專利名稱：硅單晶提拉裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)丘克拉斯基法形成硅單晶的硅單晶提拉裝置以及 硅單晶的提拉方法。
背景技術(shù)：
通過(guò)以下方法制備硅單晶將容納于坩堝中的多晶硅原料用加熱器 加熱，制成硅熔融液，通過(guò)CZ (丘克拉斯基(Czochralski))法從硅熔 融液中提拉硅單晶，同時(shí)使其生長(zhǎng)。硅晶片是將按照上述方法制備的硅 單晶切片(切斷)制備的，該硅晶片上可形成集成電路等裝置。為了在一片硅晶片上形成更多的電路，對(duì)于硅單晶日益要求其大直 徑化。另一方面，伴隨著硅單晶的大直徑化而要解決單晶生長(zhǎng)技術(shù)課題 有單晶的低氧濃度化、和品質(zhì)的穩(wěn)定化、以及產(chǎn)率的提高。針對(duì)上述 課題，已知有通過(guò)在CZ法中外加水平磁場(chǎng)的HMCZ (應(yīng)用水平磁場(chǎng) 的CZ)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)單晶低氧濃度或晶體生長(zhǎng)穩(wěn)定的方法。還已 知通過(guò)將硅單晶與硅熔融液的界面 一 固液界面形狀保持向著單晶方向 彎曲的上凸形，可以使單晶的軸向溫度梯度在固液界面附近增大，獲得 面內(nèi)均勻化的效果(日本特開(kāi)2001-1586卯號(hào)公報(bào))。發(fā)明內(nèi)容通過(guò)外加水平磁場(chǎng)，坩堝內(nèi)硅熔融液對(duì)流的不穩(wěn)定狀態(tài)得到抑制， 可獲得穩(wěn)定的對(duì)流。但是，為了培育大口徑的晶體，必須使用大口徑的 坩堝，熔融液量也增加。這種情況下可以表明，只憑外加水平磁場(chǎng)無(wú)法 獲得充分的效果，并且存在熔融對(duì)流不穩(wěn)定的區(qū)域。另外，使用亥姆霍 茲型磁體，在互相平行配置的兩個(gè)磁體之間配置硅單晶提拉裝置的容器 時(shí)，通過(guò)線圏直徑的設(shè)計(jì)可以獲得水平磁場(chǎng)強(qiáng)度分布均勻的結(jié)構(gòu)，但是 為了獲得所需強(qiáng)度的磁場(chǎng)，磁體本身巨大，必須有大的裝置空間，這稱 為問(wèn)題。另一方面，最近開(kāi)發(fā)了一種使磁體線圏變形、組裝到包圍硅單晶提 拉裝置容器的環(huán)狀箱中形成的省空間型的水平磁場(chǎng)磁體。由于線圏設(shè)計(jì)
空間的制約，這樣的省空間型水平磁場(chǎng)磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度可能顯示 不均勻的分布。對(duì)省空間型的水平磁場(chǎng)磁體進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)定和晶 體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果表明，與磁場(chǎng)強(qiáng)度分布和磁場(chǎng)設(shè)定位置相關(guān)地在 硅熔融液中產(chǎn)生了不穩(wěn)定的區(qū)域。晶體提拉時(shí)，如果在硅熔融液中產(chǎn)生不穩(wěn)定區(qū)域，則硅單晶內(nèi)雜質(zhì) 濃度(包括氧濃度等)分布不均勻，從硅單晶的生長(zhǎng)方向觀察，雜質(zhì)濃 度分布不均勻。在培育大口徑的硅單晶的情況下，為了提高產(chǎn)率，大多將固液界面 形狀制成上凸形狀進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，這樣可以加快晶體生長(zhǎng)速度。此時(shí)， 如果產(chǎn)生硅熔融液不穩(wěn)定的區(qū)域，則與晶體提拉軸垂直的截面內(nèi)(即， 與由單晶獲得的晶片的表面平行的面內(nèi))，雜質(zhì)濃度不均勻，可觀察到 濃度值在面內(nèi)發(fā)生變化等的濃度分布。這里，雜質(zhì)濃度是指氧濃度、以 及決定硅單晶的載體濃度的摻雜劑濃度。使固液界面形狀為上凸形狀進(jìn) 行晶體生長(zhǎng)時(shí)，如果在硅熔融液中產(chǎn)生不穩(wěn)定區(qū)域，則由硅單晶切取的 晶片面內(nèi)可觀察到雜質(zhì)濃度的分布呈同心圓狀變化。器件工序中，微小 范圍內(nèi)的氧濃度和摻雜劑濃度向高濃度或低濃度的偏差，成為晶體缺陷 密度差導(dǎo)致的重金屬雜質(zhì)吸雜不足的原因。并且，有可能使電阻率等器 件特性中重要的晶片特性降低。結(jié)果，由單晶得到的良好的晶片收率、 由晶片得到的器件的收率也降低。本發(fā)明針對(duì)上述情況而設(shè)，其目的在于提供可防止吸雜能力的偏 差、電阻值在面內(nèi)分布的偏差等，器件工序中可獲得可良好保持器件特 性和收率的晶片，可培育硅單晶的硅單晶提拉裝置，以及硅單晶提拉方 法。