(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-08
(45)【発行日】2022-11-16
(54)【発明の名称】シリコン単結晶の欠陥領域判定方法およびシリコン単結晶の製造方法
(51)【国際特許分類】
C30B 29/06 20060101AFI20221109BHJP
C30B 15/00 20060101ALI20221109BHJP
【FI】
C30B29/06 502Z
C30B15/00 Z
(21)【出願番号】P 2019200715
(22)【出願日】2019-11-05
【審査請求日】2021-11-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000190149
【氏名又は名称】信越半導体株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100102532
【氏名又は名称】好宮 幹夫
(74)【代理人】
【識別番号】100194881
【氏名又は名称】小林 俊弘
(72)【発明者】
【氏名】小内 駿英
(72)【発明者】
【氏名】高橋 寛貴
【審査官】山本 一郎
(56)【参考文献】
【文献】特開2012-148925(JP,A)
【文献】特開2008-85333(JP,A)
【文献】特開平7-193073(JP,A)
【文献】特開2018-135227(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C30B 29/06
C30B 15/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
チョクラルスキー法により製造したシリコン単結晶の欠陥領域判定方法であって、
前記シリコン単結晶から切り出して用意した検査サンプルの表面に対して、1×10
11~1×10
15atoms/cm
2の濃度の不純物金属を塗布し、該塗布した不純物金属を拡散させる拡散熱処理を施した後、800℃以上1200℃以下の酸化性雰囲気で酸化熱処理を行い、該酸化熱処理後に前記検査サンプルを劈開して赤外トモグラフ法により積層欠陥の有無を調べる検査を行い、
該検査の結果、前記積層欠陥が検出された場合に、前記検査サンプルにB-band領域および転位クラスター形成領域のうちのいずれか1つ以上の領域が含まれていると判定することを特徴とするシリコン単結晶の欠陥領域判定方法。
【請求項2】
前記塗布する不純物金属を、CuまたはNiとすることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶の欠陥領域判定方法。
【請求項3】
前記検査サンプルを、エピタキシャル成長用のシリコン単結晶または該シリコン単結晶から切り出して製造したエピタキシャル成長用シリコンウェーハから用意することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシリコン単結晶の欠陥領域判定方法。
【請求項4】
チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する方法であって、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の欠陥領域判定方法を用いて、シリコン単結晶の製造条件と、該製造条件で製造したシリコン単結晶における前記B-band領域および前記転位クラスター形成領域との相関関係を取得し、
該相関関係から、前記B-band領域および前記転位クラスター形成領域を含まないシリコン単結晶の製造条件を決定し、
該決定した製造条件でシリコン単結晶を製造することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はチョクラルスキー法(以下、CZ法とも言う)によって製造されるシリコン単結晶の欠陥領域を判定する方法に関するものである。特に、シリコン単結晶から切り出して用意した検査サンプルにB-bandおよび転位クラスター形成領域のうちのいずれか1つ以上が含まれているか否かを判定するシリコン単結晶の欠陥領域判定方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイス向け基板として用いられる材料には、例えばシリコンウェーハがあり、そのシリコンウェーハは主にCZ法で製造されたシリコン単結晶から切り出される。近年、デバイスの高集積化により素子の微細化が進んでいる。それに伴い、シリコンウェーハには表面近傍に欠陥が少ないか、もしくは無いことが求められている。その要求を満たすウェーハにはエピタキシャルウェーハやアニールウェーハ、無欠陥PW(ポリッシュドウェーハ)が挙げられる。この中で比較的低コストで高品質を達成できるのは無欠陥PWであり、無欠陥PWにはGrown-in欠陥が少ないか、もしくは無いことが求められる。
