TWI625431B - 單晶矽的製造方法 - Google Patents

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TWI625431B TW105136096A TW105136096A TWI625431B TW I625431 B TWI625431 B TW I625431B TW 105136096 A TW105136096 A TW 105136096A TW 105136096 A TW105136096 A TW 105136096A TW I625431 B TWI625431 B TW I625431B
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Abstract

本發明提供一種能夠製造出碳濃度低的單晶矽的單晶矽的製造方法。利用柴可拉斯基法的單晶矽的製造方法，包括：原料熔解步驟，使用碳製的加熱器15加熱石英坩堝11內的矽原料，產生矽熔液5；結晶拉起步驟，從原料熔解步驟中產生的矽熔液5中拉起單晶。在原料熔解步驟中，至少將位於比石英坩堝11的上端11a更上方的加熱器15的第1部分15zu的最高表面溫度維持在不滿1500℃，加熱該矽原料。

Description

單晶矽的製造方法
本發明係有關於利用柴可拉斯基法(以下稱為CZ法)的單晶矽的製造方法，且特別有關於產生矽熔液的原料熔解步驟中的矽原料的加熱方法。
做為半導體裝置的基板材料的單晶矽大多是以CZ法製造。CZ法中會將石英坩堝內填充多晶矽等的原料，在腔室內加熱並熔解原料。接著，將安裝於拉起軸的下端的種晶從石英坩堝的上方下降浸漬於矽熔液中，一邊旋轉種晶及坩堝一邊慢慢昇起種晶，在種的下端成長出單晶矽。
做為使用CZ法的單晶矽的製造方法中倍增法也為一般所知(例如，參照專利文獻1)。倍增法中，將單晶矽拉起後，追加供給矽原料於同一石英坩堝內使其熔解，從獲得的矽熔液中拉起單晶矽，重複這個原料供給步驟及單晶拉起步驟，藉此從一個石英坩堝中製造出複數根的單晶矽。根據倍增法，能夠減低平均每一根單晶矽的石英坩堝的原價成本。又，因為能夠減低將腔室拆開更換石英坩堝的頻率，能夠提昇作業效率。
矽原料的加熱方法中有各種方法，但例如專利文獻2中記載了一種方法，利用配置於坩堝的外側的上側加熱器 及下側加熱器將原料熔解後，立刻將對下側加熱器的電力供給減低至零，形成原料的固體層，從在這之上共存的熔融層中成長出單晶矽。又，專利文獻3中揭露了一種方法，使用由加熱坩堝的周圍的側面加熱器以及加熱坩堝的底部的底部加熱器所構成的分割加熱器，使坩堝內的原料熔融，藉此在短時間內熔融原料。又，專利文獻4也揭露了，為了抑制熔融矽原料用的消耗電力，矽原料的溫度超過200~300℃的範圍的基準溫度之前將加熱器的輸出抑制在比較低的值，當超過基準溫度後再提高加熱器的輸出。
減低單晶矽中的碳濃度是重要的課題之一。這是因為單晶矽中的碳會促進氧的析出，氧析出物會對裝置性能造成影響，例如漏電流增加等。例如，有報告指出在IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)中載子生命週期被電子束放射及退火所控制時，碳會對飽和電壓等的裝置特性有不良的影響。
單晶矽中的碳濃度的上昇主要被認為是從石墨製的加熱器所產生的CO氣體所引起。從矽熔液蒸發的SiO氣體會與高溫的加熱器之間產生反應，而產生CO氣體，這個CO氣體會附著於未熔融的矽原料，因為碳會在原料熔解時溶入使得熔液中的碳濃度上昇，從這個矽熔液中拉起的單晶矽的碳濃度也會上昇。特別是，上述的倍增法中拉起的次數越多單晶中的碳濃度就越上昇，因此碳污染的問題相當顯著。
