CN105247115A - 单晶硅制造方法 - Google Patents

单晶硅制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105247115A
CN105247115A CN201480030832.6A CN201480030832A CN105247115A CN 105247115 A CN105247115 A CN 105247115A CN 201480030832 A CN201480030832 A CN 201480030832A CN 105247115 A CN105247115 A CN 105247115A
Authority
CN
China
Prior art keywords
single crystal
phosphorus
silicon single
atoms
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201480030832.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105247115B (zh
Inventor
樱田昌弘
德江润也
星亮二
布施川泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Handotai Co Ltd filed Critical Shin Etsu Handotai Co Ltd
Publication of CN105247115A publication Critical patent/CN105247115A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105247115B publication Critical patent/CN105247115B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B15/04—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt adding doping materials, e.g. for n-p-junction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
    • C30B15/305—Stirring of the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B30/00—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions
    • C30B30/04—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions using magnetic fields

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Abstract

本发明涉及一种磷掺杂单晶硅的制造方法，其特征在于，通过MCZ法从掺杂有磷的硅熔融液中提拉单晶硅，以使所述磷掺杂单晶硅中的磷浓度达到2×1016atoms/cm3以上的方式来掺杂磷，使中心磁场强度为2,000高斯以上的方式对所述硅熔融液施加水平磁场，由此制造氧浓度为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的所述磷掺杂单晶硅。由此，提供一种使氧浓度为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上且高浓度掺杂磷的单晶硅的制造方法。

Description

单晶硅制造方法
技术领域
本发明涉及一种通过MCZ法形成磷掺杂单晶硅的制造方法。
背景技术
由单晶硅切割出用作存储器或成像元件等半导体器件基板的硅晶圆，所述单晶硅主要是通过切克劳斯基(CZ)法来制造。通过CZ法制作的单晶硅中含有氧原子，使用由该单晶硅切割出的硅晶圆来制造设备时，硅原子与氧原子相结合形成氧析出物和BMD。
已知它们具有捕获晶圆内部的重金属等杂质原子来提高器件特性的IG能力，在晶圆的主体部中的氧析出量和BMD密度越高，则越能得到高性能且高可靠性的器件。
此外，近年来也有使用掺杂有磷的硅晶圆的防辐射半导体器件的要求，这种设备中通过使用高氧基板也能够显著提高器件的特性。
为了对上述这种半导体设备赋予有效的IG能力或高氧，进行了使单晶生长中以高浓度吸收的氧来进行控制的制造。
