单晶的制造方法及硅晶片的制造方法技术

本发明专利技术的单晶的制造方法，该方法进行：直体部形成工序，其通过使籽晶与以单晶的电阻率达到0.9mΩ·cm以下的方式向硅熔体中添加红磷的掺杂剂添加熔体接触后提拉所述籽晶，从而形成单晶的直体部；及切割分离工序，在所述直体部的上端的温度为590℃以上的状态下，将单晶从掺杂剂添加熔体切割分离。

Method for producing single crystal and method for manufacturing silicon wafer

Single crystal manufacturing method of the present invention, the method is: the straight part forming process, which makes the dopant seed with single crystal resistivity reaches 0.9m. Cm the following way of adding red phosphorus in silicon melt to add melt after contact and lifting the seed, so as to form a single straight part and cutting; in the process, the upper end of the straight part of the temperature is above 590 DEG C under the condition of single crystal from the dopant added melt separation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单晶的制造方法及硅晶片的制造方法
本专利技术涉及一种添加有红磷的低电阻率的单晶的制造方法、硅晶片的制造方法以及外延硅晶片的制造方法。
技术介绍
例如，对于功率MOS晶体管用的外延硅晶片而言，要求该硅晶片具有极其低的基板电阻率。为了充分降低硅晶片的基板电阻率，已知有如下技术：在作为硅晶片的原材料的单晶锭(以下称为单晶)的提拉工序中(即，培育硅晶体时)，向熔融硅中掺杂砷(As)、锑(Sb)作为电阻率调节用的n型掺杂剂的技术。但是，由于这些掺杂剂非常容易蒸发，因此难以充分地提高硅晶体中的掺杂剂浓度，难以制造具有所需求的低电阻率的硅晶片。因而，目前已使用高浓度地掺杂磷(P)来作为具有比砷(As)、锑(Sb)相对较低的挥发性的性质的n型掺杂剂且基板电阻率非常低的硅晶片。另一方面，外延硅晶片在高温下进行外延生长，因此存在如下问题：在单晶的培育阶段中形成在晶体内的氧析出物(BMD)、氧析出核等因高温热处理而消失，从而吸杂能力降低。针对吸杂不足的措施，已知有在外延生长处理前进行多晶硅背封(PBS)法的技术。所谓多晶硅背封法是在硅晶片的背面形成多晶硅膜并利用在多晶硅膜与硅晶片的界面等中形成的应变场、晶格失配的EG法(ExternalGettering)的一例。然而，发现将多晶硅膜形成于硅晶片的背面时会产生如下不良情况：外延膜中产生大量的堆垛层错(stackingfault，以下称为SF)，该SF以高低差的形式出现在硅晶片的表面，导致硅晶片的表面的LPD(LightPointDefect：光点缺陷)水平明显恶化。因而，为了抑制这种不良情况而进行了研究(例如，参考专利文献1)。该专利文献1中公开了通过在硅晶片的背面以不到600℃的温度形成多晶硅膜，能够有效地抑制SF的产生。以往技术文献专利文献专利文献1：日本专利公开2011-9613号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术课题然而，近年来，产生了基板电阻率为0.9mΩ·cm以下的n型硅晶片的需求。