JP2021183563A - シリコンウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンウェーハ表層のボイド欠陥を消去する不活性雰囲気アニール処理後に外周部のスリップ転位の発生を抑制可能なシリコンウェーハを効率良く得られるシリコン単結晶の製造方法を提供すること。【解決手段】２．８９×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５．３８×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の窒素が含有されたシリコン単結晶をチョクラルスキー法により製造するシリコン単結晶の製造方法であって、シリコン単結晶の外周研削後の直胴部における固化率が９．６％以上の領域でのリング状のＯＳＦ領域の内径が当該直胴部から切り出されたシリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下の範囲内となるように、シリコン単結晶を引き上げる。【選択図】図１０

Description

本発明は、シリコンウェーハに関する。

半導体デバイスの基板として用いられるシリコンウェーハ（以下、「ウェーハ」と言う場合がある）は、一般にチョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」と言う場合がある）により育成されたシリコン単結晶から切り出され、研磨、熱処理等の工程を経て製造される。
図１は、引き上げられたシリコン単結晶の縦断面図であり、欠陥分布とＶ／Ｇの関係の一例を模式的に示す。Ｖはシリコン単結晶の引き上げ速度であり、Ｇは引き上げ直後におけるシリコン単結晶の成長方向の温度勾配である。温度勾配Ｇは、ＣＺ炉のホットゾーン構造の熱的特性により、シリコン単結晶の引き上げの進行中において、概ね一定とみなされる。このため、引き上げ速度Ｖを調整することにより、Ｖ／Ｇを制御することができる。

図１において、ＣＯＰ（Crystal Originated Particle）は、シリコン単結晶育成時に結晶格子を構成すべき原子が欠けた空孔の凝集体である。
ＯＳＦ（Oxidation induced Stacking Fault：酸素誘起積層欠陥）領域は、ＣＯＰが発生する領域（ＣＯＰ領域）に隣接しており、高温（一般的には１０００℃から１２００℃）で熱酸化処理した場合、ＯＳＦ核がＯＳＦとして顕在化する。引き上げ速度Ｖを調整することによって得られた、ＯＳＦ領域にあるシリコン単結晶をスライスしてウェーハとすることにより、ウェーハ面内にリング状にＯＳＦ領域が分布（リング状のＯＳＦ領域）するウェーハを得ることができる。
また、Ｐ_Ｖ領域は、空孔型点欠陥が優勢な無欠陥領域である。Ｐ_Ｖ領域は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で酸素析出核を含んでおり、熱処理を施した場合、酸素析出核が成長して内部微小欠陥である酸素析出物（ＢＭＤ（bulk micro defect））が発生し易い。
Ｐ_Ｉ領域は、格子間シリコン型点欠陥が優勢な無欠陥領域である。Ｐ_Ｉ領域は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態でほとんど酸素析出核を含んでおらず、熱処理を施してもＢＭＤが発生し難い。

このようなシリコン単結晶における各領域の特性に着目して、ウェーハの特性を向上させる検討がなされている（例えば、特許文献１〜５参照）。

特許文献１には、外周部と保持手段で保持したときにこの保持手段の先端に位置する部分とに、ＯＳＦ領域が存在しないウェーハが開示されている。このようなウェーハにおけるＯＳＦ領域が存在しない部分のＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上の場合、当該ウェーハが保持手段で保持されたときに、スリップ転位の発生が抑制されることが開示されている。
特許文献２，３には、リング状のＯＳＦ領域（以下、「Ｒ−ＯＳＦ領域」と言う場合がある）が存在するウェーハに対する熱処理条件を制御して、ウェーハにおける径方向のＢＭＤ密度を均一化させることが開示されている。また、特許文献２には、外周部のＢＭＤ密度（以下、単に「外周部ＢＭＤ密度」と言う）が１×１０^９個／ｃｍ^３以上のウェーハが開示されているが、特許文献３には、このようなウェーハの開示がない。
特許文献４には、ＣＯＰ領域の大きさをウェーハの面積の８０％以上にして、ウェーハにおける径方向のＢＭＤ密度を均一化させることが開示されている。
特許文献５には、Ｒ−ＯＳＦ領域の半径がウェーハの半径の１／２以上になるようにシリコン単結晶を製造して、ウェーハにおけるボイド欠陥の水素ガスによる欠陥消失効果を深層部まで及ぼすことが開示されている。

特開２００３−２４９５０１号公報 特開２００６−９３６４５号公報 特開２０１３−７４１３９号公報 特開２００２−１８７７９４号公報 特開２０００−１５４０９５号公報

しかしながら、特許文献１，２には、外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上でありスリップ転位の発生を抑制可能なウェーハを、効率良く得られるシリコン単結晶の製造方法が開示されていない。
特許文献３に開示のウェーハでは、外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３未満のためスリップ転位の発生を抑制できない。
特許文献４，５には、外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上であることの開示がなく、スリップ転位の発生を抑制できないおそれがある。

本発明の目的は、シリコンウェーハ表層のボイド欠陥を消去する不活性雰囲気アニール処理（以下、ＡＮ処理と称す）後に外周部のスリップ転位の発生を抑制可能なシリコンウェーハを提供することにある。

