專利名稱：?jiǎn)尉У闹圃旆椒巴嘶鹁闹圃旆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種硅等的單晶的制造方法，此單晶是用以切出作為內(nèi)存或CPU等的半導(dǎo)體器件的基板來(lái)使用的硅晶片等。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，半導(dǎo)體集成電路的集成度顯著地提高，而為了要得到性能、可靠度及產(chǎn)率高的集成電路，關(guān)于機(jī)械的精度與電特性雙方，一直被要求更佳的精度與特性。隨著此要求，對(duì)于用以制作半導(dǎo)體集成電路等的器件的硅晶片的質(zhì)量，要符合更嚴(yán)格的條件，因而要求制造出結(jié)晶質(zhì)量更優(yōu)異的硅晶片。又，由于半導(dǎo)體集成電路對(duì)整個(gè)世界的影響和對(duì)其需求的擴(kuò)大，硅晶片也被要求要有各種形態(tài)，并被要求提供大量且穩(wěn)定的高質(zhì)量硅晶片。
作為從硅等的半導(dǎo)體的多晶材料得到硅晶片的方法，有先將多晶材料在坩堝中暫時(shí)熔解，然后通過(guò)將晶種(籽晶)從原料熔液提拉來(lái)得到硅單晶的切克勞斯基法(Czochralski Method，以下簡(jiǎn)稱為CZ法，也稱為提拉法)。通過(guò)此CZ法生長(zhǎng)的硅單晶，通過(guò)施行切片、磨光、倒角、研磨等的步驟，制作出硅晶片。而在提高此硅晶片的質(zhì)量的方法之中，有降低起因于單晶成長(zhǎng)的內(nèi)生(Grown-in)缺陷的密度和尺寸(此內(nèi)生缺陷會(huì)使氧化膜耐壓特性和器件的特性等發(fā)生惡化)的方法，首先針對(duì)內(nèi)生(Grown-in)缺陷的形成加以說(shuō)明。
成為起因于單晶成長(zhǎng)的內(nèi)生(Grown-in)缺陷的原因的點(diǎn)缺陷，有原子空孔型的點(diǎn)缺陷也就是Vacancy和晶格間硅的點(diǎn)缺陷也就是Interstitial。此點(diǎn)缺陷的飽和濃度是溫度的函數(shù)，隨著單晶生長(zhǎng)中的溫度的降低，而成為過(guò)飽和。而在此過(guò)飽和狀態(tài)，發(fā)生配對(duì)消滅或外方擴(kuò)散、上坡擴(kuò)散(Uphill Diffusion)，而往緩和過(guò)飽和狀態(tài)的方向進(jìn)展。其結(jié)果，Vacancy或Interstitial的其中一方，作為優(yōu)勢(shì)的過(guò)飽和的點(diǎn)缺陷而殘留下來(lái)。已知若使單晶的晶身部成長(zhǎng)時(shí)的提拉速度V和固液界面附近的提拉軸方向的結(jié)晶溫度梯度G之比值V/G大，則容易成為Vacancy過(guò)剩的狀態(tài)；相反的，若V/G小，則容易成為Interstitial過(guò)剩的狀態(tài)。此過(guò)剩的濃度若在一定程度以上，則這些點(diǎn)缺陷會(huì)凝集(聚結(jié))，在單晶成長(zhǎng)中，會(huì)形成這些點(diǎn)缺陷的二次缺陷也就是內(nèi)生(Grown-in)缺陷。Vacancy優(yōu)勢(shì)的情況，作為二次缺陷也就是內(nèi)生(Grown-in)缺陷，已知有以COP或FPD等的形態(tài)被觀察到的孔洞缺陷、或是在氧化處理后以O(shè)SF的形態(tài)被觀察到的缺陷等，而使氧化膜特性劣化。另一方面，Interstitial優(yōu)勢(shì)的情況，形成以差排環(huán)(位錯(cuò)環(huán))等而被觀察到的二次缺陷也就是內(nèi)生(Grown-in)缺陷，而會(huì)引起泄漏(leak)等的重大不良。
為了不要發(fā)生這些內(nèi)生(Grown-in)缺陷來(lái)進(jìn)行控制的技術(shù)，已知有在日本特開平8-330316號(hào)公報(bào)、特開平11-79889號(hào)公報(bào)等中所揭示的無(wú)缺陷結(jié)晶的制造技術(shù)，但是為了盡可能地降低過(guò)剩的點(diǎn)缺陷的濃度，當(dāng)使單晶的晶身部成長(zhǎng)時(shí)，要將提拉速度V和固液界面附近的提拉軸方向的結(jié)晶溫度梯度G之比值V/G控制在被嚴(yán)格限定的范圍內(nèi)。因此，提拉速度V的范圍被限定在非常狹窄的范圍內(nèi)，實(shí)際上卻常發(fā)生不良品等，而使產(chǎn)率、生產(chǎn)性大幅地下降。因此，在日本特開平11-147786號(hào)公報(bào)中，提供一種技術(shù)，改善在CZ法中的控制幅度使其變廣，而在容易控制的成長(zhǎng)條件下，一邊制造硅單晶一邊減少結(jié)晶缺陷。
但是，即使根據(jù)這些技術(shù)，利用少數(shù)的單晶制造裝置，連續(xù)制造多數(shù)根硅單晶的情況，應(yīng)該以相同條件提拉而成的硅單晶的質(zhì)量，由于會(huì)產(chǎn)生偏差，所以對(duì)于目前的晶片制品的需求(大量且穩(wěn)定地提供高質(zhì)量的硅晶片)，以低成本加以對(duì)應(yīng)是困難的。產(chǎn)生如此的硅晶片的質(zhì)量的偏差，其原因如下。
