JP2018186195A - シリコン単結晶の欠陥領域特定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン単結晶中の空孔が過剰に存在する領域を簡便かつ高感度に特定できる方法を提供する。【解決手段】ＣＺ法により製造されたｐ型のシリコン単結晶から切り出されたウェーハを、窒素雰囲気またはアルゴン雰囲気またはアンモニア雰囲気または窒素、アルゴン、アンモニアから選択される複数種の気体の複合雰囲気のもとで８００〜１０００℃、３０〜２４０分の熱処理を行うことで、ウェーハ中に空孔を導入する（Ｓ７）。熱処理後のウェーハに対して、空孔の凝集により発生したボイドの分布を、Ｘ線トポグラフ又はフローパターン欠陥の検出法により測定する（Ｓ９）。得られたボイド分布に基づいて、ウェーハ中の空孔が過剰な領域を特定する（Ｓ１０）。評価対象のウェーハは、製品レベルのポリッシュドウェーハ又はそのポリッシュドウェーハを得る途中段階のウェーハである。【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）により製造されたｐ型のシリコン単結晶中の空孔が過剰な領域を特定する方法に関する。

ＣＺ法にて引き上げられたシリコン単結晶では、結晶製造工程において点欠陥（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥）が過剰に導入される領域や、点欠陥に起因した結晶欠陥が存在しない完全結晶（ＮＰＣ（Ｎｅａｒ Ｐｅｒｆｅｃｔ Ｃｒｙｓｔａｌ））領域が存在する。この点欠陥としては、規則正しい結晶格子位置に原子が無いもの（空孔）と、格子位置の間に原子があるもの（格子間シリコン）とがある。点欠陥が過剰な領域を有したウェーハにおいては、デバイス製造工程における種々の熱処理工程において点欠陥の凝集などによる結晶欠陥がデバイス活性層またはその近傍に発生することによりデバイスの特性を著しく損なう場合がある。したがって、点欠陥の導入領域をウェーハ製造工程又はウェーハ出荷直前で検査し、結晶欠陥が発生し得るほどに点欠陥が過剰に導入された領域を有したウェーハをデバイス工程に投入しないことが望ましい。

そこで、シリコン単結晶の結晶成長方向における点欠陥の過剰導入領域と完全結晶領域との区分、さらには、シリコン単結晶インゴットを半径方向に切り出したウェーハにおける面内の点欠陥導入分布を低コストかつ簡便に測定し区分する方法が求められている。

なお、シリコン単結晶中の欠陥領域は、上記ＮＰＣ領域の他に、空孔が優勢（過剰）な領域であってシリコン単結晶の育成過程で発生した、空孔が凝集した結晶欠陥（ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｃｈｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）、ＦＰＤ（Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｆｅｃｔ）等のボイド欠陥）が多く存在するＶリッチ領域、格子間シリコンが優勢（過剰）な領域であってシリコン単結晶の育成過程で発生した、格子間シリコンに起因した結晶欠陥（転位など）が多く存在するＩリッチ領域、空孔が優勢（過剰）な領域であるが空孔に起因した結晶欠陥が存在しない又は少ないＮＶ領域及び格子間シリコンが優勢（過剰）な領域であるが格子間シリコンに起因した結晶欠陥が存在しない又は少ないＮＩ領域がある。なお、ＮＰＣ領域をさらに細かく分類すると上記ＮＶ領域、ＮＩ領域のいずれかに分類されるとしても良いし、ＮＶ領域、ＮＩ領域とは別にＮＰＣ領域が分類されたとしても良い。以下では、ＮＰＣ領域は、ＮＶ領域、ＮＩ領域のいずれかに分類されるとして説明する。

