[发明专利]单晶硅锭的制造方法及单晶硅培育装置

说明书

本发明提供一种适合供于功率器件的、晶体生长方向上的电阻率的公差小的n型且高电阻的单晶硅锭的制造方法及单晶硅培育装置。在通过利用提拉法的单晶硅培育装置将Sb或As作为n型掺杂剂的单晶硅锭的制造方法中进行：测定工序，一边提拉单晶硅锭(1)，一边测定构成元素中包含所述n型掺杂剂的化合物气体的气体浓度；及提拉条件值调整工序，以使所述测定的气体浓度落入到目标气体浓度的范围内的方式调整包含腔室(30)内的压力、Ar气体的流量以及引导部(70)及硅熔液(10)的间隔(G)中的至少任一个的提拉条件值。

技术领域

本发明涉及一种单晶硅锭的制造方法及单晶硅培育装置。尤其，涉及一种适合供于绝缘栅双极晶体管(IGBT)用的n型硅晶片的制造的n型单晶硅锭的制造方法及单晶硅培育装置。

背景技术

用作半导体器件的基板的硅晶片是通过将通过单晶硅培育装置培育的单晶硅锭切成薄片，并经平面磨削(抛光)工序、蚀刻工序及镜面抛光(抛光)工序进行最终清洗来制造的。并且，300mm以上的大口径的单晶硅通常通过提拉(CZ；Czochralski)法制造。使用CZ法的单晶硅培育装置还称作单晶硅提拉炉及CZ炉等。

在半导体器件中，作为功率器件之一的绝缘栅双极晶体管(IGBT：Insulated GateBipolar Transistor)为适于大功率控制的栅极电压驱动型开关元件，用于电车、电力、车载用等。在IGBT等功率器件用途中，目前使用将通过浮动区熔(FZ：Floating Zone)法及MCZ(磁控拉晶，Magnetic field applied Czochralski)法培育的直径200mm的掺杂有P(磷)的n型单晶硅锭进行切片而得的n型硅晶片。

在此，如图1所示，通过FZ法培育的单晶硅锭没有n型掺杂剂的偏析，因此能够将锭的直体部几乎整体用作产品。然而，目前，通过FZ法能够稳定地制造的单晶硅锭的直径为150mm，利用FZ法难以制造直径200mm以上，尤其直径300mm的大口径的单晶硅锭。

另一方面，在利用CZ法的功率器件用n型单晶硅锭中实际使用的掺杂剂通常为P。从这种掺杂P的单晶硅锭获得的n型硅晶片例如相对于电阻率50[Ω·cm]±10％的规格，目前的成品率最大也只是10％左右(参考图1)。其理由在于，P的偏析系数小于1，因此随着进行单晶硅的提拉，熔液中的P浓度(n型掺杂剂浓度)变高，低电阻化逐渐进展。P的偏析系数0.35远小于B(硼)的偏析系数0.8，培育在晶体总长上成为目标电阻范围的晶体时，导致n型单晶硅锭的成品率低于p型单晶硅锭。因此，一直以来对用于改善n型单晶硅锭的成品率的方法进行了深入研究。

因此，还提出了将偏析系数比P更小但蒸发速度远快于P的Sb(锑)或As(砷)用于n型掺杂剂。通过对CZ炉的腔室内的压力进行减压来促进n型掺杂剂的蒸发，补偿该n型掺杂剂的偏析，由此能够减小单晶硅锭的电阻率的公差。

对此，本申请申请人在专利文献1中提出了一种垂直硅器件用硅晶片的制造方法，其为通过提拉法从作为挥发性掺杂剂添加了Sb(锑)或As(砷)的硅熔液提拉单晶硅，由此制造垂直硅器件用硅晶片的方法，该垂直硅器件用硅晶片中，随着进行所述单晶硅的提拉，增加沿着所述硅熔液的表面流动的Ar气体的流量。

如专利文献1中记载，硅熔液的表面上的所蒸发的含有挥发性掺杂剂的气体的浓度高，因此硅熔液中的挥发性掺杂剂的蒸发速度不仅受CZ炉的腔室内的压力的影响，还受Ar气体的流量的大幅影响。因此，通过专利文献1中记载的技术控制在熔液表面流动的Ar气体的流量来控制挥发性掺杂剂的蒸发速度，其结果，能够补偿掺杂剂的偏析。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-59032号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题