TW201728791A

TW201728791A - 矽單結晶錠之提拉裝置及矽單結晶錠之製造方法

Info

Publication number: TW201728791A
Application number: TW105134000A
Authority: TW
Inventors: Ken Yasumura; Shoji Tachibana; Wataru Itoyama
Original assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2017-08-16
Also published as: JPWO2017069112A1; WO2017069112A1; JP6826536B2

Abstract

在長條錠之製造，包含至其上端部，可更高度且均勻地減少上述氧析出物，而可簡單地製造位於良好之壽命(LT)的測量評估者。矽單結晶錠之提拉裝置係根據丘克拉斯基法之矽單結晶錠的提拉裝置，其構造係包括：主室，係將收容矽熔化液之坩堝與環繞此坩堝的熔化加熱器設置於下部；及矽單結晶錠之提拉收容用的長筒形提拉室，係從此主室之頂壁的中央部向上方連接設置，在此提拉裝置，在上述提拉室內，在周圍設置對被提拉而進來之矽單結晶錠加熱的後加熱器。

Description

矽單結晶錠之提拉裝置及矽單結晶錠之製造方法

本發明係有關於一種根據CZ法(Czochralski Method；丘克拉斯基法)之矽單結晶錠的提拉裝置，詳細說明之，係有關於一種用以抑制氧析出物之產生而製造長條之矽單結晶錠的上述提拉裝置。又，本發明係有關於一種使用此提拉裝置之矽單結晶錠的製造方法。

作為記憶體、CPU等半導體組件用基板及太陽池用基板等，使用由矽單結晶體所構成之晶圓。這種晶圓係將矽單結晶錠切割成薄板狀所得到。矽單結晶錠係根據所謂的CZ法所製造者為主流，此CZ法係對坩堝所收容之矽原料加熱，作成矽熔化液，再使晶種與該矽熔化液接觸，進行提拉成長。

在第3圖表示根據CZ法之單結晶提拉裝置的代表性形態。在第3圖，在主室1內，將收容矽熔化液2之坩堝3與環繞此坩堝3之熔化加熱器4設置於下部。又，從此主室1的內部空間上方，在前端具備晶種5的單結晶提拉軸6可上下動地垂下至此晶種5可與主室1內之此坩堝3所收容的矽熔液2面接觸的長度。在這種構造的提拉裝置，將多結晶矽小片填充於坩堝3後，藉熔化加熱器4將此矽原料熔化加熱至熔點以上而變成熔液，接著，使上述單結晶提拉軸6下降，使設置於其前端的晶種5與該矽熔液面接觸。在此晶種5對矽熔液面接觸後，緩慢地提拉此晶種5時，在其下方矽凝固並進行長晶，其在主室1內移至上方的過程被冷卻，而可製造矽單結晶錠8。

在這種矽單結晶錠之提拉裝置，為了將上述已冷卻之矽單結晶錠8(以下只稱為錠)取出到裝置外，將長筒形之提拉室10從主室1之頂壁9的中央部向上方連接設置。此處，提拉室10之直徑係比主室1之直徑小。在以下，有時將直徑比較小的構件記載為「縮徑之」構件。又，提拉室10係從頂壁之上部中央大致垂直地設置於上方。在提拉室10的下方，設置用以隔開主室1之內部空間與此提拉室10之內部空間的閘閥11。在主室1的上部空間所冷卻的矽單結晶錠8係隨即被提拉至此提拉室10內。藉由關閉閘閥11，將錠收容於提拉室內而與主室1隔離。依此方式，藉由打開此提拉室10之比閘閥11更靠上方的一部分，可將此矽單結晶錠8取出至裝置外。

欲將矽單結晶錠用於半導體組件用基板及太陽池用基板等的用途時，被要求在內部氧析出物少。即，氧析出物係成為結晶缺陷的原因，若是半導體組件用基板之用途，產生接面漏電。另一方面，若是太陽池用基板之用途，使少數載子整體壽命(minority carrier bulk life time)(以下只稱為壽命)降低，而對變換效率有不良影響。