在單晶的固液界面附近的提拉軸方向的結(jié)晶溫度梯度G，是根據(jù)由被導(dǎo)入單晶制造裝置中的加熱器和熱屏蔽等(HZHot Zone)所構(gòu)成的熱環(huán)境來(lái)加以決定。然而，隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)，原料也就是硅和從石英坩堝所產(chǎn)生的氧反應(yīng)而形成的硅氧化物，會(huì)附著在單晶制造裝置的處理室等的低溫部上。處理室部是吸收輻射熱的部分，此處若是被氧化物覆蓋則其熱吸收力減弱而有G變小的傾向。因此，隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)，若發(fā)生G降低的情況，則V/G值變大，而成為內(nèi)生(Grown-in)缺陷尺寸增大這樣的結(jié)果，于是提拉而成的硅單晶的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生偏差。
因此，在日本特開2003-327494號(hào)公報(bào)中，提供一種技術(shù)，是先算出制作單晶的晶頸部時(shí)所消耗的加熱器電力的平均值，然后根據(jù)此平均值，通過(guò)修正使單晶的晶身部成長(zhǎng)時(shí)的提拉速度，來(lái)對(duì)應(yīng)由于裝置的個(gè)別差異或是每批要被制造的硅單晶的由于加熱器等的劣化所產(chǎn)生的時(shí)間序列的變動(dòng)因子。但是，單晶生長(zhǎng)中的G，由于會(huì)逐漸地變小，要大量且穩(wěn)定地制造所希望的質(zhì)量的硅單晶的情況，僅基于制作單晶的晶頸部時(shí)所消耗的加熱器電力的平均值，將成長(zhǎng)晶身部時(shí)的提拉速度一律修正一定量，是不充分的。
又，僅以如上述般的在單晶生長(zhǎng)階段所進(jìn)行的控制，來(lái)得到高質(zhì)量的無(wú)缺陷晶片的制造方法，如上所述，由于是困難的且制造成本會(huì)變成非常高，所以大多是先以容易控制單晶的成長(zhǎng)的低成本的條件來(lái)進(jìn)行單晶的生長(zhǎng)，然后對(duì)從硅單晶切出的晶片，施行高溫?zé)崽幚淼龋瑏?lái)消滅晶片表面附近的缺陷或是將缺陷密度控制在所希望的范圍內(nèi)。最能有效利用該特征的晶片，是具有表面無(wú)缺陷層(Denuded Zone、DZ)的晶片，其優(yōu)異性已大致被證明。
作為通過(guò)處理從硅單晶切出后的硅晶片，使其表面附近成為無(wú)缺陷化的晶片，有(a)利用高溫對(duì)硅晶片進(jìn)行熱處理而在表層形成無(wú)缺陷層之退火晶片(日本特開2002-184779號(hào)公報(bào))；及(b)將硅晶片作為基片(substrate)來(lái)使用，而在其上磊晶成長(zhǎng)無(wú)缺陷層的磊晶晶片。一般來(lái)說(shuō)，被使用于這些用途的硅晶片，在結(jié)晶成長(zhǎng)時(shí)，存在內(nèi)生(Grown-in)缺陷。由于磊晶晶片成本高，考慮制造成本，退火晶片是較優(yōu)異的，但是作為退火用的晶片的特征，非常重要的性質(zhì)，是內(nèi)生(Grown-in)缺陷的尺寸小而成為容易消失的狀況，使得其表層附近的缺陷可以通過(guò)熱處理來(lái)將其消滅或是控制成所希望的缺陷密度；因此，在單晶生長(zhǎng)階段，必須控制V/G值使其小于一定程度，且使V/G值的偏差小。
也就是說(shuō)，如上所述，根據(jù)V/G值的不同，來(lái)改變最后成為優(yōu)勢(shì)的點(diǎn)缺陷的種類，當(dāng)V/G值大時(shí)為Vacancy、當(dāng)V/G值小時(shí)則為Interstitial，但是即使是在Vacancy區(qū)域之中，V/G的數(shù)值越小則最后被導(dǎo)入的Vacancy濃度會(huì)變成越少。若被導(dǎo)入的Vacancy濃度越少，則由于空孔凝集(聚結(jié))而形成的Grown-in缺陷的尺寸也會(huì)變成越小。但是，V/G值變小的方向，由于也是使單晶的晶身部成長(zhǎng)時(shí)的提拉速度變小的方向，所以一般來(lái)說(shuō)，制造成本也會(huì)變高。因此，采用最大限度的V/G值(依照此V/G值制作出晶片之后，能夠通過(guò)施行熱處理，來(lái)消滅缺陷)，是抑制成本的關(guān)鍵。此值是依存于熱處理?xiàng)l件。
又，已知在生長(zhǎng)單晶時(shí)，即使是通過(guò)摻雜氮，也能夠縮小Grown-in缺陷尺寸；退火用的晶片，在生長(zhǎng)單晶時(shí)，大多摻雜氮。進(jìn)而，實(shí)施退火的時(shí)候，消滅表面缺陷或是將缺陷密度控制在所希望的范圍，同時(shí)在晶片內(nèi)部形成內(nèi)部微小缺陷(Bulk Micro Defects、以下稱為BMD)，由此可在器件制程中具有捕捉重金屬污染物質(zhì)的能力(除氣(gettering))。