また、単結晶育成時の引き上げにおいては、引き上げ速度Ｖと固液界面近傍の温度勾配Ｇの比（Ｖ／Ｇ）によって単結晶中の点欠陥の種類及び濃度が決定され、ひいては単結晶中の各領域が上記欠陥領域のいずれに該当するかが決定されることが知られている。具体的には、比（Ｖ／Ｇ）を変化させてシリコン単結晶を育成したときに、比（Ｖ／Ｇ）が大きい領域にＶリッチ領域が発生し、比（Ｖ／Ｇ）が小さい領域にＩリッチ領域が発生し、Ｖリッチ領域とＩリッチ領域の間にＮＶ領域とＮＩ領域とが発生する。ＮＶ領域は、ＮＩ領域よりも比（Ｖ／Ｇ）が大きい側（つまり、Ｖリッチ領域とＮＩ領域の間）に発生し、ＮＩ領域はＮＶ領域よりも比（Ｖ／Ｇ）が小さい側（つまり、ＮＶ領域とＩリッチ領域の間）に発生する。

ここで、シリコン単結晶中の点欠陥分布の測定に関する従来技術として下記特許文献１、２がある。特許文献１には、シリコン単結晶インゴットから切り出したサンプルに遷移金属を故意汚染して複数段の熱処理を行ったうえで、サンプルにおける欠陥領域を測定する技術が開示されている。特許文献２には、ウェーハのサンプル上に酸化膜を形成したのち表面光電圧で少数キャリアの拡散距離を測定することで、ウェーハ中の欠陥領域の区分を行う技術が開示されている。

特開２００４−８７５９１号公報 特表２０１４−５２３１３９号公報

シリコン単結晶の育成時には空孔に起因した結晶欠陥が発生しない領域（ＮＰＣ領域）を有したウェーハであっても、その後のデバイス製造工程での熱処理によって空孔に起因した結晶欠陥（ボイド）が発生する場合がある。これを防ぐために、特許文献１、２の手法を用いて、シリコン単結晶中の空孔が過剰に存在する領域（Ｖリッチ領域、ＮＶ領域又はＮＶ領域の中でも特に空孔が過剰な領域）を特定することが考えられる。

しかし、特許文献１の手法では、遷移金属の故意汚染工程や複数段に及ぶ熱処理工程を経たのちに測定を行う方法であるため結果判定が出るまでに時間を要するうえ、多くのコストが必要となる。さらには、遷移金属を過剰に汚染することで、点欠陥発生領域以外でも過飽和に導入された遷移金属独自の析出物が現れ測定の精度を下げてしまう可能性が高くなる。よって遷移金属の汚染量や面内分布を高精度で制御する必要があり、技術的に難易度が高い。

また、特許文献２の手法では、ウェーハのサンプル上に酸化膜を形成する際にサンプル内に格子間シリコンが注入され、この格子間シリコンの注入により空孔と格子間シリコンとで対消滅することが考えられる。その結果、空孔が過剰に導入された領域を過小評価してしまうことが予測される。このように、特許文献２の手法では、空孔が過剰に導入された領域の、正確な評価判定は困難であると考えられる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シリコン単結晶中の空孔が過剰に存在する領域を簡便かつ高感度に特定できる方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、ＣＺ法により製造されたｐ型のシリコン単結晶を、窒素雰囲気またはアルゴン雰囲気またはアンモニア雰囲気または窒素、アルゴン、アンモニアから選択される複数種の気体の複合雰囲気のもとで熱処理を行った後に、前記シリコン単結晶の空孔に起因した結晶欠陥の発生領域を測定することで前記シリコン単結晶中の空孔が過剰な領域を特定することを特徴とする。

窒素雰囲気またはアルゴン雰囲気またはアンモニア雰囲気または窒素、アルゴン、アンモニアから選択される複数種の気体の複合雰囲気のもとで熱処理を行うことで、シリコン単結晶の内部に空孔を導入することができる。導入された空孔は、当該熱処理後の冷却過程において空孔同士が凝集し、ボイドが形成され結晶欠陥となる。そして、本発明では、この熱処理後に、シリコン単結晶中の空孔に起因した結晶欠陥（ボイド）の分布を測定する。このとき、もともと空孔が過剰な領域ではボイドの密度が、空孔が少ない領域に比べ高密度になる。よって、結晶欠陥の分布に基づいて、空孔が過剰に存在する領域を特定できる。また、特許文献１のように複数段の熱処理を行う必要がないので、空孔過剰領域を簡便に特定できる。また、特許文献２のように酸化膜を形成する必要がないので、酸化膜を形成することによる格子間シリコンと空孔との対消滅を抑制でき、空孔過剰領域を高感度に特定できる。

