[发明专利]半导体器件的高氧含量硅单晶基片制法

说明书

本发明一般涉及能吸附大量金属杂质的硅单晶基片。此外，本发明还涉及具有较高氧含量的硅单晶基片的生产方法。具体地说，本发明涉及用晶体生长的工艺，生产高氧含量硅晶片的方法及其设备。

硅单晶基片已广泛用于生产各种半导体器件。在这种半导体器件中，一般最好是能使漏泄电流降至最低。已知，漏泄电流可以靠一种所谓的内吸杂（I.G.）效应来降低。而I.G.效应可以通过硅基片内部结构中形成的缺陷来实现。

如所周知，硅基片可由硅单晶体获得，而此硅单晶体则是通过如切克劳斯法（以后简称为“CZ”法），从熔融多晶硅生长出单晶硅而制得的。在CZ法中，硅单晶体是从多晶硅的熔融浴中缓慢地引拉出来。硅基片则是通过将已磨光的硅单晶体切割或“压片”而获得的。

制成的硅单晶体中含有大量氧。硅单晶体中的氧会引致缺陷或晶体位错产生，如位错环，堆垛层错等等，其原因是在热处理期间，硅基片中的氧离析所致。半导体器件成品中的缺陷会降低器件的额定特性，具体地说，会降低它的击穿电压，增加其漏泄电流。结果，显著地降低半导体器件的产率。

另一方面，已经发现，半导体器件中的缺陷，靠所谓的内吸气或I.G.效应，可以起吸附金属杂质的作用。例如，在半导体器件中，硅基片的表面是主要的活性区，比如，绝缘栅场效应晶体管（MOS-FET′S）或采用MOS-FET′S的集成线路中，硅基片中除了主要活性区以外的缺陷都显示出I.G.效应，从活性区吸附金属杂质。这有助于降低半导体器件的漏泄电流。

然而，要在大量生产中实现始终如一的I.G.效应是困难的。例如，在采用传统的CZ法生长硅单晶的情况下，晶体中缺陷的密集度因温度滞后的关系，往往使顶端（即晶体生长的始端）与尾端（即晶体生长的末端）出现相当大的差异。此外，虽然高氧含量对提高I.G.效应有利，但当氧含量过高时，缺陷甚至会在半导体器件的表面形成，结果，半导体的性能会如上所述的变坏。而且，在某些半导体的生产方法中，必须注意严格控制氧的含量，或者，从生产一些半导体器件所需的热处理条件看，还必须实施特别的I.G.处理。

因此，在有效地制造半导体器件用的硅基片的工艺中，如何获得一个足以提高I.G.效应，以便降低漏泄电流，而对半导体器件成品中的缺陷，特别是在热处理之后，不会产生有害影响的相当高的氧含量，是一个连贯性的问题。

于是，本发明的一个总的目的是，提供一个能克服上述问题的硅基片及其生产方法。

本发明的另一个目的是，提供一种硅基片，它含有较高的氧含量，而且不会因氧的离析，位错环，堆垛层错等原因而降低硅基片的特性。

本发明的又一个目的是，提供一个作为半导体器件生产的原材料的硅基片的生产方法，此方法能提供高实收率，又不降低成品的特性。

为了实现上述与其它的目的，采用一种生产硅基片的方法，包括在高于常规速度下生长硅单晶体的方法。已经发现，硅单晶体的生长速度对硅单晶体中缺陷的产生有显著的影响。此外，按照本发明，硅单晶体或硅基片中的氧含量比传统的所有硅单晶体或基片中的氧含量显著地高。加速硅单晶的生长，明显地抑制单晶体中氧的离析。可减少半导体器件生产过程中热处理期间，在单晶体中产生缺陷或位错的数量。

在按照本发明的优选方法中，硅单晶体的生长速度大于或等于1.2毫米/分。此外，在生长的硅单晶体中的最佳氧含量是大于或等于1.8×10¹⁸/厘米³。

按照本发明，氧含量大于或等于1.8×10¹⁸/厘米³的硅基片，可以获得小于或等于1×10^-10的漏泄电流。

按照本发明的观点，一个供半导体器件用的，含有相当高氧含量的硅基片的生产方法，包括以下步骤：

在相当高的生长速度下，从熔体硅中生长硅单晶，而所选的生长速度可以在其后的半导体器件生产的热处理过程中，避免氧从单晶中离析;以及由硅单晶制成硅基片。

硅单晶的最佳生长速度为大于或等于1.2毫米/分。另一方面，硅基片中的最佳氧含量为大于或等于1.8×10¹⁸/厘米³。进一步优选，硅单晶的生长速度最好是近似于1.5毫米/分到2.1毫米/分的范围。

在优选的实施例中，硅单晶生长工序包括以下步骤：把硅放在坩埚中;加热，使硅保持呈流态;逐渐地从坩埚内的熔硅中提拉出硅单晶。

在加热硅的步骤中，对它提供的热量须足于防止硅表面的固化。更可取的是，在加热硅的阶段中，对硅表面提供的热量要大于对熔硅的其余部分提供的热量。