而且，在根據CZ法之矽單結晶的提拉，氧析出物係在高溫狀態從坩堝之材質(石英)所溶入之氧原子進入矽結晶中，在冷卻過程，超過溶解度極限而析出之物，難以完全抑制其產生。可是，已知藉由在自坩堝中所提拉之錠的冷卻條件下工夫，可大量地降低其析出量。即，因為700~600℃的溫度區域對氧析出物之產生的影響大，所以在此溫度區域急冷，使其滯留時間儘量短係有效(參照專利文獻1~2等)。尤其，因為錠上部係從熔化液量多之狀態提拉，所以坩堝與矽熔化液的接觸面積變大，因此，更多的氧原子進入。因此，即使在700~600℃之滯留時間相同的情況，錠之愈上部產生愈多的氧析出物。因此，在錠上部，此急冷效果係特別高。

為了實現這種特定的溫度履歷，有人提議對此構造之矽單結晶的提拉裝置，以環繞所提拉之錠的形態將隔熱材料、溫度控制裝置等設置於主室內的上方空間，使進行精密的溫度控制成為可能(參照專利文獻1~2等)。在依此方式將隔熱材料、溫度控制裝置設置等於主室之上方空間的情況，所提拉之矽單結晶錠的溫度控制係可精密地進行至其上方到達此主室之頂壁，可良好地實施從此錠之提拉的最初至700℃的徐冷。而且，在錠之提拉結束後，藉由將錠整體提拉至提拉室內並冷卻，亦可實施在上述700~600℃之溫度區域的急冷卻。

【先行專利文獻】

【專利文獻】

專利文獻1：專利第3006669號

專利文獻2：特開平11-92274號公報

可是，在一般之矽單結晶提拉裝置，在主室內，從坩堝之上端至頂壁的間隔係再長亦約100cm。在這種主室內，對所提拉之錠，若欲在上述主室內實施急冷，錠的長度亦有必須可容納於從上述坩堝之上端至頂壁的間隔內之限制。這是由於錠的長度遠大於從上述坩堝之上端至頂壁的間隔時，無法避免錠之直身部上部在尚在錠之提拉操作的途中，通過至主室之頂壁的內部空間，並進入上述提拉室內。而且，提拉室內係在錠之提拉操作的途中，從主室傳來相當多的熱。因此，提拉室內的溫度亦變高。因此，在提拉室內即使使上述錠的溫度降低至約700℃，仍難在提拉室內執行其後之上述700~600℃之溫度區域的急冷。因此，在以往之提拉裝置，錠的長度受到限制，要得到長條的錠係困難。

又，近年來，有人提議以提高錠之提拉速度等為目的，將環繞錠之長筒形的遮蔽板(熱遮蔽裝置、輻射遮蔽)設置於坩堝的上部。藉由遮蔽板，遮蔽來自熔化加熱器、矽熔化液等之輻射熱，藉此，進行提高固液界面附近的冷卻性、將溫度斜率加大的事項。可是，依此方式安裝遮蔽板時，已提拉之錠之直身部上部的冷卻性亦變高。結果，錠之溫度變得易降低至700℃附近。即使是提拉稍短的錠的情況，若主室之天花板稍低、提拉速度快等，在提拉途中，錠的直身部上部則進入提拉室內。在提拉途中，因為主室與提拉室未完全地隔熱，所以提拉室係曝露於來自坩堝之輻射熱。輻射熱係隨著與坩堝的距離變遠，逐漸地變弱。因此，進入提拉室之錠係變成極緩慢地冷卻，而有難以執行700~600℃之溫度區域的急冷卻之問題變得顯著的情況。

儘管是這種狀況，在以往之提拉裝置，在提拉室內，在錠之提拉操作的途中，沒有使已降低至700℃附近之錠的進入部之溫度不會低於該值的程度的保溫性。根據這些事項，上述錠變成長條時，至其直身部上部，難以在良好地抑制氧析出物之析出量下製造。

在半導體組件之用途及太陽池之用途的任一用途，矽單結晶體的需要都增加，提高其生產力的要求係極高。因此，期望為了提高在一次之提拉操作的生產量，而使錠變成長條。在這種長條錠的製造，連其上端部在內，可更高度且均勻地降低上述氧析出物的產生，並簡單地製造良好之壽命(LT)的單結晶，這是大的課題。

本發明者等係鑑於上述課題，為了開發以下裝置持續地精心研究，此裝置係在根據CZ法提拉矽單結晶錠，特別在提拉長條化錠，可以精密地進行其急冷控制，並可高度地減少氧析出物量。結果，藉由將用於錠之加熱的後加熱器設置於提拉室內，發現可解決上述之課題，以至於完成本發明。