因此，本發(fā)明的目的在于提供抑制硅單晶中雜質(zhì)濃度的不均勻分 布、實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)濃度的均勻化，由此防止氧濃度和摻雜劑濃度在微小范圍 內(nèi)的偏差，可培育硅單晶的硅單晶提拉裝置，以及硅單晶提拉方法。本發(fā)明的方案1的硅單晶提拉裝置具有存放硅熔融液的坩堝；將 上述蚶堝進(jìn)行加熱的加熱器；使上述坩堝旋轉(zhuǎn)和/或升降的坩堝驅(qū)動(dòng)裝 置；容納上述坩堝和加熱器的容器；設(shè)于上述容器的外側(cè)、對(duì)該容器外 加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)外加裝置；上述磁場(chǎng)外加裝置沿著容器的外周面形成，可由上述蚶堝的中心形 成大致呈周心圓狀(同心環(huán)狀)的等磁線。
根據(jù)該硅單晶提拉裝置，通過(guò)^F茲場(chǎng)外加裝置對(duì)坩堝的硅熔融液外加 水平磁場(chǎng)，由此形成大致呈同心圓狀的等磁線。通過(guò)形成同心圓狀的等 磁線，可以抑制坩堝內(nèi)的硅熔融液對(duì)流狀態(tài)的不穩(wěn)定，可以獲得穩(wěn)定的 對(duì)流狀態(tài)。這里，形成大致呈同心圓狀的等磁線的范圍只要是至少包含坩堝內(nèi) 存在硅熔融液的范圍即可，除此之外的容器內(nèi)的區(qū)域也可以未形成大致 呈同心圓狀的等磁曲線。因此，可以使用省空間型的磁場(chǎng)外加裝置。另 外，等磁曲線呈現(xiàn)同心圓狀的范圍只要至少包含存在硅熔融液的高度的 位置即可。同樣，通過(guò)外加磁場(chǎng)形成的磁力線只要是在坩堝內(nèi)存在硅熔融液的 范圍內(nèi)大致呈直線即可，除此以外的部分可以稍微偏離直線。本發(fā)明的方案2的硅單晶提拉裝置具有存放硅熔融液的坩堝；將 上述坩堝進(jìn)行加熱的加熱器；使上述坩堝旋轉(zhuǎn)和/或升降的坩堝驅(qū)動(dòng)裝 置；容納上迷坩堝和加熱器的容器；設(shè)于上述容器的外側(cè)、對(duì)該容器外 加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)外加裝置；上述磁場(chǎng)外加裝置沿著上述容器的外周面形成，可以外加磁場(chǎng)，由 存放在上述坩堝內(nèi)的硅熔融液的熔融液面向上述坩堝的底部使磁場(chǎng)強(qiáng) 度遞增、或者使磁場(chǎng)強(qiáng)度遞減。根據(jù)該硅單晶提拉裝置，提拉的硅單晶結(jié)晶塊的氧濃度在硅單晶結(jié) 晶塊的生長(zhǎng)方向(軸向)長(zhǎng)度的全體區(qū)域內(nèi)以一定的比例減少，不會(huì)出 現(xiàn)氧濃度不穩(wěn)定變動(dòng)的區(qū)域。磁場(chǎng)強(qiáng)度由存放在上述坩堝內(nèi)的珪熔融液的熔融液面向上述坩堝 的底部遞增或遞減時(shí)，^磁場(chǎng)強(qiáng)度的變動(dòng)范圍優(yōu)選設(shè)定為通過(guò)上述》茲場(chǎng)外 加裝置外加到上述容器內(nèi)的磁場(chǎng)最強(qiáng)強(qiáng)度的0.6倍-0.9倍的范圍。由此， 可以抑制雜質(zhì)濃度的不均勻性分布，可以防止氧濃度和摻雜劑濃度的微 小范圍內(nèi)的偏差。上述磁場(chǎng)外加裝置可以形成為大致環(huán)狀，環(huán)繞上述容器。具體來(lái)說(shuō)， 可以在與坩堝側(cè)壁呈同心狀的圓筒面上、在同 一高度軸對(duì)稱地粘貼兩個(gè) 或三個(gè)或四個(gè)環(huán)狀磁體線圏。換言之，可以是4吏具有垂直方向軸線的第 一圓筒面，和具有比該第一圓筒小的半徑且具有與第一圓筒的軸線相交 的水平方向軸線的第二圓筒面的相交線所對(duì)應(yīng)的線圈形狀?；蛘呤菍⑴?置成軸對(duì)稱的線圏形成多個(gè)?；蛘呤菑氖】臻g的觀點(diǎn)等考慮，將這些形
狀稍微改變得到的形狀。由此可以實(shí)現(xiàn)具備水平磁場(chǎng)外加裝置的硅單晶 提拉裝置的小型化、輕量化。上述方案1的硅單晶提拉裝置中，上述磁場(chǎng)外加裝置可以外加磁場(chǎng)， 由上述坩堝的中心形成大致呈同心圓狀的等磁線，并且，由存放在坩堝 內(nèi)的硅熔融液的熔融液面向上述坩堝的底部磁場(chǎng)強(qiáng)度遞增，或磁場(chǎng)強(qiáng)度 遞減。如果使用本發(fā)明的硅單晶提拉裝置，則可以將單晶體拉方法、即， 將晶種浸泡在存放于坩堝內(nèi)的硅熔融液中，使上述晶種旋轉(zhuǎn)并提拉的方法(單晶培育方法)為以下方法根據(jù)與上述晶種的提拉相伴隨的熔融液的減少，使坩堝升高，使熔 融液面保持規(guī)定位置，在上述熔融液的位置上外加水平》茲場(chǎng)，使等磁線 相對(duì)于坩堝的中心軸大致呈同心圓狀(同心環(huán)狀)。