已知即使是在形成此BMD的時(shí)候，摻雜有氮的晶片比較容易形成。因此，為了切出退火用晶片而在生長(zhǎng)中的結(jié)晶摻雜氮，在使Grown-in缺陷變小、容易形成BMD這兩點(diǎn)，具有優(yōu)點(diǎn)(日本特開2002-353225號(hào)公報(bào))。然而，在摻雜氮的退火用的硅單晶的生長(zhǎng)中，由于其氮濃度是根據(jù)偏析來(lái)決定，所以結(jié)晶軸方向的氮濃度相異。進(jìn)而，即使氮濃度相同，由于G值不同，對(duì)于Grown-in缺陷的形成所造成的影響也會(huì)相異，所以要大量且穩(wěn)定地得到摻雜氮的質(zhì)量均勻的晶片，將伴隨著重大的困難。
作為將由于被摻雜的氮的濃度、電阻控制用的磷或硼等的摻雜物的偏析等所造成的電阻值的變動(dòng)等，抑制在一定范圍內(nèi)，并可通過(guò)CZ法大量地得到相同質(zhì)量的單晶棒的方法，有多重牽引(multi-pulling)法。在此，所謂的多重牽引法，是指提拉單晶之后，沒(méi)有關(guān)閉加熱器的電源，而將多晶原料追加投入殘留的硅熔液(硅熔湯)中，提拉下一根單晶，重復(fù)進(jìn)行此步驟，來(lái)提拉二根以上單晶(國(guó)際公開第WO02/014587號(hào)冊(cè))。由此，由于能夠以完全相同的條件在一批次中提拉好幾根相同質(zhì)量的結(jié)晶棒，而能夠大量地得到均勻的結(jié)晶棒，所以被認(rèn)為具有用以解決上述困難的利用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是鑒于如此的問(wèn)題點(diǎn)而開發(fā)出來(lái)，本發(fā)明的主要目的，是提供一種大量且穩(wěn)定地以低成本來(lái)制造所希望的質(zhì)量的晶片制品的單晶的制造方法；和使用以此方法所制造出來(lái)的單晶，來(lái)制造退火晶片的制造方法。
為了達(dá)成上述目的，若根據(jù)本發(fā)明，提供一種單晶的制造方法，是通過(guò)切克勞斯基法在處理室內(nèi)從相同的坩堝中的原料熔液，提拉二根以上單晶的多重牽引(multi-pulling)法，針對(duì)在從原料熔液提拉單晶之后，沒(méi)有關(guān)閉加熱器的電源而將多晶原料追加投入殘留的原料熔液中，將其熔解之后，提拉下一根單晶，重復(fù)這些步驟來(lái)進(jìn)行二根以上單晶的提拉的單晶的制造方法，其特征為
在將使單晶的晶身部成長(zhǎng)時(shí)的提拉速度V和固液界面附近的提拉軸方向的結(jié)晶溫度梯度G的比，設(shè)為V/G的情況，為了要將各個(gè)提拉的單晶的V/G控制成規(guī)定值，按照從開始操作算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，在開始提拉單晶之前，事前至少修正上述提拉速度V、導(dǎo)入上述處理室內(nèi)的惰性氣體的流量、上述處理室內(nèi)的壓力、及上述原料熔液的熔液面和隔熱部件(在上述處理室內(nèi)對(duì)向配置在上述原料熔液面上)之間的距離之中的其中任一種以上的提拉條件，來(lái)生長(zhǎng)具有所希望的缺陷區(qū)域的單晶。
如此，使用在短時(shí)間內(nèi)便能夠得到多數(shù)根單晶的低成本的多重牽引法，按照從開始操作算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，為了將單晶的V/G控制成規(guī)定值，通過(guò)在開始提拉單晶前，事前修正提拉速度等的提拉條件，而能夠大量且穩(wěn)定地以低成本制造出所希望的質(zhì)量的單晶。
作為從開始操作算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，例如能夠以從供電給加熱器開始算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間作為基準(zhǔn)，為了將各個(gè)提拉單晶的V/G控制成規(guī)定值，通過(guò)按照經(jīng)過(guò)時(shí)間來(lái)修正提拉速度等的提拉條件，能夠靈活地對(duì)應(yīng)隨著在同一批次中的操作時(shí)間的經(jīng)過(guò)，結(jié)晶溫度梯度G降低等的情況，而能夠生長(zhǎng)所希望質(zhì)量的單晶。
此時(shí)，上述提拉的二根以上的單晶之中，在提拉至少二根以上的相同品種的單晶的情況，優(yōu)選是為了要使上述V/G可以成為相同的規(guī)定值，而按照該單晶的提拉是第幾根，將各個(gè)單晶的上述提拉條件，在開始提拉單晶之前，加以事前修正。
如此，按照提拉的單晶是第幾根，在開始提拉之前，事前修正上述提拉條件來(lái)將上述V/G作成規(guī)定值的方法，其提拉條件的設(shè)定方法簡(jiǎn)單，并能以低成本進(jìn)行。
又，上述提拉條件的修正，優(yōu)選是基于經(jīng)過(guò)時(shí)間，預(yù)先準(zhǔn)備二個(gè)以上前述各提拉條件的圖案，并通過(guò)按照經(jīng)過(guò)時(shí)間，選擇該提拉單晶的最適當(dāng)提拉條件的圖案來(lái)進(jìn)行。
如此，提拉條件的修正，是基于經(jīng)過(guò)時(shí)間，預(yù)先準(zhǔn)備二個(gè)以上各提拉條件的圖案，并按照經(jīng)過(guò)時(shí)間，選擇最適當(dāng)提拉條件的圖案，此方法簡(jiǎn)單且確實(shí)，并能以低成本來(lái)進(jìn)行。
