JP5381558B2 - シリコン単結晶の引上げ方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）によりシリコン単結晶を引上げる方法に関する。更に詳しくは、るつぼに貯留されたシリコン融液に種結晶を浸漬して回転させながら、いわゆる grown-in 欠陥と呼ばれる、結晶に起因したパーティクル（Crystal Originated Particle、以下、ＣＯＰという。）及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶を引上げる方法に関するものである。

近年、半導体集積回路を製造する工程において、結晶固化時に取り込まれる、grown-in欠陥と呼ばれるＣＯＰや転位クラスタに起因する欠陥のデバイス特性への影響が挙げられている。ＣＯＰは、結晶固化時に結晶に取り込まれる過剰な空孔（Vacancy）型の点欠陥の凝集体として形成され、鏡面研磨後のシリコンウェーハをアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄したときにウェーハ表面に出現する結晶に起因したピットである。このウェーハをパーティクルカウンタで測定すると、このピットも本来のパーティクルとともに光散乱欠陥として検出される。このＣＯＰは電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性（Time Dependent dielectric Breakdown、ＴＤＤＢ）、酸化膜耐圧特性（Time Zero Dielectric Breakdown、ＴＺＤＢ）等を劣化させる原因となる。またＣＯＰがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そして素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品の歩留まりを低くする。転位クラスタは、過剰な格子間（Interstitial）型シリコン原子の凝集体として形成され、侵入型転位（Interstitial-type Large Dislocation）とも呼ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハをフッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬するとピットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。この転位クラスタも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーション特性等を劣化させる原因となる。以上のことから、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからＣＯＰ及び転位クラスタを減少させることが必要となっている。

上記ＣＯＰ及び転位クラスタを形成させない無欠陥のシリコン単結晶を引上げる方法として、インタースチシャル固まりを防止することができるように十分に高い引上げ速度プロファイルであって、ベーカンシー固まりをインゴットの軸方向に沿ってベーカンシー豊富領域内に制限させることができるように十分に低い引上げ速度プロファイルで、ホットゾーン炉内のシリコン融液からインゴットを軸方向に引上げる工程を含むシリコンインゴットの製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このシリコンインゴットの製造方法では、引上げ工程に先行して、インゴットとシリコン融液との接触面でベーカンシー固まりを防止するために維持されなければならない、シリコン融液表面での温度勾配Ｇに対するインゴットの引上げ速度ｖの第１臨界比(ｖ／Ｇ)₁を決定する工程と、インゴットとシリコン融液との接触面でベーカンシー固まりをインゴットの中央にあるベーカンシー豊富領域内に制限するために超えない、シリコン融液表面での温度勾配Ｇに対するインゴットの引上げ速度ｖの第２臨界比(ｖ／Ｇ)₂を決定する工程と、インゴットをシリコン融液から引上げるときにシリコン融液表面での温度勾配Ｇに対するインゴットの引上げ速度ｖの比ｖ／Ｇが上記第１臨界比(ｖ／Ｇ)₁以上かつ第２臨界比(ｖ／Ｇ)₂以下に維持される引上げ速度プロファイルを決定する工程とが遂行される。また引上げ工程の後に、引上げられたインゴットを複数のセミ−パーフェクトウェーハにスライスする工程が遂行される。

このスライスされたウェーハは、その中央に形成されたベーカンシー豊富領域と、ウェーハ周縁とベーカンシー豊富領域の周縁との間に形成された無欠陥領域とを有する。即ち、上記決定された引上げ速度プロファイルに基づいて、実際に所定のホットゾーン内でインゴットをシリコン融液から引上げた後に、この引上げられたインゴットを軸に直交する方向にスライスしてシリコンウェーハを作製することにより、その中央にベーカンシー豊富領域が形成されかつウェーハ周縁とベーカンシー豊富領域周縁との間に無欠陥領域が形成されたセミ−パーフェクトのシリコンウェーハが得られる。

特開平１１−１３９３号公報（請求項１、請求項３、段落［００５７］、段落［００６６］、図２、図３）

しかし、上記従来の特許文献１に示されたシリコンインゴットの製造方法では、上記決定された引上げ速度プロファイルに基づいて、実際に所定のホットゾーン内でインゴットをシリコン融液から引上げると、第１臨界比(ｖ／Ｇ)₁と第２臨界比(ｖ／Ｇ)₂との差が比較的大きいため、シリコン単結晶の引上げ方向全域にわたって欠陥の少ないシリコン単結晶を引上げることができても、その欠陥のバラツキが比較的大きくなる問題点があった。

本発明の目的は、引上げ方向全域にわたって欠陥が少なくかつこの欠陥のバラツキが少ないシリコン単結晶を引上げることができる、シリコン単結晶の引上げ方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、安定した品質を保ちつつＣＯＰ及び転位クラスタの無いシリコン単結晶を順次引上げることができる、シリコン単結晶の引上げ方法を提供することにある。