本発明のシリコン単結晶の製造方法は、２．８９×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５．３８×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の窒素が含有されたシリコン単結晶をチョクラルスキー法により製造するシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶の外周研削後の直胴部における固化率が９．６％以上の領域でのリング状のＯＳＦ領域の内径が当該直胴部から切り出されたシリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下の範囲内となるように、前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とする。

本発明によれば、外周研削後の直胴部における固化率が９．６％以上の領域でのＲ−ＯＳＦ領域の内径が、当該直胴部から切り出されたシリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下のシリコン単結晶を製造することによって、この条件を満たす領域から、ＡＮ処理後の外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上のシリコンウェーハを効率良く得ることができる。
また、Ｒ−ＯＳＦ領域とＰ_Ｖ領域との境界、つまりＲ−ＯＳＦ領域の外周縁を判別することは困難であり、この境界と比べて判別が容易なＲ−ＯＳＦ領域とＣＯＰ領域との境界、つまりＲ−ＯＳＦ領域の内周縁を判別することで、外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上であり、ＡＮ処理後にスリップ転位の発生を抑制可能なシリコンウェーハを効率良く得ることができる。
なお、ＡＮ処理の具体的な熱処理条件は、Ａｒガス雰囲気下で温度が１１５０℃以上１２５０℃以下、時間が３０分以上１２０分以下である。

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記直胴部における固化率が９３％以下の領域での前記内径が前記範囲内となるように、前記シリコン単結晶を引き上げることが好ましい。

本発明によれば、Ｒ−ＯＳＦ領域の内径制御を行った領域から、ＡＮ処理後に外周部のスリップ転位の発生を抑制可能なシリコンウェーハを効率良く得ることができる。
なお、固化率は、直胴部上端を０％、下端を１００％としたときの値である。

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記内径が前記範囲内となるように予め設定された引き上げ速度で第１のシリコン単結晶を引き上げる第１の引き上げ工程と、前記第１のシリコン単結晶の外周研削後の直胴部における前記ＯＳＦ領域の内径を測定する内径測定工程と、前記内径測定工程で測定された前記内径に基づいて、前記第１の引き上げ工程以降に引き上げられる第２のシリコン単結晶の外周研削後の直胴部における前記内径が前記範囲内となるように、引き上げ速度を設定する速度設定工程と、前記速度設定工程で設定された引き上げ速度で前記第２のシリコン単結晶を引き上げる第２の引き上げ工程とを備えていることが好ましい。

本発明によれば、第１のシリコン単結晶において外周研削後の直胴部におけるＲ−ＯＳＦ領域の内径が、当該直胴部から切り出されたシリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下でなかった領域を、第２のシリコン単結晶において上記範囲内にすることができる。

本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記第１の引き上げ工程および前記第２の引き上げ工程は、前記設定された引き上げ速度に基づき引き上げ駆動部を駆動して前記シリコン単結晶を引き上げるときに、実際の引き上げ速度が前記設定された引き上げ速度に対して±４．１％の範囲内となるように、前記引き上げ駆動部を制御することが好ましい。

本発明によれば、実際の引き上げ速度が設定された引き上げ速度に対して±４．１％の範囲内となるように、引き上げ駆動部を制御することにより、Ｒ−ＯＳＦ領域の内径がシリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下のシリコン単結晶を安定して製造できる。

本発明のシリコン単結晶は、２．８９×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５．３８×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の窒素が含有されたシリコン単結晶であって、外周研削後の直胴部における固化率が９．６％以上の領域でのリング状のＯＳＦ領域の内径が当該直胴部から切り出されたシリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下の範囲内であることを特徴とする。
本発明のシリコンウェーハは、２．８９×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５．３８×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の窒素が含有されたシリコンウェーハであって、
リング状のＯＳＦ領域の内径が当該シリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下の範囲内であり、酸素濃度が１１．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１３．５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下（ＡＳＴＭ Ｆ−１２１（１９７９））であり、外縁から５ｍｍの範囲のＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上であることを特徴とする。

シリコン単結晶における欠陥分布とＶ／Ｇとの関係の一例を示す模式図。 本発明を導くために行った実験１における固化率と引き上げ速度比率との関係を示すグラフ。 前記実験１におけるＲ−ＯＳＦ領域内径比と引き上げ速度比率との関係を示すグラフ。 前記実験１におけるＲ−ＯＳＦ領域内径比とＡＮ処理後の外周部ＢＭＤ密度との関係を示すグラフ。 本発明を導くために行った実験２における昇温レートが１０℃／分の場合の外周部ＢＭＤ密度とスリップ長との関係を示すグラフ。 前記実験２における昇温レートが４℃／分の場合の外周部ＢＭＤ密度とスリップ長との関係を示すグラフ。 本発明を導くために行った実験３における固化率と引き上げ速度比率およびＲ−ＯＳＦ領域内径比との関係を示すグラフ。 本発明を導くために行った実験４におけるＲ−ＯＳＦ領域内径比と引き上げ速度比率との関係を示すグラフ。 本発明の一実施形態に係る単結晶引き上げ装置の概略構成を示す模式図。 前記一実施形態における固化率と設定引き上げ速度比率および許容速度閾値との関係を示すグラフ。 前記単結晶引き上げ装置を用いたシリコン単結晶の製造方法の説明図。 前記一実施形態における速度補正用情報であって、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比と引き上げ速度比率との関係を示すグラフ。