【0003】
シリコン単結晶中のGrown-in欠陥は、空孔(Vacancy)もしくは格子間シリコン(Interstitial-Si)が凝集して形成された欠陥である。空孔が凝集して形成された欠陥はVoid欠陥と呼ばれ、検出方法によりFPD(Flow Pattern Defect)、COP(Crystal Originated Particle)、LSTD(Laser Scattering Tomography Defects)などに分類される。一方、格子間シリコンが凝集して形成される欠陥は転位ループがクラスタリングした転位クラスターと呼ばれ、選択エッチングによりLEP(Large Etch Pit)として検出される。
【0004】
空孔あるいは格子間シリコンはシリコン単結晶成長時に固液界面で取り込まれる。どちらの点欠陥が優勢になるのかは成長界面での温度勾配Gと結晶成長速度Vとの比(V/G)により決まることが知られている。
V/Gとシリコン単結晶における欠陥領域の関係について、
図4を用いて説明する。
図4は直径300mmのシリコン単結晶を成長方向にGが一定になる条件で、成長速度Vを漸減して製造し、結晶を縦割りして欠陥分布を調べた結果である。すなわち、V/Gの変化に対応する欠陥領域の遷移を示している。
【0005】
V/Gが(V/G)criticalより大きくなれば空孔が優勢になり、小さくなれば格子間シリコンが優勢となる。
極端にV/Gが大きければ結晶成長時に空孔が過剰になり、空孔同士が凝集してボイド(Void)を形成する。逆に、極端にV/Gが小さければ結晶成長時に格子間シリコンが過剰となり、格子間シリコン同士が凝集して転位クラスターを形成する。
空孔が優勢となる条件と格子間シリコンが優勢となる条件の中間的な条件で結晶を製造すると空孔や格子間シリコンが無い、もしくはVoid欠陥や転位クラスター欠陥を形成しない程度の低濃度でしか点欠陥が存在しない無欠陥領域結晶が得られる。
無欠陥領域とボイド形成領域の間にはas-grownで比較的大サイズの酸素析出物に起因する積層欠陥が形成されたR-OSF領域が形成され、無欠陥領域と転位クラスター形成領域の間には、格子間シリコンの凝集体によって形成された積層欠陥は存在するが、転位ループの形成には至っていないB-band領域が存在する。
【0006】
また、無欠陥領域において空孔が優勢であってもそれがGrown-in欠陥を形成するのに十分な量でなければ、Grown-in欠陥は形成されない。このような領域をNv領域(もしくはPv領域)と呼んでいる。Nv領域ではGrown-in欠陥は形成されないが、空孔が残存している。この残存している空孔がGrown-in欠陥を形成する温度より低温の温度帯で酸素析出核の形成を促進する。酸素析出反応は体積膨張を伴うため、周囲に残留空孔があるNv領域では析出物の成長に伴う体積膨張による歪エネルギーの増加を緩和できるため、酸素析出反応が進みやすくなる。
【0007】
一方、無欠陥領域において格子間シリコンが優勢であってもGrown-in欠陥を形成するのに十分な量が無ければ、Grown-in欠陥は形成されない。このような領域をNi領域(もしくはPi領域)と呼んでいる。Ni領域はNv領域とは異なり、残存する空孔が少ないため、上述のような酸素析出反応は進みにくく、デバイス等の熱処理をした際にも、酸素析出が起こりにくい領域である。
【0008】
近年デバイス技術の進歩に伴い、このNv領域とNi領域の特性差が問題になりつつある。Nv領域とNi領域は酸素析出の起こりやすさが大きく異なるため、領域が混在したウェーハを用いるとデバイス工程の熱履歴により酸素析出の特性差が顕在化してウェーハが反ったり、あるいはデバイスパターンズレの原因になったりする。以上のような問題から、近年では、無欠陥PWに対してNv領域とNi領域、どちらか一方の領域で製造されることが望まれている。
よって、上記のように、シリコンウェーハを製造するためのシリコン単結晶においては、各欠陥領域を検出あるいは保証する方法が重要となっている。
【0009】
上述のように、空孔の凝集体であるVoidおよび格子間シリコンの凝集体である転位クラスターは選択エッチングによって検出できることが知られている。また、R-OSFは1150℃程度の温度で酸化熱処理した後に選択エッチングを行い、表面観察を行うことでエッチピットとして検出できることが一般的に知られている。
また、Nv領域とNi領域の区別に関しては、両領域の酸素析出特性の差を利用することで区別できる。具体的には、適当な温度条件で酸素析出熱処理を施した後で、赤外トモグラフ法などにより酸素析出物の密度を検出することでNv領域とNi領域を区別できる。
【0010】
しかし、B-band領域の検出手法については、シリコン単結晶の欠陥領域を保証する手段として実際の検査工程に用いることができるような方法はなかった。
