单晶硅的氧浓度推定方法、单晶硅的制造方法及单晶硅制造装置与流程

1.本发明涉及一种通过柴可斯基(czochralski)法(cz法)制造的单晶硅的氧浓度推定方法。并且，本发明涉及一种使用这样的氧浓度推定方法的单晶硅的制造方法及单晶硅制造装置，尤其涉及一种在对熔液施加磁场的同时提拉单晶体的mcz法(magnetic field applied czochralski method)。


背景技术：

2.作为利用cz法的单晶硅的制造方法已知有mcz法。mcz法是通过在对石英坩锅内的硅熔体施加磁场的同时提拉单晶体以抑制熔液对流的方法。通过抑制熔液对流，能够抑制石英坩埚与熔液的反应，能够抑制溶入硅熔体中的氧的量以将单晶硅的氧浓度抑制得较低。
3.作为磁场的施加方法已知有几种方法，其中施加水平磁场的hmcz法(horizontal mcz method)的实用化正在进展。在hmcz法中，由于施加与石英坩锅的侧壁正交的磁场，因此有效抑制坩埚的侧壁附近的熔液对流，从而来自坩埚的氧溶出量减少。另一方面，由于在熔液表面的对流抑制效果较小且不抑制氧(硅氧化物)从熔液表面蒸发，因此能够降低熔液中的氧浓度。因此，能够培育低氧浓度的单晶体。
4.关于hmcz法，例如在专利文献1中记载有：在单晶硅的颈缩(neck)工序及肩部形成工序中的至少一个中，测量在成为热区(hot zone)形状的非面对称构造的位置处的硅熔体的表面温度，并根据该表面温度推定单晶硅中的氧浓度的方法。
5.并且，在专利文献2中记载有：在热遮蔽体的下端与硅熔体的表面之间流动的惰性气体形成相对于包含晶体提拉轴以及水平磁场施加方向的平面是非对称且相对于晶体提拉轴非旋转对称的流动分布，在无磁场下维持非面对称且非旋转对称的惰性气体的流动分布，直到石英坩埚内的硅原料全部熔融。现有技术文献专利文献
6.专利文献1：日本专利特开2019-151499号公报专利文献2：日本专利特开2019-151503号公报


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
7.近年来，在利用施加水平磁场的柴可斯基法进行的单晶硅的提拉中，即使使用同一提拉装置并在同一提拉条件下提拉单晶硅，提拉的单晶硅的品质也不会相同，尤其是已知单晶硅中的氧浓度会两极化。
8.尽管记载于专利文献1及2的技术解决了这样的问题，但期望也可以通过其他方法
解决。
9.因此，本发明的目的在于提供一种能够防止单晶硅的氧浓度的两极化来制造相同品质的单晶硅的单晶硅的氧浓度推定方法、单晶硅的制造方法及单晶硅制造装置。用于解决技术问题的方案
10.为了解决上述技术问题，根据本发明的单晶硅的氧浓度推定方法，其特征在于，在对石英坩埚内的硅熔体施加横磁场的同时提拉单晶硅时，测量所述硅熔体的熔液面高度，并根据所述熔液面高度的微小变动推定所述单晶硅的氧浓度。
11.根据本发明，能够推定单晶硅的氧浓度是相对高的值还是相对低的值，即能够推定单晶硅的氧浓度的两极化方向。因此，通过基于该氧浓度的推定结果控制晶体培育条件，能够抑制在晶体生长方向上的单晶硅的氧浓度的变动。
12.根据本发明的单晶硅的氧浓度推定方法中，优选以50秒以下的抽样(sampling)周期周期性地测量所述熔液面高度，抽样周期更优选为10秒以下。由此，能够捕捉硅熔体的对流模式差异导致的熔液面的微小变动，能够根据熔液面的微小变动推定氧浓度的两极化方向。抽样周期越小越能够捕捉熔液面的微小变动，但由于数据量会变得庞大，抽样周期优选为1秒以上。
