專利名稱：：硅單晶的培育方法、以及硅晶片和使用該硅晶片的soi襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及成為用作半導(dǎo)體集成電路的襯底的硅晶片的坯材的硅單晶的培育方法以及用該單晶所制造的硅晶片。
背景技術(shù)：
：用于半導(dǎo)體集成電路(器件)的襯底的硅晶片是從硅的單晶切取的，而在該單晶的制造中最廣泛采用的是利用切克勞斯基法(以下稱為"cz法")的培育方法。cz法是將晶種浸漬于石英坩鍋內(nèi)的熔融硅中并提拉，從而培育單晶的方法，而隨著該培育方法的進(jìn)步，已經(jīng)可以制造缺陷少、無(wú)位錯(cuò)的大型單晶。半導(dǎo)體器件是以從單晶得到的晶片為襯底，經(jīng)過(guò)用于形成電路的多個(gè)工藝而制成產(chǎn)品的。在這些工藝中，要實(shí)施多種物理處理、化學(xué)處理、甚至熱學(xué)處理，其中，還包括超過(guò)IOOO'C的苛刻處理。因此，在單晶的培育時(shí)其原因形成、而在器件的制造過(guò)程中明顯存在、并對(duì)其性能產(chǎn)生很大影響的微細(xì)缺陷，即Growrwn缺陷成為問(wèn)題。作為制造無(wú)該Grown-in缺陷的晶片的方法，有在成形后對(duì)晶片實(shí)施熱處理的方法，但得到的無(wú)缺陷部局限于表層部，為使從表面到深處位置有足夠的無(wú)缺陷區(qū)域，必須在單晶培育階段形成。在得到該無(wú)缺陷單晶的方法中，有改進(jìn)作為坯材的單晶提拉的剛凝固后的冷卻部分，即熱區(qū)(本y卜、/—的結(jié)構(gòu)的培育方法，以及向培育中的裝置內(nèi)氣氛中添加氫的方法。圖1是說(shuō)明用CZ法得到的硅單晶內(nèi)存在的代表性Grown-in缺陷的分布狀況的圖。用CZ法得到的硅單晶的Grown-in缺陷是由被稱為缺陷紅外線散射體或COP(CrystalOriginatedPartical:源于結(jié)晶的粒子)等的大小為0.1~0.2pm左右的空位缺陷、以及被稱為位錯(cuò)簇的大小為10pm左右的微小位錯(cuò)構(gòu)成的缺陷。這些缺陷的分布在進(jìn)行了通常的提拉培育的情況下例如像圖l那樣被觀察到。這是示意性地示出了從剛培育后的單晶切取與提拉軸垂直的面的晶片，浸潰于硝酸銅水溶液中，使之附著Cu,在熱處理后用X射線形貌法進(jìn)行了微小缺陷的分布觀察的結(jié)果的圖。該晶片的呈環(huán)狀分布的氧感生堆垛層錯(cuò)(以下稱為"OSF"-OxygeninducedStackingFault)在外徑的約2/3的位置出現(xiàn)，而在該環(huán)的內(nèi)側(cè)部分，紅外線散射體缺陷被檢測(cè)出105~106個(gè)/(^3左右，在外側(cè)有位錯(cuò)娛缺陷存在103~104個(gè)/cm3左右的區(qū)域。OSF是氧化熱處理時(shí)產(chǎn)生的晶格間原子所形成的堆垛層錯(cuò)，在作為器件的有源區(qū)(活性領(lǐng)域')的晶片表面上進(jìn)行了生成成長(zhǎng)的情況下，成為漏泄電流的原因，使器件特性變差。另外，紅外線散射體是使初始的氧化膜耐壓特性降低的原因，位錯(cuò)簇也成為在其上所形成的器件的特性不佳的原因。圖2是用緩慢降低提拉速度所培育的單晶的截面的缺陷分布狀態(tài)示意性地說(shuō)明單晶提拉時(shí)的提拉速度與結(jié)晶缺陷的發(fā)生位置的一般關(guān)系的圖。上述缺陷的發(fā)生狀態(tài)通常受單晶培育時(shí)的提拉速度和剛凝固后的單晶內(nèi)溫度分布的大的影響。例如，如沿結(jié)晶中心的提拉軸對(duì)一邊緩慢降低提拉速度一邊培育的單晶進(jìn)行切割，對(duì)其截面采用與上述圖1同樣的方法研究缺陷的分布，則可得到圖2。如果在與提拉軸垂直的面看該缺陷分布，則首先，在形成肩部得到所需單晶直徑后的胴部(胴部)的提拉速度快的階段，在結(jié)晶周邊部有環(huán)狀OSF，內(nèi)部為發(fā)生多個(gè)紅外線散射體缺陷的區(qū)域。然后，隨著提拉速度的降低，環(huán)狀OSF的直徑逐漸減小，與此同時(shí)，在環(huán)狀OSF的外側(cè)部分，出現(xiàn)位錯(cuò)簇的發(fā)生區(qū)域，最終環(huán)狀OSF消失，整個(gè)面成為位錯(cuò)簇缺陷發(fā)生區(qū)域。上述圖1示出了以該圖2中A的位置，或相當(dāng)于該A的位置的提拉速度所培育的單晶的晶片。如果進(jìn)一步詳細(xì)地研究這些缺陷的分布，則可知在環(huán)狀OSF的發(fā)生區(qū)域附近，紅外線散射體缺陷和位錯(cuò)簇缺陷均極少。而且，與環(huán)狀OSF發(fā)生區(qū)域相接的外側(cè)，有因處理?xiàng)l件而出現(xiàn)氣析出的氧析出促進(jìn)區(qū)域，進(jìn)而在與其外側(cè)的位錯(cuò)簇發(fā)生區(qū)域之間，有不產(chǎn)生氧析出的氧析出抑制區(qū)域。這些氧析出促進(jìn)區(qū)域和氧析出抑制區(qū)域與環(huán)狀OSF發(fā)生區(qū)域相同，均為Grown-in缺陷極少的無(wú)缺陷區(qū)域。雖然不一定清楚這些缺陷的成因，但可作如下考慮。