[发明专利]硅片及硅单晶的制造方法

说明书

技术区域

本发明涉及作为内存等半导体装置的基板所使用的高品质硅片及制作此硅片的单结晶及单结晶的制造方法。

背景技术

第6图表示使用佐克拉斯基法(Czochralski method CZ法)的硅单晶拉制装置的一例。此硅单晶拉制装置，将填充硅熔液4的石英坩埚5、保护此石英坩埚5的石墨坩埚6、以围住该坩埚5、6的方式配置的加热器7、和隔热材8，配置于主室(main chamber)1内，在该主室1上部收容有所培养的单结晶3，连接有作为取出用的拉晶室2。使用这种制造装置培养单结晶3时，在石英坩埚5中将种结晶浸渍在硅熔液4之后，通过种选择，边使其回转轻轻地拉晶边使棒状的单结晶3生长。此外，坩埚5、6可向结晶生长方向升降，使坩埚上升，以补充在结晶生长中结晶化而减少的熔液的液面下降部分，由此，将熔液表面的高度保持为一定。另外，在主室1内部从设在拉晶室2上部的气体导入口10导入氩气等钝惰性气体，通过拉晶中的单结晶3与气体整流筒11之间，以及通过隔热构件12下部与熔液面之间，而从气体流出口9排出。

由上述CZ法所制造的硅单晶大量使用于半导体装置。另一方面，半导体装置进展高集成化，元件越来越微细化，在尖端装置，作为设计规则使用0.13～0.18μm尺寸。当这种微细化的进展时，对于硅单晶的品质要求也升高，成为问题的结晶缺陷的尺寸也变小。若缺陷尺寸较设计规则为小时，由于没有跨越多个元件的缺陷，所以，可以确实地进行元件分离。又，由于小的缺陷容易消灭在装置制造工程中，所以，对于装置的不良影响较少。现在成为COP(Crystal Originated Particle：一种结晶起因的缺陷，在SC1洗净后成为粒子被观察)所观察的结晶缺陷成为问题的尺寸被视为012μm以上。因此，尽量减低0.1μm以上尺寸的缺陷已成为重要的事。

当说明这些缺陷时，首先，说明一般已知的关于决定被取入于硅单晶被叫做空隙(vacancy，以下有时略记为V)的空孔型的点缺陷，与被叫做原子间转移硅(interstitial-Si，以下有时略记为I)的格子间型硅缺陷为被取入的浓度因素。

在硅单晶，所谓V-区域，为F/G比发生OSF的区域大的区域，Vacancy，即因硅原子的不足所发生的凹部，为具有很多孔穴的区域，所谓I-区域，为硅原子多余存在所发生的转移或多余硅原子块多的区域，并且，在V-区域与I-区域之间，具有原子不足或多余的中性区域(Neutral区域，以下有时略记为N-区域)。并且，所谓Grown-in缺陷(FPD、LSTD、COP等)，毕竟为V或I成过饱和状态时所发生者，即使有些许原子的偏移，若为饱和以下时，可以知道不会存在缺陷。

此两点缺陷的浓度，可以由在CZ法的结晶拉晶速度(生长速度)与结晶中的固液界面附近的温度倾斜度G的关系决定。又，在V-区域与I-区域间的N-区域确认为存在有被叫做OSF(氧化感应积体缺陷，Oxidation Induced Stacking Fault)成环状发生的缺陷。

将这些结晶生长起因的缺陷分类时，例如生长速度为0.6mm/min左右以上，比较高速时，被认为集聚空孔型的点缺陷的空隙起因的FPD、LSTD、COP等Grow-in缺陷为存在于结晶径向全域高密度地存在，使氧化膜特性劣化。存在有这些缺陷的区域，被叫做V-多区域。又，生长速度为0.6mm/min以下时，随着生长速度的降低，Intertitial变成优势上述OSF环为从结晶周边发生，在此环外侧被认为转移圈起因的L/D(Large Dislocation：格子间转移圈的略记、LSEPD、LFPD等)的缺陷低密度存在，发生泄漏等重大不良。这些缺陷所存在的区域被叫做I-多区域。并且，因将生长速度成为0.4mm/min左右以下的低速时，OSF环为凝集于晶片中心而消灭，而全面变成I-多区域。

作为可获得良好的缺陷特性的单结晶制造方法，具有例如控制点缺陷取入的日本专利特开平8-330316号公报所揭示的技术。虽然通常V-多区域为优势的生长条件下生长结晶，但是，属由此揭示技术并非任何点缺陷优势的中间区域的N-区域进行结晶生长。若依据此方法就可制造不具COP等的结晶。

但是，结晶生长速度为0.5mm/min以下的通常的结晶的1mm/min左右比较显著地变慢，降低生产力，成本会偏高。并且，N-区域具有容易发生氧淀积的不均匀性的缺陷。