13.在本发明中，所述熔液面高度的测量值的解析力优选为0.1mm以下。由此，能够正确地捕捉硅熔体的对流模式差异导致的熔液面的微小变动，能够根据熔液面的微小变动推定氧浓度的两极化方向。硅熔体的对流模式差异导致的熔液面的微小变动以50秒以下的短周期上下变动，其变动量小且标准偏差的值为1mm以下。并且，通过确定熔液面上的测量范围并测量熔液面高度位置，能够把握熔液面的微小变动。换句话说，微小变动是指：在以50秒以下的抽样周期测量熔液面高度时，熔液面高度的标准偏差为1mm以下的上下变动。
14.根据本发明的单晶硅的氧浓度推定方法中，优选根据过去的单晶硅的提拉实绩数据确定熔液面高度的微小变动与氧浓度的两极化方向的相关关系，并根据所述相关关系推定所述单晶硅的氧浓度。由此，能够提高单晶硅的氧浓度的两极化方向的推定精度。
15.根据本发明的单晶硅的氧浓度推定方法中，优选根据过去的单晶硅的提拉实绩数据确定可以观察到氧浓度的两极化的晶体部分，并将培育该晶体部分的期间设定成所述熔液面高度的抽样期间。由此，能够提高单晶硅的氧浓度的两极化方向的推定精度。
16.根据本发明的单晶硅的氧浓度推定方法中，优选根据在从所述单晶硅主体(body)部的上端到下方的一定范围内测量的所述熔液面高度的微小变动推定所述单晶硅的氧浓度。由此，能够在早期推测氧浓度的两极化方向而抑制单晶硅的氧浓度的变动，从而使单晶体的晶体轴方向的氧浓度分布均匀。
17.在掌握所述熔液面的微小变动时，优选以配置于所述硅熔体上方的热遮蔽体的下端为基准，测量所述熔液面高度位置。也就是，优选通过测量配置于所述硅熔体上方的热遮蔽体与所述熔液面之间的间隙(以下，有时表示为gap)，掌握所述熔液面高度的微小变动。能够根据所测量的间隙的值的变动正确地测量熔液面的微小变动。因此，能够提高单晶硅的氧浓度的推定精度。
18.并且，根据本发明的单晶硅的制造方法，包含在对石英坩埚内的硅熔体施加横磁场的同时提拉单晶硅的单晶硅的制造工序，所述单晶硅的制造工序的特征在于，通过上述
根据本发明的单晶硅的氧浓度推定方法来推定所述单晶硅的氧浓度，并调整晶体培育条件，以使所述单晶硅的氧浓度的推定值接近目标值。
19.进一步地，根据本发明的单晶硅制造装置具备：晶体提拉炉；石英坩埚，在所述晶体提拉炉内支撑硅熔体；坩埚旋转机构，旋转及升降驱动所述石英坩埚；磁场产生装置，对所述硅熔体施加横磁场；晶体提拉机构，从所述硅熔体提拉单晶硅；熔液面测量单元，周期性地测量所述硅熔体的熔液面高度；及控制部，控制晶体培育条件，所述控制部根据所述熔液面高度的微小变动的行为推定所述单晶硅的氧浓度，并调整所述晶体培育条件，以使所述单晶硅的氧浓度的推定值接近目标值。
20.根据本发明，能够根据熔液面的微小变动推定单晶硅的氧浓度是相对高的值还是相对低的值。因此，通过基于该氧浓度的推定结果控制晶体培育条件，能够抑制在晶体生长方向上的单晶硅的氧浓度的变动。
21.所述晶体培育条件优选为所述石英坩锅的旋转速度、供给到晶体提拉炉内的惰性气体的流量、以及所述晶体提拉炉内的压力中的至少一个。由此，能够抑制单晶硅的氧浓度的变动。发明效果
22.根据本发明，能够提供一种能够防止单晶硅的氧浓度的两极化来制造相同品质的单晶硅的单晶硅的氧浓度推定方法、单晶硅的制造方法及单晶硅制造装置。
附图说明
23.图1为表示根据本发明的实施方式的单晶硅制造装置的结构的概略侧面剖视图。图2为表示根据本发明的实施方式的单晶硅的制造工序的流程图。图3为表示单晶硅锭的形状的概略剖视图。图4为表示使用同一单晶硅制造装置并在同一条件下培育的多根单晶硅的氧浓度分布的图表。图5(a)及图5(b)为用于说明施加有水平磁场的坩埚内的硅熔体的对流的图，图5(a)表示右旋(顺时针旋转)的滚动流动，图5(b)表示左旋(逆时针旋转)的滚动流动。图6为表示单晶硅的氧浓度与间隙变动(gap变动)的关系的图表。图7(a)及图7(b)为表示间隙变动(gap变动)与氧浓度的关系的图表，图7(a)表示单晶硅的氧浓度变高的情况，图7(b)表示单晶硅的氧浓度变低的情况。图8为说明单晶硅的氧浓度推定方法的流程图。图9为将根据实施例1的单晶硅中的氧浓度分布与间隙变动一起表示的图表。图10为将根据实施例2的单晶硅中的氧浓度分布与间隙变动一起表示的图表。