本発明の第１の観点は、チャンバに収容されたるつぼにシリコン融液を貯留し、このシリコン融液に種結晶を浸漬して回転させながらＣＯＰ及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶を引上げる方法において、ＣＯＰ及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶を引上げるための上限引上げ速度及び下限引上げ速度をそれぞれｖ_A及びｖ_Bとし、ＣＯＰ及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶を引上げるための引上げ速度の速度マージンを（ｖ_A−ｖ_B）とするとき、シリコン単結晶の引上げバッチ毎に速度マージンの中央値（ｖ_A＋ｖ_B）／２を目標引上げ速度として実際の引上げ速度をフィードバックしながらシリコン単結晶を順次引上げ、シリコン単結晶内で空孔が過剰な領域であってＣＯＰが発生する領域を［Ｖ］領域とし、シリコン単結晶内で格子間シリコンが過剰な領域であって転位クラスタが発生する領域を［Ｉ］領域とし、［Ｖ］領域に隣接しＯＳＦ核を含みかつ熱酸化によりＯＳＦが発生する領域を［ＯＳＦ］領域とし、［ＯＳＦ］領域に隣接しＣＯＰ及び転位クラスタが存在せずかつ酸素析出評価熱処理を施したときに酸素析出物の発生し易い領域を［Ｐ _V ］領域とし、［Ｐ _V ］領域に隣接しＣＯＰ及び転位クラスタが存在せずかつ酸素析出評価熱処理を施しても酸素析出物の発生し難い領域を［Ｐ _I ］領域とし、［Ｐ _I ］領域と［Ｉ］領域との間に位置し酸素析出評価熱処理を施したときに酸素析出物がはき出されて顕在化する領域を［Ｉ−Ｐ _I ］領域とするとき、［ＯＳＦ］領域の発生時にこの［ＯＳＦ］領域の直径Ｄ _OSF を測定し、［Ｐ _V ］領域の発生時にこの［Ｐ _V ］領域の直径Ｄ _PV を測定し、［Ｐ _I ］領域の発生時にこの［Ｐ _I ］領域の直径Ｄ _PI を測定し、［Ｉ−Ｐ _I ］領域の発生時にこの［Ｉ−Ｐ _I ］領域の直径Ｄ _I-PI を測定し、直径Ｄ _OSF 、Ｄ _PV 、Ｄ _PI 及びＤ _I-PI のうち発生した領域の直径を引上げ速度に換算し、この引上げ速度をシリコン単結晶の引上げ条件にフィードバックすることを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法である。

本発明の第２の観点は、チャンバに収容されたるつぼにシリコン融液を貯留し、このシリコン融液に種結晶を浸漬して回転させながらＣＯＰ及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶を引上げる方法において、シリコン単結晶内で空孔が過剰な領域であってＣＯＰが発生する領域を［Ｖ］領域とし、シリコン単結晶内で格子間シリコンが過剰な領域であって転位クラスタが発生する領域を［Ｉ］領域とし、［Ｖ］領域に隣接しＯＳＦ核を含みかつ熱酸化によりＯＳＦが発生する領域を［ＯＳＦ］領域とし、［ＯＳＦ］領域に隣接しＣＯＰ及び転位クラスタが存在せずかつ酸素析出評価熱処理を施したときに酸素析出物の発生し易い領域を［Ｐ_V］領域とし、［Ｐ_V］領域に隣接しＣＯＰ及び転位クラスタが存在せずかつ酸素析出評価熱処理を施しても酸素析出物の発生し難い領域を［Ｐ_I］領域とし、［Ｐ_I］領域と［Ｉ］領域との間に位置し酸素析出評価熱処理を施したときに酸素析出物がはき出されて顕在化する領域を［Ｉ−Ｐ_I］領域とするとき、［ＯＳＦ］領域の発生時にこの［ＯＳＦ］領域の直径Ｄ_OSFを測定し、［Ｐ_V］領域の発生時にこの［Ｐ_V］領域の直径Ｄ_PVを測定し、［Ｐ_I］領域の発生時にこの［Ｐ_I］領域の直径Ｄ_PIを測定し、［Ｉ−Ｐ_I］領域の発生時にこの［Ｉ−Ｐ_I］領域の直径Ｄ_I-PIを測定し、直径Ｄ_OSF、Ｄ_PV、Ｄ_PI及びＤ_I-PIのうち発生した領域の直径を引上げ速度に換算し、全ての領域が［Ｐ_V］領域及び［Ｐ_I］領域からなる引上げ速度を目標引上げ速度に設定し、シリコン単結晶の引上げバッチ毎に実際の引上げ速度を目標引上げ速度となるようにフィードバックしながらシリコン単結晶を順次引上げることを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法である。

本発明の第３の観点は、第２の観点に基づく発明であって、更に［Ｐ_I］領域が［Ｐ_V］領域及び［Ｐ_I］領域の合計領域に対して５０％以上となるように目標引上げ速度が設定されることを特徴とする。

本発明の第１の観点のシリコン単結晶の引上げ方法では、シリコン単結晶の引上げ時に、シリコン単結晶の引上げバッチ毎に速度マージンの中央値（ｖ_A＋ｖ_B）／２を目標引上げ速度として実際の引上げ速度をフィードバックしながらシリコン単結晶を順次引上げるので、引上げ方向全域にわたって、欠陥が少なくかつこの欠陥のバラツキが少ないシリコン単結晶を引上げることができる。

また本発明の第１の観点のシリコン単結晶の引上げ方法では、シリコン単結晶の引上げ時に、発生し得る全ての欠陥領域の発生径をシリコン単結晶の引上げ速度に換算して、この引上げ速度をフィードバックするので、ＣＯＰ及び転位クラスタが無い複数本のシリコン単結晶を安定した歩留まりで順次引上げることができる。換言すれば、シリコン単結晶の引上げ時に、各欠陥領域の発生径に対して、シリコン単結晶の引上げ速度を最適な時期に細かく調整することにより、順次引上げられるシリコン単結晶のバッチ間の品質を安定させることができ、量産されるシリコン単結晶の歩留まりを向上できる。

本発明の第２の観点のシリコン単結晶の引上げ方法では、全ての領域が空孔型点欠陥が優勢な［Ｐ_V］領域及び格子間型シリコンが優勢な［Ｐ_I］領域からなる引上げ速度を目標引上げ速度に設定し、シリコン単結晶の引上げバッチ毎に実際の引上げ速度を目標引上げ速度となるようにフィードバックしながらシリコン単結晶を順次引上げるので、酸素析出評価熱処理を施したときに発生する［ＯＳＦ］領域や、酸素析出評価熱処理を施したときに酸素析出物がはき出されて顕在化する［Ｉ−Ｐ_I］領域を含まず、引上げ方向全域にわたって、より欠陥が少なくかつこの欠陥のバラツキが少ないシリコン単結晶を引上げることができるとともに、上記と同様に順次引上げられるシリコン単結晶のバッチ間の品質を安定させることができ、量産されるシリコン単結晶の歩留まりを向上できる。

