TWI682077B - 矽單結晶的製造方法 - Google Patents

Abstract

提供矽單結晶的製造方法，其能夠有效率地使得含有CO的氣體排氣，以降低矽單結晶中的C_s。

使用具備反應室、設置於反應室內的石英坩堝3A、及配置為包圍石英坩堝3A並將石英坩堝3A加熱的加熱器5之拉引裝置，以製造矽單結晶的矽單結晶的製造方法，在拉引裝置形成將已被導入拉引裝置內的氣體從加熱器5的上部排氣的上部排氣口16A、以及從加熱器5的下部排氣的下部排氣口16B；其中，1：3≦從上部排氣口16A之氣體的排氣量：從下部排氣口16B之氣體的排氣量≦6：1。

Description

矽單結晶的製造方法

本發明係關於矽單結晶的製造方法。

矽單結晶中的C_s，在元件製程中成為C_i，再和O_i結合形成C_iO_i缺陷。C_iO_i缺陷會成為引起元件不良的原因。在此，已知可以藉由控制從爐內加熱器、石墨坩堝等地高溫碳構件混入到原料熔液中的CO的汙染速度、以及CO從原料熔液的蒸發速度，來降低結晶中的碳濃度。再者，來自高溫碳構件的CO(gas)係基於下記反應式而產生。

SiO(gas)+2C(solid)→CO(gas)+SiC(solid)

因此，在專利文獻1揭露一種技術，其將氬氣等的惰性氣體從拉引裝置的上方導入石英坩堝內，將含有CO的氣體導向較加熱器上端靠上方、並較其下端靠下方，使其從拉引裝置的下方排出。

先行技術文獻 專利文獻：

專利文獻1：日本特開平05-319976號公報

但是，前記專利文獻1所記載的技術中，由於上方的排氣口位於高位置，所以無法充分進行從上方排氣口的排氣，未必能夠有效率地將含有CO的氣體排氣。因此，有無法充分降低矽單結晶中的C_s的課題。

本發明提供矽單結晶的製造方法，其能夠有效率地使得含有CO的氣體排氣，以降低矽單結晶中的C_s。

本發明的矽單結晶的製造方法，其係為使用具備反應室、設置於前記反應室內的石英坩堝、及配置為包圍前記石英坩堝並將前記石英坩堝加熱的加熱器之拉引裝置，以製造矽單結晶的矽單結晶的製造方法，在前記拉引裝置形成將已被導入前記拉引裝置內的氣體從前記加熱器的上部排氣的上部排氣口、以及從前記加熱器的下部排氣的下部排氣口；其中，1：3≦從前記上部排氣口之氣體的排氣量：從前記下部排氣口之氣體的排氣量≦6：1。

在本發明中，1：2≦從前記上部排氣口之氣體的排氣量：從前記下部排氣口之氣體的排氣量≦3：1為佳。

依據此發明，使得從上部排氣口排氣的氣體之排氣量為1：3≦從上部排氣口之氣體的排氣量：從下部排氣口之氣體的排氣量≦6：1，藉此，能夠使得從上部排氣口的排氣優先進行。因此，能夠有效率地排出流入石英坩堝內的矽熔液表面的含有CO的氣體，能夠降低矽單結晶中的C_s。

尤其，使其為1：2≦從上部排氣口之氣體的排氣量：從下部排氣口之氣體的排氣量≦3：1，藉此能夠有效率地排出石英坩堝內的含有CO的氣體。

本發明中以此為佳：藉由改變各排氣口的開口面積，而調整從前記上部排氣口及前記下部排氣口之氣體的排氣量。

依據此發明，只要改變上部排氣口及下部排氣口的開口面積，就能夠調整各排氣口之氣體的排氣量，所以能夠簡單地調整從上部排氣口及下部排氣口之 氣體的排氣量。

本發明中以此為佳：前記拉引裝置具備排氣流路，其係為配置於前記反應室內，形成了前記上部排氣口及前記下部排氣口，由碳構件所構成。

依據此發明，拉引裝置具備排氣流路，藉此含有CO的氣體不會漏出到其他部位而可以進行排氣，能夠確實降低被拉引的矽單結晶中的C_s。

[1]矽單結晶的拉引裝置1之構造

圖1中顯示了表示可適用本發明的實施形態之矽單結晶的製造方法的矽單結晶拉引裝置1之構造的一例的模式圖。拉引裝置1，係為依據丘克拉斯基法拉引矽單結晶10的裝置，其具備構成外廓的反應室2、及配置於反應室2之中心部的坩堝3。

坩堝3，係為由內側的石英坩堝3A和外側的石墨坩堝3B構成的雙層構造，其固定於可回轉及升降的支持軸4之上端部。

在坩堝3的外側設置了圍住坩堝3的阻抗加熱式的加熱器5，在其外側設置有沿著反應室2的内面作為外筒的隔熱材6。 在坩堝3的上方設置了在與支持軸4同軸上依逆方向或同一方向以所定速度回轉的金屬絲等的拉引軸7。在此拉引軸7的下端安裝了種結晶8。