具体实施方式
24.以下，一边参考附图，一边详细说明本发明的优选实施方式。
25.第1图为表示根据本发明的实施方式的单晶硅制造装置的结构的概略侧面剖视图。
26.如图1所示，单晶硅制造装置1具备：构成晶体提拉炉的腔室10、在腔室10内保持硅熔体2的石英坩埚11、保持石英坩埚11的石墨坩埚12、支撑石墨坩埚12的旋转轴13、旋转及
升降驱动旋转轴13的轴驱动机构14、配置于石墨坩埚12的周围的加热器15、沿着加热器15的外侧且腔室10的内表面配置的绝热材料16、配置于石英坩埚11上方的热遮蔽体17、石英坩埚11上方的与旋转轴13同轴配置的提拉线18、和配置于腔室10上方的线卷取机构19。
27.腔室10由主腔室10a、连结到主腔室10a的上部开口的细长圆筒状的拉腔室(pull chamber)10b构成，石英坩埚11、石墨坩埚12、加热器15及热遮蔽体17设置于主腔体10a内。在拉腔室10b设有用于将ar气等惰性气体(弛放气(purge gas))、掺杂剂气体(dopant gas)等导入腔室10内的气体导入口10c，在主腔室10a的下部设有用于排出腔室10内的气氛气体的气体排出口10d。
28.石英坩埚11是具有圆筒状的侧壁部及弯曲的底部的石英玻璃制的容器。为了维持因为加热而软化的石英坩埚11的形状，石墨坩埚12以与石英坩埚11的外表面密合并包覆石英坩埚11的方式保持石英坩埚11。石英坩埚11及石墨坩埚12在腔室10内构成支撑硅熔体的双重构造的坩埚。
29.石墨坩埚12被恒定在旋转轴13的上端部，旋转轴13的下端部贯穿腔室10的底部而连接到设置于腔室10的外侧的轴驱动机构14。旋转轴13及轴驱动机构14构成坩埚旋转机构，旋转及升降驱动石英坩埚11及石墨坩埚12。
30.加热器15在熔化填充于石英坩埚11内的硅原料而生成硅熔体2的同时，用于维持硅熔体2的熔融状态。加热器15是碳制的电阻加热式加热器，设置成包围石墨坩埚12内的石英坩埚11。进一步地，在加热器15的外侧以包围加热器15的方式设置有绝热材料16，由此提高腔室10内的保温性。
31.设置热遮蔽体17是为了抑制硅熔体2的温度变动而在晶体生长界面附近形成适当的热区的同时，防止来自加热器15及石英坩埚11的辐射热导致的单晶硅3的加热。热遮蔽体17是覆盖单晶硅3的提拉路径以外的硅熔体2上方的区域的石墨制的构件，具有例如开口尺寸从下端往上端变大的逆圆锥台形状。
32.热遮蔽体17的下端的开口17a的直径比单晶硅3的直径更大，由此确保单晶硅3的提拉路径。由于热遮蔽体17的开口17a的直径比石英坩埚11的口径更小，且热遮蔽体17的下端部位于石英坩埚11的内侧，因此即使使石英坩埚11的边缘上端上升到比热遮蔽体17的下端更靠上方的位置，热遮蔽体17也不会与石英坩埚11发生干涉。
33.尽管石英坩埚11内的熔液量随着单晶硅3的生长而减少，但通过使石英坩埚11上升以使热遮蔽体17的下端与熔液面2s之间的间隙ga恒定，能够抑制硅熔体2的温度变动的同时，使在熔液面2s的附近流动的气体的流速恒定而控制从硅熔体2蒸发的掺杂剂的蒸发量。因此，能够使单晶硅3的提拉轴方向的晶体缺陷分布、氧浓度分布、电阻率分布等的稳定性提高。
