單晶硅制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過(guò)MCZ法形成磷摻雜單晶硅的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由單晶硅切割出用作存儲(chǔ)器或成像元件等半導(dǎo)體器件基板的硅晶圓，所述單晶硅 主要是通過(guò)切克勞斯基（CZ)法來(lái)制造。通過(guò)CZ法制作的單晶硅中含有氧原子，使用由該 單晶硅切割出的硅晶圓來(lái)制造設(shè)備時(shí)，硅原子與氧原子相結(jié)合形成氧析出物和BMD。
[0003] 已知它們具有捕獲晶圓內(nèi)部的重金屬等雜質(zhì)原子來(lái)提高器件特性的IG能力，在 晶圓的主體部中的氧析出量和BMD密度越高，則越能得到高性能且高可靠性的器件。
[0004] 此外，近年來(lái)也有使用摻雜有磷的硅晶圓的防輻射半導(dǎo)體器件的要求，這種設(shè)備 中通過(guò)使用高氧基板也能夠顯著提高器件的特性。
[0005] 為了對(duì)上述這種半導(dǎo)體設(shè)備賦予有效的IG能力或高氧，進(jìn)行了使單晶生長(zhǎng)中以 高濃度吸收的氧來(lái)進(jìn)行控制的制造。
[0006] 此外，對(duì)從通過(guò)上述方法制造的單晶硅切割出的硅晶圓實(shí)施了鏡面加工的拋光晶 圓、在鏡面加工后以抑制晶圓表層部的缺陷或在主體內(nèi)形成IG層為目的進(jìn)行退火處理后 的退火晶圓、形成有嘉晶層的嘉晶晶圓，以及SOI晶圓等，對(duì)各種晶圓的要求不斷提尚。
[0007] 由于這些晶圓通過(guò)一些階段的器件工序，因此存在對(duì)于金屬雜質(zhì)等在工序中侵入 元件區(qū)域，或者輻射線(xiàn)或宇宙射線(xiàn)侵入元件區(qū)域而引起電離等對(duì)電氣特性的妨礙因素。因 此，防止在成像元件的情況下造成圖像不均等損害的雜質(zhì)擴(kuò)散的技術(shù)，或者中和在防輻射 元件的情況下由于輻射和宇宙射線(xiàn)導(dǎo)致的電離等技術(shù)已成為必要發(fā)展的課題，在一部分成 像元件和防福射元件的用途中，尤其期望磷摻雜且1. 6X1018atoms/cm3(ASTM'79)以上的高 氧結(jié)晶的提拉技術(shù)。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0010] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本專(zhuān)利4953386號(hào)公報(bào)
[0011] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本專(zhuān)利公開(kāi)2008-189523號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0013] 專(zhuān)利文件1、2中提出了將單晶硅的氧濃度控制成高氧濃度的方法，但這些文件中 沒(méi)有記載使氧濃度控制成1.6X10lsat〇mS/cm3(ASTM' 79)以上的控制方法。將單晶棒直胴 部整個(gè)長(zhǎng)度上的氧濃度控制為1. 6X10lsat〇mS/cm3 (ASTM'79)以上并不容易，尤其對(duì)于提拉 中的剩余熔融液量降低的單晶棒直胴的后半部，石英坩堝內(nèi)壁與熔融液的接觸面積變小， 難以將氧濃度控制為1.6X1018atoms/cm3(ASTM' 79)以上。
[0014] 本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的在于，提供一種氧濃度為 1.6X1018atoms/cm3(ASTM' 79)以上且高濃度地?fù)诫s磷的單晶硅的制造方法。
[0015](二）技術(shù)方案
[0016] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明，提供一種磷摻雜單晶硅的制造方法，其特征 在于，
[0017] 通過(guò)MCZ法從摻雜有磷的硅熔融液中提拉單晶硅，
[0018] 以使所述磷摻雜單晶硅中的磷濃度為2X 1016atoms/cm3以上的方式來(lái)?yè)诫s磷，使 中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為2, 000高斯以上的方式對(duì)所述硅熔融液施加水平磁場(chǎng)，由此制造氧濃度為 1.6X1018atoms/cm3(ASTM' 79)以上的所述磷摻雜單晶娃。
[0019] 若為這種磷摻雜單晶硅的制造方法，則能夠制造出氧濃度未1. 6X10lsatoms/ cm3(ASTM' 79)以上的高濃度地?fù)诫s磷的單晶硅。尤其是還能夠使單晶棒直胴部的幾乎整 個(gè)長(zhǎng)度上均達(dá)到高氧濃度。
[0020] 此外，優(yōu)選地，在提拉所述磷摻雜單晶硅時(shí)，將用于提拉所述磷摻雜單晶硅的單晶 提拉裝置內(nèi)的爐內(nèi)壓設(shè)為l〇〇hPa以上。
[0021] 由此，能夠制造使單晶棒直胴部的幾乎整個(gè)長(zhǎng)度上具有更高氧濃度的磷摻雜單晶 娃。
[0022] (三）有益效果