使用本發(fā)明的硅單晶提拉裝置，則還可以將單晶體拉方法、即，將晶種浸泡在存放于坩堝內(nèi)的硅熔融液中，使上述晶種旋轉(zhuǎn)并提拉的方法 (單晶培育方法)為以下方法根據(jù)與上述晶種的提拉相伴隨的熔融液的減少，使坩堝升高，使熔 融液面保持規(guī)定位置，外加水平磁場(chǎng)，由上述熔融液的熔融液面向上述 坩堝的底部使磁場(chǎng)強(qiáng)度遞增或使磁場(chǎng)強(qiáng)度遞減。上述方法中，可以在上述熔融液的位置加水平^茲場(chǎng)，使等磁線大致 呈同心圓狀，由上述珪熔融液的熔融液面向上述坩堝底部》茲場(chǎng)強(qiáng)度遞增 或者磁場(chǎng)強(qiáng)度遞減。在使用本發(fā)明的單晶提拉裝置的上述方法中，磁場(chǎng)強(qiáng)度由上述存放 在坩堝內(nèi)的石圭熔融液的熔融液面向上述坩堝底部遞增或遞減時(shí)，^茲場(chǎng)強(qiáng) 度的變動(dòng)范圍可以設(shè)定為使用單晶提拉裝置的磁場(chǎng)外加裝置外加到上 述容器內(nèi)的磁場(chǎng)的最強(qiáng)強(qiáng)度的0.6倍-0.9倍的范圍。根據(jù)本發(fā)明的硅單晶提拉裝置和硅單晶提拉方法，在由硅熔融液的 熔融液面至坩堝的底部的整個(gè)區(qū)域內(nèi)，磁場(chǎng)強(qiáng)度單純遞增或遞減，由此， 被提拉的硅單晶結(jié)晶塊的氧濃度在結(jié)晶塊生長(zhǎng)方向的長(zhǎng)度整個(gè)區(qū)域內(nèi) 以一定比例減少，不會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定部分(氧濃度不穩(wěn)定地變動(dòng)的部位)。 如杲產(chǎn)生不穩(wěn)定部分，則硅單晶結(jié)晶塊截面的氧濃度的面內(nèi)分布顯示在 微小范圍內(nèi)的較大的擺動(dòng)。因此，由該不穩(wěn)定部分采集的硅晶片用于器 件制備時(shí)，在器件工序中成為晶體缺陷的密度差導(dǎo)致的重金屬雜質(zhì)吸雜
能力不足的原因。通過(guò)本發(fā)明，可以抑制雜質(zhì)濃度不均勻分布，防止氧 濃度和摻雜劑濃度在微小范圍內(nèi)的偏差，防止由于摻雜劑濃度的偏差導(dǎo) 致的電阻率的偏差，在器件工序中可以良好保持器件特性和收率。附圖簡(jiǎn)述

圖1是表示本發(fā)明的單晶提拉裝置的概略的側(cè)視截面圖。圖2是圖1的單晶提拉裝置的俯視截面圖。圖3A是表示圖1的單晶提拉裝置磁場(chǎng)外加裝置中，線圈配置的一 個(gè)例子的圖。圖3B是表示磁場(chǎng)外加裝置中，線圏配置的一個(gè)例子的俯視截面圖。 圖4是表示外加到坩堝的硅熔融液中的磁場(chǎng)磁力線和等磁線的說(shuō)明圖。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方案的說(shuō)明圖。 圖6是表示本發(fā)明的另一實(shí)施方案的說(shuō)明圖。 圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例的說(shuō)明圖。 圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施例的說(shuō)明圖。 圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施例的說(shuō)明圖。 圖IO是表示以往的比較例的說(shuō)明圖。 圖IIA是表示本發(fā)明與比較例的驗(yàn)證結(jié)果的圖表。 圖IIB是表示比較例的單晶的不穩(wěn)定部分的截面中，氧濃度的面內(nèi) 分布的圖。圖12A是表示本發(fā)明的驗(yàn)證結(jié)果的圖表，表示單晶的提拉長(zhǎng)度與坩 堝表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度、坩堝底磁場(chǎng)強(qiáng)度的相關(guān)性。圖12B是表示本發(fā)明的驗(yàn)證結(jié)果的圖表，表示單晶的提拉長(zhǎng)度與氧 濃度的相關(guān)性。圖12C是表示本發(fā)明的單晶的截面中氧濃度的面內(nèi)分布的圖。圖13A是表示比較例的驗(yàn)證結(jié)果的圖表，表示單晶提拉長(zhǎng)度與坩堝表面磁場(chǎng)強(qiáng)度、坩堝底磁場(chǎng)強(qiáng)度的相關(guān)性。圖13B是表示比較例的驗(yàn)證結(jié)果的圖表，表示單晶的提拉長(zhǎng)度與氧濃度的相關(guān)性。
具體實(shí)施例方式
以下對(duì)將本發(fā)明的單晶提拉裝置用作硅單晶提拉裝置時(shí)的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示本發(fā)明的硅單晶提拉裝置的側(cè)視截面圖，圖2 是表示由上部所見(jiàn)的硅單晶提拉裝置的俯視截面圖。硅單晶提拉裝置10 具備容器11、設(shè)于該容器11內(nèi)用于存放硅單晶的硅熔融液12的石英坩 堝13、將,圭單晶的硅熔融液12進(jìn)^f亍加熱的側(cè)面加熱器41d呆溫材并牛19、 坩堝驅(qū)動(dòng)裝置17、設(shè)于容器11的外側(cè)對(duì)容器11外加水平磁場(chǎng)的磁場(chǎng)外 加裝置51。容器11具有有底圓筒狀的下部、由該下部向上方收窄的頂板部、 由頂板部的中央向上方收窄的頂板部、由頂板部的中央垂直豎立的圓筒 狀套管21。套管21的直徑比容器11的下部小。石英坩堝13被置放于容器11的下部?jī)?nèi)，包含上方開(kāi)放的大致呈圓 筒形的主體部13b和將該主體部13b的下方閉塞的底部13a。石英坩堝 13的外面由石墨基座(坩堝支撐體)14支撐。石英坩堝13的下面經(jīng)由 石墨基座14固定在支撐軸16的上端，該支撐軸16的下部與坩堝驅(qū)動(dòng) 裝置17連接。石英坩堝13的主體部13b的外側(cè)周圍經(jīng)由石墨基座14 設(shè)置側(cè)面加熱器41。側(cè)面加熱器41例如形成圓筒形，包圍石英坩堝13，對(duì)石英坩堝13 進(jìn)行加熱。另外，側(cè)面加熱器41和容器11之間設(shè)置有包圍側(cè)面加熱器 41的圓筒狀保溫材料19。磁場(chǎng)外加裝置51是將至少兩個(gè)磁體線圏以相對(duì)的狀態(tài)組裝到環(huán)狀 的箱內(nèi)形成的省空間型水平磁場(chǎng)磁體，配置成包圍硅單晶提拉裝置10 的容器ll的下部。圖3A、圖3B表示磁場(chǎng)外加裝置51中的線圏的配置 例子。圖3B是表示線圏52的配置與容器11的關(guān)系的俯視截面圖，圖 3A是由一側(cè)的線圈所見(jiàn)的側(cè)視圖。例如，如圖3A、圖3B的例子所示， 磁場(chǎng)外加裝置51可以是將一對(duì)線圏52軸對(duì)稱配置，組裝到非磁性體制 的環(huán)狀箱內(nèi)所得的裝置。各線圈沿著半圓弧變形，裝入箱內(nèi)。各線圈變 形為長(zhǎng)圓形、長(zhǎng)方形、橢圓形等形狀后，將長(zhǎng)軸沿著箱的圓弧變形，在 箱內(nèi)相對(duì)配置地組裝。上述磁場(chǎng)外加裝置51經(jīng)由側(cè)面加熱器41、保溫 材料19、容器11對(duì)存放在坩堝13內(nèi)的硅熔融液12外加水平磁場(chǎng)L。 上述外加磁場(chǎng)的詳細(xì)情況如后所述。坩堝驅(qū)動(dòng)裝置17具有使坩堝13旋轉(zhuǎn)的第l旋轉(zhuǎn)用馬達(dá)(圖示省略)、 使坩堝13升降的升降用馬達(dá)(圖示省略)，通過(guò)這些馬達(dá)，坩堝13可
以向規(guī)定方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)可以上下方向移動(dòng)。為了在提4立晶種24的同 時(shí)將降低的硅熔融液12的液面12a保持上述的規(guī)定位置，坩堝驅(qū)動(dòng)裝 置可以根據(jù)硅熔融液12的減少量，通過(guò)升降用馬達(dá)使坩堝13升高。在容器11的上面設(shè)置有比容器11直徑更小的圓筒狀套管21。該套 管21的上端部設(shè)置可以以水平狀態(tài)旋轉(zhuǎn)的提拉頭22,鋼絲繩23由頭 22向石英坩堝13的旋轉(zhuǎn)中心垂下。未圖示，頭22中內(nèi)置使頭22旋轉(zhuǎn)的第2旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和巻繞或送出鋼 絲繩23的提拉用馬達(dá)。鋼絲繩23的下端浸泡在硅熔融液12中，經(jīng)由 夾具23a安裝有用于提拉硅單晶結(jié)晶塊25的晶種24。在容器11上連接氣體給排裝置28,該氣體給排裝置28由該容器 11上部供給氬氣等惰性氣體，并且將上述惰性氣體由容器11的下部排 出。氣體給排裝置28具有供給管29和排出管30,供給管29 —端與套 管21的圓周壁連接，另一端與未圖示的惰性氣體罐連接；排出管30 — 端與容器ll的下壁連接，另一端與真空泵(未圖示)連接。供給管29 和排出管30上分別設(shè)置用于調(diào)節(jié)流經(jīng)這些管29、 30的惰性氣體的流量 的第1和第2流量調(diào)節(jié)閥31、 32。接著，對(duì)上述構(gòu)成的硅單晶提拉裝置10的硅單晶提拉順序和本發(fā) 明的作用進(jìn)行說(shuō)明。使用本實(shí)施方案的硅單晶提拉裝置10提拉硅單晶 時(shí)，首先，將作為原料的多晶硅塊放入坩堝13中，通過(guò)側(cè)面加熱器41 熔解，形成石圭熔融液12。然后在石圭熔融液12的熔融液面12a正上方， 經(jīng)由夾具23a，將晶種24垂吊在鋼絲繩23上。接著，打開(kāi)第1和第2流量調(diào)節(jié)閥31、 32,由供給管29向套管21 內(nèi)供給惰性氣體，將由硅熔融液12的表面蒸發(fā)的SiOx氣體與該惰性氣 體一起由排出管30排出。該狀態(tài)下，通過(guò)提拉頭22的未圖示的提拉用 馬達(dá)送出鋼絲繩23，使晶種24下降，使晶種24的前端部與熔融液12 接觸。使晶種24的前端部與硅熔融液12接觸，則通過(guò)熱應(yīng)力向該前端部 導(dǎo)入滑移位錯(cuò)，然后將晶種24緩慢提拉，形成直徑約3 mm的晶種頸縮 部25a。通過(guò)形成晶種頸縮部25a,導(dǎo)入到晶種24內(nèi)的位錯(cuò)消失。然后 進(jìn)一步提拉晶種24,在晶種頸縮部25a的下部培育無(wú)位錯(cuò)的硅單晶結(jié)晶 塊25。如上所述，培育硅單晶結(jié)晶塊25時(shí)，硅熔融液12通過(guò)側(cè)面加熱器
