成品率也较高，能够确保更多量的单晶硅10的锭的一部分为电阻率0.6mΩcm以上且0.7mΩcm以下的部分。因此，确认到，将红磷作为掺杂剂，制造作为目标的电阻率为0.6mΩcm以上且0.7mΩcm以下的单晶硅10的锭的情况下，优选相对于单晶硅10的直体直径，石英坩埚3A的内径为2.1倍以上且2.3倍以下。
[1-2]电阻率0.5mΩcm以上且0.6mΩcm以下的情况
直体直径201mm以上且230mm以下的单晶硅10的锭的一部分为电阻率0.5mΩcm以上且0.6mΩcm以下的情况下，确认到石英坩埚3A的内径的影响。
具体而言，关于由Ar流量/炉内压/提拉速度的控制实施的电阻率控制，其控制方向有蒸发抑制和蒸发促进这2个方向，从单晶硅10的晶体顶侧至达到所期望的电阻率以下为止时，抑制蒸发。接着，已进入所期望的电阻率范围时，为了抵消偏析的效果，而将设定转向蒸发促进侧。相对于0.6mΩcm以上且0.7mΩcm以下的目标值，在0.5mΩcm以上且0.6mΩcm以下的范围内，蒸发抑制区间占有区间较长直到晶体位置的更后半侧为止(≤0.6mΩcm为止)。
将结果示于表2及图3。
[表2]
Figure BDA0002247584620000131
若参考例1及参考例2中的晶体合格长度为0％，则无法使单晶硅10的锭的一部分为目标的0.5mΩcm以上且0.6mΩcm以下。相对于此，在实施例4至实施例6中，能够确认到可以确保作为目标的电阻率范围的部分的晶体合格长度。因此，确认到将红磷作为掺杂剂，制造作为目标的电阻率0.5mΩcm以上且0.6mΩcm以下的单晶硅10的锭的情况下，也优选相对于单晶硅10的直体直径，石英坩埚3A的内径为2.1倍以上且2.3倍以下。
尤其，在实施例7中示出随着进行单晶硅10的提拉，电阻率大幅降低。通过该电阻率的大幅降低，使直体部开始位置的电阻率为1.05mΩcm，使直体长度20％为止的晶体部分的电阻率相对较高而抑制有位错化，之后，使电阻率大幅降低，能够以良好的成品率得到目标的电阻率0.5mΩcm以上且0.6mΩcm以下或0.7mΩcm以下的单晶。另外，若使在直体部开始位置的电阻率超过1.05mΩcm，则目标电阻率0.5mΩcm以上且0.6mΩcm以下的直体部的长度变短，成品率变低。
并且，如实施例8所示，使在直体部开始位置的电阻率为0.8mΩcm，由此抑制有位错化，同时能够使目标电阻率0.5mΩcm以上且0.6mΩcm以下的直体部所占的比例为整个直体部的35％，且使电阻率0.5mΩcm以上且0.7mΩcm以下的直体部所占的比例高达整个直体部的70％。另外，使直体部开始位置的电阻率为低于0.8mΩcm的0.75mΩcm时，在直体长度20％之前频繁出现有位错化，无法培育单晶。
[2]直体直径301mm以上且330mm以下的单晶硅10的锭的情况
提拉晶体直径301mm以上且330mm以下的单晶硅10。
在实施例及比较例中，将坩埚3的内径和晶体直径的比率(＝坩埚3的内径/晶体直径)在实施例中设为1.7～2.0，在比较例中设为2.5～2.6，将加料量设为80kg～250kg，将提拉速度设为0.3mm/min～1.0mm/min，将晶体转速设为5rpm～17rpm，将坩埚3的转速设为0.2rpm～22rpm。
并且，在单晶硅10的直体部前半，将氩气流量设为50L/min～150L/min，将炉内压设为40kPa～80kPa。在单晶硅10的直体部后半，将氩气流量设为50L/min～200L/min，将炉内压设为20kPa～80kPa。
[2-1]将红磷作为掺杂剂的情况(0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下)
将红磷作为掺杂剂的情况下，提拉晶体直径301mm以上且330mm以下的单晶硅10时，将在单晶硅10的直体开始位置(肩部结束位置)的电阻率控制在1.2mΩcm以上且1.7mΩcm以下。
针对单晶硅10的直体直径301mm以上且330mm以下的情况，和前述一样改变相对于单晶硅10的直体直径的石英坩埚3A的内径，针对多个基准，通过红磷掺杂剂的添加进行电阻率控制，同时进行掺杂了红磷的单晶硅10的提拉。将结果示于表3及图4。
[表3]
Figure BDA0002247584620000151
比较例3及比较例4中，无法以无位错提拉单晶(在图4中以虚线表示在有位错的状态下测定了电阻率的结果，但电阻率也无法达到1.0mΩcm以下)。
另一方面，根据实施例9至实施例12，能够实现20％以上的无位错化成功率，晶体合格长度也有7％到50％，因此能够确保单晶硅10的锭的一部分的电阻率为0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下。因此，确认到，将红磷作为掺杂剂，制造作为目标的电阻率0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下的单晶硅10的锭的情况下，至少要使石英坩埚3A的内径为单晶硅10的直体直径的1.7倍以上且2.0倍以下。