在反應室2内配置了筒狀的熱遮蔽體12。 熱遮蔽體12的作用為:對於育成中的矽單結晶10，遮擋來自坩堝3内的矽熔液9或加熱器5或坩堝3的側壁之高溫的輻射熱，並且對於作為結晶成長界面的固液界面的附近，抑制向外部的熱擴散，控制單結晶中心部及單結晶外周部的拉引軸方向之溫度梯度。 另外，熱遮蔽體12也有作為整流筒的功能，其藉由從爐上方導入的惰性氣體將來自矽熔液9的蒸發部向爐外排氣。

在反應室2的上部設置了將氬氣(以下稱為Ar氣體)等的惰性氣體導入到反應室2内的氣體導入口13。在反應室2的下部設置了藉由未圖示的真空泵之驅動而將反應室2内的氣體吸引並排出的排氣口14。 從氣體導入口13導入到反應室2内的惰性氣體，在育成中的矽單結晶10和熱遮蔽體12之間下降，經過熱遮蔽體12的下端和矽熔液9的液面的縫隙之後，朝向熱遮蔽體12的外側、再向坩堝3的外側流動，之後於坩堝3的外側下降，從排氣口14排出。

使用此種拉引裝置1製造矽單結晶10時，在將反應室2内維持在減壓下的惰性氣體環境的狀態下，藉由加熱器5的加熱使得填充於坩堝3的多結晶矽等的固形原料熔融，以形成矽熔液9。在坩堝3内形成矽熔液9時，使拉引軸7下降將種結晶8浸漬於矽熔液9中，使坩堝3及拉引軸7依所定方向回轉，同時將拉引軸7緩緩拉引，藉此育成與種結晶8相連的矽單結晶10。

[2]排氣流路的構造

圖2及圖3中顯示形成於前述拉引裝置1的排氣流路之構造。圖2為垂直方向剖面圖，圖3為水平方向剖面圖。

排氣管15由如圖3所示般由剖面C字狀的長尺構件所構成，排氣管15的C字的凸緣先端接合於配置在加熱器5外側的內筒16。排氣管15配置為，設置在內筒16周邊的4處，以石英坩堝3A的中心為中心，相鄰的排氣管15成90°角度。

內筒16為由石墨等的碳構件構成的圓筒狀體。在內筒16上，如圖2所示般，於加熱器5的上端之上方形成上部排氣口16A，於加熱器5的下端之下方形成下部排氣口16B。

4支排氣管15的4個上部排氣口16A之氣體的排氣量及下部排氣口16B之氣體的排氣量為，1：3≦從上部排氣口16A的氣體的排氣量：從下部排氣口16B的氣體的排氣量≦6：1，較佳為，1：2≦從上部排氣口16A的氣體的排氣量：從下部排氣口16B的氣體的排氣量≦3：1。

再者，本實施形態中將排氣管15設置於4處，但並非以此為限，也可以為3處，也可以為8處，只要有複數排氣管15即可。另外，上部排氣口16A及下部排氣口16B的氣體的排氣量，可以藉由改變上部排氣口16A及下部排氣口16B的開口面積來加以調整。

在此種排氣流路中，從石英坩堝3A之上部的氣體導入口13(參照圖1)導入的惰性氣體係沿著矽熔液9的熔液表面向外側擴散，含有CO的氣體則沿著石英坩堝3A的內周面上升。

然後，如圖2所示含有CO的氣體的一部分流入由內筒16及熱遮蔽體12圍住的空間，形成高CO氣體濃度環境區域。此高CO氣體濃度環境區域內的含有CO的氣體，從上部排氣口16A進入排氣管15的內部，向下方流動並從排氣口14排出。

另一方面，含有CO的氣體的另外一部分，流過加熱器5的內側，如圖2所示般，在坩堝3的下方形成高CO氣體濃度環境區域。此高CO氣體濃度環 境區域內之含有CO的氣體，從下部排氣口16B進入排氣管15的內部，向下方流動並從排氣口14排出。

而且，藉由調整從上部排氣口16A排氣的氣體的排氣量、和從下部排氣口16B排氣的氣體的排氣量，能夠有效率地排出流入石英坩堝3A內的矽熔液9之表面之含有CO的氣體，結果能夠降低拉引得到的矽單結晶10中的C_s。

[實施例]

繼之，說明本發明的實施例。再者，本發明並不限定於以下說明的實施例。

[1]由於排氣位置造成的矽單結晶10之碳濃度的變化

使用實施形態中已說明的矽單結晶10的拉引裝置1，改變從上部排氣口16A、下部排氣口16B的排氣流路，拉引矽單結晶10，並測定已拉引的矽單結晶10中的碳濃度。

實施例：使上部排氣口16A為開、下部排氣口16B為開。再者，使得從上部排氣口16A的氣體的排氣量：從下部排氣口16B的氣體的排氣量=4：1。

比較例1：使上部排氣口16A為閉、下部排氣口16B為開。

比較例2：使上部排氣口16A為開、下部排氣口16B為閉。

再者，在實施例及比較例1、2中，原料補充量為400kg，拉引390kg的矽單結晶10。另外，使氬氣流量為200L/min，使爐內壓為4000Pa(將30Torr換算後的值)。結果顯示如圖4。