本発明において前記熱処理は、８００〜１０００℃、３０〜２４０分の条件で行うとするのが好ましい。この条件で熱処理を行うことで、シリコン単結晶にボイドを発生させることができる程度に過剰の空孔をシリコン単結晶内に導入できる。また、もともと空孔が過剰な領域と、空孔が存在しない又は少ない領域との間で、発生させるボイド量や大きさに差をつけることができ、空孔が過剰な領域と、空孔が存在しない又は少ない領域との区分を正確に行うことができる。

また、本発明において、前記結晶欠陥の分布はＸ線トポグラフ又はフローパターン欠陥の検出法により測定することができる。

また、前記シリコン単結晶は、ＣＺ法により製造されたｐ型のシリコン単結晶インゴットを半径方向に切り出したウェーハとすることができる。この場合、ウェーハは、製品レベルのポリッシュドウェーハ又はそのポリッシュドウェーハを得る途中段階のウェーハとすることができる。これによれば、ウェーハにおける空孔過剰領域を特定できる。

実施形態におけるウェーハ中の空孔過剰領域を特定する手順を示したフローチャートである。 実施例、比較例におけるウェーハ中の空孔過剰領域を特定する手順を示したフローチャートである。 シリコン単結晶の結晶育成方向に沿った断面における欠陥領域の分布を例示した図である。 実施例、比較例におけるＸＲＴ強度測定の結果を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図１を参照して説明する。先ず、ＣＺ法によりｐ型のシリコン単結晶を育成する（Ｓ１）。このとき、ＮＰＣ領域（ＮＶ領域、ＮＩ領域）を含んだシリコン単結晶が得られるように、引き上げ速度Ｖと固液界面近傍の温度勾配Ｇの比（Ｖ／Ｇ）を設定する。具体的には、比（Ｖ／Ｇ）を変化させて、結晶育成方向に沿って比（Ｖ／Ｇ）が大きい側からＶリッチ領域、ＮＰＣ領域（ＮＶ領域、ＮＩ領域）、Ｉリッチ領域の順に形成されたシリコン単結晶を育成する（図３参照）。または、ＮＰＣ領域が形成される比（Ｖ／Ｇ）が判っている場合には、この比（Ｖ／Ｇ）に固定して結晶育成を行っても良い。また、シリコン単結晶の導電型がｐ型となるように、結晶育成時にｐ型のドーパント（例えばボロン）を添加する。ドーパントの添加量は、製品のシリコン単結晶ウェーハの抵抗率に応じて適宜に設定される。

次に、育成されたシリコン単結晶のインゴットを所定の径の円柱形となるように加工する（Ｓ２）。

次に、加工後のインゴットを半径方向（結晶育成方向に直角な方向）に切り出すことでサンプルとしてスラブウェーハを作製し（Ｓ３）、又はこのスラブウェーハに対して製品レベルの鏡面研磨加工が施されたポリッシュドウェーハ（ＰＷ）を作製する（Ｓ３１）。このとき、上記比（Ｖ／Ｇ）を変化させてシリコン単結晶を育成した場合には、ＮＰＣ領域の位置でスラブウェーハを切り出す。なお、比（Ｖ／Ｇ）がどの値の場合に、ＮＰＣ領域が形成されるのかを、本発明の手法又は他の手法により予め調べておくことで、Ｖリッチ領域及びＩリッチ領域を含まず、かつ、ＮＰＣ領域を少なくとも含んだ位置でスラブウェーハを切り出すことができる。

