[發(fā)明專利]半導體單晶制造裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580049783.1
• 申請日: 2005-12-06
• 公開（公告）號: CN101175874A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 杉村涉;小野敏昭;寶來正隆
• 申請（專利權）人: 勝高股份有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B15/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 孫秀武;李平英

技術領域

本發(fā)明涉及在存在氫的氣氛下制造半導體單晶的半導體單晶制造裝置。

背景技術

制造半導體單晶的一個例子如下：用加熱器加熱容納在保持氣密的腔內的坩鍋內的多晶硅原料制成硅熔融液，一邊通過CZ(切克勞斯基)法由硅熔融液提拉硅單晶一邊使其生長而制造單晶。通過薄切(切斷)用所述方法制造的硅單晶而制造硅片，在該硅片上形成例如集成電路等。

提拉這種硅單晶時，作為腔內氣氛以往使用惰性氣體(主要是Ar氣)。這是為了抑制硅熔融液、腔構件和硅結晶的種種化學反應，避免混入作為副產物而成生的雜質。進而，可利用通過大量供給氣體而產生的腔內的氣流來避免金屬污染，實現提拉硅單晶的高品質化。

關于這種腔內的氣氛，最近開始報告混合微量的氫氣的有效性(例如專利文獻1～專利文獻4)。利用這些專利文獻記載的技術，通過氫原子作用于結晶中導入的原生缺陷、特別是以COP為代表的空位缺陷，可以與向硅熔融液摻雜氮一樣地縮小或消滅空位缺陷。

關于這種向腔內供給氫氣，為了安全地供給可燃性的氫氣，已知使用三角線圖的氫濃度的規(guī)定方法(專利文獻5)、和為了高效地將氫原子溶入硅熔融液的氫供給方法(專利文獻6)等。

但是，專利文獻6中記載的現有的向腔內供給氫的方法，為使用預先在高壓儲氣瓶等中蓄積至少提拉一次氫氣氛下的硅單晶所需的混氫氣體的氫氣供給裝置的混氫氣體供給方法。在這種現有的混氫氣體供給方法中，混氫氣體的氫原子含量是事先固定的，因此對應于硅單晶的提拉中的提拉環(huán)境的變化控制為最佳的氫濃度是極為困難的，難于獲得氫氣氛下的硅單晶的提拉帶來的最大的效果。

另外，應用于使用每分鐘數百升以上的這種混氫氣體的大口徑的硅單晶制造裝置時，需要相當大的混氫氣體的蓄積裝置，有設備成本變得非常高之虞。另外，難于在1次的提拉期間中連續(xù)且穩(wěn)定地經數日向腔內供給大流量的混氫氣體。

專利文獻1：特開昭61-178495號公報

專利文獻2：特開平11-189495號公報

專利文獻3：特開2000-281491號公報

專利文獻4：特開2001-335396號公報

專利文獻5：特開2004-182525號公報

專利文獻6：特開2004-217460號公報

發(fā)明內容

鑒于所述情況，本發(fā)明的目的在于，提供一種半導體單晶制造裝置，其對應于半導體單晶的提拉環(huán)境的變化可容易地控制混氫氣體中的氫原子濃度，且利用低成本的設備可長期連續(xù)地穩(wěn)定供給混氫氣體。

為了達成所述目的，本發(fā)明提供一種半導體單晶制造裝置，其具有蓄積半導體熔融液的坩鍋、加熱所述坩鍋的加熱器、旋轉和/或升降所述坩鍋的坩鍋驅動裝置、容納所述坩鍋和加熱器的腔、以及向所述腔內供給混合有含有氫原子的含氫氣體和惰性氣體的混氫氣體的混氫氣體供給裝置，所述混氫氣體供給裝置具備供給含有氫原子的含氫氣體的含氫氣體供給機、供給惰性氣體的惰性氣體供給機、控制由所述含氫氣體供給機供給的含氫氣體的流量的含氫氣體流量控制器、控制由所述惰性氣體供給機供給的惰性氣體的流量的惰性氣體流量控制器、和混合分別由所述含氫氣體流量控制器和所述惰性氣體流量控制器流出的含氫氣體和惰性氣體而生成并蓄積混氫氣體的緩沖罐。

通過形成緩沖罐而經常定量蓄積混氫氣體，并且在設定的壓力范圍內將緩沖罐的內壓經常控制在加壓狀態(tài)，由此在提拉硅單晶錠(半導體單晶)時，即使為了控制氫分壓改變含氫氣體或惰性氣體的流量，緩沖罐也可以起到壓力調整的緩沖裝置的作用，使壓力變動非常緩慢。由此，即使變化氫分壓，腔內也不會產生急劇的壓力變動，是對穩(wěn)定地提拉硅單晶錠非常有效的構成。

提拉的硅單晶錠沿著提拉方向大致分為頸部、主體部、尾部，可根據這些各個部分的特性，變化供給腔的混氫氣體的氫濃度(氫分壓)。由此，可獲得主體部的COP缺陷尺寸的縮小效果、位錯缺陷形成的抑制效果，可形成缺陷少的良好的硅單晶錠的主體部。通過在屋外設置含氫氣體供給機或氫配管等，可降低含有高壓的含氫氣體系統(tǒng)的危險性。在此，頸部是指進行縮頸的頸部分、和被稱作肩的擴徑部等從直體部向前提拉的部分。通過在含氫氣氛下提拉硅單晶錠，可提高提拉速度V和結晶軸方向的溫度梯度G之間V/G值的控制性，提高對單晶內的COP、R-OSF或位錯簇等缺陷分布的控制性。