單晶硅的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種通過切克勞斯基單晶生長法（CzochralskiMethod，以下簡稱為 CZ法）進行的單晶制造方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，M0S功率半導體的需求不斷增加，作為用于其的基板，以高濃度摻雜銻 (Sb)、砷（As)、紅磷（P)等揮發性摻雜物的低電阻率的N型單晶硅基板的開發變得重要。單 晶硅基板是通過對主要由CZ法制造的單晶硅棒進行切割而得到的。
[0003] 在通過CZ法制造單晶硅的情況下，首先在腔室內的石英坩堝中填充多晶硅等原 料，在其中添加摻雜物，將其用加熱器加熱做成原料熔融液后，從腔室上部使保持在籽晶架 上的籽晶原料熔融液接觸，一邊旋轉籽晶一邊緩慢提起，由此使單晶不斷生長。
[0004] 在單晶生長時，如圖3所示，在使單晶擴大至所希望的直徑的同時形成錐部，在擴 大至所希望的直徑后，在控制提起速度及原料熔融液溫度的同時不斷形成直體部。
[0005] 但是，在這樣的CZ法中制造以高濃度摻雜有摻雜物的單晶非常困難。尤其是從錐 部至快要形成直體部時發生有錯位化的情況非常多，不僅生產效率差，而且在最壞的情況 下也存在不能得到單晶的情況。
[0006] 針對該問題，已知一種通過在形成錐部時使錐角以至少兩個階段增大的方式變化 來抑制有錯位化的方法（參照專利文獻1)。
[0007] 現有技術文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1:日本專利公開2009-292659號公報
【發明內容】
[0010] (一）要解決的技術問題
[0011] 這里所稱的錐角如圖2所示，是指單晶硅的成長方向A與錐部17的側面構成的角 0。但是，圖2是表示錐部的側面的概要的圖，錐部側面的截面形狀并不一定如圖2那樣成 為直線，0根據側面的位置而變化。
[0012] 但是，在上述專利文獻1的方法中，在制造上述那樣的低電阻率（尤其是0. 05Qcm 以下）、結晶方位（100)的N型單晶硅時，存在不能充分地抑制有錯位化這樣的問題。
[0013] 此外，為了抑制有錯位化，也有在錐成形工序中經驗性地減慢提起速度，形成使錐 形角度減小的錐部的情況。但是，若減小錐形角度，則錐部的高度增加，重量增加至通常的 近三倍，成品率/生產率降低。
[0014] 本發明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種能夠不會降低成品率和生 產率地減少錐部的形成工序中的有錯位化的低電阻率且結晶方位（100)的N型單晶硅的制 造方法。
[0015](二）技術方案
[0016] 為了實現上述目的，根據本發明，提供一種單晶硅的制造方法，其是使籽晶與收納 于坩堝內并添加有摻雜物的原料熔融液接觸，在形成錐部后，接著形成直體部，從而使電阻 率為0.05Qcm以下且結晶方位（100)的N型單晶硅生長的基于切克勞斯基單晶生長法的 單晶硅的制造方法，其特征在于，在所述錐部的形成過程中，調整0的同時形成所述錐部， 使在將從所述單晶硅的直徑方向觀察時的所述單晶硅的成長方向與所述錐部的側面所構 成的錐角設為 9，將所述錐部的側面的長度設為L時，0為25°以上45°以下的區域的長 度總和相對于該長度L為20%以下。
[0017] 若為這樣的制造方法，則由于在抑制錐部的高度增加的同時，能夠減小在錐部形 成過程中尤其容易導致有錯位化的錐角0為35. 2°的區域，因此能夠不降低成品率和生 產率地切實地抑制有錯位化。
[0018] 此時，作為所述摻雜物，可以使用Sb、As、P中任意一種。
[0019] 若這樣做，則能夠得到摻雜有所希望的摻雜物的N型單晶硅。
[0020] 此外，在所述錐部的形成過程中，優選通過使所述單晶硅的提起速度降低或者使 所述坩堝的旋轉速度變化來進行所述錐角0的調整。
[0021] 若這樣做，則因為可以使提起速度或坩堝的旋轉速度響應性良好地變化，所以能 夠容易地調整錐角9。
[0022] 此外，優選地，在所述錐部形成的后半，通過使所述單晶硅的提起速度降低或者使 所述坩堝的旋轉速度變化，將所述錐角0保持為大于45°的角度。
[0023]若這樣做，不但如上述那樣能夠容易地調整錐角0，而且能夠減小錐部的高度，削 減形成時間，因此能夠提高成品率和生產率。
[0024] 此外，在所述單晶硅生長時，可以對所述原料熔融液施加中心磁場強度為0. 15T 以上的水平磁場。
[0025] 若這樣做，則抑制坩堝內原料熔融液的對流，減小結晶成長界面附近的溫度變動， 使被取至結晶的摻雜物的濃度分布均勻化。此外，能夠抑制點缺陷向結晶內的導入。
[0026](三）有益效果
[0027] 在本發明中，在調整0的同時形成錐部，使在將從單晶硅的直徑方向觀察時的單 晶硅的成長方向與錐部的側面所構成的錐角設為0，將錐部的側面的長度設為L時，相對 于該長度L，0成為25°以上45°以下的區域的長度總和為20%以下，因此，在抑制錐部的 高度增加的同時，能夠減小在錐部形成過程中尤其容易導致有錯位化的錐角0為35. 2° 的區域，因此能夠不降低成品率和生產率地切實地抑制有錯位化。
【附圖說明】
[0028] 圖1是表示實施本發明的單晶硅的制造方法的單晶制造裝置的一例的概略圖。
[0029] 圖2是說明單晶硅的錐部形狀的概略剖面圖。
[0030] 圖3是通過現有的單晶硅的制造方法所得到的單晶硅的錐部及直體部形狀的概 略圖。
[0031] 圖4是表示實施例1、2及比較例1、2的錐部形狀的測量結果的圖。
[0032] 圖5是表示實施例1、2及比較例1、2的錐角0的測量結果的圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面對本發明的實施方式進行說明，但本發明并不限定于此。
[0034] 如上述那樣，對于在結晶方位（100)的高濃度摻雜N型單晶硅的制造中的錐部形 成過程中發生有錯位化的情況非常多的問題，本發明人等經過調查研宄，明確了在錐部的 表面出現小面（7 7七7卜）并經過不久便發生有錯位化的情況非常多。這可以認為是由 于一出現小面則在其成長的前線在與進行等溫成長的部分的邊界處成長變得不穩定。經過 進一步反復刻苦研宄，結果發現相比提起速度或溫度分布，該有錯位化更依賴于錐部的形 狀而發生，尤其是若形成（111)面，則容易發生有錯位化。
[0035] 如圖3所示，通過現有方法制造得單晶硅的錐部成為碗型的形狀，與其類似的形 狀最穩定且良好。但是，在由圖3中的圓包圍的區域內，形成有由（111)面構成的小面，在 該區域經常發生有錯位化。在結晶學上已知在制造結晶方位（100)的單晶時，在（111)面 的錐角為35. 2°的情況下變得最容易發生有錯位化。
[0036] 由圖3中的上方的圓包圍的區域，在錐部形成的前半直徑不斷擴大并在錐角0增 加的過程中接近35. 2°時形成。之后，雖然錐角0超過35. 2°并變大，但如后述那樣，在 錐部形成的后半，錐角0再次變小，在接近35. 2°時形成。