此外，对从通过上述方法制造的单晶硅切割出的硅晶圆实施了镜面加工的抛光晶圆、在镜面加工后以抑制晶圆表层部的缺陷或在主体内形成IG层为目的进行退火处理后的退火晶圆、形成有磊晶层的磊晶晶圆，以及SOI晶圆等，对各种晶圆的要求不断提高。
由于这些晶圆通过一些阶段的器件工序，因此存在对于金属杂质等在工序中侵入元件区域，或者辐射线或宇宙射线侵入元件区域而引起电离等对电气特性的妨碍因素。因此，防止在成像元件的情况下造成图像不均等损害的杂质扩散的技术，或者中和在防辐射元件的情况下由于辐射和宇宙射线导致的电离等技术已成为必要发展的课题，在一部分成像元件和防辐射元件的用途中，尤其期望磷掺杂且1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的高氧结晶的提拉技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利4953386号公报
专利文献2：日本专利公开2008-189523号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
专利文件1、2中提出了将单晶硅的氧浓度控制成高氧浓度的方法，但这些文件中没有记载使氧浓度控制成1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的控制方法。将单晶棒直胴部整个长度上的氧浓度控制为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上并不容易，尤其对于提拉中的剩余熔融液量降低的单晶棒直胴的后半部，石英坩埚内壁与熔融液的接触面积变小，难以将氧浓度控制为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种氧浓度为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上且高浓度地掺杂磷的单晶硅的制造方法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，根据本发明，提供一种磷掺杂单晶硅的制造方法，其特征在于，
通过MCZ法从掺杂有磷的硅熔融液中提拉单晶硅，
以使所述磷掺杂单晶硅中的磷浓度为2×1016atoms/cm3以上的方式来掺杂磷，使中心磁场强度为2,000高斯以上的方式对所述硅熔融液施加水平磁场，由此制造氧浓度为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的所述磷掺杂单晶硅。
若为这种磷掺杂单晶硅的制造方法，则能够制造出氧浓度未1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的高浓度地掺杂磷的单晶硅。尤其是还能够使单晶棒直胴部的几乎整个长度上均达到高氧浓度。
此外，优选地，在提拉所述磷掺杂单晶硅时，将用于提拉所述磷掺杂单晶硅的单晶提拉装置内的炉内压设为100hPa以上。
由此，能够制造使单晶棒直胴部的几乎整个长度上具有更高氧浓度的磷掺杂单晶硅。
(三)有益效果
如上所述，根据本发明，能够制造氧浓度为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的以高浓度掺杂磷的单晶硅。尤其是还能够形成使单晶棒直胴部的几乎整个长度上均为高氧的高磷掺杂单晶硅。进而，能够由这种高磷掺杂单晶硅得到具有优异电气特性的高品质硅晶圆。这种晶圆通过器件工序在晶圆主体内部形成极高密度的BMD层，能够根据用途消除电气方面的妨碍因素，因此能够适当应用于例如存储器、成像元件或防辐射半导体器件基板等。
附图说明
图1是表示本发明中使用的单晶提拉装置一例的示意图。
图2是表示本发明实施例中的磷掺杂单晶硅的各结晶位置上的氧浓度(ASTM’79)分布的图表。
图3是表示比较例的磷掺杂单晶硅的各结晶位置上的氧浓度(ASTM’79)分布的图表。
具体实施方式
如上所述，单晶硅的制造中将单晶棒直胴部的整个长度上的氧浓度控制为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上很困难，但在一部分成像元件或防辐射元件的用途中，尤其需要开发高浓度磷掺杂且使单晶棒直胴部的整个长度上的氧浓度均达到1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的单晶硅的提拉技术。
本发明的发明人等人对上述技术问题进行了深入研究，结果发现在高浓度的磷掺杂单晶硅的制造过程中，通过施加水平磁场能够制造出使单晶棒直胴部的几乎整个长度上具有高氧浓度的磷掺杂单晶硅，从而完成本发明。
本发明是一种磷掺杂单晶硅的制造方法，其通过MCZ法从掺杂有磷的硅熔融液中提拉单晶硅，