在從液相的熔液培肓固相的單晶時(shí)，在固液界面附近的固相的晶格內(nèi)大量地進(jìn)入欠缺原子的空位和過(guò)剩的原子。所進(jìn)入的空位、晶格間原子在進(jìn)行凝固而溫度下降的過(guò)程中，通過(guò)擴(kuò)散相互結(jié)合在一起，或抵達(dá)表面而消失。而且，空位相對(duì)比晶格間原子進(jìn)入更多，并且擴(kuò)散速度快，從而如果提拉速度大，加快冷卻，空位就會(huì)殘留，它們結(jié)合在一起，生成紅外線散射體缺陷；放慢提拉速度，空位就會(huì)消失，殘留的晶格間原子形成位錯(cuò)簇缺陷。在該空位的數(shù)目和晶格間原子的數(shù)目恰好達(dá)到平衡并結(jié)合在一起而消失的區(qū)域，成為紅外線散射體缺陷和位錯(cuò)簇缺陷均極少的無(wú)缺陷區(qū)域。但是，即使在無(wú)缺陷區(qū)域，在與發(fā)生多個(gè)紅外線散射體缺陷的區(qū)域鄰接的位置，也容易發(fā)生環(huán)狀OSF。進(jìn)而，在其外側(cè)，或低速側(cè)，有氣析出促進(jìn)區(qū)域，由于該區(qū)域被認(rèn)為是空位占優(yōu)勢(shì)的無(wú)缺陷區(qū)域，故以下稱為Pv區(qū)域。另外，在該P(yáng)v區(qū)域外側(cè)，或低速側(cè)，有氧析出抑制區(qū)域，此處被認(rèn)為是晶格間元素占優(yōu)勢(shì)的無(wú)缺陷區(qū)域，稱為Pi區(qū)域。由于紅外線散射體缺陷不像位錯(cuò)簇那樣產(chǎn)生惡劣影響，還有生產(chǎn)率提高的效果，故以往是加快提拉速度，使環(huán)狀OSF的發(fā)生區(qū)域位于結(jié)晶的外周部，來(lái)進(jìn)行單晶培育。然而，集成電路因近年來(lái)要求小型化、高密度化而更加微細(xì)化，紅外線散射體缺陷也成為合格品成品率低下的重大原因，降低其發(fā)生密度就成為重要課題。為此，提出了改進(jìn)熱區(qū)結(jié)構(gòu)的單晶培育方法，以便擴(kuò)大上述的無(wú)缺陷區(qū)域，使晶片整個(gè)面成為無(wú)缺陷區(qū)域。例如，在特開平8-330316號(hào)公報(bào)所公開的發(fā)明中，以單晶培育時(shí)的提拉速度為V(mm/min)、以從熔點(diǎn)到1300°C的溫度范圍的提拉軸方向的溫度梯度為G(°C/mm)時(shí)，控制溫度梯度，使在從結(jié)晶中心到距外周30mm的內(nèi)部位置的V/G為0.20~0.22mm2/('C'min),且該值朝向結(jié)晶外周逐漸增加。作為這樣的積極地控制剛凝固后的結(jié)晶內(nèi)的溫度分布的方法的例子，在特開2001-220289號(hào)公報(bào)、特開2002-18T794號(hào)公報(bào)中，提出了通過(guò)包圍單晶的周圍的熱屏蔽體的尺寸、位置的選定，進(jìn)而通過(guò)冷卻用部件的使用等，使提拉軸方向的結(jié)晶內(nèi)溫度梯度、在中心部大在外周部小的技術(shù)的發(fā)明。如假定提拉軸方向的結(jié)晶內(nèi)溫度梯度在中心部為Gc，在外周部為Ge,則通常由于通過(guò)從表面的散熱來(lái)冷卻剛凝固后的提拉中的單晶，故在外周部大在中心部小。即，Gc<Ge。與此相對(duì)，在上述專利公報(bào)所述的發(fā)明中，通過(guò)包圍剛凝固后的單晶的周圍的熱屏蔽體的尺寸、位置，進(jìn)而冷卻用部件的使用等熱區(qū)的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，在從熔點(diǎn)到1250。C附近的溫度區(qū)，使Gc〉Ge。這是在提拉中單晶的熔液升起的部分附近，表面部通過(guò)來(lái)自坩鍋壁面、熔液面的熱輻射而保溫，通過(guò)用熱屏蔽體、冷卻部件等更強(qiáng)烈地冷卻單晶的上部，中心部通過(guò)熱傳遞冷卻，使中心部的溫度梯度相對(duì)增大。圖3是以利用具有結(jié)晶周邊部(Ge)比結(jié)晶中心部(Gc)小(Gc>Ge)的熱區(qū)結(jié)構(gòu)的培育裝置所提拉的單晶的截面的缺陷分布狀態(tài)示意性地說(shuō)明剛凝固后的單晶的提拉方向的溫度梯度的圖。其結(jié)果是，與上述圖2所示的情況同樣地，如果改變提拉速度來(lái)培育單晶，則單晶內(nèi)的各缺陷的發(fā)生分布如圖3那樣變化。因此，如果利用如此改進(jìn)了熱區(qū)結(jié)構(gòu)的培育裝置，在圖3的B至C的速度范圍進(jìn)行提拉培育，則可得到胴部的大半為無(wú)缺陷區(qū)域的單晶，制造Grown-in缺陷極少的晶片。另一方面，向培育中的裝置內(nèi)氣氛添加氫的方法是在特開2000-281491號(hào)公報(bào)、特開2001-3396號(hào)公報(bào)等中所公開的發(fā)明，在添加氫的氣氛中進(jìn)行單晶的提拉培育。如果向氣氛中添加氫，則按照氫的量使氫溶入硅熔液中，該氫一部分進(jìn)入凝固的單晶中，其結(jié)果是，Grown-in缺陷的數(shù)目減少，其大小也變小。據(jù)推測(cè)，由于以摻雜的形式進(jìn)入結(jié)晶中的氫與空位結(jié)合可抑制空位的擴(kuò)散行為，具有與晶格間原子同樣的作用，故減少了晶格間原子的進(jìn)入，但由于在冷卻過(guò)程中在高溫時(shí)氫容易擴(kuò)散而散逸，結(jié)果使缺陷減少。