[发明专利]硅单晶提拉装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及在给硅熔融液外加纵向磁场的同时，将硅单晶棒从硅熔融液中提拉的装置及其方法。

背景技术

以前，人们所熟知的培育硅单晶棒的方法有从坩埚内的熔融液中使半导体用的高纯度硅单晶棒生长的切克劳斯基法(以下称为CZ法)。在CZ法中，利用设置在石英坩埚周围的碳棒加热器加热石英坩埚内的硅熔融液，并维持在一定温度，让镜蚀刻的籽晶与硅熔融液接触，然后让该籽晶旋转并不断提拉，生成硅单晶棒。在这种硅单晶棒的培育方法中，提拉籽晶时，从硅熔融液形成籽晶收缩部分以后，结晶渐渐长大，直到达到目标硅单晶棒的直径大小，这时形成肩部，然后，进一步提拉，形成单晶棒的直体部分。

同时，在硅结晶中含有杂质。作为杂质，包括：为了调整电阻率而有意加入的硼、磷等掺杂剂，以及提拉过程中自石英坩埚壁溶出、混入到熔融液中的氧等。在由硅单晶棒形成硅片的时候，由于上述杂质会左右硅片的品质，因此必须加以适当控制。尤其是，为了让硅片中的杂质在面上均匀分布，使硅单晶棒中的半径方向的杂质浓度分布均匀非常重要。

考虑到该点，近年来，在使用切克劳斯基法提拉单晶的时候，给坩埚内的熔融液上外加由超导线圈产生的静磁场，从而控制硅熔融液中产生的热对流的技术(MCZ法；Magnetic Field Applied Czochralski Method)得到使用。作为这种静磁场，公知的有横向磁场(例如，专利文献1：特开昭61-239605号公报)、纵向磁场(例如，专利文献2：特开平10-279380号公报)和会切磁场(例如，专利文献3：特开2003-2782号公报)三类。实践证明，在MCZ法中，通过对硅熔融液的对流进行控制，可以使熔融液的温度稳定，以及减少熔融液导致的坩埚的溶解。

发明内容

但是，在横向磁场的情况下，对于硅熔融液的表面或任意的水平截面，在各种旋转角度下，不能均匀地外加磁场。为了将横向磁场加到水平面上的某个方向而设置电磁铁，由此在产生由一方的电磁铁向其他方向的电磁铁的磁场时，外加方向与平行方向的磁场分布与外加方向和垂直方向的磁场分布差异很大，同时，通过硅熔融液中央的最强，随着离中央的距离加大而变弱，结果不能对硅熔融液外加以其中心轴为轴对称均匀磁场。

纵向磁场是借助具有比石英坩埚的外径更大的彼此相同线圈直径的第1和第2线圈被外加，所述第1和第2线圈分别以石英坩埚的旋转轴为线圈中心，在垂直方向上隔开规定的间隔进行配设。因此，只要是由这样的第1和第2线圈产生的纵向磁场，就可以给硅熔融液均匀地外加轴对称的磁场。但是，由于硅熔融液的对流受磁场产生的洛仑兹力控制，所以其磁场如果是纵向的，则不能防止自石英坩埚壁溶出混入到熔融液中的氧等杂质向硅熔融液的中央表面集中。因而存在不能充分降低由于硅熔融液的中央表面的拉拢所导致的、作为杂质的氧混入到硅单晶棒的问题。

另一方面，会切磁场是通过将具有比石英坩埚的外径更大的彼此相同线圈直径的第1和第2线圈，分别以石英坩埚的旋转轴为线圈中心，在垂直方向隔开规定间隔进行配置，使第1与第2线圈中流过方向相反的电流而产生的。为此，使用会切磁场的话，对石英坩埚内圆周面附近的硅熔融液外加横向磁场，可以有效地防止自石英坩埚壁溶出混入到熔融液中的氧等杂质向硅熔融液的中央表面集中进入硅单晶棒。但是，在会切磁场的情况下，由于在硅单晶棒下方的固液边界附近的磁场强度为零，所以存在不能通过磁场控制固液界面形状的问题。尤其是，近年来，人们在尝试通过控制固液界面形状来制造内部不存在晶格间硅型点缺陷的凝聚体的硅单晶棒，因此，增加了控制固液界面形状的重要性。

本发明的目的在于提供一种在硅熔融液中能够得到以所述中心轴为轴对称的均匀磁场，可以防止氧等杂质向硅熔融液的中央表面集中，并且可以有效控制硅单晶棒正下方的固液界面形状的硅单晶提拉装置及其方法。

在本发明的单晶提拉装置中，使设置在炉室内的存留有硅熔融液的石英坩埚以规定的旋转速度旋转，并使硅单晶棒以规定的旋转速度旋转，自硅熔融液中进行提拉，此时，沿垂直方向隔开规定的间隔配设分别以坩埚的旋转轴为中心的第1线圈及第2线圈，分别对第1线圈及第2线圈通以同向的电流，由此使第1和第2线圈之间产生磁场。本发明通过把第1线圈设置在炉室外，把第2线圈设置在炉室内，对上述结构的单晶提拉装置进行了改良。

在上述的硅单晶提拉装置中，如果在第1和第2线圈中分别通过相同方向的电流，则从侧面看由此产生的磁场，显示出磁力线的描述曲线是向下直径变小的圆锥状。在这个圆锥状的磁场中，面向硅熔融液中央的磁场被均匀外加，结果可以给硅熔融液外加以所述中心轴为轴对称的均匀磁场。