JP5946001B2 - シリコン単結晶棒の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によるシリコン単結晶棒を引き上げて製造する方法に関し、特にはＣＺ法によるＮ領域シリコン単結晶棒を引き上げて製造する方法に関する。
ウェーハの製品の品種として、ＣＯＰフリー結晶と言われるものが、多く使われるようになってきている。このＣＯＰフリーの領域（Ｎ領域）は、巨大転位クラスタ（Ｉ領域）、ＣＯＰ（Ｖ領域）、Ｃｕデポジションで検出される欠陥、ＯＳＦ領域を含まない部分である。
この保証方法としては、結晶検査工程でＬＥＰというエッチングによる巨大転位クラスタの確認と、ＥＯＳＦ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＯＳＦ）検査（特許文献１、特許文献２等参照）が挙げられ、これらにより、判定することが可能である。
この保証方法としては、結晶検査工程でＬＥＰというエッチングによる巨大転位クラスタの確認と、ＥＯＳＦ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＯＳＦ）検査（特許文献１、特許文献２等参照）が挙げられ、これらにより、判定することが可能である。
ＣＺ法によるＮ領域シリコン単結晶棒の製造は、成長界面付近の温度勾配を面内一定に保った条件で、ある成長速度で製造した時に実現する。成長界面付近の結晶温度勾配をＧ、結晶の成長速度（引き上げ速度）をＦとしたとき、Ｆ／Ｇが面内のどこをとっても、Ｎ領域となる範囲内であることが要求される。このような範囲は狭く、ＦもしくはＧが所望の要求範囲を超えた場合、Ｎ領域とはならず、製品としては不合格となる。
したがって、この製品は製造マージンが狭く、Ｖ領域、ＯＳＦ領域、Ｎ領域（Ｎｖ領域、Ｎｉ領域）、Ｉ領域のどの欠陥領域で製造を行っているのか、常にモニタリングをし、必要に応じて、引き上げ条件をチューニング（調整）する必要がある。というのは、用いるヒータや断熱材等の炉内部品が経時変化することに基づき、炉内温度分布が経時変化するため、この引き上げ条件のチューニングがＮ領域結晶を安定して製造するのに不可欠となるためである。
したがって、この製品は製造マージンが狭く、Ｖ領域、ＯＳＦ領域、Ｎ領域（Ｎｖ領域、Ｎｉ領域）、Ｉ領域のどの欠陥領域で製造を行っているのか、常にモニタリングをし、必要に応じて、引き上げ条件をチューニング（調整）する必要がある。というのは、用いるヒータや断熱材等の炉内部品が経時変化することに基づき、炉内温度分布が経時変化するため、この引き上げ条件のチューニングがＮ領域結晶を安定して製造するのに不可欠となるためである。
従来では、巨大転位クラスタ（Ｉ領域）が発生すればＮ領域シリコン単結晶棒の成長速度Ｆを上げ、酸化熱処理によって不良レベルの欠陥（Ｖ領域、ＯＳＦ領域）が発生すれば成長速度Ｆを下げるという手法で、引き上げ条件を調整していた。
しかしながら、これでは不良が出ないと引き上げ条件の調整が出来ないという問題があった。
しかしながら、これでは不良が出ないと引き上げ条件の調整が出来ないという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、たとえ不良が出なくとも、サンプルウエーハの検査結果から、ＣＺ法でのＮ領域シリコン単結晶の引き上げ条件の調整が可能な製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、チョクラルスキー法により引き上げ条件を制御してＮ領域シリコン単結晶棒を引き上げるシリコン単結晶棒の製造方法であって、前記引き上げたＮ領域シリコン単結晶棒から切り出したサンプルウエーハに、酸素析出物を顕在化させる熱処理を施し、選択エッチングを施してＥｎｈａｎｃｅｄ−ＯＳＦの密度を測定するＥＯＳＦ検査を行うとともに、該ＥＯＳＦ検査したサンプルウエーハにおけるシャローピットの発生パターンを調査するシャローピット検査を行うことにより、前記サンプルウエーハの欠陥領域を判定し、該判定の結果に応じ、前記引き上げ条件を調整して次のＮ領域シリコン単結晶棒を引き上げるとき、前記欠陥領域の判定において、前記欠陥領域がＮ領域の場合に、Ｎｖ領域内のどの部分であるか、またはＮｉ領域内のどの部分であるかの判定も行い、該判定の結果に応じ、前記引き上げ条件の調整を行うことを特徴とするシリコン単結晶棒の製造方法を提供する。
上記のようなＥＯＳＦ検査を行うことによって、単に従来のＯＳＦ熱処理（例えば、１１００〜１２００℃での１段階の酸化熱処理）を施して検査する場合よりも、高感度でＯＳＦを検出することができ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＯＳＦ）、それによって、Ｎ領域シリコン単結晶棒の引き上げ条件をより適切に調整することができ、高精度にＮ領域シリコン単結晶棒を製造することができる。