例えば、特許文献1に記載があるように、検査サンプルに対して故意に不純物金属を塗布し、熱処理で拡散させた後に表層をエッチングし表面に形成されるシャローピットを検出する方法がある。Ni領域は不純物金属をゲッタリングするサイトがないため不純物金属の多くが表面に残留するが、B-band領域では格子間シリコンの凝集体により形成された積層欠陥、転位クラスター形成領域では転位クラスターがゲッタリングサイトとして寄与するため不純物金属がバルクに拡散し表層に残留する金属は少なくなる。従って、不純物金属を起点に形成されるシャローピットはNi領域では多く形成され、B-band領域や転位クラスター形成領域ではシャローピット密度が少なくなる。サンプル表面にシャローピットの多い領域を集光灯下で観察すると光が散乱されるためサンプル表面は白濁したように見え、シャローピッが少ない領域では白濁は見られないため、シャローピット形成処理後のサンプルを集光灯下で観察して表面の白濁の有無を評価すればサンプルにB-band領域や転位クラスター形成領域の混在の有無を判断することが可能である。
【0011】
しかし、ウェーハに対して多くの割合でB-band領域や転位クラスター形成領域が含まれていれば白濁の有無が見えやすく容易に判断できるが、僅かにB-band領域や転位クラスター形成領域が含まれている場合は白濁の有無が見えにくく、B-band領域や転位クラスター形成領域が含まれているか否かを判断することは難しい。加えて、白濁の有無は観察者の主観的な判断であるため、個人差が生じやすく、安定的かつ確実にB-band領域や転位クラスター形成領域の混在の有無を判断することはできない。
【0012】
また、転位クラスター形成領域について特許文献2のように選択エッチングを行い、エッチピットの有無に基づいて転位クラスター形成領域の有無を評価する方法がある。しかし、選択エッチングによって転位クラスターに起因して生じるエッチピットの密度は低いため、光学顕微鏡によって観察しても見逃す可能性がある。さらに、選択エッチングでエッチングされるのは大サイズの転位クラスターのみであり、小サイズの積層欠陥やループに至っていない転位についてはエッチピットとして検出することができないため、この方法では十分な感度があるとは言い難い。
【0013】
以上のとおり、従来は、B-band領域および転位クラスター形成領域を容易かつ効率的に検出するシリコン単結晶の欠陥領域判定方法はなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【文献】特開2012-148925号公報
【文献】特開2014-093457号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、B-band領域および転位クラスター形成領域を容易かつ効率的に判定することができるシリコン単結晶の欠陥領域判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0016】
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製造したシリコン単結晶の欠陥領域判定方法であって、
前記シリコン単結晶から切り出して用意した検査サンプルの表面に対して、1×1011~1×1015atoms/cm2の濃度の不純物金属を塗布し、該塗布した不純物金属を拡散させる拡散熱処理を施した後、800℃以上1200℃以下の酸化性雰囲気で酸化熱処理を行い、該酸化熱処理後に前記検査サンプルを劈開して赤外トモグラフ法により積層欠陥の有無を調べる検査を行い、
該検査の結果、前記積層欠陥が検出された場合に、前記検査サンプルにB-band領域および転位クラスター形成領域のうちのいずれか1つ以上の領域が含まれていると判定することを特徴とするシリコン単結晶の欠陥領域判定方法を提供する。
【0017】
このような本発明のシリコン単結晶の欠陥領域判定方法であれば、従来法では判別できない、または容易には判別できないB-band領域および転位クラスター形成領域の欠陥領域の判定を容易かつ効率的に行うことができる。
上記の不純物金属の塗布、拡散をすると、ゲッタリングサイトとして寄与する、B-band領域に存在する小サイズの積層欠陥や転位クラスター形成領域に存在する転位や転位の凝集体の周囲に不純物金属が捕捉され、該不純物金属とシリコンが複合化してシリサイドとして析出する。このとき、上記不純物金属の濃度として、シリサイドを形成させるためには1×1011atoms/cm2以上が必要であり、一方、濃度が高すぎると、上記欠陥(B-band領域の小サイズの積層欠陥や、転位クラスター形成領域の転位、転位の凝集体)が無い領域(隣接するNi領域など)においてもシリサイドが形成される恐れがあるため、1×1015atoms/cm2以下とする。
【0018】