34.在石英坩埚11的上方，设有单晶硅3的提拉轴即提拉线18及卷起提拉线18的线卷取机构19。线卷取机构19与提拉线18共同具有使单晶硅3旋转的功能。线卷取机构19配置于拉腔室10b的上方，提拉线18从线卷取机构19通过拉腔室10b内并往下方延伸，提拉线18的前端部到达主腔室10a的内部空间。图1表示培育途中的单晶硅3被吊设于提拉线18的状态。在提拉单晶硅3时，通过在分别使石英坩埚11与单晶硅3旋转的同时逐渐提拉提拉线18以使单晶硅3生长。如此一来，提拉线18及线卷取机构19构成从硅熔体2提拉单晶硅3的晶体提拉机构。
35.在主腔室10a的上部设有用于观察内部的观察窗10e，能够从观察窗10e观察单晶硅3的培育状况。在观察窗10e的外侧设置有照相机(camera)20。在单晶体提拉工序中，照相机20由斜上方拍摄从观察窗10e通过热遮蔽体17的开口17a可见的单晶硅3与硅熔体2的边界。由照相机20拍摄的摄影图像在图像处理部21进行处理，处理结果在控制部22中用于晶体培育条件的控制。
36.单晶硅制造装置1具备对石英坩埚11内的硅熔体2施加横磁场(水平磁场)的磁场产生装置30。磁场产生装置30具备隔着主腔室10a对向配置的一对电磁线圈31a、31b。电磁线圈31a、31b根据来自控制部22的指示运作，磁场强度被控制。磁场产生装置30产生的水平磁场的中心位置(磁场中心位置)是指连结对向配置的电磁铁圈31a、31b彼此的中心的水平方向的线(磁场中心线)的高度方向的位置。根据水平磁场方式，能够有效地抑制硅熔体2的对流。
37.在单晶硅3的提拉工序中，在使籽晶降低以使其浸渍于硅熔体2之后，在使籽晶及石英坩埚11分别旋转的同时，使籽晶缓慢上升，由此使大致圆柱状的单晶硅3在籽晶的下方生长。此时，通过控制单晶硅3的提拉速度、加热器15的功率等来控制单晶硅3的直径。并且，通过对硅熔体2施加水平磁场，抑制了与磁力线正交的方向上的熔液对流。
38.图2为表示根据本发明的实施方式的单晶硅的制造工序的流程图。并且，图3为表示单晶硅锭的形状的概略剖视图。
39.如图2所示，在根据本实施方式的单晶硅的制造中，具有：原料熔化工序s11，通过以加热器15加热石英坩埚11内的硅原料来使其熔化，生成硅熔体2；触液工序s12，使安装在提拉线18的前端部的籽晶降低并与硅熔体2接触；及晶体提拉工序s13，在维持与硅熔体2的接触状态的同时逐渐提拉籽晶以培育单晶体。
40.晶体提拉工序s13具有：颈缩工序s14，形成为了无位错化而晶体直径被挤压变细的颈部3a；肩部培育工序s15，形成晶体直径逐渐变大的肩部3b；主体部培育工序s16，形成晶体直径维持在规定的直径(例如320mm)的主体部3c；及尾部培育工序s17，形成晶体直径逐渐变小的尾部3d，在尾部培育工序s17结束时，从硅熔体2切离单晶硅3。如此一来，如图3所示，完成了具有颈部3a、肩部3b、主体部3c及尾部3d的单晶硅锭3i。
41.磁场施加工序s18与晶体提拉工序s13并行实施。磁场施加工序s18在从触液工序s12的开始时到主体部培育工序s16结束的期间，对石英坩埚11内的硅熔体2施加横磁场(水平磁场)。由此，能够抑制硅熔体2的对流而抑制氧从石英坩埚11溶入到硅熔体2。并且，能够抑制熔液面2s起伏而使晶体提拉工序稳定。
42.在晶体提拉工序s13中，可根据照相机20的摄影图像求出熔液面2s的高度位置及单晶硅3的直径，尤其是求出熔液面2s的高度位置来作为热遮蔽体17的下端与熔液面2s之间的间隙ga。晶体直径及间隙是根据配合晶体生长阶段所预定的轮廓来进行反馈控制。照相机20及图像处理部21构成周期性地测量硅熔体2的熔液面2s的高度的熔液面测量单元。
43.在主体部培育工序s16中，以非常短的抽样周期精密地测量间隙，并根据微小的间隙变动推定单晶硅的氧浓度。接着基于氧浓度的推定结果调整晶体培育条件。具体而言，如下调整晶体培育条件：在氧浓度的推定值变得比目标值高时使氧浓度变低，且在氧浓度的推定值变得比目标值低时使氧浓度变高。晶体培育条件是石英坩埚的旋转速度、ar气流量、