41加熱，通過(guò)磁場(chǎng)外加裝置51外加磁場(chǎng)。此時(shí)，上述升降用馬達(dá)可根 據(jù)在提拉晶種24的同時(shí)所減少的熔融液12的量使坩堝13升高，使硅 熔融液12的表面12a保持規(guī)定位置。本實(shí)施方案的硅單晶提拉裝置中，通過(guò)圓環(huán)狀設(shè)置于容器11外側(cè) 的磁場(chǎng)外加裝置51，形成外加到硅熔融液12中的水平磁場(chǎng)。磁場(chǎng)外加 裝置51是將磁體線圈組裝到包圍容器11的環(huán)狀箱內(nèi)的水平磁場(chǎng)磁體， 通過(guò)該形狀的磁場(chǎng)外加裝置51,外加到坩堝13內(nèi)的硅熔融液12上的磁 場(chǎng)形成環(huán)狀的等磁線。圖4用等磁線等表示通過(guò)磁場(chǎng)外加裝置51在坩堝13內(nèi)形成的磁場(chǎng) 的分布。磁場(chǎng)外加裝置51是將磁體線圏組裝到環(huán)狀的箱內(nèi)的水平磁場(chǎng) 磁體。圖中，實(shí)線R表示的是坩堝，細(xì)的箭頭表示各位置的磁力線方向。 還表示了在坩堝的中心附近提拉的單晶結(jié)晶塊S。還表示了等磁線M包 圍坩堝。如圖4所示，坩堝中，通過(guò)磁場(chǎng)外加裝置51外加的水平磁場(chǎng) 形成了大致呈同心圓狀(同心環(huán)狀)的等磁線。另一方面，磁場(chǎng)外加裝置51外加水平磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度由存放在坩 堝13內(nèi)的珪熔融液12的熔融液面向上述坩堝的底面遞增或i茲場(chǎng)強(qiáng)度遞 減。圖5是表示上述磁場(chǎng)強(qiáng)度與存放在坩堝內(nèi)的硅熔融液的關(guān)系的說(shuō)明 圖。根據(jù)圖5,磁場(chǎng)外加裝置51產(chǎn)生的磁場(chǎng)是以相對(duì)于提拉方向Z 磁場(chǎng)強(qiáng)度By最高的位置作為中心O,磁場(chǎng)強(qiáng)度By由該中心O沿上下方 向分別遞減。依據(jù)該磁場(chǎng)強(qiáng)度By的最高的中心0,設(shè)定坩堝13中硅熔 融液12的熔融液面12a的位置。如上所述，通過(guò)i殳定磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布和珪熔融液12的熔融液面12a 的位置，由磁場(chǎng)外加裝置51對(duì)硅熔融液12外加水平磁場(chǎng)，使磁場(chǎng)強(qiáng)度 By由珪熔融液面12a向蚶堝13的底部13a遞減。如果以外加到珪熔融 液12的熔融液面12a位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度By為1,上述》茲場(chǎng)強(qiáng)度的遞減比 例可以設(shè)定為外加到坩堝13的底部13a的位置(硅熔融液12中，距 離熔融液面12a位置最遠(yuǎn)的下側(cè)的位置)的》茲場(chǎng)強(qiáng)度By為0.6-0.9 (即 最強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的0.6倍-0.9倍)。如上述說(shuō)明，使用將磁場(chǎng)線圏在組裝到環(huán)狀箱內(nèi)得到的水平磁場(chǎng)磁 體作為磁場(chǎng)外加裝置51，由i茲場(chǎng)外加裝置51外加水平》茲場(chǎng)，使》茲場(chǎng)強(qiáng) 度由硅熔融液的熔融液面12a向坩堝13的底部13a遞減，由此，如圖4 所示，在硅熔融液12中形成了同心圓狀的等i茲線的同時(shí)，可防止與i茲
場(chǎng)強(qiáng)度分布和磁場(chǎng)設(shè)定位置有關(guān)的硅熔融液中不穩(wěn)定區(qū)域的產(chǎn)生。通過(guò) 消除硅熔融液中不穩(wěn)定區(qū)域的產(chǎn)生，可防止硅單晶內(nèi)雜質(zhì)濃度不穩(wěn)定變 動(dòng)導(dǎo)致的不均勻分布，可以實(shí)現(xiàn)硅單晶生長(zhǎng)方向上雜質(zhì)分布的均勻化或 單純化。通過(guò)使用將磁體線圏組裝到環(huán)狀箱內(nèi)所得的水平磁場(chǎng)磁體作為磁場(chǎng)外加裝置51,與使用以往的亥姆霍茲型磁體的情況比較，可以使具有 磁場(chǎng)外加裝置的硅單晶提拉裝置的尺寸大幅實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。外加到坩堝13的石圭熔融液12中的》茲場(chǎng)如圖5所示，由坩堝的熔融 液面向坩堝的底面，i茲場(chǎng)強(qiáng)度遞減狀分配，除此之外，也可以外加水平 磁場(chǎng)，使磁場(chǎng)強(qiáng)度由蚶堝的熔融液面向坩堝的底面遞增。根據(jù)圖6,磁 場(chǎng)外加裝置51產(chǎn)生的磁場(chǎng)是相對(duì)于提拉方向Z,以坩堝13底部13a 的磁場(chǎng)強(qiáng)度By為最高，磁場(chǎng)強(qiáng)度By由該坩堝13的底部13a沿上下方 向分別遞減。通過(guò)這樣i殳定；茲場(chǎng)強(qiáng)度的分布和石圭熔融液12的炫融液面12a的4立 置，可以由磁場(chǎng)外加裝置51外加水平磁場(chǎng)，使磁場(chǎng)強(qiáng)度By由坩堝13 的底部13a至硅熔融液12的熔融液面12a遞減。如果以外加到坩堝13 的底部13a位置的石茲場(chǎng)的》茲場(chǎng)強(qiáng)度為1,上述;茲場(chǎng)強(qiáng)度的遞減比例可以 設(shè)定為外加到硅熔融液12的熔融液面12a位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度By為0.6-0.9 (即最強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的0.6倍-0.9倍)。通過(guò)如上相對(duì)于硅熔融液12設(shè)定 磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布，可以防止硅單晶內(nèi)雜質(zhì)濃度不穩(wěn)定變動(dòng)導(dǎo)致的不均勻 分布，可以實(shí)現(xiàn)硅單晶生長(zhǎng)方向上雜質(zhì)分布的均勻化或單純化。實(shí)施例本申請(qǐng)人驗(yàn)證了本發(fā)明的作用和效果。驗(yàn)證時(shí)，準(zhǔn)備直徑24英寸 的石英坩堝，向該石英坩堝中加入160kg多晶硅作為原料。然后通過(guò)加 熱器將加入了原料的石英坩堝加熱，形成硅熔融液，提拉直徑200 mm 的硅單晶結(jié)晶塊。提拉時(shí)，使用省空間型的水平磁場(chǎng)磁體(磁場(chǎng)外加裝 置)，對(duì)石英坩堝內(nèi)的硅熔融液外加水平磁場(chǎng)，其中，所述省空間型的 水平磁場(chǎng)磁體是使磁體線圏變形，組裝到配設(shè)成包圍硅單晶提拉裝置的 容器的環(huán)狀箱中得到的。對(duì)硅熔融液外加水平^F茲場(chǎng)時(shí)，準(zhǔn)備了三個(gè)實(shí)施例作為本發(fā)明例。 實(shí)施例1如圖7所示，磁場(chǎng)外加裝置51產(chǎn)生的磁場(chǎng)是相對(duì)于提
拉方向Z，以磁場(chǎng)強(qiáng)度By最高的位置作為中心0,磁場(chǎng)強(qiáng)度By由該中 心O沿上下方向分別遞減。依據(jù)該磁場(chǎng)強(qiáng)度By最高的中心0，設(shè)定坩 堝13中珪熔融12的熔融液面12a的位置，對(duì)珪熔融液12外加水平》茲 場(chǎng)，使磁場(chǎng)強(qiáng)度By由熔融液面12a向坩堝13的底部13a遞減，提拉硅 單晶結(jié)晶塊(樣品l)。這里，磁場(chǎng)強(qiáng)度By表示坩堝的軸線上的磁場(chǎng)強(qiáng) 度Y成分(與提拉軸垂直、與水平磁場(chǎng)的磁力線平行的成分)。
本發(fā)明的實(shí)施例2如圖8所示，磁場(chǎng)外加裝置51產(chǎn)生的磁場(chǎng)是 相對(duì)于提拉方向Z,以磁場(chǎng)強(qiáng)度By最高的位置為中心0，磁場(chǎng)強(qiáng)度By 由該中心0沿上下方向分別遞減。與該/磁場(chǎng)強(qiáng)度By最高的中心〇距離 a的下側(cè)，設(shè)定為坩堝13中硅熔融液12的熔融液面12a的位置，對(duì)硅 熔融液12外加水平磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度By由熔融液面12a向坩堝13的底 部13a遞減，提拉硅單晶結(jié)晶塊(樣品2)。
本發(fā)明的實(shí)施例3如圖9所示，磁場(chǎng)外加裝置51產(chǎn)生的磁場(chǎng)是 相對(duì)于提拉方向Z，使坩堝13的底部13a的磁場(chǎng)強(qiáng)度By為最高，磁場(chǎng) 強(qiáng)度By由該坩堝13的底部13a沿上下方向分別遞減。由此對(duì)硅熔融液 12外加水平磁場(chǎng)，使磁場(chǎng)強(qiáng)度By由坩堝13的底部13a向珪熔融液12 的熔融液面12a遞減，提拉硅單晶結(jié)晶塊(樣品3)。
作為與本發(fā)明對(duì)比的比較例(以往例)，如圖10所示，磁場(chǎng)外加 裝置61產(chǎn)生的磁場(chǎng)是與提拉方向Z相對(duì)，以磁場(chǎng)強(qiáng)度By最高的位置 為中心O,石茲場(chǎng)強(qiáng)度By由該中心0沿上下方向分別遞減。將該石茲場(chǎng)強(qiáng) 度By的最高的中心O設(shè)定為坩堝13的硅熔融液12的中間位置。由此 對(duì)石圭熔融液12外加水平磁場(chǎng)，》茲場(chǎng)強(qiáng)度By由硅熔融液12的熔融液面 12a (z--a位置)向坩堝13的底部13a遞增至熔融液的大致中間位置， 過(guò)了大致中間則磁場(chǎng)強(qiáng)度By遞減，提拉硅單晶結(jié)晶塊(樣品4)。
以上說(shuō)明的通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例1-3 (樣品1-3)和比4支例(以往例 樣品4 )提拉的硅單晶結(jié)晶塊的生長(zhǎng)方向長(zhǎng)度XL與氧濃度Oi的關(guān)系如 圖IIA所示。
如圖IIA所示，在由珪熔融液12的熔融液面12a至坩堝13的底部 13a的整個(gè)區(qū)域內(nèi)，在整個(gè)提拉長(zhǎng)度全長(zhǎng)保持磁場(chǎng)強(qiáng)度By單純遞增或遞 減的狀態(tài)時(shí)，提拉的硅單晶結(jié)晶塊的氧濃度0 i在長(zhǎng)度XL全體以 一 定的 比例減少，未見(jiàn)不穩(wěn)定區(qū)域。而在對(duì)硅熔融液12外加水平磁場(chǎng)，使磁 場(chǎng)強(qiáng)度By由硅熔融液12的熔融液面12a向坩堝13的底部13a遞增至
熔融液的大致中間位置，過(guò)了該大致中間則^茲場(chǎng)強(qiáng)度By遞減時(shí)，在該 磁場(chǎng)強(qiáng)度By由遞增轉(zhuǎn)變成遞減的附近產(chǎn)生不穩(wěn)定部位。在上述不穩(wěn)定部位中，石圭熔融液對(duì)流不穩(wěn)定，因此，如圖IIB，兩 個(gè)例子用實(shí)線和虛線表示，硅單晶結(jié)晶塊的截面(與生長(zhǎng)方向垂直的截 面)中的氧濃度Oi的面內(nèi)分布在微小范圍內(nèi)大幅擺動(dòng)。這樣，氧濃度 的面內(nèi)分布大幅擺動(dòng)，則在器件工序中成為晶體缺陷的密度差導(dǎo)致的重 金屬吸雜不足的原因，使器件的特性和收率降低，可能產(chǎn)生不良影響。 通過(guò)本發(fā)明，可以抑制雜質(zhì)濃度的不均勻分布，防止氧濃度和摻雜劑濃 度在微小范圍內(nèi)的偏差，可在器件工序中，可良好保持器件特性和收率。圖12A是表示上述實(shí)施例的樣品1和2中，硅單晶結(jié)晶塊生長(zhǎng)方向 的長(zhǎng)度XL與硅熔融液表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度以及坩堝底部的磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 的圖表。根據(jù)該圖表，在樣品1和2中，硅熔融液表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度沿硅 單晶結(jié)晶塊生長(zhǎng)方向的長(zhǎng)度XL全體均為 一定，坩堝底部的磁場(chǎng)強(qiáng)度在 比硅熔融液表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度低的范圍內(nèi)緩慢遞增。根據(jù)上述磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布，如圖12B所示，樣品1和2的雙方的硅 單晶結(jié)晶塊的氧濃度Oi在長(zhǎng)度XL的全體區(qū)域內(nèi)均以 一 定的比例減少。 由此，由圖12C所示，硅單晶結(jié)晶塊的截面中的氧濃度Oi的面內(nèi)分布 不會(huì)發(fā)生擺動(dòng)，顯示穩(wěn)定的分布。圖13A是表示上述比較例(以往例)的樣品4中，硅單晶結(jié)晶塊生 長(zhǎng)方向的長(zhǎng)度XL與硅熔融液表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度和坩堝底部磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān) 系的圖表。根據(jù)該圖表，硅熔融液表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度在硅單晶結(jié)晶塊生長(zhǎng) 方向的長(zhǎng)度XL全體區(qū)域內(nèi)是一定的，而坩堝底部的磁場(chǎng)強(qiáng)度在超過(guò)硅 單晶結(jié)晶塊生長(zhǎng)方向的長(zhǎng)度XL大致中間位置附近，超過(guò)硅熔融液表面 的》茲場(chǎng)強(qiáng)度，之后轉(zhuǎn)為減少。如果形成上述的磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布，則熔融液對(duì)流產(chǎn)生變動(dòng)，如圖13B 所示，產(chǎn)生不穩(wěn)定部位，結(jié)果如圖11B所示，氧濃度的面內(nèi)分布大幅擺 動(dòng)，成為結(jié)晶缺陷的密度差導(dǎo)致的重金屬吸雜不足的原因。由以上-瞼證結(jié)果可以確認(rèn)，根據(jù)本發(fā)明，外加》茲場(chǎng)，4吏硅熔融液形 成平面的、大致呈同心圓狀的等磁線，且磁場(chǎng)強(qiáng)度在高度方向上單純?cè)?加或減少，將該磁場(chǎng)狀態(tài)在提拉長(zhǎng)度全長(zhǎng)中保持，同時(shí)提拉單晶，由此 可以抑制晶體內(nèi)雜質(zhì)濃度分布的擺動(dòng)。由此，根據(jù)本發(fā)明，可以防止氧 濃度和摻雜劑濃度在微小范圍內(nèi)的偏差，可以降低氧濃度和電阻率在面 內(nèi)和軸向的不均勻分布的發(fā)生，可以在器件工序中良好保持器件特性和 收率。產(chǎn)業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，可以抑制硅單晶提拉時(shí)硅熔融液的不穩(wěn)定的對(duì)流，可 以防止硅單晶的氧濃度和摻雜劑濃度在微小范圍內(nèi)的偏差。如果將由上 述硅單晶得到的硅晶片用于器件制備，可以防止吸雜能力的偏差、電阻 值面內(nèi)分布的偏差等，在器件工序中可良好保持器件特性和收率。
權(quán)利要求
1. 硅單晶提拉裝置，該硅單晶提拉裝置具有存放硅熔融液的坩堝、將上述坩堝加熱的加熱器、使上述坩堝旋轉(zhuǎn)和/或升降的坩堝驅(qū)動(dòng)裝置、容納上述坩堝和加熱器的容器、設(shè)于上述容器的外側(cè)并對(duì)該容器外加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)外加裝置；其特征在于上述磁場(chǎng)外加裝置沿上述容器的外周面形成，可形成相對(duì)于上述坩堝的中心軸大致呈同心圓狀的等磁線。
2. 硅單晶提拉裝置，該硅單晶提拉裝置具有存放硅熔融液的坩 堝、將上述坩堝加熱的加熱器、使上述坩堝旋轉(zhuǎn)和/或升降的坩堝驅(qū)動(dòng)裝 置、容納上述坩堝和加熱器的容器、設(shè)于上述容器的外側(cè)并對(duì)該容器外 加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)外加裝置；其特征在于上述磁場(chǎng)外加裝置沿上述容器的外周面形成，可以外加磁場(chǎng)，由存 放在上述蚶堝內(nèi)的硅熔融液的熔融液面向上述坩堝的底部使磁場(chǎng)強(qiáng)度 遞增、或者使磁場(chǎng)強(qiáng)度遞減。
3. 權(quán)利要求1的硅單晶提拉裝置，其中，上述磁場(chǎng)外加裝置沿上 述容器的外周面形成，可以外加磁場(chǎng)，由存放在上述坩堝內(nèi)的珪熔融液 的熔融液面向上述坩堝的底部使磁場(chǎng)強(qiáng)度遞增、或者使磁場(chǎng)強(qiáng)度遞減。
4. 權(quán)利要求2或3的硅單晶提拉裝置，其中，磁場(chǎng)強(qiáng)度由存放在 上述蚶堝內(nèi)的硅熔融液的熔融液面向上述坩堝的底部增加或減少時(shí)，磁 場(chǎng)強(qiáng)度的變動(dòng)范圍設(shè)定為通過(guò)上述磁場(chǎng)外加裝置外加到上述容器內(nèi)的 磁場(chǎng)的最強(qiáng)強(qiáng)度的0.6倍-0.9倍的范圍。
5. 權(quán)利要求1或2的硅單晶提拉裝置，其中，上述磁場(chǎng)外加裝置 形成大致環(huán)狀，包圍上述容器。
全文摘要
本發(fā)明涉及硅單晶提拉裝置，其特征在于該硅單晶提拉裝置具有存放硅熔融液的坩堝、將上述坩堝加熱的加熱器、使上述坩堝旋轉(zhuǎn)和/或升降的坩堝驅(qū)動(dòng)裝置、容納上述坩堝和加熱器的容器、設(shè)于上述容器的外側(cè)并對(duì)該容器外加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)外加裝置；上述磁場(chǎng)外加裝置沿上述容器的外周面形成，可形成相對(duì)于上述坩堝的中心軸大致呈同心圓狀的等磁線。
文檔編號(hào)C30B29/06GK101400834SQ200780001250
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月30日
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