[發明專利]單晶的制造方法

有效

• 申請號: 200810108276.6
• 申請日: 2008-06-05
• 公開（公告）號: CN101319350A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 大久保正道
• 申請（專利權）人: 硅電子股份公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 程大軍

技術領域

本發明涉及使用切克勞斯基方法(以下稱為CZ法)來制造單晶的方法，尤其涉及使用其中將水平磁場施加到硅熔體上的MCZ方法制造單晶硅的單晶制造方法。

背景技術

近來，半導體器件中元件的高集成化和結構精細化已取得進展，相應地，日益要求提高基底材料單晶硅的質量。尤其是，強烈要求減少單晶硅抽拉過程中引入的原生(grown-in)缺陷。人們已經提出了許多用于減少所述缺陷的抽拉方法，例如，在氮區抽拉單晶硅的方法。

此外，為了提高半導體器件的產率以及降低集成電路芯片的制造成本，單晶硅晶片(以下簡稱為晶片)的直徑變得更大了。近來，晶片的直徑主要是從傳統的200mm直徑轉變為300mm。300mm晶片的生產增長很快。

由于降低了原生缺陷、以及為增大硅單晶體的直徑而增加原料的重量，硅熔體流動的穩定性變得更加重要了。更具體地，為了降低單晶硅的原生缺陷，晶體界面的形狀或晶體界面附近的溫度分布十分重要，因此要求穩定控制熔體側的溫度分布。

隨著單晶硅直徑的增加，必須使用大重量的原料進行填充。相應地，石英坩堝的直徑也增加了。一直使用22～24英寸的石英坩堝制造200mm直徑的單晶硅，而現在則使用32英寸的石英坩堝。

隨著石英坩堝直徑的增加，還有填充原料重量的增加，硅熔體的自然對流變得強烈，因此有必要穩定地控制硅熔體的自然對流。

為了解決該問題，近來，有人提出向硅熔體施加磁場以抑制硅熔體的自然對流。尤其是提出了水平磁場方法，以用于有效抑制自然對流。在這種水平磁場方法中，已經提出了許多更有效利用傳統磁場強度、涉及硅熔體中磁場分布的建議。

例如，專利文獻1提出，由于當硅熔體表面與水平磁通軸之間高度方向的距離大于5cm時晶體生長方向的氧濃度變化會增大，所以將硅熔體表面與水平磁通軸之間的高度方向設定在5cm之內，以控制在晶體生長方向的氧濃度分布。

此外，專利文獻2提出，為了提高所施加磁場強度分布的均勻性及提高整個坩堝的硅熔體的對流抑制效果，電磁體和坩堝在垂直方向的相對位置應設定為使線圈的中心軸可穿過坩堝中熔體深度方向的中心部分，或者穿過所述中心部分的下部。

此外，專利文獻3提出，使用彎曲鞍形線圈時，為了防止所制造單晶晶體直徑迅速增加的現象、為了進行穩定的抽拉、以及為了避免平面內氧濃度的下降，線圈軸線應設置為在深度上離開原料熔體表面100mm或更多的位置。

此外，專利文獻4公開，為了減少原生缺陷并且獲得優質的晶體，磁場中心應設置在離開熔體表面深100mm～600mm的位置。

如上所述，已經提出了用于各種目的的硅熔體中水平磁場位置關系的多個實施方案，例如用于提高氧濃度分布的穩定性或磁場強度的均勻性，以抑制硅熔體的對流，并且減少原生缺陷。

[專利文獻1]特開平08-231294號公報

[專利文獻2]特開平08-333191號公報

[專利文獻3]特開2004-182560號公報

[專利文獻4]特開2005-298223號公報

發明內容

本發明要解決的問題

在石英坩堝中由熔融硅抽拉單晶硅時，保持晶體界面附近晶體熱歷史的穩定性對于維持晶體縱向氧濃度的均勻性或單晶硅中縱向原生缺陷的均勻性很重要。

因此，傳統的單晶制造設備具有這樣的結構，在該結構中容納熔融硅的石英坩堝根據抽拉單晶的重量被向上推，這樣可使布置在固定位置上的Ar擋板與熔融硅表面之間保持恒定的距離，換言之，相對于Ar擋板的硅熔體的液面位置為在所有的抽拉過程中都保持相同的位置。

在這種普通的單晶制造方法中，熔融硅與水平磁場的磁場中心位置之間的關系如圖4所示。更具體地，在足夠量的硅熔體43容納在坩堝41中的其初期狀態時，如圖4A所示，所施加磁場的磁場中心位置45位于液面44與硅熔體43的最低部分46之間，該磁場中心位置45離開坩堝41中硅熔體43的液面44的距離為H。然后，在該狀態下開始抽拉單晶硅，并根據單晶硅47的抽拉量將坩堝41向上推。當單晶硅47的抽拉已向前進、并且坩堝41的推進量變為K時，如圖4B所示，達到了硅熔體43的最低部分46到達磁場中心位置45的狀態。當進一步向前抽拉時，如圖4C所示，就達到了硅熔體43的最低部分46位于磁場中心位置45之上的狀態。

在圖4所示的制造方法中，圖4A的狀態、圖4B的狀態和圖4C的狀態下施加在硅熔體上的磁場的作用大不相同。