進(jìn)而，能夠提拉在上述單晶中摻雜有氮的硅單晶。
本發(fā)明對(duì)于將氮摻雜在單晶中而產(chǎn)生的由于時(shí)間經(jīng)過(guò)所造成的V/G的偏差，因?yàn)槟軌蛱貏e有效地抑制，所以能夠制造出一種均勻且高質(zhì)量的氮摻雜退火晶片，通過(guò)將氮摻雜在單晶中，使內(nèi)生(Grown-in)缺陷縮小并容易形成BMD。
又，若根據(jù)本發(fā)明，提供一種退火晶片的制造方法，其特征為先從通過(guò)如此的單晶的制造方法制造出來(lái)的硅單晶，切出硅晶片，然后通過(guò)在氫、氬或這些氣體的混合氣體也就是非氧化性氣體的氣氛中，施行1100℃-1400℃、5min-600min的熱處理，來(lái)制造退火晶片。
通過(guò)如此地切出硅晶片，并進(jìn)行熱處理，使晶片表面的內(nèi)生缺陷消滅，并能夠形成BMD。通過(guò)將熱處理溫度設(shè)為1100℃以上，并將熱處理時(shí)間設(shè)為5min以上，能夠?qū)⒕砻娓浇膬?nèi)生(Grown-in)缺陷的消滅效果，保持高效果；而通過(guò)將熱處理溫度設(shè)為1400℃以下，并將熱處理時(shí)間設(shè)為600min以上，能夠減少由于熱處理所造成的對(duì)晶片制品的金屬污染和熱處理爐的耐久性問(wèn)題等、及由于處理時(shí)間變長(zhǎng)所產(chǎn)生的成本。熱處理溫度和熱處理時(shí)間，是按照要進(jìn)行熱處理的晶片的狀態(tài)，考慮所需要的內(nèi)生(Grown-in)缺陷的消滅效果和熱處理所需要的成本，可選擇出最適當(dāng)?shù)臈l件。如此，本發(fā)明，對(duì)于因?yàn)殛P(guān)系到二個(gè)以上的原因，單純同樣的提拉條件的修正是不足夠的，而要將氮摻雜退火用的硅單晶的質(zhì)量均勻化的情況下，特別有效。
進(jìn)而，若根據(jù)本發(fā)明，上述退火晶片，能夠作成在從表面算起至深度5μm為止的表面附近，其20nm以上的尺寸的表面附近缺陷的平均密度是20/cm2以下；在結(jié)晶軸方向中的從上述退火晶片的表面算起至深度5μm為止的表面附近，20nm以上的尺寸的表面附近缺陷的密度偏差σ，成為平均值的100％以下。
如此，若根據(jù)本發(fā)明，對(duì)從提拉出來(lái)的硅單晶切出的晶片進(jìn)行熱處理而得到的晶片制品的表面附近缺陷的偏差，可以正確地將其控制在一定的規(guī)格內(nèi)。而且，若根據(jù)本發(fā)明，不僅是可以將從同一根單晶所得到的在結(jié)晶軸方向的退火晶片的表面附近缺陷密度的偏差，正確地將其控制在一定的規(guī)格內(nèi)；也可以將包含從以同樣的多重牽引法所得到的另外的單晶而得到晶片制品的退火晶片的表面附近缺陷密度的偏差，正確地將其控制在一定的規(guī)格內(nèi)。
如此，根據(jù)本發(fā)明，能夠提高晶片制品的產(chǎn)率、生產(chǎn)性，而能以低成本來(lái)對(duì)應(yīng)需求增加的質(zhì)量一定的晶片制品。


圖1是在本發(fā)明中所使用的單晶制造裝置的示意圖。
圖2是在實(shí)施例1中所使用的單晶的提拉速度V的圖案(pattern)。
圖3是表示在實(shí)施例1中所得到的晶片的表面附近中的表面附近缺陷密度的結(jié)晶軸方向分布的圖。
圖4是表示在實(shí)施例1中所得到的晶片的表面附近中的表面附近缺陷密度的分布的矩形圖。
圖5是表示在實(shí)施例2中所得到的晶片的表面附近中的表面附近缺陷密度的結(jié)晶軸方向分布的圖。
圖6是表示在比較例1中所得到的晶片的表面附近中的表面附近缺陷密度的結(jié)晶軸方向分布的圖。
圖7是表示在比較例1中所得到的晶片的表面附近中的表面附近缺陷密度的分布的矩形圖。
圖8是表示惰性氣體流量和結(jié)晶溫度梯度G的關(guān)系的一例的圖表。
圖9是表示處理室內(nèi)的壓力和結(jié)晶溫度梯度G的關(guān)系的一例的圖表。
圖10是表示原料熔液的熔液面與被對(duì)向配置在上述原料熔液面上的隔熱部件之間的距離、和結(jié)晶溫度梯度G之間的關(guān)系的一例的圖表。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的發(fā)明人，為了要大量地獲得相同質(zhì)量的單晶棒，利用多重牽引法，在同一批次中以相同的提拉條件，控制V/G值來(lái)提拉二根以上相同品種的結(jié)晶。然而，卻發(fā)現(xiàn)所得到的各結(jié)晶棒的質(zhì)量，不一定能滿足近年來(lái)所要求的均一性。也就是說(shuō)，例如利用多重牽引法提拉一根單晶棒之后，在將原料追加在坩堝內(nèi)而還原成完全相同的熔液量之后，提拉下一根硅單晶的情況，若是提拉相同品種的結(jié)晶，則以相同的條件，控制V/G值來(lái)提拉單晶一事，是屬于常識(shí)。