本発明の第３の観点のシリコン単結晶の引上げ方法では、［Ｐ_I］領域が［Ｐ_V］領域及び［Ｐ_I］領域の合計領域に対して５０％以上となるように目標引上げ速度を設定したので、酸素析出評価熱処理を施しても酸素析出物の発生し難い［Ｐ_I］領域が酸素析出評価熱処理を施したときに酸素析出物の発生し易い［Ｐ_V］領域と同等かそれ以上となる。この結果、引上げ方向全域にわたって、更に欠陥が少なくかつこの欠陥のバラツキが少ないシリコン単結晶を引上げることができる。

本発明実施形態のシリコン単結晶の引上げ方法に用いられる装置の縦断面構成図である。 速度変量試験後に縦割りにしたシリコン単結晶中の点欠陥分布を示す図である。 図２の（１）〜（７）の位置でスライスしたシリコンウェーハの点欠陥分布を示す図である。 速度変量試験時の引上げ速度の変化を示す図である。 （ａ）は速度変量試験後にシリコン単結晶を縦割りにしている状態を示す斜視図であり、（ｂ）は縦割りにして得られたシリコンウェーハを示す斜視図である。 第１の実施の形態及び実施例１を示す図であり、（ａ）は１本の量産用のシリコン単結晶を引上げるときの目標引上げ速度及び実際の引上げ速度の変化を示す図であり、（ｂ）は速度変量試験時の引上げ速度の変化を示す図であり、（ｃ）は速度変量試験後に縦割りにしたシリコン単結晶中の点欠陥分布を示す図である。 第１実施形態及び実施例１の方法でシリコン単結晶を引上げたときの前半の動作を示すフローチャート図である。 第１実施形態及び実施例１の方法でシリコン単結晶を引上げたときの後半の動作を示すフローチャート図である。 図８の『※１』から『※２』までの具体的な動作の前半部分を示すフローチャート図である。 図８の『※１』から『※２』までの具体的な動作の後半部分を示すフローチャート図である。 本発明第２実施形態のシリコン単結晶中の点欠陥分布を示す図２に対応する図である。 図１１の（１）〜（６）の位置でスライスしたシリコンウェーハの点欠陥分布を示す図である。 本発明第３実施形態のシリコン単結晶中の点欠陥分布を示す図２に対応する図である。 本発明第４実施形態のシリコン単結晶中の点欠陥分布を示す図２に対応する図である。 本発明第５実施形態のシリコン単結晶中の点欠陥分布を示す図２に対応する図である。 本発明第６実施形態のシリコン単結晶中の点欠陥分布を示す図２に対応する図である。 実施例１を示す図であり、（ａ）は実際の引上げ速度で引上げたときに輪切りにしたウェーハの欠陥分布を示す図であり、（ｂ）は目標引上げ速度で引上げたときに輪切りにしたウェーハの欠陥分布を示す図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、シリコン単結晶１１の引上げ装置は、内部を真空可能に構成されたメインチャンバ１２と、このチャンバ１２内の中央に設けられたるつぼ１３とを備える。メインチャンバ１２は円筒状の真空容器である。またるつぼ１３は、石英により形成されシリコン融液１５が貯留される有底円筒状の内層容器１３ａと、黒鉛により形成され上記内層容器１３ａの外側に嵌合された有底円筒状の外層容器１３ｂとからなる。外層容器１３ｂの底部にはシャフト１４の上端が接続され、このシャフト１４の下端にはシャフト１４を介してるつぼ１３を回転させかつ昇降させるるつぼ駆動手段１６が設けられる。更にるつぼ１３の外周面は円筒状のヒータ１７によりるつぼ１３の外周面から所定の間隔をあけて包囲され、このヒータ１７の外周面は円筒状の保温筒１８によりヒータ１７の外周面から所定の間隔をあけて包囲される。

メインチャンバ１２の上端には、内部が連通するようにメインチャンバ１２より小径の円筒状のプルチャンバ２１が接続される。このプルチャンバ２１の上端には引上げ回転手段２２が設けられる。この引上げ回転手段２２は、下端にシードチャック２３が取付けられたワイヤからなる引上げ軸２４を昇降させるとともに、この引上げ軸２４をその軸線を中心に回転させるように構成される。また上記シードチャック２３には種結晶２５が着脱可能に装着される。この種結晶２５の下端をシリコン融液１５中に浸漬した後、種結晶２５を引上げ回転手段２２により回転させかつ引上げるとともに、るつぼ１３をるつぼ駆動手段１６により回転させかつ上昇させることにより、種結晶２５の下端からシリコン単結晶１１を引上げて引上げるように構成される。更にシリコン融液１５には水平磁場２６を印加しながらシリコン単結晶１１を引上げるように構成される。この水平磁場２６は、同一のコイル直径を有する第１及び第２コイル３１，３２を、るつぼ１３の外周面から水平方向に所定の間隔をあけた外側方に、るつぼ１３を中心として互いに対向するように配設し、これらのコイル３１，３２にそれぞれ同一向きの電流を流すことにより発生する。

メインチャンバ１２内にはアルゴンガス等の不活性ガスが流通される。プルチャンバ２１の側壁にはガス供給パイプ２７の一端が接続され、このガス供給パイプ２７の他端は不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続される。またメインチャンバ１２の下壁にはガス排出パイプ２８の一端が接続され、このガス排出パイプ２８の他端は真空ポンプ２９の吸入口に接続される。タンク内の不活性ガスは、ガス供給パイプ２７を通ってプルチャンバ２１内に導入され、メインチャンバ１２内を通った後、ガス排出パイプ２８を通ってメインチャンバ１２から排出されるように構成される。なお、ガス供給パイプ２７及びガス排出パイプ２８にはこれらのパイプを流れる不活性ガスの流量を調整する入口側流量調整弁３３及び出口側流量調整弁３４がそれぞれ設けられる。

