[发明专利]单晶制备装置及单晶的制备方法

说明书

本发明提供基于FZ法的单晶制备装置和单晶的制备方法，其能够在稳定地设置掺杂剂供给管的同时，使单晶的电阻率的面内分布尽可能均匀。单晶制备装置(1)具备：上轴(11)，其将原料棒(2)支承为能够旋转和能够升降；下轴(13)，其与上轴(11)同轴配置，将配置在原料棒(2)的下方的晶种(3)支承为能够旋转和能够升降；感应加热线圈(20)，其加热原料棒(2)而生成熔融带(5)；和掺杂剂供给管(31)，其设置在感应加热线圈(20)的上面侧，向熔融带(5)供给掺杂剂气体。感应加热线圈(20)具有从上面贯通至下面的开口部，掺杂剂供给管(31)的前端部插入到开口部内。

技术领域

本发明涉及基于FZ法(Floating Zone法)的单晶制备装置和单晶的制备方法，特别是涉及用于向单晶硅中添加掺杂剂的装置和方法。

背景技术

作为单晶硅的制备方法，已知FZ法。FZ法是用感应加热线圈加热由多晶硅构成的原料棒的一部分而生成熔融带，使分别位于熔融带的上方和下方的原料棒和晶种缓慢下降，由此在晶种的上方生长较大的单晶的方法。由于FZ法不像CZ(Czochralski)法那样使用石英坩埚，所以可制备氧浓度非常低的单晶。

作为向单晶硅中添加掺杂剂的方法，已知向熔融带喷射含有掺杂剂的气体而添加掺杂剂的方法。例如，在专利文献1中记载了：从设置在感应加热线圈的上方的掺杂剂气体喷射用喷嘴朝向熔融带的颈部喷射Ar基的PH₃气体。

另外，在专利文献2和3中记载了：在基于FZ法的单晶的制备方法中，从配置在感应加热线圈的下方的掺杂喷嘴朝向单晶侧的熔融带喷射掺杂剂气体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-88758号公报；

专利文献2：日本特开2015-229612号公报；

专利文献3：日本特开2011-225451号公报。

发明内容

发明所要解决的课题

在基于FZ法的单晶硅的制备方法中，单晶的电阻率的面内分布均匀化是重要的课题之一。本发明人发现，如专利文献1所述，在朝向熔融带的颈部供给掺杂剂气体的情况下，存在单晶硅的外周部的掺杂剂浓度容易变低、且单晶的外周部的电阻率容易变高的问题。

另一方面，如专利文献2所述，在从配置于感应加热线圈的下方且单晶的外侧的掺杂剂供给管向熔融带供给掺杂剂气体的情况下，只能实现基于总是朝向位于单晶的最外周部的熔融带的流动的掺杂剂供给，而无法任意地调整单晶面内的掺杂剂分布。而且，在如专利文献2所述的供给方式中，存在未被摄入熔融带而直接排出的掺杂剂量会增大，从而会导致制备成本上升的问题。

另外，虽然在专利文献3中示出了在感应加热线圈与单晶的空间内设置掺杂剂供给管的实例，但感应加热线圈与单晶的间隙狭窄，难以在该间隙中稳定地设置掺杂喷嘴，且掺杂剂供给管有与熔融带接触之虞。若掺杂剂供给管与熔融带接触，则单晶生长本身就不能进行。

因此，本发明的目的在于，提供能够在稳定地设置掺杂剂供给管的同时，使单晶的电阻率的面内分布尽可能均匀的单晶制备装置和单晶的制备方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的单晶制备装置的特征在于，其是用于基于FZ法的单晶的制备的装置，具备：上轴，其将原料棒支承为能够旋转和能够升降；下轴，其与上述上轴同轴配置，将配置在上述原料棒的下方的晶种支承为能够旋转和能够升降；感应加热线圈，其加热上述原料棒而生成熔融带；和掺杂剂供给管，其设置在上述感应加热线圈的上面侧，向上述熔融带供给掺杂剂气体，上述感应加热线圈具有从上面贯通至下面的开口部，上述掺杂剂供给管的前端部插入到上述开口部内。