[发明专利]单晶的成长方法及单晶的提拉装置

说明书

技术领域

本发明是涉及一种单晶硅的成长方法及用于此方法中的单晶的提拉装置，更详细地说，涉及一种能提升高质量单晶的产率和生产性的单晶硅的成长方法及提拉装置。

背景技术

制造要被用于半导体基板的单晶硅的方法，有许多种方法，其中，有作为旋转提拉法而被广泛地采用的切克劳斯基法(Czochralski method；以下称为“CZ法”)。

图5是概略表示实施由CZ法所实行的单晶硅的成长方法时，适合使用的提拉装置的重要部分构成的图。

提拉装置的外观由未图示的腔室所构成；坩埚被配置于其中心部。此坩埚是双层结构，具有：作成有底圆筒状的石英制内侧保持容器(以下简称为“石英坩埚1a”)；为了保持并配合该石英坩埚1a的外侧而同样地作成有底圆筒状的石墨制外侧保持容器(以下简称为“石墨坩埚1b”)。

这些坩埚，被固定于可作旋转与升降的支持轴6的上端部。而且，电阻加热式的加热器2，大约同心圆状地被配设在坩埚的外侧，已放入上述坩埚内的规定重量的硅原料，通过加热器2而被熔融，形成熔融液3。

在已填充熔融液3后的上述坩埚的中心轴，配设提拉线(或是提拉轴，以下将两者合并称为“提拉轴5”)，该提拉轴5，在同一轴上，以规定速度，向与支持轴6相反方向或相同方向旋转；晶种7则被保持在提拉轴5的下端。

在此种提拉装置中，将硅原料放入石英坩埚内，在减压下的惰性气体环境中，利用已配设在坩埚周围的加热器，将硅原料熔融后，使已被保持于提拉轴下端的晶种浸渍于所形成的熔融液的表面，然后一边使坩埚与提拉轴旋转，一边使提拉轴向上方提拉，而在晶种的下端面使结晶成长。

CZ法中，为了除去原本便被包含于晶种中的位错和由于在接触熔融液时的热冲击而被导入的位错，使从晶种的下端面成长的结晶，先经过暂时缩小至直径3mm左右为止的颈缩步骤，然后形成晶冠，用以作成具有规定的直径的晶身(固定直径部)后，以规定的直径使单晶硅4成长。成长期间，使石英坩埚向与晶种相同方向或相反方向旋转。若单晶达到目标长度，则进行终端部的尾部缩径(尾部生长)，完成单晶的培育。

如上所述，由CZ法所进行的单晶硅的提拉，通过双层结构的坩埚之中的石英坩埚，将硅原料保持在熔融后的熔融液状态。在此石英坩埚保持硅熔融液时，其坩埚表面曝露在1500℃以上的高温中，其期间虽然会根据硅原料的填充量、结晶成长速度等的条件不同，但是通常会达到数十小时以上。

进而，最近，为了提高单晶提拉的生产性与产率，开发一种从同一个石英坩埚制造出多根单晶的再补充提拉法(再补充CZ法(RCCZ法)，例如参照志村史夫著作的《半导体硅结晶工学》p72-73，丸善书局出版)。在此种再补充提拉法中，石英坩埚被曝露于硅熔融液的时间，也有超过100小时的情况。

通常，石英坩埚的内壁表面在与高温状态的硅熔融液接触的期间，会生成被称为褐色环的褐色方硅石，并逐渐地成长。此褐色环，若在单晶提拉过程中剥离，则该褐色环会妨碍结晶成长，并在结晶中使单晶位错化。

为了防止伴随着此种坩埚内表面的结晶化而产生的单晶的位错化，公开了一种方法，在石英坩埚中含有钠(Na)、钾(K)及锂(Li)之中的1种或2种以上的碱金属，以该石英坩埚的外壁侧为正极，并以晶种侧(单晶硅侧、提拉轴侧)为负极的方式，施加规定值的直流电压，而在石英坩埚的内壁表面，发生失透(反玻化(devitrification))(例如参照日本特开2006-36568号公报)。

但是，使用上述方法的情况，在整个单晶提拉过程中，由于将单晶硅侧作为负极而施加直流电压，所以在结晶中会混入高浓度的碱金属(特别是锂)，而在芯片加工后的热氧化处理中，会有由于此结晶中的锂而引起氧化膜的异常成长这样的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶硅的成长方法及提拉装置，在单晶硅的成长过程中，使适当的结晶化层即失透(反玻化)发生在石英坩埚的内壁表面，防止培育单晶时的位错化，从而提高单晶产率与生产性，并且在单晶提拉中防止锂等的碱金属混入单晶硅的结晶中，而能抑制芯片加工后的热氧化处理中的氧化膜的异常成长。

为了解决上述问题，本发明提供一种单晶硅的成长方法，根据切克劳斯基法将单晶从已在石英坩埚内熔融的硅原料的熔融液提拉而使其成长，其特征在于：以上述石英坩埚的外壁侧为正极，并以电极侧为负极的方式，施加直流电压，一边使电流从上述电极流过一边根据上述提拉轴来使单晶硅成长；并且，该电极与用以提拉上述单晶的提拉轴分开设置，且被浸渍于上述硅原料的熔融液中。