また、所定の引き上げ条件で引き上げられたＮ領域シリコン単結晶棒からのサンプルウエーハが検査工程で合格と判定されたとしても（すなわち検査でＮ領域であると判定されたとしても）、同様の引き上げ条件で次のＮ領域シリコン単結晶棒を引き上げ、サンプルウエーハを検査したときに不合格になる場合があった。これは、Ｎ領域になるべく引き上げ条件を設定したとしても、前述のように炉内部品の経時変化等の種々の要因により、プロセスの変動で、Ｖ領域あるいはＩ領域にずれて製造されてしまうことがあるためである。この問題は、Ｎｖ領域内であってもＶ領域との境界の近傍であったり、Ｎｉ領域内であってもＩ領域との境界の近傍で引き上げられるような条件の場合に生じる可能性がある。
従来ではＥＯＳＦ検査等を合否判定のみに利用しており、不良レベルの欠陥が出なければ引き上げ条件を適切に調整できないため、上記のように欠陥領域のずれを予測できず、不良が発生してしまっていた。
しかしながら本発明の製造方法であれば、合格となるＮ領域（Ｎｖ領域、Ｎｉ領域）であっても、その領域内のどの部分であるかの判定も行い、該判定の結果に応じて次の引き上げ条件の調整を行う。したがって、本発明であれば、従来法とは異なり、上記のような欠陥領域のずれを予測し、不良が出ずとも引き上げ条件の適切な調整が可能である。
しかしながら本発明の製造方法であれば、合格となるＮ領域（Ｎｖ領域、Ｎｉ領域）であっても、その領域内のどの部分であるかの判定も行い、該判定の結果に応じて次の引き上げ条件の調整を行う。したがって、本発明であれば、従来法とは異なり、上記のような欠陥領域のずれを予測し、不良が出ずとも引き上げ条件の適切な調整が可能である。
例えば、サンプルウエーハにおいて、Ｖ領域との境界に近い部分（Ｎｖ領域内のＶ領域側の部分）やＩ領域との境界に近い部分（Ｎｉ領域内のＩ領域側の部分）であると判定された場合に、次に同条件で引き上げた際、プロセスの変動が生じて予定外の欠陥領域のずれが生じ、Ｖ領域やＩ領域になるのを防止するように、引き上げ条件を適切に調整することが可能である。したがって、より確実にＮ領域シリコン単結晶棒を製造することが可能になり、安定して生産することができる。
このとき、前記酸素析出物を顕在化させる熱処理として、９００〜１０５０℃で３０〜３００分間の第１段熱処理を施し、次いで１１００〜１２００℃で３０〜２００分間の第２段熱処理を施すことができる。
このように２段階の熱処理を行うことによって、ＯＳＦを強制的に生成することができ、高精度な検査（ＥＯＳＦ検査）を行うことができる。
また、前記欠陥領域の判定において、予め、Ｖ領域およびＮ領域と、Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＯＳＦの密度との関係を調査しておき、該関係と前記ＥＯＳＦ検査で測定したＥｎｈａｎｃｅｄ−ＯＳＦの密度に基づき、前記Ｖ領域および前記Ｎ領域の判定を行うことができる。
このようにすれば、Ｖ領域およびＮ領域の判定を、より簡便に行うことができる。
また、前記欠陥領域の判定において、前記シャローピット検査で調査したシャローピットの発生パターンから、Ｉ領域とＮ領域の境界に形成される酸素析出物形成領域の位置を判断し、前記Ｉ領域および前記Ｎ領域の判定を行うことができる。
このようにすれば、Ｉ領域およびＮ領域の判定を、より簡便に行うことができる。
また、前記引き上げ条件を調整するとき、Ｎ領域シリコン単結晶棒の引き上げ速度Ｆ、原料融液面と遮熱部材下端との距離Ｄ、原料を加熱するヒーターの位置ＰＨ、原料融液を収容するルツボの位置ＰＣのうち１つ以上を調整することにより行うことができる。
これらのパラメータを調整することにより、Ｖ／Ｇの調整を行うことができ、Ｎ領域シリコン単結晶の引き上げ条件をより適切に調整することが可能である。
このとき、前記欠陥領域の判定において、Ｎｖ領域内のＶ領域側の部分であると判定したときは前記引き上げ速度Ｆを小さくするか、前記距離Ｄを大きくし、Ｎｉ領域内のＩ領域側の部分であると判定したときは前記引き上げ速度Ｆを大きくするか、前記距離Ｄを小さくすることができる。
このようにすれば、欠陥領域が、Ｎｖ領域内においてＶ領域から一層離れた部分になるように引き上げたり、Ｎｉ領域内においてＩ領域から一層離れた部分になるように引き上げることができるので、プロセスの変動が生じて欠陥領域のずれが生じたとしてもＶ領域やＩ領域にはなりにくくすることができる。したがって、より確実にＮ領域シリコン単結晶棒を製造することができる。
以上のように本発明であれば、たとえ不良が出ずとも、サンプルウエーハの検査結果から欠陥領域のずれを予測し、引き上げ条件を調整することができる。しかも高精度でＮ領域シリコン単結晶棒を製造することができる。よって、Ｎ領域結晶を安定して製造することができ、生産性、歩留りを向上させることができる。
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図２に本発明のシリコン単結晶棒の製造方法に使用することができるＣＺ単結晶引上げ装置の一例を示す。
図２に示したＣＺ単結晶引上げ装置１は、原料融液２を収容するルツボ４（ここで、ルツボ位置ＰＣはメインチャンバの底部を基準とした高さ位置としているが、この基準は特に限定されない）、多結晶シリコン原料を加熱、溶融するための加熱ヒーター５（ここで、ヒーター位置ＰＨはメインチャンバの底部を基準とした高さ位置としているが、この基準は特に限定されない）などがメインチャンバ６内に設けられている。また、該メインチャンバ６上に連設された引上げチャンバ７の上部には、育成された単結晶を引上げる引上げ機構（図示せず）が設けられている。
図２に本発明のシリコン単結晶棒の製造方法に使用することができるＣＺ単結晶引上げ装置の一例を示す。
図２に示したＣＺ単結晶引上げ装置１は、原料融液２を収容するルツボ４（ここで、ルツボ位置ＰＣはメインチャンバの底部を基準とした高さ位置としているが、この基準は特に限定されない）、多結晶シリコン原料を加熱、溶融するための加熱ヒーター５（ここで、ヒーター位置ＰＨはメインチャンバの底部を基準とした高さ位置としているが、この基準は特に限定されない）などがメインチャンバ６内に設けられている。また、該メインチャンバ６上に連設された引上げチャンバ７の上部には、育成された単結晶を引上げる引上げ機構（図示せず）が設けられている。
引上げチャンバ７の上部に取り付けられた引上げ機構からは引上げワイヤ８が巻き出されており、その先端には、種ホルダに支持された種結晶９が取り付けられており、その種結晶９を原料融液２に浸漬し、引上げワイヤ８を引上げ機構によって引き上げ速度Ｆで巻き取ることで種結晶９の下方に単結晶棒１０を形成する。
なお、ルツボ４は、ＣＺ単結晶引上げ装置１の下部に取り付けられた回転駆動機構（図示せず）によって回転昇降自在なルツボ回転軸１７に支持されている。
また、ルツボ４の周囲に配設された加熱ヒーター５の外側には、断熱部材１１が設けられている。
また、チャンバ６、７には、ガス導入口１２、ガス流出口１３が設けられており、チャンバ６、７内部にアルゴンガス等を導入し、排出できるようになっている。
また、ルツボ４の周囲に配設された加熱ヒーター５の外側には、断熱部材１１が設けられている。
また、チャンバ６、７には、ガス導入口１２、ガス流出口１３が設けられており、チャンバ６、７内部にアルゴンガス等を導入し、排出できるようになっている。
そして、ガス整流筒１４が引上げ中の単結晶棒１０を取り囲むようにメインチャンバ６の少なくとも天井部から原料融液面３に向かって延伸している。また、原料融液面３の近傍とガス整流筒１４との間における加熱ヒーター５からの輻射熱を遮って単結晶棒１０を冷却するために遮熱部材１５が設けられている。遮熱部材１５は、その下端が原料融液面３と距離Ｄを空けるようにして設けられている。
また、メインチャンバ６の水平方向の外側に磁場印加装置１６をさらに設置することができ、それによって、原料融液２に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加して原料融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはかる、いわゆるＭＣＺ法によるＣＺ単結晶引上げ装置とすることもできる。
図１は、本発明のシリコン単結晶棒の製造方法の一例を示すフロー図である。図１に示すように、（工程１）サンプルウエーハの用意、（工程２）ＥＯＳＦ検査、（工程３）シャローピット検査、（工程４）欠陥領域の判定（Ｎｖ、Ｎｉ領域のどの部分かの判定を含む）、（工程５）引き上げ条件の調整、（工程６）Ｎ領域シリコン単結晶棒の引き上げ、からなっている。
（工程１：サンプルウエーハの用意）
ＣＺ法で引き上げたＮ領域シリコン単結晶棒を例えばワイヤソーによりウエーハ状に切り出す。この中から一部、サンプルウエーハを抜き取ることで用意する。用意するサンプルウエーハの枚数、取り出し箇所は特に限定されず、適宜決定することができる。
ＣＺ法で引き上げたＮ領域シリコン単結晶棒を例えばワイヤソーによりウエーハ状に切り出す。この中から一部、サンプルウエーハを抜き取ることで用意する。用意するサンプルウエーハの枚数、取り出し箇所は特に限定されず、適宜決定することができる。
（工程２：ＥＯＳＦ検査）
サンプルウエーハに対してＥＯＳＦ検査を行う。まず、酸素析出物を顕在化させる熱処理を施す。Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＯＳＦ（以下、単にＥＯＳＦということがある）を顕在化できる熱処理であれば良く、具体的な熱処理条件は特に限定されない。
例えば、９００〜１０５０℃で３０〜３００分間の第１段熱処理を施し、次いで１１００〜１２００℃で３０〜２００分間の第２段熱処理を施すことができる。
熱処理の雰囲気は特に限定されるものではなく、第１段、第２段熱処理のいずれも乾燥酸素（ドライＯ２）またはＯ２ガス中に水蒸気を含むウェットＯ２が使用できるが、第１段熱処理ではドライＯ２の方が操作が簡便で好ましく、第２段熱処理ではウェットＯ２の方が、ＯＳＦの長さがドライＯ２に比べて長くなり、後の光学顕微鏡による観察が容易となるので好ましい。熱処理工程における昇温速度、降温速度も特に限定されず、２℃／分以上に設定すればよい。
このような２段階の熱処理を行うことによって、従来のＯＳＦ熱処理（例えば、１１００〜１２００℃での１段階の酸化熱処理）よりも、一層高感度にＯＳＦを検出することができる。
サンプルウエーハに対してＥＯＳＦ検査を行う。まず、酸素析出物を顕在化させる熱処理を施す。Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＯＳＦ（以下、単にＥＯＳＦということがある）を顕在化できる熱処理であれば良く、具体的な熱処理条件は特に限定されない。
