[发明专利]单晶硅的提拉方法

说明书

单晶硅的提拉方法，该提拉方法是通过直拉法从在石英坩埚内使结晶用硅原料熔融而得到的熔融液中提拉并培育单晶硅，其中，当石英坩埚的内壁为合成石英层时，在石英坩埚内填充结晶用硅原料之前，在石英坩埚内壁的底面、或者底面和侧面的双方涂布含有析晶促进剂、增稠剂和溶剂的凝胶状液体，而当石英坩埚的内壁为天然石英层时，在石英坩埚内填充结晶用硅原料之前，在石英坩埚内壁的底面和侧面的双方涂布凝胶状液体。

技术领域

本发明涉及采用直拉法(Czochralski法)的单晶硅的提拉方法。更详细而言，涉及下述的单晶硅的提拉方法，该提拉方法是通过在单晶硅提拉中使石英坩埚的内壁表面安全且高效、并且均匀地析晶(Devitrification，失透)(结晶化)，即使是持续长时间的单晶的提拉作业，也可防止因晶体生长中的位错(有転位化)而引起的晶体品质(晶体质量)的劣化，可提高成品率和生产率。需要说明的是，本国际申请要求基于2017年4月27日申请的日本专利申请第088218号(特愿2017-088218)的优先权，将特愿2017-088218的全部内容引用到本国际申请中。

背景技术

制造用于半导体基板的单晶硅的方法有各种方法，其中称作直拉法(CZ法)的旋转提拉法被广泛采用。

图1是示意性地显示通过直拉法提拉单晶硅时使用的普通的单晶硅提拉装置10的一个例子的概略图。提拉装置10的外观由室(Chamber，腔室)11构成，在其中心部配设有坩埚12。该坩埚12为双重结构，由形成有底圆筒状的石英制的内层保持容器(以下，简称为“石英坩埚”)12a和适合用于保持该石英坩埚12a的外侧的同为有底圆筒状的石墨制的外层保持容器(以下，简称为“石墨坩埚”)12b构成。

该坩埚12固定在可旋转和升降的支撑轴13的上端部。而且，在坩埚12的外侧以大致同心圆状地配设有电阻加热式的加热器14，投入坩埚12内的规定重量的结晶用硅原料通过加热而熔融，从而使熔融液16填充在坩埚12内。

在填充熔融液16的坩埚12的中心轴上配设有提拉轴(或者钢丝、以下将两者统称为“提拉轴”)17，其与支撑轴13在同一轴上沿反向或同向以规定的速度旋转，在提拉轴17的下端保持有籽晶18。

为了使用这样的提拉装置提拉单晶硅，首先，向石英坩埚12a内投入结晶用硅原料，之后在减压下的惰性气体环境中，通过上述加热器14加热该结晶用硅原料使其熔融，从而使熔融液16填充在石英坩埚12a内。然后，使保持在提拉轴17下端的籽晶18浸入该熔融液16的表面，边使坩埚12和提拉轴17旋转边缓慢地向上方提拉提拉轴17，从而可使单晶硅19在籽晶18的下端面生长。

如上所述，在基于CZ法的单晶硅的提拉中，由双重结构的坩埚中的石英坩埚保持将结晶用硅原料熔融而得到的熔融液。在该石英坩埚保持硅熔融液时，坩埚表面暴露在1500℃以上的高温中，尽管其时间根据原料硅的填充量、晶体生长速度等条件而不同，但通常需要数十小时。

最近，为了提高生产率，又开发了由同一坩埚制造多根单晶硅的重装填(重装料，Recharge)提拉法(RCCZ法)(例如参照非专利文献1)。在这样的重装填提拉法中，石英坩埚暴露在硅熔融液中的时间有时还会达到数百小时。

通常，石英坩埚的内壁表面在与高温状态的硅熔融液接触期间，会生成称作棕色环(Brownish ring)的褐色的方石英(Cristobalite)，其会逐渐生长。该方石英在单晶硅的提拉过程中若从内壁表面剥离，则会阻碍晶体生长，导致单晶硅的位错。为了防止这样的坩埚内表面的结晶化(方石英的生成)和其剥离所伴随的位错，以往研究了各种对策。

例如，在专利文献1和专利文献2中，记载了在石英坩埚的内壁涂布结晶化促进剂或者使其分布，使内表面整体结晶化，专利文献2所记载的石英坩埚的特征在于：析晶促进剂分布在石英坩埚侧壁的内表面或外表面。

另外，在专利文献3和专利文献4中公开了：直接在熔融液中含有氧化钙(一氧化钙)、氧化钡(一氧化钡)、碳酸钡作为析晶促进剂的方法。