[发明专利]单晶硅的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过直拉法(以下称作“CZ法”)进行的单晶硅的生长(育成)方法，特别是涉及不会产生OSF(Oxidation Induced Stacking Fault：氧化感生堆垛层错)、或COP(Crystal Originated Particle：晶体原生颗粒)等红外线散射体缺陷、或LD(Interstitial-type Large Dislocation：中间型大位错)等的位错团的点缺陷的无缺陷晶体的生长方法。

背景技术

在使用了单晶生长装置的CZ法中，于维持在减压下的惰性气体环境的室内，将籽晶浸在贮存于石英坩埚中的硅原料熔融液中，缓慢地提拉所浸渍的籽晶。由此，连着籽晶的下端生长单晶硅。

图1是根据Voronkov理论说明产生各种缺陷的状况的示意图。如该图所示，根据Voronkov理论，以提拉速度为V(mm/分钟)、以坩埚内的原料熔融液与锭(单晶硅)的固液界面附近的提拉轴方向的温度梯度为G(℃/mm)时，以两者之比即V/G作为横轴，以空孔型点缺陷的浓度和晶格间硅型点缺陷的浓度作为同一纵轴，示意性地表示V/G与点缺陷浓度的关系。而且还说明了：存在产生空孔型点缺陷的区域与产生晶格间硅型点缺陷的区域的边界，该边界由V/G来决定。

空孔型点缺陷以空缺了应该构成晶格的硅原子的空孔为根源，该空孔型点缺陷聚集体的代表格为COP。晶格间硅型点缺陷以硅原子进入到晶格间而获得的晶格间硅为根源，该晶格间硅型点缺陷聚集体的代表格为LD。

如图1所示，若V/G超过临界点，则生长空孔型点缺陷浓度占优势的单晶。反之，若V/G低于临界点，则生长晶格间硅型点缺陷浓度占优势的单晶。因此，在V/G低于小于临界点的(V/G)₁的范围内，单晶内由晶格间硅型点缺陷控制，出现存在晶格间硅点缺陷聚集体的区[I]，产生LD。在V/G超过大于临界点的(V/G)₂的范围内，单晶内由空孔型点缺陷控制，出现存在空孔型点缺陷聚集体的区[V]，产生COP。

V/G在(V/G)₁～(V/G)₂的范围内时，在单晶内出现空孔型点缺陷和晶格间硅型点缺陷均不以聚集体的形式存在的无缺陷区[P]，也不会产生包括OSF在内的COP和LD的任一种缺陷。在与无缺陷区[P]相邻的区[V](V/G在(V/G)₂～(V/G)₃的范围)内存在形成OSF核的OSF区。

另外，无缺陷区[P]分为与OSF区相邻的区[P_V]、和与区[I]相邻的区[P_I]。即，在无缺陷区[P]内，V/G在临界点～(V/G)₂的范围内时，出现未形成聚集体的空孔型点缺陷占优势的区[P_V]，V/G在(V/G)₁～临界点的范围内时，出现未形成聚集体的晶格间硅点缺陷占优势的区[P_I]。

图2是显示单晶生长时的提拉速度与缺陷分布的关系的模式图。在缓慢降低提拉速度V的同时生长单晶硅，将所生长的单晶沿中心轴(提拉轴)切断形成板状试验片，在其表面附着Cu并实施热处理，之后利用X射线晶相图法观察该板状试验片，所得结果见该图所示的缺陷分布。

如图2所示，在提高提拉速度进行生长时，在单晶的与提拉轴方向垂直的整个面内产生存在空孔型点缺陷聚集体(COP)的区[V]。若降低提拉速度，则从单晶的外周部起出现环形的OSF区。该OSF区的直径随着提拉速度的降低而逐渐缩小，当提拉速度达到V₁时OSF区消失。随之出现无缺陷区[P](区域[P_V])以代替OSF区，单晶的整个面内被无缺陷区[P]占据。然后，当提拉速度降低至V₂时，出现存在晶格间硅型点缺陷聚集体(LD)的区[I]，单晶的整个面内终于被区[I]占据以代替无缺陷区[P](区[P_I])。

近年来，随着半导体装置的微细化发展，对硅晶片的品质要求越来越高。另外，为了提高产率，对硅晶片的大径化的要求也越来越高。因此，在作为硅晶片原材料的单晶硅的制造中，强烈希望开发如下的技术：排除OSF或COP或LD等各种点缺陷，生长在整个面内分布着无缺陷区[P]的大径无缺陷晶体。