CN106192000A - 单晶硅晶片 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种单晶硅晶片，其由利用直拉法培育而成的单晶硅晶棒切割而成，其特征在于，该单晶硅晶片是由氧浓度为8×1017原子/cm3(ASTM’79)以下的单晶硅晶棒切割而成，并且，包含利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法检测出LSTD的缺陷区域。由此，提供一种低成本、低氧浓度的晶片，所述晶片在制作器件时不会引起耐压不良或漏电不良。

Description

单晶硅晶片
本申请是申请人为信越半导体股份有限公司、申请日为2012年02月15日、申请号为201280012318.0、发明名称为“单晶硅晶片”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种尤其是最尖端领域中所使用的缺陷得以被控制的低氧浓度的单晶硅晶片。
背景技术
近年来，关于节能，功率器件受到注目。这些器件与存储器等其他器件不同，在晶片内有较大的电流流通。电流流通的区域也并非像以往那样仅仅是最表层，而是距离表层为几十、几百微米的厚度的范围内，或者由于器件的不同也可能是在厚度方向上流通。
在这种电流流通的区域中，如果存在结晶缺陷或析出氧的体微缺陷(Bulk MicroDefect，BMD，以下也称作氧析出物)，就可能会产生耐压或漏电的问题。因此，使用结晶缺陷少且不含氧的晶片，例如在作为基板的晶片上堆积外延层而成的外延晶片、或利用悬浮区熔法(Floating Zone Method，FZ法)制造而成的晶片(wafer)。
但是，都有各自的问题，外延晶片价格较高、FZ结晶难以进一步大口径化等。因而使用以下晶片，所述晶片成本较低，并且是由利用大口径化比较容易的直拉法(Czochralski Method，CZ法)培育而成的结晶来制作。
CZ结晶通常是在石英坩埚内由熔融的硅原料(硅熔体)培育而成。此时，氧从石英坩埚中熔出。熔出的大部分氧会蒸发，但由于极少一部分会透过硅熔体内而到达结晶生长界面的正下方，因此培育而成的单晶硅含有氧。
单晶硅中所含有的氧，由于制作器件等所进行的热处理而移动凝集，而形成BMD。如前所述，如果形成BMD，就可能会产生漏电或耐压的问题。由于如果降低氧浓度就可以抑制BMD的产生，因此作为质量，还要求氧浓度较低。作为结晶的低氧浓度化技术，在专利文献1中公开出以下技术：利用外加磁场直拉法(magnetic field applied CzochralskiMethod，MCZ法)降低结晶旋转或坩埚旋转的速度，由此可以达成像2×1017原子/cm3(atoms/cm3)这种非常低的氧浓度。
并且，已知在CZ结晶中，存在结晶生长中所形成的结晶缺陷。通常，在单晶硅中，有本征点缺陷即空位(Vacancy)与间隙硅(Interstitial Si)。此本征点缺陷的饱和浓度是温度的函数，随着结晶培育中的急剧的温度降低，将会产生点缺陷的过饱和状态。过饱和的点缺陷通过对消或外部扩散、上坡扩散(Uphill Diffusion)等，向使过饱和状态缓和的方向发展。但是，一般来说，无法完全消除此过饱和状态，最终将会以空位(Vacancy)或间隙硅(Interstitial Si)中的一者占优势的过饱和的点缺陷的形式残留。已知如果结晶生长速度较快，就容易成为空位(Vacancy)过量的状态，相反地，如果结晶生长速度较慢，就容易成为间隙硅(Interstitial Si)过量的状态。如果此过量的浓度达到一定以上，这些点缺陷将会凝集，在结晶生长中形成结晶缺陷。
作为在空位(Vacancy)占优势的区域(V区域)中所形成的结晶缺陷，已知有OSF(oxidation induced stacking faults，氧化诱生层错)核和孔洞(Void)。OSF核为以下缺陷：当在湿氧环境中以1100℃～1150℃左右的高温对结晶的样本进行热处理后，从表面注入Si，在OSF核的周围使积层缺陷(SF)生长，一边在选择蚀刻液内摇动样本，一边进行选择蚀刻，此时以积层缺陷的状态观察到的缺陷。