［本発明を導くに至った経緯］
〔実験１：Ｒ−ＯＳＦ領域内径比とシリコン単結晶の引き上げ速度およびＡＮ処理後の外周部ＢＭＤ密度との関係調査〕
窒素濃度が２．８９×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５．３８×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下のシリコン単結晶の製造に際し、図２に実線で示すように、固化率に応じて引き上げ速度を変化させながら、実験例１のシリコン単結晶の直胴部を形成した。ドーパントをボロンにして、電気抵抗率を５Ω・ｃｍ以上２０Ω・ｃｍ以下にした。
なお、図２では、固化率０％のときの引き上げ速度を１．０とした場合の各固化率における引き上げ速度の比率（引き上げ速度比率）を示す。ここで、引き上げ速度とは、移動平均速度である。また、他図においても、「引き上げ速度比率」とは、図２と同様の内容を表す。さらに、図２の破線は、直胴部形成時の一般的な引き上げ速度比率であり、引き上げ速度比率は直胴部全域で一定である。

そして、この実験例１のシリコン単結晶の外周を３ｍｍ〜７ｍｍ程度研削して、その直径を２００ｍｍにした。この後、このシリコン単結晶の直胴部から複数のシリコンウェーハを得て、各シリコンウェーハにおけるＲ−ＯＳＦ領域の内径を以下の方法で調べた。なお、固化率が９．６％以上９３％以下の領域から、シリコンウェーハを得た。

Ｒ−ＯＳＦ領域の内径を調べる際に、まず、シリコンウェーハに対して、１１００℃のウェット酸素雰囲気で２時間の熱処理を実施した。次に、２μｍのライトエッチングを実施してＲ−ＯＳＦ領域を顕在化させ、その内径を調べた。
Ｒ−ＯＳＦ領域内径比（外周研削後の直胴部におけるＲ−ＯＳＦ領域の内径／外周研削後の直胴部から切り出されたシリコンウェーハの直径）と引き上げ速度比率との関係を図３に示す。以下において、「外周研削後の直胴部におけるＲ−ＯＳＦ領域の内径」を、単に「Ｒ−ＯＳＦ領域の内径」と言い、「外周研削後の直胴部から切り出されたシリコンウェーハの直径」を、単に「シリコンウェーハの直径」と言う。
図３に示すように、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比と引き上げ速度比率とには相関があり、引き上げ速度比率が大きく（引き上げ速度が速く）なるほどＲ−ＯＳＦ領域内径比が大きくなり、引き上げ速度比率が小さく（引き上げ速度が遅く）なるほどＲ−ＯＳＦ領域内径比が小さくなることがわかった。

また、上記Ｒ−ＯＳＦ領域の内径調査に用いたシリコンウェーハに隣接する位置からシリコンウェーハを得て、各シリコンウェーハにおけるＡＮ処理後のＢＭＤを以下の方法で調べた。
まず、ＡＮ処理後のシリコンウェーハに対して、７８０℃のドライ酸素雰囲気で３時間の第１熱処理を実施した後、１０００℃のドライ酸素雰囲気で１６時間の第２熱処理をさらに実施した。次に、２μｍのライトエッチングを実施してＢＭＤを顕在化させ、シリコンウェーハの外縁から５ｍｍの範囲のＢＭＤ密度を外周部ＢＭＤ密度として調べた。

Ｒ−ＯＳＦ領域内径比と外周部ＢＭＤ密度との関係を図４に示す。なお、ＯＳＦ調査とＢＭＤ調査とで同じシリコンウェーハを用いることができないため、隣接する２枚のシリコンウェーハのうち一方のＯＳＦ調査結果と他方のＢＭＤ調査結果とを対応させて、図４を作成した。
図４に示すように、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比とＡＮ処理後の外周部ＢＭＤ密度とには相関があり、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が７８％未満の場合と９５％を超える場合、つまりＲ−ＯＳＦ領域の内径がシリコンウェーハの直径の７８％未満の場合と９５％を超える場合、外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３未満になる場合があることがわかった。ここで、酸素濃度は、１１．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１３．５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下（ＡＳＴＭ Ｆ−１２１（１９７９））であった。

Ｒ−ＯＳＦ領域の内径がシリコンウェーハの直径の７８％未満の場合、外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３未満になる理由は、ＢＭＤが発生し難いＰ_Ｉ領域が直胴部の外周部に位置するためと考えられる。また、Ｐ_Ｖ領域が外周部に位置する場合でも、このＰ_Ｖ領域がＰ_Ｉ領域に近く、ＢＭＤが発生し難いためと考えられる。
一方、Ｒ−ＯＳＦ領域の内径がシリコンウェーハの直径の９５％を超える場合、外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３未満になる理由は、外周部にＰ_Ｖ領域が存在しないか、あるいは存在しても狭い範囲のためと考えられる。

〔実験２：ＡＮ処理後の外周部ＢＭＤ密度とスリップ耐性との関係調査〕
実験１で説明した実験例１のシリコン単結晶を製造した。また、図２に破線で示すように、直胴部全体で引き上げ速度比率を一定にしたこと以外は、実験例１と同様の条件で、実験例２のシリコン単結晶を製造した。
そして、実験１と同様に外周研削を行い実験例１，２のシリコン単結晶の直径を２００ｍｍにした後、以下の表１に示す位置から、シリコンウェーハを取得し、ＡＮ処理を行った後、実験１と同様の方法で外周部ＢＭＤ密度を評価した。その結果を表１に示す。

また、外周部ＢＭＤ密度を評価したシリコンウェーハに隣接するシリコンウェーハに対して、ＡＮ処理を行った後スリップ耐性試験を行った。互いに隣接するシリコンウェーハを用いて外周部ＢＭＤ密度評価とスリップ耐性試験とを行った理由は、上記実験１と同様に、同じシリコンウェーハで上記評価と試験とを行うことができないからである。
スリップ耐性試験では、シリコンウェーハの外周部領域をサポートするボート形状を有する横型炉を用いて、熱応力負荷熱処理を行った。熱応力負荷熱処理条件は、投入温度９００℃、昇温レート１０℃／分、１１００℃で３０分間の保持、降温レート２．５℃／分とし、取り出し温度９００℃とした。そして熱処理後のシリコンウェーハをＸ線トポグラフィーで観察し、スリップ転位の長さ（以下、単に「スリップ長」と言う）を評価した。また、昇温レートを４℃／分としたこと以外は、上述の条件で熱応力負荷熱処理を行い、スリップ長を評価した。当該試験条件は、強制的にスリップを発生させる条件であり、製品の品質保証検査の条件ではない。
それらの結果を表１に示す。また、昇温レートが１０℃／分の場合の外周部ＢＭＤ密度とスリップ長との関係を図５に、昇温レートが４℃／分の場合の上記関係を図６に示す。

表１、図５，６に示すように、外周部ＢＭＤ密度は、実験例１では１×１０^９個／ｃｍ^３以上であり、実験例２では１×１０^９個／ｃｍ^３未満であった。
スリップ長は、昇温レートが１０℃／分の場合、実験例１では９．７ｍｍ以下であり、実験例２では１３．５ｍｍ以上であった。昇温レートが４℃／分の場合、実験例１では８．７ｍｍ以下であり、実験例２では９．２ｍｍ以上であった。
外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上となるようにシリコン単結晶を製造することで、スリップ耐性が高いシリコンウェーハを得られることがわかった。

実験１，２の結果から、Ｒ−ＯＳＦ領域の内径がシリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下のシリコン単結晶を製造することで、この条件を満たす領域から、ＡＮ処理後の外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上であって、スリップ転位の発生を抑制可能なシリコンウェーハを効率良く得ることができることがわかった。

〔実験３：直胴部の固化率と引き上げ速度比率およびＲ−ＯＳＦ領域内径比との関係調査〕
図３に示すような、実験１で得られたＲ−ＯＳＦ領域内径比と引き上げ速度比率との関係に基づいて、直胴部の長さ方向全域においてＲ−ＯＳＦ領域の内径がシリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下となるような引き上げ速度比率を、図７に実線で示すように設定した。以下、この実線で示す引き上げ速度比率を設定引き上げ速度比率と言う。
そして、この設定引き上げ速度比率で実験例３のシリコン単結晶を製造した。なお、窒素濃度、ドーパント、電気抵抗率は実験１と同様の条件にした。
また、実際の引き上げ速度比率を図７に破線で示す。
図７に破線で示すように、実際の引き上げ速度比率は、若干のばらつきはあるものの、設定引き上げ速度比率とほぼ同じにすることができた。

次に、設定引き上げ速度比率に基づく制御で得られた実験例３のシリコン単結晶に対し、実験１と同様に外周研削を行い、その直径を２００ｍｍにした後、複数の固化率に対応する位置から、シリコンウェーハを取得した。そして、実験１と同様の方法で、このシリコンウェーハのＲ−ＯＳＦ領域の内径と外径とを評価した。
固化率に対応するＲ−ＯＳＦ領域の範囲を、図７に設定引き上げ速度比率よりも太い縦の実線で示す。なお、Ｒ−ＯＳＦ領域の範囲を示す実線の下端がＲ−ＯＳＦ領域内径比を表し、上端がＲ−ＯＳＦ領域外径比（外周研削後の直胴部におけるＲ−ＯＳＦ領域の外径／シリコンウェーハの直径）を表す。