例えば、９００〜１０５０℃で３０〜３００分間の第１段熱処理を施し、次いで１１００〜１２００℃で３０〜２００分間の第２段熱処理を施すことができる。
熱処理の雰囲気は特に限定されるものではなく、第１段、第２段熱処理のいずれも乾燥酸素（ドライＯ２）またはＯ２ガス中に水蒸気を含むウェットＯ２が使用できるが、第１段熱処理ではドライＯ２の方が操作が簡便で好ましく、第２段熱処理ではウェットＯ２の方が、ＯＳＦの長さがドライＯ２に比べて長くなり、後の光学顕微鏡による観察が容易となるので好ましい。熱処理工程における昇温速度、降温速度も特に限定されず、２℃／分以上に設定すればよい。
このような２段階の熱処理を行うことによって、従来のＯＳＦ熱処理（例えば、１１００〜１２００℃での１段階の酸化熱処理）よりも、一層高感度にＯＳＦを検出することができる。
そして、熱処理後のサンプルウエーハを希フッ酸に浸漬することにより、熱処理で形成された酸化膜（ＳｉＯ２）を溶解除去する。次いで、濃度４９％の希フッ酸と濃度０．１５モル％の重クロム酸カリウム水溶液との混合液、すなわちセコ液〔組成：ＨＦ１００ｃｃ、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７水溶液（０．１５モル％）５０ｃｃ〕に２〜３０分間浸漬して、〈１００〉面を選択的にエッチング（セコエッチング）する。
最後に、光学顕微鏡によりエッチング面を観察し、ＥＯＳＦ密度（単位面積当たりの大粒径ＯＳＦの発生個数）を測定する。
（工程３：シャローピット検査）
次に、ＥＯＳＦを測定したサンプルウエーハを、集光下、目視で観察し、微小欠陥のパターンを確認することによりシャローピット検査を行う。シャローピットが発生している部分は、表面がくすんだ状態になり、この部分をシャローピット有りとする。
次に、ＥＯＳＦを測定したサンプルウエーハを、集光下、目視で観察し、微小欠陥のパターンを確認することによりシャローピット検査を行う。シャローピットが発生している部分は、表面がくすんだ状態になり、この部分をシャローピット有りとする。
（工程４：欠陥領域の判定）
工程２のＥＯＳＦ検査および工程３のシャローピット検査の結果に基づいてサンプルウエーハの欠陥領域を判定する。なお、判定した欠陥領域がＮ領域の場合には、さらに、Ｎｖ領域内のどの部分であるか、またはＮｉ領域内のどの部分であるかの判定も行う。
工程２のＥＯＳＦ検査および工程３のシャローピット検査の結果に基づいてサンプルウエーハの欠陥領域を判定する。なお、判定した欠陥領域がＮ領域の場合には、さらに、Ｎｖ領域内のどの部分であるか、またはＮｉ領域内のどの部分であるかの判定も行う。
ここで、欠陥領域、ＥＯＳＦ検査結果、シャローピット検査結果の関係について、図３を用いて説明する。図３の左側は、ＣＺシリコン単結晶棒を高速から徐々に引き上げ速度を低下させて成長させた場合の、引き上げ軸方向の結晶欠陥分布を示したものであり、図３の右側は単結晶棒の各位置から切り出したウエーハの面内欠陥分布を示したものである。
まず、ＥＯＳＦ検査の結果に関して、図３に示すように、Ｖ領域、ＯＳＦ領域ではＥＯＳＦが非常に高密度で検出される。
また、ＣＯＰフリー領域（Ｎ領域）はＶａｃａｎｃｙが優勢なＮｖ領域とＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｓｉが優勢なＮｉ領域とに分類される。このＮｖ領域は、酸素析出が起こりやすく、ＥＯＳＦ検査で欠陥が高密度で発生する。この値が大きければ大きいほど、Ｖ領域に近いＮ領域であることが確認できる。すなわち、Ｎｖ領域内でもＶ領域側の部分である。
また、Ｎｖ領域からＮｉ領域にかけての製造で、このＮｖ領域とＮｉ領域が混在するところでは、ＥＯＳＦの密度が少ない。
以上のように、Ｎｖ領域内のどの部分であるかの判定も行う。
なお、Ｎｉ領域、またはＩ領域ではＥＯＳＦが検出されない。
まず、ＥＯＳＦ検査の結果に関して、図３に示すように、Ｖ領域、ＯＳＦ領域ではＥＯＳＦが非常に高密度で検出される。
また、ＣＯＰフリー領域（Ｎ領域）はＶａｃａｎｃｙが優勢なＮｖ領域とＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｓｉが優勢なＮｉ領域とに分類される。このＮｖ領域は、酸素析出が起こりやすく、ＥＯＳＦ検査で欠陥が高密度で発生する。この値が大きければ大きいほど、Ｖ領域に近いＮ領域であることが確認できる。すなわち、Ｎｖ領域内でもＶ領域側の部分である。
また、Ｎｖ領域からＮｉ領域にかけての製造で、このＮｖ領域とＮｉ領域が混在するところでは、ＥＯＳＦの密度が少ない。
以上のように、Ｎｖ領域内のどの部分であるかの判定も行う。
なお、Ｎｉ領域、またはＩ領域ではＥＯＳＦが検出されない。
例えば、ＥＯＳＦ密度に関して上限値を設定し、該上限値を超えて非常に高い場合にはサンプルウエーハの欠陥領域はＶ領域とし、上限値よりも小さく上限値の１／２以上の場合（高密度）にＮｖ領域とし、上限値の１／２より小さくゼロより大きい場合（低密度）にＮｖ領域とＮｉ領域の混在とし、ゼロの場合にＮｉ領域またはＩ領域と判定することができる。
図３では、上限値超え、上限値、高密度の例を示してある。
図３では、上限値超え、上限値、高密度の例を示してある。
