单晶硅的制造方法与流程

本发明涉及基于直拉法（以下称为「cz法」）的单晶硅的制造方法，尤其涉及使用同一个石英坩埚连续制造多根单晶硅的所谓多段拉晶法的方法。

背景技术：

已知有作为基于cz法的单晶硅的制造方法的多段拉晶法（例如，参考专利文献1）。在多段拉晶法中，提拉单晶硅后，将硅原料追加供应至同一个石英坩埚内并熔融，从所获得的硅溶液进行单晶硅的提拉，通过反复进行这样的原料供应工序与单晶提拉工序，由一个石英坩埚制造多根单晶硅。根据多段拉晶法，能够减少每一根单晶硅的石英坩埚的原价成本。并且，由于能够减少拆开腔室来更换石英坩埚的频度，因此能够提升作业效率。

在基于cz法的单晶硅的制造中，将多晶硅等硅原料填充于石英坩埚内，在腔室内将硅原料加热熔融。接着，使装在提拉轴的下端的晶种从石英坩埚的上方下降而浸渍于硅溶液，一边使晶种及石英坩埚向既定方向旋转，一边使晶种逐渐上升，从而使单晶在晶种的下方成长。

在单晶硅的培育过程中，腔室内维持为减压状态。硅熔液中过饱和含有从石英坩埚溶出的氧，但由于腔室内的气压（炉内压）若高则气体流速变慢，因此所蒸发的sio会大量附着在腔室内，而该附着在腔室内的sio粉掉落到硅熔液中，会成为位错化的原因。然而，在降低炉内压时则能够将产生的气体高效率地排出至炉外，能够抑制位错化的发生。

为了解决因sio的蒸发或针孔的发生而产生的单晶的位错化的问题，在专利文献2中记载有将原料熔融工序中的炉内压设为65～400mbar，将单晶提拉工序中的炉内压设定得比其还低且为95mbar以下的炉内压的控制方法。并且在专利文献3中记载有将原料熔融工序的前半部分中的炉内压设为高压（60～400mbar），将原料熔融工序的后半部分中的炉内压设为低压（60mbar以下）的炉内压的控制方法。而且，在专利文献4中记载有通过将原料熔融时的炉内压设为60hpa以下的低压，促进溶入熔液中的气体的挥发来防止单晶硅的针孔不良。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-18506号公报

专利文献2：日本特开2000-169287号公报

专利文献3：日本特开2002-362996号公报

专利文献4：日本特开2000-159596号公报。

如上所述，多段拉晶法在单晶硅的制造效率、成本方面是非常有利的。在多段拉晶法中，通过降低原料熔融时的炉内压来防止单晶硅的针孔不良的方法也是有效的。

然而，在腔室内，以碳制的加热器为首存在各种碳制的部件，在单晶培育工序中的高温下，这些会因为消耗而产生co气体，因此在多段拉晶法中，提拉的根数越是增加，硅熔液的碳污染越是严重，从而有单晶硅中的碳浓度变高之类的问题。即，在第2根以后的单晶硅的提拉中，co气体会附着在未熔融的硅原料上，溶入熔融中的硅熔液，而被混入培育中的单晶硅，因此第2根以后的单晶硅中的碳浓度会变得比第1根高。这样的现象，尤其在为了防止单晶硅的针孔不良而降低原料熔融时的炉内压的情况下成为问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在多段拉晶法中能够防止单晶硅的针孔不良，并且降低第2根以后的单晶硅中的碳浓度的单晶硅的制造方法。

用于解决技术课题的方案

为了解决上述问题，根据本发明的单晶硅的制造方法，其是通过反复进行以加热器将填充于腔室中石英坩埚内的硅原料加热熔融的工序及从所述石英坩埚内的硅熔液提拉单晶硅的工序，使用同一个石英坩埚制造多根单晶硅的方法，其特征在于包括：第1原料熔融工序，将用于提拉第1根单晶硅的供应于所述石英坩埚内的硅原料熔融；以及第2原料熔融工序，将用于提拉第2根以后的单晶硅的追加供应于所述石英坩埚内的硅原料熔融；在所述第1原料熔融工序，将所述腔室内设定为第1炉内压；以及在所述第2原料熔融工序，将所述腔室内设定为高于所述第1炉内压的第2炉内压。

根据本发明，能够防止单晶硅的针孔不良，并且抑制将用于提拉第2根以后的单晶硅而追加供应的硅原料（补充原料）熔融而生成的硅熔液中的碳浓度的上升。因此，能够制造碳浓度低的高品质单晶硅。

在本发明中，所述第2炉内压优选比所述第1炉内压高40torr以上，也优选为所述第1炉内压的2倍以上。如此，在第2炉内压高于第1炉内压时，能够充分抑制硅熔液中的碳浓度的上升，并能够抑制所培育的单晶硅中的碳浓度。

