TWI863109B - 矽單結晶的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明目的是在結晶拉引途中投予固體之副摻質的追加摻雜步驟中防止單結晶具有差排。其解決手段為提供一種矽單結晶的製造方法，其具備：在拉引爐內生成包含主摻質的矽熔融液的熔融步驟，以及一邊將Ar氣供給至拉引爐內、一邊從矽熔融液拉引矽單結晶的結晶拉引步驟。結晶拉引步驟包含將副摻質投予矽熔融液至少1次的追加摻雜步驟，且追加摻雜步驟將通過設置於矽熔融液上方以包圍從矽熔融液拉引之矽單結晶之熱遮蔽物的下端與矽熔融液的液面之間的間隙之Ar氣的流速F ₂控制至0.75~1.1 m/s。

Description

矽單結晶的製造方法

本發明是關於透過柴可斯基法（Czochralski method；CZ法）之矽單結晶的製造方法，特別是關於在結晶拉引（crystal pulling）步驟途中追加供給摻質（dopant）的方法。

成為半導體裝置之基板材料的矽單結晶大多是透過CZ法所製造。CZ法係透過將晶種浸漬至容置於石英坩堝内的矽熔融液，並一邊使晶種及石英坩堝旋轉、一邊慢慢地將晶種拉引，從而使大直徑的單結晶成長於晶種的下方。依據CZ法，能在高良率下製造高品質的矽單結晶。

在矽單結晶的育成中，會使用為了調整單結晶的電性電阻率（以下單稱為「電阻率」）的各種摻雜劑（摻質）。代表的摻質，有硼（B）、磷（P）、砷（As）、銻（Sb）等。通常這些摻質與多晶矽原料一同投入石英坩堝内，並透過加熱器加熱而與多晶矽一同熔解。據此，可生成包含所定量之摻質的矽熔融液。

然而，矽單結晶中的摻質濃度會因偏析而在拉引軸方向上變化，從而難以在拉引軸方向上得到均一的電阻率。為了解決這個問題，在矽單結晶的拉引途中供給摻質的方法係有效的。例如，透過在n型矽單結晶的拉引途中將P型摻質添加至矽熔融液，能夠過n型摻質之偏析的影響而抑制矽單結晶之電阻率的下降。拉引途中將摻質投入的步驟稱為追加摻雜步驟，這樣追加供給與主摻質（primary dopant）相反導電型之副摻質（secondary dopant）的方法，特別稱為逆摻雜（conter dope）。

關於逆摻雜技術，例如專利文獻1記載了使與初期投入之類型（例如：n型）相反類型（例如：P型）的摻質之投入速度滿足所定關係式來添加摻質的方法。此外，專利文獻2記載了透過將包含副摻質之棒狀矽結晶插入原料融液，從而抑制在育成之矽單結晶的軸方向之電阻率的方法。 [先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開平3-247585號公報 [專利文獻2] 日本特開2016-216306號公報

[發明所欲解決的問題]

然而，在將粒狀的摻質投入至石英坩堝内的矽熔融液之逆摻雜中，固體的摻質在完全熔化於熔液前會透過矽熔融液與單結晶的固液界面進入單結晶，從而有使矽單結晶具有差排（dislocation）的問題。這樣的問題不限於投予與主摻質相反導電型之副摻質的情形，故在追加供給與主摻質相同導電型之副摻質的情形下也會發生。

因此，本發明之目的係提供一種矽單結晶的製造方法，所述方法能在結晶拉引途中之投予固體的副摻質之追加摻雜步驟防止單結晶具有差排。 [用以解決問題的手段]

為了解決上述問題，依據本發明之矽單結晶的製造方法，其特徵在於，在拉引爐（pulling furnace）內生成包含主摻質的矽熔融液的熔融步驟，以及一邊將Ar氣供給至前述拉引爐內、一邊從前述矽熔融液拉引矽單結晶的結晶拉引步驟，前述結晶拉引步驟包含將副摻質投予前述矽熔融液至少1次的追加摻雜步驟，前述追加摻雜步驟，將通過設置於前述矽熔融液上方以包圍從前述矽熔融液拉引之前述矽單結晶之熱遮蔽物的下端與前述矽熔融液的液面之間的間隙（gap）之Ar氣的流速調節至0.75~1.1 m/s。

