[发明专利]P型硅单晶以及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及p型硅单晶以及其制造方法，特别是涉及用佐克拉斯基方法制造的p型硅单晶以及其制造方法。

背景技术

诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)的功率器件最近广泛应用于家用电器和工业机器等。功率器件的主要特征之一是高耐压，为了实现这一点，要求用于功率器件的基底的电阻率高而其变化率却小。

用于功率器件用基底的硅单晶主要用佐克拉斯基方法(CZ方法)制造。使用CZ方法，由于如硼和磷之类的掺杂物相对于硅单晶的偏析系数小于1，硅熔体中的掺杂物浓度会随着硅单晶的生长而变高。因此，长成的硅单晶中的掺杂物浓度在生长轴方向上会有差异，结果，硅单晶电阻率在生长轴方向上变化。因此，难以控制电阻率。

关于控制单晶电阻率的技术，例如，日本专利特表2010-531805号公报(专利文献1)描述了一种控制用于制造太阳能电池的硅锭的电阻率的方法。使用该方法，通过制备含硼和磷的冶金级硅源材料，以及向冶金级硅加入铝等制成硅熔体，可形成硅锭。

本发明要解决的问题

在专利文献1所描述的方法中，使用含大量杂质的冶金级硅作为硅源材料。因此，得到的硅单晶基底的电阻率低达约5Ωcm或更低，难以将这样的基底用于要求耐压高的功率器件。

此外，在上述冶金级硅源材料中，硼和磷原来就溶解在硅源材料中。于是要确定硼和磷的量，并且根据硼和磷的量主要加入第III族元素。这样，由于简单地主要使用一种元素作为控制电阻率的元素，实际上难以减小硅单晶基底的电阻率的变化率。

本发明因考虑到上述问题而产生，其目的是提供p型硅单晶以及其制造方法，所述p型硅单晶电阻率高并且电阻率变化率较小。

解决问题的方法

制造根据本发明的p型硅单晶的方法包括以下步骤：制备硅熔体，所述硅熔体中已加入作为主掺杂物的硼、为n型杂质且偏析系数比硼低的第一副掺杂物、以及为p型杂质且偏析系数比第一副掺杂物低的第二副掺杂物。用佐克拉斯基方法从硅熔体生长电阻率不低于6Ωcm的硅单晶。本发明中，偏析系数是指相对于硅单晶的偏析系数。

这样，通过使用多种副掺杂物，可以得到电阻率高且电阻率变化小的p型硅单晶。

在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为铝。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于4.9且不大于52.4。本发明中，硅熔体中的浓度是指硅单晶生长之前初始硅熔体中的浓度。

在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为镓。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于1.2且不大于13.4。

在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为铟。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于25.1且不大于261.2。

在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为砷，第二副掺杂物为铝。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.5。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于11.7且不大于72.2。

在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为砷，第二副掺杂物为镓。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.5。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于3.1且不大于18.3。

在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为砷，第二副掺杂物为铟。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.4。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于57.9且不大于324.0。