以使磷掺杂单晶硅中的磷浓度为2×1016atoms/cm3以上的方式来掺杂磷，使中心磁场强度达到2,000高斯以上的方式对所述硅熔融液施加水平磁场，由此制造氧浓度为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的磷掺杂单晶硅。
下面，参照附图对本发明实施方式的一例进行具体说明，但本发明并不限定于此。
图1是表示本发明磷掺杂单晶硅的制造方法中所使用的单晶提拉装置的一例的示意图。下面，基于图1对本发明的实施方式进行说明。
本发明所使用的单晶提拉装置具备主腔室1及副腔室2。在主腔室1的内部设置有用于收容熔融的原料熔融液3的石英坩埚4，以及支承石英坩埚4的石墨坩埚5。这些坩埚通过支承轴7上的托盘6所支承。在坩埚的外侧设置有加热器8，进而在其外侧沿主腔室的内壁设置有绝热材料9。此外，还可以根据需要设置下部绝热材料10。在坩埚的上方设置对提拉后的磷掺杂单晶硅11进行冷却的冷却筒14，以及气体整流筒12，该气体整流筒12由圆筒形状的石墨材料构成，且在下端部具备抑制来自原料熔融液3和加热器8的辐射热的隔热板13。
此外，为了抑制来自主腔室1上部的排热，除了对冷却筒14的上部绝热，还可以使用扩大从气体整流筒12下端到原料熔融液液面的距离、通过加热器8的驱动来移动发热中心等方法。
此外，本发明中为了通过MCZ(MagneticfieldappliedCZ)法施加水平磁场并提拉单晶硅，本发明所使用的单晶提拉装置在主腔室1的外侧装备用于施加水平磁场的磁铁15。MCZ法中有垂直磁场、水平磁场、切向磁场等各种磁场方式，能够根据磁力线的分布或磁场强度等设计控制氧浓度。
在无磁场环境下的原料熔融液3的对流使熔融液内部的氧输送量增大，向熔融液表层部的氧搬运量增大。由于向熔融液表层的氧搬运量的增大，氧蒸发量显著增加，结果为，熔融液中氧含量容易减少。另一方面，通过MCZ法，特别是在水平磁场中将原料熔融液3设为强磁场环境下，能够抑制向熔融液表层部的氧搬运量以及氧蒸发量，并控制熔融液中的氧含量。
在使用这种单晶提拉装置，实施本发明的磷掺杂单晶硅的制造方法时，向石英坩埚4中填充作为单晶硅原料的多晶硅。此时还添加决定基板的n型电阻率的掺杂剂，即磷。此外，除了用于控制电阻率的掺杂以外，也可以根据用途掺杂氮或碳。向石英坩埚4中填充原料后，使真空泵(未图示)运转，一边从气体流出口(未图示)排气，一边从设置于副腔室2上的气体导入口(未图示)流入惰性气体(例如Ar气体等)，从而将内部置换为惰性气体气氛。接着，利用以围绕石墨坩埚5的方式配置的加热器8来加热，将原料熔融得到原料熔融液3。在原料熔融后，将晶籽浸渍于原料熔融液3中，一边使晶籽旋转一边提拉形成棒状的磷掺杂单晶硅11。
在单晶提拉中，由于加热器8的高温加热，石英坩埚4的熔融液侧内表面被逐渐侵蚀，氧从原料熔融液3中熔出。熔出的氧的大部分从熔融液表面蒸发成SiO蒸汽，但剩余的极少量的氧被吸收到生长的磷掺杂单晶硅11中。
为了使氧被高浓度地吸收到磷掺杂单晶硅11中，单晶提拉装置的支承轴7和晶轴的旋转(即坩埚旋转与生长结晶的旋转)、单晶生长速度、Ar气体等惰性气体的气体流量和炉内压的控制、包含加热器8的热区结构的最优布局设计等研究探讨非常重要。
在本发明中，对于装备在主腔室1内的热区的最优结构、原料熔融液液面和发热中心的位置关系等最优条件，或者主腔室1内部惰性气体的对流条件，通过热数值分析仿真软件FEMAG(文献：F.Dupret，P.NiCodeme，Y.Ryckmans，P.Wouters,andM.J.Crochet，Int.J.HeatMassTransfer,33,1849(1990))的计算而算出。
在本发明中，向熔融液中投入作为掺杂剂的磷的掺杂量，使磷掺杂单晶硅11中的磷浓度达到2×1016atoms/cm3以上。另外，磷的掺杂量只要在固熔限界以下即可。若磷掺杂单晶硅11中的磷浓度为这样的浓度，则可以使晶圆的电阻率为0.2Ω·cm以下。通过将磷掺杂单晶硅11中的磷浓度设为2×1016atoms/cm3以上，使单晶棒直胴部在几乎整个长度上的氧浓度设为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上，由此能够对应近年所要求的防辐射半导体设备等。另外，只要氧浓度在固溶限界以下即可。
此外，掺杂的投入方法也可以为，在向石英坩埚4中填充多晶硅时投入掺杂剂，或者在通过加热器8使多晶硅熔融完成后投入掺杂剂。此外，对于掺杂剂可使用硅结晶和磷的合金或红磷片。
由于磷为挥发性元素，因此通过高浓度的磷，能够提高磷的蒸汽压，抑制SiO的蒸汽压。通过降低作为SiO蒸发的氧，能够抑制原料熔融液3中的氧浓度的降低，结果能够增加向磷掺杂单晶硅11内部吸收的氧的量。即，通过高浓度地掺杂磷，使结晶中吸收氧变得容易。此外，可以通过控制例如惰性气体的气体流量和炉内压来控制磷和SiO的蒸发量。