为了应对这样的需求，在培育单晶时高浓度地掺杂有红磷的硅晶片上形成有外延膜的外延硅晶片是必需的。因而，考虑在制造这种外延硅晶片时，应用如专利文献1记载的方法。然而，如上所述，在基板电阻率非常低的情况下存在如下问题：即使应用专利文献1所记载的方法，也无法抑制SF的产生，从而无法制造高品质的外延硅晶片。本专利技术的目的在于，提供一种能够获得电阻率低且抑制了由SF引起的LPD产生的外延硅晶片的单晶的制造方法、硅晶片的制造方法及外延硅晶片的制造方法。用于解决技术课题的手段本专利技术人重复进行了深入研究，结果得到了如下见解。如专利文献1所记载的那样，观察结果显示，外延生长后产生的SF在形成有多晶硅膜的基板中是以外延生长前(预烘焙后)存在于硅晶片表面上的微小凹坑(微小凹部)为起点而产生的。即使对高浓度地添加有作为凹坑p型掺杂剂的硼(B)的硅晶片实施预烘焙处理也观察不到该微小凹坑，因此，可以认为极有可能与高浓度地掺杂在硅晶片的晶体内的磷有关。认为该微小凹坑是以如下机制而产生的。即，在多晶硅膜形成前的阶段中，硅晶片的晶格间存在氧和红磷。若为了降低基板电阻率而提高硅晶片中的红磷的浓度，则过饱和的红磷会存在于晶格间。在该状态下，若为了形成多晶硅膜而加热硅晶片，氧的扩散能力大于红磷的扩散能力，因此氧在晶格间移动并与红磷结合，形成氧与红磷的团簇(微小析出物)。其后，若在氢气气氛中进行外延生长前的预烘焙，即使硅晶片的最表层的氧和红磷向外扩散，但团簇处于稳定状态，因此残留在最表层。并且，若进行氢蚀刻，硅晶片的最表层与团簇的蚀刻速度不同，因此团簇被选择性地蚀刻而成为微小凹坑。认为对形成有该微小凹坑的硅晶片进行外延生长时，会产生起源于微小凹坑的SF。如上所述，可以认为SF的产生原因是由氧与红磷的团簇引起的微小凹坑，因此认为，通过不应用进行与团簇的形成有关的加热的多晶硅背封法，能够抑制SF的产生。若消除多晶硅膜，则吸杂能力有可能变低，但通过提高红磷的浓度能够维持吸杂能力。因此，本专利技术人认为，即使消除多晶硅膜，也可抑制SF的产生而无需降低吸杂能力。然而，本专利技术人进行了实验，结果发现，若为了达到基板电阻率为0.9mΩ·cm以下而进一步提高红磷的浓度，则仅通过不应用多晶硅背封法，无法抑制SF的产生，这是迄今为止预料不到的结果。然而，利用相对应的外延晶片来详细调查了在实验过程中培育的晶体的长度方向的SF分布时，如图1所示可知，在单晶中固化率小于约60％的部分中，直径为200mm的晶体每1cm2硅晶片的SF的个数(以下简称为SF的个数)为10个以上，在固化率大于所述约60％的部分(图1中被虚线包围的部分)中，SF的个数成为0个。即，可知SF的个数依赖于单晶的固化率。另外，固化率是指单晶的提拉重量与最初贮留在石英坩埚内的掺杂剂添加熔体的初始负载重量的比例。在此，SF的个数通过利用LasertecCorporation制造的Magics进行缺陷的实体观察来测定SF的个数。本专利技术人根据上述结果，对固化率小于约60％的部分与大于约60％的部分的不同点进行了研究，结果着眼于研究晶体所经受的热历程对SF所产生的影响。因而，本专利技术人进行了用于调查固化率与热历程的相关性的实验。<实验1：固化率与热历程及SF的产生个数的相关调查>在单晶的制造中进行如下工序而从提拉装置中取出单晶，即颈部形成工序，形成与籽晶连续的颈部；肩部形成工序，形成与颈部连续且直径逐渐变大的肩部；直体部形成工序，形成与肩部连续地形成且直径大致均匀的直体部；尾部形成工序，形成与直体部的下端连续且直径逐渐变小的尾部；以及冷却工序，在尾部形成工序结束后，对单晶进行冷却。在此，直体部的上端是指位于直体部与肩部的边界，例如为图21中用符号63A所表示的部分，直体部的下端是指位于直体部与尾部的边界，例如为图21中用符号63B所表示的部分。由于这种制造条件，可以认为，越接近单晶的下端(固化率变得越大)，则从掺杂剂添加熔体取出后的冷却时间变得越短。