在本发明中，优选为：在所述第1原料熔融工序，将供应于所述腔室内的惰性气体的流量设定为第1流量；以及在所述第2原料熔融工序，将供应于所述腔室内的惰性气体的流量设定为少于所述第1流量的第2流量。在该情况下，所述惰性气体优选为氩气，所述第2流量优选比所述第1流量少50l/min以上。通过将第2流量设为少于第1流量，能够稳定地控制第2炉内压。并且，能够防止因惰性气体大量流入腔室内，使硅原料冷却而原料的熔融时间变长，产能降低的情况。

发明效果

如此，根据本发明，能够提供一种在多段拉晶法中，防止单晶硅的针孔不良，并且降低第2根以后的单晶硅中的碳浓度的单晶硅的制造方法。

附图说明

图1是表示根据本发明的实施方式的单晶硅提拉装置的结构的纵剖视图。

图2是用于说明根据本发明的实施方式的单晶硅的制造方法的流程图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的优选的实施方式进行详细说明。

图1是表示根据本发明的实施方式的单晶硅提拉装置的结构的纵剖视图。

如图1所示，单晶硅提拉装置1包括：腔室10；隔热材11，沿着腔室10的内面配置；石英坩埚12，配置于腔室10内的中心部；碳制的基座13，支承石英坩埚12；旋转支承轴14，以可升降的方式支承基座13；加热器15，配置于基座13的周围；大致倒圆锥台形状的热屏蔽体16，配置在基座13的上方；单晶提拉用的线材（wire）17，配置在基座13的上方且与旋转支承轴14在同轴上；以及线材卷取机构18，配置在腔室10的上方。

腔室10由主腔室10a与拉晶室10b构成，所述拉晶室10b为细长圆筒状且与主腔室10a的上部开口连结，上述的石英坩埚12、基座13、旋转支承轴14、加热器15及热屏蔽体16设在主腔室10a内。加热器15用于将填充于石英坩埚12内的硅原料熔融而生成硅熔液。加热器15是碳制的电阻加热式加热器，被设置成包围基座13内的石英坩埚12。

热屏蔽体16为碳制，以包围培育中的单晶硅2的方式设置于硅融液3的上方。线材卷取机构18配置于拉晶室10b的上方，线材17从线材卷取机构18通过拉晶室10b内而向下方延伸，线材17的前端部达至主腔室10a的内部空间。图1中显示有以线材17吊挂培育当中的单晶硅2的状态。

就以上结构而言，在单晶硅的制造中，，将填充有硅原料的石英坩埚12设置在基座13内，并将晶种装在线材17的前端部。接着以加热器15加热硅原料而生成硅融液3。

在单晶硅的提拉工序中，使晶种下降而浸渍于硅融液3后，通过一边分别旋转晶种及石英坩埚12，一边使晶种逐渐上升，在晶种的下方培育大致圆柱状的单晶硅2。此时，单晶硅2的直径通过控制其提拉速度、加热器15的功率来控制。

在拉晶室10b的上部，设有用于将氩气导入腔室10内的气体吸入口19a；在主腔室10a的底部，设有用于将腔室10内的氩气排出的气体排出口19b。氩气从气体吸入口19a被导入至腔室10内，其导入量由蝶形阀（butterflyvalve）20a控制。并且，由于封闭的腔室10内的氩气从气体排出口19b被排出至腔室的外部，因此能够回收腔室10内的sio气体、co气体等而保持腔室10内的清洁。在与气体排出口19b连接的配管的中途配置有蝶形阀20b及真空泵21，一边利用真空泵21抽吸腔室10内的氩气、一边利用蝶形阀20b控制其流量，从而将腔室10内保持在一定的减压状态。

图2是用于说明根据本发明的实施方式的单晶硅的制造方法的流程图。

如图2所示，在多段拉晶法的第1根单晶硅的培育中，将作为初始投入而填充于石英坩埚12内的多晶硅等固体的硅原料（初始投入原料）熔融而生成硅熔液3（步骤s1）。此时，腔室10内的炉内压p1（第1炉内压）被设定为例如40torr，并且，供应至腔室10内的氩气的流量f1（第1流量）被设定为例如250l/min。

之后，从硅熔液3提拉第1根单晶硅2（步骤s2）。单晶提拉工序中的炉内压优选比原料熔融工序中的炉内压（p1）低。

接着，在第2根单晶硅2的培育中，将硅原料追加供应至石英坩埚12内并熔融而生成硅熔液3（步骤s3）。此时，腔室10内的炉内压p2（第2炉内压）被设定为比用于培育第1根单晶硅的初始投入原料在熔融时的炉内压p1高。并且，供应至腔室10内的氩气的流量f2（第2流量）被设定为比用于培育第1根单晶硅的初始投入原料在熔融时的氩气的流量f1少。具体而言，腔室10内的炉内压p2被设定为80torr以上，氩气的流量f2被设定为200l/min以下。如此，炉内压p2优选比炉内压p1高40torr以上，或优选为炉内压p1的2倍以上。并且，流量f2优选比流量f1少50l/min以上。

