[发明专利]单晶硅的制造方法

说明书

本发明的课题：防止在感应加热线圈的狭缝等处的放电，降低单晶的顶锥侧直筒部与底锥侧直筒部的氮浓度的偏差，不产生称为位错化部分和气孔缺陷的结晶缺陷。提高不存在与硅原料的投料量增加相伴的长尺寸化的单晶硅的称为位错化部分和气孔缺陷的结晶缺陷的成品率。上述课题的解决手段：本发明的FZ法中，向炉内供给氮与氩的混合气体。在单晶硅的生长期间，改变混合气体中的氮浓度，使单晶硅的直筒部的氮浓度在2.0×10¹⁴个原子/cm³以上且4.0×10¹⁵个原子/cm³以下的范围内，来生长单晶硅。

技术领域

本发明涉及基于下述浮区熔融法(以下称为FZ法)的单晶硅的制造方法：利用感应加热线圈对硅原料棒进行加热熔融，形成悬浮区，通过移动悬浮区，使棒状的单晶硅生长。更详细而言，涉及防止在感应加热线圈的狭缝等处的放电且抑制结晶缺陷的发生以提高单晶的成品率的单晶硅的制造方法。需要说明的是，本说明书中“单晶的成品率”是指，生长单晶硅时，相对于单晶硅的直筒部整体，可以作为不存在位错化部分和气孔缺陷的产品操作的直筒部的比例。

背景技术

FZ法是将硅原料棒在狭小区域中短时间内加热熔融至芯而形成悬浮区，自该悬浮区使单晶生长的方法，由于不使用石英坩埚，因此存在氧或重金属等的杂质污染少、可以生长高电阻率的单晶等的优点。

为了利用FZ法将硅原料棒在狭小区域中短时间内熔融至芯，有必要使高电流在其感应加热线圈中发生。但是，若在感应加热线圈的电源端子间施加高电压，则存在下述问题：单晶生长期间在感应加热线圈的狭缝处发生放电，阻碍结晶的无位错化。因此，有人公开了将氮气吹到感应加热线圈的狭缝部以有效地防止在感应加热线圈的狭缝处产生的放电的单晶硅的制造方法(例如，参见专利文献1)。

该专利文献1的发明中，通过将氮气局部性地流到狭缝部，狭缝部附近的温度降低，因此抑制荷电粒子的发生，同时通过利用气体将狭缝处发生的荷电粒子吹走而去除，由此，有效地防止在感应加热线圈的狭缝处产生的放电。该专利文献1中记载了：优选使吹到感应加热线圈的狭缝部的气体流量为10mL/分钟~1L/分钟，其实施例1~3和比较例1中，分别将室(chamber)内氮气浓度设定为0.1%的固定浓度来制造单晶硅。

另一方面，有人公开了下述方法：使用FZ法制造单晶硅时，将氮与高纯度氩的混合气体通过喷嘴吹到悬浮区附近的赤热的硅原料棒上，通过使表面氮化的硅原料棒熔融，将氮添加到单晶硅中，从而抑制单晶硅中的结晶缺陷的发生(例如，参见专利文献2)。该专利文献2的发明中，调整氮与高纯度氩的混合气体对于硅原料棒的吹气时间，使氮的总吹气量达到1.0×10²²~6.0×10²³个原子，由此控制添加到单晶硅中的氮浓度，抑制结晶缺陷的发生，同时避免由于氮的过量添加而导致的单晶的位错化。作为该结晶缺陷，专利文献2的实施例中示出了流型(flow pattern)缺陷。该流型缺陷是被称为单晶硅的D缺陷的空洞状的气孔缺陷(空孔型点缺陷的聚集体)。

专利文献2中记载了：使氮的总吹气量处于上述范围的理由在于，若在氮与氩的混合气体环境中单晶硅的生长持续，则虽然持续供给氮，但氮对硅的偏析系数小至7×10^-4，因此硅熔体中的氮浓度增加，单晶硅中的氮的固溶度超过4.5×10¹⁵个原子/cm³，引起单晶的位错化。专利文献2的发明中，在实施例1~4中将氮的总吹气量分别设定为5.0×10²²个原子、1.0×10²³个原子、2.0×10²³个原子、4.0×10²³个原子，而且在比较例2、3中分别设定为2.0×10²¹个原子、1.0×10²⁴个原子。即，在单晶硅的生长期间将氮的总吹气量设定为固定。

现有技术文献

专利文献