図７に示すように、固化率が９．６％未満の領域では、引き上げ速度比率が安定せず、固化率が９３％を超える領域では、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が９５％を超える領域が多くなることがわかった。
直胴部の固化率が９．６％未満の領域で上記現象が発生する理由は、肩部から直胴部への移行期からの経過時間が短いため、引き上げ速度が安定しないためと考えられる。
また、直胴部の固化率が９３％を超える領域で上記現象が発生する理由は、偏析現象で窒素が高濃度化してＲ−ＯＳＦ領域の幅が広がるためと考えられる。
以上のことから、固化率が９．６％未満の領域や９３％を超える領域では、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比を７８％以上９５％以下に制御することが困難であることがわかった。

〔実験４：引き上げ速度の許容速度閾値調査〕
実験１で説明した実験例１のシリコン単結晶を製造した。次に、シリコン単結晶の外周研削を行い、その直径を２００ｍｍにした後、固化率が９．６％以上９３％以下の領域からシリコンウェーハを取得した。そして、実験１と同様の方法で、これらのシリコンウェーハのＲ−ＯＳＦ領域の内径を評価した。
Ｒ−ＯＳＦ領域内径比と引き上げ速度比率との関係を図８に示す。

次に、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比と引き上げ速度比率との近似式を求め、この近似式からＲ−ＯＳＦ領域内径比が７８％となる引き上げ速度比率の下限値Ｖ１と、９５％となる引き上げ速度比率の下限値Ｖ２とを求めた。Ｖ１は０．７０、Ｖ２は０．７６であった。そして、Ｖ１とＶ２との平均値ＶＡを求め、ＶＡに対するＶＡとＶ１（またはＶ２）との差分を、引き上げ速度比率の許容速度閾値ＶＢとして求めた。差分は０．０３であり、許容速度閾値ＶＢは４．１％であった。

上述のように許容速度閾値ＶＢを求め、実際の引き上げ速度（比率）が設定された引き上げ速度（比率）に対して±４．１％の範囲内となるように、引き上げ駆動部を制御することにより、Ｒ−ＯＳＦ領域の内径がシリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下のシリコン単結晶を安定して製造できると考えられる。

［実施形態］
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
〔単結晶引き上げ装置の構成〕
図９に示すように、単結晶引き上げ装置１は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）に用いられる装置であって、引き上げ装置本体２と、メモリ３と、制御部４とを備えている。
引き上げ装置本体２は、チャンバ２１と、このチャンバ２１内の中心部に配置された坩堝２２と、この坩堝２２を加熱する加熱部２３と、断熱筒２４と、引き上げ部２５と、熱遮蔽体２６とを備えている。

チャンバ２１の上部には、Ａｒガスなどの不活性ガスをチャンバ２１内に導入するガス導入口２１Ａが設けられている。チャンバ２１の下部には、図示しない真空ポンプの駆動により、チャンバ２１内の気体を排出するガス排気口２１Ｂが設けられている。
チャンバ２１内には、制御部４の制御により、チャンバ２１上部のガス導入口２１Ａから、不活性ガスが所定のガス流量で導入される。そして、導入されたガスが、チャンバ２１下部のガス排気口２１Ｂから排出されることで、不活性ガスがチャンバ２１内の上方から下方に向かって流れる構成となっている。

坩堝２２は、シリコンウェーハの原料である多結晶のシリコンを融解し、シリコン融液Ｍとするものである。坩堝２２は、所定の速度で回転および昇降が可能な支持軸２７に支持されている。坩堝２２は、有底円筒形状の石英坩堝２２１と、この石英坩堝２２１を収納する炭素素材製の支持坩堝２２２とを備えている。

加熱部２３は、坩堝２２の周囲に配置されており、坩堝２２内のシリコンを融解する。
断熱筒２４は、坩堝２２および加熱部２３を取り囲むように配置されている。
引き上げ部２５は、一端に種結晶ＳＣが取り付けられる引き上げケーブル２５１と、この引き上げケーブル２５１を昇降および回転させる引き上げ駆動部２５２とを備えている。引き上げ部２５は、引き上げケーブル２５１に取り付けられた種結晶ＳＣを坩堝２２内のドーパント添加融液ＭＤに着液した後、引き上げ駆動部２５２により所定方向に回転させつつ引き上げることにより、シリコン単結晶ＳＭを引き上げる。
熱遮蔽体２６は、加熱部２３から上方に向かって放射される輻射熱を遮断する。

メモリ３には、チャンバ２１内のガス流量や炉内圧、加熱部２３による坩堝２２の加熱温度、坩堝２２やシリコン単結晶ＳＭの回転数など、シリコン単結晶ＳＭの製造に必要な各種情報を記憶している。
また、メモリ３には、シリコン単結晶ＳＭの引き上げ速度情報が記憶されている。引き上げ速度情報は、図１０に示すような直胴部の固化率と設定引き上げ速度比率との関係を表す。
設定引き上げ速度比率は、固化率が９．６％以上９３％以下の領域において、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が７８％以上９５％以下となる部分がなるべく多くなるように設定されている。

制御部４は、メモリ３に記憶された情報や作業者の設定入力などに基づいて、シリコン単結晶ＳＭを製造する。

〔シリコン単結晶の製造方法〕
次に、シリコン単結晶ＳＭの製造方法について説明する。
本実施形態では、直胴部全体の窒素濃度が２．８９×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５．３８×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、ドーパントがボロン、電気抵抗率が５Ω・ｃｍ以上２０Ω・ｃｍ以下、外周研削後の直胴部ＳＭ３の直径が２００ｍｍとなるようなシリコン単結晶ＳＭを製造する場合を例示する。

なお、直胴部ＳＭ３の外周研削後の直径は、３００ｍｍ、４５０ｍｍなど他の大きさであってもよい。
また、メモリ３には、直胴部から切り出されるシリコンウェーハの直径や長さなどに対応して、それぞれ異なるプロファイルの引き上げ速度情報が記憶されていることが好ましい。

まず、単結晶引き上げ装置１の制御部４は、シリコン単結晶ＳＭの製造条件、例えば加熱温度、Ａｒ流量、炉内圧、坩堝２２やシリコン単結晶ＳＭの回転数などを設定する。
次に、制御部４は、図１１に示すように、引き上げ工程Ｓ１を行う。この引き上げ工程Ｓ１は、引き上げ準備工程ＴＰ１と、引き上げ実施工程ＴＰ２とを備えている。
引き上げ準備工程ＴＰ１は、坩堝２２を加熱することで、当該坩堝２２内のポリシリコン素材（シリコン原料）およびドーパントを融解させるとともに窒素をドープし、ドーパント添加融液ＭＤを生成する。その後、制御部４は、ガス導入口２１Ａからチャンバ２１内にＡｒガスを所定の流量で導入するとともに、チャンバ２１内の圧力を減圧して、チャンバ２１内を減圧下の不活性雰囲気に維持する。

次に、制御部４は、引き上げ実施工程ＴＰ２を行う。この引き上げ実施工程ＴＰ２は、種結晶ＳＣをドーパント添加融液ＭＤに着液する着液工程と、ネック部ＳＭ１を形成するネック部形成工程と、肩部ＳＭ２を形成する肩部形成工程と、直胴部ＳＭ３を形成する直胴部形成工程と、図示しないテール部を形成するテール部形成工程と、シリコン単結晶ＳＭを冷却する冷却工程と、シリコン単結晶ＳＭをチャンバ２１から取り出す取り出し工程とを備えている。

引き上げ準備工程ＴＰ１の期間は、後述するように設定引き上げ速度比率を補正しても、シリコン単結晶ＳＭの品質に影響を及ぼさない補正可能期間である。
引き上げ実施工程ＴＰ２の期間は、設定引き上げ速度比率を補正した場合、シリコン単結晶ＳＭの品質に影響を及ぼす補正不可能期間である。

制御部４は、１本目のシリコン単結晶ＳＭの製造時における直胴部形成工程では、図１０に示す各固化率の設定引き上げ速度比率に基づいて、引き上げ駆動部２５２を駆動してシリコン単結晶ＳＭを引き上げるとともに、実際の引き上げ速度比率が図１０の設定引き上げ速度比率となるように、引き上げ駆動部２５２を制御する。この引き上げの際、実際の引き上げ速度比率が、図１０に一点鎖線で示す許容速度閾値の範囲を超えないように引き上げ駆動部２５２を制御してもよい。許容速度閾値は、各固化率の設定引き上げ速度比率に対して±４．１％の値に設定されていることが好ましい。なお、実際の引き上げ速度比率が許容速度閾値の範囲を超えないようにする制御は、作業者による手動制御であってもよいし、制御部４による自動制御であってもよい。
その後、制御部４は、取り出し工程が終わってから所定時間経過後に、次のシリコン単結晶ＳＭの製造を開始する。
なお、連続して製造される２本のシリコン単結晶ＳＭのうち、前のシリコン単結晶ＳＭが第１のシリコン単結晶に相当し、後のシリコン単結晶ＳＭが第２のシリコン単結晶に相当する。また、第１のシリコン単結晶の引き上げ工程Ｓ１が第１の引き上げ工程に相当し、第２のシリコン単結晶の引き上げ工程Ｓ１が、第２の引き上げ工程に相当する。

ここで、実際の引き上げ速度比率が、設定引き上げ速度比率となるように、あるいは設定引き上げ速度比率に対する±４．１％の範囲内となるように、引き上げ駆動部２５２を制御したにもかかわらず、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が７８％以上９５％以下にならない場合がある。例えば、チャンバ２１のホットゾーンや坩堝２２の劣化があった場合である。
そこで、以下のＯＳＦ評価工程Ｓ２を行い、２本目のシリコン単結晶の設定引き上げ速度比率を必要に応じて補正する。

ＯＳＦ評価工程Ｓ２では、まず、シリコン単結晶ＳＭから直胴部ＳＭ３を切り出し、この直胴部ＳＭ３の直径が所望の大きさ（本実施形態では２００ｍｍ）となるように外周研削を行う。
次に、直胴部ＳＭ３から複数の円柱ブロックを取得する。この際、固化率が９．６％未満の領域と、９３％を超える領域とが含まれていない円柱ブロックを取得する。円柱ブロックの長さに特に制限はないが、後述するスライス工程で使用するワイヤソーのスライス能力などに応じて選択することが好ましい。例えば、円柱ブロックの長さとしては、１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下が例示できる。

次に、円柱ブロックの両端から評価用ウェーハを切り出し、各評価用ウェーハに対し、実験１においてＲ−ＯＳＦ領域の内径を調べる際に行った熱処理とライトエッチングとを行い、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比を求める（内径測定工程）。
この後、各評価用ウェーハのＲ−ＯＳＦ領域内径比が７８％以上９５％以下（以下、本実施形態において「合格範囲」と言う）か否かを判定し、両方とも合格範囲内の場合、この評価用ウェーハを取得した円柱ブロックを次の製品化工程Ｓ３に送る。なお、以下において、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が合格範囲内の評価用ウェーハを「合格ウェーハ」、合格範囲外の評価用ウェーハを「不合格ウェーハ」と言う。
一方、少なくとも一方の評価用ウェーハが不合格ウェーハの場合、円柱ブロックにおける不合格ウェーハ取得位置よりも内側から、次の評価用ウェーハを取得して、この評価用ウェーハが合格ウェーハか否かを判定する（以下、「追い込み処理」と言う）。そして、不合格ウェーハの場合、追い込み処理を再度行い、合格ウェーハの場合、残った円柱ブロックを次の製品化工程Ｓ３に送る。

次に、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比の評価結果に基づいて、設定引き上げ速度比率を必要に応じて補正する（速度設定工程）。
Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が７８％未満の場合、不合格ウェーハに対応する固化率の設定引き上げ速度比率を大きく（引き上げ速度を速く）し、９５％を超えている場合、不合格ウェーハに対応する固化率の設定引き上げ速度比率を小さく（引き上げ速度を遅く）する。一方、合格ウェーハに対応する固化率の設定引き上げ速度比率を補正しない。

具体的には、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が７８％未満の場合、速度補正用情報である以下の式（１）に基づいて、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比から実際の引き上げ速度比率を求める。この式（１）は、図３に示すＲ−ＯＳＦ領域内径比と引き上げ速度比率との関係を近似式で表したものであり、図１２に示す近似直線を表す。
Ａ＝０．００４×Ｂ＋０．３９３ … （１）
Ａ：引き上げ速度比率
Ｂ：Ｒ−ＯＳＦ領域内径比（％）

Ｒ−ＯＳＦ領域内径比を合格範囲内に入れるためには、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比の狙い値を合格範囲の中央にすることが好ましい。
そこで、次に、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が８６．５％（合格範囲の上限値（９５％）と下限値（７８％）との中央の値）となる引き上げ速度比率を式（１）に基づき求め、この求めた引き上げ速度比率から実際の引き上げ速度比率を減じて得られる差を補正量として求める。そして、２本目のシリコン単結晶ＳＭ製造時における不合格ウェーハに対応する固化率の設定引き上げ速度比率に補正量を加える。
例えば、不合格ウェーハのＲ−ＯＳＦ領域内径比が７０％の場合、実際の引き上げ速度比率は、式（１）から０．６７３となる。式（１）のＲ−ＯＳＦ領域内径比に８６．５％を代入すると０．７３９が得られることから、補正量は０．０６６（＝０．７３９−０．６７３）となる。この不合格ウェーハの固化率の設定引き上げ速度比率が０．７５の場合、当該固化率における設定引き上げ速度比率を０．７５から０．８１６に補正する。
なお、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比を合格範囲内に入れるために、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比の狙い値を合格範囲の中央にしたが、合格範囲内の中央以外の値にしてもよい。

一方、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が９５％を超える場合、式（１）を用いずに、不合格ウェーハの固化率における設定引き上げ速度比率を所定量小さくする。この際、補正量が小さすぎると、２本目のシリコン単結晶ＳＭにおける評価用ウェーハのＲ−ＯＳＦ領域内径比が９５％を超えたままとなり、補正量が大きすぎると、７８％未満となる可能性があることから、補正量は、０．０５以上０．１５以下とすることが好ましい。

また、上記補正に際し、不合格ウェーハと合格ウェーハまたは不合格ウェーハとに対応する固化率の設定引き上げ速度比率を、直線的や曲線的あるいは段階的に結ぶように、設定引き上げ速度比率全体を補正することが好ましい。
例えば、図１０に二点鎖線で示すように、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が７８％未満であった不合格ウェーハＷ２に対応する固化率の補正後の設定引き上げ速度比率と、合格ウェーハＷ１に対応する固化率の未補正の設定引き上げ速度比率とを結ぶように、設定引き上げ速度比率全体を補正する。