然而，將如此地提拉而成的硅單晶切片而制作出晶片，例如在氬氣氛中以1200℃施行1小時(shí)的熱處理，然后利用表面附近的缺陷密度測(cè)定裝置(M0601，三井金屬公司制造)，求出整個(gè)晶片面的表面附近(從表面算起至深度約5μm為止)中的20nm以上尺寸的缺陷的平均密度時(shí)，判明會(huì)有無(wú)法符合嚴(yán)格要求偏差的規(guī)格的情況。這是因?yàn)橐韵嗤奶崂瓧l件提拉單晶則V/G值也會(huì)相同這樣的假設(shè)是錯(cuò)誤的，也得知在二根以上單晶棒之間，實(shí)際的V/G值相異而造成此結(jié)果。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人，針對(duì)多重牽引(multi-pulling)法，根據(jù)從開始操作算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)通過(guò)在開始提拉單晶之前，事前地修正提拉條件，能夠?qū)?shí)際的二根以上的單晶的V/G值設(shè)成規(guī)定值，而完成本發(fā)明。
以下，一邊參照附圖一邊詳細(xì)地說(shuō)明有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施方式。
在本發(fā)明中，是采用通過(guò)切克勞斯基法在處理室(chamber)內(nèi)從同一坩堝中的原料熔液提拉二根以上單晶的多重牽引(multi-pulling)法；首先，根據(jù)圖1，說(shuō)明有關(guān)所使用的單晶制造裝置的概要。
此單晶制造裝置，是在主室1的內(nèi)部，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸，設(shè)置要被嵌合在石墨坩堝6中的石英坩堝5，并通過(guò)馬達(dá)而以所希望的旋轉(zhuǎn)速度而被旋轉(zhuǎn)。設(shè)置加熱器7，使得其可以包圍石墨坩堝6，通過(guò)此加熱器7，收容在石英坩堝5內(nèi)的多晶硅原料熔解而成為原料熔液4。又，設(shè)置絕熱部件8，防止從加熱器7來(lái)的輻射熱直接照射在主室1等的金屬性的器具上。在原料熔液4的熔液面上，隔熱部件12以規(guī)定間隔對(duì)向配置在熔液面上，用以遮斷從原料熔液面來(lái)的輻射熱。
將晶種浸漬在此坩堝中之后，從原料熔液面提拉棒狀的單晶3。坩堝可以在結(jié)晶成長(zhǎng)軸方向升降，通過(guò)在成長(zhǎng)中使坩堝上升，使其可以補(bǔ)償在進(jìn)行單晶的成長(zhǎng)時(shí)所減少的原料熔液4的液面下降量，而將原料熔液4的熔液面的高度經(jīng)常保持一定。
進(jìn)而，在生長(zhǎng)單晶時(shí)，從氣體導(dǎo)入口10導(dǎo)入氬氣等的惰性氣體來(lái)作為沖洗氣體，通過(guò)提拉中的單晶3和氣體整流筒11之間以后，通過(guò)隔熱部件12和原料熔液4的熔液面之間，然后從氣體流出口9流出。通過(guò)控制導(dǎo)入的氣體的流量和根據(jù)泵或閥等所實(shí)行的氣體排出量，來(lái)控制提拉中的處理室內(nèi)的壓力。又，通過(guò)將坩堝以與由于結(jié)晶成長(zhǎng)所造成的液面降低量相異的速度往上頂起，而使原料熔液面的高度在結(jié)晶成長(zhǎng)軸方向上升、下降；或是通過(guò)驅(qū)動(dòng)手段使氣體整流筒11升降來(lái)上下移動(dòng)隔熱部件12的位置；能夠容易且高精度地變更原料熔液4的熔液面和隔熱部件12之間的距離。
通過(guò)此單晶制造裝置，進(jìn)行從同一的坩堝中的原料熔液4，提拉二根以上硅單晶的多重牽引(multi-pulling)法。具體來(lái)說(shuō)，從原料熔液4提拉單晶之后，沒(méi)有關(guān)閉加熱器7的電源而將多晶原料追加投入殘留的原料熔液4中，將其熔解而還原成原先的熔液量之后，提拉下一根硅單晶，重復(fù)這些步驟來(lái)進(jìn)行二根以上硅單晶的提拉。此時(shí)，為了要將各個(gè)提拉的單晶的V/G值控制在規(guī)定值，按照從開始操作算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，在提拉單晶之前，事前地修正提拉條件，來(lái)生長(zhǎng)具有所希望的缺陷區(qū)域的硅單晶。在此，開始操作的基準(zhǔn)時(shí)間，例如能夠設(shè)為加熱器7開始加熱的時(shí)候。
在此，按照隨著從開始操作算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間而降低的結(jié)晶溫度梯度G的降低量，降低使接下來(lái)的單晶的晶身部成長(zhǎng)時(shí)的提拉速度V，而可以將V/G控制成規(guī)定值。特別是在硅單晶的生長(zhǎng)中，結(jié)晶有差排化(位錯(cuò))化的情況，需要增加供應(yīng)給加熱器7的電力，使直到目前已經(jīng)成長(zhǎng)的結(jié)晶浸漬在熔液中而再熔解，雖然從開始操作算起至規(guī)定的硅單晶提拉完成為止的預(yù)定時(shí)間會(huì)發(fā)生偏差，但是通過(guò)按照從開始操作算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，修正提拉速度V而將V/G控制成規(guī)定的值，則可以對(duì)應(yīng)此種情況。