[2-2]将砷作为掺杂剂的情况(1.7mΩcm以上且2.0mΩcm以下)
针对单晶硅10的直体直径301mm以上且330mm以下的情况，和前述一样改变相对于单晶硅10的直体直径的石英坩埚3A的内径，针对多个基准，通过砷掺杂剂的添加进行电阻率控制，同时进行掺杂了砷的单晶硅10的提拉。
此时，将在单晶硅10的直体开始位置(肩部结束位置)的电阻率控制在2.5mΩcm以上且3.1mΩcm以下。将结果示于表4及图5。
[表4]
Figure BDA0002247584620000161
比较例5及比较例6中，无法以无位错提拉单晶(图5中以虚线表示在有位错的状态下测定了电阻率的结果，但电阻率也无法达到2.0mΩcm以下)。
根据实施例13至实施例16，能够实现10％以上的无位错化成功率，晶体合格长度也有13％到61％，因此能够确保单晶硅10的锭的一部分的电阻率为1.7mΩcm以上且2.0mΩcm以下。因此，确认到将砷作为掺杂剂，制造作为目标的电阻率1.7mΩcm以上且2.0mΩcm以下的单晶硅10的锭时，至少要使石英坩埚3A的内径为单晶硅10的直体直径的1.7倍以上且2.0倍以下。
附图标记说明
1-提拉装置，2-腔室，3-坩埚，3A-石英坩埚，3B-石墨坩埚，4-支承轴，5-加热器，6-隔热材料，7-提拉轴，8-籽晶，9-硅熔液，10-单晶硅，12-热屏蔽板，13-气体导入口，14-排气口。

Claims (14)

1.一种n型单晶硅的制造方法，其通过提拉法，从含有红磷作为主要掺杂剂的硅熔液中提拉单晶硅并使其生长，所述n型单晶硅的制造方法的特征在于，
使用内径为所述单晶硅的直体直径的1.7倍以上且2.3倍以下的石英坩埚，进行所述单晶硅的一部分的电阻率为0.5mΩcm以上且1.0mΩcm以下的单晶硅的提拉。
2.根据权利要求1所述的n型单晶硅的制造方法，其特征在于，
所述单晶硅的直体直径为201mm以上且230mm以下，
所述石英坩埚的内径为所述单晶硅的直体直径的2.1倍以上且2.3倍以下。
3.根据权利要求2所述的n型单晶硅的制造方法，其特征在于，
所述单晶硅的一部分的电阻率为0.5mΩcm以上且0.7mΩcm以下。
4.根据权利要求1所述的n型单晶硅的制造方法，其特征在于，
所述单晶硅的直体直径为301mm以上且330mm以下，
所述石英坩埚的内径为所述单晶硅的直体直径的1.7倍以上且2.0倍以下。
5.根据权利要求4所述的n型单晶硅的制造方法，其特征在于，
所述单晶硅的一部分的电阻率为0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下。
6.一种n型单晶硅的制造方法，其通过提拉法，从含有砷作为主要掺杂剂的硅熔液中提拉单晶硅并使其生长，所述n型单晶硅的制造方法的特征在于，
使用内径为所述单晶硅的直体直径的1.7倍以上且2.0倍以下的石英坩埚，进行所述单晶硅的一部分的电阻率为1.7mΩcm以上且2.0mΩcm以下的直体直径301mm以上且330mm以下的单晶硅的提拉。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的n型单晶硅的制造方法，其特征在于，
将所述单晶硅的提拉装置的炉内压力设为40kPa以上且80kPa以下来提拉所述单晶硅。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的n型单晶硅的制造方法，其特征在于，
对所述石英坩埚内的硅熔液施加磁场强度0.2T以上且0.4T以下的磁场来进行提拉。
9.一种n型单晶硅的锭，其直体直径为301mm以上且330mm以下，其特征在于，
所述n型单晶硅的锭含有红磷作为主要掺杂剂，单晶硅的一部分的电阻率为0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下。
10.一种硅晶片，其直径为300mm，其特征在于，
所述硅晶片从权利要求9所述的n型单晶硅的锭切出，其电阻率为0.8mΩcm以上且1.0mΩcm以下。
11.一种外延硅晶片，其特征在于，在权利要求10所述的硅晶片的表面形成外延膜。
12.一种n型单晶硅的锭，其直体直径为301mm以上且330mm以下，其特征在于，
所述n型单晶硅的锭含有砷作为主要掺杂剂，单晶硅的一部分的电阻率为1.7mΩcm以上且2.0mΩcm以下。
13.一种硅晶片，其直径为300mm，其特征在于，
所述硅晶片从权利要求12所述的n型单晶硅的锭切出，其电阻率为1.7mΩcm以上且2.0mΩcm以下。
14.一种外延硅晶片，其特征在于，在权利要求13所述的硅晶片的表面形成外延膜。
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