炉内压中的至少一个。
44.接着，对单晶硅中的氧浓度的推定方法进行详细说明。
45.图4为表示使用同一单晶硅装置并且在同一条件下培育的多根单晶硅的氧浓度分布的图表，横轴表示晶体长度(相对值)、纵轴表示氧浓度(
×
10
17
原子/cm3)。另外，晶体长度(相对值)表示在以主体部的开始位置为0％且以主体部的结束位置为100％时的单晶硅的生长方向上的相对位置。
46.如图4所示，单晶硅的晶体生长方向上的氧浓度分布在主体部的前半部分(在此是从主体部的上端(0％)到40％的范围)可以分为氧浓度高的情况与低的情况。尽管上述单晶硅3中的氧浓度两极化的根本原因并不清楚，但认为是石英坩埚11内的熔液对流mc的影响所致。即推测为，如图5(a)及图5(b)所示，根据石英坩埚11内的熔液对流mc从水平磁场hz的行进方向看是右旋(顺时针旋转)的滚动流动(参考图5(a))还是左旋(逆时针旋转)的滚动流动(参考图5(b))，分为氧浓度高的情况与低的情况。尚不清楚熔液对流mc右旋/左旋时的单晶硅3中的氧浓度为高/低中的哪一个。
47.重大的问题是，虽然使用同一单晶硅制造装置1并且在同一培育条件下培育单晶硅3，但熔液对流mc并不一定就是右旋或是左旋，而是根据对流模式的差异而发生氧浓度的两极化。由此，单晶硅3中的氧浓度无法在其整个长度上保持在规格内，单晶硅3的制造成品率恶化。
48.图6为表示单晶硅的氧浓度与微小的间隙变动的测量值的关系的图表，横轴表示微小的间隙变动(gap变动)，纵轴表示在两极化的区域中的单晶硅的氧浓度。尤其是，横轴表示主体部的晶体长度在0～100mm的范围内的间隙测量值的标准偏差σ(mm)，纵轴表示主体部的晶体长度在200～600mm的范围内的氧浓度的平均值(
×
10
17
原子/em3)。
49.如图6所示，单晶硅中的氧浓度两极化，氧浓度较低时微小的间隙变动σ较大，氧浓度高时微小的间隙变动σ较小。即，微小的间隙变动与单晶硅的氧浓度之间有很大关联。
50.图7(a)及图7(b)为表示微小的间隙变动与氧浓度的关系的图表，横轴表示晶体长度(相对值)，左纵轴表示间隙变动σ(mm)，右纵轴表示氧浓度(原子/em3)。并且，图7(a)表示单晶硅的氧浓度变高的情况，图7(b)表示单晶硅的氧浓度变低的情况。
51.如图7(a)所示，在间隙变动小的情况下，可在主体部的晶体长度60％以下的范围观察到氧浓度变高的倾向。另一方面，可知间隙变动较小且稳定。
52.另一方面，如图7(b)所示，在间隙变动大的情况下，可在主体部的晶体长度40％以下的范围观察到氧浓度变低的倾向。另一方面，关于间隙变动，可知间隙变动σ在主体部的晶体长度40％以下的范围内逐渐变大。
53.如上所述，间隙变动与氧浓度之间有一定的关联性。因此，在本实施方式中，在主体部培育工序中测量间隙变动，基于该间隙变动推定单晶硅的氧浓度的两极化方向，且基于该推定结果调整晶体培育条件，由此抑制氧浓度的两极化以实现晶体品质的稳定。
54.间隙变动变大的现象不一定是在单晶硅中的氧浓度变低时发生，也会在单晶硅中的氧浓度变高时发生，间隙变动的行为与氧浓度的两极化的关系因单晶硅制造装置而异。并且，氧浓度的两极化现象不一定是在主体部培育工序的开始后立即发生，也会在主体部的生长进展一定程度后发生，因单晶硅制造装置而异。因此，间隙变动的行为与氧浓度的两极化方向(间隙变动高时变成氧浓度高的模式/低的模式中的哪一个)的关系及氧浓度推定
用的间隙测量值的抽样期间(氧浓度推定期间)需要基于过去的多根单晶硅的提拉实绩数据按每个单晶硅制造装置进行设定。
55.图8为说明单晶硅的氧浓度推定方法的流程图。