又，通過(guò)修正氬氣等的惰性氣體的流量、處理室內(nèi)的壓力、原料熔液4的熔液面和隔熱部件12(在上述處理室內(nèi)對(duì)向配置在上述原料熔液面上)之間的距離等的提拉速度V以外的提拉條件，將原本會(huì)按照從操作時(shí)間算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間而降低的G值，保持成規(guī)定的值，而將V/G保持在規(guī)定值，而可以生長(zhǎng)具有所希望的缺陷區(qū)域之單晶。
進(jìn)而，按照從操作時(shí)間算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，通過(guò)組合提拉速度V、惰性氣體的流量、處理室內(nèi)的壓力以及原料熔液4的熔液面和隔熱部件12之間的距離的任二種以上的提拉條件，來(lái)將V/G值按照經(jīng)過(guò)時(shí)間而控制成規(guī)定值，變成可以提高具有所希望的缺陷區(qū)域的單晶的質(zhì)量的精度。
提拉出來(lái)的二根以上的單晶之中，在至少提拉2根以上的相同品種的單晶的情況，按照該單晶的提拉是第幾根，可以修正上述各個(gè)單晶的提拉條件，使得V/G可以成為相同的規(guī)定值，由此來(lái)使提拉條件的修正簡(jiǎn)單化，可以節(jié)省成本。即使是根據(jù)此種簡(jiǎn)單的方法，比較如以往般地一律以相同的條件來(lái)進(jìn)行提拉的情況，能夠大幅提高單晶的質(zhì)量均勻性。
前述提拉條件的修正，是基于經(jīng)過(guò)時(shí)間預(yù)先準(zhǔn)備二個(gè)以上前述各提拉條件的圖案，然后通過(guò)按照經(jīng)過(guò)時(shí)間選擇該提拉單晶的最適當(dāng)?shù)奶崂瓧l件的圖案來(lái)進(jìn)行提拉，此手段簡(jiǎn)單且確實(shí)，且其成本低。例如，預(yù)先經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)等，基于經(jīng)過(guò)時(shí)間，事先將二個(gè)以上的圖案輸入計(jì)算機(jī)等中，然后按照經(jīng)過(guò)時(shí)間，通過(guò)執(zhí)行程序等來(lái)選擇該提拉單晶的最適當(dāng)?shù)奶崂瓧l件的圖案，來(lái)將V/G控制成規(guī)定值。
在此，各條件的V/G的關(guān)系，由于是對(duì)每個(gè)裝置進(jìn)行計(jì)算或?qū)嶋H測(cè)量，所以能夠依照經(jīng)過(guò)時(shí)間，基于預(yù)先求出的與V/G之間的關(guān)系，修正各條件。在圖8～圖10，是作為一個(gè)例子來(lái)表示的導(dǎo)入處理室內(nèi)的惰性氣體的流量、處理室內(nèi)的壓力、及原料熔液的熔液面和對(duì)向配置在上述原料熔液面上的隔熱部件之間的距離，與結(jié)晶溫度梯度G之間的關(guān)系的圖表。
如上所述，通過(guò)按照從開始操作算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，修正這些條件，并經(jīng)過(guò)控制結(jié)晶溫度梯度G來(lái)將V/G控制成規(guī)定值，藉以生長(zhǎng)具有所希望的缺陷區(qū)域的單晶，而可以提高質(zhì)量的精度。進(jìn)而，先盡可能地增大提拉速度V，另一方面則通過(guò)按照經(jīng)過(guò)時(shí)間至少修正上述條件的至少其中之一，來(lái)控制結(jié)晶溫度梯度G，則利用將V/G控制成規(guī)定值，而能以更低成本、更大量且穩(wěn)定地生產(chǎn)具有所希望的缺陷區(qū)域且質(zhì)量一定的硅單晶。
以上述條件生長(zhǎng)的單晶，其具有均勻的缺陷尺寸；對(duì)從該單晶切出而成的晶片，考慮按照前述晶片狀態(tài)所需要的內(nèi)生(Grown-in)缺陷的消滅效果，來(lái)施行在氫、氬或這些氣體的混合氣體也就是非氧化性的氣氛中、1100℃～1400℃、5min～600min這樣的熱處理。而且，熱處理時(shí)間與熱處理溫度的上限值，是考慮由于熱處理所造成的對(duì)晶片制品的金屬污染和熱處理爐的耐久性問(wèn)題等、及由于處理時(shí)間變長(zhǎng)所產(chǎn)生的成本，而設(shè)定的參考值；熱處理時(shí)間與熱處理溫度的下限值，是考慮內(nèi)生(Grown-in)缺陷的消滅效果的參考值。
此時(shí)，相對(duì)于所希望的密度，退火晶片的表面附近缺陷的密度偏離的情況，考慮表面附近缺陷的密度水平及從開始操作算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，通過(guò)修正要導(dǎo)入處理室內(nèi)的惰性氣體的流量、處理室內(nèi)的壓力、及原料熔液的熔液面和對(duì)向配置在上述原料熔液面上的隔熱部件之間的距離中的其中一種以上的提拉條件，可變更成按照處理時(shí)間的最佳操作條件。
