[发明专利]单晶硅的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于切出作为存储器、CPU等半导体器件的基板以及太阳能电池用基板等使用的硅晶片的单晶硅的制造方法，特别涉及一种含有碳以能够进行用于杂质吸除的BMD控制、OSF控制等的单晶硅的制造方法。

背景技术

在利用切克拉斯基法(CZ法)(Czochralski Method)制作出的单晶硅中存在作为结晶缺陷的BMD(Bulk Micro Defect)。该BMD具有捕获晶片内部的重金属等污染元素而提高基板的特性的吸附能力。已知在拉制单晶硅棒时掺杂有碳的情况下，单晶硅中的BMD增加。

另外，在通过CZ法制作出的单晶硅中存在作为结晶缺陷的环状OSF(Oxidation induced Stacking Fault)。该OSF在半导体器件的基板中成为泄漏电流增大等的不良原因。另外，在太阳能电池用基板中成为太阳能电池特性下降的原因。已知在拉制单晶硅棒时掺杂有碳的情况下，单晶硅中的OSF被抑制。

并且，已知在用于制作半导体器件的基板以及太阳能电池用基板的单晶硅中，在不含有任何杂质的状态下单晶硅的强度下降，在拉制的后半程中由于热应力而产生位错(日文：有転位化)。因此，从石英坩埚积极地混入氧，或者掺杂碳、氮等杂质，来提高单晶硅的强度，防止位错。特别地，若碳为0.01ppma～1ppma(硅融液状态下)这样少量，则不会损害单晶硅的电气特性，提高强度的效果较好，因此，是有用的。另外，在太阳能电池用基板中，由太阳能发电的低成本化的期望，寻求成本更低且成品率较高的单晶硅。

因此，近年来，制造有意地掺杂了碳的单晶硅。对于在晶体中掺杂碳的方法，提出有使用碳粉末(专利文献1)、固体碳(专利文献2)的技术方案。但是，在上述的使用固体的碳进行掺杂的方法中，存在如下问题：碳浮在硅融液中而并未混合、熔解，单晶体仍然容易产生位错，并且无法高精度地掺杂所需的碳浓度等。除此之外，在坩锅内使硅原料熔解的初期，在坩锅底部碳浓度极端高并产生硅对流，石英坩埚内壁与碳发生反应，产生石英坩埚的耐久性缩短等不良情况。

与此相对，在专利文献3中，为了高精度地以所需的浓度含有碳，提出例如使用以3ppma以上的高浓度含有碳的多晶硅来作为原料多晶硅的一部分的技术方案。在该方法中，对于含有3ppma以上的碳的该多晶硅而言，除了形成为薄板形状、进行酸蚀刻并进行利用以外，并没有特别地提及其获取方法。但是，如果想要以薄板形状得到上述的高碳浓度的多晶硅，则需要特别的制造工序，制造成本提高，除此之外，还可能存在碳以外的其它的金属污染的危险性。

另外，在上述的多晶硅的形状为所述薄板的情况下，其流动性差，向坩锅内投放的操作性差。特别地，在单晶硅的制造是通过反复进行在对一根单晶硅进行拉制后，向坩锅内再装填硅原料并使其熔解，再次对单晶硅进行拉制的操作的、所谓的多次拉制(日文：マルチプリング)来实施的情况下，若将薄板形状的多晶硅作为上述再装填用的硅原料来使用，则由于无法顺畅地在再装填用石英管内流下，因此无法适用。

并且，在多晶硅的碳浓度为3ppma以上的高浓度的情况下，在坩锅内该碳不是均匀地混合于硅融液，高碳浓度的位置不均匀，在此反而还有可能产生单晶体的位错。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5104437号公报

专利文献2：日本特开2012－171822号公报

专利文献3：日本特开平11－312683号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，在通过在拉制的单晶硅中含有碳来抑制位错、强度下降的单晶硅的制造方法中，重要的课题是：开发一种碳容易向硅融液中混合、熔解，能够以低成本含有该碳，并且，原料多晶硅向坩锅内投放的操作性优异的方法。特别地，若碳向上述硅融液中的混合、熔解能够以需要的浓度高精度地实施则较为有利，期望能够研发出这样的方法。

用于解决问题的方案

本发明人鉴于上述课题进行了持续深入的研究。其结果发现：如果在利用CZ法的单晶硅的制造方法中，使用源自利用西门子法制造出的多晶硅棒的特定的破碎物作为硅原料的至少一部分，则能够解决所述课题，从而完成了本发明。