なお、当然、これらの上限値等の判定基準は適宜決定することができ、特に限定されるものではない。ＥＯＳＦ検査の欠陥密度は、酸素析出領域を見る検査であり、酸素濃度と欠陥レベルに依存する。上限値としては、例えば、特許文献２と同様にして設定することができる（上限値Ｙ（個／ｃｍ２）＝１．３Ｘ２−１０Ｘ ここで、Ｘは初期酸素濃度ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９））。
なお、予め、Ｖ領域およびＮ領域（特にはＮｖ領域）と、ＥＯＳＦの密度との関係を調査しておくと良い。そして調査によって得られた関係（上限値等）とＥＯＳＦ検査で測定したＥＯＳＦの密度に基づき、Ｖ領域およびＮｖ領域の判定を行うことができる。
なお、予め、Ｖ領域およびＮ領域（特にはＮｖ領域）と、ＥＯＳＦの密度との関係を調査しておくと良い。そして調査によって得られた関係（上限値等）とＥＯＳＦ検査で測定したＥＯＳＦの密度に基づき、Ｖ領域およびＮｖ領域の判定を行うことができる。
また、シャローピットの検査では、Ｖ領域、Ｎｖ領域にシャローピットは検出されない。ＥＯＳＦの熱処理において熱処理炉からわずかに不純物による自然汚染を受けるが、この熱処理によりＶ領域、Ｎｖ領域には酸素析出物が形成されてゲッタリング能力を有しているので、その後のシャローピット検査においてシャローピットは観察されない。
一方、Ｎｉ領域ではシャローピットが発生し、その発生パターンを検出することができるため、Ｎｖ領域とＮｉ領域が混在している場合はシャローピットがリング状に発生する。図３に示すＮｖ領域とＮｉ領域が混在している部分の例では、面内中心部および外周部にＮｖ領域が存在してシャローピットが発生しておらず、径方向において、半径Ｒの１／２付近にＮｉ領域が存在してシャローピットがリング状に発生している。
また、全面Ｎｉ領域の場合には全面にシャローピットが発生する。
したがって、Ｎｉ領域内でも、Ｎｖ領域と混在するようなＮｖ領域側の部分か、混在なしのＩ領域側の部分かの判定を行うことができる。
また、全面Ｎｉ領域の場合には全面にシャローピットが発生する。
したがって、Ｎｉ領域内でも、Ｎｖ領域と混在するようなＮｖ領域側の部分か、混在なしのＩ領域側の部分かの判定を行うことができる。
また、Ｉ領域とＮｉ領域の境界領域にも酸素析出物形成領域が存在するが、この酸素析出物形成領域はＥＯＳＦ検査では検出することができず、シャローピット検査でのみ検出することができる。この酸素析出物形成領域ではシャローピットは検出されないため、シャローピットが検出されるＮｉ領域およびＩ領域との間でリング状（シャローピットなし）に検出される。例えば、径方向において、半径Ｒの１／２付近にリング状にシャローピットが発生していない状態である。そのため、シャローピットの発生パターンから、酸素析出物形成領域の位置を判断し、Ｎｉ領域内でもさらにＩ領域に近接しているかどうかを判断することができる。
以上のように、Ｎｉ領域内のどの部分であるかの判定も行う。
以上のように、Ｎｉ領域内のどの部分であるかの判定も行う。
（工程５：引き上げ条件の調整）
工程４での欠陥領域の判定結果に応じて、次に引き上げるＮ領域シリコン単結晶の引き上げ条件の調整を行う。
Ｎ領域シリコン単結晶の引き上げのためには（引き上げ速度Ｆ）／（結晶成長界面近傍の温度勾配Ｇ）の値の制御が重要である。ここで、結晶成長界面近傍の温度勾配Ｇの調整は、原料融液と遮蔽部材下端との距離Ｄ、ヒーターの位置ＰＨ、ルツボの位置ＰＣなどを調整することによって行うことができる。
工程４での欠陥領域の判定結果に応じて、次に引き上げるＮ領域シリコン単結晶の引き上げ条件の調整を行う。
Ｎ領域シリコン単結晶の引き上げのためには（引き上げ速度Ｆ）／（結晶成長界面近傍の温度勾配Ｇ）の値の制御が重要である。ここで、結晶成長界面近傍の温度勾配Ｇの調整は、原料融液と遮蔽部材下端との距離Ｄ、ヒーターの位置ＰＨ、ルツボの位置ＰＣなどを調整することによって行うことができる。
調整方法の一例としては、Ｎｖ領域内のＶ領域側の部分であると判定したときは引き上げ速度Ｆを小さくするか、距離Ｄを大きくすることができる。これによって、欠陥領域がＶ領域から一層離れた部分になるように引き上げることができる。すなわち、前述のような種々の要因によるプロセスの変動で、育成される結晶がＶ領域へずれてしまうことを防止することができる。
なお、Ｖ領域であると判定された場合にも同様にして調整を行うことができるが、この場合はＶ領域からＮ領域へずれるように調整幅は大きくすると良い。
なお、Ｖ領域であると判定された場合にも同様にして調整を行うことができるが、この場合はＶ領域からＮ領域へずれるように調整幅は大きくすると良い。
一方、逆にＮｉ領域内のＩ領域側の部分であると判定したときは引き上げ速度Ｆを大きくするか、距離Ｄを小さくすることができる。これによって、欠陥領域がＩ領域から一層離れた部分になるように引き上げることができる。すなわち、プロセスの変動で、Ｉ領域へずれてしまうことを防止することができる。引き上げ速度と欠陥領域との関係の一例を図４に示す。
なお、Ｉ領域であると判定された場合にも同様にして調整を行うことができるが、この場合はＩ領域からＮ領域へずれるように調整幅は大きくすると良い。
これらの方法によって、Ｎ領域シリコン単結晶をより確実に安定して引き上げることが可能になる。
なお、Ｉ領域であると判定された場合にも同様にして調整を行うことができるが、この場合はＩ領域からＮ領域へずれるように調整幅は大きくすると良い。
これらの方法によって、Ｎ領域シリコン単結晶をより確実に安定して引き上げることが可能になる。
この他、ヒーターの位置ＰＨ、ルツボの位置ＰＣを調整するようにしてもよい。すなわち、相対的にヒーター位置ＰＨを高く、ルツボの位置ＰＣを低くするようにすれば、引き上げ速度を上げるのと同様の効果を得ることができるし、逆に相対的にヒーターの位置ＰＨを低く、ルツボの位置ＰＣを高くなるようにすれば、引き上げ速度を下げるのと同様の効果を得ることができる。これらのパラメータは単独で調整してもよいが、その他の単結晶品質上の都合等に従い、複数のパラメータを同時に調整するようにしてもよい。
（工程６：Ｎ領域シリコン単結晶棒の引き上げ）
図２に示すＣＺ単結晶引上げ装置１のルツボ４内に多結晶原料を投入し、加熱ヒーター５で加熱溶融して原料融液２を得る。次に、該原料融液２に種結晶９を浸漬した後引上げ、ＣＺ法により、Ｎ領域シリコン単結晶棒１０を製造する。このときの具体的な引き上げ条件は、工程５で調整した引き上げ条件とする。
図２に示すＣＺ単結晶引上げ装置１のルツボ４内に多結晶原料を投入し、加熱ヒーター５で加熱溶融して原料融液２を得る。次に、該原料融液２に種結晶９を浸漬した後引上げ、ＣＺ法により、Ｎ領域シリコン単結晶棒１０を製造する。このときの具体的な引き上げ条件は、工程５で調整した引き上げ条件とする。
従来法では、ＥＯＳＦ検査等は合否判定のみのためのものであり、不良が発生して初めて引き上げ条件の調整を行っていたが、本発明では、不良が発生した場合はもちろんのこと、不良が発生していない場合（Ｎ領域内）であっても、Ｖ領域やＩ領域の近傍かどうかまでも判定しており、プロセスの変動が生じてもＶ領域やＩ領域にずれ込んで不合格とならないように引き上げ条件を調整することができる。そのため、従来法よりも確実にＮ領域シリコン単結晶を製造することができる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示す本発明のシリコン単結晶棒の製造方法を実施した。
ＣＺ法によるＮ領域シリコン単結晶棒からの複数枚のサンプルウエーハにＥＯＳＦ検査およびシャローピット検査を行って欠陥領域を判定した。そして該判定結果に基づいて、より確実にＮ領域で引き上げられるように引き上げ条件を調整した。さらに該調整した引き上げ条件に基づいて次のＮ領域シリコン単結晶棒を製造した。
（実施例１）
図１に示す本発明のシリコン単結晶棒の製造方法を実施した。
ＣＺ法によるＮ領域シリコン単結晶棒からの複数枚のサンプルウエーハにＥＯＳＦ検査およびシャローピット検査を行って欠陥領域を判定した。そして該判定結果に基づいて、より確実にＮ領域で引き上げられるように引き上げ条件を調整した。さらに該調整した引き上げ条件に基づいて次のＮ領域シリコン単結晶棒を製造した。
なお、ＥＯＳＦ検査としては、まず、ドライＯ２下、９００℃で６０分間の第１段熱処理を施し、次いで、ウェットＯ２下、１２００℃で１００分間の第２段熱処理を施した。
また、表面の酸化膜を除去後、濃度４９％の希フッ酸と濃度０．１５モル％の重クロム酸カリウム水溶液との混合液、すなわちセコ液〔組成：ＨＦ１００ｃｃ、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７水溶液（０．１５モル％）５０ｃｃ〕に１０分間浸漬して、〈１００〉面を選択的にエッチングし、光学顕微鏡によりエッチング面を観察し、ＥＯＳＦ密度を測定した。
また、表面の酸化膜を除去後、濃度４９％の希フッ酸と濃度０．１５モル％の重クロム酸カリウム水溶液との混合液、すなわちセコ液〔組成：ＨＦ１００ｃｃ、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７水溶液（０．１５モル％）５０ｃｃ〕に１０分間浸漬して、〈１００〉面を選択的にエッチングし、光学顕微鏡によりエッチング面を観察し、ＥＯＳＦ密度を測定した。
また、シャローピット検査としては、ＥＯＳＦを測定したサンプルウエーハを、集光下、目視で観察し、微小欠陥のパターンを確認することにより、シャローピットの発生パターンを調査した。
欠陥領域の判定においては、ＥＯＳＦ密度の上限値（Ｖ領域とＮ領域との境界）を、特許文献２のように１．３Ｘ２−１０Ｘ（個／ｃｍ２）（ここで、Ｘは初期酸素濃度ｐｐｍａ（ＡＳＴＭ’７９））に設定した。
また、Ｎ領域と判定され、合格したものであっても、そのＮ領域のどの部分かまで判定し、それに応じて引き上げ条件を調整した。
前述したように、ＥＯＳＦの値が酸素によって導き出された上限値に近い場合は、ＣＯＰフリーのＮｖ領域であっても、Ｖ領域に近い部分であり、次の単結晶棒の製造ではプロセスの変動でＶ領域にずれてしまう可能性がある。またＥＯＳＦがなく、シャローピットが全面で検出されるような場合、ＣＯＰフリーのＮｉ領域であっても、比較的Ｉ領域に近い部分であり、その場合は次の単結晶棒の製造ではプロセスの変動でＩ領域にずれてしまう可能性がある。そこで、Ｎｖ領域、Ｎｉ領域であっても引き上げ速度を調整した。