56.如图8所示，在氧浓度的推定中，在预先设定的氧浓度推定期间，以指定的抽样周期测量以热遮蔽体为基准的熔液面高度、即间隙(工序s21)。
57.氧浓度推定期间为在主体部培育工序中设定的氧浓度推定用的间隙测量值的抽样期间，根据过去的提拉实绩求出。例如，在某单晶硅制造装置中，由于氧浓度在主体部的培育开始后立即出现两极化的倾向，因此将主体部的晶体长度0～100mm处的晶体部分的培育期间设定为间隙测量值的抽样期间。此外在别的单晶硅制造装置中，由于氧浓度在主体部的生长进展一定程度时出现两极化的倾向，因此将主体部的晶体长度300～400mm处的晶体部分的培育期间设定为间隙测量值的抽样期间。
58.间隙测量值的抽样周期被设定为50秒以下的非常短的周期。抽样周期优选为10秒以下。通常，在配合硅熔体的消耗所导致的熔液面的降低而使坩埚上升以维持液面位置恒定的液面位置控制中也需要测量间隙，但不需要以这么短的抽样周期进行测量，最短也有1～数分钟。但是，在将间隙测量值用于氧浓度的推定时，需要使间隙的抽样周期非常短，由此能够捕捉伴随熔液对流的变化而发生的熔液面高度的局部的微小变动。
59.间隙测量值的解析力为1mm以下，优选为0.1mm以下。如此，通过将间隙测量值的解析力设为1mm以下，能够正确地捕捉伴随熔液对流的变化而发生的熔液面的高度的局部的微小变动。
60.接着，计算标准偏差σ，其为表示在氧浓度推定期间(抽样期间)中测量的间隙变动的大小的指标(工序s22)。间隙变动并不限定于标准偏差，例如也可以作为瞬时值与移动平均值的偏差来求出，此时的移动平均的步数优选为10以上。
61.接着，将间隙变动σ与阈值σth进行比较(工序s23)，在间隙变动σ为阈值σth以上的情况(σ≥σth)下，推定氧浓度变得相对较低(工序s24y、s25)，在间隙变动σ小于阈值σth的情况(σ＜σth)下，推定氧浓度变得相对较高(工序s24n、s26)。
62.如上所述，间隙变动的行为与氧浓度的两极化方向的关系因各个单晶硅制造装置1而异，例如尽管在某装置中间隙变动σ为阈值σth以上的时候氧浓度变得相对较低，但在别的装置中可能间隙变动σ为阈值σth以上的时候氧浓度变得相对较高。只要是在相同的单晶硅制造装置中，上述倾向几乎不改变。因此，针对每个单晶硅制造装置预先确定间隙变动与氧浓度的两极化方向的相关关系，需要基于这个相关关系推定氧浓度的两极化方向。
63.接着，基于氧浓度的推定结果来调整晶体培育条件(工序s27)。作为晶体培育条件，可以举出：石英坩埚的旋转速度、供给到腔室10(晶体提拉炉)内的惰性气体的流量、腔室10内的压力等。例如，能够通过增加石英坩锅的旋转速度来增加氧浓度，相反地能够通过降低旋转速度来降低氧浓度。
64.如以上所说明，根据本实施方式的单晶硅的制造方法，由于在单晶硅的主体部培育开始时以指定的抽样周期测量间隙，且根据间隙变动的大小推定单晶硅的氧浓度的两极化方向，能够根据推定结果来控制晶体培育条件以使单晶硅的晶体生长方向上的氧浓度的偏差较小。
65.以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方
式，在不脱离本发明的主旨的范围下能够进行各种变更，这些也当然包含在本发明的范围内。
66.例如，在上述实施方式中，以照相机测量热遮蔽体与熔液面之间的间隙，且根据间隙变动的行为推定了单晶硅中的氧浓度，但本发明并不限定于这样的方法，可以采用能够监测熔液面并测量在熔液面的局部的微小的高度变动的多种方法，且能够根据熔液面的局部的高度变动的行为推定氧浓度。实施例