なお、ポリッシュドウェーハの一般的な製造方法を説明すると、シリコン単結晶インゴットから切り出されたスラブウェーハに対して、ウェーハの周辺部の角を落とすために面取りを施すベベリング加工工程、ウェーハ表面の凹凸を無くし、平坦度を高め、表面の傷を最小にする為に機械研磨を施すラッピング加工工程、機械研磨時にウェーハの表面層に形成された研磨歪み層を混酸エッチングにより除去して、化学的に平坦度を向上させたウェーハを得るケミカルエッチング工程、及びウェーハ表面の平坦度をさらに上げ面粗さを小さくするために、ウェーハの研磨面に対して遊離砥粒による機械的作用と、化学物質によるエッチング作用とを重複させながら鏡面研磨するメカノケミカル研磨工程がこの順で実施される。

スラブウェーハをサンプルとして作製した場合には、さらに以下のＳ４、Ｓ５の工程により、スラブウェーハの残存歪を除去する。残存歪は、後述の結晶欠陥の測定の障害となるためできるだけ除去することが好ましい。残存歪の除去工程として具体的には先ず、スラブウェーハの表面の凹凸を無くし平坦度を高める高精度平面研削工程を実施し（Ｓ４）、次に、研削後のウェーハ表面層に形成された研削歪を除去するエッチングを行う（Ｓ５）。Ｓ４の研削工程は、ポリッシュドウェーハの製造過程における上記ラッピング加工工程と同様である。Ｓ５のエッチング工程は、ポリッシュドウェーハの製造過程における上記ケミカルエッチング工程と同様である。

一方、ポリッシュドウェーハを作製した場合（Ｓ３１）には、スラブウェーハからポリッシュドウェーハを得るまでの一連の加工工程を通過するにつれて表裏面のダメージ（残存歪）が除去されていくため、ポリッシュドウェーハの製造工程とは別にダメージ除去処理を行わなくても良い。

次に、Ｓ４、Ｓ５の工程を得たスラブウェーハ又はＳ３１で作製したポリッシュドウェーハの表面を洗浄する（Ｓ６）。この洗浄は、具体的には例えば過酸化水素をベースとしたＨ_２Ｏ／Ｈ_２Ｏ_２／ＮＨ_４ＯＨ（ＳＣ１洗浄）及びＨＦによる洗浄とすることができる。ＳＣ１洗浄及びＨＦ洗浄によって、ウェーハ表面の異物や自然酸化膜を除去できる。

次に、洗浄後のウェーハに対して、窒素雰囲気（窒素のみが含まれた雰囲気）のもとで８００〜１０００℃、３０〜２４０分の熱処理を行う（Ｓ７）。この熱処理により、ウェーハ表面にシリコン窒化膜が形成され、このシリコン窒化膜の形成に伴いウェーハ中に空孔が導入される。この空孔の導入により、熱処理後の冷却過程において空孔同士が凝集し、ボイド（結晶欠陥）が形成され得る。このとき、もともと空孔が過剰な領域ではボイドの密度が、空孔が少ない領域に比べ高密度になる。ボイドの大きさは、熱処理の温度や時間によって変化し、具体的には温度や時間が大きいほど空孔の凝集量が増加しボイドが大きくなる。また、もともと空孔が過剰な領域（Ｖリッチ領域、ＮＶ領域又はＮＶ領域の中でも特に空孔が過剰な領域）に発生するボイドは、空孔が存在しない又は少ない領域（ＮＩ領域、Ｉリッチ領域）に発生するボイドよりも大きい。空孔が過剰な領域では、空孔が存在しない又は少ない領域よりも、１つのボイドにおける空孔の凝集量が多くなるためである。

熱処理の条件を８００〜１０００℃、３０〜２４０分とすることで、ウェーハ中にボイドが発生させることができる程度に過剰の空孔をウェーハ中に導入できる。そして、もともと空孔が過剰な領域（Ｖリッチ領域、ＮＶ領域又はＮＶ領域の中でも特に空孔が過剰な領域）と、空孔が存在しない又は少ない領域（ＮＩ領域、Ｉリッチ領域）との間で、発生させるボイド量や大きさに差をつけることができ、後述のＳ９、Ｓ１０の工程において、空孔が過剰な領域と、空孔が存在しない又は少ない領域との区分を正確に行うことができる。