由此，能夠得到一種將表面附近的表面附近缺陷的密度偏差σ，抑制在平均值的100％以下的硅晶片。其結(jié)果，不論制造時(shí)間經(jīng)過(guò)多久，可以將制品的表面附近缺陷的密度偏差σ，正確地控制在一定的規(guī)格內(nèi)，而能夠提高晶片制品的產(chǎn)率、生產(chǎn)性。如此，本發(fā)明通過(guò)多重牽引法，能夠在一個(gè)批次中大量地制造質(zhì)量一致的制品，所以對(duì)于因?yàn)殛P(guān)系到二個(gè)以上的原因的單純同樣的提拉條件的修正是不足夠的氮摻雜退火用的硅單晶，是特別有效的。
(實(shí)施例1)將直徑55cm的坩堝設(shè)置在圖1所示的單晶制造裝置中，而為了要使用CZ法來(lái)生長(zhǎng)直徑20cm的硅單晶，首先將120kg多晶硅原料置入坩堝內(nèi)，并摻雜氮，使得生長(zhǎng)的硅單晶的氮濃度成為3×1013atoms/cm3。然后，通過(guò)加熱器加熱，熔解多晶硅原料，來(lái)生長(zhǎng)其晶身部的長(zhǎng)度為100cm且其直徑為20cm的硅單晶。接著，將重量與第一根提拉上來(lái)的單晶相同的多晶硅原料，追加置入坩堝內(nèi)，并通過(guò)多重牽引法，重復(fù)地進(jìn)行相同品種結(jié)晶的提拉。
此時(shí)，如圖2所示，按照從加熱器開始加熱算起的時(shí)間，準(zhǔn)備三種單晶的提拉條件。從加熱器開始加熱算起的時(shí)間，在35小時(shí)以下(第一根)的情況是使用圖案1的提拉速度、在35小時(shí)至70小時(shí)(第二根)的情況是使用圖案2的提拉速度、在70小時(shí)以上(第三根)的情況是使用圖案3的提拉速度，以此方式來(lái)生長(zhǎng)硅單晶。通過(guò)對(duì)這些硅單晶進(jìn)行切片，制作出晶片，然后在氬氣氛中，施行1200℃、1小時(shí)的熱處理，然后利用表面附近的缺陷密度測(cè)定裝置(M0601，三井金屬公司制造)，求出整個(gè)晶片面的表面附近(從表面算起至深度約5μm為止)中的20nm以上尺寸的缺陷的平均密度。
其結(jié)果，如圖3所示，在圖案1(第一根)、圖案2(第二根)、圖案3(第三根)的任一種情況，在單晶的長(zhǎng)度方向，可以得到均質(zhì)的表面附近缺陷密度；進(jìn)而，在圖4中表示這些資料的長(zhǎng)條圖，其表面附近缺陷密度的平均值是3.85/cm2、偏差(離差)的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ是平均值的57％。如此，通過(guò)本發(fā)明，不論從開始操作硅單晶的提拉算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間為何，可以降低由提拉上來(lái)的硅單晶所得到的晶片制品的表面附近缺陷中的表面缺陷密度的偏差，而將其正確地控制在規(guī)格內(nèi)。
(實(shí)施例2)接著，在硅單晶生長(zhǎng)時(shí)，先準(zhǔn)備使惰性氣體也就是氬氣(作為清潔氣體)的流量，配合時(shí)間的經(jīng)過(guò)而變化的圖案2′(此惰性氣體是從氣體導(dǎo)入口10導(dǎo)入，通過(guò)提拉中的單晶3和氣體整流筒11之間之后，通過(guò)隔熱部件12和原料熔液4的熔液面之間，然后從氣體流出口9流出)，而在從加熱器開始加熱算起35小時(shí)至70小時(shí)(第二根)，使用此圖案2′(使氣體流量比第一根提高15％)，提拉速度則使用與第一根相同的圖案1，其它的條件則設(shè)成與實(shí)施例1相同，以此方式來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其結(jié)果，如圖5所示，在表面附近的表面附近缺陷的密度，于單晶的長(zhǎng)度方向，可以得到均勻的分布，其表面附近缺陷的密度的平均值為2.65/cm2、偏差(離差)的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ是平均值的60％，而可以得到與圖3(b)的實(shí)施例1同樣的效果。
(比較例1)相對(duì)于實(shí)施例1，在從加熱器開始加熱算起的時(shí)間為35小時(shí)至70小時(shí)(第二根)時(shí)，使用與第一根相同的圖案1來(lái)進(jìn)行單晶的生長(zhǎng)，其它的條件則設(shè)成與實(shí)施例1相同，以此方式來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其結(jié)果，如圖6所示，可知與圖3(a)所示的實(shí)施例1的圖案1(35小時(shí)以下)或圖3(b)所示的實(shí)施例1的圖案2(35小時(shí)至70小時(shí))比較，其均勻性受到損害。進(jìn)而，不論從加熱器開始加熱算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間為何，全部的硅單晶是使用相同的圖案1來(lái)生長(zhǎng)硅單晶，其它的條件則與實(shí)施例1相同，以此方式來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并在圖7中表示其長(zhǎng)條圖。其結(jié)果，表面附近缺陷密度的平均值為4.97/cm2、偏差(離差)的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ是平均值的112％。