そして、酸化熱処理を施すことで結晶中に格子間シリコンを注入し、B-band領域や転位クラスター領域に予め形成したシリサイドの周囲に格子間シリコンを集めることができる。そしてその集まった過飽和状態の格子間シリコンにより積層欠陥が発生する。その積層欠陥の発生によりB-band領域や転位クラスター形成領域の判定を行うことができる。このとき、酸化熱処理温度が高すぎると上記シリサイドが溶解してしまうため1200℃以下とし、温度が低すぎると熱処理に長時間要してしまうため800℃以上とする。
【0019】
このとき、前記塗布する不純物金属を、CuまたはNiとすることができる。
【0020】
これらの不純物金属はB-band領域や転位クラスター形成領域の上記欠陥に捕捉される性質が顕著であるため、より効率的にB-band領域や転位クラスター形成領域に集めることができ、シリサイドを形成できる。
【0021】
また、前記検査サンプルを、エピタキシャル成長用のシリコン単結晶または該シリコン単結晶から切り出して製造したエピタキシャル成長用シリコンウェーハから用意することができる。
【0022】
B-band領域および転位クラスター形成領域を含んだシリコンウェーハを基板に用いてエピタキシャル成長を行った場合、エピタキシャル層に欠陥が生じる。したがって、このようなエピタキシャル成長用の単結晶等から用意したものを検査サンプルとして検査するのは特に有効である。
【0023】
また、本発明は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する方法であって、
上記のシリコン単結晶の欠陥領域判定方法を用いて、シリコン単結晶の製造条件と、該製造条件で製造したシリコン単結晶における前記B-band領域および前記転位クラスター形成領域との相関関係を取得し、
該相関関係から、前記B-band領域および前記転位クラスター形成領域を含まないシリコン単結晶の製造条件を決定し、
該決定した製造条件でシリコン単結晶を製造することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。
【0024】
このような本発明のシリコン単結晶の製造方法により、B-band領域および転位クラスター形成領域を含まないシリコン単結晶を、容易かつ効率的に製造することができる。
【発明の効果】
【0025】
以上のように、本発明のシリコン単結晶の欠陥領域判定方法および製造方法であれば、容易かつ効率的に、B-band領域および転位クラスター形成領域を判定することができ、それらの欠陥領域を含まないシリコン単結晶を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【
図1】本発明のシリコン単結晶の欠陥領域判定方法を示すフロー図である。
【
図2】赤外トモグラフ法で検出した積層欠陥の欠陥像の一例を示す観察図である。
【
図3】赤外トモグラフ法で検出した積層欠陥の欠陥像の別の一例を示す観察図である。
【
図4】V/Gとシリコン単結晶における欠陥領域の関係を示す説明図である。
【
図5】シリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶製造装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明について図面を参照して実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図5は、シリコン単結晶を製造することができる単結晶製造装置の一例を示す概略図である。
図5に示す単結晶製造装置20は、CZ法によりシリコン原料融液(シリコンメルト)4からシリコン単結晶を引上げる単結晶製造装置である。この単結晶製造装置20のメインチャンバー1内には、溶融されたシリコン原料融液4を収容する石英ルツボ5と該石英ルツボ5を収容する黒鉛ルツボ6が設けられ、これらルツボ5、6は駆動機構(図示せず)によって回転昇降動自在に支持されている。
【0028】
また、メインチャンバー1の上部には、シリコン原料融液4より引上げられたシリコン単結晶14を収容し外部へ取り出すための引上げチャンバー2が連接され、その上部にはシリコン単結晶14を、種結晶ホルダーで保持された種結晶3を介してシリコン原料融液4から引上げるための引上げ機構(図示せず)が設けられている。不図示の上記ルツボ5、6の駆動機構は、シリコン単結晶14を引上げる際にルツボ5、6を回転させると同時に、シリコン単結晶14の引上げに伴いシリコン原料融液4の融液面が低下するのを補正し、単結晶育成の間、シリコン原料融液4の融液面を略一定位置に保つようルツボ5、6を上昇させるように設定されている。
【0029】
そして、ルツボ5、6の周囲には、ルツボ5、6を取り囲むように、シリコン原料融液4を溶融させる加熱ヒータ(黒鉛ヒータ)7が配置され、さらに、該加熱ヒータ7の外側周囲に加熱ヒータ7からの輻射熱がメインチャンバー1に直接輻射されるのを防止する断熱材8が配置されている。
また、メインチャンバー1の内部には、引上げチャンバー2の上部に設けられたガス導入口10からアルゴンガス(Ar)等の不活性ガスが導入され、トップチャンバー11に設けられたガス整流筒12と引上げ中のシリコン単結晶14との間を通過し、シリコン原料融液4の融液面と対向するように配置された熱遮蔽部材13と融液面の間を伝って、黒鉛ルツボ6の側壁からメインチャンバー1の下方へと流れ、メインチャンバー1の下端にあるガス流出口9より外部へ排出される。熱遮蔽部材13は、シリコン原料融液4からの輻射熱がメインチャンバー1の上部へと輻射されるのを防ぎ、所望の結晶冷却雰囲気を形成しやすくするとともに、融液面に沿って流れる不活性ガスを整流する役目をもっている。
【0030】
以下、本発明のシリコン単結晶の欠陥領域判定方法と、該判定方法を利用した本発明のシリコン単結晶の製造方法について詳述する。
図1に本発明のシリコン単結晶の欠陥領域判定方法のフローを示す。
本発明の判定方法においては、まず、上記のようなシリコン単結晶製造装置を用いて、チョクラルスキー法により製造したシリコン単結晶を用意し、検査サンプルを用意する(工程1)。このため、加熱ヒータ7でシリコン原料融液4を加熱し、また、ガス導入口10からアルゴンガスを導入しつつ、種結晶ホルダーにより保持された種結晶3を着液させ、ルツボ5、6を回転させながらシリコン単結晶14を引き上げる。
【0031】
このようにして製造したシリコン単結晶から検査サンプル(以下、単にサンプルとも言う)を切り出して用意する。特には、エピタキシャル成長用のシリコン単結晶から切り出したものを用意することができる。あるいは、製造したシリコン単結晶から切り出して製造したエピタキシャル成長用のシリコンウェーハから抜き出して検査サンプルを用意することができる。本発明の判定方法は、エピタキシャル欠陥と関係のあるB-band領域や転位クラスター形成領域を判定できるので、検査対象として、このようなエピタキシャル成長用のシリコン単結晶から切り出した検査サンプルを用いるのは特に有効である。
ここでは、検査サンプルとして用意したものが、シリコン単結晶から切り出したウェーハである場合を例に説明する。
【0032】
次に、この検査サンプルの表面に1×1011~1×1015atoms/cm2の濃度の不純物金属を塗布する(工程2)。その後、塗布した不純物金属を拡散させる拡散熱処理を施す(工程3)。このように検査サンプルに対して不純物金属を塗布して拡散させる手順および理由について、以下に詳しく説明する。
【0033】
不純物金属はシリコン単結晶中にゲッタリングサイトが存在する場合、そのサイト周囲に捕捉される。シリコン単結晶中にB-band領域や転位クラスター形成領域が含まれる場合、B-band領域に存在する小サイズの積層欠陥や転位クラスター形成領域に存在する転位や転位の凝集体がゲッタリングサイトとして寄与するため、それらの欠陥の周囲に不純物金属は集中的に捕捉される。
一方で、シリコン単結晶中に欠陥が存在しない場合、ゲッタリングサイトがないことになるため、不純物金属は特定のサイトに集中的に捕捉されることはない。
つまり、故意に不純物金属を塗布して拡散させると、サンプルにB-band領域や転位クラスター形成領域が含まれる場合、それらの欠陥領域に選択的に不純物金属を集めることができる。
【0034】
また、B-band領域や転位クラスター形成領域に集まる性質はCuやNiが顕著であるため、塗布する不純物金属にはCuまたはNiを選択することが好ましい。CuやNiを用いればB-band領域等により効率的に集めることができる。ただし、不純物はこれらのCuやNiに限定されない。
【0035】
上記のようにB-band領域や転位クラスター形成領域に集中的に不純物金属が捕捉された場合、ゲッタリングサイト周囲では局所的に不純物金属が過飽和の状態になる。そこで、過飽和を解消するため不純物金属とシリコンが複合化してシリサイドとして析出する。つまり、不純物金属を塗布して拡散させることで、B-band領域および転位クラスター形成領域に対して、選択的にシリサイドを形成することができる。
【0036】
金属不純物の塗布については、その濃度に注意する必要がある。塗布する濃度が低すぎる場合、B-band領域や転位クラスター形成領域でシリサイドを形成するのに十分な不純物金属の濃度に達しないため、サンプルの表面において、汚染濃度は1×1011atoms/cm2以上とする。
また、汚染濃度が高すぎると、B-band領域や転位クラスター形成領域中の欠陥に捕捉しきれず、欠陥がない領域においてもシリサイドが形成される恐れがあるため、汚染濃度の上限は1×1015atoms/cm2以下とする。
【0037】