即，本發明之矽單結晶錠的提拉裝置係根據丘克拉斯基法之矽單結晶錠的提拉裝置，此提拉裝置之構造係包括：主室，係將收容矽熔化液之坩堝與環繞此坩堝的熔化加熱器設置於下部；及用於收容矽單結晶錠之提拉之長筒形的提拉室，係從此主室之頂壁的中央部向上方連接設置；其中，可將晶種安裝於下部前端之單結晶提拉軸，是以可上下移動的形式，從此提拉室之內部空間上方垂下而成，此提拉裝置的特徵為：在上述提拉室內，環設後加熱器而成。

在上述矽單結晶錠的提拉裝置，將可遮蔽提拉室之內部空間的閘閥設置於上述提拉室中的下方區域，後加熱器係被設置於此閘閥與主室的頂壁之間的區間而成者係較佳之形態。

又，在將可遮蔽提拉室之內部空間的閘閥設置於上述提拉室中的下方區域之矽單結晶錠的提拉裝置，後加熱器係被設置於比此閘閥更靠上方者亦是較佳的形態。

進而，在這種矽單結晶錠的提拉裝置，所提拉之矽單結晶錠之直身部的長度係110~250cm的長條；在矽單結晶錠之開始提拉時的主室內，坩堝之上端與頂壁最上部的高低差H係該矽單結晶錠之直身部的長度之10~110%較佳。

進而，本發明之矽單結晶錠的製造方法，係包含使用上述矽單結晶錠之提拉裝置，從坩堝所收容之矽熔液提拉矽單結晶錠後冷卻之步驟，將矽單結晶錠之全長設定成在錠之提拉操作的途中，錠之直身部上部進入提拉室內的長度；至錠之提拉操作結束，對此錠之直身部上部的溫度，藉由環設於提拉室內的後加熱器作加熱，將溫度保持成不低於700℃；接著，在錠之提拉操作結束後，停止此後加熱器的加熱，在700~600℃的溫度區域急冷。

在此矽單結晶錠的製造方法，在矽單結晶錠之尾部的提拉結束後，停止後加熱器的加熱，將錠整體提拉至提拉室內並對此錠整體實施上述700~600℃之溫度區域的急冷卻是較佳的形態。

若依據本發明之矽單結晶錠的提拉裝置，對錠的上部可更精密且高效率地實施冷卻。即，在照原來至提拉室內繼續進行在主室內之錠的提拉的情況，因為以環繞所進來之錠的形態將後加熱器設置於此提拉室內，所以至錠之提拉操作結束，可以作加熱、緩慢降溫等的溫度保持，使這個錠之進入部分不低於700℃。

而且，在主室內，若矽單結晶錠之尾部的提拉結束，停止後加熱器的加熱，將錠整體提拉至提拉室內，並對此錠整體實施急冷，藉此，可高效率地製造至其直身部上部，氧析出物的析出少的矽單結晶錠。

因此，在錠之提拉操作的途中，即使在錠之直身部上部為長條而進入提拉室內的情況，亦可實現在上述氧析出物之產生被抑制之溫度履歷的冷卻，係極有意義。

1‧‧‧主室

2‧‧‧矽熔化液

3‧‧‧坩堝

4‧‧‧熔化加熱器

5‧‧‧晶種

6‧‧‧單結晶提拉軸

7‧‧‧隔熱材料(主室)

8‧‧‧矽單結晶錠

9‧‧‧頂壁

10‧‧‧提拉室

11‧‧‧閘閥

12‧‧‧後加熱器

13‧‧‧閘閥與主室之連結區域

14‧‧‧隔熱材料(提拉室)

15‧‧‧熱遮蔽裝置

第1圖係表示本發明之矽單結晶錠的提拉裝置之代表性形態的示意圖。

第2圖係表示本發明之矽單結晶錠的提拉裝置之別的形態的示意圖。

第3圖係表示以往之根據CZ法之矽單結晶錠的提拉裝置之代表性形態的示意圖。

本發明之裝置係有關於根據CZ法之提拉矽單結晶錠裝置。作為提拉裝置之基本構造，具備上述之第3圖所示的構造。即，包括：主室1，係將收容矽熔液2之坩堝3與環繞此坩堝之熔化加熱器4設置於下部；及用於收容矽單結晶錠之提拉的提拉室10，係從此主室1之頂壁9的中央部向上方連接設置；可將晶種5安裝於下部前端的單結晶提拉軸6，具備以可上下移動的形式從上述提拉室10之內部空間上方下垂之構造。單結晶提拉軸6係以可使被安裝於前端之晶種可與坩堝3所收容之矽熔液2面接觸的方式，進行上下移動。