之后，从硅熔液3提拉第2根单晶硅2（步骤s4）。如上所述，单晶提拉工序中的炉内压优选比原料熔融工序中的炉内压（p2）低。

将用于提拉第2根单晶硅而追加供应的硅原料（补充原料）熔融时的炉内压p2设为比提拉第1根时的炉内压p1高的理由是，为了防止，存在于腔室10内的co气体溶入硅熔液3而使单晶硅中的碳浓度变高。在腔室10内，因碳制的加热器15、热屏蔽体16、基座13等的消耗而产生co气体，该co气体附着在固体的补充原料上，在其熔融时溶入硅熔液中，从而使硅熔液中的碳浓度上升。然而，在提高补充原料的熔融工序中的炉内压时，由于co气体向熔液面的扩散受到抑制，因此能够抑制co气体混入硅熔液中的情况。因此，能够抑制从硅熔液培育的单晶硅中的碳浓度的上升。

另一方面，在用于提拉第1根单晶硅而供应的硅原料（初始投入原料）的熔融工序（第1原料熔融工序），降低炉内压p1的理由是，为了防止单晶硅的针孔不良。针孔不良是指通过原料熔融时附着在石英坩埚12的底部的气体从底部脱离而上浮到硅熔液中，混入培育中的单晶硅而产生。若原料熔融时的炉内压高，则难以释放硅熔液中的气泡，因此气泡在之后的单晶提拉工序中被释放的可能性变高，从而增加针孔不良。因此，在熔融初始投入原料时，优选降低炉内压。

在追加供应补充原料时，石英坩埚12内是残留有硅熔液的状态，因此在石英坩埚12的底部不会发生气泡。因此，在补充原料的熔融工序（第2原料熔融工序）中，即使提高炉内压也不会发生针孔不良。相反地，若是补充原料熔融时的炉内压低，则腔室内的co气体变得容易溶入熔液，熔液中的碳浓度变高。因此，在根据本实施方式的多段拉晶法中，进行仅在熔融补充原料时提高炉内压，在熔融初始投入原料时降低炉内压的炉内压的控制。

并且如上所述，在补充原料的熔融工序中的氩气的流量f2，被设定为比在初始投入原料的熔融工序中的氩气的流量f1少。将在初始投入原料的熔融工序中的氩气的流量f1维持在高水平的状态下直接将炉内压变更为p2时，会有控制氩气流量的蝶形阀20a、20b的控制能力恶化，炉内压不稳定的情况。并且，若在腔室10内氩气的流速变快，则会产生涡流，由此co气体向熔液面的扩散有加剧的可能性。而且进一步地，因氩气大量流入腔室10内，会有硅原料冷却，原料熔融工序变长，产能也降低之类的问题。然而，通过如此减少氩气流量f2，能够使炉内压稳定，能够抑制co气体向熔液面的扩散，能够使产能提升。

第3根以后的单晶硅的培育也与第2根同样反复原料熔融工序（第2原料熔融工序；为第2根以后的熔融工序的总称）与单晶提拉工序即可。即，在第3根以后的单晶硅的培育中，也将补充原料熔融时的炉内压（p3）设为高于初始投入原料熔融时的炉内压（p1）、氩气流量（f3）设为低于在初始投入原料熔融时的氩气流量（f1）。此时，也可配合单晶硅的提拉根数的增加而逐渐提升补充原料熔融时的炉内压（p1＜p2＜p3……＜pn）。

如以上说明，根据本实施方式的单晶硅的制造方法，由于将用于提拉第2根单晶硅而追加供应的硅原料（补充原料）熔融时的炉内压设为高于将用于提拉第1根单晶硅而供应的硅原料（初始投入原料）原料熔融时的炉内压，因此能够抑制硅熔液中的碳浓度的上升。因此，能够制造碳浓度低的高品质单晶硅。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并未被限于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围进行各种变更，所述变更也当然包含于本发明的范围内。

例如在上述实施方式中，举出氩气作为供应于腔室10内的惰性气体，但也可使用其他的惰性气体。

附图标记说明

1-单晶硅提拉装置，2-单晶硅，3-硅熔液，10-腔室，10a-主腔室，10b-拉晶室，11-隔热材，12-石英坩埚，13-基座，14-旋转支承轴，15-加热器，16-热屏蔽体，17-线材，18-线材卷取机构，19a-气体吸入口，19b-气体排出口20a、20b-蝶形阀，21-真空泵，f1、f2-氩气流量，p1、p2-炉内压，s1～s4-步骤。