[发明专利]单晶的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用切克劳斯基方法(以下称为CZ法)来制造单晶的方法，尤其涉及使用其中将水平磁场施加到硅熔体上的MCZ方法制造单晶硅的单晶制造方法。

背景技术

近来，半导体器件中元件的高集成化和结构精细化已取得进展，相应地，日益要求提高基底材料单晶硅的质量。尤其是，强烈要求减少单晶硅抽拉过程中引入的原生(grown-in)缺陷。人们已经提出了许多用于减少所述缺陷的抽拉方法，例如，在氮区抽拉单晶硅的方法。

此外，为了提高半导体器件的产率以及降低集成电路芯片的制造成本，单晶硅晶片(以下简称为晶片)的直径变得更大了。近来，晶片的直径主要是从传统的200mm直径转变为300mm。300mm晶片的生产增长很快。

由于降低了原生缺陷、以及为增大硅单晶体的直径而增加原料的重量，硅熔体流动的稳定性变得更加重要了。更具体地，为了降低单晶硅的原生缺陷，晶体界面的形状或晶体界面附近的温度分布十分重要，因此要求稳定控制熔体侧的温度分布。

随着单晶硅直径的增加，必须使用大重量的原料进行填充。相应地，石英坩埚的直径也增加了。一直使用22～24英寸的石英坩埚制造200mm直径的单晶硅，而现在则使用32英寸的石英坩埚。

随着石英坩埚直径的增加，还有填充原料重量的增加，硅熔体的自然对流变得强烈，因此有必要稳定地控制硅熔体的自然对流。

为了解决该问题，近来，有人提出向硅熔体施加磁场以抑制硅熔体的自然对流。尤其是提出了水平磁场方法，以用于有效抑制自然对流。在这种水平磁场方法中，已经提出了许多更有效利用传统磁场强度、涉及硅熔体中磁场分布的建议。

例如，专利文献1提出，由于当硅熔体表面与水平磁通轴之间高度方向的距离大于5cm时晶体生长方向的氧浓度变化会增大，所以将硅熔体表面与水平磁通轴之间的高度方向设定在5cm之内，以控制在晶体生长方向的氧浓度分布。

此外，专利文献2提出，为了提高所施加磁场强度分布的均匀性及提高整个坩埚的硅熔体的对流抑制效果，电磁体和坩埚在垂直方向的相对位置应设定为使线圈的中心轴可穿过坩埚中熔体深度方向的中心部分，或者穿过所述中心部分的下部。

此外，专利文献3提出，使用弯曲鞍形线圈时，为了防止所制造单晶晶体直径迅速增加的现象、为了进行稳定的抽拉、以及为了避免平面内氧浓度的下降，线圈轴线应设置为在深度上离开原料熔体表面100mm或更多的位置。

此外，专利文献4公开，为了减少原生缺陷并且获得优质的晶体，磁场中心应设置在离开熔体表面深100mm～600mm的位置。

如上所述，已经提出了用于各种目的的硅熔体中水平磁场位置关系的多个实施方案，例如用于提高氧浓度分布的稳定性或磁场强度的均匀性，以抑制硅熔体的对流，并且减少原生缺陷。

[专利文献1]特开平08-231294号公报

[专利文献2]特开平08-333191号公报

[专利文献3]特开2004-182560号公报

[专利文献4]特开2005-298223号公报

发明内容

本发明要解决的问题

在石英坩埚中由熔融硅抽拉单晶硅时，保持晶体界面附近晶体热历史的稳定性对于维持晶体纵向氧浓度的均匀性或单晶硅中纵向原生缺陷的均匀性很重要。

因此，传统的单晶制造设备具有这样的结构，在该结构中容纳熔融硅的石英坩埚根据抽拉单晶的重量被向上推，这样可使布置在固定位置上的Ar挡板与熔融硅表面之间保持恒定的距离，换言之，相对于Ar挡板的硅熔体的液面位置为在所有的抽拉过程中都保持相同的位置。

在这种普通的单晶制造方法中，熔融硅与水平磁场的磁场中心位置之间的关系如图4所示。更具体地，在足够量的硅熔体43容纳在坩埚41中的其初期状态时，如图4A所示，所施加磁场的磁场中心位置45位于液面44与硅熔体43的最低部分46之间，该磁场中心位置45离开坩埚41中硅熔体43的液面44的距离为H。然后，在该状态下开始抽拉单晶硅，并根据单晶硅47的抽拉量将坩埚41向上推。当单晶硅47的抽拉已向前进、并且坩埚41的推进量变为K时，如图4B所示，达到了硅熔体43的最低部分46到达磁场中心位置45的状态。当进一步向前抽拉时，如图4C所示，就达到了硅熔体43的最低部分46位于磁场中心位置45之上的状态。

在图4所示的制造方法中，图4A的状态、图4B的状态和图4C的状态下施加在硅熔体上的磁场的作用大不相同。