但是，只在氣氛中添加氬做不到完全沒有缺陷，利用從如此得到的單晶所切取的晶片，進(jìn)而在含氫的氣氛中進(jìn)行高溫下的熱處理，可形成無(wú)缺陷晶片。在國(guó)際公開WO2004/083496號(hào)小冊(cè)子中公開了利用這樣的氫的效果，采用改進(jìn)了熱區(qū)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了上述的Ge〈Gc的培育裝置，一邊向裝置內(nèi)供給含氫的惰性氣體一邊進(jìn)行提拉的無(wú)Grown-in缺陷的單晶的培育方法的發(fā)明。如使剛凝固后的單晶內(nèi)部的溫度分布為Ge<Gc，則得到如圖3的B-C間那樣的晶片整個(gè)截面為無(wú)Grown-in缺陷的區(qū)域的提拉速度范圍，只要以該提拉速度培育，即可使整個(gè)單晶無(wú)缺陷。然而，如果該速度范圍狹窄，單晶的直徑增大，則得不到使晶片整個(gè)面為無(wú)缺陷區(qū)域的速度范圍，不容易使單晶的直胴部(直胴部)全長(zhǎng)穩(wěn)定而無(wú)缺陷。與此相對(duì)，在國(guó)際公開WO2004/083496號(hào)的發(fā)明方法中，由于圖3的B-C的間隔擴(kuò)大，使晶片整個(gè)面形成無(wú)缺陷區(qū)域的提拉速度范圍擴(kuò)大，故無(wú)Grown-in缺陷的單晶容易得到，并且能夠以比現(xiàn)有速度高的速度培育。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及Grown-in缺陷極少的硅單晶的制造方法以及使用其的晶片。作為這樣的無(wú)缺陷單晶的培育技術(shù)，有采用使剛凝固后的提拉軸方向的溫度梯度在中心部比外周部大的熱區(qū)結(jié)構(gòu)的裝置，限定提拉速度的方法。在該制造法中，其目的在于，提供一種更加穩(wěn)定地得到無(wú)缺陷單晶，分開制作用于得到存在具有吸氣作用的被稱為BMD(Bulk-Micro-Defect:體內(nèi)微缺陷)的缺陷的晶片的單晶、和用于得到也沒有BMD的單晶的制造方法，以及由這些單晶形成的硅晶片。本發(fā)明以下面(1)~(4)的利用CZ法的硅單晶培育方法，以及(5)~(7)的硅晶片和(8)~(10)的使用其的SOI襯底為要旨。(1)硅單晶培育方法，其特征在于，在用CZ法進(jìn)行的硅單晶培育中，使培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中的氫分壓為40Pa~400Pa，將單晶直胴部培育成不存在Grown-in缺陷的無(wú)缺陷區(qū)域。(2)硅單晶培育方法，其特征在于，在用CZ法進(jìn)行的硅單晶培育中，使培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中的氫分壓為40Pa-160Pa，將單晶直胴部培育成空位優(yōu)勢(shì)無(wú)缺陷區(qū)域。(3)硅單晶培育方法，其特征在于，在用CZ法進(jìn)行的硅單晶培育中，使培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中的氫分壓超過(guò)160Pa并且為400Pa以下，將單晶直胴部培育成晶格間硅優(yōu)勢(shì)無(wú)缺陷區(qū)域。(4)上述(l)、(2)和(3)的硅單晶培育方法，其特征在于，在用CZ法進(jìn)行的硅單晶培育中，僅在培育單晶的直胴部的期間向培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中添加含氫原子的物質(zhì)的氣體。(5)硅晶片，其特征在于，從用上述(l)、(2)、(3)或(4)的方法所培育的單晶采取。(6)上述(5)的硅晶片，其特征在于，晶格間氧濃度為1.2xl018atomS/cm3(ASTMF121,1979)以上。(7)硅晶片，其特征在于，從用上述(l)、(2)、(3)或(4)所述的方法所培育的單晶采取，并實(shí)施快速升降溫?zé)崽幚?RTA處理)。(8)SIMOX型襯底，其特征在于，將上述(5)的硅晶片用作基底晶片(x—7夕工一八)。(9)以上述(5)的硅晶片為有源層(活性層)側(cè)的晶片的貼合型SOI襯底.。(10)上述(8)或(9)的襯底，其特征在于，晶片的晶格間氧濃度為1.0xlOl8atoms/cm3(ASTMF121,1979)以下。圖1是示意性地示出了在硅晶片內(nèi)觀察到的典型的缺陷分布的例子的圖。圖2是以緩慢降低提拉速度所培育的單晶的截面的缺陷分布狀態(tài)示意性地說(shuō)明單晶提拉時(shí)的提拉速度與結(jié)晶缺陷的發(fā)生位置的一般關(guān)系的圖。圖3是以與圖2相同的方法說(shuō)明利用具有結(jié)晶周邊部(Ge)比結(jié)晶中心部的(Gc)小(Gc〉Ge)的熱區(qū)結(jié)構(gòu)的培育裝置進(jìn)行提拉的單晶的剛凝固后的單晶的提拉方向的溫度梯度的圖。圖4是在用與上迷圖3相同的培育裝置提拉時(shí)進(jìn)一步向裝置內(nèi)的惰性氣氛中添加氫的情況的圖。