依據本發明，能防止投予矽熔融液之副摻質在未熔融的狀態下到達固液界面並進入矽單結晶中導致矽單結晶具有差排。

在本發明中，前述結晶拉引步驟較佳為將前述間隙的寬度控制至50~90 mm。如此一來，在熱遮蔽物與熔液面之間的間隙的寬度更寬的情形下，投予至矽熔融液之副摻質會容易進入矽單結晶中，從而容易發生矽單結晶具有差排。然而，在本發明中，由於將通過間隙並流於熔液面附近的Ar氣的流速調節至0.75~1.1 m/S，從而能防止矽單結晶具有差排。

在本發明中，前述追加摻雜步驟較佳為透過控制供給至前述拉引爐内之Ar氣的流量及前述拉引爐的爐內壓中的至少一者，從而調節前述Ar氣的流速。透過這樣的控制，能將流於矽熔融液之表面附近的Ar氣的流速調節至0.75～1.1 m/S。

在本發明中，前述追加摻雜步驟較佳為將前述拉引爐的爐內壓控制至10～30 Torr。若爐內壓為較30 Torr更高的話，矽熔融液之表面附近的Ar氣的流速會降低，從而容易發生矽單結晶具有差排。然而，依據本發明，由於爐內壓被控制至10～30 Torr，能防止矽熔融液之表面附近的Ar氣的流速降低。因此，能減低投予至矽熔融液之摻質在未熔融的狀態下進入固液界面的機率。

在本發明中，前述結晶拉引步驟較佳為使前述追加摻雜步驟結束後之前述Ar氣的流速回復至前述追加摻雜步驟開始前之Ar氣的流速。據此，能在適合結晶拉引之Ar氣供給條件下繼續結晶拉引，從而能一邊防止追加摻雜時之單結晶具有差排、一邊維持所期望的結晶品質。 [發明功效]

依據本發明，能提供一種矽單結晶的製造方法，其能在結晶拉引途中投予固體的副摻質之追加摻雜步驟中防止單結晶具有差排。

[用以實施發明的形態]

以下將一邊參照所附圖式、一邊詳細地說明本發明較佳的實施型態。

圖1是顯示依據本發明之實施形態之單結晶製造裝置的構成的簡略剖面圖。

如圖1所示，單結晶製造裝置1具備：構成矽單結晶2之拉引爐的腔室10；設置於腔室10内的石英坩堝12；支撐石英坩堝12之石墨製的基座（susceptor）13；能升降及旋轉地支撐基座13的軸（shaft）14；配置於基座13之周圍的加熱器15；配置於石英坩堝12之上方的熱遮蔽物16；在石英坩堝12之上方且配置於軸14之同軸線上的單結晶拉引線17；配置於腔室10之上方的捲線機構18；將摻質原料5供給至石英坩堝12内的摻質供給裝置20；以及控制各部分的控制部30。

腔室10係由主腔室10a、覆蓋主腔室10a之上部開口的摻雜腔室10b、及連結摻雜腔室10b之上部開口之細長圓筒狀的拉引腔室10c所構成，且主腔室10a内設有石英坩堝12、基座13、加熱器15、及熱遮蔽物16。基座13固定於貫通腔室10之底部中央且設置於鉛直方向之軸14的上端部，軸14透過軸驅動機構19驅動其之升降及旋轉。

加熱器15係為了將充填於石英坩堝12内之多晶矽原料熔解以生成矽熔融液3來使用。加熱器15為碳製之電阻加熱式加熱器，且設為包圍基座13内之石英坩堝12。加熱器15的外側設有斷熱材11。斷熱材11沿著主腔室10a之内壁面而配置，因此提高了主腔室10a内之保溫性。

熱遮蔽物16係設置成：防止因加熱器15及石英坩堝12之輻射熱而加熱矽單結晶2的同時，亦可抑制矽熔融液3之溫度變動。熱遮蔽物16係設置成：直徑從上方往下方縮小之約略圓筒狀的部件，且其在覆蓋矽熔融液3之上方的同時會包圍育成中的矽單結晶2。作為熱遮蔽物16的材料，較佳為使用石墨。在熱遮蔽物16之中央設有較矽單結晶2之直徑大的開口部，以確保矽單結晶2之拉引的路徑。如圖所示，矽單結晶2通過開口部而拉引至上方。由於熱遮蔽物16之開口的直徑較石英坩堝12之口徑小且熱遮蔽物16之下端部位於石英坩堝12的内側，故即使將石英坩堝12的堝緣（rim）上端上升至較熱遮蔽物16之下端更上方處，熱遮蔽物16也不會被石英坩堝12干擾。

雖然在矽單結晶2之成長的同時石英坩堝12内之熔液量會減少，但透過使從熔液面至熱遮蔽物16之下端的距離（間隙值，或稱為間隙的寬度）為一定以控制石英坩堝12之上升，能在抑制矽熔融液3之溫度變動的同時，使流於熔液面附近（沖洗氣（purge gas）誘導路徑）之Ar氣的流速為一定以控制摻質從矽熔融液3的蒸發量。因此，能提升單結晶之拉引軸方向的結晶缺陷分布、氧濃度分布、電阻率分布等的安定性。

在石英坩堝12的上方，設有為矽單結晶2之拉引軸的線17，以及捲起線17的捲線機構18。捲線機構18具有與線17共同旋轉矽單結晶2的機能。捲線機構18配置於拉引腔室10c的上方，線17從捲線機構18通過拉引腔室10c内往下方延伸至線17之前端部到達主腔室10a的内部空間。圖1顯示了育成途中之矽單結晶2吊設於線17的狀態。單結晶之拉引時，會將晶種浸漬至矽熔融液3，並透過使晶種及石英坩堝12各自旋轉以慢慢地將線17拉引來成長單結晶。

在拉引腔室10c的上部設有用於將Ar氣（沖洗氣）導入至腔室10内的氣體吸氣口10d，且主腔室10a的底部設有用於將腔室10内的Ar氣排氣的氣體排氣口10e。在此，所謂Ar氣係指氣體的主成分（超過50 vol.%）為氬的意思，故其包含氫、氮等也無妨。

Ar氣供給源31藉由質量流控制器（mass flow controller）32連接至氣體吸氣口10d，使來自Ar氣供給源31的Ar氣從氣體吸氣口10d導入至腔室10内，且其導入量可透過質量流控制器32來控制。此外，由於密閉之腔室10内的Ar氣係從氣體排氣口10e往腔室10的外部排氣，故能回收腔室10内的SiO氣體、CO氣體等以保持腔室10内的清淨。從氣體吸氣口10d往氣體排氣口10e的Ar氣，會通過熱遮蔽物16的開口並沿著熔液面而從拉引爐的中心部前往外側，再進一步下降而到達氣體排氣口10e。

氣體排氣口10e藉由配管而連接真空幫浦33，透過以真空幫浦33一邊吸引腔室10内的Ar氣、一邊以閥34控制其流量，從而使腔室10内保持在一定的減壓狀態。透過壓力計測定腔室10内的氣壓，並從氣體排氣口10e的Ar氣的排氣量來使腔室10内的氣壓控制為一定。

摻質供給裝置20具備：從腔室10的外側引入其内的摻質供給管21；設置於腔室10的外側，連接摻質供給管21的上端的摻質漏斗（dopant hopper）22；以及使貫通摻質供給管21之摻雜腔室10b的開口部10f為密閉的密封蓋23。

摻質供給管21的配管，係從摻質漏斗22的設置位置通過摻雜腔室10b的開口部10f再到達石英坩堝12内之矽熔融液3的正上方。在矽單結晶2的拉引途中，會從摻質供給裝置20追加供給摻質原料5至石英坩堝12内的矽熔融液3。從摻質漏斗22排出的摻質原料5，會通過摻質供給管21而供給至矽熔融液3。

從摻質供給裝置20供給之摻質原料5，係包含副摻質的粒狀矽。這樣的摻質原料5，可例如透過CZ法育成高濃度地包含副摻質的矽結晶後，再使其細碎化來製作。但是，用於逆摻雜之摻質原料5並不限定為包含副摻質的矽，其可為摻質單體，亦可為包含摻質原子的化合物。此外，摻質原料5的形狀並不限定為粒狀，其亦可為板狀、棒狀等。

圖2是為了說明依據本發明之實施形態之矽單結晶的製造方法的流程圖。

如圖2所示，在矽單結晶2的製造中，首先會將多晶矽原料與主摻質共同填充至石英坩堝12内（原料填充步驟S11）。在拉引n型矽單結晶的情形下，主摻質可例如為磷（P）、砷（As）或銻（Sb）；在拉引P型矽單結晶的情形下，主摻質可例如為硼（B）、鋁（Al）、鎵（Ga）或銦（In）。接著，以加熱器15加熱並熔融石英坩堝12内的多晶矽，從而生成包含主摻質的矽熔融液3（熔融步驟S12）。