言い換えると、熱処理の条件を８００〜１０００℃、３０〜２４０分とすることで、もともと空孔が過剰な領域においては、後述のＳ９のＸＲＴ強度測定にて検出可能な程度に大きいボイドを高密度に発生させることができる一方で、空孔が存在しない又は少ない領域においては、ボイドを発生させない又はボイドが発生するが大きさが小さいことによりＸＲＴ強度測定にて検出不能である又はＸＲＴ強度測定にて検出可能だがボイドの発生量が少ない（ボイドの密度が低い）とすることができる。

熱処理の条件を８００℃未満又は３０分未満とすると、ウェーハ中に導入される空孔量が少なすぎて、空孔が過剰な領域と、空孔が存在しない又は少ない領域との間でボイドの発生量や大きさに差が出にくくなり、又はボイドの大きさが小さすぎることでＸＲＴ強度測定にて検出が不可能となってしまう。

また、熱処理の条件を１０００℃より高い、又は２４０分より長いとすると、ウェーハ中に導入される空孔量が多すぎて、空孔が存在しない又は少ない領域に発生するボイドの量や大きさも大きくなり、結果、空孔が過剰な領域と、空孔が存在しない又は少ない領域との間で、ボイドの発生量や大きさに差が生じにくくなる。また、熱処理時間が２４０分を超えると、空孔が過剰な領域を特定するまでの時間が長くなってしまう。

また、熱処理にて発生するボイドの量や大きさは、ウェーハのドーパント濃度や酸素濃度によって変わってくる。したがって、ウェーハのドーパント濃度や酸素濃度に応じて熱処理の温度や時間を８００〜１０００℃、３０〜２４０分の範囲で変化させるのが好ましい。

なお、Ｓ７の熱処理が施されるウェーハに対しては、特許文献１のような金属の故意汚染は行われない。また、Ｓ７の熱処理は、８００〜１０００℃、３０〜２４０分から選択される１つの温度、１つの時間で一定とした単段熱処理とすることができる。この単段熱処理以外の熱処理は行わない。

熱処理後、次に、熱処理にてウェーハ表面に形成された窒化膜を除去するエッチングを行う（Ｓ８）。このエッチングは例えばウェーハ表面にＨＦ溶液を接触させることにより行う。

次に、窒化膜除去後のウェーハに対してＸ線トポグラフ（ＸＲＴ：Ｘ−ｒａｙ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）の測定を実施して、ウェーハ面内における回折Ｘ線強度の観察像を取得する（Ｓ９）。

次に、Ｓ９にて得られたＸＲＴ観察像に基づいて、ウェーハ面内におけるボイド発生分布を判定することで、ウェーハ面内における空孔が過剰な領域を特定（判定）する（Ｓ１０）。具体的には、ウェーハ中のボイド発生領域では、ボイドが発生していない領域に比べて回折Ｘ線強度が強くなり、ＸＲＴ観察像上で色濃度が増大する。そこで、ＸＲＴ観察像における濃淡（色濃度、明るさ）を２５６階調に数値化し、そのうち回折Ｘ線強度が強い（暗い）領域（例えば２５６階調のうちの暗い側の上位３０％の濃淡値の領域）をボイド発生領域とする。このボイド発生領域を、空孔が過剰な領域、具体的にはＶリッチ領域、ＮＶ領域又はＮＶ領域の中でも特に空孔が過剰な領域として特定する。また、ＸＲＴ観察像における回折Ｘ線強度が弱い（明るい）領域（例えば２５６階調のうちの明るい側の上位７０％の濃淡値の領域）を、空孔が存在しない又は少ない領域（ＮＩ領域、ＮＶ領域の中で空孔が少ない領域、Ｉリッチ領域）として特定する。なお、Ｓ３、Ｓ３１で、Ｖリッチ領域、Ｉリッチ領域を含んでいない結晶部位からウェーハを作製した場合には、Ｓ１０の判定では、ＸＲＴ観察像における回折Ｘ線強度が強い領域は、ＮＶ領域又はＮＶ領域の中でも特に空孔が過剰な領域として特定し、回折Ｘ線強度が弱い（明るい）領域はＮＩ領域、ＮＶ領域の中で空孔が少ない領域であると特定する。

なお、ＸＲＴ観察像に基づく評価では、ウェーハ外周部の影響と、Ｓ７の熱処理時のボート接触部の影響を除外するため、ウェーハ外周部より５ｍｍ内側の領域、かつボート接触部を除外した領域のデータを採用するのが良い。

また、Ｓ１０の工程では、例えば空孔が過剰な領域Ｘと、空孔が存在しない又は少ない領域Ｙとの割合（Ｘ／Ｙ）でウェーハ品質を規格化、つまり割合（Ｘ／Ｙ）に基づいてウェーハやシリコン単結晶インゴットの結晶品質を評価する。例えば、割合（Ｘ／Ｙ）が所定値以上の場合には、ＮＧであるとして以降のデバイス製造工程に導入しないようにする。これにより、デバイス製造工程において、ウェーハにボイドが発生するのを抑制できる。

以上、本実施形態によれば、ＣＺ法により製造されたｐ型のシリコン単結晶インゴットから切り出されたウェーハに対して、窒素雰囲気による単段熱処理を行うので、ウェーハ中の空孔が過剰な領域にボイドを発生させることができ、このボイド発生領域をＸＲＴ強度測定により特定することで、ウェーハ中の空孔が過剰な領域を簡便かつ高感度に特定できる。また、ウェーハ中に発生したボイドの分布に基づいて、ウェーハが、空孔が優勢な結晶部位から作製されたものなのか否かを判定できる。つまり、ウェーハ面内におけるボイドの発生領域の割合が大きければ、そのウェーハは、空孔が優勢な結晶部位から作製されたものと判定できる。そして、結晶種側ほど引き上げ速度Ｖと固液界面近傍の温度勾配Ｇの比（Ｖ／Ｇ）が高くなるシリコン単結晶を用いてウェーハを作製した場合において、そのウェーハが、空孔が優勢な結晶部位から作製されたものであると判定したときには、そのウェーハより上つまり結晶種側から作製されたウェーハは全て空孔が優勢な結晶である可能性が高いと判定することができる。

また、熱処理の温度、時間を調整することで、ＮＶ領域とＮＩ領域との間でボイドの密度や大きさに差を生じさせたり、ＮＶ領域とＶリッチ領域との間でボイドの密度や大きさに差を生じさせたり、ＮＶ領域中において特に空孔が過剰な領域とそうでない領域との間でボイドの密度や大きさに差を生じさせたりもできる。つまり、熱処理の温度、時間を調整することで、ＮＶ領域とＮＩ領域との間の境界も特定できるし、ＮＶ領域とＶリッチ領域との間の境界も特定できるし、ＮＶ領域中において特に空孔が過剰な領域とそうでない領域との間の境界も特定できる。

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて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。

図２に示すフローにしたがって実施例のウェーハＡ、比較例のウェーハＢに対してＮＶ領域の特定を試みた。図２において、図１の工程と同様の工程には同一の符号を付している。

図２のＳ１の工程では、結晶種側ほど引き上げ速度Ｖと固液界面近傍の温度勾配Ｇの比（Ｖ／Ｇ）が高くなるように比（Ｖ／Ｇ）を変化させて、結晶育成方向に平行な断面において図３の分布を持つシリコン単結晶を育成した。なお、図３では、ＮＶ領域及びＮＩ領域から成る領域をＮＰＣ領域としている。

図２のＳ３の工程では、図３のＷ−Ｗ線の結晶部位（つまり、ＮＰＣ領域であってＮＶ領域を少なくとも含んだ結晶部位）にて隣り合うように２つのスラブウェーハＡ、Ｂを採取した。