圖5是說(shuō)明向具有Gc>Ge的熱區(qū)結(jié)構(gòu)的培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中添加氫的情況的氫分壓與無(wú)缺陷區(qū)域的發(fā)生提拉速度寬度的關(guān)系的圖。圖6是示意性地示出了用于實(shí)施例的硅單晶的培育裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。圖7是研究增高氧的情況的晶片面內(nèi)的氧析出物發(fā)生的分布的圖。圖8是研究降低氧的情況的晶片面內(nèi)的氧析出物發(fā)生的分布的圖。具體實(shí)施方式為了得到晶片面整個(gè)面均勻的、無(wú)Grown-in缺陷的晶片，本發(fā)明人對(duì)于提拉中的結(jié)晶內(nèi)溫度分布為Ge<Gc、進(jìn)一步向該裝置內(nèi)氣氛中添加氫的效果進(jìn)行了各種研究。在上述國(guó)際公開WO2004/083496號(hào)小冊(cè)子所述的方法中，通過(guò)使裝置內(nèi)的氣氛為在惰性氣體中添加氫的氣氛，擴(kuò)大了可得到無(wú)Grown-m缺陷的區(qū)域的提拉速度范圍，能夠以比以往高的提拉速度培育無(wú)缺陷單曰曰曰■=然而，在嘗試用該國(guó)際公開WO2004/083496號(hào)小冊(cè)子中所述的方法培育單晶時(shí)，氫分壓的限定范圍是極寬的范圍，有時(shí)其效果不一定明確。因此，更詳細(xì)地研究了該氫分壓的大小的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只要限定于特定范圍，就會(huì)出現(xiàn)新的效果。據(jù)推測(cè)，向培育中的裝置內(nèi)的氣氛氣體中混入氫所得到的效果源于，通常由于氣氛氣體采用氬等化學(xué)上完全惰性的氣體，故與其中所含的氫的分壓成比例的氫溶入硅的熔液中，從而將其分配到凝固的硅結(jié)晶中。由于混入氣氛中的氬的量少，而且裝置內(nèi)處于比大氣壓低的減壓下，故熔液中溶入的氫甚微。因此，在該溶入量處于平衡狀態(tài)時(shí)的氫的濃度LH遵循與氣相中元素的稀薄溶液有關(guān)的下式的亨利法則LH-kPH(k為系數(shù))(1)即，與氣氛中的氫分壓PH成比例的關(guān)系應(yīng)該成立。因此，用改進(jìn)了熱區(qū)結(jié)構(gòu)的培育裝置，對(duì)氣氛中的氫分壓和提拉速度進(jìn)行各種改變，來(lái)研究缺陷的發(fā)生狀況。以裝置內(nèi)的氣氛氣體壓力為Po,如果所導(dǎo)入的氣氛氣體中含有的氫的體積比率為X(%)，則氣氛中的氫分壓為PH-P0X/100(2)因此，在裝置內(nèi)的氣氛氣體壓力不同的情況下，為使氫分壓一定，即，使熔液中的氫濃度一定，必須遵循(2)式改變所混入的氫的體積比率。就這樣，對(duì)裝置內(nèi)的氫分壓進(jìn)行各種選擇，連續(xù)地改變提拉速度以培育單晶，采用與上述圖2、圖3的情況同樣的方法研究了缺陷分布的形態(tài)。圖4是用與上述圖3相同的培育裝置提拉時(shí)進(jìn)一步向裝置內(nèi)的惰性氣氛中添加氫的情況下提拉的單晶的截面的缺陷分布狀態(tài)進(jìn)行示意性說(shuō)明的圖。在圖4所示的情況下，將氣氛的氫分壓定為2S0Pa，連續(xù)地改變提拉速度培育單晶。將圖4與圖3進(jìn)行比較后可知，通過(guò)向氣氛中添加氬，無(wú)缺陷區(qū)域在提拉方向的寬度擴(kuò)大。即，可制造相同特性的區(qū)域的提拉速度的容許范圍增大。因此，如果在圖4中選定D-E間的提拉速度，則得到大致整個(gè)面為Pv的區(qū)域(氧析出促進(jìn)區(qū)域或空位優(yōu)勢(shì)無(wú)缺陷區(qū)域)的晶片，如果選定FG間的提拉速度，則得到整個(gè)面為P!的區(qū)域(氧析出抑制區(qū)域或晶格間硅優(yōu)勢(shì)無(wú)缺陷區(qū)域)的晶片。圖5是說(shuō)明向與上述圖3相同的培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中添加氬的情況的氫分壓與無(wú)缺陷區(qū)域發(fā)生的提拉速度寬度的關(guān)系的圖。在圖5中，對(duì)于培育單晶的中心部的因提拉速度造成的Grown-in缺陷的出現(xiàn)方式，已整理了對(duì)氣氛中氫分壓進(jìn)行各種改變的情況的研究結(jié)果，從中可看出明顯的傾向。如果熱區(qū)結(jié)構(gòu)相同，則即使提拉速度發(fā)生變化，提拉中的單晶內(nèi)部的溫度分布也幾乎不變，從而可將上述圖5的縱軸看作提拉速度。在此，環(huán)狀OSF的區(qū)域、Pv的區(qū)域和Pi的區(qū)域均為無(wú)Grown-in缺陷的無(wú)缺陷區(qū)域。從上述圖5可知，如氣氛中的氬分壓增加，則得到無(wú)缺陷區(qū)域的提拉速度降低，氫分壓越是增加，該速度的寬度就變得越寬。如觀察OSF區(qū)域、Pv區(qū)域和Pi區(qū)域的各自的提拉速度寬度，則首先對(duì)于OSF區(qū)域，如杲氫分壓增加則寬度變窄，雖然也與氧量有關(guān)，但最終消失。椐認(rèn)為，OSF區(qū)域是Grown-in缺陷少的區(qū)域，但由于氧析出，容易產(chǎn)生二次缺陷，如有可能優(yōu)選回避該區(qū)域。