已知孔洞(Void)是由空位(Vacancy)聚集而成的空洞状缺陷，在内部的壁上形成有称作内壁氧化膜的氧化膜。此缺陷根据检测的方法的不同而存在几个名称。将激光束照射到晶片表面上，利用检测晶片表面的反射光、散射光等的粒子计数器(particlecounter)来观察，此时称作结晶起因之微粒(Crystal Originated Particle，COP)。将样本在不摇动的状态下，在选择蚀刻液内放置较长的时间后，观察到流动图案，此时称作流体图案缺陷(Flow Pattern Defect，FPD)。从晶片的表面入射红外激光束，利用检测晶片表面的散射光的红外散射层析术(Laser Scattering Tomography，LST)来观察，此时称作激光散射层析缺陷(Laser Scattering Tomography Defect，LSTD)。这些虽然检测方法不同，但一般认为都是孔洞(Void)。
另一方面，在间隙硅(Interstitial Si)占优势的区域(I区域)中，形成由间隙硅(Interstitial Si)凝集而成的结晶缺陷。所述结晶缺陷的原形虽不明确，但一般认为是位错环等，以透射电子显微镜技术(Transmission Electron Microscopy，TEM)观察到位错环群形式的巨大的结晶缺陷。此间隙硅(Interstitial Si)的2次缺陷是通过与FPD相同的蚀刻方法，也就是说，将样本在不摇动的状态下，在选择蚀刻液内放置较长的时间，而观察到的较大的陷斑。这被称作大腐蚀陷斑(Large Etch Pit，LEP)等。
如前所述，如果形成如上所述的结晶缺陷，就可能会产生漏电或耐压的问题。作为制造不存在这些结晶缺陷的结晶的技术，专利文献2、3等中已有公开。在无缺陷结晶的制造技术中，为了无限降低过量的点缺陷的浓度，而将由结晶生长速度V与生长界面附近的温度倾斜度G所表示的V/G，控制在非常有限的较小的范围内，而成为所需的缺陷区域。
由于结晶生长速度V基本上在结晶的半径方向上不会发生变化，因此为了在晶片面内整个区域中获得无缺陷区域，降低结晶半径方向的G的偏差是非常重要的。这些大多是预先利用计算机进行模拟而求出。其中，计算时需要基本的实验数据。此基本数据是利用实验，通过调查结晶半径方向的G分布而获得。
作为掌握结晶半径方向的G分布的实验方法，经常使用以下方法。
首先，培育在长度方向(纵向)上故意使生长速度变化的结晶。在与生长轴相同的纵向上，切割培育而成的结晶，准备样本。对此样本施加氧析出热处理，以便掌握缺陷分布。在实际以无缺陷结晶为目标的条件下，使生长速度变化来培育结晶，将培育而成的结晶在纵向上切割，对切割而成的样本作氧析出热处理，利用X射线形貌法观察样本并示于图16中。如图16所示，氧析出的多少会成为浓淡变化，从而可以明确地辨别结晶缺陷区域。结合由模拟所实施的计算并调整结晶培育条件，使此缺陷分布在结晶中心部与周边部为相同分布。利用这种方法，可以获得在晶片面内整个区域中无缺陷的结晶。
但是，由于在低氧浓度结晶中本来并不会发生氧析出，因此无法利用如上所述的方法来掌握缺陷分布。由于缺陷分布主要是因所培育的结晶受到的热环境而发生变化，因此可以在热环境相同的条件下仅仅提高氧浓度，来掌握缺陷分布。但是，如果在以高氧浓度形成无缺陷结晶的状态下，仅仅使氧浓度低氧化并培育结晶，那么实际上并不会成为无缺陷结晶。一般认为原因在于，缺陷分布不仅对上述的热环境敏感，对由熔体内的对流等所引起的结晶生长界面的变化也较为敏感。如专利文献1所公开，为了进行低氧浓度化，需要外加磁场，或使结晶旋转或坩埚旋转低速化。一般认为这些行为会使熔体对流发生较大的变化，缺陷分布随着低氧浓度化而发生变化也是当然的现象。
因此，在低氧浓度结晶的制造中，找出培育无缺陷结晶的条件是非常困难的。
并且，作为即使有缺陷，也抑制缺陷的影响的技术，在专利文献4中公开出一种技术，是将所产生的缺陷的尺寸控制为较小，以便抑制缺陷的影响。
专利文献4所公开的技术是一种通过利用结晶的骤冷使结晶缺陷不生长，并且，使用生长速度大于无缺陷区域的空位(Vacancy)富含区域中所存在的空位(Vacancy)过饱和度较低的区域，来将结晶缺陷尺寸控制为非常小的技术。但是，在利用该方法制造而成的结晶中，至少在普通氧浓度区域中仍检测出FPD，且当制作器件时可能会产生耐压的劣化。
并且，将这种减小缺陷的方法与低氧浓度化相结合的技术，也公开在专利文献5中。
在专利文献5中，规定了缺陷尺寸100nm以下且缺陷密度3×106(/cm3)以下的区域。在低氧浓度结晶中，从难以掌握如前所述的缺陷分布的理由来看，虽试着将结晶培育条件限定于上述区域，但实际上非常困难。并且，在此技术中，主旨在于将结晶缺陷尺寸保持为较小再进行退火处理，以便消除直至晶片内部的缺陷，也包含需要热处理则制造成本相应程度地增加的问题。
作为可以解决这些问题的技术，在专利文献6中公开出一种低氧单晶晶片的技术，是通过掺杂氮来排除位错群及孔隙缺陷。但是，在此方法中，也残留以下问题：由于相对生长速度较慢，因此生产率较低，并且由于掺杂有氮，因此将产生由氮所引起的供体。