Ｓ６の洗浄工程の後、Ｓ７、Ｓ７１の熱処理工程の前に、採取した２つのウェーハＡ、Ｂに対してＸＲＴ強度測定を行った（Ｓ６１）。

その後、一方のウェーハＡに対して、窒素雰囲気のもとで、９５０℃、２４０分の熱処理を行った（Ｓ７）。その後、この熱処理によりウェーハＡの表面に形成された窒化膜をＨＦエッチングにより除去した（Ｓ８）。

他方のウェーハＢに対しては、パイロ雰囲気（高純度水蒸気雰囲気）のもとで９５０℃、９０分の熱処理を行った（Ｓ７１）。その後、この熱処理によりウェーハＢの表面に形成された酸化膜をＨＦエッチングにより除去した（Ｓ８１）。

そして、熱処理後のウェーハＡ、Ｂに対してＸＲＴ強度測定を行った（Ｓ９）。

熱処理前のＸＲＴ強度測定にて得られる回折Ｘ線強度のウェーハ面内分布を図４（ａ）に示し、熱処理後のウェーハＡに対する回折Ｘ線強度のウェーハ面内分布を図４（ｂ）に示し、熱処理後のウェーハＢに対する回折Ｘ線強度のウェーハ面内分布を図４（ｃ）に示す。図４において、ハッチングの部分は、ＸＲＴ画像の濃淡を２５６階調に数値化したときにおける暗い側上位３０％の部分（つまり回折Ｘ線強度が強い部分）であって、ボイド発生領域を示している。また、熱処理前のＸＲＴ強度測定結果ではウェーハＡ、Ｂ間で差が無いので、図４（ａ）では、ウェーハＡ、Ｂの一方のＸＲＴ強度測定結果を示している。

図４（ａ）の結果では、ボイド発生領域（ハッチング部分）が存在しておらず、このことから、ウェーハに対して熱処理を施さないとＸＲＴ強度測定ではＮＶ領域を検出できないといえる。

一方、図４（ｂ）に示すように、ウェーハＡに対して窒素雰囲気のもとで熱処理を施したうえでＸＲＴ強度測定を行うことで、ウェーハＡの中心部と、ｒ／２（ｒはウェーハの半径）よりも外側の位置にボイド発生領域を検出できた。外側のボイド発生領域はリング状であった。また、本発明とは別の手法にてウェーハ面内におけるＮＶ領域を検出したところ、図４（ｂ）と同様の分布となった。このことから、図４（ｂ）のボイド発生領域はＮＶ領域であるといえる。また、図４（ｂ）のハッチングが無い部分はＮＩ領域であるといえる。

一方、図４（ｃ）に示すように、ウェーハＢに対してパイロ雰囲気のもとで熱処理を行った場合においても、ウェーハＢの中心部と、ｒ／２よりも外側の位置にボイド発生領域を検出できたが、図４（ｂ）に比べるとボイド発生領域が小さい。これは、パイロ雰囲気の熱処理では、ウェーハＢへの空孔の導入効果が小さいことによるものと考えられる。したがって、パイロ雰囲気の熱処理では、ＮＶ領域を過少評価してしまうと思われる。

これに対して、実施例では、ウェーハＡに対して窒素雰囲気のもとで熱処理を施すことで、ウェーハＡへの空孔の導入効果を大きくでき、ＮＶ領域に含まれる空孔をボイドにまで発展させて、このボイドの大きさをＸＲＴ強度測定にて検出可能な程度に大きくできる。そして、このボイドをＸＲＴ強度測定にて検出することで、検出したボイド発生領域をＮＶ領域として高感度に特定できる。