為了拉起碳濃度低的單晶矽，例如專利文獻5中，提出了一種設置整流構件於保持石英坩堝的石墨製的承載器 的上部，來加速非活性氣體的流速的方法。藉由整流構件提高非活性氣體的流速，能夠有效率地排出從加熱器產生的CO氣體。
先行技術文獻
專利文獻1：日本特開2010-018506號公報
專利文獻2：日本特開平6-227890號公報
專利文獻3：日本特開平2-221184號公報
專利文獻4：日本特開2013-237586號公報
專利文獻5：日本特開2012-201564號公報
然而，專利文獻5記載的方法中，因為整流構件使得承載器的高度增加，實際上昇石英坩堝時整流構件與腔室內的構造體碰撞的可能性高。也就是說，當單晶持續拉起，石英坩堝內的矽熔液減少時，會進行控制來上昇石英坩堝，使得液面水平維持一定，但這個時候與石英坩堝一起上昇的安裝於承載器的整流構件會與腔室內的構造體干涉，因而無法上昇石英坩堝。
本發明為了解決上述問題而完成，本發明的目的是提供一種能夠製造出碳濃度低的單晶的單晶製造方法。
為了解決上述問題，本發明的一種單晶矽的製造方法，其利用柴可拉斯基法，包括：原料熔解步驟，使用碳製的加熱器加熱石英坩堝內的矽原料，產生矽熔液；結晶拉起步驟，從該原料熔解步驟中產生的該矽熔液中拉起單晶，其中在 該原料熔解步驟中，至少將位於比該石英坩堝的上端更上方的該加熱器的第1部分的最高表面溫度維持在不滿1500℃，加熱該矽原料。
根據本發明，能夠抑制從位於比石英坩堝上端更上方的加熱器的第1部分產生CO氣體，能夠抑制CO氣體溶入石英坩堝的矽原料。因此，能夠製造碳濃度低的單晶矽。
本發明中，在該原料熔解步驟中，將位於比該石英坩堝的上端更下方的該加熱器的第2部分的最高表面溫度昇溫到1500℃以上，加熱該矽原料為佳。藉由將加熱器的第2部分的最高表面溫度昇溫到1500℃以上，能夠充分加熱熔解石英坩堝內的矽原料。將加熱器的第2部分的最高表面溫度，特別是第2部分全體的表面溫度設定在1500℃以上的情況下，雖然會增加來自加熱器的CO氣體，但因為是在石英坩堝的下方產生，所以難以進入石英坩堝內。因此，即使將加熱的第2部分的最高表面溫度，或者是第2部分全體的表面溫度昇溫到1500℃以上，也能夠製造出碳濃度低的單晶矽。
本發明中，該加熱器包括於上下方向分割配置的上部加熱器及下部加熱器，該上部加熱器包括該第1部分，該下部加熱器包括該第2部分為佳。在這個情況下，該上部加熱器的上端位於比該石英坩堝的上端更上方，該下部加熱器的上端位於比該石英坩堝的上端更下方為佳。藉由這個構造，能夠使用在上下方向分割配置的上部加熱器及下部加熱器，容易且確實地抑制CO氣體溶入矽原料，並且熔解原料。
本發明的該原料熔解步驟中，該石英坩堝的上端 被配置於該上部加熱器的上端與下端之間，且比起該上端更接近該下端的位置為佳。抑制上部加熱器的輸出使下部加熱佔優勢的話，石英坩堝的底部溫度上昇，施加於石英坩堝的熱負荷變大，坩堝表面的破損或熔損加速，可能使單晶矽的錯位化增加。然而，石英坩堝的上端配置於比上部加熱器的下端更下方，能夠抑制坩堝的底部的溫度上昇，能夠抑制單晶的錯位化。
本發明的該原料熔解步驟中，從該石英坩堝的上方導入非活性氣體到收容該石英坩堝及該加熱器的腔室內，且從該石英坩堝的下方排出該腔室內的該非活性氣體為佳。將加熱器的第2部分的最高表面溫度昇溫到1500℃以上的情況下，從加熱器的第2部分產生CO氣體增加，但這個CO氣體會受到在爐內流動的非活性氣體的影響而難以進入石英坩堝內，因此即使將加熱器的第2部分的最高溫度昇溫到1500℃以上也能夠製造出碳濃度低的單晶矽。
