技術領域

本發明涉及作為硅片材料的硅單晶的培育方法，特別是涉及能夠抑制熱應力引起的位錯的、以高的成品率培育無位錯部分的硅單晶的培育方法以及采用該方法培育的硅單晶。

背景技術

作為硅片材料的硅單晶的制備方法，眾所周知的是采用切克勞斯基法(以下稱“CZ法”)的培育方法。從前，為了采用CZ法高效制備所希望質量的硅單晶，眾所周知的是調整培育中的硅單晶溫度的技術。例如，曾經提出通過使提拉中的硅單晶的固液界面附近快速冷卻，來增大最大提拉速度的技術(例如參照專利文獻1)。

但是，專利文獻1所述的技術中存在下述問題：由于冷卻硅單晶導致的熱應力所引起的位錯容易發生，生產性和成品率不好。

一般的，當提拉中的硅單晶中產生位錯時，通過使被提拉過的硅單晶溶解，并再次進行提拉來實現無位錯部分長的硅單晶的培育。

但是，如果反復進行硅單晶的提拉和溶解，則提拉所需要的時間增長，因而生產性下降。另外，當放棄培育無位錯晶體，停止結晶培育時，由于坩堝內殘存大量的硅熔融液，所以產生浪費原料或者殘存的硅熔融液凝固時的體積膨脹導致坩堝或加熱器破損的顧慮。因而，一直以來，在位錯多次發生，即使將提拉過的硅單晶進行溶解并再次進行提拉也仍不能期待無位錯部分長的硅單晶的提拉的情況，則對產生位錯的硅單晶直接進行提拉。

此外，多次發生這種位錯的硅單晶，由于培育中的熱應力引起的晶體顆粒的不一致增大，所以將提拉過的單晶冷卻至室溫后，將產生晶體顆粒的不一致所引起的很大的殘留應力。因此，在將提拉過的硅單晶取出到爐外時，或者對已取出至爐外的硅單晶進行搬運時等，存在下述不妥：稍加沖擊就會輕易地產生與硅的屈服應力相等或者更高的應力使晶體碎裂。

專利文獻1：特開平11-199385號公報

發明內容

本發明是鑒于上述情況而完成的，提供一種硅單晶的培育方法，其能夠抑制由于對培育中的硅單晶側表面部分進行冷卻而產生的熱應力所引起的位錯的發生、并能夠以高成品率培育難于碎裂、且無位錯部分的長度長的硅單晶，生產性優秀。

為了解決上述課題，本發明的硅單晶培育方法是一邊采用圍繞在培育中的硅單晶周圍且其內圓周面和提拉軸同軸的冷卻用構件對硅單晶的至少一部分進行冷卻，一邊采用切克勞斯基法培育硅單晶，培育上述硅單晶的介質氣體包括含氫原子物質的氣體。本發明中，所謂培育中的硅單晶的至少一部分可以是柱體部分、頸部、尾部等硅單晶的任意部分，例如，可以是通過熱區的硅單晶的側表面部分。

另外，在上述硅單晶的培育方法中，也可以使上述介質氣體中的含氫原子物質的氣體的氫分子分壓為40～400Pa。

而且，在上述硅單晶的培育方法中，上述含氫原子物質的氣體也可以是氫氣。

另外，在上述硅單晶的培育方法中，也可以對培育中的硅單晶側表面部分進行冷卻，以使熔點到1350℃在晶體中心部分處的軸向溫度梯度Gc和熔點到1350℃在晶體外圍部分處的軸向溫度梯度Ge之比Gc/Ge為1.1～1.4。

而且，在上述硅單晶的培育方法中，也可以借助冷卻用構件的設置使上述晶體中心部分處的軸向溫度梯度Gc為3.0～3.5℃/mm

另外，在上述硅單晶的培育方法中，也可以使上述硅單晶的柱體部分成為不含原生缺陷的無缺陷區域。

本發明的硅單晶采用上述任一項中所述的硅單晶培育方法培育而成。

此處，對采用CZ法制備的硅單晶的品質(缺陷狀態)和生產性(提拉速度)進行說明。

眾所周知，在采用CZ法制備的硅單晶中產生器件制備過程中表現出來的微小缺陷即原生缺陷。圖1是用于對采用CZ法得到的硅單晶直徑方向上的缺陷分布狀態進行說明的剖面圖。如圖1所示，采用CZ法得到的硅單晶的原生缺陷包括：被稱之為紅外線散射體缺陷或COP(Crystal?Originated?Particle，晶體原生顆粒)等的大小為0.1～0.2μm左右的空孔缺陷，和被稱之為位錯簇的大小為10μm左右的微小位錯。

此外，在圖1所示的單晶中，在外徑的大約2/3區域處，出現環狀氧化誘生堆垛層錯(以下稱“OSF(Oxygen?induced?Stacking?Fault)”)。在OSF發生的OSF發生區域的內側部分存在有紅外線散射體缺陷經檢測是大約10⁵～10⁶個/cm³的區域(紅外線散射體發生區域)，在外側部分存在有位錯簇以大約10³～10⁴個/cm³存在的區域(位錯簇發生區域)。