首先，在上述的制造条件下制造单晶，调查各固化率下的各温度(500℃±50℃、700℃±50℃、900℃±50℃、1100℃±50℃)的滞留时间。将其结果示于图2。另外，以硅晶片的基板电阻率达到0.9mΩ·cm以下的方式向硅熔体添加红磷而作为掺杂剂，从而生成掺杂剂添加熔体。并且，将掺杂剂添加熔体的负载量设为100kg。如图2所示，可知与固化率小于60％的部分相比，固化率大于60％的部分(被双点划线包围的部分)尤其是在500℃±50℃时的滞留时间非常短。并且，从该单晶中切割出与多个固化率相对应的硅晶片，从而制造外延硅晶片，并调查各外延硅晶片的SF的个数。将其结果示于图2。另外，在外延硅晶片的制造中，不生长多晶硅膜而实施预烘焙处理后，形成外延膜。并且，预烘焙通过将外延膜形成前的硅晶片在1200℃的氢气气氛中加热30秒来进行。如图2所示，可知SF的个数与单晶在500℃±50℃下的滞留时间大致相关，固化率大于60％的部分中SF的个数成为0。由以上可知，若缩短单晶达到500℃±50℃的时间，则能够抑制SF的产生。<实验2：预烘焙处理前后的LPD的产生状况调查>首先，进行了硅晶片的LPD的评价以及对硅晶片进行了预烘焙之后的LPD的评价。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶的制造方法，其利用了单晶提拉装置，所述单晶提拉装置具备：腔室；坩埚，配置在该腔室内且能够容纳硅熔体中添加有红磷的掺杂剂添加熔体；及提拉部，使籽晶与所述掺杂剂添加熔体接触后进行提拉，所述单晶的制造方法的特征在于，进行如下工序：直体部形成工序，通过使所述籽晶与以所述单晶的电阻率达到0.9mΩ·cm以下的方式向所述硅熔体中添加所述红磷的所述掺杂剂添加熔体接触后提拉所述籽晶，从而形成所述单晶的直体部；及切割分离工序，在所述直体部的上端的温度为590℃以上的状态下，将所述单晶从所述掺杂剂添加熔体切割分离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.24 JP 2014-2611231.一种单晶的制造方法，其利用了单晶提拉装置，所述单晶提拉装置具备：腔室；坩埚，配置在该腔室内且能够容纳硅熔体中添加有红磷的掺杂剂添加熔体；及提拉部，使籽晶与所述掺杂剂添加熔体接触后进行提拉，所述单晶的制造方法的特征在于，进行如下工序：直体部形成工序，通过使所述籽晶与以所述单晶的电阻率达到0.9mΩ·cm以下的方式向所述硅熔体中添加所述红磷的所述掺杂剂添加熔体接触后提拉所述籽晶，从而形成所述单晶的直体部；及切割分离工序，在所述直体部的上端的温度为590℃以上的状态下，将所述单晶从所述掺杂剂添加熔体切割分离。2.根据权利要求1所述的单晶的制造方法，其特征在于，所述切割分离工序在所述直体部的上端至所述掺杂剂添加熔体的表面的距离为690mm以下的状态下，将所述单晶从所述掺杂剂添加熔体切割分离。3.根据权利要求2所述的单晶的制造方法，其特征在于，所述切割分离工序在所述直体部的长度为550mm以下的状态下，将所述单晶从所述掺杂剂添加熔体切割分离。4.根据权利要求2或3所述的单晶的制造方法，其特征在于，进行在所述直体部的下端形成尾部的尾部形成工序，所述尾部形成工序形成长度为100mm以上且140mm以下的所述尾部。5.一种单晶的制造方法，其利用了单晶提拉装置，所述单晶提拉装置具备：腔室；坩埚，配置在该腔室内且能够容纳硅熔体中添加有红磷的掺杂剂添加熔体；及提拉部，使籽晶与所述掺杂剂添加熔体接触后进行提拉，所述单晶的制造方法的特征在于，进行如下工序：直体部形成工序，通过使所述籽晶与以所述单晶的电阻率达到0.9mΩ·cm以...

【专利技术属性】
技术研发人员：鸣岛康人，宇都雅之，久保田利通，
申请(专利权)人：胜高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP