[发明专利]硅单晶的培育方法、以及硅晶片和使用该硅晶片的SOI衬底

说明书

技术领域

本发明涉及成为用作半导体集成电路的衬底的硅晶片的坯材的硅单晶的培育方法以及用该单晶所制造的硅晶片。

背景技术

用于半导体集成电路(器件)的衬底的硅晶片是从硅的单晶切取的，而在该单晶的制造中最广泛采用的是利用切克劳斯基法(以下称为“CZ法”)的培育方法。CZ法是将晶种浸渍于石英坩锅内的熔融硅中并提拉，从而培育单晶的方法，而随着该培育方法的进步，已经可以制造缺陷少、无位错的大型单晶。

半导体器件是以从单晶得到的晶片为衬底，经过用于形成电路的多个工艺而制成产品的。在这些工艺中，要实施多种物理处理、化学处理、甚至热学处理，其中，还包括超过1000℃的苛刻处理。因此，在单晶的培育时其原因形成、而在器件的制造过程中明显存在、并对其性能产生很大影响的微细缺陷，即Grown-in缺陷成为问题。

作为制造无该Grown-in缺陷的晶片的方法，有在成形后对晶片实施热处理的方法，但得到的无缺陷部局限于表层部，为使从表面到深处位置有足够的无缺陷区域，必须在单晶培育阶段形成。在得到该无缺陷单晶的方法中，有改进作为坯材的单晶提拉的刚凝固后的冷却部分，即热区(ホツトゾ一ン)的结构的培育方法，以及向培育中的装置内气氛中添加氢的方法。

图1是说明用CZ法得到的硅单晶内存在的代表性Grown-in缺陷的分布状况的图。用CZ法得到的硅单晶的Grown-in缺陷是由被称为缺陷红外线散射体或COP(Crystal Originated Partical：源于结晶的粒子)等的大小为0.1～0.2μm左右的空位缺陷、以及被称为位错簇的大小为10μm左右的微小位错构成的缺陷。这些缺陷的分布在进行了通常的提拉培育的情况下例如像图1那样被观察到。这是示意性地示出了从刚培育后的单晶切取与提拉轴垂直的面的晶片，浸渍于硝酸铜水溶液中，使之附着Cu，在热处理后用X射线形貌法进行了微小缺陷的分布观察的结果的图。

该晶片的呈环状分布的氧感生堆垛层错(以下称为“OSF”-Oxygeninduced Stacking Fault)在外径的约2/3的位置出现，而在该环的内侧部分，红外线散射体缺陷被检测出10⁵～10⁶个/cm³左右，在外侧有位错簇缺陷存在10³～10⁴个/cm³左右的区域。

OSF是氧化热处理时产生的晶格间原子所形成的堆垛层错，在作为器件的有源区(活性領域)的晶片表面上进行了生成成长的情况下，成为漏泄电流的原因，使器件特性变差。另外，红外线散射体是使初始的氧化膜耐压特性降低的原因，位错簇也成为在其上所形成的器件的特性不佳的原因。

图2是用缓慢降低提拉速度所培育的单晶的截面的缺陷分布状态示意性地说明单晶提拉时的提拉速度与结晶缺陷的发生位置的一般关系的图。上述缺陷的发生状态通常受单晶培育时的提拉速度和刚凝固后的单晶内温度分布的大的影响。例如，如沿结晶中心的提拉轴对一边缓慢降低提拉速度一边培育的单晶进行切割，对其截面采用与上述图1同样的方法研究缺陷的分布，则可得到图2。

如果在与提拉轴垂直的面看该缺陷分布，则首先，在形成肩部得到所需单晶直径后的胴部(胴部)的提拉速度快的阶段，在结晶周边部有环状OSF，内部为发生多个红外线散射体缺陷的区域。然后，随着提拉速度的降低，环状OSF的直径逐渐减小，与此同时，在环状OSF的外侧部分，出现位错簇的发生区域，最终环状OSF消失，整个面成为位错簇缺陷发生区域。

上述图1示出了以该图2中A的位置，或相当于该A的位置的提拉速度所培育的单晶的晶片。

如果进一步详细地研究这些缺陷的分布，则可知在环状OSF的发生区域附近，红外线散射体缺陷和位错簇缺陷均极少。而且，与环状OSF发生区域相接的外侧，有因处理条件而出现氧析出的氧析出促进区域，进而在与其外侧的位错簇发生区域之间，有不产生氧析出的氧析出抑制区域。这些氧析出促进区域和氧析出抑制区域与环状OSF发生区域相同，均为Grown-in缺陷极少的无缺陷区域。