专利文献1：日本特开平5-155682号公报
专利文献2：日本特开平11-147786号公报
专利文献3：日本特开2000-1391号公报
专利文献4：日本特开2001-278692号公报
专利文献5：日本特开2010-202414号公报
专利文献6：日本特开2001-146498号公报
发明内容
本发明是有鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供一种低成本、低氧浓度的晶片，所述晶片在制作器件时不会引起耐压不良或漏电不良。
为了达成上述目的，本发明提供一种单晶硅晶片的制造方法，其是通过切割单晶硅晶片而制造的单晶硅晶片的制造方法，其特征在于，
在培育单晶硅晶棒时，预先求出培育条件与利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法以高于1×105/cm3的密度检测出LSTD的缺陷区域的关系，
基于该求出的关系，
在氧浓度为8×1017原子/cm3(ASTM’79)以下的情况下，
仅由利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法以1×107/cm3以上的密度检测出LSTD的缺陷区域构成的条件下，或者
由利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法以高于1×105/cm3以上的密度检测出LSTD的缺陷区域和利用红外散射法未检测出LSTD的无缺陷区域构成的培养条件下，培养单晶硅晶棒，
利用该培育而成的单晶硅晶棒切割制造单晶硅晶片。
优选为，所述单晶硅晶片由氧浓度为5×1017原子/cm3(ASTM’79)以下的单晶硅晶棒切割而成。
优选为，所述单晶硅晶棒包含氮与氧，并且氮浓度[N]原子/cm3和氧浓度[Oi]原子/cm3(ASTM’79)满足[N]×[Oi]3≤3.5×1067。为了达成上述目的，本发明提供另一种单晶硅晶片，其由利用直拉法培育而成的单晶硅晶棒切割而成，其特征在于，该单晶硅晶片是由氧浓度为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下的单晶硅晶棒切割而成，并且，包含利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法检测出LSTD的缺陷区域。
如果是这种晶片，就可以高生产率地制造，且制作器件也不会产生耐压或漏电不良。因此，单晶硅晶片可以提高制作器件的良率，且质量高，成本低。
此时优选为，前述单晶硅晶片包括：利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法检测出LSTD的缺陷区域；及，利用红外散射法未检测出LSTD的无缺陷区域。
如果是这种缺陷区域，就可以更加高生产率地制造不包含对器件有影响的缺陷的晶片，成为更低成本且高品质的晶片。
此时优选为，前述单晶硅晶片是由氧浓度为5×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下的单晶硅晶棒切割而成。
如果是这种氧浓度，那么用以作为本发明的缺陷区域的边缘(margin)进一步扩大，并且，由于在热处理中氧供体的产生量不至于影响电阻率，因此成为更低成本且高质量的晶片。
此时优选为，前述单晶硅晶棒包含氮与氧，且氮浓度[N]原子/cm3(atoms/cm3)和氧浓度[Oi]原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)满足[N]×[Oi]3≤3.5×1067。
如果是以这种浓度包含氮与氧，由于不影响电阻率，用以作为本发明的缺陷区域的边缘扩大，因此成为更低成本且高质量的晶片。
如上所述，根据本发明，单晶硅晶片不会产生由缺陷所引起的器件不良，且质量高，成本低。
附图说明
图1是表示实验2中所调查的FPD与氧浓度的关系的图表。
图2是表示实验2中所调查的LSTD与氧浓度的关系的图表。
图3是示意性地表示实验3中所获得的氧浓度与缺陷区域的关系的图。
图4是表示实验4中所调查的样本中的氧浓度与由氧供体所引起的载流子产生量的关系的图表。
图5是表示实验5中所调查的氮浓度的一次方与氧浓度的三次方的积与由NO供体引起的载流子产生量的关系的图表。
图6是单晶提拉装置的略图。
图7是表示实施例1中的样本中的氧浓度面内分布的图表。
图8是表示实施例1中的样本中的LSTD面内分布的图表。
图9是表示实施例2中的样本中的氧浓度面内分布的图表。
图10是表示实施例2中的样本中的LSTD面内分布的图表。
