[发明专利]单晶硅的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于提拉法(Czochralski法) (以下称为CZ法)的单晶硅的制造方法，特别涉及掺杂有氮的单晶硅的制造方法。

背景技术

外延硅晶片作为半导体器件的基板材料而广泛使用。外延硅晶片是使单晶硅薄膜在体硅晶片(Bulk Silicon Wafer) (抛光晶片)上气相生长而得的，具有结晶完整性高的特性。

外延硅晶片中的重金属杂质由于成为半导体器件的特性不良的原因，因此需要极力减少。作为使重金属杂质的影响降低的技术，已知在硅晶片内形成氧析出物(BMD: Bulk Micro Defect, 体微缺陷)，在其上捕捉重金属杂质的本征吸杂法(Intrinsic gettering, IG)。近年来，晶片内的BMD密度为1×10⁸个/cm³以上的外延硅晶片的需求增加。

但是，在外延膜的成膜过程中，硅晶片暴露于1000~1200℃的高温，由于该高温热处理使晶片中微小的氧析出核缩小或消失，其后的器件工艺中无法充分地引起BMD。特别是，最近伴随着半导体器件的微细化，器件工艺呈现低温化，BMD密度的降低显著。

为了解决这样的BMD密度降低的问题，作为外延硅晶片的基板材料优选使用掺杂有氮的单晶硅。掺杂有氮的硅晶片即使受到外延工序中的高温热处理，也可在单晶锭的结晶生长阶段形成难以消失的热稳定的BMD，因此可以提高吸杂能力。

根据客户的器件工艺的不同，所要求的品质也有不同，但对硅晶片中的BMD (Bulk Micro Defect)密度的要求越来越严格。因此，目前出现的问题是，由一根单晶锭无损失地获得的针对特定客户的晶片产品部分地在规格外，无法将单晶锭整体作为同一晶片产品获取。

已知单晶硅中的BMD密度随着单晶硅中的氮浓度提高而提高。掺杂有氮的单晶硅的提拉工序中，单晶硅中的氮浓度在提拉开始时调整为规定的浓度，随着提拉的进行而逐渐地上升。氮浓度与BMD密度之间存在密切的关系，氮浓度越高则单晶硅中的BMD密度越高。单晶中的氮浓度由于偏析而从提拉开始起逐渐地增加，因此BMD密度也在结晶生长方向上逐渐地增加。其结果，例如在提拉工序的后半段或最后，生长了BMD密度超过客户的要求范围的结晶部分。

专利文献1中记载了下述方法：推定单晶硅的轴方向的氧浓度分布，通过向硅熔体中预先添加对应于该氧浓度分布的量的氮，在单晶硅的轴方向获得均匀的BMD密度。另外，专利文献2中记载了：在基于CZ法的单晶硅锭的制造方法中，根据氮浓度的增加而使氧浓度降低。另外，专利文献3中记载了下述方法：在单晶的提拉过程中，为了在使氧浓度从上部侧到下部侧保持均匀的状态下改善BMD密度的不均匀，调整单晶的提拉速度，以使单晶的下部侧在氧析出核形成温度区域内的停留时间位于单晶的上部侧在氧析出核形成温度区域内的停留时间的1/8~1/4倍的范围内，进行后加热(after heat)工序。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002－255683号公报；

专利文献2：日本特开2001－68477号公报；

专利文献3：日本特开2010－208894号公报。

发明内容

发明所要解决的课题

如上所述，由于单晶硅中的氮浓度和BMD密度在结晶生长方向上增加，因此提拉工序的后半段中生长为BMD密度高的结晶部分。也考虑通过使单晶中的氧浓度在结晶生长方向上降低来抑制BMD密度的增加，但使氧浓度降低也是有限度的，无法将一根单晶锭整体作为针对特定客户的外延晶片产品而获取，希望进行改善。

因此，本发明的目的在于，提供能够由一根单晶锭有效地制造BMD密度的制造规格明显不同的2种以上单晶产品的单晶硅的制造方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的单晶硅的制造方法是基于从掺杂有氮的硅熔体中提拉单晶硅的提拉法的单晶硅的制造方法，其特征在于，包括：

生长位于单晶硅的上部侧的第1产品区域的工序，和

生长与上述第1产品区域相比位于上述单晶硅的下部侧、BMD密度的制造规格与上述第1产品区域不同的第2产品区域的工序，

上述第2产品区域中的BMD密度的制造规格的上限值和下限值分别大于上述第1产品区域中的BMD密度的制造规格的上限值和下限值，

在生长上述第1产品区域的工序中，将上述单晶硅中的氧浓度控制在上述第1产品区域中的BMD密度的制造规格的范围内，