此外，在本发明中，当提拉单晶时通过磁铁15对原料熔融液3施加水平磁场，使中心磁场强度达到2,000高斯以上。在施加的水平磁场强度不足2,000高斯的情况下，对原料熔融液3的对流的抑制变得不充分，SiO蒸发的抑制效果变小，从而无法得到氧浓度为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的磷掺杂单晶硅。此外，更优选将施加的水平磁场强度设为3,000高斯以上，5,000高斯以下。
此外，优选地，在提拉磷掺杂单晶硅11时，将单晶提拉装置内的炉内压设为100hPa以上。若为这样的炉内压，能够抑制SiO蒸发，制造出使单晶棒直胴部的几乎整个长度具有更高氧浓度的磷掺杂单晶硅。但是，为了促进从炉内去除SiO，优选对炉内压减压，优选设为1013.25hPa(1atm)以下，尤其优选设为600hPa以下。
此外，对从通过本发明的制造方法制造的磷掺杂单晶硅11进行切片得到的晶圆进行镜面加工，可以直接将镜面晶圆投入器件工序中，也可以进行如下工程：例如将镜面晶圆退火、向镜面晶圆实施离子注入、使镜面晶圆的表面生长磊晶层从而制作磊晶晶圆，或者制作以镜面晶圆为原料的SOI晶圆等。
此外，本发明能够不受所制造的单晶硅的晶体取向等限定而进行应用。
如上所述，若为本发明，则能够制造以氧浓度达到1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的高浓度来掺杂磷的单晶硅。尤其是还能够形成使单晶棒直胴部的几乎整个长度均为高氧的高磷掺杂单晶硅。进而，由这样的高磷掺杂单晶硅，能够得到具有优异电气特性的高品质的硅晶圆。这种晶圆由于通过器件工序在晶圆主体内部形成极高密度的BMD层，能够根据用途消除电气方面的妨碍因素，因此能够适当用于例如存储器、成像元件和防辐射半导体设备的基板等。
实施例
下面，示出本发明的实施例及比较例，对本发明进行更加具体的说明，但本发明并不限定于此。
(实施例1)
向在单晶提拉装置的主腔室内设置的口径为32英寸(800mm)的石英坩埚内填充360kg多晶硅原料。进而使用加热器加热来熔融原料，之后用于调整电阻而投入磷掺杂剂，使提拉单晶中的结晶肩部的磷浓度达到2.5×1016atoms/cm3，使单晶棒直胴部整个长度上的磷浓度为2.5×1016atoms/cm3以上。接着，将单晶提拉中单晶提拉装置内的炉内压设为150hPa，使用MCZ法，施加水平磁场，使中心磁场强度达到3,000高斯，同时生长出直径为300mm、直胴长为140cm的n型单晶硅。
对于提拉后的单晶硅，在从结晶肩部开始的长度为0、20、40、60、80、100、120、140cm的位置处提取晶圆，通过FT-IR测量各结晶位置的晶圆的氧浓度，其结果示于下面的表1。
(表1)
如表1所示，以实施例1的条件制造的单晶硅的氧浓度为1.64×1018～1.73×1018atoms/cm3(ASTM’79)。
(实施例2)
与实施例1相同地，向在单晶提拉装置的主腔室内设置的口径为32英寸(800mm)的石英坩埚内填充360kg多晶硅原料。进而使用加热器加热来熔融原料，之后用于电阻调整用而投入磷掺杂剂，使提拉单晶中的结晶肩部的磷浓度达到2.5×1016atoms/cm3，使单晶棒直胴部整个长度上的磷浓度为2.5×1016atoms/cm3以上。接着，将单晶提拉中单晶提拉装置内的炉内压设为150hPa，使用MCZ法，施加水平磁场，使中心磁场强度达到2,200高斯，同时生长出直径为300mm、直胴长为140cm的n型单晶硅。其他提拉条件为与实施例1相同的条件，以此进行单晶的提拉。
对于提拉后的单晶硅，在从结晶肩部开始的长度为0、20、40、60、80、100、120、140cm的位置处提取晶圆，通过FT-IR测量各结晶位置的晶圆的氧浓度，其结果示于下面的表2。
(表2)
如表2所示，以实施例2的条件制造的单晶硅的氧浓度为1.62×1018～1.68×1018atoms/cm3(ASTM’79)。
(实施例3)
与实施例1相同地，向在单晶提拉装置的主腔室内设置的口径为32英寸(800mm)的石英坩埚内填充360kg多晶硅原料。进而通过加热器加热来熔融原料，之后用于电阻调整用而投入磷掺杂剂，使提拉单晶中的结晶肩部的磷浓度达到2.5×1016atoms/cm3，使单晶棒直胴部整个长度上的磷浓度为2.5×1016atoms/cm3以上。接着，将单晶提拉中单晶提拉装置内的炉内压设为80hPa，使用MCZ法，施加水平磁场，使中心磁场强度达到3,000高斯，同时生长出直径为300mm、直胴长为140cm的n型单晶硅。其他提拉条件为与实施例1相同的条件，以此进行单晶的提拉。
对于提拉后的单晶硅，在从结晶肩部开始的长度为0、20、40、60、80、100、120、140cm的位置处提取晶圆，通过FT-IR测量各结晶位置的晶圆的氧浓度，其结果示于下面的表3。