[0037] 根據以上內容，本發明人等想到通過將錐角0為25°至45°的范圍內的區域減 小，能夠抑制有錯位化，并完成本發明。
[0038] 首先，對可以在本發明的單晶硅的制造方法中使用的單晶制造裝置進行說明。
[0039] 如圖1所示，本發明的單晶制造裝置1具有主腔室2以及連接在主腔室2上的副 腔室3。在主腔室2內，設置有坩堝4、5及加熱器7等，所述加熱器7用于加熱并熔解收容 在坩堝4、5內的原料，從而制成原料熔融液6。
[0040] 在副腔室3的上部，設置有用于一邊使生長的單晶硅8旋轉一邊提起的提起機構 9。從安裝于該副腔室3上部的提起機構9繞出繩線10,其前端連接籽晶架11，使安裝于籽 晶架11前部的籽晶12與原料熔融液6接觸，使用提起機構9纏繞繩線10,由此在籽晶12 的下方使單晶8生長。
[0041] 坩堝4、5由在內側直接收容原料熔融液6的石英坩堝4以及用于在外側支承該石 英坩堝4的石墨坩堝5構成。坩堝4、5被安裝于單晶制造裝置1的下部且由可自由旋轉升 降的坩堝旋轉軸13所支承。隨著單晶的生長的進行，雖然坩堝內的原料熔融液6不斷減少， 但使熔融液面保持為一定的位置，以使結晶直徑和結晶品質不會變化。具體地，通過坩堝旋 轉升降驅動機構（未圖示）一邊使坩堝4、5向與單晶硅8相反方向旋轉，一邊根據單晶硅 8的提起相應地使坩堝4、5上升熔融液減少的部分。
[0042] 此外，在單晶制造裝置1中設置有圓筒狀的整流筒14,使該整流筒14圍繞生長的 單晶8。整流筒14使用石墨材料，其能夠遮擋來自加熱器7或原料熔融液6對單晶硅8的 輻射熱。
[0043] 以將在爐內產生的氧化物向爐外排出等為目的，從設置于副腔室3上部的氣體導 入口 15導入氬氣等惰性氣體，通過整流筒14的內側，在提起中的單晶硅8的附近被整流， 通過原料熔融液6表面并通過坩堝4、5的上端邊緣的上方，從設置于單晶制造裝置1下部 的氣體流出口 16排出。由此，在提起中的單晶硅8被氣體冷卻的同時，能夠防止在整流筒 14的內側及坩堝4、5的上端邊緣等處堆積氧化物。
[0044] 下面對本發明的單晶硅的制造方法進行說明。這里，以使用圖1所示的單晶制造 裝置1的情況為例進行說明。
[0045] 如圖1所示，首先，通過加熱器7在坩堝4、5內將硅的高純度多結晶原料加熱至熔 點（大約1420°C)以上并熔融，制成原料熔融液6。此外，在原料熔融液6中添加銻（Sb)、 砷（As)、紅磷（P)等摻雜物。這里，將添加的摻雜物的量設置成使制造的單晶的電阻率為 0. 05Qcm以下的量。
[0046]接著，通過卷出繩線10使籽晶12的前端與原料熔融液面的大致中心部接觸（接 種）。在接種時為了去除結晶中產生的錯位，根據需要將籽晶浸漬于原料熔融液6中，進行 頸縮，形成頸部。
[0047] 之后，在使坩堝旋轉軸13向適當的方向旋轉的同時，一邊旋轉一邊纏繞繩線10， 提拉籽晶12,由此使單晶硅8開始生長。此時，首先，使制造的單晶硅8的直徑逐漸擴大，從 而形成錐部17,擴大至所希望的直徑。
[0048] 圖2是簡要地表示從單晶硅8的直徑方向觀察錐部17時的形狀的圖。如圖2所 示，用0來表示單晶硅的成長方向A與錐部17的側面構成的錐角，用L來表示錐部17的 側面的長度。
[0049]在本發明中，在該錐部17的形成過程中，調整0的同時形成錐部17,使相對于錐 部17的側面的長度L，0成為25°以上45°以下的區域的長度總和為20%以下。
[0050]若這樣做，在錐部17的形成過程中，減少錐角0成為35. 2°的區域，即抑制尤其 容易導致有錯位化的（111)面的形成