图11是表示比较例中的样本中的FPD面内分布的图表。
图12是表示比较例中的样本中的氧浓度面内分布的图表。
图13是表示比较例中的样本中的LSTD面内分布的图表。
图14是表示实施例3中的样本中的氧浓度面内分布的图表。
图15是表示实施例3中的样本中的LSTD面内分布的图表。
图16是观察结晶的缺陷区域的图。
具体实施方式
为了制造不会产生器件不良的无缺陷的晶片，由于存在生产率等问题，因此本发明人进行如下所述的实验，并进行努力研究。
(实验1)
首先，在间隙硅(Interstitial Si)占优势的区域中，在生长速度小于图16所表示的无缺陷区域且分配好氧浓度的各条件下培育结晶，由这些结晶切割成晶片状样本，并评价LEP。
LEP评价是对晶片状样本进行由平面磨削、清洗、混酸所实施的镜面蚀刻后，将样本以不摇动的状态放置于由氟酸、硝酸、醋酸、水所组成的具有选择性的蚀刻液中，放置到由蚀刻所实施的加工余量成为两侧为25±3μm的程度，然后利用光学显微镜计数。结果为，未看到所观察到的LEP的个数的氧浓度相关性。
(实验2)
作为实验2，对在空位(Vacancy)占优势的区域中培育而成的结晶的FPD与LSTD进行观察。观察到的结晶的区域，是采用一般认为是图16所示的缺陷图的生长速度较快且OSF核粘附于结晶外周的缺陷区域，并在分配好氧浓度的各条件下培育结晶。由这些结晶切割成晶片状样本，并进行FPD评价。
FPD评价是在与实验1的LEP评价相同的条件下实施。由此评价所检测出的FPD密度示于图1。如图1所示，明确看到FPD密度的氧浓度相关性，以氧浓度为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)为界限，随着氧浓度的降低，FPD密度急剧减少。
接着，对与进行上述FPD评价的样本相同的样本进行解理，并使用红外散射层析术(三井金属公司(Mitsui Mining&Smelting Co.,Ltd.)制造的MO441)，利用红外散射法调查LSTD密度。结果示于图2。
与FPD密度随着氧浓度的降低而急剧降低相比，得知LSTD密度完全不受氧浓度影响。
由于FPD和LSTD都是称作孔洞(Void)的空隙，因此是同种缺陷，但却发现存在以LSTD的形式检测出但未能以FPD的形式检测出来的缺陷。作为能够以LSTD检测出且为能以FPD检测出的原因，可以推断原因在于缺陷尺寸较小、或缺陷的状态发生变化。
但是，在红外散射法中，已知散射强度反映缺陷尺寸，在低氧浓度化时并未看到此散射强度极度降低的倾向，难以认为原因仅仅在于缺陷尺寸变小。
这样一来，一般认为缺陷的状态发生变化也是原因之一。在孔洞(Void)的内部存在内壁氧化膜。推断由于低氧化，而导致此内壁氧化膜薄膜化，并向消失的方向发展。不含氧的FZ结晶的D缺陷区域(相当于CZ的空位(Vacancy)富含区域)中的FPD，虽然确认有流动图案但未看见陷斑，结合考虑到此事实，可以推断内壁氧化膜会对FPD检测带来某些影响，因低氧化而使空隙以FPD的形成观察出来。另一方面，由于LSTD是利用红外光的散射来检测，因此如果有介电常数差就会引起散射，因此，推断相对于空隙反应敏感，即使低氧化也可以检测出LSTD。
由此得以确认在空位(Vacancy)富含区域中所存在的孔洞(Void)中，如果进行低氧浓度化，则存在以LSTD的形式检测出但未能以FPD的形式检测出来的缺陷。推断原因如上所述，由于低氧浓度化而导致孔洞(Void)内的内壁氧化膜的状况发生变化，而影响检测。此以LSTD的形式检测出但未能以FPD的形式检测出来的缺陷，可以通过将由选择蚀刻所实施的FPD观察与由红外散射所实施的LSTD观察组合，而容易地观察。
(实验3)
接着，在图16的缺陷分布图中，相当于比无缺陷区域或OSF区域稍快的生长速度的区域中，培育氧浓度为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)、与更低的氧浓度的结晶，并进行FPD和LSTD的评价。
结果发现，存在完全未检测出FPD且只检测出LSTD的区域。在图3中，示意性地表示出各氧浓度下的结晶的缺陷区域。如图3(b)所示，只检测出LSTD的区域是从氧浓度为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)的结晶开始产生，且随着氧浓度的降低而扩大。
对包含此区域的晶片进行器件评价，得知此区域完全不存在耐压、漏电的问题。一般认为这正是因为对于器件来说，相较于孔洞(Void)本身，内壁氧化膜的不良影响更大。并且，如上所述，由于用以培育这种区域的结晶的条件可以通过FPD检测与LSTD检测来确实地找出，范围也较广，因此生产率提高。
如上所述，发现以下事项：如果晶片的氧浓度为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下，且包含如上所述的区域，由于为低氧浓度且不会产生器件不良，可以高生产率地制造，因此可以降低成本，从而完成本发明。
并且，如图3的示意图所示，未检测出FPD但只检测出LSTD的区域，与连LSTD都未观察到的无缺陷区域相邻。并且，在结晶的外周部，由于像空位(Vacancy)和间隙硅(Interstitial Si)这样的点缺陷会外部扩散到表面并消失，因此不会产生点缺陷的过饱和状态，还一定存在无缺陷的区域。
因此，在实际制作晶片时，与仅包含只检测出LSTD的区域的晶片相比，由晶片外周部向内侧存在某种程度的无缺陷区域的晶片更容易制造，生产率也较好。而且，该无缺陷区域的耐压、漏电特性也没有问题。
如上所述，以下单晶硅晶片是一种实际有效的晶片：是由氧浓度为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下的单晶硅晶棒切割而成，并且包括：利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法检测出LSTD的缺陷区域；及，利用红外散射法未检测出LSTD的无缺陷区域。
(实验4)
接着，调查结晶中的氧浓度与热处理时的氧供体产生量的关系。
在器件中，对晶片导入各种杂质以控制电阻率，并形成PN结等。此时，如果晶片的电阻率不稳定，器件运转就可能会产生问题。在由加入氧的CZ结晶切割而成的晶片中，低温的热处理导致生成氧供体，晶片的电阻率发生变化。以往，在使用EPW(外延晶片)或FZ-PW(抛光晶片)等不含氧的晶片的器件中，这种氧供体可能会造成不良影响。
因此，准备在CZ结晶中分配好氧浓度的样本，求出由氧供体所引起的载流子产生量。首先，在各样本中进行氧供体抑制处理，然后测定电阻率，施以容易形成氧供体的450℃的热处理2小时或15小时。接着，测定热处理后的电阻率，根据与热处理前的电阻率的差，求热处理所产生的载流子产生量。结果获得如图4所示的氧浓度与载流子产生量的关系。
如图4所示，如果氧浓度为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下，氧供体产生量较少，尤其是在氧浓度为5×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)的样本中，由450℃、15小时的热处理所产生的载流子量约为7×1012/cm3。如果是P型，此浓度则相当于约1900Ωcm，如果是N型，则相当于约600Ωcm，通常，与应用于器件的范围相比较，位数有1个以上不同，即使产生这种程度的载流子，也不会产生问题。
因此，如果氧浓度为5×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下，产生的氧供体较少，可以说电阻率几乎未变化。如果是实际的器件步骤，考虑到相当于450℃的热环境大体上不会花费15小时，2小时左右较为接近现实，载流子产生量再少一位数，为1.5×1012/cm3左右，一般认为完全不会引起电阻率变化。
并且，在低氧浓度化后，如前所示，未检测出FPD但只检测出LSTD的区域有扩大的倾向，用以制造的边缘扩大。
如上所述，发现以下晶片更为优选：是之前所述的本发明的缺陷区域，且由氧浓度为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下、尤其是5×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下的单晶硅晶棒切割而成。
(实验5)
接着，调查结晶中所掺杂的氮浓度与氧浓度的关系。
通过在结晶中掺杂氮，而使孔洞(Void)变小。原因在于氮与空位(Vacancy)配对，实效的空位(Vacancy)浓度降低，而使过饱和度下降，并且孔洞(Void)形成温度低温化。关于未检测出FPD但只检测出LSTD的区域，也看到由于掺杂氮而扩大的倾向。但是，通过掺杂氮，将产生由氮与氧结合成的NO供体。在900℃左右以上的热处理下，NO供体将消失，但由于近年来的器件步骤的低温化而可能导致没有完全消失，过量地掺杂氮并不优选。
因此，准备分配好氧浓度和氮浓度的结晶的样本，求出NO供体产生量。