67.(实施例1)通过hmcz法进行直径约310mm的单晶硅的提拉。在晶体提拉工序中，以从单晶硅的主体部的开始位置到100mm的位置的晶体长度方向的范围作为评价单晶硅的氧浓度的两极化方向的氧模式评价区域，监测氧模式评价区域内的间隙变动，求出作为间隙变动的指标的标准偏差σ。另外，热遮蔽体与熔液面之间的间隙可以在热遮蔽体的下端整个圆周上测量，但间隙变动的标准偏差σ的计算中使用热遮蔽体的下端的一部分的局部的间隙的测量值，而不是在热遮蔽体的下端整个圆周测量。
68.将间隙变动的阈值设为σth＝0.15，从过去的单晶硅的提拉实绩数据(por)推定出间隙变动比阈值小(σ＜0.15)的情况为高氧模式、间隙变动为阈值以上(σ≥0.15)的情况为低氧模式，对于各个模式调整晶体培育条件(ar流量
·
炉内压)以使氧浓度成为目标值(12
×
10
17
原子/cm3)。
69.由于在晶体培育开始时不知道会成为哪一种氧模式，因此设定以成为高氧模式为前提的氧浓度调整参数(ar流量
·
炉内压)。由于在主体部的晶体长度成为l＝100mm的时点σ＜0.15，因此判断为“高氧模式”，维持晶体生长开始时的氧浓度调整参数(ar流量
·
炉内压)的设定，继续进行主体部培育工序。
70.评价如此提拉的根据实施例1的单晶硅锭的氧浓度在晶体生长方向上的分布。其结果示于图9。
71.图9为将根据实施例1的单晶硅中的氧浓度分布与间隙变动一起表示的图表，横轴表示晶体长度(相对值)，左纵轴表示间隙变动σ(mm)，右纵轴表示氧浓度(原子/cm3)。在图9中，8个四角形的图表示根据实施例1(根据氧模式的推定结果来调整了晶体培育条件)的单晶硅的氧浓度分布。另一方面，多个菱形的图表示根据未进行氧浓度的推定及晶体培育条件的调整的比较例(以往)的单晶硅的氧浓度分布(两极化分布)。进一步地，其下方的非常陡峭的折线图表示根据实施例的单晶硅的培育工序中测量的间隙变动的变化。
72.从图9可以明确地看出，根据实施例1的单晶硅的氧浓度分布比比较例更接近目标值(在此为12
×
10
17
原子/cm3)。
73.(实施例2)在与实施例1相同的晶体提拉装置及晶体提拉条件下进行了单晶硅的提拉。由于在晶体培育开始时不知道会成为哪一种氧模式，因此设定以成为高氧模式为前提的氧浓度调整参数(ar流量
·
炉内压)。由于在主体部的晶体长度成为l＝100mm的时点σ≥0.15，因此判断为“低氧模式”，将氧浓度调整参数(ar流量
·
炉内压)的设定变更为低氧浓度用的调整参数，并继续进行主体部培育工序。
74.图10为将根据实施例2的单晶硅中的氧浓度分布与间隙变动一起表示的图表，横
轴表示晶体长度(相对值)，左纵轴表示间隙变动σ(mm)，右纵轴表示氧浓度(原子/cm3)。在图10中，9个四角形的图表示根据实施例2(根据氧模式的推定结果来调整了晶体培育条件)的单晶硅的氧浓度分布。另一方面，多个菱形的图表示根据未进行氧浓度的推定及晶体培育条件的调整的比较例(以往)的单晶硅的氧浓度分布(两极化分布)。进一步地，其下方的非常陡峭的折线图表示根据实施例2的单晶硅的培育工序中测量的间隙变动的变化。
75.从图10可以明确地看出，根据实施例2的单晶硅的氧浓度分布比比较例更接近目标值(在此为12
×
10
17
原子/cm3)。
76.如以上所述，根据从主体部的开始位置到晶体长度100mm的范围内测量的间隙变动的行为提前预测氧浓度的高低，且调整了晶体培育条件的情况下，能够使单晶硅中的氧浓度接近目标值。如此通过借由监测间隙变动来推定之后的氧浓度的行为，能够高精度地控制单晶硅中的氧浓度。附图标记说明