またメインチャンバ１２内には、シリコン単結晶１１外周面へのヒータ１７の輻射熱の照射を遮るとともに、上記不活性ガスを整流するための熱遮蔽体３６が設けられる。この熱遮蔽体３６は、下方に向うに従って直径が次第に小さくなりかつシリコン融液１５から引上げられるシリコン単結晶１１の外周面をこの外周面から所定の間隔をあけて包囲する円錐台状の筒体３６ａと、この筒体３６ａの上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部３６ｂとを有する。熱遮蔽体３６は、フランジ部３６ｂを保温筒１８上にリング板３６ｃを介して載置することにより、筒体３６ａの下縁がシリコン融液１５表面から所定のギャップをあけて上方に位置するようにメインチャンバ１２内に固定される。

更にシリコン単結晶１１の引上げ中において固液界面１９近傍のシリコン単結晶１１の直径は直径検出手段（図示せず）により所定時間毎に検出される。この直径検出手段は、シリコン単結晶１１の全体の直径を撮影する２次元ＣＣＤカメラ（図示せず）と、この２次元ＣＣＤカメラの撮影した画像を処理する画像処理手段（図示せず）とを有する。２次元ＣＣＤカメラの検出出力は画像処理手段の制御入力に接続され、画像処理手段の処理出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続される。またコントローラの制御出力はるつぼ駆動手段１６、ヒータ１７、引上げ回転手段２２、第１コイル３１、第２コイル３２、真空ポンプ２９、入口側流量調整弁３３及び出口側流量調整弁３４に接続される。

一方、上記引上げ装置を用いてＣＯＰ及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶１１を製造するには、シリコン単結晶１１の引上げ速度をｖとし、シリコン融液１５とシリコン単結晶１１との固液界面１９近傍における引上げ方向の温度勾配をＧとするとき、ｖ／Ｇによってシリコン単結晶１１中の点欠陥の種類及び濃度等が決まる。このｖ／Ｇとシリコン単結晶１１中の点欠陥分布との関係は、図２に示すように、ｖ／Ｇが大きいとき、即ち引上げ速度ｖが大きいときには、空孔が過剰な領域であってＣＯＰが発生する領域（［Ｖ］領域）が形成される。そしてｖ／Ｇの低下に伴い、［Ｖ］領域が消滅するｖ／Ｇの臨界値以下では、［Ｖ］領域に隣接しＯＳＦ核を含みかつ熱酸化によりＯＳＦが発生する領域（［ＯＳＦ］領域）が形成される。更にｖ／Ｇが低下すると、空孔の濃度と格子間シリコンの濃度とのバランスによって決まる２つの無欠陥領域、即ちＣＯＰ及び転位クラスタが存在せずかつ酸素析出評価熱処理を施したときに酸素析出物の発生し易い領域（［Ｐ_V］領域）と、ＣＯＰ及び転位クラスタが存在せず酸素析出評価熱処理を施しても酸素析出物の発生し難い領域（［Ｐ_I］領域）とが形成される。上記［Ｐ_V］領域は［ＯＳＦ］領域に隣接し、［Ｐ_I］領域は［Ｐ_V］領域に隣接する。ｖ／Ｇが低すぎると、格子間シリコンが過剰な領域であって転位クラスタが発生する領域（［Ｉ］領域）が形成される。また［Ｐ_I］領域と［Ｉ］領域との境界には、酸素析出評価熱処理を施したときに、酸素析出物がはき出されて顕在化する領域（［Ｉ−Ｐ_I］領域）が形成される。この［Ｉ−Ｐ_I］領域は本来［Ｐ_I］領域の一部であるけれども、本明細書では［Ｐ_I］領域と［Ｉ−Ｐ_I］領域とはそれぞれ別の領域として説明している。

なお、酸素析出評価熱処理は、速度変量試験を行って引上げられたシリコン単結晶を縦割りにし、この縦割りにしたシリコン単結晶に施される熱処理である。具体的には、速度変量試験は、図１に示す引上げ装置を用いて、シリコン融液からシリコン単結晶を引上げるときに、シリコン単結晶の引上げ速度を図４に示すように次第に速くした後に次第に遅くする操作を繰返して、大きくジグザグに変化させる試験である。また酸素析出評価熱処理は、縦割りにしたシリコンウェーハ（図５（ａ）及び（ｂ））を、不活性ガス雰囲気中又は酸素ガス雰囲気中で６００〜１２００℃の温度に５〜２５時間保持する熱処理である。更に［Ｖ］領域、［ＯＳＦ］領域、［Ｐ_V］領域、［Ｐ_I］領域、［Ｉ−Ｐ_I］領域及び［Ｉ］領域は、一般的に知られているミラーエッチング法、ＳＣ−１洗浄法、選択エッチング法、酸化熱処理法、銅デコレーション法などを組合せることによりそれぞれ特定できる。具体的には、［Ｖ］領域は、縦割りにしたシリコンウェーハ（図５（ａ）及び（ｂ））及び輪切りにスライスしたシリコンウェーハ（図３）に対して、ミラーエッチング、ＳＣ−１洗浄及び選択エッチングをこの順に行った後に、集光灯を照射して目視又は顕微鏡により観察することにより検出できる。［ＯＳＦ］領域は、縦割りにしたシリコンウェーハ（図５（ａ）及び（ｂ））及び輪切りにスライスしたシリコンウェーハ（図３）に対して、ミラーエッチング、酸化熱処理及び選択エッチングをこの順に行った後に、目視によりパターンを検出できる。［Ｐ_V］領域、［Ｐ_I］領域及び［Ｉ−Ｐ_I］領域は、縦割りにしたシリコンウェーハ（図５（ａ）及び（ｂ））及び輪切りにスライスしたシリコンウェーハ（図３）に対して、ミラーエッチング、酸化熱処理、銅デコレーション及び選択エッチングをこの順に行った後に、目視によりパターンを検出できる。［Ｉ］領域は、縦割りにしたシリコンウェーハ（図５（ａ）及び（ｂ））及び輪切りにスライスしたシリコンウェーハ（図３）に対して、ミラーエッチング、銅デコレーション及び選択エッチングをこの順に行った後に、目視によりパターンを検出できる。