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たとしても本発明の技術的範囲に包含される。

図１、図２のＳ７の工程では、窒素雰囲気のもとで熱処理を行う例を示したが、酸素雰囲気のもとでの熱処理に比べて、ウェーハへの空孔の導入効果が増大できるのであれば、窒素以外の雰囲気のもとで熱処理を行っても良い。具体的には、アルゴン雰囲気またはアンモニア雰囲気または窒素、アルゴン、アンモニアから選択される複数種の気体の複合雰囲気のもとで熱処理を行っても良い。アルゴン雰囲気またはアンモニア雰囲気または窒素、アルゴン、アンモニアから選択される複数種の気体の複合雰囲気であっても、効果的にウェーハに空孔を導入できる。

また、図１、図２のＳ９の工程では、ウェーハ中のボイドの分布をＸＲＴにより測定する例を示したが、他の手法によりウェーハ中のボイドの分布を測定しても良い。具体的には例えばボイドをフローパターン欠陥（ＦＰＤ）として検出し、検出したフローパターン欠陥の分布（密度）に基づいて、ウェーハの面内における空孔が過剰な領域を特定しても良い。フローパターン欠陥の検出は以下の通りである。すなわち、ウェーハの表面を、重クロム酸カリウムを含有するセコ（ＳＥＣＣＯ）液又は重クロム酸カリウムを使わないクロムレスエッチング液に浸漬して、ウェーハ表面のボイド部分を選択的にエッチングする。このエッチングにより、ウェーハ表面のボイド部分がさざ波模様（フローパターン）として現れる。

また、図１、図２の例では、シリコン単結晶インゴットを半径方向に切り出したウェーハを用いた例を説明したが、シリコン単結晶インゴットを結晶育成方向に沿って板状に切り出したサンプルを用いても良い。この場合、図３の断面の例でいえば、ＮＶ領域及びＶリッチ領域が、空孔が過剰（優勢）な領域となるので、熱処理を行うことで、ＮＶ領域及びＶリッチ領域には、ＮＩ領域、Ｉリッチ領域に比べて高密度の又は大きいボイドが発生する。したがって、ＸＲＴ等によりボイドの分布を測定することで、ＮＶ領域とＮＩ領域との境界を特定できる。また、Ｖリッチ領域は、ＮＶ領域よりもさらに多くの空孔を含んでいるので、熱処理を行うことで、Ｖリッチ領域にはＮＶ領域に比べて高密度の又は大きいボイドが発生する。したがって、ＸＲＴ等によりボイドの分布を測定することで、ＮＶ領域とＶリッチ領域との境界も特定できる。

また、図１、図２のＳ３の工程ではスラブウェーハを作製し、以降の工程でこのスラブウェーハに対して空孔過剰領域を特定する例を説明したが、製品レベルのポリッシュドウェーハではないが、スラブウェーハに対してラッピング加工工程やケミカルエッチング工程等の処理を行った段階のウェーハに対して空孔過剰領域を特定しても良い。

Claims (6)

1. ＣＺ法により製造されたｐ型のシリコン単結晶を、窒素雰囲気またはアルゴン雰囲気またはアンモニア雰囲気または窒素、アルゴン、アンモニアから選択される複数種の気体の複合雰囲気のもとで熱処理を行った後に、前記シリコン単結晶中の空孔に起因した結晶欠陥の分布を測定することで前記シリコン単結晶中の空孔が過剰な領域を特定することを特徴とするシリコン単結晶の欠陥領域特定方法。
2. 前記熱処理は、８００〜１０００℃、３０〜２４０分の条件で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の欠陥領域特定方法。
3. 前記結晶欠陥の分布は、Ｘ線トポグラフにより測定することを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン単結晶の欠陥領域特定方法。
4. 前記結晶欠陥の分布は、フローパターン欠陥の検出法により測定することを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン単結晶の欠陥領域特定方法。
5. 前記シリコン単結晶は、ＣＺ法により製造されたｐ型のシリコン単結晶インゴットを半径方向に切り出したウェーハであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリコン単結晶の欠陥領域特定方法。
6. 前記ウェーハは、製品レベルのポリッシュドウェーハ又はそのポリッシュドウェーハを得る途中段階のウェーハであることを特徴とする請求項５に記載のシリコン単結晶の欠陥領域特定方法。

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