77.1-单晶硅制造装置，2-硅熔体，2s-熔液面，3-单晶硅，3i-单晶硅锭，3a-颈部，3b-肩部，3c-主体部，3d-尾部，10-腔室，10a-主腔室，10b-拉腔室，10c-气体导入口，10d-气体排出口，10e-观察窗，11-石英坩埚，12-石墨坩埚，13-旋转轴，14-轴驱动机构，15-加热器，16-绝热材料，17-热遮蔽体，17a-热遮蔽体的开口，18-线，19-线卷取机构，20-照相机，21-图像处理部，22-控制部，30-磁场产生装置，31a，31b-电磁线圈，ga-间隙，hz-水平磁场，mc-熔液对流。

技术特征：
1.一种单晶硅的氧浓度推定方法，其特征在于，在对石英坩埚内的硅熔体施加横磁场的同时提拉单晶硅时，测量所述硅熔体的熔液面高度，并根据所述熔液面高度的微小变动推定所述单晶硅的氧浓度。2.根据权利要求1所述的单晶硅的氧浓度推定方法，其中，以50秒以下的抽样周期周期性地测量所述熔液面高度。3.根据权利要求1或2所述的单晶硅的氧浓度推定方法，其中，所述熔液面高度的测量值的解析力为0.1m以下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的单晶硅的氧浓度推定方法，其中，根据过去的单晶硅的提拉实绩数据确定熔液面高度的微小变动与氧浓度的两极化方向的相关关系，并基于所述相关关系推定所述单晶硅的氧浓度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的单晶硅的氧浓度推定方法，其中，根据过去的单晶硅的提拉实绩数据确定可以观察到氧浓度的两极化的晶体部分，并将培育该晶体部分的期间设定成测量所述熔液面高度的抽样期间。6.根据权利要求1至5中任一项所述的单晶硅的氧浓度推定方法，其中，根据在从所述单晶硅主体部的上端到下方的一定范围内测量的所述熔液面高度的微小变动推定所述单晶硅的氧浓度。7.根据权利要求1至6中任一项所述的单晶硅的氧浓度推定方法，其中，通过测量配置于所述硅熔体上方的热遮蔽体与所述熔液面之间的间隙，掌握所述熔液面高度的微小变动。8.一种单晶硅的制造方法，在对石英坩埚内的硅熔体施加横磁场的同时提拉单晶硅，其特征在于，通过权利要求1至7中任一项所述的单晶硅的氧浓度推定方法来推定所述单晶硅的氧浓度，并调整晶体培育条件，以使所述单晶硅的氧浓度的推定值接近目标值。9.根据权利要求8所述的单晶硅的制造方法，其中，所述晶体培育条件为所述石英坩锅的旋转速度、供给到晶体提拉炉内的惰性气体的流量、以及所述晶体提拉炉内的压力中的至少一个。10.一种单晶硅制造装置，其特征在于，具备：晶体提拉炉；石英坩埚，在所述晶体提拉炉内支撑硅熔体；坩埚旋转机构，旋转及升降驱动所述石英坩埚；磁场产生装置，对所述硅熔体施加横磁场；晶体提拉机构，从所述硅熔体提拉单晶硅；熔液面测量单元，周期性地测量所述硅熔体的熔液面高度；及控制部，控制晶体培育条件，所述控制部根据所述熔液面高度的微小变动推定所述单晶硅的氧浓度，并调整所述晶体培育条件，以使所述单晶硅的氧浓度的推定值接近目标值。11.根据权利要求10所述的单晶硅制造装置，其中，所述晶体培育条件为所述石英坩锅的旋转速度、供给到所述晶体提拉炉内的惰性气体
的流量、以及所述晶体提拉炉内的压力中的至少一个。

技术总结
本发明提供一种能够防止单晶硅的氧浓度的两极化来制造相同品质的单晶硅的单晶硅的氧浓度推定方法、单晶硅的制造方法及单晶硅制造装置。根据本发明的单晶硅的氧浓度推定方法，在对石英坩埚内的硅熔体施加横磁场的同时提拉单晶硅时，测量熔液面高度即间隙(S21)，并根据熔液面高度即间隙的微小变动推定单晶硅的氧浓度(S22～S26)。的氧浓度(S22～S26)。的氧浓度(S22～S26)。


技术研发人员：下崎一平 高梨启一
受保护的技术使用者：胜高股份有限公司
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2023/8/21