[发明专利]制造单晶硅的装置

说明书

本发明涉及用切克劳斯基单晶生长法制造大直径单晶硅的装置。

对单晶硅所需的直径有逐年增加的趋势。现在，在最新的器件中，使用直径为6英寸的单晶硅。并且可以说，将来一定需要直径为10英寸或更大的单晶硅。

虽然在大规模集成电路领域中所使用的单晶硅是用切克劳斯基单晶生长法（以下称为CZ法）制造的，即在转动着石英坩埚内硅熔液中浸泡籽晶，一边转动，一边将籽晶慢慢往上拉。但是，该CZ法在单晶硅生长的同时，坩埚内的硅熔液也减少。从而随着单晶硅的生长，其内的掺杂剂浓度将增高，氧气浓度会下降。即单晶硅的性质沿其生长方向上发生变化。随着大规模集成电路的高密度化发展，对单晶硅的品质要求逐年提高。因而，上述问题的解决已势在必行。

作为解决该问题的方法，用带有可通过硅熔液的小孔的圆筒状石英制隔离件把CZ法用的石英坩埚内部隔离开。在该隔离件的外侧（原料熔解部分），提供硅原料，同时，在隔离件内侧（单晶生成部分）生成圆柱形单晶硅。上述方法已是现有技术（比如在特公昭40-10184号公报的说明书从13行至28行中所披露的）。该方法的问题在于，正如特开昭62-241889号公报（第2页，发明要解决的问题，从12行至16行）所指出的，在隔离件内部，以隔离件作为起始点，硅熔液容易凝固。即经由结晶生成部分的硅熔液液面和与隔离件接触的部分发生凝固。这种凝固朝温度低的坩埚中心部分发展，阻碍了单晶硅的生成。其原因在于，作为隔离件，通常使用的透明石英玻璃易通过热辐射线，并且一般情况经由在隔离件上部硅熔液液面上露出部分由于对水冷却的炉壁散热大，所以硅熔液中的热量在隔离件内朝着上方传递，从隔离件的硅熔液液面上露出部分散发掉热量。因而，在隔离件附近，熔液温度大大降低。进一步通过剧烈地搅拌熔液，使熔液表面温度均匀，并使其达到略高于凝固点的温度。这样就使接触隔离件的熔液液面处于极易产生凝固的状态。上述特开昭62-241889号公报就该问题提出了不使用隔离件的方法。然而该法由于原料熔解部分狭小，特别是在生产大直接单晶硅的情况下，难以熔解与单晶硅的生长量相抵的硅原料。

最近，已经能够制造高质量的粒状硅，把该粒状硅作为原料硅，连续地供给硅熔液，这一点被认为是比较容易的。然而，在由粒状硅供给硅熔液时，当没有充分的熔解热量施加给粒状硅的情况下，就有可能有残余的粒状硅存在，而通过残留的粒状硅出现凝固、扩大下去的现象并不多。这是由于熔液和粒状硅的比重不同，固体粒状硅漂在熔液液面上，固体的辐射率比硅熔液的要大，热量易被它夺去。特别是在原料熔解部分的硅熔液液面，粒状硅附着凝聚在隔离件的情况下，与前述结晶生成部分的凝固情况相同。热量通过隔离件被迅速夺走，易引起凝固的发生和扩大。即使是提供除粒状以外的其它形态的硅原料，该问题也没有本质的改变。对上述问题，在特开昭61-36197号公报上所披露的方法是，利用在原料熔解部分上面配置热绝缘罩（权利要求6），促使粒状硅的迅速熔解。

应用隔离件，且作为防止由此产生凝固的方法之提案，被登载在特开平1-153589号公报上。该发明提出隔离件用保温罩全部盖住。根据该方法，能防止热量通过隔离件散出，因而可阻止凝固的发生，并且对于提供的原料硅也有充分的熔解能力。然而为了稳定地生长单晶硅，很明显，该发明也不十分理想。

本发明之目的在于提供一种单晶硅的制造装置，鉴于前面所涉及的情况，本发明的装置可持续稳定地生长单晶硅。