錠之提拉速度係一般是0.7~2.5mm/分鐘，尤其0.9~1.5mm/分鐘為適合。

此處，在主室1，設置上述坩堝3與環繞此坩堝之熔化加熱器4，並作用為從此坩堝3提拉錠的爐室。一般，主室1係由頂室、機身室以及底室所構成，並作成頂室覆蓋機身室之上方開口部，底室塞住下方開口部的構造。頂室係構成主室1的頂壁，並將開口部設置於其上部的中央部，朝向上方之大致垂直方向將提拉室10連接設置於開口部。又，上述提拉室10係連設於主室1之頂壁，並形成在提拉結束時收容矽單結晶錠8的上方空間。在提拉室10，為了將此上方空間與主室1內隔開而設置閘閥11，又為了設置此閘閥11而包含介於其下方之往主室1的連結區域13。提拉室10之內徑係根據提拉的錠之直徑而定，以縮徑成主室1之內徑的80%以下、更佳為50%以下的方式設置較佳。

在上述提拉裝置，坩堝3係可升降較佳，在矽單結晶錠之開始提拉時係位於下方的位置，在開始提拉後，隨著坩堝3中之錠的長度變長、坩堝3中之矽熔液2的液量變少，使此坩堝3上升，一般是將從坩堝中之矽熔液面至主室頂壁的間隔保持定值下運轉。又，亦可將熱遮蔽裝置15設置於坩堝3的上方空間。

本發明之提拉裝置的最大特徵係如第1圖所示，在於將後加熱器12環設於該提拉室10內，後加熱器12對被提拉而進來之矽單結晶錠8之上方加熱。根據此構成，如上述在矽單結晶錠之提拉操作中，以至錠之提拉操作結束不低於700℃之方式對在提拉室內所提拉之矽單結晶錠的直身部上部加熱，而可保持溫度。

作為後加熱器12，未限制而可使用電阻加熱器、高頻加熱器等之以往用作熔化加熱器4者相同的加熱器。加熱器溫度係一般從700~1100℃選用，但是為了使矽單結晶錠之直身部上部的溫度確實地不低於700℃，以750~1100℃較佳。

後加熱器12的設置位置係只要在提拉室10內之垂直方向的其中一個位置，在此提拉室10的水平方向，以在矽單結晶錠8之全周圍或間斷地環繞的方式設置即可。在全周圍設置的情況，為了在提拉室的上下方向以固定寬度設置，以將加熱線在在上下方向捲繞成螺旋狀、彎曲成波狀．鋸齒狀的方式環設等較佳。此外，將隔熱材料14設置於後加熱器12與提拉室10的內壁之間較佳。

為了在錠之提拉操作中對通過主室1內並已進入提拉室10之保持高溫之狀態的錠上部徐冷或保持溫度成不低於700℃，後加熱器12係設置於此提拉室10內之下方區域較佳。具體而言，設置於閘閥11與主室1的頂壁9之間，即提拉室10中之往主室1的連結區域13為適當。又，在將後加熱器12設置於提拉室10中之往主室1的連結區域13之形態的情況，無法避免使裝置之總高變高。因此，如第2圖所示，根據需要，在實施閘閥11中之O環的燒黏防止處置等後，將後加熱器12設置於比此閘閥11更靠上方，而將裝置之總高壓低者係更佳的形態。

所設置之後加熱器12之垂直方向的長度係因應於對矽單結晶錠8欲實施加熱保溫作用的長度，在考慮錠之提拉速度、提拉室內之錠的溫度狀態等之下適當地決定即可，一般是20~200cm，更適合係40~160cm。亦可為了更精密地控制錠溫度，後加熱器係在上下方向設置複數個。

在本發明，在提拉裝置，不僅將後加熱器12設置於該提拉室10內，而且亦可為了將在主室1內提拉中之矽單結晶錠8所承受的溫度履歷控制成所要者，將隔熱材料、其他的後加熱器等設置於比此坩堝3還上方的空間。

根據本發明之提拉裝置，所製造之矽單結晶錠之直身部的長度係無特別限制，一般係60cm以上。若依據本發明之裝置，在錠之提拉操作的途中，錠之直身部上部進入具備後加熱器的提拉室內。因此，即使在主室內以所要之溫度履歷的冷卻在物理上有困難的情況，亦因為在提拉室內可進行溫度控制，所以可實現所要之溫度履歷。