從圖4可知，可確認相較於比較例1的僅有下排氣的情況，在實施例的上+下排氣的情況下，矽單結晶10中的碳濃度大幅降低。

另一方面，比較例2的僅有上排氣的情況，其矽單結晶10中的碳濃度較比較例1的僅有下排氣的情況還要增加。這是因為，由石英坩堝3A及石墨坩堝3B的反應而產生的CO氣體都被吸到上部，所以矽熔液9附近的CO濃度上升，其結果導致矽單結晶10中的碳濃度上升。

[2]上部排氣口16A及下部排氣口16B的氣體的排氣量之比率 繼之，使用STR公司的熱流動解析程式CGSim，模擬在改變上部排氣口16A及下部排氣口16B之氣體的排氣量的比率時，矽熔液9中的碳濃度會如何變化。結果顯示於表1及圖5。

[表1]

從表1及圖5可知，上部排氣口16A之氣體的排氣量:下部排氣口16B之氣體的排氣量=1:3時，矽熔液9中的碳濃度降低到5×10¹⁵ (atoms/cm³ )以下。 另一方面，可以確認:上部排氣口16A之氣體的排氣量:下部排氣口16B之氣體的排氣量=6:1為止，能夠降低到5×10¹⁵ (atoms/cm³ )以下。 尤其是，在1:2≦上部排氣口16A之氣體的排氣量:下部排氣口16B之氣體的排氣量≦3:1的範圍中，能夠降低到4×10¹⁵ (atoms/cm³ )以下，能夠大幅降低矽熔液9中的碳濃度。

因此，能夠確認:藉由適當改變上部排氣口16A之氣體的排氣量:下部排氣口16B之氣體的排氣量，能夠使得矽熔液9中的碳濃度降低，因此，能夠降低已拉引的矽單結晶10中的碳濃度。

1‧‧‧拉引裝置2‧‧‧反應室3‧‧‧坩堝3A‧‧‧石英坩堝3B‧‧‧石墨坩堝4‧‧‧支持軸5‧‧‧加熱器6‧‧‧隔熱材7‧‧‧拉引軸8‧‧‧種結晶9‧‧‧矽熔液10‧‧‧矽單結晶12‧‧‧熱遮蔽體13‧‧‧氣體導入口14‧‧‧排氣口15‧‧‧排氣管16‧‧‧内筒16A‧‧‧上部排氣口16B‧‧‧下部排氣口

[圖1]顯示本發明的實施形態之矽單結晶拉引裝置的構造的模式圖。

[圖2]顯示前記實施形態中的排氣流路之構造的垂直方向剖面圖。

[圖3]顯示前記實施形態中的排氣流路之構造水平方向剖面圖。

[圖4]顯示對應於實施例中的上部排氣口及下部排氣口之氣體的排氣量的矽單結晶中之碳濃度之變化的圖形。

[圖5]顯示將排氣流路中的上部排氣口之氣體的排氣量和下部排氣口之氣體的排氣量的比變更後的模擬結果之圖形。

3‧‧‧坩堝

3A‧‧‧石英坩堝

3B‧‧‧石墨坩堝

6‧‧‧隔熱材

9‧‧‧矽熔液

12‧‧‧熱遮蔽體

15‧‧‧排氣管

16‧‧‧內筒

16A‧‧‧上部排氣口

16B‧‧‧下部排氣口

Claims (5)

1. 一種矽單結晶的製造方法，其係為使用具備反應室、設置於前記反應室內的石英坩堝、及配置為包圍前記石英坩堝並將前記石英坩堝加熱的加熱器之拉引裝置，以製造矽單結晶的矽單結晶的製造方法，在前記拉引裝置形成將已被導入前記拉引裝置內的氣體從前記加熱器的上部排氣的上部排氣口、以及從前記加熱器的下部排氣的下部排氣口；從前記上部排氣口之氣體的排氣量及從前記下部排氣口之氣體的排氣量之比率係為，由模擬使從前記上部排氣口之氣體的排氣量及從前記下部排氣口之氣體的排氣量之比率變化時的矽熔液中的碳濃度的結果而調整之。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的矽單結晶的製造方法，其中，1：3≦從前記上部排氣口之氣體的排氣量：從前記下部排氣口之氣體的排氣量≦6：1。
3. 如申請專利範圍第2項所記載的矽單結晶的製造方法，其中，1：2≦從前記上部排氣口之氣體的排氣量：從前記下部排氣口之氣體的排氣量≦3：1。
4. 如申請專利範圍第1項所記載的矽單結晶的製造方法，其中，藉由改變各排氣口的開口面積，而調整從前記上部排氣口及前記下部排氣口之氣體的排氣量。
5. 如申請專利範圍第1到4項中任一項所記載的矽單結晶的製造方法，前記拉引裝置具備排氣流路，其係為配置於前記反應室內，形成了前記上部排氣口及前記下部排氣口，由碳構件所構成。

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