(表3)
如表3所示，以实施例3的条件制造的单晶硅的氧浓度为1.60×1018～1.64×1018atoms/cm3(ASTM’79)。
(比较例1)
与实施例1相同地，向在单晶提拉装置的主腔室内设置的口径为32英寸(800mm)的石英坩埚内填充360kg多晶硅原料。进而通过加热器的加热来熔融原料，之后用于电阻调整用而投入磷掺杂剂，使提拉单晶中的结晶尾部的磷浓度达到1.1×1016atoms/cm3，使单晶棒直胴部整个长度上的磷浓度为到1.1×1016atoms/cm3以下。接着，将单晶提拉中单晶提拉装置内的炉内压设为150hPa，使用MCZ法，施加水平磁场，使中心磁场强度达到3,000高斯，同时生长成直径为300mm、直胴长为140cm的n型单晶硅。其他提拉条件为与实施例1相同的条件，以此进行单晶的提拉。
对于提拉后的单晶硅，在从结晶肩部开始的长度为0、20、40、60、80、100、120、140cm的位置处提取晶圆，通过FT-IR测量各结晶位置的晶圆的氧浓度，其结果示于下面的表4。
(表4)
如表4所示，以比较例1的条件制造的单晶硅的氧浓度为1.41×1018～1.46×1018atoms/cm3(ASTM’79)。
(比较例2)
与实施例1相同地，向在单晶提拉装置的主腔室内设置的口径为32英寸(800mm)的石英坩埚内填充360kg多晶硅原料。进而通过加热器加热来熔融原料，之后用于电阻调整用而投入磷掺杂剂，使提拉单晶中的结晶肩部的磷浓度达到2.5×1016atoms/cm3，使单晶棒直胴部整个长度上的磷浓度为2.5×1016atoms/cm3以上。接着，将单晶提拉中单晶提拉装置内的炉内压设为150hPa，使用MCZ法，施加水平磁场，使中心磁场强度达到1,500高斯，同时生长出直径为300mm、直胴长为140cm的n型单晶硅。其他提拉条件为与实施例1相同的条件，以此进行单晶的提拉。
对于提拉后的单晶硅，在从结晶肩部开始的长度为0、20、40、60、80、100、120、140cm的位置处提取晶圆，通过FT-IR测量各结晶位置的晶圆的氧浓度，其结果示于下面的表5。
(表5)
如表5所示，以比较例2的条件制造的单晶硅的氧浓度为1.45×1018～1.50×1018atoms/cm3(ASTM’79)。
(比较例3)
与实施例1相同地，向在单晶提拉装置的主腔室内设置的口径为32英寸(800mm)的石英坩埚内填充360kg多晶硅原料。进而使用加热器加热来熔融原料，之后用于电阻调整用而投入磷掺杂剂，使提拉单晶中的结晶尾部的磷浓度达到1.1×1016atoms/cm3，使单晶棒直胴部整个长度上的磷浓度为1.1×1016atoms/cm3以下。接着，将单晶提拉中单晶提拉装置内的炉内压设为150hPa，使用MCZ法，施加水平磁场，使中心磁场强度达到1,000高斯，同时生长出直径为300mm、直胴长为140cm的n型单晶硅。其他提拉条件为与实施例1相同的条件，以此进行单晶的提拉。
对于提拉后的单晶硅，在从结晶肩部开始的长度为0、20、40、60、80、100、120、140cm的位置处提取晶圆，通过FT-IR测量各结晶位置的晶圆的氧浓度，其结果示于下面的表6。
(表6)
如表6所示，以比较例3的条件制造的单晶硅的氧浓度为1.33×1018～1.39×1018atoms/cm3(ASTM’79)。
(比较例4)
与实施例1相同地，向在单晶提拉装置的主腔室内设置的口径为32英寸(800mm)的石英坩埚内填充360kg多晶硅原料。进而通过加热器加热来熔融原料，之后用于电阻调整用而投入磷掺杂剂，使提拉单晶中的结晶肩部的磷浓度达到2.5×1016atoms/cm3，使单晶棒直胴部整个长度上的磷浓度为2.5×1016atoms/cm3以上。接着，将单晶提拉中单晶提拉装置内的炉内压设为150hPa，在不施加磁场的条件下(0高斯)生长出直径为300mm、直胴长为140cm的n型单晶硅。
对于提拉后的单晶硅，在从结晶肩部开始的长度为0、20、40、60、80、100、120、140cm的位置处提取晶圆，通过FT-IR测量各结晶位置的晶圆的氧浓度，其结果示于下面的表7。
(表7)
如表7所示，以比较例4的条件制造的单晶硅的氧浓度为1.16×1018～1.34×1018atoms/cm3(ASTM’79)。
将本发明实施例1～3中各结晶位置上的氧浓度(ASTM’79)的总结图表示于图2。此外，将比较例1～4的各结晶位置的氧浓度(ASTM’79)的总结图表示于图3。
