[发明专利]硅单晶提拉装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过丘克拉斯基法形成硅单晶的硅单晶提拉装置以及 硅单晶的提拉方法。

背景技术

通过以下方法制备硅单晶：将容纳于坩埚中的多晶硅原料用加热器 加热，制成硅熔融液，通过CZ(丘克拉斯基(Czochralski))法从硅熔 融液中提拉硅单晶，同时使其生长。硅晶片是将按照上述方法制备的硅 单晶切片(切断)制备的，该硅晶片上可形成集成电路等装置。

为了在一片硅晶片上形成更多的电路，对于硅单晶日益要求其大直 径化。另一方面，伴随着硅单晶的大直径化而要解决单晶生长技术课题 有：单晶的低氧浓度化、和品质的稳定化、以及产率的提高。针对上述 课题，已知有：通过在CZ法中外加水平磁场的HMCZ(应用水平磁场 的CZ)技术的应用，实现单晶低氧浓度或晶体生长稳定的方法。还已 知通过将硅单晶与硅熔融液的界面—固液界面形状保持向着单晶方向 弯曲的上凸形，可以使单晶的轴向温度梯度在固液界面附近增大，获得 面内均匀化的效果(日本特开2001-158690号公报)。

发明内容

通过外加水平磁场，坩埚内硅熔融液对流的不稳定状态得到抑制， 可获得稳定的对流。但是，为了培育大口径的晶体，必须使用大口径的 坩埚，熔融液量也增加。这种情况下可以表明，只凭外加水平磁场无法 获得充分的效果，并且存在熔融对流不稳定的区域。另外，使用亥姆霍 兹型磁体，在互相平行配置的两个磁体之间配置硅单晶提拉装置的容器 时，通过线圈直径的设计可以获得水平磁场强度分布均匀的结构，但是 为了获得所需强度的磁场，磁体本身巨大，必须有大的装置空间，这称 为问题。

另一方面，最近开发了一种使磁体线圈变形、组装到包围硅单晶提 拉装置容器的环状箱中形成的省空间型的水平磁场磁体。由于线圈设计 空间的制约，这样的省空间型水平磁场磁体所产生的磁场强度可能显示 不均匀的分布。对省空间型的水平磁场磁体进行磁场强度分布测定和晶 体生长实验对比，结果表明，与磁场强度分布和磁场设定位置相关地在 硅熔融液中产生了不稳定的区域。

晶体提拉时，如果在硅熔融液中产生不稳定区域，则硅单晶内杂质 浓度(包括氧浓度等)分布不均匀，从硅单晶的生长方向观察，杂质浓 度分布不均匀。

在培育大口径的硅单晶的情况下，为了提高产率，大多将固液界面 形状制成上凸形状进行晶体生长，这样可以加快晶体生长速度。此时， 如果产生硅熔融液不稳定的区域，则与晶体提拉轴垂直的截面内(即， 与由单晶获得的晶片的表面平行的面内)，杂质浓度不均匀，可观察到 浓度值在面内发生变化等的浓度分布。这里，杂质浓度是指氧浓度、以 及决定硅单晶的载体浓度的掺杂剂浓度。使固液界面形状为上凸形状进 行晶体生长时，如果在硅熔融液中产生不稳定区域，则由硅单晶切取的 晶片面内可观察到杂质浓度的分布呈同心圆状变化。器件工序中，微小 范围内的氧浓度和掺杂剂浓度向高浓度或低浓度的偏差，成为晶体缺陷 密度差导致的重金属杂质吸杂不足的原因。并且，有可能使电阻率等器 件特性中重要的晶片特性降低。结果，由单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。

本发明针对上述情况而设，其目的在于提供可防止吸杂能力的偏 差、电阻值在面内分布的偏差等，器件工序中可获得可良好保持器件特 性和收率的晶片，可培育硅单晶的硅单晶提拉装置，以及硅单晶提拉方 法。

因此，本发明的目的在于提供抑制硅单晶中杂质浓度的不均匀分 布、实现杂质浓度的均匀化，由此防止氧浓度和掺杂剂浓度在微小范围 内的偏差，可培育硅单晶的硅单晶提拉装置，以及硅单晶提拉方法。

本发明的方案1的硅单晶提拉装置具有：存放硅熔融液的坩埚；将 上述坩埚进行加热的加热器；使上述坩埚旋转和/或升降的坩埚驱动装 置；容纳上述坩埚和加热器的容器；设于上述容器的外侧、对该容器外 加磁场的磁场外加装置；

上述磁场外加装置沿着容器的外周面形成，可由上述坩埚的中心形 成大致呈同心圆状(同心环状)的等磁线。

根据该硅单晶提拉装置，通过磁场外加装置对坩埚的硅熔融液外加 水平磁场，由此形成大致呈同心圆状的等磁线。通过形成同心圆状的等 磁线，可以抑制坩埚内的硅熔融液对流状态的不稳定，可以获得稳定的 对流状态。