このようなＯＳＦ評価工程Ｓ２は、２本目のシリコン単結晶ＳＭの補正可能期間（引き上げ準備工程ＴＰ１）内に終了する。このため、ＯＳＦ評価工程Ｓ２の処理結果に基づいて、２本目のシリコン単結晶ＳＭの引き上げ工程Ｓ１における設定引き上げ速度比率を補正しても、品質に悪影響を及ぼすことなく、２本目のシリコン単結晶ＳＭにおけるＲ−ＯＳＦ領域内径比が７８％以上９５％以下の領域を増やすことができる。
また、このような設定引き上げ速度比率の補正を繰り返すことによって、直胴部における固化率が９．６％以上９３％以下の領域全体において、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比を７８％以上９５％以下の範囲内とすることができる。
なお、２本目以降のシリコン単結晶ＳＭの製造において、直胴部形成工程は、ＯＳＦ評価工程Ｓ２の結果に基づいて直前のシリコン単結晶ＳＭ製造時と異なる条件で行う場合があるが、直胴部形成工程以外の工程は、１本目と同じ条件で行う。

ＯＳＦ評価工程Ｓ２を行った後、製品化工程Ｓ３を行う。
製品化工程Ｓ３では、製品化対象の円柱ブロックをワイヤソーでスライスして、鏡面研磨などを行って、製品用のシリコンウェーハを製造する。
この製品化工程Ｓ３で製造されたシリコンウェーハは、２．８９×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５．３８×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の窒素が含有され、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が７８％以上９５％以下となる。このようなシリコンウェーハは、外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上となり、ＡＮ処理後にスリップ転位が発生し難いという特性を有する。

製品化工程Ｓ３の後、ＢＭＤ評価工程Ｓ４を行う。
ＢＭＤ評価工程Ｓ４は、製品用のシリコンウェーハに対する抜き取り評価であって、実験１においてＢＭＤを調べる際に行った熱処理とライトエッチングとを行い、外周部ＢＭＤ密度を求める。
仮に、ＢＭＤ評価工程Ｓ４において外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３未満という結果が出て、設定引き上げ速度比率を補正する場合、ＢＭＤ評価工程Ｓ４が、２本目のシリコン単結晶ＳＭの引き上げ工程Ｓ１終了後、かつ、３本目のシリコン単結晶ＳＭの補正可能期間経過後に終了するため、４本目のシリコン単結晶ＳＭの引き上げ工程Ｓ１における設定引き上げ速度比率を補正することになる。このため、２本目、３本目のシリコン単結晶ＳＭにおいて、ＡＮ処理後の外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３未満となる領域が多くなってしまい、シリコンウェーハの生産率が低下してしまうおそれがある。
本実施形態では、１本目のシリコン単結晶ＳＭに対するＯＳＦ評価工程Ｓ２の結果に基づいて、２本目のシリコン単結晶ＳＭにおける設定引き上げ速度比率を補正するため、ＢＭＤ評価工程Ｓ４後に設定引き上げ速度比率を補正する場合と比べて、シリコンウェーハの生産率を向上できる。

〔実施形態の作用効果〕
上記実施形態によれば、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比が７８％以上９５％以下のシリコン単結晶を製造するため、この条件を満たす領域から、ＡＮ処理後の外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上のシリコンウェーハを効率良く得ることができる。特に、Ｒ−ＯＳＦ領域の外周縁と比べて判別が容易なＲ−ＯＳＦ領域の内周縁を判別することで、ＡＮ処理後の外周部ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上であり、スリップ転位の発生を抑制可能なシリコンウェーハを効率良く得ることができる。

また、固化率が９．６％以上９３％以下の領域でのＲ−ＯＳＦ領域内径比が７８％以上９５％以下となるように、設定引き上げ速度比率を設定しているため、Ｒ−ＯＳＦ領域の内径制御が容易な領域から、ＡＮ処理後の外周部のスリップ転位を抑制可能なシリコンウェーハを効率良く得ることができる。

また、実際の引き上げ速度比率が設定引き上げ速度比率に対して±４．１％の範囲内となるように、引き上げ駆動部２５２を制御することにより、Ｒ−ＯＳＦ領域内径比がシリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下のシリコン単結晶を安定して製造できる。

［変形例］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
例えば、ＯＳＦ評価工程Ｓ２が２本目のシリコン単結晶ＳＭの補正可能期間内に終了しない場合には、３本目のシリコン単結晶ＳＭの補正可能期間に設定引き上げ速度比率を補正してもよい。このような場合でも、ＢＭＤ評価工程Ｓ４後に設定引き上げ速度比率を補正する場合と比べて、生産率の低下を抑制できる。
また、許容速度閾値ＶＢは４．１％未満でもよいし、許容速度閾値ＶＢを設定せずに設定引き上げ速度比率となるように引き上げ駆動部２５２を制御してもよい。

２５２…引き上げ駆動部、ＳＭ…シリコン単結晶、ＳＭ３…直胴部。

Claims (2)

1. ２．８９×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５．３８×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の窒素が含有されたシリコンウェーハであって、
   リング状のＯＳＦ領域の内径が当該シリコンウェーハの直径の７８％以上９５％以下の範囲内であり、
   酸素濃度が１１．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１３．５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下（ＡＳＴＭ Ｆ−１２１（１９７９））であり、
   外縁から５ｍｍの範囲のＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上であることを特徴とするシリコンウェーハ。
2. 請求項１に記載のシリコンウェーハにおいて、
   電気抵抗率が５Ω・ｃｍ以上２０Ω・ｃｍ以下であることを特徴とするシリコンウェーハ。

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