如图2、图3的图表所示，在实施例1～3中单晶棒直胴部的任意位置上氧浓度均在1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上。此外，单晶中磷浓度不足2×1016atoms/cm3的比较例1、施加的水平磁场强度不足2,000高斯的比较例2、单晶中磷浓度不足2×1016atoms/cm3且施加的水平磁场强度不足2,000高斯的比较例3、未施加磁场的比较例4中，单晶棒直胴部的任意位置上氧浓度均不足1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)。
由上述可知，若为本发明的磷掺杂单晶硅的制造方法，则能够制造使单晶棒直胴部的几乎整个长度上的氧浓度未1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的磷掺杂单晶硅。
另外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为例示，具有与本发明的权利要求书所述的技术思想实质性相同的结构，并发挥同样的作用效果的所有方式，均包含在本发明的技术范围内。

Claims (2)

1.一种磷掺杂单晶硅的制造方法，其特征在于，通过MCZ法从掺杂有磷的硅熔融液中提拉单晶硅，
以使所述磷掺杂单晶硅中的磷浓度为2×1016atoms/cm3以上的方式来掺杂磷，使中心磁场强度为2,000高斯以上的方式对所述硅熔融液施加水平磁场，由此制造氧浓度为1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上的所述磷掺杂单晶硅。
2.根据权利要求1所述的磷掺杂单晶硅的制造方法，其特征在于，在提拉所述磷掺杂单晶硅时，将用于提拉所述磷掺杂单晶硅的单晶提拉装置内的炉内压设为100hPa以上。
CN201480030832.6A 2013-05-29 2014-05-08 单晶硅制造方法 Active CN105247115B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-112521 2013-05-29
JP2013112521A JP5974978B2 (ja) 2013-05-29 2013-05-29 シリコン単結晶製造方法
PCT/JP2014/002437 WO2014192232A1 (ja) 2013-05-29 2014-05-08 シリコン単結晶製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105247115A true CN105247115A (zh) 2016-01-13
CN105247115B CN105247115B (zh) 2019-01-04

Family

ID=51988287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480030832.6A Active CN105247115B (zh) 2013-05-29 2014-05-08 单晶硅制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9938634B2 (zh)
JP (1) JP5974978B2 (zh)
KR (1) KR102054186B1 (zh)
CN (1) CN105247115B (zh)
DE (1) DE112014002183T5 (zh)
WO (1) WO2014192232A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111575783A (zh) * 2019-02-18 2020-08-25 信越半导体株式会社 单晶硅提拉装置
TWI772863B (zh) * 2019-09-02 2022-08-01 德商世創電子材料公司 用於生產單晶矽半導體晶圓的方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6528178B2 (ja) 2015-07-31 2019-06-12 株式会社Sumco シリコン単結晶の製造方法
JP6987057B2 (ja) 2015-12-04 2021-12-22 グローバルウェーハズ カンパニー リミテッドGlobalWafers Co., Ltd. 低酸素含有シリコンを生産するシステム及び方法
DE112018001044T5 (de) * 2017-02-28 2019-11-28 Sumco Corporation Verfahren zum Herstellen von Silizium-Einkristallbarren, und Silizium-Einkristall-Barren
US11598023B2 (en) * 2020-06-29 2023-03-07 Sumco Corporation Low resistivity wafer and method of manufacturing thereof
CN112144117B (zh) * 2020-09-15 2023-05-02 新疆晶科能源有限公司 氢、磷、氮掺杂单晶硅及其制备方法、太阳能电池
CN114622278B (zh) * 2020-12-08 2024-04-05 内蒙古中环晶体材料有限公司 一种硅单晶及其制备方法、硅片、太阳能电池和组件
CN116043319B (zh) * 2022-12-13 2024-04-26 海纳半导体(山西)有限公司 将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86106346A (zh) * 1985-10-31 1987-06-17 索尼公司 半导体器件的高氧含量硅单晶基片及其制法
US6004393A (en) * 1997-04-22 1999-12-21 Komatsu Electronic Metals Co., Ltd. Detecting method of impurity concentration in crystal, method for producing single crystal and apparatus for the pull-up of a single crystal
JP2010265143A (ja) * 2009-05-15 2010-11-25 Sumco Corp シリコン単結晶の製造方法及びシリコンウェーハの製造方法
US20110056428A1 (en) * 2009-09-07 2011-03-10 Sumco Corporation Method of producing single crystal silicon
JP2013023415A (ja) * 2011-07-22 2013-02-04 Covalent Materials Corp 単結晶引上方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS521877B2 (zh) 1972-09-25 1977-01-18
JP2008189523A (ja) 2007-02-06 2008-08-21 Covalent Materials Corp 単結晶の製造方法
JP4953386B2 (ja) 2008-03-18 2012-06-13 コバレントマテリアル株式会社 シリコン単結晶の引上げ方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86106346A (zh) * 1985-10-31 1987-06-17 索尼公司 半导体器件的高氧含量硅单晶基片及其制法
US6004393A (en) * 1997-04-22 1999-12-21 Komatsu Electronic Metals Co., Ltd. Detecting method of impurity concentration in crystal, method for producing single crystal and apparatus for the pull-up of a single crystal
JP2010265143A (ja) * 2009-05-15 2010-11-25 Sumco Corp シリコン単結晶の製造方法及びシリコンウェーハの製造方法
US20110056428A1 (en) * 2009-09-07 2011-03-10 Sumco Corporation Method of producing single crystal silicon
JP2013023415A (ja) * 2011-07-22 2013-02-04 Covalent Materials Corp 単結晶引上方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111575783A (zh) * 2019-02-18 2020-08-25 信越半导体株式会社 单晶硅提拉装置
CN111575783B (zh) * 2019-02-18 2021-12-31 信越半导体株式会社 单晶硅提拉装置
TWI772863B (zh) * 2019-09-02 2022-08-01 德商世創電子材料公司 用於生產單晶矽半導體晶圓的方法
US11905617B2 (en) 2019-09-02 2024-02-20 Siltronic Ag Method for producing semiconductor wafers of monocrystalline silicon by pulling a single silicon crystal from a melt contained in a crucible and continually changing the rotational direction of the crucible

Also Published As

Publication number Publication date
US9938634B2 (en) 2018-04-10
KR102054186B1 (ko) 2019-12-10
DE112014002183T5 (de) 2016-01-07
WO2014192232A1 (ja) 2014-12-04
JP2014231448A (ja) 2014-12-11
US20160068992A1 (en) 2016-03-10
KR20160012138A (ko) 2016-02-02
JP5974978B2 (ja) 2016-08-23
CN105247115B (zh) 2019-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105247115A (zh) 单晶硅制造方法
KR102312204B1 (ko) 저항률 제어방법 및 n형 실리콘 단결정
US8123855B2 (en) Device and process for growing Ga-doped single silicon crystals suitable for making solar cells
TWI522500B (zh) 矽單結晶及其製造方法
CN106715765B (zh) 单晶的制造方法及硅晶片的制造方法
JP5246163B2 (ja) Ｉｇｂｔ用のシリコン単結晶ウェーハ及びｉｇｂｔ用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法
CN102108549B (zh) 硅晶片及其制造方法
JP2010222241A (ja) Ｉｇｂｔ用シリコン単結晶ウェーハ及びｉｇｂｔ用シリコン単結晶ウェーハの製造方法
KR20190126163A (ko) n형 실리콘 단결정의 제조 방법, n형 실리콘 단결정의 잉곳, 실리콘 웨이퍼 및, 에피택셜 실리콘 웨이퍼
CN101445954A (zh) 一种控制直拉硅单晶生长过程中晶体和熔体界面处的温度梯度及热历史的方法
WO2019003968A1 (ja) シリコン単結晶の製造方法
CN105164790A (zh) 硅磊晶晶圆及硅磊晶晶圆的制造方法
JP6897764B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法、および、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法
JP5145721B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法および製造装置
CN109415841A (zh) 单晶硅的制造方法
US20200224329A1 (en) N-type silicon single crystal production method, n-type silicon single crystal ingot, silicon wafer, and epitaxial silicon wafer
EP1614774A1 (en) Process for producing single crystal
JP5668786B2 (ja) シリコン単結晶の育成方法及びシリコンウェーハの製造方法
KR101252915B1 (ko) 단결정 잉곳 제조방법
JP6881560B1 (ja) シリコン単結晶の製造方法、シリコン単結晶
JP7272343B2 (ja) ｎ型シリコン単結晶の製造方法
JP2013147407A (ja) シリコン単結晶ウエーハ、その酸素析出量の面内均一性評価方法、シリコン単結晶の製造方法
US10072350B2 (en) Method for manufacturing a silicon ingot having uniform phosphorus concentration
KR101472354B1 (ko) 실리콘 단결정의 성장 방법 및 실리콘 단결정 잉곳
JP2023549206A (ja) サイドヒータの下方に配置されるヒートシールドを有するインゴット引上げ装置及びそのような装置でインゴットを製造する方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant