專利名稱：硅單晶提拉用晶種以及使用該晶種的硅單晶的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于切克勞斯基法(CZ法，Czochralski法)的硅單晶提拉中使用的 硅單晶提拉用晶種以及使用該晶種的硅單晶的制造方法。
背景技術(shù)：
基于CZ法的硅單晶的制造方法中，是將單晶硅用作晶種，使其與硅熔液接觸后， 一邊分別使存積有硅熔液的石英坩堝和晶種旋轉(zhuǎn)， 一邊慢慢提拉晶種。此時使導入該晶種 中的硅熔液固化并使結(jié)晶直徑緩慢增大至所需直徑而使硅單晶成長。 此時，當使晶種接觸硅熔液時，熱沖擊導致晶種中產(chǎn)生高密度的滑移位錯(》'J '7 V転位)。在產(chǎn)生這種滑移位錯的狀態(tài)下，如果直接使結(jié)晶直徑增大來成長硅晶種，則會 將位錯傳播至成長的硅單晶的體部。因此，必須將這樣的位錯完全除去，以使其不影響提拉 的硅單晶。 作為其對策，為了消除從滑移位錯傳播的位錯，采用所謂的達斯頸部法(Dash' s neck method) ，S卩，使剛開始提拉后的晶種所成長的結(jié)晶的直徑縮細至3mm左右形成絞部 (頸部)從而進行無位錯化，然后使結(jié)晶直徑增大至規(guī)定的直徑形成肩部，而成長恒定直徑 的單晶。應(yīng)予說明，在通常的達斯頸部法中，如果所形成頸部的直徑超過5mm，則位錯難以移 出結(jié)晶外，由于高密度產(chǎn)生的所有位錯未移出結(jié)晶外，因此難以進行無位錯化。
然而，伴隨著近年來硅單晶直徑的大口徑化，以往的達斯頸部法所形成的頸部在 支持大重量化的硅單晶中強度變得不充分，單晶提拉中，可能會產(chǎn)生該細頸部斷裂單晶掉 落等重大事故。 作為解決上述問題的對策，提出了通過施加磁場、或者在熱遮蔽構(gòu)件的形狀或配 置位置等方面下功夫，來擴大可進行無位錯化的頸部的直徑的方案。 另外，公開了通過在晶種中摻雜(dope) 1 X 1019cm—3以上高濃度的B (硼)，來提高 晶種的強度，而盡量減少下種(種付W )時產(chǎn)生的滑移位錯的技術(shù)(例如，參照專利文獻 1。)。 此外，還公開了硅單晶提拉用晶種，其是基于CZ法的硅單晶提拉中使用的晶種， 其特征在于，在與硅熔液接觸的前端部被覆碳膜(例如，參照專利文獻2。)。
專利文獻1 :日本特開平4-139092號公報(權(quán)利要求書之[1]、第三頁右下欄第 12 14行、第四頁左上欄第16 18行) 專利文獻2 :日本特開2005-272240號公報(權(quán)利要求書的權(quán)利要求5、說明書附 圖的圖2)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題 然而，在上述專利文獻1所示的使用高濃度地摻雜了硼的晶種的方法中，由于在 晶種中使用了硼這種使結(jié)晶的電阻率改變的物質(zhì)，因此存在提拉的硅單晶的電阻率偏離所需數(shù)值的問題。這是由于晶種中的硼進入硅熔液中作為使電阻率改變的摻雜物而起作用。 因此，存在除低電阻率的結(jié)晶成長以外無法利用的難點。另外，當發(fā)生某些意外事故等而導 致提拉中的單晶發(fā)生位錯時，從單晶中切離晶種、將單晶再次熔入硅熔液中后，使切離的晶 種再次與硅熔液接觸進行再提拉，或者使用其它晶種進行再提拉，但由于再提拉時也將晶 種熔解后進行提拉，并且由于熔解量增加、過量的硼進入硅熔液中，因此會產(chǎn)生再提拉的硅 單晶的電阻率偏離最初預定比例的不良狀況。 另外，認為上述專利文獻2所示的在與硅熔液接觸的前端部被覆碳膜的晶種，是 為了通過碳膜吸收來自硅熔液或其它提拉裝置內(nèi)的構(gòu)件的放射熱而提高前端部的溫度，從 而減小硅熔液與晶種的溫差進而減小熱震位錯。但是推測如果使用這種晶種，會產(chǎn)生未熔 解部分而容易產(chǎn)生位錯。 本發(fā)明的目的在于提供硅單晶提拉用晶種以及使用該晶種的硅單晶的制造方法， 該晶種可以降低由接觸硅熔液時產(chǎn)生的熱沖擊引起的滑移位錯的產(chǎn)生，并且抑制該滑移位 錯的傳播，即使頸部的直徑大于以往的直徑也能進行無位錯化。 本發(fā)明的第一觀點是對基于CZ法的硅單晶提拉中所使用晶種的改良。其特征 構(gòu)成在于，晶種為從摻雜有碳的硅熔液中提拉的硅單晶中切出的晶種，摻雜的碳的濃度為 5 X 1015 5 X 1017原子/cm3的比例。 本發(fā)明的第一觀點中，晶種中摻雜的碳可以降低由接觸硅熔液時產(chǎn)生的熱沖擊引 起的滑移位錯的產(chǎn)生，并且可以抑制該滑移位錯的傳播，因此即使頸部的直徑大于以往的 直徑也可以進行無位錯化。因而，可以進行大重量硅單晶的提拉。 本發(fā)明的第二觀點是晶種，其中晶種中氧的濃度為1 X 1018 2X 1018原子/cm3的 比例。 本發(fā)明的第二觀點中，如果晶種中氧的濃度在上述范圍內(nèi)，則可提高形成微細析 出核的效果。 本發(fā)明的第三觀點是晶種，其中晶種是從除了碳之外還摻雜氮的硅熔液中提拉的
硅單晶中切出的晶種，氮的濃度為5X1013 5X10"原子/cm3的比例。 本發(fā)明的第三觀點中，通過使晶種中進一步含有上述濃度范圍內(nèi)的氮，可提高形
成微細析出核的效果。 本發(fā)明的第四觀點是對基于CZ法提拉導入晶種中的硅熔液而生長硅單晶的硅單
晶的制造方法的改良。其特征構(gòu)成在于，晶種為從摻雜有碳的硅熔液中提拉的硅單晶中切
出的晶種，并且摻雜的碳的濃度為5X 1015 5X 1017原子/cm3的比例。 本發(fā)明的第四觀點中，晶種中摻雜的碳可以抑制由接觸硅熔液時產(chǎn)生的熱沖擊引
起的滑移位錯的傳播，因此即使頸部的直徑大于以往的直徑也可以進行無位錯化。因而，可
以進行大重量硅單晶的提拉。 本發(fā)明的第五觀點是硅單晶的制造方法，其中晶種中氧的濃度為1X1018 2X10"原子/cm3的比例。 本發(fā)明的第五觀點中，如果晶種中氧的濃度在上述范圍內(nèi)，則可提高形成微細析 出核的效果。 本發(fā)明的第六觀點是硅單晶的制造方法，其中晶種是從除了碳之外還摻雜有氮的 硅熔液中提拉的硅單晶中切出的晶種，氮的濃度為5X 1013 5X 1015原子/cm3的比例。
本發(fā)明的第六觀點中，通過使晶種中進一步含有上述濃度范圍內(nèi)的氮，可提高形 成微細析出核的效果。 本發(fā)明的硅單晶提拉用晶種以及使用該晶種的硅單晶的制造方法中，晶種中摻雜 的碳可以降低由接觸硅熔液時產(chǎn)生的熱沖擊引起的滑移位錯的產(chǎn)生，并且可抑制該滑移位 錯的傳播，因此即使頸部的直徑大于以往的直徑也能進行無位錯化。因而，可以進行大重量 硅單晶的提拉。


圖1是使用摻雜有各元素的晶種提拉硅單晶時晶種中各元素的濃度與位錯移動 距離L的關(guān)系的示意圖。
具體實施例方式以下根據(jù)附圖對本發(fā)明的最佳實施方式進行說明。 本發(fā)明的硅單晶提拉用晶種是對基于CZ法的硅單晶提拉中所使用晶種的改良。 本發(fā)明的晶種是從摻雜有碳的硅熔液中提拉的硅單晶中切出的晶種，其特征在于摻雜的碳 的濃度為5X 1015 5X 10"原子/cm3的比例。摻雜有上述濃度范圍內(nèi)的碳的晶種可以降低 由接觸硅熔液時產(chǎn)生的熱沖擊引起的滑移位錯的產(chǎn)生，并且可以抑制該滑移位錯的傳播。
圖1表示使用添加了氧、碳、氮、硼各元素的晶種提拉硅單晶時頸部中的位錯移動 距離L。應(yīng)予說明，圖1中的[Oi]表示各晶種中所含的氧濃度。 圖1的位錯移動距離L通過以下方式求出。首先，準備添加了所需元素的晶片，切 出10cmX5cm左右的大小并將其作為測定用樣品。用維氏硬度計在該測定用樣品的表面上 于荷重100g下保持10秒從而導入壓痕。然后，在90(TC下對測定用樣品進行30分鐘熱處 理。用賴特(Wright)蝕刻液對熱處理后的測定樣品中導入了壓痕的測定面進行3ym的選 擇蝕刻，測定晶片斷面的位錯移動距離L。 應(yīng)予說明，為了確認實際效果可以采用以下方法。首先，使晶種接觸硅熔液、將著 液部熔解后， 一邊分別使存積有硅熔液的石英坩堝和晶種旋轉(zhuǎn)， 一邊慢慢提拉晶種，形成頸 部、停止提拉。接著，從提拉裝置取出硅單晶后，以厚度1. 0 2. Omm切出包含晶種的著液 界面的結(jié)晶生長部并將其作為測定用樣品。以該測定用樣品的(110)縱斷面作為測定面， 用混酸(氫氟酸硝酸=1 : 4)的混合液對其進行蝕刻。然后用X射線形貌觀察裝置基 于(220)面透射來評價內(nèi)部位錯的存在狀態(tài)。 如圖1所示，如果對使用添加了各元素的晶種進行提拉時頸部產(chǎn)生位錯的移動距 離L進行觀察，則可見氧和碳的濃度越高移動距離L越低的傾向。此外，即使提高氮、硼的 濃度進行添加，位錯移動距離L也基本不變化。其中，只將氮作為摻雜物時，位錯移動距離 L在50mm左右、無法充分抑制移動距離。另外，即使高濃度地含有氧，位錯移動距離L也 停留在70mm左右，也無法充分抑制移動距離。當只將硼作為摻雜物時，位錯移動距離L在 30 40mm，可以抑制移動距離，但如上所述，由于硼作為使電阻率改變的物質(zhì)而起作用，因 此存在除低電阻率的結(jié)晶成長以外無法利用的問題。另一方面，當將碳作為摻雜物時，可見 濃度越高該位錯移動距離L越短，可以將移動距離抑制到與以往已知的硼相同程度的優(yōu)異 效果。
此外，對晶種中摻雜了碳時的位錯的阻塞(Pi皿ing)效果進行研究時發(fā)現(xiàn)，碳原 子本身也具有阻塞效果，另一方面碳原子還具有使微細析出核形成的效果。因此由于形成 的微細析出核，與其它元素相比具有進一步阻礙位錯移動的效果。因此，從阻塞效果方面出 發(fā)，碳比硼等其它元素更優(yōu)異。 并且，摻雜了碳的晶種，即使碳通過晶種的熔解進入硅熔液中，也具有不像硼那樣 使提拉的硅單晶的電阻率改變的優(yōu)異效果。 本發(fā)明的晶種是從摻雜有碳的硅熔液中提拉的硅單晶中切出的晶種。例如，即使 在沒有摻雜碳的單一硅結(jié)晶的表層上設(shè)置碳層作為晶種的情況下，也認為通過設(shè)置于表層 的碳層，可以以一定程度的比例抑制熱沖擊引起的滑移位錯的產(chǎn)生，但推測由于碳僅存在 于晶種的表層，因而使晶種與硅熔液接觸熔解后，無法抑制產(chǎn)生的滑移位錯的傳播。此外， 如上所述，由于具有在硅結(jié)晶的表層設(shè)置有碳層的結(jié)構(gòu)，因此認為存在不能均勻熔解、或者 會產(chǎn)生未熔解部分而變得容易產(chǎn)生位錯的情況。進一步地，認為硅和碳層的熱膨脹的差異 導致碳層從晶種表層剝落，落入硅熔液中作為塵埃而存在，從而使生長中的單晶產(chǎn)生位錯 等不良狀況。 另一方面，如本發(fā)明那樣，只要是從摻雜有碳的硅熔液中提拉的、從碳進入硅結(jié)晶 構(gòu)造內(nèi)部狀態(tài)下的硅單晶中切出的晶種，則晶種與硅熔液接觸時不產(chǎn)生未熔解部分，可以 抑制熱沖擊引起的滑移位錯。 碳與其它摻雜物同樣具有被稱作偏析的現(xiàn)象，因此通常液相和固相的雜質(zhì)濃度相 互不同，液相中的濃度較高。從摻雜有碳的硅熔液中提拉的硅單晶，其濃度在生長軸方向不 恒定。由于偏析現(xiàn)象，隨著固化率上升，硅熔液中的碳濃度也升高，因而提拉的硅單晶中所 含的碳濃度也隨之逐漸升高。因此，提拉的硅單晶的頂部和底部中摻雜的碳的濃度不同，頂 部的濃度低，底部的濃度高。 此外，從結(jié)晶方位的關(guān)系考慮，切出的晶種是以摻雜碳的硅單晶的生長方向為縱 向方向的方式切出的。因此，本發(fā)明的晶種，碳的濃度在頂部和底部不同，頂部的濃度低，底 部的濃度高。 使本發(fā)明的晶種中摻雜的碳的濃度處于上述范圍內(nèi)，是因為如果碳濃度不足下限 值，則不能充分抑制熱沖擊引起的滑移位錯的傳播，故無法生長頸部直徑大于以往直徑的 無位錯的結(jié)晶，但如果制作摻雜超過上限值濃度的碳的晶種，則在技術(shù)上存在困難。其中特 別優(yōu)選5X 1016 5X 1017原子/cm3的比例。 并且，因摻雜碳而形成的微細析出核，通過使晶種中的氧濃度處于規(guī)定濃度，碳與 氧結(jié)合而形成更微細的析出核，因而可增加析出核的數(shù)目。 晶種中氧的濃度理想的是在1 2X10^原子/cm3的范圍內(nèi)。如果氧的濃度不足 下限值則無法得到與摻雜碳的協(xié)同效應(yīng)，如果超過上限值，則難以制作且會產(chǎn)生析出過多 的不良狀況。其中特別優(yōu)選在1. 1 1.6X10"原子/cm3的范圍內(nèi)。 此外，除了碳以外通過在晶種中摻雜氮可進一步增加因摻雜碳而形成的微細析出 核。晶種中單獨摻雜氮時也可形成析出核，但此時形成的析出核為大核，因而位錯的傳播抑 制效果不佳。另一方面，如果與碳一起摻雜氮，則與單晶中單獨摻雜氮的情況相比，所形成 的析出核為微細核，并且，即使與單晶中單獨摻雜碳的情況相比，也可形成更多的微細析出 核。摻雜了氮的晶種，可通過從摻雜有氮的硅熔液中提拉的硅單晶中切出而得到。此時，由于同時摻雜有碳和氮，因此需要考慮各自的偏析系數(shù)、預先調(diào)整硅熔液中的各濃度，以使提 拉的硅單晶中含有的各濃度達到所需濃度。 晶種中進一步含有氮時的濃度理想的是在5X 1013 5X 1015原子/cm3的范圍內(nèi)。
如果不足下限值，則無法得到與摻雜碳的協(xié)同效應(yīng)，如果超過上限值，則因接近氮的固溶限
而難以制作。其中特別優(yōu)選在5X 1013 5X 1014原子/cm3的范圍內(nèi)。 從以上可知，使用本發(fā)明的晶種提拉硅單晶時，可減少由接觸硅熔液時產(chǎn)生的熱
沖擊引起的滑移位錯的產(chǎn)生，并且可抑制該滑移位錯的傳播，因此即使頸部的直徑大于以
往的直徑也可以進行無位錯化。因此，可以進行大重量硅單晶的提拉。 應(yīng)予說明，即使使用摻雜有接近本發(fā)明上限值1017原子/cm3等級(order)的濃度
的碳的晶種，由于該濃度被硅熔液稀釋，進而由于碳具有偏析現(xiàn)象，因此實際提拉的硅單晶
所含的碳的濃度，與使用不摻雜碳的以往的晶種進行提拉的情況相比，幾乎沒有變化，因此
可以說碳對裝置沒有影響。 另外，雖然本實施方式中沒有特別說明，但本發(fā)明的晶種可以使用與以往所知的
晶種相同的形狀。 產(chǎn)業(yè)適用性 由于本發(fā)明的硅單晶提拉用晶種即使頸部的直徑大于以往的直徑也能進行無位 錯化，因而可適用于大重量硅單晶的提拉。
權(quán)利要求
硅單晶提拉用晶種，其是基于切克勞斯基法的硅單晶提拉中使用的晶種，其特征在于所述晶種是從摻雜有碳的硅熔液中提拉的硅單晶中切出的晶種，所述摻雜的碳的濃度為5×1015～5×1017原子/cm3的比例。
2. 權(quán)利要求1所述的晶種，其中晶種中氧的濃度為IX 1018 2X1018原子/cm3的比例。
3. 權(quán)利要求1所述的晶種，其中晶種是從除了碳之外還摻雜有氮的硅熔液中提拉的硅 單晶中切出的晶種，所述氮的濃度為5X 1013 5X 1015原子/cm3的比例。
4. 硅單晶的制造方法，其是基于切克勞斯基法提拉導入晶種中的硅熔液而生長硅單晶 的硅單晶的制造方法，其特征在于所述晶種是從摻雜有碳的硅熔液中提拉的硅單晶中切出的晶種，所述摻雜的碳的濃度 為5 X 1015 5 X 1017原子/cm3的比例。
5. 權(quán)利要求4所述的硅單晶的制造方法，其中晶種中氧的濃度為1X1(^ 2X10"原 子/cm3的比例。
6. 權(quán)利要求4所述的硅單晶的制造方法，其中晶種是從除了碳之外還摻雜氮的硅熔液 中提拉的硅單晶中切出的晶種，所述氮的濃度為5X 1013 5X 1015原子/cm3的比例。
全文摘要
本發(fā)明提供硅單晶提拉用晶種，該晶種可以降低由接觸硅熔液時產(chǎn)生的熱沖擊引起的滑移位錯的產(chǎn)生，并且抑制該滑移位錯的傳播，即使頸部的直徑大于以往的直徑也能進行無位錯化。本發(fā)明的硅單晶提拉用晶種是對基于CZ法的硅單晶提拉中所使用晶種的改良，其特征的構(gòu)成在于，該晶種是從摻雜碳的硅熔液中提拉的硅單晶中切出的晶種，并且摻雜的碳的濃度為5×1015～5×1017原子/cm3的比例。
文檔編號C30B15/36GK101796225SQ200880105838
公開日2010年8月4日 申請日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者高瀨伸光 申請人:勝高股份有限公司