ここで、ミラーエッチング法とは、フッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ₃）と純水（Ｈ₂Ｏ）との混合液にウェーハを浸漬して鏡面エッチングする方法である。この混合液は、例えば、質量比で、ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：５の割合に調製される。ＳＣ−１洗浄法とは、アンモニア水（ＮＨ₄ＯＨ）と過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）と純水（Ｈ₂Ｏ）との混合液（ＳＣ−１洗浄液）にウェーハを洗浄する方法である。このＳＣ−１洗浄液は、例えば、質量比で、ＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１４の割合に調製される。選択エッチング法とは、セコ液、混酸液等にウェーハを浸漬することにより、ニッケル等の汚染金属に起因する欠陥が存在する［Ｐ_I］領域や［ＯＳＦ］領域で欠陥を顕在化させる方法である。即ち、［Ｐ_I］領域はシャローピットの顕在化により白濁化し、［ＯＳＦ］領域は集光灯下でＯＳＦの存在とその領域を確認することができる。上記セコ液は、例えば、質量比で、ＨＦ：Ｋ₂Ｃｒ₂Ｏ₇(０．１５モル／リットル）＝２：１の割合で調製される。また上記混酸液は、例えば、質量比で、ＨＦ：ＣＨ₃ＣＯＯＨ＝１：４の割合で調製される。酸化熱処理法とは、ウェーハを酸化性雰囲気中（例えば、酸素ガス１００％の雰囲気中）で６００〜１２００℃に５〜２５時間保持することにより、拡散した金属に起因する［Ｐ_I］領域で欠陥を析出させたり、或いは集光灯下でＯＳＦの存在とその領域を確認する方法である。銅デコレーション法とは、ウェーハの表面に銅を付着させ、このウェーハを加熱してウェーハ内部に銅を拡散させた後に、このウェーハを急冷して、銅をウェーハ表面及び成長時導入欠陥に析出させ、更にウェーハ表面に析出した銅化合物を除去して各種欠陥領域のみを顕在化する方法である。

このように構成された引上げ装置を用いてシリコン単結晶を引上げる方法を図７〜図１０のフローチャート図に基づいて説明する。先ず速度変量試験時のシリコン単結晶の引上げ速度の変化を示す図４と、縦割りにしたシリコン単結晶内の欠陥分布を示す図６（ｃ）から、［Ｖ］領域が消滅する速度（上限引上げ速度）ｖ_Aと、［Ｉ］領域が形成される速度（下限引上げ速度）ｖ_Bとのマージン幅（ｖ_A−ｖ_B）を計測する（図２及び図６（ｃ））。このマージン幅内の速度でシリコン単結晶を引上げることにより、ＣＯＰ及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶、即ち［ＯＳＦ］領域、［Ｐ_V］領域、［Ｐ_I］領域及び［Ｉ−Ｐ_I］領域からなる群より選ばれた１種又は２種以上の領域で構成される単結晶を育成できる。そして、上記速度マージン幅の中央値（ｖ_A＋ｖ_B）／２を目標引上げ速度として算出することにより、シリコン単結晶の引上げ方向全域にわたって結晶欠陥の少ないシリコン単結晶を育成できる。

次いで［ＯＳＦ］領域、［Ｐ_V］領域、［Ｐ_I］領域及び［Ｉ−Ｐ_I］領域のシリコン単結晶内での各引上げ速度の分割速度マージンをそれぞれ計測する。具体的には、［ＯＳＦ］領域の分割速度マージンは、図６（ｃ）に示すように、［Ｖ］領域の最下端と［ＯＳＦ］領域の最下端との速度差『ａ』であり、［Ｐ_V］領域の分割速度マージンは、図６（ｃ）に示すように、［ＯＳＦ］領域の最下端と［Ｐ_V］領域の中央最下端との速度差『ｂ』である。また［Ｐ_I］領域の分割速度マージンは、図６（ｃ）に示すように、［Ｐ_V］領域の中央最下端と［Ｉ−Ｐ_I］領域の最上端との速度差『ｃ』であり、［Ｉ−Ｐ_I］領域の分割速度マージンは、図６（ｃ）に示すように、［Ｉ−Ｐ_I］領域の最上端と［Ｉ］領域の最上端との速度差『ｄ』である。次に上記［ＯＳＦ］領域、［Ｐ_V］領域、［Ｐ_I］領域及び［Ｉ−Ｐ_I］領域の各分割速度マージンと、［ＯＳＦ］領域、［Ｐ_V］領域、［Ｐ_I］領域及び［Ｉ−Ｐ_I］領域の各発生直径とに基づいて、各領域の発生直径１ｍｍの変化に相当する速度量（引上げ速度の変化量）を算出する。更に縦割りにしたシリコン単結晶の各部位における速度マージンの中央値の点を結んで、図６（ａ）の実線で示すように、目標引上げ速度を設定する。これらのデータはコントローラに設けられたメモリ（図示せず）にマップとして記憶される。なお、図６（ｃ）は各分割速度マージンを説明し易くするために図２を縦方向に引き延ばした図である。

実際の引上げ速度を目標引上げ速度に一致させるように、１本目の量産用のシリコン単結晶を引上げる。実際には複数台の同一の引上げ装置を用いて同一条件でシリコン単結晶をそれぞれ引上げる。この１本目の量産用のシリコン単結晶の引上げが完了すると、このシリコン単結晶を輪切り形状でサンプリングしてシリコン単結晶内の欠陥分布を調べ、この欠陥分布情報に基づいて２本目の量産用のシリコン単結晶を引上げる。この２本目の量産用のシリコン単結晶の引上げ中に、１本目の量産用のシリコン単結晶の欠陥分布が分かれば、この１本目の量産用のシリコン単結晶の欠陥分布データを２本目の量産用のシリコン単結晶の引上げに反映させる。具体的には、１本目の量産用のシリコン単結晶の欠陥分布において、［Ｖ］領域が発生していれば、［Ｖ］領域の直径を測定し、この直径を引上げ速度に換算して、実際のシリコン単結晶の引上げ速度を調整する。また１本目の量産用のシリコン単結晶の欠陥分布において、［Ｉ］領域が発生していれば、［Ｉ］領域の直径を測定し、この直径を引上げ速度に換算して、実際のシリコン単結晶の引上げ速度を調整する。