Pv區(qū)域沒有Grown-in缺陷，并且是可形成BMD的區(qū)域。該區(qū)域隨著氫分壓的增加或增寬或收窄，如果氪分壓相對(duì)地低，則速度寬度增大。Pi區(qū)域在氫分壓低的情況下窄，如果氫分壓增高則大幅度擴(kuò)大。向培育中的氣氛中添加氫改變其分壓，如此得到無(wú)缺陷區(qū)域的提拉速度的寬度發(fā)生變化的理由還不清楚。但是，據(jù)報(bào)告如在氯中使加熱至接近于熔點(diǎn)的高溫的硅晶片急劇冷卻，則發(fā)現(xiàn)空位或晶格間硅與氬結(jié)合得到的氫復(fù)合體，因此推測(cè)，在剛凝固后的結(jié)晶內(nèi)，所進(jìn)入的氫與空位或晶格間原子有某種相互作用。可以認(rèn)為，如果氫與空位結(jié)合抑制空位的移動(dòng)，則可抑制因空位凝聚而形成的紅外線散射體缺陷的發(fā)生，使OSF區(qū)域、Pv區(qū)域擴(kuò)大。另一方面，由于氫是進(jìn)入硅結(jié)晶的晶格間的元素，如果存在多個(gè)，則與提高硅的晶格間原子的濃度有相同的效果，因此想到是否是因?yàn)槭乖谀痰倪^(guò)程中從熔液進(jìn)入結(jié)晶內(nèi)的硅的晶格間原子數(shù)降低的緣故。因此，如在上述圖5中見到的那樣，如果增加氫分壓，則會(huì)抑制起因于晶格間原子的位錯(cuò)簇的發(fā)生，可能因此無(wú)缺陷區(qū)域移動(dòng)到提拉速度的低速側(cè)，P！區(qū)域被大幅度擴(kuò)大。認(rèn)為如此影響到Grown-in缺陷的形成的氫幾乎全部在其后的冷卻過(guò)程中散逸到單晶外。如上可知，通過(guò)熱區(qū)結(jié)構(gòu)的改善，在使晶片面，即與提拉軸垂直的面的無(wú)缺陷區(qū)域擴(kuò)大了的培育裝置中，如果進(jìn)一步向裝置內(nèi)的氣氛中添加氫，則可擴(kuò)大得到無(wú)缺陷區(qū)域的提拉速度寬度，并且通過(guò)改變氫分壓，可分別改變無(wú)缺陷區(qū)域內(nèi)的OSF區(qū)域、Pv區(qū)域和Pi區(qū)域的寬度。從上述的圖5的結(jié)果，可考慮有下面的(a)、(b)和(c)中所述的可能性。U)由于擴(kuò)大了用于形成無(wú)缺陷區(qū)域的提拉速度寬度，故可減少晶片面內(nèi)的特性變動(dòng)，大口徑的無(wú)缺陷晶片的制造變得容易。僅改善熱區(qū)結(jié)構(gòu)，用于使晶片整個(gè)面成為無(wú)缺陷區(qū)域的提拉速度寬度窄，為了得到整個(gè)面為同一性能的無(wú)缺陷的晶片，必須嚴(yán)格地進(jìn)行提拉速度的管理，特別是如果單晶的口徑增大，則晶片內(nèi)的特性的不均勻性增大，應(yīng)用有困難。(b)通過(guò)擴(kuò)大提拉速度寬度，分開制作形成BMD的無(wú)缺陷晶片、不形成BMD的無(wú)缺陷晶片成為可能。例如，在圖5中，如果將氫分壓控制在I所示的范圍內(nèi)，則由于使得到Pv區(qū)域的提拉速度范圍擴(kuò)大，故得到整個(gè)面為Pv區(qū)域的晶片變得容易，如果控制在II所示的范圍內(nèi)，則整個(gè)面為P!區(qū)域的晶片的制造變得容易。集成電路制造的用戶根據(jù)用途對(duì)晶片有各種要求，可分別應(yīng)對(duì)無(wú)缺陷但必須有BMD的晶片，用于SIMOX(Separation—by—implanted—oxygen)或貝占合等的SOI(Silicon-on-insulator)襯底的不需BMD的無(wú)缺陷晶片。(c)由于可使OSF縮小，故可制造增高了氧的無(wú)缺陷晶片。就這些可能性而言，研究了其實(shí)現(xiàn)性，并進(jìn)一步弄清用于使之實(shí)現(xiàn)的界限，從而完成本發(fā)明。限定本發(fā)明的范圍的理由如下面的(1)~(7):U)采用改進(jìn)了熱區(qū)結(jié)構(gòu)的培育裝置，使裝置內(nèi)為包含分壓為40~400Pa的氫的惰性氣體氣氛，從熔液中提拉單晶，將單晶直胴部培育為不存在Grown-in缺陷的無(wú)缺陷區(qū)域。所謂改進(jìn)了熱區(qū)的培育裝置，是指從熔液提拉的過(guò)程中的單晶在從熔點(diǎn)到125(TC的溫度范圍，結(jié)晶內(nèi)溫度分布為Ge<Gc的裝置。如果采取這樣的溫度分布，通過(guò)提拉速度的選定，可擴(kuò)大單晶的晶片面方向的無(wú)缺陷區(qū)域，但只要得到該結(jié)晶內(nèi)溫度分布，熱區(qū)結(jié)構(gòu)是什么樣的結(jié)構(gòu)均可。用于得到無(wú)缺陷單晶的提拉速度范圍因單晶的口徑和熱區(qū)的結(jié)構(gòu)而異，但若裝置和單晶直徑相同，則為相同的范圍，因此起初連續(xù)地改變提拉速度培育單晶，由此研究速度范圍進(jìn)行選定也可。之所以使裝置內(nèi)的氣氛中的氫分壓為40-400Pa，是因?yàn)榈玫綗o(wú)缺陷區(qū)域的提拉速度范圍可進(jìn)一步擴(kuò)大的緣故。在不到40Pa時(shí)，不能充分得到該氣氛中含氫的效果，在超過(guò)400Pa的氫分壓下，很容易發(fā)生被稱為氫缺陷的巨大空位缺陷。裝置內(nèi)的氣氛氣體的壓力若氫分壓在上述范圍則無(wú)需特別限定，只要是通常的應(yīng)用條件即可。(2)使裝置內(nèi)的氣氛中的氫分壓為40Pa~160Pa,將單晶直胴部培育成空位優(yōu)勢(shì)無(wú)缺陷區(qū)域。在上述(l)的范圍內(nèi)，如使氬分壓為40Pa~160Pa，并選定提拉速度，則可容易地培育晶片整個(gè)面為空位優(yōu)勢(shì)無(wú)缺陷區(qū)域(Pv區(qū)域)的單晶。之所以使氬分壓為40Pa以上，是因?yàn)樵诓坏?0Pa時(shí)，用于得到該無(wú)缺陷區(qū)域的提拉速度范圍狹窄，之所以使其為160Pa以下，是因?yàn)槿绯^(guò)160Pa則容易得到混合了Pi區(qū)域的晶片。在Pv區(qū)域的晶片中，容易形成氧析出物，例如，在對(duì)表面實(shí)施所謂的DZ(DenudedZone)層形成處理時(shí)，容易在內(nèi)部形成具有吸氣作用的BMD。在Pt區(qū)域，難以形成BMD。(3)使裝置內(nèi)的氣氛中的氫分壓為超過(guò)160Pa,且為400Pa以下，將單晶直胴部培育成晶格間硅優(yōu)勢(shì)無(wú)缺陷區(qū)域。在上述(1)的范圍內(nèi)，如使氫分壓為超過(guò)160Pa，且為400Pa以下，并選定提拉速度，則可容易地培育晶片整個(gè)面為Pi區(qū)域的單晶。之所以使氫分壓為超過(guò)160Pa,是因?yàn)樵?60Pa以下時(shí)，在晶片面內(nèi)混合Pv區(qū)域的可能性大，之所以使其為400Pa以下，是因?yàn)槿绯^(guò)400Pa則容易發(fā)生巨大空位缺陷。即使是無(wú)Grown-in缺陷的晶片，在空位優(yōu)勢(shì)無(wú)缺陷區(qū)域，也容易產(chǎn)生氧析出物，在形成電路的器件有源區(qū)往往要竭力避免氧析出物及其二次缺陷發(fā)生。雖然可以降低氧濃度，而另一方面，氣的減少又使晶片強(qiáng)度降低，即使有小的應(yīng)力也會(huì)變形而產(chǎn)生位錯(cuò)，因而降低氧濃度有一限度。與此相對(duì)，Pi區(qū)域不發(fā)生氧析出物，可使氧達(dá)到很高的水平，但以往卻難以培育晶片面整個(gè)面為P！區(qū)域的單晶。(4)為了使裝置內(nèi)的惰性氣氛中含有氫，而添加含氫原子的物質(zhì)的氣體，這僅在提拉單晶的為所需直徑的胴部的時(shí)間進(jìn)行即可。在惰性氣體氣氛中的坩鍋內(nèi)的多晶熔解、脫氣、晶種浸漬、長(zhǎng)頸部、肩部形成的階段，均無(wú)需含氫。另外，在培育結(jié)束，縮小直徑，使之形成圓錐形而從熔液中脫離的階段，在導(dǎo)入裝置內(nèi)的氣氛氣體中也可不含氫。由于氫在短時(shí)間內(nèi)容易溶入熔液中，故僅在提拉直胴部的期間在氣氛中含氫，即可得到充分的效果。另外，從確保氬的處理安全的角度考慮，優(yōu)選不要使用必要以上。作為本發(fā)明的對(duì)象的含氫原子的物質(zhì)是在溶入硅熔液中時(shí)可發(fā)生熱分解、向硅熔液中供給氫原子的物質(zhì)。通過(guò)將該含氫原子的物質(zhì)導(dǎo)入惰性氣體氣氛中，可提高硅熔液中的氫濃度。作為含氫原子的物質(zhì)的具體例子，可例示出氫氣、H20、HC1等含氬原子的無(wú)機(jī)化合物；硅烷氣、CH4、C2H2等烴；醇、羧酸等含氫原子的各種物質(zhì)，但特別優(yōu)選用氫氣。另外，作為惰性氣體，優(yōu)選廉價(jià)的Ar氣，除此以外，也可用He、Ne、Kr、Xe等各種稀有氣體單體，或者它們的混合氣體。再有，在惰性氣氛中存在氧氣(02)的情況下，能夠以氣體的以氫分子計(jì)的濃度與氧氣的濃度的2倍之濃度差為3體積％以上的濃度存在。如果含氫原子氣體的氫分子換算的濃度與氧氣的濃度的2倍之濃度差不到3體積％,則得不到抑制由進(jìn)入硅結(jié)晶中的氫原子造成的COP和位錯(cuò)簇等Grown-in缺陷的生成的效果。另外，如惰性氣氛中的氮濃度為高濃度，則由于硅結(jié)晶有形成位錯(cuò)的可能性，故當(dāng)通常的爐內(nèi)壓在1.3-13.3kPa(10~100Torr)的范圍時(shí)，優(yōu)選使氮濃度為20%以下。在添加氫氣作為含氫原子的物質(zhì)的氣體的情況下，可從市售的氫氣瓶、氫氣貯罐、充填了吸留氫的合金的罐等，通過(guò)專用的配管向裝置內(nèi)供給惰性氣氛。(5)從上迷(1)~(4)中得到的硅單晶采取的晶片例如可在惰性氣體氣氛，或者氨和惰性氣體的混合氣氛中，在加熱溫度為800~1200°C和加熱時(shí)間為1~600min的條件下實(shí)施快速升降溫?zé)崽幚?RTA處理RapidThermalAnnealing)。通過(guò)在惰性氣體氣氛，或者氨和惰性氣體的混合氣氛中進(jìn)行RTA處理，向晶片內(nèi)部注入空位。由于本發(fā)明的對(duì)象的晶片由無(wú)缺陷區(qū)域構(gòu)成，是不存在點(diǎn)缺陷的凝聚體的硅晶片，故幾乎沒有使所注入的空位配對(duì)消失的晶格間硅型點(diǎn)缺陷，可有效地注入為氧析出所需的空位。另外，由于空位型點(diǎn)缺陷也幾乎不存在，故通過(guò)RTA處理可確保足夠的空位密度。在其后的器件的低溫工藝中，通過(guò)實(shí)施熱處理，促進(jìn)氧向空位析出，通過(guò)熱處理實(shí)現(xiàn)氧析出核的穩(wěn)定化，進(jìn)行析出物的成長(zhǎng)。