如此，若沒(méi)有按照從開始操作硅單晶的制造算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，修正提拉條件來(lái)將提拉單晶的V/G控制成規(guī)定值，則由提拉出來(lái)的單晶所得到的晶片制品的表面附近的表面附近缺陷密度的偏差變大，難以將該偏差控制在規(guī)格內(nèi)。
而且，本發(fā)明并未限定于上述實(shí)施方式。上述實(shí)施方式僅是例示，只要是具有與被記載于本發(fā)明的權(quán)利要求書中的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)上相同的構(gòu)成，能得到同樣的作用效果者，不論為何者，皆被包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單晶的制造方法，是通過(guò)切克勞斯基法在處理室內(nèi)從相同的坩堝中的原料熔液，提拉二根以上的單晶的多重牽引法，從原料熔液提拉單晶之后，沒(méi)有關(guān)閉加熱器的電源而將多晶原料追加投入殘留的原料熔液中，將其熔解之后，提拉下一根單晶，重復(fù)這些步驟來(lái)進(jìn)行二根以上的單晶的提拉的單晶的制造方法，其特征在于，在將使單晶的晶身部成長(zhǎng)時(shí)的提拉速度V和固液界面附近的提拉軸方向的結(jié)晶溫度梯度G的比，設(shè)為V/G的情形時(shí)，為了要將各個(gè)提拉的單晶的V/G控制成規(guī)定值，根據(jù)從開始操作算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，在開始提拉單晶之前，事前至少修正上述提拉速度V、導(dǎo)入上述處理室內(nèi)的惰性氣體的流量、上述處理室內(nèi)的壓力、及上述原料熔液的熔液面和隔熱部件之間的距離之中的其中任一種以上的提拉條件，來(lái)生長(zhǎng)具有所希望的缺陷區(qū)域的單晶，其中，所述隔熱部件在上述處理室內(nèi)對(duì)向配置在上述原料熔液面上。
2.如權(quán)利要求1所述的單晶的制造方法，其特征在于，上述提拉的二根以上的單晶之中，在提拉至少二根以上的相同品種的單晶的情形下，為了要使上述V/G可以成為相同的規(guī)定值，而按照該單晶的提拉是第幾根，將各個(gè)單晶的上述提拉條件，在開始提拉單晶之前，加以事前修正。
3.如權(quán)利要求1或2所述的單晶的制造方法，其特征在于，上述提拉條件的修正，是基于經(jīng)過(guò)時(shí)間，預(yù)先準(zhǔn)備二個(gè)以上前述各提拉條件的圖案，并通過(guò)根據(jù)經(jīng)過(guò)時(shí)間，選擇該提拉單晶的最適當(dāng)提拉條件的圖案來(lái)進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的單晶的制造方法，其特征在于，提拉在上述單晶中摻雜有氮的硅單晶。
5.一種退火晶片的制造方法，其特征在于先從通過(guò)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的單晶的制造方法制造出來(lái)的硅單晶，切出硅晶片，然后通過(guò)在氫、氬或這些氣體的混合氣體也就是非氧化性氣體的氣氛中，施行1100℃-1400℃、5min-600min的熱處理，來(lái)制造退火晶片。
6.如權(quán)利要求5所述的退火晶片的制造方法，其特征在于，上述退火晶片，在從表面算起至深度5μm為止的表面附近，其20nm以上的尺寸的表面附近缺陷的平均密度是20/cm2以下；在結(jié)晶軸方向中的從上述退火晶片的表面算起至深度5μm為止的表面附近，20nm以上的尺寸的表面附近缺陷的密度偏差σ，成為平均值的100％以下。
全文摘要
一種單晶的制造方法，是通過(guò)切克勞斯基法在處理室內(nèi)從相同的坩堝中的原料熔液4，提拉二根以上單晶3之多重牽引(multi－pulling)法，針對(duì)在從原料熔液4提拉單晶3之后，沒(méi)有關(guān)閉加熱器7的電源而將多晶原料追加投入殘留的原料熔液4中，將其熔解之后，提拉下一根單晶3，重復(fù)這些步驟來(lái)進(jìn)行二根以上單晶3的提拉之單晶的制造方法，其特征為在將使單晶3的晶身部成長(zhǎng)時(shí)的提拉速度V和固液界面附近的提拉軸方向的結(jié)晶溫度梯度G的比，設(shè)為V/G的情況，為了要將各個(gè)提拉的單晶3的V/G控制成規(guī)定值，按照從開始操作算起的經(jīng)過(guò)時(shí)間，在開始提拉單晶之前，事前修正上述提拉速度V等的提拉條件，來(lái)生長(zhǎng)具有所希望的缺陷區(qū)域之單晶3。
文檔編號(hào)C30B33/00GK101080515SQ20058004323
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者星亮二, 柳町隆弘 申請(qǐng)人:信越半導(dǎo)體股份有限公司