[0023] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠制造氧濃度為1. 6X1018atoms/cm3(ASTM' 79)以上的 以高濃度摻雜磷的單晶硅。尤其是還能夠形成使單晶棒直胴部的幾乎整個(gè)長(zhǎng)度上均為高氧 的尚憐慘雜單晶娃。進(jìn)而，能夠由這種尚憐慘雜單晶娃得到具有優(yōu)異電氣特性的尚品質(zhì)娃 晶圓。這種晶圓通過(guò)器件工序在晶圓主體內(nèi)部形成極高密度的BMD層，能夠根據(jù)用途消除 電氣方面的妨礙因素，因此能夠適當(dāng)應(yīng)用于例如存儲(chǔ)器、成像元件或防輻射半導(dǎo)體器件基 板等。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是表示本發(fā)明中使用的單晶提拉裝置一例的示意圖。
[0025] 圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例中的磷摻雜單晶硅的各結(jié)晶位置上的氧濃度（ASTM'79) 分布的圖表。
[0026] 圖3是表示比較例的磷摻雜單晶硅的各結(jié)晶位置上的氧濃度（ASTM'79)分布的圖 表。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 如上所述，單晶硅的制造中將單晶棒直胴部的整個(gè)長(zhǎng)度上的氧濃度控制為 1. 6X1018atoms/cm3(ASTM' 79)以上很困難，但在一部分成像元件或防福射元件的用 途中，尤其需要開(kāi)發(fā)高濃度磷摻雜且使單晶棒直胴部的整個(gè)長(zhǎng)度上的氧濃度均達(dá)到 1.6X10lsatoms/cm3(ASTM' 79)以上的單晶硅的提拉技術(shù)。
[0028] 本發(fā)明的發(fā)明人等人對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在高濃度的磷摻 雜單晶硅的制造過(guò)程中，通過(guò)施加水平磁場(chǎng)能夠制造出使單晶棒直胴部的幾乎整個(gè)長(zhǎng)度上 具有尚氧濃度的憐慘雜單晶娃，從而完成本發(fā)明。
[0029] 本發(fā)明是一種磷摻雜單晶硅的制造方法，其通過(guò)MCZ法從摻雜有磷的硅熔融液中 提拉單晶硅，
[0030] 以使磷摻雜單晶硅中的磷濃度為2X1016atoms/cm3以上的方式來(lái)?yè)诫s磷，使中心 磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到2, 000高斯以上的方式對(duì)所述硅熔融液施加水平磁場(chǎng)，由此制造氧濃度為 1.6X10lsatoms/cm3(ASTM' 79)以上的磷摻雜單晶硅。
[0031] 下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的一例進(jìn)行具體說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于此。
[0032] 圖1是表示本發(fā)明磷摻雜單晶硅的制造方法中所使用的單晶提拉裝置的一例的 示意圖。下面，基于圖1對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0033] 本發(fā)明所使用的單晶提拉裝置具備主腔室1及副腔室2。在主腔室1的內(nèi)部設(shè)置 有用于收容熔融的原料熔融液3的石英坩堝4,以及支承石英坩堝4的石墨坩堝5。這些坩 堝通過(guò)支承軸7上的托盤(pán)6所支承。在坩堝的外側(cè)設(shè)置有加熱器8,進(jìn)而在其外側(cè)沿主腔 室的內(nèi)壁設(shè)置有絕熱材料9。此外，還可以根據(jù)需要設(shè)置下部絕熱材料10。在坩堝的上方 設(shè)置對(duì)提拉后的磷摻雜單晶硅11進(jìn)行冷卻的冷卻筒14,以及氣體整流筒12,該氣體整流筒 12由圓筒形狀的石墨材料構(gòu)成，且在下端部具備抑制來(lái)自原料熔融液3和加熱器8的輻射 熱的隔熱板13。
[0034] 此外，為了抑制來(lái)自主腔室1上部的排熱，除了對(duì)冷卻筒14的上部絕熱，還可以使 用擴(kuò)大從氣體整流筒12下端到原料熔融液液面的距離、通過(guò)加熱器8的驅(qū)動(dòng)來(lái)移動(dòng)發(fā)熱中 心等方法。
[0035] 此外，本發(fā)明中為了通過(guò)MCZ(MagneticfieldappliedCZ)法施加水平磁場(chǎng)并提 拉單晶硅，本發(fā)明所使用的單晶提拉裝置在主腔室1的外側(cè)裝備用于施加水平磁場(chǎng)的磁鐵 15。MCZ法中有垂直磁場(chǎng)、水平磁場(chǎng)、切向磁場(chǎng)等各種磁場(chǎng)方式，能夠根據(jù)磁力線(xiàn)的分布或磁 場(chǎng)強(qiáng)度等設(shè)計(jì)控制氧濃度。
[0036] 在無(wú)磁場(chǎng)環(huán)境下的原料熔融液3的對(duì)流使熔融液內(nèi)部的氧輸送量增大，向熔融液 表層部的氧搬運(yùn)量增大。由于向熔融液表層的氧搬運(yùn)量的增大，氧蒸發(fā)量顯著增加，結(jié)果 為，熔融液中氧含量容易減少。另一方面，通過(guò)MCZ法，特別是在水平磁場(chǎng)中將原料熔融液 3設(shè)為強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下，能夠抑制向熔融液表層部的氧搬運(yùn)量以及氧蒸發(fā)量，并控制熔融液中 的氧含量。
[0037] 在使用這種單晶提拉裝置，實(shí)施本發(fā)明的磷摻雜單晶硅的制造方法時(shí)，向石英坩 堝4中填充作為單晶硅原料的多晶娃。此時(shí)還添加決定基板的