一方、１本目の量産用のシリコン単結晶の欠陥分布において、［Ｖ］領域及び［Ｉ］領域のいずれも発生していない場合には、実際の引上げ速度が目標引上げ速度と同一であるか否かを調べる。実際の引上げ速度が目標引上げ速度と同一でなく、［ＯＳＦ］領域が発生した場合には、［ＯＳＦ］領域の直径の実測値と目標値との差を分割速度マージンに換算するとともに、［Ｐ_V］領域の直径の実測値と目標値との差を分割速度マージンに換算し、［Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値との差を分割速度マージンに換算する。そしてこれらの分割速度マージンに基づいて実際のシリコン単結晶の引上げ速度を調整する。

実際の引上げ速度が目標引上げ速度と同一であり、［ＯＳＦ］領域が発生した場合には、［ＯＳＦ］領域の直径の実測値と目標値が同一か否かを調べる。［ＯＳＦ］領域の直径の実測値と目標値が同一でない場合には、［ＯＳＦ］領域の直径の実測値と目標値との差を分割速度マージンに換算して、実際のシリコン単結晶の引上げ速度を調整する。［ＯＳＦ］領域の直径の実測値と目標値が同一である場合には、［ＯＳＦ］領域の直径の実測値と目標値の差に基づく分割速度マージンを速度変量試験時に算出された値にした後に、［Ｐ_V］領域の直径の実測値と目標値が同一か否かを調べる。［Ｐ_V］領域の直径の実測値と目標値が同一でない場合には、［Ｐ_V］領域の直径の実測値と目標値との差を分割速度マージンに換算して、実際のシリコン単結晶の引上げ速度を調整する。［Ｐ_V］領域の直径の実測値と目標値が同一である場合には、［Ｐ_V］領域の直径の実測値と目標値の差に基づく分割速度マージンを速度変量試験時に算出された値にした後に、［Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値が同一か否かを調べる。［Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値が同一でない場合には、［Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値との差を分割速度マージンに換算して、実際のシリコン単結晶の引上げ速度を調整する。［Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値が同一である場合には、［Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値の差に基づく分割速度マージンを速度変量試験時に算出された値にする。そして［Ｉ−Ｐ_I］領域が発生した場合には、［Ｉ−Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値が同一か否かを調べる。［Ｉ−Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値が同一でない場合には、［Ｉ−Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値との差を分割速度マージンに換算して、実際のシリコン単結晶の引上げ速度を調整する。［Ｉ−Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値が同一である場合には、［Ｉ−Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値の差に基づく分割速度マージンを速度変量試験時に算出された値にして、実際のシリコン単結晶の引上げ速度を調整する。

２本目の量産用のシリコン単結晶の引上げが完了すると、このシリコン単結晶を輪切り形状でサンプリングしてシリコン単結晶内の欠陥分布を調べ、この欠陥分布情報に基づいて３本目の量産用のシリコン単結晶を引上げる。この３本目の量産用のシリコン単結晶の引上げ中に、２本目の量産用のシリコン単結晶の欠陥分布が分かれば、この２本目の量産用のシリコン単結晶の欠陥分布データを３本目の量産用のシリコン単結晶の引上げに反映させる。このようにシリコン単結晶の引上げ時に、発生し得る全ての欠陥領域の発生径をシリコン単結晶の引上げ速度に換算して、この引上げ速度をフィードバックするので、ＣＯＰ及び転位クラスタが無い複数本のシリコン単結晶を安定した歩留まりで順次引上げることができる。換言すれば、シリコン単結晶の引上げ時に、各欠陥領域の発生径に対して、シリコン単結晶の引上げ速度を最適な時期に細かく調整することにより、順次引上げられるシリコン単結晶のバッチ間の品質を安定させることができ、量産されるシリコン単結晶の歩留まりを向上できる。

なお、実際の引上げ速度が目標引上げ速度に一致していても、［ＯＳＦ］領域の直径の実測値と目標値が同一にならない場合、［Ｐ_V］領域の直径の実測値と目標値が同一にならない場合、［Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値が同一にならない場合、［Ｉ−Ｐ_I］領域の直径の実測値と目標値が同一にならない場合が生じるのは、引上げ装置の各部品の劣化に伴う経時変化や、引上げパラメータの変動などによるものである。ここで、引上げパラメータの変動とは、熱遮蔽体３６の下縁とシリコン融液１５表面との間隔（ギャップ）の制御や、磁場位置の制御などによる変動である。また、上記第１の実施の形態では、（ｎ−１）本目の量産用のシリコン単結晶の欠陥分布データをｎ本目の量産用のシリコン単結晶の引上げに反映させたけれども、（ｎ−１）本目の量産用のシリコン単結晶内の欠陥分布の調査が間に合わなければ、（ｎ−２）本目の量産用のシリコン単結晶の欠陥分布データをｎ本目の量産用のシリコン単結晶の引上げに反映させてもよい。

＜第２の実施の形態＞
この実施の形態では、図２及び図３に示すように、［ＯＳＦ］領域の発生時にこの［ＯＳＦ］領域の直径Ｄ_OSFを測定し、［Ｐ_V］領域の発生時にこの［Ｐ_V］領域の直径Ｄ_PVを測定し、［Ｐ_I］領域の発生時にこの［Ｐ_I］領域の直径Ｄ_PIを測定し、［Ｉ−Ｐ_I］領域の発生時にこの［Ｉ−Ｐ_I］領域の直径Ｄ_I-PIを測定し、直径Ｄ_OSF、Ｄ_PV、Ｄ_PI及びＤ_I-PIのうち発生した領域の直径を引上げ速度に換算し、全ての領域が［Ｐ_V］領域及び［Ｐ_I］領域からなる引上げ速度を目標引上げ速度に設定する。そして、［Ｐ_I］領域が［Ｐ_V］領域及び［Ｐ_I］領域の合計領域に対して５０％以上、好ましくは６０％以上となるように目標引上げ速度を設定する。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。