即，通過(guò)該RTA處理，在充分地實(shí)現(xiàn)晶片面內(nèi)的氧析出均勻化的同時(shí)，可提高在形成器件結(jié)構(gòu)的晶片最表面層附近的表層部的吸氣能力。(6)可制造氧濃度為1.2xl018atoms/cm3(ASTMF121,1979)以上的無(wú)缺陷的硅晶片。以往，如果晶片中的氧濃度增高，則由于在器件有源區(qū)容易產(chǎn)生氧析出物及其二次缺陷，使電路的特性變差，故通常單晶的氧濃度被限制在1.2xl0toms/cm3以下。與此相對(duì)，在本發(fā)明的制造方法中，即使氧濃度為1.2xl0"atoms/cm3以上，也可抑制器件有源區(qū)的氧析出。這在形成為OSF和Pv區(qū)域的晶片的情況下，BMD的發(fā)生量增多，在形成為Pi區(qū)域的晶片內(nèi)，可使晶片強(qiáng)度得到提高。之所以得到這樣的效果，認(rèn)為可能是由于氫與空位的相互作用，氧析出物的析出部位減少。特別是整個(gè)面為Pi區(qū)域、氧濃度增高了的晶片由于可兼顧無(wú)缺陷的表面有源區(qū)和內(nèi)部的BMD生成，故尤其適合于進(jìn)行RTA處理所用的晶片。但是，如過(guò)度增高氧濃度，則該析出抑制效果消失，故氧濃度至多為1.6xl018atoms/cm3。(7)可制造氧濃度為1.0xl018atoms/cm3(ASTMF121,1979)以下的不生成氧析出物的無(wú)缺陷的硅晶片。由于集成電路的高集成化，要求高速和低耗電，為此，所構(gòu)成的元件間的絕緣隔離成為重要課題。為應(yīng)對(duì)這樣的課題，多采用SOI結(jié)構(gòu)的襯底。該SOI襯底有SIMOX型、貼合型等，但均須竭力抑制紅外線散射體缺陷和氧析出。為達(dá)到此目的，采用由Pi區(qū)域構(gòu)成的晶片即可，但為了得到更優(yōu)異的襯底，可使氧濃度為1.0xl0"atoms/cn^以下。實(shí)施例[實(shí)施例1]采用在圖6中示意性地示出的截面結(jié)構(gòu)的裝置，進(jìn)行培育實(shí)驗(yàn)。在該圖中，熱屏蔽體7具有以石墨制作外殼、內(nèi)部充填了石墨氈的結(jié)構(gòu)，進(jìn)入坩鍋的部分的外徑為480mm,最下端的最小內(nèi)徑S為270mm,半徑方向的寬度W為105mm，內(nèi)面形成為從下端部開始的倒圓錐臺(tái)面，相對(duì)于其垂直方向的傾角為21°。坩鍋1的內(nèi)徑采用550mm者，從熱屏蔽體7的下端的熔液面起算的高度H為60mm。該培育裝置如下設(shè)定，增厚熱屏蔽體7的下端部厚度，增高從熱屏蔽體7的下端的熔液面起算的高度H，使得從熔液提拉的單晶在從熔點(diǎn)到1250。C的溫度范圍，結(jié)晶內(nèi)的溫度分布滿足G(KGe。在坩鍋內(nèi)裝入高純度硅的多晶，在裝置內(nèi)形成減壓氣氛，用加熱器2加熱，使硅熔融，形成熔液3。將安裝在籽晶夾頭(^一K于十;y夕)5上的晶種浸漬在熔液3內(nèi)，一邊使坩鍋1和提拉軸4旋轉(zhuǎn)，一邊進(jìn)行提拉，在進(jìn)行了用于結(jié)晶無(wú)位錯(cuò)化的接種縮頸(^一卜'絞^)后，形成肩部，并使肩部發(fā)生變化，形成直胴部。采用具有圖6所示的熱區(qū)結(jié)構(gòu)的培育裝置，將直胴部的目標(biāo)直徑定為200mm，在從熔點(diǎn)到1370。C的范圍，將培育中單晶內(nèi)部的軸方向溫度梯度在中心部定為3.0~3.2'C/mm,在周邊部定為2.3~2.5°C/mm。另外，使裝置內(nèi)的氣氛的壓力為4000Pa，使提拉速度以0.6mm/mm—0.3mm/min—0.6mm/min變化，培育單晶。此時(shí)，使裝置內(nèi)氣氛的氫分壓以不添加氬、通過(guò)添加氫氣而變?yōu)?0Pa、40Pa、160Pa、240Pa和400Pa這6個(gè)水平，進(jìn)行培育。沿提拉軸縱向切割所得到的單晶，制作提拉中心軸附近包含于面內(nèi)的板狀試驗(yàn)片，觀察Grown-in缺陷的分布。通過(guò)該觀察，在浸漬于硫酸銅水溶液后進(jìn)行千燥，在氮?dú)夥罩性?00。C下加熱20分鐘，冷卻后浸漬于氬氟酸-硝酸混合液中除去表層的Cu-硅化物層并刻蝕除去之后，用X射線形貌法研究了OSF環(huán)的位置、各缺陷區(qū)域的分布。研究結(jié)果示于表。[表1]<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表1的數(shù)值表示各區(qū)域出現(xiàn)的速度范圍，對(duì)于無(wú)Grown-in缺陷的區(qū)域，則是在結(jié)晶的徑向即晶片面的整個(gè)區(qū)域無(wú)缺陷的速度范圍。OSF、Pv和Pt各自的速度范圍是在結(jié)晶中心部的提拉軸方向的寬度，這3者的合計(jì)等于幾乎無(wú)Grown-in缺陷的區(qū)域的速度范圍。如果觀察Pv的速度范圍，則與不使氣氛中含氫的情況相比，通過(guò)定為40-160Pa的氫分壓，速度寬度增加到2倍~4倍。另外，P〖的速度寬度被擴(kuò)大到4倍~6倍，這從240Pa和400Pa的結(jié)果可知。