接著，降下附加於線17之前端部的晶種以觸液至矽熔融液3（步驟S13）。其後，實施一邊維持與矽熔融液3的接觸狀態、一邊慢慢地將晶種拉引以成長單結晶的結晶拉引步驟（步驟S14～S17）。

在結晶拉引步驟中，為了要無差排而依序實施：形成結晶直徑限定在細的範圍的頸部之晶頸化步驟（necking process）S14、形成結晶直徑慢慢地變大的肩部之肩部育成步驟S15、形成結晶直徑維持在規定的直徑（例如為約300 mm）之直筒部的直筒部育成步驟S16、以及形成結晶直徑慢慢地變小之尾部的尾部育成步驟S17，最終將單結晶從熔液面切離。透過上述，可完成矽單結晶錠（ingot）。

直筒部育成步驟S16，較佳為具有將與包含於矽單結晶2之主摻質相反導電型的副摻質投入至矽熔融液3中至少1次的逆摻雜步驟（追加摻雜步驟）。因此，能抑制矽單結晶2的直筒部的結晶長邊方向之電阻率的變化。

在300 mm晶圓用矽單結晶的CZ拉引中，為了實現晶圓面内所期望的結晶缺陷分布（無缺陷結晶），較佳為將熱遮蔽物16的下端與矽熔融液3的液面之間的間隙的寬度（間隙值）控制至50～90 mm。如此在將間隙值設定為較大的情形下，與相同Ar氣流量在間隙值小的情形相比，從拉引爐之中心軸側沿著熔液面流往外側之Ar氣的流速會容易變慢。在這樣的條件下實施追加摻雜的情形下，會提高矽單結晶具有差排的機率。然而，在如本實施形態般將逆摻雜步驟中的爐內條件變更的情形下，能降低矽單結晶具有差排的機率。

圖3是為了說明包含逆摻雜步驟（追加摻雜步驟）之直筒部育成步驟S16的流程圖。

如圖3所示，直筒部育成步驟S16開始時，將沿著熔液面流動之Ar氣的流速（Ar流速）設定為適合矽單結晶之育成的值（步驟S21）。直筒部育成步驟S16所必要之Ar流速F ₁（第1流速），例如可設定為0.3～0.5 m/S。

由於矽單結晶中的摻質濃度會隨著結晶拉引的進行而上升，故恐落於所期望電阻率範圍外。因此，在直筒部育成步驟中，若到達需要逆摻雜的時機就會開始逆摻雜（步驟S22、S23～S25）。

在逆摻雜中，將包含副摻質的摻質原料5投予至矽熔融液3（步驟S24）。在拉引n型矽單結晶的情形下，副摻質可例如為硼（B）、鋁（Al）、鎵（Ga）或銦（In）；在拉引P型矽單結晶的情形下，副摻質可例如為磷（P）、砷（As）或銻（Sb）。

摻質投予期間中，將Ar流速分別變更至適合逆摻雜的值。將摻質投予期間（第2期間）中的Ar流速F ₂（第2流速），設定為較結晶拉引期間（第1期間）中的Ar流速F ₁（第1流速）更大的值（F ₂＞F ₁）。再者，所謂摻質投予期間，在狹義上係指將摻質原料5實際投予的期間，但在廣義上係指投予至矽熔融液中的摻質在完全熔化而不會產生具有差排之問題前所必要的期間。

摻質投予期間中的Ar流速F ₂，較佳為0.75～1.1 m/S。若Ar流速較0.75 m/S更小的話，投予之摻質會乘著融液的對流而流往矽單結晶側，因此成為單結晶具有差排的原因。另一方面，Ar流速較1.1 m/S更大的話，會因發生亂流等而無法穩定摻質的下落位置，從而導致在矽單結晶附近落下而成為單結晶具有差排的原因。若Ar流速F ₂為0.75 m/S以上、1.1 m/S以下，能防止未熔融的副摻質進入單結晶而導致矽單結晶具有差排。