このように構成されたシリコン単結晶の引上げ方法では、全ての領域が［Ｐ_V］領域及び［Ｐ_I］領域からなる引上げ速度を目標引上げ速度に設定し、シリコン単結晶の引上げバッチ毎に実際の引上げ速度を目標引上げ速度となるようにフィードバックしながらシリコン単結晶を順次引上げるので、酸素析出評価熱処理を施したときに発生する［ＯＳＦ］領域や、酸素析出評価熱処理を施したときに酸素析出物がはき出されて顕在化する［Ｉ−Ｐ_I］領域を含まず、引上げ方向全域にわたって、より欠陥が少なくかつこの欠陥のバラツキが少ないシリコン単結晶を引上げることができる。また［Ｐ_I］領域が［Ｐ_V］領域及び［Ｐ_I］領域の合計領域に対して５０％以上となるように目標引上げ速度を設定したので、酸素析出評価熱処理を施しても酸素析出物の発生し難い［Ｐ_I］領域が酸素析出評価熱処理を施したときに酸素析出物の発生し易い［Ｐ_V］領域と同等かそれ以上となる。この結果、引上げ方向全域にわたって、更に欠陥が少なくかつこの欠陥のバラツキが少ないシリコン単結晶を引上げることができる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。

＜第３の実施の形態＞
図１１及び図１２は本発明の第３の実施の形態を示す。この実施の形態では、図１１に示すように、速度変量試験時のシリコン単結晶中の点欠陥分布が第１の実施の形態のシリコン単結晶中の点欠陥分布と異なる。このような点欠陥分布を有するシリコン単結晶についても、本発明のシリコン単結晶の引上げ方法を適用することができる。また速度変量試験時におけるシリコン単結晶中の点欠陥分布（第４〜第７の実施の形態）は、ＣＺ法の引上げ条件によって図１３〜図１６に示すように、種々存在するけれども、これらのシリコン単結晶についても、本発明のシリコン単結晶の引上げ方法を適用することができる。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
先ず図１に示す引上げ装置を用いて、図４に示す速度変量試験を行った。このときに引上げたシリコン単結晶の直径は３０８ｍｍであった。上記シリコン単結晶を縦割りにしたり或いは輪切りにスライスして、シリコン単結晶中の欠陥分布を調べ（図２及び図３）、［Ｖ］領域が消滅する速度（上限引上げ速度）ｖ_Aと、［Ｉ］領域が形成される速度（下限引上げ速度）ｖ_Bとのマージン幅（ｖ_A−ｖ_B）を計測した（図２及び図６（ｃ））。次いで［ＯＳＦ］領域、［Ｐ_V］領域、［Ｐ_I］領域及び［Ｉ−Ｐ_I］領域のシリコン単結晶内での各引上げ速度の分割速度マージンをそれぞれ計測した。次に上記［ＯＳＦ］領域、［Ｐ_V］領域、［Ｐ_I］領域及び［Ｉ−Ｐ_I］領域の各分割速度マージンと、［ＯＳＦ］領域、［Ｐ_V］領域、［Ｐ_I］領域及び［Ｉ−Ｐ_I］領域の各発生直径とに基づいて、各領域の発生直径１ｍｍの変化に相当する速度量（引上げ速度の変化量）を算出した。更に縦割りにしたシリコン単結晶の各部位における速度マージンの中央値の点を結んで、図６（ａ）の実線で示すように、目標引上げ速度を設定した。

実際の引上げ速度を目標引上げ速度に一致させるように、１本目の量産用のシリコン単結晶を引上げた。この１本目の量産用のシリコン単結晶の引上げが完了したときに、このシリコン単結晶を一定長さ置きに輪切りサンプルを採取してシリコン単結晶内の欠陥分布を調べ、この欠陥分布情報に基づいて２本目の量産用のシリコン単結晶を引上げた。この２本目の量産用のシリコン単結晶の引上げ中に、１本目の量産用のシリコン単結晶の欠陥分布データを２本目の量産用のシリコン単結晶の引上げに反映させた。具体的には、シリコン単結晶の引上げバッチ毎に速度マージンの中央値（ｖ_A＋ｖ_B）／２を目標引上げ速度として実際の引上げ速度をフィードバックしながらシリコン単結晶を順次引上げた。但し、［ＯＳＦ］領域の直径Ｄ_OSF、［Ｐ_V］領域の直径Ｄ_PV、［Ｐ_I］領域の直径Ｄ_PI、及び［Ｉ−Ｐ_I］領域の直径Ｄ_I-PIのうち発生した領域の直径を引上げ速度に換算し、この引上げ速度をシリコン単結晶の引上げ条件にフィードバックした。

そして、図６（ａ）の輪切りサンプリング位置における速度マージンの中央値は（ｖ_A＋ｖ_B）／２であり（図６（ｃ））、この位置で［Ｐ_V］領域の直径は８０ｍｍであった（図１７（ｂ））。また図６（ｃ）における［Ｐ_V］領域の分割速度マージンｂは（ｂ₁−ｂ₂）＝０．０２０ｍｍ／分であった。これにより引上げ速度がｂ₁からｂ₂に変化すると、［Ｐ_V］領域の直径は８０ｍｍから０ｍｍに変化する。この結果、［Ｐ_V］領域の直径が１ｍｍ変化すると、引上げ速度は０．０２０／（８０−０）＝０．０００２５ｍｍ／分変化することになる。図６（ａ）の輪切りサンプリング位置における目標引上げ速度は０．５００ｍｍ／分であったのに対し、図６（ａ）の輪切りサンプリング位置における実際の引上げ速度は０．４９５ｍｍ／分であった。このため、目標引上げ速度と実際の引上げ速度との差は０．００５ｍｍ／分となり、これを［Ｐ_V］領域の直径に換算すると、２０ｍｍに相当する。一方、実際の［Ｐ_V］領域の直径が６５ｍｍであったため（図１７（ａ））、目標の［Ｐ_V］領域の直径との差は１５ｍｍとなった。そこで、目標引上げ速度と実際の引上げ速度との差を［Ｐ_V］領域の直径に換算した値（２０ｍｍ）と、実際の［Ｐ_V］領域の直径と目標の［Ｐ_V］領域の直径との差（１５ｍｍ）とが一致しなかったため、引上げ速度の設定値を速度マージンの中央に持っていくように引上げ速度を調整した。具体的には、５×０．０００２５＝０．００１２５ｍｍ／分だけ引上げ速度を小さくして、シリコン単結晶を引上げた。このようにしてシリコン単結晶を引上げたので、順次引上げられるシリコン単結晶のバッチ間の品質を安定させることができ、量産されるシリコン単結晶の歩留まりを向上させることができた。