[實(shí)施例2〗利用實(shí)施例1中所用的培育裝置，對(duì)于氧濃度為1.24xl018atoms/cm3、1.07x10lsatoms/cm3的2種單晶，以表2所示的條件改變提拉速度和氣氛中的氫分壓，進(jìn)行得到無(wú)缺陷晶片的單晶的培育。〖表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>為了得知晶片的BMD的發(fā)生狀況，從所得到的單晶的大致中央部截取晶片，在800。C下加熱4小時(shí)，接著在IOOO'C下加熱16小時(shí)后，在斷面進(jìn)行2pm的輕刻蝕，測(cè)量析出物的密度。圖7和圖8示出了半徑方向的成為該BMD的析出物的密度的分布。圖中將不向氣氛中添加氫制作無(wú)缺陷晶片時(shí)的晶片的BMD的結(jié)果作為比較用晶片示出。此時(shí)，得到了無(wú)缺陷晶片，但BMD的形成量因晶片的位置而異，難以形成整個(gè)面均勻量的BMD。與此相對(duì)，通過(guò)向氣氛中添加氫氣并控制其分壓，選定提拉速度，可分開制作整個(gè)面大致均勻地形成足夠量的BMD的Pv晶片、整個(gè)面大致均勻地BMD發(fā)生少的Pi晶片。在氧濃度高的情況下，如圖7所示，可得到能夠大致均勻地形成足夠量的BMD的晶片；如果降低氧濃度，如圖8所示，可得到適合于BMD極少的SOI襯底的無(wú)缺陷晶片。產(chǎn)業(yè)實(shí)用性按照本發(fā)明的硅單晶的培育方法，由于通過(guò)將培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中的氫分壓定為40Pa~400Pa，以及將單晶直胴部培育成不存在Grown-in缺陷的無(wú)缺陷區(qū)域，制造采用CZ法的硅單晶，故可容易地截取整個(gè)面不存在Grown-in缺陷，系由無(wú)缺陷區(qū)域構(gòu)成，而且BMD足夠且均勻地形成的晶片。這樣的晶片可大幅度減少在其上所形成的集成電路的特性不合格品的發(fā)生，作為與電路的微細(xì)化和高密度化對(duì)應(yīng)的襯底，有助于制造成品率的提高，可廣泛應(yīng)用。權(quán)利要求1.硅單晶的培育方法，其特征在于，在用切克勞斯基法進(jìn)行的硅單晶的培育中，使培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中的氫分壓為40Pa～400Pa，將單晶直胴部培育成不存在Grown-in缺陷的無(wú)缺陷區(qū)域。2.硅單晶的培育方法，其特征在于，在用切克勞斯基法進(jìn)行的硅單晶的培育中，使培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中的氫分壓為40Pa-160Pa,將單晶直胴部培育成空位優(yōu)勢(shì)無(wú)缺陷區(qū)域。3.硅單晶的培育方法，其特征在于，在用切克勞斯基法進(jìn)行的硅單晶的培育中，使培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中的氫分壓超過(guò)160Pa并且為400Pa以下，將單晶直胴部培育成晶格間硅優(yōu)勢(shì)無(wú)缺陷區(qū)域。4.權(quán)利要求l、2或3所迷的硅單晶的培育方法，其特征在于，在用切克勞斯基法進(jìn)行的硅單晶的培育中，僅在培育單晶的直胴部的期間向培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中添加含氫原子的物質(zhì)的氣體。5.硅晶片，其特征在于，從用權(quán)利要求l、2、3或4所述的方法所培育的單晶采取。6.權(quán)利要求5所述的硅晶片，其特征在于，氧濃度為i.2xl0'8atoms/cm3(ASTMF121,1979)以上。7.硅晶片，其特征在于，從用權(quán)利要求l、2、3或4所述的方法所培育的單晶采取，并實(shí)施了快速升降溫?zé)崽幚?RTA處理)。8.SIMOX型襯底，其特征在于，將權(quán)利要求5所述的硅晶片用作基底晶片。9.以權(quán)利要求5所述的硅晶片為有源層側(cè)的晶片的貼合型SOI襯底.。10.權(quán)利要求8或9所述的村底，其特征在于，氧濃度為1.0xl018atoms/cm3(ASTMF121,1979)以下。全文摘要按照本發(fā)明的硅單晶的培育方法，由于通過(guò)使培育裝置內(nèi)的惰性氣氛中的氫分壓為40Pa～400Pa，以及將單晶直胴部培育成不存在Grown-in缺陷的無(wú)缺陷區(qū)域，制造采用CZ法的硅單晶，故可容易截取整個(gè)面不存在Grown-in缺陷，系由無(wú)缺陷區(qū)域構(gòu)成，且BMD足夠且均勻地形成的晶片。這樣的晶片可大幅度減少在其上所形成的集成電路的特性不合格品的發(fā)生，作為與電路的微細(xì)化和高密度化對(duì)應(yīng)的襯底，有助于制造成品率的提高，可廣泛應(yīng)用。文檔編號(hào)C30B29/06GK101155950SQ200580049409公開日2008年4月2日申請(qǐng)日期2005年9月14日優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日發(fā)明者寶來(lái)正隆,小野敏昭,杉村涉申請(qǐng)人:株式會(huì)社Sumco