具體而言，目標之錠之直身部的長度係比平常之上限更長的100cm以上，更適合係110~250cm之長條，這從提高生產力之觀點較佳。在此情況，在矽單結晶錠之開始提拉時，主室內之坩堝的上端與頂壁最上部的高低差H，係作成在矽單結晶錠之開始提拉時之主室內，目標之矽單結晶錠之直身部的長度的10~110%較佳，進而係20~80%更佳。如第1圖所示，坩堝之上端意指坩堝之側壁的最高點，頂壁之最上部意指在頂室的中央部所設置之開口部的下端。若高低差H太小，主室內的上方空間變窄。結果，來自坩堝之輻射熱影響提拉室，而有提拉室之溫度控制變得困難的情況。又，一旦來自坩堝、直身部等之輻射熱到達連結區域、閘閥之設置位置等，會有損害附屬於連結區域、閘閥等之O環的耐久性的情況。進而，由於上方空間窄，為了應付直身部長之錠的製造，需要使提拉室10內之設置後加熱器12的部分變長，而幾乎沒有在使裝置之總高變低的觀點之設備上的優點。另一方面，若高低差H太大，裝置之總高變高，而設備費變得昂貴。又，所製造之錠的口徑係15~30cm較佳，尤其是20~25cm更佳。

若依據本發明之提拉裝置，在矽單結晶錠之製造，可進行根據如上述所示之溫度履歷的冷卻。即，藉由在提拉室內具備後加熱器，至錠之提拉操作結束，可將進入提拉室之錠的溫度保持成不低於700℃。具體而言，使用本發明之提拉裝置，適當地組合並調整在主室中之熔化加熱器的設置狀態、比坩堝上方之保溫構造、再加上錠之提拉速度等，高效率地實現所要之履歷即可。尤其，在將環繞所提拉之錠之圓筒形的遮蔽板(熱遮蔽裝置、輻射遮蔽)設置於主室中之坩堝之上部的情況，在錠之直身部上部，會有在提拉操作中溫度易降至比700℃更低的情況，但是若依據本發明之提拉裝置，更顯著地發揮上述溫度保持之效果，而可簡單地實現所要之溫度履歷。

如上述所示，錠之冷卻係需要在700~600℃之溫度區域急冷。在從最初提拉(約1400℃)至700℃的高溫區域及未滿600℃之低溫區域係無特別限制地冷卻即可。一般係0.01~20℃/分鐘的冷卻速度，以0.1~15℃/分鐘的冷卻速度較佳。此高溫區域之冷卻係將錠冷卻至不低於700℃的溫度較佳。在此過程，亦可設置將錠之溫度實質上保持定溫的保溫區間。

在該高溫區域之冷卻後，接著在700~600℃之溫度區域急冷，藉此，可抑制氧析出物的產生。在本發明，此溫度區域係較佳以3~20℃/分鐘，更佳以5℃/分鐘以上，最佳以5~15℃/分鐘之速度冷卻。此外，考慮對裝置、錠等的負載，亦可將冷卻速度設定成15℃/分鐘以上，亦可設定成20℃/分鐘以上。但，若冷卻速度太快，會有裝置之劣化變快、錠發生龜裂的情況。若依據本發明之提拉裝置，因為將後加熱器設置於上述提拉室內，所以在提拉操作的途中，即使錠之直身部上部進入提拉室內，藉由使後加熱器動作，仍可將對提拉室之進入部分的溫度維持於700℃以上。

錠之急冷係在矽單結晶錠之尾部的提拉結束後，以停止藉後加熱器之加熱、將錠整體提拉至提拉室內並關閉閘閥、將錠與主室隔離、遮蔽輻射熱等來實施較佳。藉此，至錠之直身部上部，可將其整體急冷卻，而可高效率地製造至直身部上部的氧析出物少的矽單結晶錠。

在本發明，特徵在於在700℃~600℃的溫度區域急冷。急冷之溫度區域係只要包含700℃~600℃即可。因此，例如亦可是在750℃~550℃的溫度區域急冷卻的形態，亦可是在800℃~500℃的溫度區域急冷卻的形態。又，急冷中之冷卻速度係不必是定速，但是至少在700℃~600℃的溫度區域之平均的冷卻速度是5℃/分鐘以上較佳。在700℃~600℃以外之溫度區域的冷卻速度係如上述所示，無特別限定。在未滿在600℃之低溫度區域，亦可是自然冷卻，亦可是強制冷卻。