首先，进行一般的氧供体抑制处理，然后测定样本的电阻率。接着，施加1000℃、16小时的热处理以使NO供体确实地消失，然后再次测定电阻率，求出由NO供体引起的载流子的产生量。结果为，由NO供体引起的载流子产生量与氧和氮两者的浓度相关，拟合的结果为，获得与氮浓度的一次方与氧浓度的三次方的积相关的如图5所示的关系。图5是表示氮浓度的一次方与氧浓度的三次方的积与由NO供体引起的载流子产生量的关系的图表。发现优选为，采用以下单晶硅晶片：与氧供体同样地，使由NO供体引起的载流子产生量的容许范围为1×1013/cm3以下，并包含氮与氧，且氮浓度[N]原子/cm3(atoms/cm3)和氧浓度[Oi]原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)满足[N]×[Oi]3≤3.5×1067。
本发明人以如上所述的实验为基础，完成如下所述的本发明。
以下，参照图式，详细说明本发明的实施态样的一例，但本发明并不限定于此实施态样。
在本发明的制造方法中，首先，使用例如图6所示的单晶硅提拉装置，利用直拉法培育单晶硅晶棒。图6是单晶硅提拉装置的略图。
在此，针对本发明的制造方法中可以使用的单晶提拉装置，加以说明。
图6的单晶提拉装置12构成为具备：主室1；石英坩埚5和石墨坩埚6，在主室1中容纳原料熔液4；加热器7，配置于石英坩埚5和石墨坩埚6的周围；加热器7的外侧周围的绝热构件8；及，提拉室2，安装于主室1的上部。在提拉室2中，设置有气体导入口10，所述气体导入口10导入使炉内循环的气体；在主室1的底部，设置有气体流出口9，所述气体流出口9排出使炉内循环的气体。
并且，还可以根据制造条件，如图6所示地设置环状气体整流筒(石墨筒)11。并且，还可以使用所谓的MCZ法的装置，所述装置是在主室1的外侧设置磁石(未图示)，通过对原料熔液4外加水平方向或垂直方向的磁场，来抑制熔液的对流，谋求单晶的稳定生长。
在本发明中，这些装置的各部可以使用例如与以往相同的各部。
以下，说明由如上所述的单晶提拉装置12所实施的单晶培育方法的一例。
首先，在石英坩埚5内，将硅的高纯度多结晶原料加热至熔点(约1420℃)以上并熔解，成为原料熔液4。接着，通过放开线，使籽晶的前端接触或浸渍于原料熔液4的表面大致中心部。之后，使石英坩埚5、石墨坩埚6向适当的方向旋转，并且将线一边旋转一边卷绕，提拉籽晶，由此开始培育单晶硅晶棒3。
然后，适当地调整提拉速度与温度，以完成本发明的缺陷区域，而获得大致圆柱形状的单晶硅晶棒3。石英坩埚5和石墨坩埚6可以在结晶生长轴方向上升降，使石英坩埚5和石墨坩埚6上升，以便弥补在结晶生长中结晶化而减少的原料熔液4的液面的下降部分。由此，原料熔液4表面的高度被控制为大致一定的所需高度。
在这种提拉时，在本发明中，控制提拉速度与温度，使单晶硅晶棒的氧浓度(初始晶格间氧浓度)为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下，并且包含利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法检测出LSTD的缺陷区域。
作为高效控制提拉速度(生长速度)以便包含本发明的缺陷区域的方式的方法，优选为，例如预先利用预试验求出本发明的成为缺陷区域的条件。
此时，空位(Vacancy)富含区域可以作为利用选择蚀刻检测出FPD的区域求出，间隙硅(Interstitial Si)富含区域可以作为检测出LEP的区域求出。而且，本发明的缺陷区域为以下缺陷区域：利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP，且利用红外散射法检测出LSTD(只检测出LSTD的区域)。并且，利用任一种方法均未检测出缺陷的区域为无缺陷区域。因此，对于在预试验中提拉而成的结晶，可以使用红外散射法和选择蚀刻，求出如图3(b)(c)所示的缺陷分布，设定提拉条件。
之后，可以基于该求出的关系，将提拉速度控制在例如图3(c)的范围R内，提拉结晶，来培育单晶硅晶棒，使晶片中包含以下缺陷区域：即加工后，利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP，且利用红外散射法检测出LSTD。
此时，可以以比图3(c)的范围R更高的速度、或更低的速度来培育包含本发明的缺陷区域的单晶硅晶棒，但优选为，通过在范围R内控制提拉速度，来培育包含以下区域的单晶硅晶棒：即利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法检测出LSTD的缺陷区域、与无缺陷区域。
由于如果是比图3(c)的范围R更高的速度，在所切割的晶片的中央部将产生FPD，如果是比图3(c)的范围R更低的速度，在所切割的晶片的外周将产生LEP，因此出现该FPD或LEP的部分可能会产生器件不良。因此，通过培育包含无缺陷区域、与本发明的缺陷区域的单晶硅晶棒，所切割的晶片的任一部分均不会产生器件不良，且可以进一步提高良率。
并且，作为使单晶硅晶棒的氧浓度为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下的方法，可以使用一般的方法，并可以外加磁场，或控制结晶旋转、坩埚旋转及提拉速度，以使氧浓度在上述范围内。
如果是这种氧浓度，就可以产生利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法检测出LSTD的缺陷区域，并制造本发明的单晶硅晶片。并且，如果是这种低氧浓度，由于氧不易析出，因此晶片也不会产生BMD等缺陷，且不会产生器件不良。
并且优选为，使此氧浓度为5×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下。
如上述实验4所示，如果氧浓度为5×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下，由于由器件热处理所产生的氧供体足够少，电阻率几乎未发生变化，因而优选。并且，由于氧浓度越低，利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法检测出LSTD的缺陷区域越扩大，因此用以制造的边缘扩大，可以降低成本。
并且优选为，培育时使单晶硅晶棒包含氮与氧，且氮浓度[N]原子/cm3(atoms/cm3)和氧浓度[Oi]原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)满足[N]×[Oi]3≤3.5×1067。
这样一来，通过掺杂氮，由于缺陷变小，本发明的缺陷区域进一步扩大，因此可以进一步提高生产率。进一步，如实验5、图5所示，如果氮浓度与氧浓度满足上述关系，器件热处理时的NO供体的产生将会变得足够少，而可以将晶片的电阻率变动抑制到不会影响器件的程度。
将如上所述地培育而成的单晶硅晶棒切片而切割出来，并进行磨光、倒角、研磨及蚀刻等，制作单晶硅晶片。
如果是如上所述的单晶硅晶片，就不会产生制作而成的器件的耐压不良或漏电不良，且晶片适合功率器件，质量高，成本低。
[实施例]
以下，示出实施例和比较例，更具体地说明本发明，但本发明并不限定于此实施例。
(实施例1)
使用如图6所示的单晶提拉装置，在炉内配备直径为26英寸(66cm)的坩埚，利用外加磁场直拉法(MCZ法)，培育单晶硅晶棒。
此时，以氧浓度[Oi]7×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)为目标，并以未检测出FPD和LEP但检测出LSTD的图3(c)所示的区域为目标，培育晶片上的精加工直径为200mm粗细的单晶硅晶棒。
由培育而成的结晶切割成晶片状样本，利用如实验1、2所示的使用选择蚀刻的方法来观察FPD、LEP，并未检测出这些缺陷。并且，利用平面磨削、清洗、混酸镜面蚀刻，由同一位置切割成晶片状样本，然后在湿式氧化环境下、以1150℃热处理100分钟。接着，一边在由氟酸、硝酸、醋酸及水等所组成的具有选择性的蚀刻液中摇动，一边以两面7±3μm的加工余量蚀刻，利用光学显微镜观察蚀刻后的样本，确认未产生OSF。
此样本的氧浓度的面内分布如图7所示，为7.2～7.4×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)的范围。
并且，利用红外散射层析术(MO441)从表面入射红外线，并从解理面观察散射光，求出LSTD密度。结果为，LSTD面内分布如图8所示，晶片整面为1×107/cm3左右的密度。
根据以上评价，得以确认以下事项：该样本是由氧浓度为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下的单晶硅晶棒切割而成，且为利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法检测出LSTD的缺陷区域。
对由与此评价的样本相邻接的部分切割而成的晶片，进行倒角、磨削及研磨等一般的晶片加工处理，以精加工成抛光晶片(PW)。将此PW作为基板，制作功率器件，则器件运转正常，不会产生耐压不良、漏电不良等。
(实施例2)
将所培育的单晶硅晶棒的目标氧浓度降低至3×1017原子/cm3(atoms/cm3)，并稍微调整生长速度，除此以外，与实施例1同样地培育结晶。
