單晶的成長方法及單晶的提拉裝置的製作方法

2023-06-07 06:59:11

專利名稱：單晶的成長方法及單晶的提拉裝置的製作方法
技術領域：
本發明是涉及一種單晶矽的成長方法及用於此方法中的單晶的提拉裝置，更詳細 地說，涉及一種能提升高質量單晶的產率和生產性的單晶矽的成長方法及提拉裝置。
背景技術：
製造要被用於半導體基板的單晶矽的方法，有許多種方法，其中，有作為旋轉提拉 法而被廣泛地採用的切克勞斯基法(Czochralski method ；以下稱為「CZ法」)。圖5是概略表示實施由CZ法所實行的單晶矽的成長方法時，適合使用的提拉裝置 的重要部分構成的圖。提拉裝置的外觀由未圖示的腔室所構成；坩堝被配置於其中心部。此坩堝是雙層 結構，具有作成有底圓筒狀的石英制內側保持容器(以下簡稱為「石英坩堝la」)；為了保 持並配合該石英坩堝Ia的外側而同樣地作成有底圓筒狀的石墨制外側保持容器(以下簡 稱為「石墨坩堝lb」)。這些坩堝，被固定於可作旋轉與升降的支持軸6的上端部。而且，電阻加熱式的加 熱器2，大約同心圓狀地被配設在坩堝的外側，已放入上述坩堝內的規定重量的矽原料，通 過加熱器2而被熔融，形成熔融液3。在已填充熔融液3後的上述坩堝的中心軸，配設提拉線(或是提拉軸，以下將兩者 合併稱為「提拉軸5」)，該提拉軸5，在同一軸上，以規定速度，向與支持軸6相反方向或相 同方向旋轉；晶種7則被保持在提拉軸5的下端。在此種提拉裝置中，將矽原料放入石英坩堝內，在減壓下的惰性氣體環境中，利用 已配設在坩堝周圍的加熱器，將矽原料熔融後，使已被保持於提拉軸下端的晶種浸漬於所 形成的熔融液的表面，然後一邊使坩堝與提拉軸旋轉，一邊使提拉軸向上方提拉，而在晶種 的下端面使結晶成長。CZ法中，為了除去原本便被包含於晶種中的位錯和由於在接觸熔融液時的熱衝擊 而被導入的位錯，使從晶種的下端面成長的結晶，先經過暫時縮小至直徑3mm左右為止的 頸縮步驟，然後形成晶冠，用以作成具有規定的直徑的晶身(固定直徑部)後，以規定的直 徑使單晶矽4成長。成長期間，使石英坩堝向與晶種相同方向或相反方向旋轉。若單晶達 到目標長度，則進行終端部的尾部縮徑(尾部生長)，完成單晶的培育。如上所述，由CZ法所進行的單晶矽的提拉，通過雙層結構的坩堝之中的石英坩 堝，將矽原料保持在熔融後的熔融液狀態。在此石英坩堝保持矽熔融液時，其坩堝表面曝露 在1500°C以上的高溫中，其期間雖然會根據矽原料的填充量、結晶成長速度等的條件不同， 但是通常會達到數十小時以上。進而，最近，為了提高單晶提拉的生產性與產率，開發一種從同一個石英坩堝製造 出多根單晶的再補充提拉法(再補充CZ法(RCCZ法)，例如參照志村史夫著作的《半導體 矽結晶工學》P72-73，丸善書局出版)。在此種再補充提拉法中，石英坩堝被曝露於矽熔融 液的時間，也有超過100小時的情況。