在此提拉室內之錠的急冷時，藉由將惰性氣體供給至提拉室內，促進對流熱傳達，而提高冷卻效率所實施者亦是良好的形態。

此外，在本發明，在這種錠之冷卻中之此錠的溫度係如在後述的實施例所實施之將R熱電偶埋入錠之中心部並測量所確認的值。錠之直身部上部的溫度係在從直身部上端往下方2cm的位置測量。即，在使用本發明之提拉裝置時，使用預先已埋入熱電偶的錠，並藉由以各種的溫度條件進行提拉操作的模擬實驗，在確認錠之溫度後，以滿足上述之既定要件的條件，進行實際之單結晶成長及提拉較佳。

供這種矽單結晶錠之製造的矽原料，一般是使用多結晶矽。作為多結晶矽，亦可使用以流動床法、冶金法、鋅還原法、熔化析出法等之任何方法所製造者，但是適合根據西門子(Siemens)法所製造者。矽單結晶錠之導電型係n型或p型都可，但是由於n型易得到在壽命(LT)優異者等的理由而較佳。作為摻雜之雜質，例如作為n型摻雜物，列舉磷(P)、砷(As)、銻(Sb)，作為p型摻雜物，有硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)。

從以上之概論，在本發明之其他的側面，可理解包含以下的主旨。

(1)一種矽單結晶錠之提拉裝置，係根據丘克拉斯基法之矽單結晶錠的提拉裝置，此提拉裝置之構造係包括：主室，係將收容矽熔化液之坩堝與環繞此坩堝的熔化加熱器設置於下部；及用於收容矽單結晶錠之提拉的提拉室，係從此主室之頂壁的中央部向上方，以縮徑之形態垂設成長筒形；前端具備晶種之單結晶提拉軸是以可上下移動的形式，從上述提拉室之內部空間上方垂下至此晶種可與主室內之上述坩堝所收容的矽熔液面接觸的長度而成，此提拉裝置的特徵為：在上述提拉室內，環設對被提拉而進來之矽單結晶錠加熱的後加熱器而成。

(2)如(1)項所記載之矽單結晶錠之提拉裝置，其中將可遮蔽提拉室之內部空間的閘閥設置於上述提拉室中的下方區域，後加熱器係被設置於此閘閥與主室的頂壁之間的區間而成。

(3)如(1)項所記載之矽單結晶錠之提拉裝置，其中將可遮蔽提拉室之內部空間的閘閥設置於上述提拉室中的下方區域，後加熱器係被設置於比該閘閥更靠上方而成。

(4)如(1)~(3)項中任一項所記載之矽單結晶錠的提拉裝置，其中所提拉之矽單結晶錠之直身部的長度係110~250cm的長條；在矽單結晶錠之開始提拉時的主室內，從坩堝之上端至頂壁的間隔係上述矽單結晶錠之直身部的長度之10~110%。

(5)一種矽單結晶錠之製造方法，係使用如上述(1)~(4)項中任一項所記載的提拉裝置，從坩堝所收容之矽熔液提拉矽單結晶錠後冷卻之該錠的製造方法，其特徵為：將矽單結晶錠之全長設定成在錠之提拉操作的途中，錠之直身部上部進入提拉室內的長度；對此錠之直身部上部的冷卻，採用至錠之提拉操作結束，藉環設於提拉室內的後加熱器加熱，將溫度保持成不低於700℃的形態；接著，在錠之提拉操作結束後，採用停止此後加熱器的加熱，在700~600℃之溫度區域急冷的形態。

(6)如上述(5)項所記載之矽單結晶錠之製造方法，其中在矽單結晶錠之尾部的提拉結束後，停止後加熱器的加熱，將錠整體提拉至提拉室內並對此錠整體實施上述700~600℃之溫度區域的急冷。

(7)如請求項5或(6)項所記載之矽單結晶錠之製造方法，其中對錠的直身部上部之上述700~600℃之溫度區域的急冷係5℃/分鐘以上的冷卻速度。

(8)如請求項5~7中任一項所記載之矽單結晶錠之製造方法，其中所提拉之矽單結晶錠之直身部的長度係110~250cm的長條，所使用之矽單結晶錠的提拉裝置在錠之開始提拉時的主室內，從坩堝之上端至頂壁的間隔係上述矽單結晶錠之直身部的長度之10~110%的長度。