不純物金属を塗布した後は拡散熱処理によって拡散させる必要がある。特にCuおよびNiはシリコン単結晶中での拡散速度が比較的速いため、短時間の熱処理で容易に拡散させることが可能である。一般的にシリコン単結晶の品質確認を目的としたサンプルの厚さは1.2~1.0mm程度であるため、熱処理温度を600℃以上、熱処理時間を20分以上とすれば、サンプル厚さに対して十分CuやNiは拡散できると考えられる。当然、拡散熱処理の条件はこれに限定されず、サンプル厚さや、塗布する不純物金属の種類、そのシリコン単結晶中での拡散速度に応じて適宜決定することができる。
【0038】
上記のようにして不純物金属を塗布して熱処理拡散させた後、サンプルを800℃以上1200℃以下の酸化性雰囲気で酸化熱処理する(工程4)。
この酸化熱処理により、シリコンの表層から酸化が進むと同時に結晶中に格子間シリコンが注入される。その格子間シリコンは結晶中を拡散してシリサイドの周囲に集まるが、集まった格子間シリコンはやがて過飽和となって積層欠陥を発生させる。つまり、あらかじめB-band領域や転位クラスター形成領域に対してシリサイドが形成されていれば、そのシリサイドを起点としてB-band領域および転位クラスター形成領域に対して選択的に積層欠陥を形成することができる。
【0039】
また、積層欠陥を形成するには適当な量の格子間シリコンを注入する必要があるが、格子間シリコンの注入量は酸化量によって決まる。酸化熱処理の熱処理温度が高く、熱処理時間が長いほど酸化は進むが、熱処理温度が高すぎるとB-band領域や転位クラスター形成領域に形成されたシリサイドが溶解してしまうため、熱処理温度の上限は1200℃程度とする。
また、熱処理温度が低すぎると熱処理に長時間を要するため、熱処理温度の下限は800℃程度とする。
後述するように、酸化熱処理によって形成した積層欠陥は赤外トモグラフ法で検出することになるが、赤外トモグラフ法の検出範囲から考えて積層欠陥を形成する深さは表層から400μm程度の深さまでで十分と考えられる。よって、熱処理時間は特に限定されないものの、熱処理温度が800℃の場合は3時間以上、1200℃の場合は20min以上100min以下とすれば十分である。
【0040】
次に、酸化熱処理後のサンプルを劈開して、赤外トモグラフ法により積層欠陥の有無を調べる検査をする(工程5)。そして、積層欠陥が検出された場合に、サンプルにB-band領域および転位クラスター形成領域のうちのいずれか1つ以上の領域が含まれていると判定する(工程6)。
積層欠陥の有無は、赤外トモグラフ装置で劈開面を測定することにより行うことができ、積層欠陥が存在する場合は、
図2、
図3に示したような積層欠陥を検出することができる。いずれの例も面方位(110)のシリコン単結晶のサンプルに観察された積層欠陥である。これらの積層欠陥はB-band領域や転位クラスター形成領域に集まった不純物金属によるシリサイドを起点として形成されるため、Nv領域やNi領域には形成されない。つまり、赤外トモグラフ法によって積層欠陥の有無を測定することで、B-band領域や転位クラスター形成領域の混在の有無を判断することが可能である。
【0041】
上記の本発明の判定方法であれば、従来法のように欠陥分布を作業者が目視して主観的に判断する必要がないため、個人差による検出感度のズレは生じない。また、上記の通り、不純物金属によるシリサイドは転位クラスター形成領域のみではなくB-band領域にも形成されるため、転位クラスター形成領域のみでなくB-band領域を検出する感度も十分にある。よって、この方法であれば容易かつ高感度にB-band領域および転位クラスター形成領域を検出することが可能であり、無欠陥PWの欠陥領域を保証する手段として用いることができる。
さらに、エピタキシャルウェーハの基板として用いるシリコンウェーハに対して抜き取りで上記の検査方法によってB-band領域および転位クラスター形成領域が含まれていないことを検査し、合格と判定された基板と同じロットの基板を用いればエピタキシャル層にB-band領域および転位クラスター形成領域を起点とする欠陥がないエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【0042】
また、この検査結果・判定結果を参照してシリコン単結晶を製造する際の条件調整を行えば、効率的かつ容易にB-band領域および転位クラスター形成領域を含まないシリコン単結晶が製造可能である。
すなわち、まず、本発明の判定方法による検査結果(検査サンプルにおけるB-band領域および転位クラスター形成領域の有無)と、検査サンプルの基となったシリコン単結晶を製造したときの製造条件との相関関係を取得する。そして、この相関関係を基にして、それらの欠陥領域を含まないシリコン単結晶の製造条件を決定し、該製造条件でシリコン単結晶を製造する。製造条件の調整としては、例えばV/Gの調整などが挙げられる。
【実施例】
【0043】
以下、本発明の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。
なお、後述するように、実施例1-5、比較例1-2では同様のサンプルを使用した。また、実施例6、比較例3では同様のサンプルを使用した。実施例1等でのサンプルと実施例6等でのサンプルは別の物とした。
(実施例1)
図5に概略図を示した単結晶製造装置を用いて、口径32inch(800mm)の石英ルツボ、初期の原料チャージ量を380kgとして、直径305mm、直胴長さ140cmのシリコン単結晶を引上げた。引き上がった結晶から直径300mm、厚さ1mmのウェーハ形状サンプルを切り出して、表面を平面研削してシリコンウェーハを製造した。製造したシリコンウェーハのうち、1枚を抜き取り、検査サンプルとした。
検査サンプルに対して、Cuを1×10
12atoms/cm
2の濃度で塗布して、700℃×20minで拡散熱処理を施して拡散させた。その後に、酸化性雰囲気で1000℃×10hrの酸化熱処理を実施した。酸化熱処理後のサンプルを劈開して、赤外トモグラフ法で測定したところ、半径60~80mmの範囲において
図2と同様の積層欠陥が検出された。
よって、このサンプルにはB-band領域および転位クラスター形成領域が含まれていると判断して、無欠陥PWを製造するための単結晶としては不合格とした。
【0044】
その後、確認のため、検査サンプルを抜き取ったのと同じロットで製造したシリコンウェーハに対して、0.5μmのエピタキシャル成長を行った。エピタキシャル成長後に、パーティクルカウンタで測定したところ、半径60~80mmの範囲に欠陥の密集が検出された。SEMで検出された欠陥の実体を観察したところ、エピタキシャル欠陥であることが判明した。よって、このシリコンウェーハの半径60~80mmの範囲にはB-band領域や転位クラスター領域が含まれていると考えられる。
このように、本発明の判定方法による判定結果と、実際にエピタキシャル成長を行って確認した結果とが一致していた。
【0045】
(実施例2)
実施例1と同様の検査サンプルを用意した。
検査サンプルに対して、Niを1×10
12atoms/cm
2の濃度で塗布して、700℃×20minで拡散熱処理を施して拡散させた。その後に、酸化性雰囲気で1000℃×10hrの酸化熱処理を実施した。酸化熱処理後のサンプルを劈開して、赤外トモグラフ法で測定したところ、半径60~80mmの範囲において
図2と同様の積層欠陥が検出された。
よって、このサンプルにはB-band領域および転位クラスター形成領域が含まれていると判断して、無欠陥PWを製造するための単結晶としては不合格とした。
このように、実施例2での本発明の判定方法による判定結果は、前述した実際の結果と一致していた。
【0046】
(実施例3)
実施例1と同様の検査サンプルを用意した。
検査サンプルに対して、Niを1×10
11atoms/cm
2の濃度で塗布して、700℃×20minで拡散熱処理を施して拡散させた。その後に、酸化性雰囲気で1000℃×10hrの酸化熱処理を実施した。酸化熱処理後のサンプルを劈開して、赤外トモグラフ法で測定したところ、半径60~80mmの範囲において
図2と同様の積層欠陥が検出された。
よって、このサンプルにはB-band領域および転位クラスター形成領域が含まれていると判断して、無欠陥PWを製造するための単結晶としては不合格とした。
このように、実施例3での本発明の判定方法による判定結果は、前述した実際の結果と一致していた。
【0047】
(実施例4)
実施例1と同様の検査サンプルを用意した。
検査サンプルに対して、Niを1×10
12atoms/cm
2の濃度で塗布して、700℃×20minで拡散熱処理を施して拡散させた。その後に、酸化性雰囲気で800℃×10hrの酸化熱処理を実施した。酸化熱処理後のサンプルを劈開して、赤外トモグラフ法で測定したところ、半径60~80mmの範囲において
図2と同様の積層欠陥が検出された。
よって、このサンプルにはB-band領域および転位クラスター形成領域が含まれていると判断して、無欠陥PWを製造するための単結晶としては不合格とした。
このように、実施例4での本発明の判定方法による判定結果は、前述した実際の結果と一致していた。
【0048】
(実施例5)
実施例1と同様の検査サンプルを用意した。
検査サンプルに対して、Niを1×10
12atoms/cm
2の濃度で塗布して、700℃×20minで拡散熱処理を施して拡散させた。その後に、酸化性雰囲気で1200℃×2hrの酸化熱処理を実施した。酸化熱処理後のサンプルを劈開して、赤外トモグラフ法で測定したところ、半径60~80mmの範囲において
図2と同様の積層欠陥が検出された。
よって、このサンプルにはB-band領域および転位クラスター形成領域が含まれていると判断して、無欠陥PWを製造するための単結晶としては不合格とした。
このように、実施例5での本発明の判定方法による判定結果は、前述した実際の結果と一致していた。
【0049】
(比較例1)
実施例1と同様の検査サンプルを用意した。
検査サンプルに対して、Niを1×1010atoms/cm2の濃度で塗布して、700℃×20minで拡散熱処理を施して拡散させた。その後に、酸化性雰囲気で1000℃×10hrの酸化熱処理を実施した。酸化熱処理後のサンプルを劈開して、赤外トモグラフ法で測定したところ、サンプル全面で積層欠陥は検出されなかった。
よって、このサンプルにはB-band領域および転位クラスター形成領域が含まれていないと判断して、無欠陥PWを製造するための単結晶としては合格とした。
このように、比較例1での判定方法による判定結果は、前述した実際の結果と一致していなかった。
したがって、比較例1の判定結果が間違っていたことになる。これは不純物(Ni)の塗布の際にNiの濃度が低く、B-band領域や転位クラスター形成領域でシリサイドを形成するには不十分な濃度であったためと考えられる。
【0050】
(比較例2)
実施例1と同様の検査サンプルを用意した。
検査サンプルに対して、Niを1×1012atoms/cm2の濃度で塗布して、700℃×20minで拡散熱処理を施して拡散させた。その後に、酸化性雰囲気で1300℃×2hrの酸化熱処理を実施した。酸化熱処理後のサンプルを劈開して、赤外トモグラフ法で測定したところ、サンプル全面で積層欠陥は検出されなかった。
よって、このサンプルにはB-band領域および転位クラスター形成領域が含まれていないと判断して、無欠陥PWを製造するための単結晶としては合格とした。
このように、比較例2での判定方法による判定結果は、前述した実際の結果と一致していなかった。
したがって、比較例2の判定結果が間違っていたことになる。これは酸化熱処理温度が高すぎたため、B-band領域や転位クラスター形成領域に一旦形成されたシリサイドが溶解してしまったためと考えられる。
【0051】
(実施例6)
図5に概略図を示した単結晶製造装置を用いて、口径32inch(800mm)の石英ルツボ、初期の原料チャージ量を380kgとして、直径305mm、直胴長さ140cmのシリコン単結晶を実施例1とは異なる条件で引上げた。引き上がった結晶から直径300mm、厚さ1mmのウェーハ形状サンプルを切り出して、表面を平面研削してシリコンウェーハを製造した。製造したシリコンウェーハのうち、1枚を抜き取り、実施例1とは異なる検査サンプルとした。
検査サンプルに対して、Niを1×10
15atoms/cm
2の濃度で塗布して、700℃×20minで拡散熱処理を施して拡散させた。その後に、酸化性雰囲気で1000℃×10hrの酸化熱処理を実施した。酸化熱処理後のサンプルを劈開して、赤外トモグラフ法で測定したところ、サンプル全面で積層欠陥は検出されなかった。
よって、このサンプルにはB-band領域および転位クラスター形成領域が含まれていないと判断して、無欠陥PWを製造するための単結晶としては合格とした。
【0052】
その後、確認のため、検査サンプルを抜き取ったのと同じロットで製造したシリコンウェーハに対して、0.5μmのエピタキシャル成長を行った。エピタキシャル成長後に、パーティクルカウンタで測定したところ、欠陥は検出されなかった。よって、このシリコンウェーハにはB-band領域や転位クラスター形成領域が含まれていないと考えられる。なお、このシリコンウェーハの欠陥領域についてさらに調査したところ、全面Ni領域であった。
このように、本発明の判定方法による判定結果と、実際にエピタキシャル成長を行って確認した結果とが一致していた。
【0053】
(比較例3)
実施例6と同様の検査サンプルを用意した。
検査サンプルに対して、Niを5×1016atoms/cm2の濃度で塗布して、700℃×20minで拡散させた。その後に、酸化性雰囲気で1000℃×10hrの熱処理を実施した。熱処理後のサンプルを劈開して、赤外トモグラフ法で測定したところ、一部の範囲で積層欠陥が検出された。
よって、このサンプルは全面がB-band領域および転位クラスター形成領域が含まれていると判断して、無欠陥PWを製造するための単結晶としては不合格とした。
このように、比較例3での判定方法による判定結果は、前述した実際の結果と一致していなかった。
したがって、比較例3の判定結果が間違っていたことになる。これは不純物(Ni)の塗布の際にNiの濃度が高すぎて、無欠陥であるNi領域においてもシリサイドが形成されてしまったためと考えられる。
【0054】
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。
【符号の説明】
【0055】
1…メインチャンバー、 2…引上げチャンバー、 3…種結晶、
4…シリコン原料融液、 5…石英ルツボ、 6…黒鉛ルツボ、
7…加熱ヒータ、 8…断熱材、 9…ガス流出口、 10…ガス導入口、
11…トップチャンバー、 12…ガス整流筒、 13…熱遮蔽部材、
14…シリコン単結晶、 20…シリコン単結晶製造装置。