通常，石英坩堝的內壁表面在與高溫狀態的矽熔融液接觸的期間，會生成被稱為 褐色環的褐色方矽石，並逐漸地成長。此褐色環，若在單晶提拉過程中剝離，則該褐色環會 妨礙結晶成長，並在結晶中使單晶位錯化。為了防止伴隨著此種坩堝內表面的結晶化而產生的單晶的位錯化，公開了一種方 法，在石英坩堝中含有鈉(Na)、鉀(K)及鋰(Li)之中的1種或2種以上的鹼金屬，以該石英 坩堝的外壁側為正極，並以晶種側(單晶矽側、提拉軸側)為負極的方式，施加規定值的直 流電壓，而在石英坩堝的內壁表面，發生失透(反玻化(devitrification))(例如參照日本 特開2006-36568號公報)。但是，使用上述方法的情況，在整個單晶提拉過程中，由於將單晶矽側作為負極而 施加直流電壓，所以在結晶中會混入高濃度的鹼金屬(特別是鋰)，而在晶片加工後的熱氧 化處理中，會有由於此結晶中的鋰而引起氧化膜的異常成長這樣的問題。

發明內容
本發明的目的在於提供一種單晶矽的成長方法及提拉裝置，在單晶矽的成長過程 中，使適當的結晶化層即失透(反玻化)發生在石英坩堝的內壁表面，防止培育單晶時的位 錯化，從而提高單晶產率與生產性，並且在單晶提拉中防止鋰等的鹼金屬混入單晶矽的結 晶中，而能抑制晶片加工後的熱氧化處理中的氧化膜的異常成長。為了解決上述問題，本發明提供一種單晶矽的成長方法，根據切克勞斯基法將單 晶從已在石英坩堝內熔融的矽原料的熔融液提拉而使其成長，其特徵在於以上述石英坩 堝的外壁側為正極，並以電極側為負極的方式，施加直流電壓，一邊使電流從上述電極流過 一邊根據上述提拉軸來使單晶矽成長；並且，該電極與用以提拉上述單晶的提拉軸分開設 置，且被浸漬於上述矽原料的熔融液中。如此，通過施加直流電壓，使電流從電極(該電極是與用以提拉上述單晶的提拉 軸分開地設置)流過，能使適當的失透充分地發生在石英坩堝的內壁表面，防止單晶培育 時的位錯化，並能提高單晶產率與生產性。另外，由於不是將提拉軸設為電極，所以能防止 鹼金屬在單晶成長中混入單晶中，而在晶片加工後的熱氧化處理中，能抑制氧化膜的異常 成長。另外，在本發明的成長方法中，優選作為上述石英坩堝使用一種坩堝，該石英坩堝 的外壁側設為含有鹼金屬的天然石英，而內側壁則設為其鹼金屬含量比天然石英少的合成石英。由此，在石英坩堝內含有失透所要求的充分的鹼金屬，並且直接與矽原料接觸的 內側能作成高純度。另外，在本發明的成長方法中能將在上述電極流動的電流設為0. ImA以上、20mA 以下的定電流；或者，能將施加在上述電極與石英坩堝的外壁之間的電壓設為0. IV以上、 30V以下的定電壓。在如此的電流值或電壓值的範圍內，通過選擇能使適當的失透發生的值，能防止 單晶培育時的位錯化，並能提高單晶產率與生產性，同時更能提高防止鹼金屬在單晶成長 中混入單晶中的效果。另外，在本發明的成長方法中，優選在上述單晶的提拉中，當將上述石英坩堝的內壁表面中已失透的面積設為Vc，並將在熔融初期上述石英坩堝的內壁表面與熔融液接觸的 面積設為Vi的情況下，作成使失透面積率Vc/Vi成為20%以上，來使單晶矽成長。由此，能防止單晶培育時的位錯化，並能更進一步地提高單晶產率與生產性的效^ ο另外，在本發明中，提供一種單晶矽的提拉裝置，根據切克勞斯基法將單晶從已在 石英坩堝內熔融的矽原料的熔融液提拉，其特徵在於至少具備石英坩堝，其用以保持上 述矽原料的熔融液；支持軸，其用以支持該石英坩堝；提拉晶種的提拉軸，其使該晶種先被 浸漬於上述矽原料的熔融液中，然後一邊使單晶成長於其下端面一邊進行提拉；電極，其與 上述提拉軸分開地設置，並被浸漬於上述矽原料的熔融液中；以及控制直流電壓的定電流 裝置或定電壓裝置，其被連接成可對該電極與上述石英坩堝的外壁之間施加電壓，並使在 上述電極與石英坩堝的外壁之間流動的電流或電壓成為固定；並且，以上述石英坩堝的外 壁側成為正極的方式，被施加直流電壓。根據具備此種電極，利用從該電極施加直流電壓來使電流流動，使適當的失透發 生在石英坩堝的內壁表面，能防止單晶培育時的位錯化，並能提高單晶產率與生產性，同時 能防止鹼金屬在單晶成長中混入單晶中，而在晶片加工後的熱氧化處理中，能抑制氧化膜 的異常成長。另外，優選上述電極具有母材與前端材料，該母材是石墨或具有1500度以上的 高熔點的金屬材料，該前端材料是由可安裝在該母材上的單晶矽、表面被碳化矽包覆而成 的單晶矽以及碳化矽的任一種所構成，並通過石英筒來覆蓋保護上述母材與前端材料的側由此，能防止由於母材所造成的熔融液的汙染，同時降低對於母材的熱負載與化 學性負載，而能使母材的壽命(使用上限時間)長期化；另外，能降低對於前端材料的熱負 載，降低前端材料熔於熔融液中的熔解速度，也能使前端材料的壽命(使用上限時間)長期 化。進而，優選上述電極具有移動機構與接觸感測機構，並被浸漬於上述矽原料的熔 融液中。由此，整個單晶提拉過程中，能使電極一直浸漬在矽原料的熔融液中。另外，上述定電流裝置能將在上述電極與石英坩堝的外壁之間流動的電流，控制 成0. ImA以上、20mA以下的定電流；或者，上述定電壓裝置能將施加在上述電極與石英坩堝 的外壁之間的電壓，控制成0. IV以上、30V以下的定電壓。在如此的電流值或電壓值的範圍內，通過選擇並控制能使適當的失透發生的值， 能防止單晶培育時的位錯化，並能提高單晶產率與生產性，同時更能提高防止鹼金屬在單 晶成長中混入單晶中的效果。如以上所述，在本發明中，在使單晶矽成長時，以石英坩堝的外壁側為正極，並以 與上述提拉軸分開地設置的電極側為負極的方式，施加直流電壓，一邊使電流從上述電極 流過一邊根據上述提拉軸來使單晶矽成長。由此，使適當的失透發生在石英坩堝的內壁表 面，能防止單晶培育時的位錯化，並能提高單晶產率與生產性，同時能防止鹼金屬在單晶成 長中混入單晶中，而在晶片加工後的熱氧化處理中，能抑制氧化膜的異常成長。


圖1是概略表示本發明的單晶矽的提拉裝置的剖面構成例的圖。圖2是表示實施例和比較例中的單晶矽中的鋰濃度的圖。圖3是表示實施例和比較例中的單晶產率的圖。圖4是表示對從實施例和比較例中的單晶矽切片而得的晶片進行熱氧化處理後 的氧化膜厚度的圖。圖5是概略表示實施由CZ法所實行的單晶矽的成長方法時適合使用的提拉裝置 的重要部分構成的圖。
具體實施例方式以下，更具體地說明本發明。如上所述，公開了一種方法，在石英坩堝中含有鈉(Na)、鉀⑷與鋰(Li)之 中的1種或2種以上的鹼金屬，以上述石英坩堝的外壁側為正極，並以晶種側(單晶矽 側提拉軸側)為負極的方式，施加直流電壓，而通過在石英坩堝的內壁表面發生失透 (devitrification)，來防止伴隨著坩堝內表面的結晶化而產生位錯化。但是，若電流在單 晶矽和的外壁之間流動，被包含在石英坩堝中的鋰會往熔融液側移動，經由熔融液而混入 帶負電的單晶矽中。另外，從已混入鋰的單晶矽切片而得的晶片在熱氧化處理中的氧化膜的成長速度 變快而發生「結晶膜的異常成長」。因此，以往的根據施加電壓的提拉而成長出來的結晶 (在單晶矽中已混入鋰)，相較於通常的在單晶矽和石英坩堝的外壁之間沒有施加直流電 壓而成長出來的結晶，氧化膜厚度會發生異常，並會引起在晶片的熱氧化處理步驟中的產 率與生產性降低這樣的問題。因此，為了防止上述氧化膜的異常成長，混入單晶矽中的鋰濃度，必須要作成與通 常的在單晶矽和石英坩堝的外壁之間沒有施加直流電壓而成長出來的結晶相同的程度。但是，在整個單晶提拉過程中，若電流在單晶矽中流動，則從石英坩堝移動至熔融 液中且離子化的鋰離子(鹼金屬離子)，會被吸引至帶負電的結晶中，因而將鋰濃度作成與 通常的在單晶矽和石英坩堝的外壁之間沒有施加直流電壓而成長出來的結晶相同的程度， 是困難的。因此，本發明人，將浸漬於矽原料的熔融液中的電極與提拉軸分開設置，以該電極 為負極，並以石英坩堝的外壁側為正極的方式，施加直流電壓，一邊使電流從上述電極流過 一邊使單晶矽成長，因此，沒有對單晶矽施加電壓而使結晶成長。其結果，即使在以與上述提拉軸分開設置的電極為負極，並以石英坩堝的外壁側 為正極的方式，施加直流電壓，一邊使電流從上述電極流過一邊使單晶矽成長的情況，也能 在石英坩堝的內壁表面發生適當的失透，防止單晶培育時的位錯化，並能提高單晶的產率 和生產性。另一方面，在與上述提拉軸分開設置的電極和石英坩堝的外壁之間沒有施加直流 電壓的情況下，使適當的失透發生在石英坩堝的內壁表面上的效果並不充分，且單晶培育 時的防止位錯化的效果變成不充分，其結果，提升單晶的產率和生產性的效果也不充分。進而，在以與上述提拉軸分開設置的電極為負極，並以石英坩堝的外壁側為正極的方式，施加直流電壓，一邊使電流從上述電極流過一邊使單晶矽成長的情況下，由於沒有 對單晶施加負電壓，可將混入單晶矽中的鋰濃度作成與通常的在單晶矽和石英坩堝的外壁 之間沒有施加直流電壓而成長出來的結晶相同的程度以下。另外，以與上述提拉軸分開設置的電極為負極，並以石英坩堝的外壁側為正極的 方式，施加直流電壓，一邊使電流從上述電極流過一邊使單晶矽成長，而作成一種單晶矽， 其被混入單晶矽中的鋰濃度在與通常的在單晶矽和石英坩堝的外壁之間沒有施加直流電 壓而成長出來的結晶相同的程度以下，由此單結晶切片而得的晶片在熱氧化膜處理中沒有 發生氧化膜的異常成長。本發明是基於上述發現與知識而完成；以下，一邊參照圖面一邊更詳細地說明本 發明，但本發明並未被限定於此說明。圖1是概略表示本發明的單晶矽的提拉裝置的剖面構成例的圖。本發明的單晶矽 的成長方法中所採用的提拉裝置如以下所述。利用中空筒狀的腔室構成外觀形狀，該腔室是由主腔室9a和提拉腔室9b所構成， 該主腔室9a構成下部圓筒，該提拉腔室9b則構成被連接固定於主腔室9a上的上部圓筒； 坩堝則被配置於該腔室的中心部。此坩堝是雙層結構，具有作成有底圓筒狀的石英制內側 保持容器(以下簡稱為「石英坩堝la」)；為了保持並配合該石英坩堝Ia的外側而同樣地 作成有底圓筒狀的石墨制外側保持容器(以下簡稱為「石墨坩堝lb」)。在由雙層結構所組成的坩堝的外側配置了加熱器2，保溫筒8a則以同心圓狀地被 配置於加熱器2的外側周邊，且在其下方，保溫板8b配設於裝置底部。進而，在與提拉軸5 分開設置的電極和被支持軸6支撐的坩堝之間，設置用以施加規定的直流電流或直流電壓 的直流電源裝置10 ；上述電極由具有移動機構與接觸感測機構的電極(母材)11、及電極 (前端材料)12所構成。而且，已放入上述坩堝內的規定重量的矽原料被熔融而形成熔融液3。將晶種7浸 漬於所形成的熔融液3的表面，然後一邊使坩堝與提拉軸5旋轉一邊將提拉軸5往上方提 拉，而在晶種7的下端面使單晶矽4成長。如此，利用以與提拉軸分開設置的電極為負極，並以石英坩堝的外壁側為正極的 方式，施加直流電壓，能使適當的在石英坩堝的內壁表面，防止單晶培育時的位錯化，並能 提高單晶產率與生產性。進而，能夠防止鹼金屬在單晶成長中混入單晶中，並能夠在晶片加 工後的熱氧化處理中，抑制氧化膜的異常成長。此情況，電極具有母材與前端材料，該母材是石墨或具有1500度以上的高熔點的 金屬材料(例如鎢或鉬等)，該前端材料是由可安裝在該母材上的單晶矽、表面被碳化矽 (SiC)包覆而成的單晶矽以及碳化矽的任一種所構成，該電極能作成通過石英筒來覆蓋保 護母材與前端材料的側面。由此，能防止由於電極所造成的熔融液的汙染，同時降低對於母材的熱負載與化 學性負載，而能使母材的壽命(使用上限時間)長期化；另外，能降低對於前端材料的熱負 載，降低前端材料熔於熔融液中的熔解速度，也能使前端材料的壽命(使用上限時間)長期 化。進而，電極具有移動機構與接觸感測機構，能作成可被浸漬在上述矽原料的熔融 液中。
由此，在整個單晶提拉過程中，能將電極恆定地保持成浸漬於矽原料的熔融液中。 即，隨著單晶的成長，矽原料的熔融液雖然會逐漸地減少，但根據使坩堝往上提升來彌補該 減少量，能將熔融液面保持恆定，但是由於成長後的單晶直徑的偏差、坩堝直徑的偏差等的 原因，熔融液面的位置並不一定會完全成為恆定。即使是此種情況，若有電極的移動機構與 接觸感測機構，則能將電極保持於浸漬在規定深度處。另外，直流電源裝置(定電流裝置)能將在電極與石英坩堝之間流動的電流控制 成0. ImA以上、20mA以下的定電流。優選是0. 5mA 4mA。在如此的電流值的範圍內，先選擇能使適當的失透發生在石英坩堝上的電流值， 並加以控制，能防止單晶培育時的位錯化，並能提高單晶產率與生產性，同時能防止鹼金屬 在單晶成長中混入單晶中。進而，直流電源裝置(定電壓裝置)能將施加在電極與石英坩堝之間的電壓控制 成0. IV以上、30V以下的定電壓。優選是0. 5V 5V。在如此的電壓值的範圍內，先選擇能使適當的失透發生在石英坩堝上的電壓值， 並加以控制，能防止單晶培育時的位錯化，並能提高單晶產率與生產性，同時能防止鹼金屬 在單晶成長中混入單晶中。接著，以下表示本發明的單晶矽的成長方法的例子，但本發明並未被限定於這些 例子。在根據切克勞斯基法將單晶從已在石英坩堝內熔融的矽原料的熔融液提拉而使 其成長的方法中，在提拉單晶矽而使其成長時，以石英坩堝的外壁側為正極，並以電極側為 負極的方式，施加直流電壓，一邊使電流從上述電極流過一邊根據上述提拉軸來使單晶矽 成長；並且，該電極是與用以提拉單晶的提拉軸分開設置，且被浸漬於矽原料的熔融液中。此種本發明的方法例如能採用上述那樣的裝置來實施。如上所述，利用以與上述提拉軸分開設置的電極為負極，並以石英坩堝的外壁側 為正極的方式，施加直流電壓，能使適當的失透發生在石英坩堝的內壁表面，防止單晶培育 時的位錯化，並能提高單晶產率與生產性，同時能防止鹼金屬在單晶成長中混入單晶中，而 在晶片加工後的熱氧化處理中，能抑制氧化膜的異常成長。此情況，作為石英坩堝能使用一種石英坩堝，其外壁是由含有鹼金屬的天然石英 所構成，並將鹼金屬含量比該天然石英少的合成石英設為內壁。由此，在石英坩堝內，含有失透所要求的充分的鹼金屬，並且在直接與矽原料接觸 的內側鹼金屬的純度高。因此，由於能調節被包含在石英坩堝全體中的鹼金屬量，所以能進 一步提高防止鹼金屬混入單晶矽中的效果。作為此天然石英中的鹼金屬是鈉(Na)、鉀⑷及鋰(Li)之中的1種或2種以上； 另外，合成石英的鹼金屬含量的合計是0.01 lOppm，更適當的是0. Olppm 5ppm的範圍。另外，在電極與石英坩堝之間流動的電流能設為0. IMa以上、20mA以下的定電流。如此，通過將在電極與石英坩堝之間流動的電流設為使適當的失透發生在石英坩 堝上的電流值，能防止單晶培育時的位錯化，並能提高單晶產率與生產性，同時能防止鹼金 屬在單晶成長中混入單晶中。另外，能將施加在電極與石英坩堝之間的電壓控制成0. IV以上、30V以下的定電 壓。優選是0. 5V 5V。
如此，通過將施加在電極與石英坩堝之間的電壓設為使適當的失透發生在石英坩 堝上的電壓值，能防止單晶培育時的位錯化，並能提高單晶產率與生產性，同時能防止鹼金 屬在單晶成長中混入單晶中。此情況，作為使適當的失透發生在石英坩堝上的電流值或電壓值，在單晶的提拉 中，在將上述石英坩堝的內壁表面中已失透的面積設為Vc，並將在熔融初期，上述石英坩堝 的內壁表面與熔融液接觸的面積設為Vi的情況下，優選以能使失透面積率Vc/Vi成為20% 以上的電流值或電壓值，來使單晶矽成長。由此，能更可靠地防止單晶的位錯化。[實施例]接著，表示本發明的實施例、比較例，更具體地說明本發明，但本發明並未被限定 於這些例子。(實施例1)採用圖1所示的提拉裝置，先將矽原料150kg填充在內徑600mm的石英坩堝內， 形成熔融液之後，提拉直徑200mm的單晶矽而使其成長。所使用的石英坩堝的鋰含量設 為0. 5ppm，並使用一種利用石英筒來覆蓋保護其母材與前端材料的側面而成的電極(將該 母材設為石墨材料、將該前端材料設為單晶矽)，且以石英坩堝的外壁側為正極的方式，施 加直流電壓，一邊實行定電流控制來使在電極與石英坩堝的外壁之間流動的電流值固定為 2. OmA, 一邊進行單晶矽的提拉。之後，測量3個批次的單晶產率、石英坩堝內壁的失透面積率、單晶矽中的鋰濃 度、以及從該單晶矽的晶冠部、中央部(晶身部)、尾部切片而得的晶片的熱氧化後的氧化
膜厚度。(實施例2)採用圖1所示的提拉裝置，先將矽原料150kg填充在內徑600mm的石英坩堝內，形 成熔融液之後，提拉直徑200mm的單晶矽而使其成長。所使用的石英坩堝的鋰含量，設為 0. 5ppm，並使用一種利用石英筒來覆蓋保護其母材與前端材料的側面而成的電極(將該母 材設為石墨材料、將該前端材料設為單晶矽)，且以石英坩堝的外壁側為正極的方式，施加 直流電壓，一邊實行定電壓控制來使固定成為5. OV的電壓值施加在電極與石英坩堝的外 壁之間，一邊進行單晶矽的提拉。此時，電流為0.5mA 5.0mA。之後，測量3個批次的單晶產率、石英坩堝內壁的失透面積率、單晶矽中的鋰濃 度、以及從該單晶矽的晶冠部、中央部、尾部切片而得的晶片的熱氧化後的氧化膜厚度。在此，以下表示鋰濃度的測量流程。即，先將所得到的單晶矽晶錠切割而切出芯 片，然後施行蝕刻(CW)、研磨(PW)。晶片中的鋰由於若進行熱氧化處理則會在氧化膜中移 動而被捕集，所以接著在熱處理爐中進行900°c 10分鐘的氧化處理，在晶片上形成氧化膜， 最後利用感應耦合電漿質譜儀(ICP-MS)來測量晶片的氧化膜中的鋰濃度。(比較例1)相較於上述實施例的單晶矽的成長方法，將電極與石英坩堝的外壁之間的電壓設 為0V，以沒有使電流流動的條件，使單晶矽成長。對於成長而成的單晶矽，也進行與實施例 同樣的評價。(比較例2)
另外，相較於上述實施例的單晶矽的成長方法，僅在單晶提拉中以外，使在電極與 石英坩堝的外壁之間流動的電流值成為2. 0mA，而在單晶提拉中，則將電極與石英坩堝的外 壁之間的電壓設為0V，以沒有使電流流動的條件，使單晶矽成長。對於成長而成的單晶矽， 也進行與實施例同樣的評價。(比較例3)進而，相較於上述實施例的單晶矽的成長方法，以使在晶種與石英坩堝的外壁之 間流動的電流值成為2. OmA的方式，來施加直流電壓的條件，使單晶矽成長。對於成長而成 的單晶矽，也進行與實施例同樣的評價。圖2是表示實施例與比較例中的單晶矽中的鋰濃度的測量結果。實施例1、2中的單晶矽中的鋰濃度，相較於比較例3，非常地低，是與比較例1、2相 同程度的水平。圖3是表示實施例與比較例中的單晶產率的圖。實施例1、2，相較於比較例1與比較例2，能確保高產率。另外，是與比較例3相同 程度的產率。實施例1、2中的石英坩堝內壁的失透面積率，成為60 100%，能得到充份的失透 來抑制提拉中的單晶矽的位錯化。另外，在比較例1、2中，其失透面積率未滿20%，並無 法得到充份的失透來抑制提拉中的單晶矽的位錯化。在比較例3中，失透面積率成為55 100%。圖4是表示對從實施例與比較例中的單晶矽切片而得的晶片進行熱氧化處理後 的氧化膜厚度的測量結果。實施例1、2中的矽晶片的氧化膜厚度，相較於比較例3是較薄 的，是與比較例1、2相同程度的水平。由以上的結果可知，若根據本發明的單晶矽的成長方法及提拉裝置，在單晶矽的 提拉過程中，能使石英坩堝的內壁表面適當地失透，且能防止鋰混入單晶矽中。另外，在由 此從單晶矽切出而得的晶片的熱氧化處理中，能抑制氧化膜的異常成長。由此，即使是長時間地進行單晶提拉的作業時，也能防止單晶培育時的位錯化，並 能提高單晶產率與生產性，同時由於可防止混入會對氧化膜形成時造成不良影響的鋰，所 以在晶片的熱氧化處理中，可抑制氧化膜的異常成長，因此，能廣泛地應用於半導體組件用 的單晶矽的製造領域中。另外，本發明並未被限定於上述實施形態。上述實施形態只是例示，只要是具有與 被記載於本發明的權利要求中的技術思想實質上相同的結構，都能得到同樣的作用效果， 不論為何種形態，都被包含在本發明的技術範圍內。
權利要求
1.一種單晶矽的成長方法，根據切克勞斯基法將單晶從已在石英坩堝內熔融的矽原料 的熔融液提拉而使其成長，其特徵在於，以上述石英坩堝的外壁側為正極，並以電極側為負極的方式，施加直流電壓，一邊使電 流從上述電極流過一邊根據上述提拉軸來使單晶矽成長；並且，該電極與用以提拉上述單晶的提拉軸分開設置，且被浸漬於上述矽原料的熔融 液中。
2.如權利要求1所述的單晶矽的成長方法，其特徵在於，作為上述石英坩堝使用一種坩堝，該石英坩堝的外壁側設為含有鹼金屬的天然石英， 而內側壁則設為其鹼金屬含量比天然石英少的合成石英。
3.如權利要求1或2所述的單晶矽的成長方法，其特徵在於，將在上述電極流動的電流設為0. ImA以上、20mA以下的定電流。
4.如權利要求1或2所述的單晶矽的成長方法，其特徵在於，將施加在上述電極與石英坩堝的外壁之間的電壓設為0. IV以上、30V以下的定電壓。
5.如權利要求1 4中任一項所述的單晶矽的成長方法，其特徵在於，在上述單晶的提拉中，當將上述石英坩堝的內壁表面中已失透的面積設為Vc，並將在 熔融初期上述石英坩堝的內壁表面與熔融液接觸的面積設為Vi的情況下，作成使失透面 積率Vc/Vi成為20%以上。
6.一種單晶矽的提拉裝置，根據切克勞斯基法將單晶從已在石英坩堝內熔融的矽原料 的熔融液提拉，其特徵在於，至少具備石英坩堝，其用以保持上述矽原料的熔融液；支持軸，其用以支持該石英坩堝；提拉晶種的提拉軸，其使晶種先浸漬於上述矽原料的熔融液中，然後一邊使單晶成長 於其下端面一邊進行提拉；電極，其與該提拉軸分開設置，並被浸漬於上述矽原料的熔融液中；以及控制直流電壓的定電流裝置或定電壓裝置，其被連接成可對該電極與上述石英坩堝的 外壁之間施加電壓，並使在上述電極與石英坩堝的外壁之間流動的電流或電壓成為固定；並且，以上述石英坩堝的外壁側成為正極的方式，被施加直流電壓。
7.如權利要求6所述的單晶矽的提拉裝置，其特徵在於，上述電極具有母材與前端材料，該母材是石墨或具有1500度以上的高熔點的金屬材 料，該前端材料是由可安裝在該母材上的單晶矽、表面被碳化矽包覆而成的單晶矽以及碳 化矽的任一種所構成，並通過石英筒來覆蓋保護上述母材與前端材料的側面。
8.如權利要求6或7所述的單晶矽的提拉裝置，其特徵在於，上述電極具有移動機構和接觸感測機構，並被浸漬於上述矽原料的熔融液中。
9.如權利要求6 8中任一項所述的單晶矽的提拉裝置，其特徵在於，上述定電流裝置將在上述電極與石英坩堝的外壁之間流動的電流，控制成0. ImA以 上、20mA以下的定電流。
10.如權利要求6 8中任一項所述的單晶矽的提拉裝置，其特徵在於，上述定電壓裝置將施加在上述電極與石英坩堝的外壁之間的電壓，控制成0. IV以上、 30V以下的定電壓。
全文摘要
本發明關於一種單晶矽的成長方法及提拉裝置，該單晶矽的成長方法根據切克勞斯基法，將單晶從已在石英坩堝內熔融的矽原料的熔融液提拉而使其成長，其特徵在於以上述石英坩堝的外壁側為正極，並以電極側為負極的方式，施加直流電壓，一邊使電流從上述電極流過一邊根據上述提拉軸來使單晶矽成長；並且，該電極是與用以提拉上述單晶的提拉軸分開設置，且被浸漬於上述矽原料的熔融液中。由此，在單晶矽的成長過程中，通過使適當的結晶化層即失透發生在石英坩堝的內壁表面，同時防止鋰等的鹼金屬混入單晶矽中，能提高單晶產率與生產性，並且在切片成晶片後的熱氧化處理中，能抑制氧化膜的異常成長。
文檔編號C30B29/06GK102007234SQ20098011340
公開日2011年4月6日 申請日期2009年3月24日 優先權日2008年5月8日
發明者宮原祐一, 巖崎淳, 星亮二, 菅原孝世, 高沢雅紀 申請人:信越半導體股份有限公司