Ar流速的控制，能透過調整供給至拉引爐内之Ar氣的流量及拉引爐之爐內壓中的至少一者來進行。Ar氣的流量增加的話Ar流速會增加，Ar流量減少的話Ar流速也會減少。爐內壓增加的話Ar流速會減少，爐內壓減少的話Ar流速會增加。由於Ar流速也可透過改變間隙值來變化，也能將間隙值作為Ar流速的操縱因子。間隙值變大的話Ar流速會減少，間隙值變小的話Ar流速則會增加。

圖4是為了說明Ar流速之計算方法的圖式。

流於矽熔融液3之熔液面3S附近的Ar氣的流速，能透過計算通過熱遮蔽物16的下端與熔液面3S之間的間隙4之Ar氣的平均流速來求得。當Ar流速為V _Ar（m/S）、拉引爐内之Ar流量為Q _Ar（mm ³/S）、熱遮蔽物16與熔液面3S之間的間隙4的截面積為S（mm ²）時，求得V _Ar的算式如下。 V _Ar＝Q _Ar×10 ^{- 3}/S

在此，拉引爐内之Ar流量Q _Ar，可透過下式而從流入至拉引爐前之Ar流量Q _Ar’（mm ³/S）與爐內壓P（Torr）來求得。 Q _Ar＝Q _Ar’×760/P

此外，熱遮蔽物16與熔液面3S之間的截面積S，可透過下式而從熱遮蔽物16之開口徑d ₁（mm）與從熱遮蔽物16至融液表面3S之距離（間隙值）d ₂（mm）來求得。 S＝d ₁×π×d ₂

流入至拉引爐前的Ar流量Q _Ar’，係在室溫且大氣壓下換算的流量，且可透過質量流控制器32來控制。此外，在Ar氣中混合其他的氣體的情形下，Ar流量Q _Ar’為Ar氣與其他的氣體之前述換算流量的合計流量。作為其他的氣體的範例，可舉出：氮氣、氫氣等。如上所述，流於熔液面附近之Ar氣的流速，能透過計算拉引爐内之Ar流量、爐內壓及爐内構造物的尺寸來求得。

由於圖4之熱遮蔽物16之下端面為水平面，在從熱遮蔽物16之下端部的内周端至外周端的範圍內的任何位置的間隙值d ₂皆相同。然而，在熱遮蔽物16之下端面非水平面的情形下，由於間隙值d ₂會因在熱遮蔽物16之徑向上的位置而變化，所算出之Ar流速的值也會改變。在此，在熱遮蔽物16之下端部的内徑位置為最下端、下端面為往外徑方向上升的傾斜面的情形下，在這個内徑位置評價Ar流速即可，只要這個Ar流速滿足0.75～1.1 m/S的話就足夠了。此外，在熱遮蔽物16之下端面為往外徑方向下降的傾斜面的情形下，可在從熱遮蔽物16之下端部的内徑位置至外徑側之最下端位置之範圍内的任一位置評價Ar流速。此時，如上述般計算並求出Ar流速V _Ar，但也可將上述之熱遮蔽物16的開口徑d ₁（mm），置換為從熱遮蔽物16之中心軸至評價Ar流速之位置的徑向距離之2倍的值來計算。不論何者，求得Ar流速V _Ar的位置較摻質投予之位置更位於熱遮蔽物16之徑向的内側（結晶側）是必要的。

如圖3所示，結束逆摻雜的話，會回到逆摻雜步驟前之結晶拉引期間（第1期間）中的Ar流速F ₁，並繼續進行直筒部的育成（步驟S25、S26）。

逆摻雜步驟可因應所欲之結晶長度來重複進行（步驟S27、S22、S23～S25）。逆摻雜結束後也可繼續直筒部的育成，若變為有再度逆摻雜之必要的時機，則開始逆摻雜。逆摻雜的重複次數可預先決定，並在規定次數之逆摻雜結束前重複進行。逆摻雜中每次皆可將Ar流速變更為適合逆摻雜的值（F ₂）。這樣的話，透過一邊進行規定次數的逆摻雜、一邊將所期望之長度的矽單結晶拉引，能提高電阻率在拉引軸方向之變化小的矽單結晶的良率。

圖5是顯示摻質投予期間與Ar流速之關係之範例的圖式。

如圖5所示，在摻質投予期間中使Ar流速增加。例如，將未投予摻質之拉引期間（第1期間）之Ar流速設定為0.3～0.5 m/S，並將摻質投予期間（第2期間）中之Ar流速設定為0.75～1.1 m/S。

