[发明专利]制造单晶硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造单晶硅的方法，特别是涉及通过Czochralski法制造单晶硅的方法。

背景技术

Czochralski法已被广泛地用于制造单晶硅。在Czochralski法中，使多晶材料在石英坩埚中熔化，并将晶种与原料熔体接触及进行提拉，从而生长单晶硅。

在生长单晶硅期间在某些情况下会产生单晶硅的位错。需要指出的是，单晶硅的位错的一个原因是在由石英玻璃制成的坩埚的内表面上析出的方石英释放在硅熔体中，并在提拉硅时方石英被带入硅锭。

特开平9-110590号公报描述了一种通过将含有诸如钡的碱土金属的失透促进剂附着在石英坩埚的内表面上而促进石英结晶及防止释放出方石英的方法。

特开2003-160393号公报描述了一种通过在提拉单晶硅期间温度高的部分降低附着在石英坩埚的内表面上的失透促进剂的浓度及在温度低的部分提高失透促进剂的浓度从而在生长单晶硅期间减少位错的产生的方法。

本发明要解决的问题

近年来，采用由同一坩埚中的原料熔体提拉多根单晶硅的多重提拉法制造单晶硅。根据该方法，由原料熔体提拉单晶，然后在不关闭加热器的情况下额外地将多晶材料投入及熔化在剩余的原料熔体中，然后提拉下一单晶。通过重复以下这些步骤，额外地将多晶材料投入原料熔体中，并使多晶材料在原料熔体中熔化，然后提拉下一单晶，从而使用同一坩埚提拉多根单晶硅。

在采用上述多重提拉法在同一坩埚中提拉多根硅单晶时，操作时间长，因此坩埚长时间暴露于高温下。即使在通过多重提拉法制造单晶硅时使用具有附着在其上的含有钡的失透促进剂的坩埚，在由原料熔体分离出单晶硅时仍然在某些情况下会产生位错。

本发明是鉴于上述问题提出的，本发明的目的是提供制造单晶硅的方法，其能够在采用由同一坩埚中的原料熔体提拉多根单晶硅的多重提拉法生长单晶硅时减少单晶硅的位错的产生。

解决问题的手段

本发明的发明人的最新研究成果表明，通过在坩埚的内壁表面上钡的添加量(剂量)影响单晶硅的位错的产生。在钡的添加量(剂量)大的情况下，单晶硅的位错的产生率高。另一方面，在钡的添加量(剂量)小的情况下，单晶硅的位错的产生率低。在钡的添加量(剂量)变得小于特定的量(剂量)的情况下，单晶硅的位错的产生率变高。

在钡的添加量(剂量)大时单晶硅的位错的产生率高的原因被认为如下。首先，来自附着在坩埚的表面上的失透促进剂等的钡熔化在硅熔体中。在由具有熔化在其中的钡的硅熔体提拉单晶硅至一定长度然后分离出单晶硅时，在释放在硅熔体中的方石英由尾部向下流至硅熔体之前硅固化，方石英被作为杂质带入硅中。因此，在单晶硅中产生位错，硅发生位错化。

另一方面，在钡的添加量(剂量)极小时，单晶硅的位错的产生率高。其一个原因被认为如下。在钡的添加量(剂量)小时，无法在坩埚的内壁上实现石英的均匀结晶，因此方石英释放在硅熔体中并被带入单晶硅中。

在坩埚的尺寸大时，在生长单晶硅期间坩埚的温度高。坩埚的温度高促进了结晶。因此，熔化在硅熔体中的钡的量取决于坩埚的尺寸发生改变。此外，即使在具有相同尺寸的坩埚中，在向坩埚施加磁场的情况下提拉单晶硅时，在生长单晶硅期间坩埚的温度高于不向坩埚施加磁场的情况。向硅熔体施加磁场能够抑制硅熔体的对流。因此，为了保持条件与不向硅熔体施加磁场的情况相同，必须升高坩埚的温度。

本发明是基于上述发现。根据本发明制造单晶硅的方法涉及采用通过Czochralski法在腔室内由同一坩埚中的原料熔体提拉多根单晶硅的多重提拉法制造单晶硅的方法，该方法包括以下步骤。在直径为24英寸的坩埚中制备原料熔体。由原料熔体提拉单晶硅。额外地将多晶材料投入及熔化在剩余的原料熔体中，同时继续加热原料熔体。由具有额外地投入及熔化在其中的多晶材料的原料熔体提拉下一单晶硅。将额外地投入及熔化多晶材料的步骤和提拉下一单晶硅的步骤重复一次或多次。在提拉单晶硅的步骤和重复一次或多次的提拉下一单晶硅的步骤中的至少一个步骤中，在磁场中生长单晶硅。在坩埚的内壁上形成含钡层，钡的添加量为2.2×10¹⁴个原子·cm^-2以上且1.1×10¹⁵个原子·cm^-2以下。