本發明是一種單晶矽的製造方法，其利用倍增法，藉由反覆進行該原料熔解步驟及該結晶拉起步驟，使用同一石英坩堝製造出複數根的單晶矽，其中在複數的原料熔解步驟的每一個中，將該加熱器的該第1部分的最高表面溫度維持在不滿1500℃，加熱該矽原料為佳。在倍增法中越增加拉起次數，單晶中的碳濃度越上昇，因此碳污染的問題顯著。然而，藉由將原料熔解步驟中的加熱器的第1部分的最高表面溫度維持在不滿1500℃，能夠抑制碳污染，在倍增法中達成顯著的效果。
根據本發明，能夠提供一種可製造出碳濃度低的 單晶的單晶製造方法。
1、2、3、4‧‧‧單晶製造裝置
5‧‧‧矽熔液
6‧‧‧單晶矽
10‧‧‧腔室
10a‧‧‧主腔室
10b‧‧‧牽引腔室
10c‧‧‧氣體導入口
10d‧‧‧氣體排出口
10e‧‧‧觀察窗
11‧‧‧石英坩堝
11a‧‧‧石英坩堝的上端
12‧‧‧承載器
13‧‧‧旋轉軸
14‧‧‧轉軸驅動機構
15‧‧‧加熱器(碳加熱器)
15a‧‧‧上部加熱器
15au‧‧‧上部加熱器的上部
15al‧‧‧上部加熱器的下部
15a1‧‧‧上部加熱器的上端
15a2‧‧‧上部加熱器的下端
15b‧‧‧下部加熱器
15b1‧‧‧第1下部加熱器
15b2‧‧‧第2下部加熱器
15b1‧‧‧下部加熱器的上端
15b2‧‧‧下部加熱器的下端
15z1‧‧‧加熱器15的上端
15z2‧‧‧加熱器15的下端
15zu‧‧‧加熱器的第1部分(上側部分)
15zl‧‧‧加熱器的第2部分(下側部分)
16‧‧‧隔熱材
17‧‧‧熱遮蔽體
17a‧‧‧熱遮蔽體的開口
18‧‧‧線
19‧‧‧捲線機構
第1圖係顯示本發明第1實施型態的單晶製造裝置的構造的略側剖面圖。
第2圖係顯示單晶矽的製造步驟的流程圖。
第3圖係用來說明原料熔解步驟中的矽原料的加熱方法的概要圖。
第4圖係顯示SiO與碳的2個反應的標準生成吉布斯自由能的分布，橫軸顯示溫度，縱軸顯示吉布斯自由能。
第5圖係顯示本發明第2實施型態的單晶製造裝置的構造的略側剖面圖。
第6圖係顯示本發明第3實施型態的單晶製造裝置的構造的略側剖面圖。
第7圖係用以說明本發明第4實施型態的單晶製造裝置的構造及動作，特別是將使用單一加熱器的矽原料的加熱方法與加熱器的溫度分布一起說明的概要圖。
以下，一邊參照圖式來說明本發明的較佳的實施型態。
第1圖係顯示本發明第1實施型態的單晶製造裝置的構造的略側剖面圖。
如第1圖所示，單晶製造裝置1包括：腔室10；石英坩堝11，設置於腔室10內；石墨製的承載器12，支持石英坩 堝11；旋轉軸13，連接到承載器12的底部；轉軸驅動機構14，旋轉及昇降驅動旋轉軸13；加熱器15，加熱石英坩堝11內的矽原料；隔熱材16，設置於腔室10的內側；熱遮蔽體17，設置於石英坩堝11的上方；單晶拉起用的線18，吊設於石英坩堝11中央的上方；捲線機構19，配置於腔室10的上方。
腔室10是由主腔室10a、以及連結到主腔室10a的上部開口的細長圓筒狀的牽引腔室10b所構成。石英坩堝11及加熱器15設置在主腔室10a內。牽引腔室10b設置有將氬氣等的非活性氣體(沖洗氣體)導入腔室10內的氣體導入口10c，主腔室10a的下部設置有將氬氣排出的氣體排出口10d。又，主腔室10a的上部設置有觀察窗10e，透過觀察10e能夠觀察石英坩堝11的矽熔液的狀態。
加熱器15用於使填充於石英坩堝11內的矽原料熔融且維持熔融狀態。加熱器15是碳製的阻抗加熱式加熱器，設置成包圍石英坩堝11的全周。又，隔熱材16包覆主腔室10a的內側的側面及底面，藉此提高矽原料的加熱效率。
本實施型態的加熱器15是上下方向分割成兩組的分割加熱器，以上部加熱器15a及下部加熱器15b所構成。上部加熱器15a及下部加熱器15b能夠分別獨立控制，能夠使上部加熱器15a的功率比下部加熱器15b大或小。又，上部加熱器15a及下部加熱器15b配置成與石英坩堝11的側壁部相對，構成所謂的側面加熱器。
熱遮蔽體17是覆蓋石英坩堝11的上方的略逆圓錐梯狀的碳製構件，用以讓固液界面附近的拉起軸方向的溫度變 化最佳化。熱遮蔽體17具有比被拉起的單晶6的最大直徑更大的開口17a，單晶6通過開口17a被拉起到上方。
承載器12、旋轉軸13及轉軸驅動機構14構成石英坩堝11的旋轉昇降機構。旋轉軸13的下端部貫通主腔室10a的底部中央，連接到設置於主腔室10a的外側的轉軸驅動機構14。
線18及捲線機構19構成結晶拉起機構。線18是單晶6的拉起軸，與石英坩堝11的旋轉中心軸一致。捲線機構19配置於牽引腔室10b的上方，線18的下端會從捲線機構19通過牽引腔室10b內往下方延伸，到達主腔室10a的內部空間。第1圖係顯示育成途中的單晶6被線18吊起的狀態。
單晶6的製造步驟中，首先填充多晶矽等的原料於設置於承載器12內的石英坩堝11內，將種晶透過種夾頭(未圖示)安裝於線18的下端。接著，以加熱器15加熱石英坩堝11內的矽原料，產生熔液5。接著，使種晶下降碰到熔液5後，一邊使種晶及石英坩堝11分別旋轉，一邊慢慢上昇種晶，藉此成長出略圓柱狀的單晶矽6。單晶矽6的直徑藉由控制其拉起速度及加熱器15的功率來控制。
單晶的製造步驟中，腔室10內保持於減壓狀態。從設置於石英坩堝11的上方的氣體導入口10c供給氬氣到腔室10內，從設置於石英坩堝11的下方的氣體排出口10d排出氬氣，產生從腔室10內的上方往下方流動的氬氣氣流。腔室10內產生的SiO氣體及CO氣體會與氬氣一起從氣體排出口10d排出。
第2圖係顯示單晶矽的製造步驟的流程圖。
如第2圖所示，單晶矽6的製造中，依序進行；原料熔解步驟S11，加熱石英坩堝11內的矽原料來產生熔液5；接觸步驟S12，使種晶接觸熔液5；縮頸步驟S13，形成結晶直徑縮窄的頸部；肩部育成步驟S14，為了獲得規定的直徑(例如約300mm)的單晶而形成結晶直徑逐漸增大的肩部；體部育成步驟S15，形成維持在規定直徑的體部；尾部育成步驟S16，在拉起結束時縮窄直徑，最終從液面分離。
第3圖係用以說明原料熔解步驟S11中的矽原料的加熱方法的概要圖。
如第3圖所示，產生矽熔液5的原料熔解步驟S11中，將上部加熱器15a的最高表面溫度維持在不滿1500℃，且將下部加熱器15b的最高表面溫度昇溫到1500℃以上。又，原料熔解步驟S11中，石英坩堝11的高度方向的位置被設定成，位於上部加熱器15a的上端15a1比石英坩堝11的上端11a更上方的位置，位於下部加熱器15b的上端15b1比石英坩堝11的上端11a更下方的位置。像這樣，使上部加熱器15a的最高表面溫度不滿1500℃，能夠抑制上部加熱器15a與SiO氣體間的反應，抑制CO氣體產生，能夠防止CO氣體溶入石英坩堝11內的矽原料中。又，使下部加熱器15b的最高表面溫度在1500℃以上，能夠充分地加熱石英坩堝11內的矽原料使其熔解。
如上述，單晶矽6的碳污染是來自於加熱器15產生的CO氣體。也就是說，從矽熔液5蒸發的SiO氣體與高溫的加熱器15反應，產生CO氣體，這個CO氣體附著到未熔融的矽原料的表面，原料熔解時碳溶入矽熔液中，因此熔液中的碳濃度 上昇，從熔液中拉起的單晶中的碳濃度也會上昇。
腔室10內的SiO與碳的反應有2種，一個是如(1)式所示的從SiO與碳中產生SiC及CO氣體的反應，另一個是如(2)式所示的從SiO及碳中產生SiC及SiO2的反應。
SiO+2C=SiC+CO...(1)
SiO+1/2．C=1/2．SiC+1/2．SiO2...(2)
如上述，(1)式(第1反應式)的反應中產生了CO氣體，(2)式(第2反應式)的反應中不產生CO氣體。因此，使後者的反應比前者的反應更強，可抑制CO氣體的增加，藉此能夠減低單晶中的碳濃度。2個反應的優劣能夠從各個標準生成吉布斯自由能中得知，標準生成吉布斯自由能較低者的反應較強。
第4圖係顯示上述2個反應的標準生成吉布斯自由能的溫度變化，橫軸表示溫度，縱軸表示吉布斯自由能。
如第4圖所示，(1)式及(2)式的反應的標準生成吉布斯自由能都是對於溫度變化線性的圖形，特別是(1)式的反應的圖形的傾斜小，(2)式的反應的圖形傾斜大。2個圖形的交點的位置的溫度是1500℃，1500℃以上的情況下，2個反應中會產生CO氣體的(1)式的反應佔優勢，不滿1500℃的話，不產生CO氣體的(2)式的反應佔優勢。因此，將加熱器的最高表面溫度設定在不滿1500℃，就能夠抑制形成碳濃度上昇原因的CO氣體的產生，藉此能夠抑制單晶矽中的碳濃度的上昇。
原料熔解步驟S11中，石英坩堝11下降到石英坩堝 11的上端11a不低於上部加熱器15a的下端15a2的程度為佳(參照第3圖)。如果取代壓抑上部加熱器15a的最高表面溫度壓抑至較低的值，大幅提高下部加熱器15b的最高表面溫度使下部加熱佔優勢的話，坩堝底部的溫度會過度上昇，施加於石英坩堝11的熱負荷增大，會加速坩堝表面的破損或熔損，可能使單晶矽的錯位化增加。然而，將石英坩堝11往下方拉到石英坩堝11的上端11a不低於上部加熱器15a的下端15a2的程度的情況下，來自上部加熱器15a的輻射熱會直接照射石英坩堝11內的矽原料，因此能夠提高矽原料的加熱效率。因此，不需要將下部加熱器15b的最高表面溫度大幅地提高，就能夠熔解矽原料，抑制坩堝底部的溫度上昇，抑制單晶的錯位化。
將下部加熱器15b的最高表面溫度設定在1500℃以上的情況下，下部加熱器15b的CO氣體的產生增加。然而，下部加熱器15b位於比石英坩堝11的上端更下方，又在腔室10內從上方往下方產生氬氣的流動，因此從下部加熱器15b產生的CO氣體會受到氬氣流動的影響而難以進入石英坩堝11內。因此，即使將下部加熱器15b的最高表面溫度設定在1500℃以上也不會有問題，提高下部加熱器15b的最高表面溫度，能夠確實地熔解矽原料。
上部加熱器15b的全體的表面溫度也可以不滿1500℃，位於比石英坩堝11的上端11a的高度位置更上方的上部加熱器15a的上部15au(參照第3圖)的最高表面溫度可以不滿1500℃。至少上部加熱器15a的上部15au的最高表面溫度不滿1500℃的話，能夠充分地減低上部加熱器15a與SiO氣體的反 應所產生的CO氣體溶入石英坩堝11內的矽原料的機率。又，上部加熱器15a的全體的表面溫度不滿1500℃的情況下，因為上部加熱器15a的上部15au的最高表面溫度也不滿1500℃，所以不會造成問題。
上述加熱器15a的最低表面溫度在1300℃以上為佳。上部加熱器15a的最低表面溫度比1300℃低的情況下，原料的熔融需要長時間，會招致生產性的降低。
下部加熱器15b的最高表面溫度在1850℃以下為佳，比上部加熱器15a的上部15au(第1部分)更下方的部分(上部加熱器15a的上部15al(第2部分))的最高表面溫度也與下部加熱器15b同樣地在1850℃以下為佳。提高加熱器的表面溫度能夠在短時間內熔解石英坩堝11內的原料，但石英坩堝11在其溫度超過1600℃會軟化變形。因此，下部加熱器15b及上部加熱器15a的下部15al設定在1850℃以下為佳。
本實施型態中，下部加熱器15b的最高表面溫度在1500℃以上是很重要的。因為至少將上部加熱器15a的上部15au設定成不滿1500℃，所以熔解石英坩堝11內的原料的主要是來自下部加熱器15b的輻射熱，因為矽原料的熔點是1412℃，所以下部加熱器15b的最高表面溫度不在1500℃以上的話就無法使矽原料到達熔點以上。為了縮短原料熔解時間並提昇生產性，將下部加熱器15b的表面全體的溫度設定在1500℃以上為佳。也就是說，藉由將下部加熱器15b的最低表面溫度設定在1500℃以上，儘管從矽熔液5蒸發的SiO氣體會與高溫加熱器15反應而產生CO氣體，但還是能夠一邊降低進入單晶的碳 濃度，一邊短時間地熔解原料。
上部加熱器15a可以具有下端15a2的表面溫度一直比上端15a1的表面溫度高的溫度分布。上部加熱器15a具有這種溫度分布的情況下，能夠比較簡單地實施原料熔解步驟中的上述加熱控制。
另外。讓上述加熱器15a及下部加熱器15b獲得既定的表面溫度所需要的功率，能夠從從單晶製造裝置的熱模擬中求出。將模擬結果中算出的功率分別供給到上部加熱器15a及下部加熱器15b，能夠以既定的表面溫度實際地分別讓上部加熱器15a及下部加熱器15b發熱。
原料熔解步驟S11結束後(接觸步驟S12以後)，上部加熱器15a及下部加熱器15b的表面溫度沒有特別的限定。這是因為CO氣體中的碳難以溶入液態的矽，矽熔液中的碳濃度幾乎不會受到CO氣體的影響。因此，能夠使上部加熱器15a及下部加熱器15b的最高表面溫度都在1500℃以上。或者是也可以使上部加熱器15a及下部加熱器15b的最高表面溫度都維持在不滿1500℃。
藉由重複原料熔解步驟及之後的結晶拉起步驟，實施使用同一石英坩堝來製造複數根單晶矽的倍增法的情況下，複數的原料熔解步驟中各自將上部加熱器15a的最高表面溫度維持在不滿1500℃，且將下部加熱器15b的最高表面溫度昇溫到1500℃以上，加熱矽原料即可。如上所述，倍增法中拉起次數越增加單晶中的碳濃度就會上昇，因此碳污染的問題會越顯著。然而，如本實施型態，藉由將原料熔解步驟中的上部 加熱器15a的最高表面溫度維持在不滿1500℃，能夠抑制碳污染，能夠在倍增法中達成顯著的效果。
如以上所說明，本實施型態的單晶矽的製造方法在原料熔解步驟S11中，將上部加熱器15a的最高表面溫度維持在不滿1500℃，將下部加熱器15b的最高表面溫度昇溫到1500℃以上，因此能夠抑制上部加熱器15a與SiO氣體反應所產生的多量的CO氣體，藉此能夠抑制單晶矽6中的碳濃度的上昇。
第5圖係顯示本發明第2實施型態的單晶製造裝置的構造的略側剖面圖。
如第5圖所示，這個單晶製造裝置2的特徵是構成加熱器15的上部加熱器15a與石英坩堝11的側壁部相向配置的所謂的側式加熱器，下部加熱器15b與石英坩堝11的底部相向配置的底部加熱器。又，上部加熱器15a比第1圖所示的上部加熱器15a在高度方向上的長度更長，能夠對廣範圍加熱。除此之外的構造與第1實施型態相同。
即使在本實施例，原料熔解步驟S11中，上部加熱器15a的至少上部的最高表面溫度維持在不滿1500℃，下部加熱器15b的最高表面溫度昇溫到1500℃以上。又，使石英坩堝11下降到石英坩堝11的上端11a部低於上部加熱器15a的下端15a2的程度的位置，進行矽原料的熔解。藉此，能夠抑制上部加熱器15a與SiO氣體反應產生CO氣體，藉此能夠抑制單晶矽的碳濃度的上昇。
第6圖係顯示本發明第3實施型態的單晶製造裝置的構造的略側剖面圖。
如第6圖所示，這個單晶製造裝置2的特徵是加熱器15是由上部加熱器15a與配置於其下方的第1下部加熱器15b1及第2下部加熱器15b2的組成所構成。第2下部加熱器15b2位於第1下部加熱器15b1的下方，第1下部加熱器15b1構成側式加熱器，第2下部加熱器15b2構成底部加熱器。另外，第2下部加熱器15b2也可以構成側式加熱器。
像這樣，本發明能夠適用於使用3段以上的多段加熱器的原料熔解步驟。這個情況下，將至少最上段的加熱器(上部加熱器)中位於比石英坩堝的上端更上方的加熱器部分的最高表面溫度維持在1500℃，將其他的加熱器(下部加熱器)的最高表面溫度昇溫到1500℃以上即可。
第7圖係用以說明本發明第4實施型態的單晶製造裝置的構造及動作，特別是將使用單一加熱器的矽原料的加熱方法與加熱器的溫度分布一起說明的概要圖。
如第7圖所示，這個單晶製造裝置4的特徵是使用能夠在上下方向具有溫度梯度的單一加熱器15(側式加熱器)這點。原料熔解步驟中，加熱器15的上端15z1位於比石英坩堝11的上端11a更上方，加熱器15的下端15z2位於比石英坩堝11的上端11a更下方。因此，加熱器15具有位於比石英坩堝11的上端11a更上方的第1部分(上側部分)15zu，以及位於比石英坩堝11的上端11a更下方的第2部分(下側部分)15zl。
原料熔解步驟中，加熱器15的第1部分15zu的最高表面溫度維持在不滿1500℃。又，原料熔解步驟中，加熱器15的第2部分15z1的最高表面溫度上昇到1500℃以上為佳。因 此，例如加熱器15的溫度分布如圖形TG1所示，從加熱器15的下端15Z2朝向上端15Z1，在例如1600℃~1400℃的範圍內線性變化，成為1500℃的位置Pz位於比石英坩堝11的上端11a更下方。
加熱器15的第2部分15zl的最高表面溫度從原料熔解步驟的最初到最後都一直在1500℃以上為佳。或者是，加熱器15的第2部分15zl的最高溫度可以例如溫度分布的圖形TG2所示，在原料熔解步驟開始時不滿1500℃，但隨著原料熔解步驟進行而漸漸上昇，在原料熔解步驟的中盤或終盤如溫度分布的圖形TG1所示達到1500℃以上(例如1600℃)。又，只要能夠熔解原料的話，加熱器15的第2部分15zl的最高表面溫度即使從原料熔解步驟的最初到最後都一直維持在不滿1500℃也沒關係。
如以上說明，本實施型態的單晶矽的製造方法是在使用單一加熱器15的原料熔解步驟S11中，將位於比石英坩堝11的上端11a更上方的加熱器15的第1部分15zu的最高表面溫度維持在不滿1500℃，因此能夠抑制加熱器15與SiO氣體反應所產生的多量的CO氣體，藉此能夠抑制單晶矽6中的碳的濃度的上昇。
以上，雖然說明了本發明較佳的實施型態，但本發明並不限定於此，在不脫離本發明的主旨的範圍能夠做各種變更，這些變更當然也包含於本發明的範圍內。
例如，上述實施型態中，將下部加熱器15b的最高表面溫度昇溫到1500℃以上，但下部加熱器15b的最高表面溫 度也可以不在1500℃以上，使下部加熱器15b的功率比上部加熱器15a的共率更大即可。藉由這樣做，能夠補足抑制上部加熱器15a的最高表面溫度所造成的加熱器全體的輸出不足。藉由加強下部加熱器15b的加熱，能夠熔解矽原料。
[實施例]
原料熔解步驟中，將加熱器15的表面溫度條改變成以下的條件1~4來育成單晶矽，評價各個單晶矽中的碳濃度。單晶矽的拉起會使用第1圖所示的單晶製造裝置。從模擬中求出條件1~4中的加熱器的表面溫度，如表1所示，條件1中的上部加熱器15a的上部15au的最高表面溫度是1406℃，下部加熱器15b的表面溫度是1421~1445℃。又，條件2中的上部加熱器15a的上部15au的最高表面溫度是1527℃，下部加熱器15b的表面溫度是1537~1549℃。又，條件3中的上部加熱器15a的上部15au的最高表面溫度是1482℃，下部加熱器15b的表面溫度是1507~1590℃。又，條件4中的上部加熱器15a的上部15au的最高表面溫度是1464℃，下部加熱器15b的表面溫度是1489~1573℃。