摻質投予期間中的爐內壓較佳為10～30 Torr。若摻質投予期間中的爐內壓超過30 Torr的話，矽單結晶具有差排的機率會提高。其原因被認為係矽熔融液之表面附近之Ar流速有流速分布，而在極度接近矽熔融液之區域的Ar流速較低。逆摻雜步驟以外之拉引期間（第1期間）之爐內壓可與摻質投予期間之爐內壓相同，亦可與摻質投予期間之爐內壓相異。因此，逆摻雜步驟以外之拉引期間（第1期間）之爐內壓，也能例如設定為35～45 Torr。

透過提高從腔室10之中心側沿著熔液面流往外側之Ar氣的流速，能抑制飄浮在熔液面附近之未熔融的摻質接近矽單結晶2與矽熔融液3之固液界面。因此，能防止摻質進入矽單結晶2與矽熔融液3之固液界面而導致之單結晶具有差排。

圖6是顯示實施2次逆摻雜時矽單結晶中的電阻率之變化的圖表，其各自顯示了結晶長（直筒部的全長為1時的相對值）之橫軸與電阻率（相對值）之縱軸。

如圖6所示，在單獨摻雜磷作為主摻質之矽單結晶的情形下，由於矽單結晶的電阻率在拉引開始時最高且只有隨著拉引之進行而慢慢地降低，故當結晶長為超過約0.44時，其電阻率就會變成在規格外。

然而，透過在結晶長為約0.44的位置實施第1次的逆摻雜，以及在結晶長為0.63的位置實施第2次的逆摻雜，能將電阻率納於規格内之單結晶的長度盡可能地變長。

如以上説明，本實施形態之矽單結晶的製造方法，在矽單結晶之拉引步驟中，包含將與矽單結晶之主摻質相反導電型之副摻質投予至矽熔融液的步驟，並由於副摻質投予期間中的Ar流速較副摻質非投予期間中更大，從而能防止單結晶具有差排。

以上雖然係針對本發明較佳的實施形態為說明，但本發明並不限定於上述之實施形態，故在不逸脫本發明之主旨的範圍內能進行各種變更，該些變更亦當然包含於本發明的範囲内。

例如，在上述實施形態中，雖然係針對矽單結晶的拉引步驟中追加與矽單結晶之主摻質相反導電型之副摻質的逆摻雜為說明，但本發明並不限定逆摻雜，故也能適用於追加與主摻質相同導電型之副摻質的追加摻雜步驟。此外，在上述實施形態中，拉引矽單結晶時係以無施加磁場至矽熔融液之CZ拉引法作為所舉之範例，但本發明也能適用於一邊施加磁場至矽熔融液、一邊拉引矽單結晶之所謂磁場柴可斯基法（magnetic field Czochralski method；MCZ法）。

此外，在上述實施形態中，副摻質投予期間中的Ar流速F ₂較副摻質投予前之Ar流速F ₁高而為0.75～1.1 m/S。然而，本發明可變化摻質投予前之Ar流速F ₁且使摻質投予期間中之Ar流速F ₂為0.75～1.1 m/S的範圍內，故摻質投予期間中的Ar流速F ₂亦可較摻質投予前之Ar流速F ₁更低。 [實施例]

在Φ300 mm晶圓用矽單結晶之CZ拉引步驟中，評價了逆摻雜時之Ar流速對矽單結晶之拉引結果造成的影響。在評價試驗中，在以磷（P）作為主摻質之n型矽單結晶之直筒部育成步驟的途中進行了2次的逆摻雜。逆摻雜步驟以外之矽單結晶的拉引步驟中，Ar流速維持在0.3～0.5 m/S。此外，逆摻雜步驟之逆摻雜時，如表1般將Ar流速變化為與逆摻雜步驟前之Ar流速相異的值（或相同值），維持此Ar流速變更之狀態15分後，回復變更前之Ar流速（參照圖5）。Ar流速的變更（增加及減少）需要20分鐘。副摻質的投予，係在使Ar流速變化而維持一定之15分的期間中進行。

此外，在評價試驗中，亦針對相對於相同Ar流速適用相異間隙值的情形下為評價。間隙值為40 mm、50 mm、60 mm、70 mm、80 mm、90 mm、100 mm之7個值。將Ar流速之評價試驗的結果表示於表1。

[表1]

如表1所明示的，Ar流速為0.20 m/S～0.70 m/S時，因逆摻雜時之副摻質的影響而發生了矽單結晶具有差排。Ar流速為較高之1.15 m/S～4.0 m/S時，也因逆摻雜時之副摻質的影響而發生了矽單結晶具有差排。然而，Ar流速為0.75 m/S～1.10 m/S時，沒有發生矽單結晶具有差排。以上使間隙值在40～100 mm的範圍內變化的情形下亦相同。

接者，針對這樣得到的矽單結晶，調查有無晶體源顆粒（COP, Crystal Originated Particle）、氧化疊差（Oxidation-induced Stacking Fault, OSF）等紅外線散射帶缺陷、格隙型大差排（interstitial-type Large Dislocation, LD）等稱為差排團（dislocation cluster）之缺陷，並將其結果表示於表2。

[表2]

如表2所明示的，雖然一邊將間隙值控制至50～90 mm、一邊拉引之矽單結晶為無缺陷結晶，但是一邊將間隙值控制至40 mm及100 mm、一邊拉引之矽單結晶卻可檢驗出缺陷而非無缺陷結晶。

1:單結晶製造裝置 2:矽單結晶 3:矽熔融液 3S:熔液面 4:間隙 5:摻質（副摻質） 10:腔室 10a:主腔室 10b:摻雜腔室 10c:拉引腔室 10d:氣體吸氣口 10e:氣體排氣口 10f:開口部 11:斷熱材 12:石英坩堝 13:基座 14:軸 15:加熱器 16:熱遮蔽物 17:線 18:捲線機構 19:軸驅動機構 20:摻質供給裝置 21:摻質供給管 22:摻質漏斗 23:密封蓋 30:控制部 31:Ar氣供給源 32:質量流控制器 33:真空幫浦 34:閥 S11:原料填充步驟 S12:熔融步驟 S13:觸液步驟 S14:晶頸化步驟 S15:肩部育成步驟 S16:直筒部育成步驟 S17:尾部育成步驟 S21,S22,S23,S24,S25,S26,S27,S28:步驟

圖1是顯示依據本發明之實施形態之單結晶製造裝置的構成的簡略剖面圖。 圖2是為了說明依據本發明之實施形態之矽單結晶的製造方法的流程圖。 圖3是為了說明包含逆摻雜步驟（追加摻雜步驟）之直筒部育成步驟的流程圖。 圖4是為了說明Ar流速之計算方法的圖式。 圖5是顯示摻質投予期間與Ar流速之關係之範例的圖式。 圖6是顯示實施2次逆摻雜時矽單結晶中的電阻率之變化的圖表。

S21,S22,S23,S24,S25,S26,S27,S28:步驟

Claims (5)

1. 一種矽單結晶的製造方法，其特徵在於，具備：在拉引爐(pulling furnace)內生成包含主摻質(primary dopant)的矽熔融液的熔融步驟，以及一邊將Ar氣供給至前述拉引爐內、一邊從前述矽熔融液拉引矽單結晶的結晶拉引步驟，前述結晶拉引步驟包含將副摻質(secondary dopant)投予前述矽熔融液至少1次的追加摻雜步驟，前述追加摻雜步驟，將通過設置於前述矽熔融液上方以包圍從前述矽熔融液拉引之前述矽單結晶之熱遮蔽物的下端與前述矽熔融液的液面之間的間隙(gap)之Ar氣的流速調節至0.75~1.1m/s，前述追加摻雜步驟開始前及前述追加摻雜步驟結束後之前述結晶拉引步驟中的前述Ar氣的流速，較前述追加摻雜步驟中之前述Ar氣的流速低。
2. 如請求項1記載之矽單結晶的製造方法，其中前述結晶拉引步驟將前述間隙的寬度控制至50~90mm。
3. 如請求項1或2記載之矽單結晶的製造方法，其中前述追加摻雜步驟透過控制供給至前述拉引爐之Ar氣的流量及前述拉引爐的爐內壓中之至少一者以調節前述Ar氣的流速。
4. 如請求項1或2記載之矽單結晶的製造方法，其中前述追加摻雜步驟將前述拉引爐的爐內壓控制至10~30Torr。
5. 如請求項1或2記載之矽單結晶的製造方法，其中前述結晶拉引步驟，在前述追加摻雜步驟結束後之前述Ar氣的流速會回復至前述追加摻雜步驟開始前之Ar氣的流速。