进行与实施例1相同的评价，未检测出FPD、LEP及OSF。并且，氧浓度和LSTD的面内分布如图9、10所示，氧浓度在2.8～3.2×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)的范围内，LSTD密度最高为1.2×107/cm3，在周边部未检测出。
根据以上评价，得以确认以下事项：该晶片是由氧浓度为8×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)以下的单晶硅晶棒切割而成，并且包含利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法检测出LSTD的缺陷区域、与周边部的无缺陷区域。
由与此评价的样本相邻接的部分制作PW，在此基础上制作功率器件，不会产生耐压不良、漏电不良等，也没有由供体引起的电阻率改变，表现出正常的器件运转。
(比较例)
目标氧浓度与实施例2相同，但生长速度远远大于实施例2，以检测出FPD的区域为目标来培育结晶。
进行与实施例1相同的评价，未检测出LEP、OSF，但如图11所示，FPD检测出100～200(个/cm2)。氧浓度和LSTD的面内分布如图12、13所示，氧浓度在3.2～3.5×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)的范围内，LSTD密度在5～9×106/cm3的范围内，面内大致均匀分布。
由与此评价的样本相邻接的部分制作PW，在此基础上制作功率器件。结果为，与实施例2中所获得的功率器件相比，一般认为是由漏电所引起的不良率高3～5倍，导致良率降低。
(实施例3)
掺杂氮，并使切割成晶片状样本的位置处的结晶中的氮浓度为6×1013原子/cm3(atoms/cm3)，除此以外，在与比较例完全相同的条件下培育结晶。
进行与实施例1相同的评价，未检测出FPD、LEP及OSF。氧浓度的面内分布如图14所示，为2.8～3.3×1017原子/cm3(atoms/cm3)(ASTM’79)，氧浓度与氮浓度的关系为[N]×[Oi]3≤2.2×1066。并且，LSTD密度的面内分布如图15所示，为7×107/cm3左右，表现出相当高的密度。
由与此评价的样本相邻接的部分制作PW，在此基础上制作功率器件，不会产生耐压不良、漏电不良等，并且由供体所引起的电阻率改变也较小，表现出正常的器件运转。
另外，实施例1～3、比较例中进行的评价结果虽然是关于施加高电压的功率器件，但可以容易推断出本发明的缺陷区域在以更低的电压运转的存储器、CPU及摄像元件等其他器件中，也没有耐压或漏电的问题，且本发明的技术并非限定于功率器件用的基板。
本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为例示，具有与本发明的权利要求书中所述的技术思想实质相同的结构、并发挥相同作用效果的技术方案，均包含在本发明的技术范围内。

Claims (3)

1.一种单晶硅晶片的制造方法，其是通过切割单晶硅晶片而制造的单晶硅晶片的制造方法，其特征在于，
在培育所述单晶硅晶棒时，预先求出培育条件与利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法以高于1×105/cm3的密度检测出LSTD的缺陷区域的关系，
基于该求出的关系，
在氧浓度为8×1017原子/cm3(ASTM’79)以下的情况下，
在仅由利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法以1×107/cm3以上的密度检测出LSTD的缺陷区域构成的培养条件下，或者
由利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法以高于1×105/cm3以上的密度检测出LSTD的缺陷区域和利用红外散射法未检测出LSTD的无缺陷区域构成的培养条件下，培养单晶硅晶棒，
利用该培育而成的单晶硅晶棒切割制造单晶硅晶片。
2.如权利要求1所述的单晶硅晶片的制造方法，其特征在于，所述单晶硅晶片由氧浓度为5×1017原子/cm3(ASTM’79)以下的单晶硅晶棒切割而成。
3.如权利要求1或2所述的单晶硅晶片的制造方法，其中，所述单晶硅晶棒包含氮与氧，并且氮浓度[N]原子/cm3和氧浓度[Oi]原子/cm3(ASTM’79)满足[N]×[Oi]3≤3.5×1067。
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