接著，從原料熔解步驟中產生的矽熔液以CZ法拉起直徑約300mm的單晶矽棒，以FT-IR法測量單晶矽棒的最下端部的碳濃度。另外，測量單晶矽棒的最下端部的碳濃度的理由是因為單晶矽棒中的碳濃度因為偏析而在拉起軸方向的最下端的濃度最高，對碳濃度最容易評價。
如表1所示，條件1(比較例1)中，不只有上部加熱器15a，連下部加熱器15b的表面溫度也太低，到了不滿1500 ℃的程度，因此無法熔解原料，無法育成出單晶矽。又，條件2(比較例2)中，上部加熱器15a的上部15au的最高表面溫度高，單晶矽的碳濃度相對變高。
另一方面，條件3(實施例1)中，上部加熱器15a的上部15au的最高表面溫度不滿1500℃，下部加熱器15b的最低表面溫度在1500℃以上，因此能夠相對地降低單晶矽中的碳濃度，相對於條件2的碳濃度的相對值變成91。
又，在條件4(實施例2)中，上部加熱器15a的上部15au的最高表面溫度與條件3同樣地不滿1500℃，但下部加熱器15b的最低表面溫度不滿1500℃。然而，因為下部加熱器15b的最高表面溫度為1573℃(1500℃以上)，所以能夠熔解原料，能夠育成出單晶矽。然後，單晶矽的碳濃度比條件3更低，相對於條件2的碳濃度的相對值變成84。
從以上的結果可知，原料熔解步驟中使上部加熱器15a的上部15au的最高表面溫度不滿1500℃，使下部加熱器15b的最高表面溫度在1500℃以上的情況下，單晶矽中的碳濃 度會比上部加熱器15a的上部15au的最高表面溫度在1500℃以上的情況下低。

Claims (6)

  1. 一種單晶矽的製造方法，其利用柴可拉斯基法，包括：原料熔解步驟，使用碳製的加熱器加熱石英坩堝內的矽原料，產生矽熔液；結晶拉起步驟，從該原料熔解步驟中產生的該矽熔液中拉起單晶，其中該加熱器設置成包圍石英坩堝的全周，並且包括位於比該石英坩堝的上端更上方的第1部分、以及位於比該石英坩堝的上端更下方的該加熱器的第2部分，其中在該原料熔解步驟中，至少將該加熱器的該第1部分的最高表面溫度維持在不滿1500℃，加熱該矽原料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之單晶矽的製造方法，其中在該原料熔解步驟中，將該加熱器的該第2部分的最高表面溫度昇溫到1500℃以上，加熱該矽原料。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之單晶矽的製造方法，其中該加熱器包括分別於上下方向分割配置的上部加熱器及下部加熱器，該上部加熱器包括該第1部分，該下部加熱器包括該第2部分。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之單晶矽的製造方法，其中在該原料熔解步驟中，該石英坩堝的上端被配置於該上部加熱器的上端與下端之間，且比起該上端更接近該下端的位置。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之單晶矽的製造方法，其 中在該原料熔解步驟中，從該石英坩堝的上方導入非活性氣體到收容該石英坩堝及該加熱器的腔室內，且從該石英坩堝的下方排出該腔室內的該非活性氣體。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之單晶矽的製造方法，其利用倍增法，藉由反覆進行該原料熔解步驟及該結晶拉起步驟，使用同一石英坩堝製造出複數根的單晶矽，其中在複數的原料熔解步驟的每一個中，將該加熱器的該第1部分的最高表面溫度維持在不滿1500℃，加熱該矽原料。
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