前述したように、ＥＯＳＦの値が酸素によって導き出された上限値に近い場合は、ＣＯＰフリーのＮｖ領域であっても、Ｖ領域に近い部分であり、次の単結晶棒の製造ではプロセスの変動でＶ領域にずれてしまう可能性がある。またＥＯＳＦがなく、シャローピットが全面で検出されるような場合、ＣＯＰフリーのＮｉ領域であっても、比較的Ｉ領域に近い部分であり、その場合は次の単結晶棒の製造ではプロセスの変動でＩ領域にずれてしまう可能性がある。そこで、Ｎｖ領域、Ｎｉ領域であっても引き上げ速度を調整した。
また、Ｖ領域の場合は不合格として、引き上げ速度を下げた。シャローピットでもＣＯＰフリー領域では出ない特殊なパターン（Ｉ領域とＮｉ領域の境界に存在する酸素析出物形成領域）を含む場合は不合格とし、引き上げ速度を上げた。
ＥＯＳＦ検査の結果とシャローピット検査の結果、欠陥領域の判定、さらには引き上げ条件の調整方法（ここでは引き上げ速度の調整）を表１に示す。
ウェーハ面内にＯＳＦが出現する速度をＦ１、ＬＥＰが出現するもしくは上記の特殊なシャローピットパターンが検出される速度をＦ２とし、Ｆ１−Ｆ２をＦ０とする。また、合否判定基準となるＥＯＳＦの密度（上限値）をＥＯＳＦ１とする。
ウェーハ面内にＯＳＦが出現する速度をＦ１、ＬＥＰが出現するもしくは上記の特殊なシャローピットパターンが検出される速度をＦ２とし、Ｆ１−Ｆ２をＦ０とする。また、合否判定基準となるＥＯＳＦの密度（上限値）をＥＯＳＦ１とする。
なお、参考として、後述する比較例１のようなＯＳＦ検査（１１００−１２００℃で酸化処理してリング状に発生する欠陥）の結果、ＬＥＰ検査（セコ液もしくは、特開２００３−２０９１５０号公報の薬液（エッチング液中のフッ酸、硝酸、酢酸及び水が（４００）：（２〜４）：（１０〜５０）：（８０）の容量比を有し、且つヨウ素又はヨウ化物がエッチング液の総液量１リットル当たり０．０３ｇ以上含有しているもの）で選択エッチングすることで観察される欠陥）の結果も併せて示す。
（実施例２）
実施例１と同様にして引き上げ速度の調整を行うとともに、ＥＯＳＦ検査、シャローピット検査の結果から、面内分布を調整し、Ｎ領域で引き上げるためのマージンが最適となるようにし、Ｎ領域シリコン単結晶棒を製造した。
調整方法としては、図５に示すように、中心部にＥＯＳＦ欠陥が発生、または周辺部にシャローピットが発生している場合は、距離Ｄを広げる、またはヒーター位置ＰＨを上げた。そして、その逆の場合は、逆の調整を行った。
変更する値は、距離Ｄは５％の割合で調整し、発熱位置の場合は、メルトの深さの１０％を限度とした。
なお、ここでは上記のように設定したが、このパターンは、製造方法に由来するため、引き上げ速度と結晶欠陥の出現のパターンが違う場合は、それにあった判定基準を設定する必要がある。
実施例１と同様にして引き上げ速度の調整を行うとともに、ＥＯＳＦ検査、シャローピット検査の結果から、面内分布を調整し、Ｎ領域で引き上げるためのマージンが最適となるようにし、Ｎ領域シリコン単結晶棒を製造した。
調整方法としては、図５に示すように、中心部にＥＯＳＦ欠陥が発生、または周辺部にシャローピットが発生している場合は、距離Ｄを広げる、またはヒーター位置ＰＨを上げた。そして、その逆の場合は、逆の調整を行った。
変更する値は、距離Ｄは５％の割合で調整し、発熱位置の場合は、メルトの深さの１０％を限度とした。
なお、ここでは上記のように設定したが、このパターンは、製造方法に由来するため、引き上げ速度と結晶欠陥の出現のパターンが違う場合は、それにあった判定基準を設定する必要がある。
（比較例１）
ＣＺ法によるＮ領域シリコン単結晶棒からの複数枚のサンプルウエーハにＬＥＰ検査、ＯＳＦ検査、Ｃｕデポジション検査を行って合否を判定した。
なお、ＬＥＰは、セコ液もしくは、特開２００３−２０９１５０号公報の薬液（エッチング液中のフッ酸、硝酸、酢酸及び水が（４００）：（２〜４）：（１０〜５０）：（８０）の容量比を有し、且つヨウ素又はヨウ化物がエッチング液の総液量１リットル当たり０．０３ｇ以上含有しているもの）で選択エッチングすることで観察される欠陥で、欠陥が確認された場合、不合格となる。
ＯＳＦは１１００−１２００℃で酸化処理されたときにリング状の欠陥が観測された場合、不合格となる。
また、Ｃｕデポジションは、酸化膜をつけたウェーハをＣｕイオンを含有する溶液中で電圧を印加し、結晶欠陥部分に銅を析出させて欠陥を観察する方法で、リング状欠陥が確認された場合、不合格とする（特開２００２−２０１０９３号公報参照）。
ＣＺ法によるＮ領域シリコン単結晶棒からの複数枚のサンプルウエーハにＬＥＰ検査、ＯＳＦ検査、Ｃｕデポジション検査を行って合否を判定した。
なお、ＬＥＰは、セコ液もしくは、特開２００３−２０９１５０号公報の薬液（エッチング液中のフッ酸、硝酸、酢酸及び水が（４００）：（２〜４）：（１０〜５０）：（８０）の容量比を有し、且つヨウ素又はヨウ化物がエッチング液の総液量１リットル当たり０．０３ｇ以上含有しているもの）で選択エッチングすることで観察される欠陥で、欠陥が確認された場合、不合格となる。
ＯＳＦは１１００−１２００℃で酸化処理されたときにリング状の欠陥が観測された場合、不合格となる。
また、Ｃｕデポジションは、酸化膜をつけたウェーハをＣｕイオンを含有する溶液中で電圧を印加し、結晶欠陥部分に銅を析出させて欠陥を観察する方法で、リング状欠陥が確認された場合、不合格とする（特開２００２−２０１０９３号公報参照）。
そして合否結果を引き上げ条件にフィードバックして、次のＮ領域シリコン単結晶棒を製造した。
なお、ＬＥＰ不良の場合、引き上げ速度をマージンの１／２の分だけプラスし、ＯＳＦ不良及びＣｕデポジション不良の場合、引き上げ速度をマージンの１／２の分だけマイナスした。
なお、ＬＥＰ不良の場合、引き上げ速度をマージンの１／２の分だけプラスし、ＯＳＦ不良及びＣｕデポジション不良の場合、引き上げ速度をマージンの１／２の分だけマイナスした。
（比較例２）
ＣＺ法によるＮ領域シリコン単結晶棒からの複数枚のサンプルウエーハに実施例１と同様のＥＯＳＦ検査、比較例１と同様のＬＥＰ検査を行って合否を判定した。
ＥＯＳＦ上限及びＬＥＰの不合格が発生した際に、引き上げ速度の調整を行った。
なお、ＬＥＰ不良の場合、引き上げ速度をマージンの１／２の分だけプラスし、ＥＯＳＦの上限を超えた場合、マージンの１／２の分だけマイナスした。
ＣＺ法によるＮ領域シリコン単結晶棒からの複数枚のサンプルウエーハに実施例１と同様のＥＯＳＦ検査、比較例１と同様のＬＥＰ検査を行って合否を判定した。
ＥＯＳＦ上限及びＬＥＰの不合格が発生した際に、引き上げ速度の調整を行った。
なお、ＬＥＰ不良の場合、引き上げ速度をマージンの１／２の分だけプラスし、ＥＯＳＦの上限を超えた場合、マージンの１／２の分だけマイナスした。
これらの実施例１、２、比較例１、２において引き上げたＮ領域シリコン単結晶棒での欠陥の合格率を表２に示す。製造した結晶本数に対する、不良が発生しなかった結晶本数の割合を示したものである。
従来法による比較例１、２よりも、本発明を実施した実施例１、さらには実施例２の方が、数値が格段に高く、Ｎ領域シリコン単結晶棒を確実に製造できることが分かる。本発明によって、従来よりも安定してＮ領域シリコン単結晶棒を製造することができ、品質不良の本数を減らすことができる。従って、歩留りの向上、製造コストの低減を図ることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、実施例１では、Ｎ領域のみならず、Ｖ領域やＩ領域のような不良が発生する部分がサンプルウエーハに含まれる場合についても例示したが、本発明は、たとえそのような不良が発生していなくとも、ＥＯＳＦ密度やシャローピットの発生パターンから、引き上げ条件をより適切な数値に調整し、より確実にＮ領域シリコン単結晶棒を製造することが可能である。
Claims (3)
- チョクラルスキー法により引き上げ条件を制御してＮ領域シリコン単結晶棒を引き上げるシリコン単結晶棒の製造方法であって、
前記引き上げたＮ領域シリコン単結晶棒から切り出したサンプルウエーハに、９００〜１０５０℃で３０〜３００分間の第１段熱処理を施し、次いで１１００〜１２００℃で３０〜２００分間の第２段熱処理を施すことによって酸素析出物を顕在化させる熱処理を施し、選択エッチングを施してＥｎｈａｎｃｅｄ−ＯＳＦの密度を測定するＥＯＳＦ検査を行うとともに、該ＥＯＳＦ検査したサンプルウエーハにおけるシャローピットの発生パターンを調査するシャローピット検査を行うことにより、
前記サンプルウエーハの欠陥領域を判定し、該判定の結果に応じ、前記引き上げ条件を調整して次のＮ領域シリコン単結晶棒を引き上げるとき、
前記欠陥領域の判定において、
予め、Ｖ領域およびＮ領域と、Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＯＳＦの密度との関係を調査しておき、該関係と前記ＥＯＳＦ検査で測定したＥｎｈａｎｃｅｄ−ＯＳＦの密度に基づき、前記Ｖ領域および前記Ｎ領域の判定を行い、
前記シャローピット検査で調査したシャローピットの発生パターンから、Ｉ領域とＮ領域の境界に形成される酸素析出物形成領域の位置を判断し、前記Ｉ領域および前記Ｎ領域の判定を行い、
前記欠陥領域がＮ領域の場合に、Ｎｖ領域内のどの部分であるか、またはＮｉ領域内のどの部分であるかの判定も行い、該判定の結果に応じ、前記引き上げ条件の調整を行うことを特徴とするシリコン単結晶棒の製造方法。 - 前記引き上げ条件を調整するとき、Ｎ領域シリコン単結晶棒の引き上げ速度Ｆ、原料融液面と遮熱部材下端との距離Ｄ、原料を加熱するヒーターの位置ＰＨ、原料融液を収容するルツボの位置ＰＣのうち１つ以上を調整することにより行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶棒の製造方法。
- 前記欠陥領域の判定において、Ｎｖ領域内のＶ領域側の部分であると判定したときは前記引き上げ速度Ｆを小さくするか、前記距離Ｄを大きくし、Ｎｉ領域内のＩ領域側の部分であると判定したときは前記引き上げ速度Ｆを大きくするか、前記距離Ｄを小さくすることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶棒の製造方法。
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