１１ シリコン単結晶
１２ メインチャンバ（チャンバ）
１３ るつぼ
１５ シリコン融液
２５ 種結晶

Claims (3)

1. チャンバに収容されたるつぼにシリコン融液を貯留し、このシリコン融液に種結晶を浸漬して回転させながらＣＯＰ及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶を引上げる方法において、
   前記ＣＯＰ及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶を引上げるための上限引上げ速度及び下限引上げ速度をそれぞれｖ_A及びｖ_Bとし、前記ＣＯＰ及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶を引上げるための引上げ速度の速度マージンを（ｖ_A−ｖ_B）とするとき、前記シリコン単結晶の引上げバッチ毎に前記速度マージンの中央値（ｖ_A＋ｖ_B）／２を目標引上げ速度として実際の引上げ速度をフィードバックしながら前記シリコン単結晶を順次引上げ、
   前記シリコン単結晶内で空孔が過剰な領域であって前記ＣＯＰが発生する領域を［Ｖ］領域とし、前記シリコン単結晶内で格子間シリコンが過剰な領域であって前記転位クラスタが発生する領域を［Ｉ］領域とし、前記［Ｖ］領域に隣接しＯＳＦ核を含みかつ熱酸化によりＯＳＦが発生する領域を［ＯＳＦ］領域とし、前記［ＯＳＦ］領域に隣接し前記ＣＯＰ及び前記転位クラスタが存在せずかつ酸素析出評価熱処理を施したときに酸素析出物の発生し易い領域を［Ｐ _V ］領域とし、前記［Ｐ _V ］領域に隣接し前記ＣＯＰ及び前記転位クラスタが存在せずかつ前記酸素析出評価熱処理を施しても前記酸素析出物の発生し難い領域を［Ｐ _I ］領域とし、前記［Ｐ _I ］領域と前記［Ｉ］領域との間に位置し前記酸素析出評価熱処理を施したときに前記酸素析出物がはき出されて顕在化する領域を［Ｉ−Ｐ _I ］領域とするとき、
   前記［ＯＳＦ］領域の発生時にこの［ＯＳＦ］領域の直径Ｄ _OSF を測定し、前記［Ｐ _V ］領域の発生時にこの［Ｐ _V ］領域の直径Ｄ _PV を測定し、前記［Ｐ _I ］領域の発生時にこの［Ｐ _I ］領域の直径Ｄ _PI を測定し、前記［Ｉ−Ｐ _I ］領域の発生時にこの［Ｉ−Ｐ _I ］領域の直径Ｄ _I-PI を測定し、
   前記直径Ｄ _OSF 、Ｄ _PV 、Ｄ _PI 及びＤ _I-PI のうち発生した領域の直径を引上げ速度に換算し、
   この引上げ速度をシリコン単結晶の引上げ条件にフィードバックすることを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。
2. チャンバに収容されたるつぼにシリコン融液を貯留し、このシリコン融液に種結晶を浸漬して回転させながらＣＯＰ及び転位クラスタを形成させないシリコン単結晶を引上げる方法において、
   前記シリコン単結晶内で空孔が過剰な領域であって前記ＣＯＰが発生する領域を［Ｖ］領域とし、前記シリコン単結晶内で格子間シリコンが過剰な領域であって前記転位クラスタが発生する領域を［Ｉ］領域とし、前記［Ｖ］領域に隣接しＯＳＦ核を含みかつ熱酸化によりＯＳＦが発生する領域を［ＯＳＦ］領域とし、前記［ＯＳＦ］領域に隣接し前記ＣＯＰ及び前記転位クラスタが存在せずかつ酸素析出評価熱処理を施したときに酸素析出物の発生し易い領域を［Ｐ_V］領域とし、前記［Ｐ_V］領域に隣接し前記ＣＯＰ及び前記転位クラスタが存在せずかつ前記酸素析出評価熱処理を施しても前記酸素析出物の発生し難い領域を［Ｐ_I］領域とし、前記［Ｐ_I］領域と前記［Ｉ］領域との間に位置し前記酸素析出評価熱処理を施したときに前記酸素析出物がはき出されて顕在化する領域を［Ｉ−Ｐ_I］領域とするとき、
   前記［ＯＳＦ］領域の発生時にこの［ＯＳＦ］領域の直径Ｄ_OSFを測定し、前記［Ｐ_V］領域の発生時にこの［Ｐ_V］領域の直径Ｄ_PVを測定し、前記［Ｐ_I］領域の発生時にこの［Ｐ_I］領域の直径Ｄ_PIを測定し、前記［Ｉ−Ｐ_I］領域の発生時にこの［Ｉ−Ｐ_I］領域の直径Ｄ_I-PIを測定し、
   前記直径Ｄ_OSF、Ｄ_PV、Ｄ_PI及びＤ_I-PIのうち発生した領域の直径を引上げ速度に換算し、
   全ての領域が前記［Ｐ_V］領域及び前記［Ｐ_I］領域からなる引上げ速度を目標引上げ速度に設定し、
   前記シリコン単結晶の引上げバッチ毎に実際の引上げ速度を前記目標引上げ速度となるようにフィードバックしながら前記シリコン単結晶を順次引上げる
   ことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。
3. ［Ｐ_I］領域が［Ｐ_V］領域及び［Ｐ_I］領域の合計領域に対して５０％以上となるように目標引上げ速度が設定される請求項２記載のシリコン単結晶の引上げ方法。

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