JP2021075403A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】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シリコン単結晶の欠陥領域判定方法。【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２０１２−１４８９２５号公報 特開２０１４−０９３４５７号公報

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。

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、１×１０^１１〜１×１０^１５ａｔｏｍｓ／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を提供する。

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１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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、１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下とする。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、この検査サンプルの表面に１×１０^１１〜１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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。

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。

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。

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。

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１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下とする。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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１×１０^１０ａｔｏｍｓ／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。
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。

（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１×１０^１２ａｔｏｍｓ／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。

（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。

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。

（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５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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。

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。

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。

Claims (4)

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。
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。
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。
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。

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