實施例

在以下，列舉本發明之實施例，更具體地說明，但是本發明係不限定為這些實施例。此外，在實施例及比較例，所得之矽單結晶錠的物性評估係根據如下的方法測量。

1)從矽單結晶錠之直身部上部所切割出之晶圓的壽命(LT)測量

對在各實施例所製造之矽單結晶錠的直身部(直徑20cm)，從直身部之上端部2cm下方的位置及距離直身部之上端部20cm下方的位置，在水平方向切割出厚度2.5mm的圓切片試料。以氟酸、硝酸、醋酸的混合液對此試料腐蝕，除去在切割時所產生之雙面的損壞層。然後，對雙面進行碘鈍化，使用根據μ-PCD法之LT測量裝置(SEMILAB公司製「WT-2000」)，測量壽命。因為壽命之量測係微小的範圍，所以對直徑20cm的範圍以4mm間隔取得試料整個面之共1903點的資料。圓切片試料之面內的壽命值係以這些1903點之資料的平均值作為代表值。

實施例1

使用第1圖所示之提拉裝置，實施矽單結晶錠之製造。在此提拉裝置，提拉室10之全長(從其上端至主室1之頂壁9的長度)係510cm，其中在提拉操作結束時錠之被收容之比閘閥11更靠上方的長度係350cm，此區域的內徑係38cm。又，介於閘閥11之下方之與主室1之連結區域13的長度係160cm。

在提拉室10，介於上述閘閥11的下方之往主室1的連結區域13係比上述閘閥11更靠上方的內徑更擴徑，後加熱器12被設置於此擴徑部分。後加熱器12係內徑38cm×長度120cm之石墨製之圓筒形的電阻加熱器，並沿著提拉室10之內壁所環設。

此外，將隔熱材料14設置於此後加熱器12與提拉室10的內壁之間。

設置於主室1內之坩堝3係石英製，直徑是24英吋(61cm)，在坩堝3中收容高純度多結晶矽原料150kg、及在這些高純度多結晶矽熔化時將n型摻雜物調整成74ppba的磷熔解於此矽熔化液2中之狀態後收容。

以真空泵將主室1內降壓至數kPa，對石墨製之熔化加熱器4投入電力，將熔化加熱器4加熱至1450℃，在Ar環境氣體下對此多結晶矽進行加熱熔化。使在前端已設置主面方位是Si<100>之矽晶種5的單結晶提拉軸6下降，而使該矽晶種5與該矽熔液2的液面接觸，調整熔化加熱器4而使固液界面成為進行結晶成長的溫度後，以0.9mm/分鐘之提拉速度開始提拉單結晶體，直身部係直徑8英吋(20cm)、長度180cm、頂部的長度10cm、尾部的長度20cm，提拉結晶成長方位為<100>之n型矽單結晶錠。

此外，在開始提拉後，因應於坩堝3中之矽熔化液2的液量變少，為了將從坩堝中之矽熔液面至主室之頂壁的間隔保持定值，使此坩堝3上升。在開始提拉時，坩堝3的上端與主室1之頂壁最上部的高低差(H)係70cm。

已提拉之矽單結晶錠的冷卻，在從熔液面至進入提拉室內的位置，在其直身部上部以0.1~2.7℃/分鐘的冷卻速度實施。所提拉之錠係因為如上述所示是長度210cm的長條，所以在提拉至85cm以上時，直身部上部進入了提拉室10內。

從進入了此提拉室10內的直身部上部到達連結區域13之前的30cm對後加熱器12投入電力。進入了提拉室10內之直身部上部的溫度降低至750℃附近後，係藉此將溫度保持成不會降低。此外，上述後加熱器12的加熱溫度係藉由在加熱器附近所插入之K熱電偶掌握，並調整後加熱器的溫度。

在錠之提拉結束後，從熔化液分離錠之尾部，同時使矽單結晶錠以50cm/分鐘的速度上升。

在錠之尾部下端到達比閘閥還上方後，關閉閘閥，而遮蔽來自主室之輻射熱，使錠急冷。在此時，藉由將Ar導入而到達大氣壓，促進對流熱傳達，提高錠之冷卻效率。藉此，在上述急冷，如後述所示，在錠之直身部上部之700~600℃的溫度區域之冷卻速度係8℃/分鐘。

在以上的操作之後，打開比閘閥11更靠上方的提拉室，將矽單結晶錠8取出至裝置外。對此矽單結晶錠，按照上述1)的方法，測量從切割出之直身部上部所切割出之晶圓的壽命(LT)。在第1表表示結果，具有良好的LT值。

此外，為了確認在上述矽單結晶的提拉操作中之直身部上部的溫度履歷，另外實施如下的實驗。即，除了對單結晶提拉軸6之前端所具備的晶種5，安裝測溫之粗的晶種，並將裝入氧化鋁管之R熱電偶安裝成向下方突出5cm以外，根據與上述相同的方法，實施矽單結晶錠的提拉。在所提拉之矽單結晶錠，上述R熱電偶係被埋入於與錠中心部之直身起算相距2cm的位置。

在提拉操作中，藉由每隔1分鐘取得此R熱電偶之溫度的資料，確認與錠之直身部的上端部相距2cm下方之中心的溫度變化。在上述錠之徐冷步驟，R熱電偶的位置在固態化後16小時後進入提拉室，在其時間點之溫度是769℃(如上述所示，從提拉之開始的最初至降至此溫度的冷卻速度是0.1~2.7℃/分鐘)。進入提拉室後係被保持於750℃±10℃，被保溫成實質上不會低於700℃。又，在錠之提拉結束後之在提拉室內之錠的急冷卻步驟，直身部上部之700~600℃之溫度區域的滯留時間係12分鐘，冷卻速度係8℃/分鐘。

第1比較例

作為提拉裝置，使用第3圖所示之在提拉室10內未設置後加熱器12者，實施矽單結晶錠的製造。

在與第1實施例一樣之條件實施提拉。在將錠提拉85cm以上時，直身部上部已進入提拉室10內，但是因為在提拉室10內未設置後加熱器12，所以直身部上部之冷卻照樣繼續至600℃，至700~600℃的滯留時間係213分鐘，冷卻速度係0.5℃/分鐘，無法進行急冷卻。

對以上之結果所得的矽單結晶錠，按照上述1)之方法，測量從切割出之直身部上部所切割出之晶圓的壽命(LT)時，如第1表所示，值係低。

實施例2

作為提拉裝置，使用第2圖所示之形態者，實施矽單結晶錠的製造。此提拉裝置係在提拉室10，將後加熱器 12設置於比閘閥11更靠上方，因為介於閘閥11的下方之往主室1的連結區域13短至20cm，所以將裝置之總高抑制成低。

提拉室10之全長(從其上端至主室1之頂壁9的長度)係380cm，其中在提拉操作結束時收容錠之比閘閥11更靠上方的長度係345cm。後加熱器12係在鉛垂方向配置2個內徑38cm×長度70cm之石墨製之圓筒形的電阻加熱器，並以沿著提拉室10之內壁間斷的形態所環設。此2個後加熱器係可各自獨立地進行溫度控制。

此外，將隔熱材料14設置於此後加熱器12與提拉室10的內壁之間。讀取提拉中之錠之側面的溫度，為了將其反映至後加熱器的溫度控制，在垂直方向以20cm間隔設置視窗，並設置輻射溫度計。在後加熱器加熱中為了防止表面露出的閘閥之O環的燒毀，採用在加熱中係以不銹鋼製之水冷環包覆O環的構造。

將坩堝3所收容之高純度多結晶矽原料的量變更成180kg，並將第1實施例之製造條件變更成所提拉之矽單結晶錠的尺寸為直徑8英吋(20cm)、直身部的長度為220cm、頂部的長度10cm、尾部的長度20cm。在開始提拉時，坩堝3的上端與主室1之頂壁最上部的高低差(H)係75cm。

所提拉之矽單結晶錠係因為如上述所示，直身部的長度是220cm的長條，所以在提拉至85cm以上時，直身部上部進入了提拉室10內。在結晶成長之提拉中，將後加熱器加熱成進入了提拉室內之直身部上部總是超過700℃。從熔化液分離尾部後，停止後加熱器之加熱，同時使矽單結晶錠以 50cm/分鐘之速度上升，並關閉閘閥，遮蔽來自主室之輻射熱，使錠急冷。在此急冷，直身部上部之700~600℃之溫度區域的滯留時間係11分鐘，冷卻速度係9℃/分鐘。

對以上之結果所得的矽單結晶錠，按照上述1)之方法，測量從切割出之直身部上部所切割出之晶圓的壽命(LT)。在第1表表示結果，具有良好之LT值。