JP5477188B2 - シリコンウエーハのｐｎ判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、フローティングゾーン法（ＦＺ法）により窒素を添加しながら育成したシリコン単結晶インゴットを切断して作製したシリコンウエーハのＰＮ判定方法に関し、特に抵抗率が５０００Ωｃｍを超える高抵抗率シリコーンウエーハのＰＮ判定方法に関する。

従来、高圧パワーデバイスやサイリスタ用として、フローティングゾーン法（ＦＺ法）により育成されたシリコン単結晶インゴットを切断して作製した高抵抗率シリコンウエーハが使用されてきた。さらに、近年では各種センサー用として、ＦＺ法により作製された５０００Ωｃｍを超える高抵抗率シリコンウエーハの要求が高まっている。これに伴い、高抵抗率シリコンウエーハのＰＮ（導電型）判定による品質管理の一層の向上が望まれている。

しかしながら、従来のシリコンウエーハのＰＮ（導電型）判定方法として主に用いられる点接触整流法や熱起電力法では、Ｐ型、Ｎ型シリコンウエーハともに、抵抗率が１０００Ωｃｍまでのシリコンウエーハしか信頼すべき判定結果が得られないとされており（ＡＳＴＭ Ｆ４２）、これより高抵抗率のシリコンウエーハでのＰ型、Ｎ型の判定は不正確であり、ＰＮ判定結果の信頼性が低いという問題があった。さらに、高抵抗率シリコンウエーハでは面内の位置により、ＰＮ（導電型）が異なる場合もあるため、シリコンウエーハ面内のＰＮ（導電型）分布を判定することは品質管理上重要であるが、前記点接触整流法や熱起電力法の場合ではシリコンウエーハ面内のＰＮ（導電型）分布を特定する事も難しいという問題があった。これらの問題が高抵抗率シリコンウエーハの高い品質管理を妨げる一因となっていた。

これらの問題は、シリコンウエーハが高抵抗率である場合、電子とホールとの移動度の差が大きくなることに起因する。結果として、前記点接触整流法や熱起電力法等（特許文献１及び特許文献２）の従来法を用いた高抵抗率シリコンウエーハのＰＮ（導電型）判定においては、例えば、多数キャリアとは異なるＰＮ（導電型）が判定されてしまうことにより、ＰＮ判定ができなかったりシリコンウエーハ面内のＰＮ（導電型）分布を正確に判定することができないといった問題が生じる。従って、品質管理の精度や信頼性を低下させることとなっていた。

そこで、品質管理を向上させて、より高い品質要求にこたえていくために、高抵抗率シリコンウエーハに対しても簡便かつ正確にＰＮ判定をすることができ、その上シリコンウエーハ面内のＰＮ（導電型）分布をも判定することのできるＰＮ判定方法が求められていた。

特開２００２−０７６０８０号公報 特許第４２１８６８１号公報

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、ＦＺ法により窒素を添加しながら育成したシリコン単結晶インゴットを切断して作製したシリコンウエーハ、特には高抵抗率シリコンウエーハに対しても、簡便かつ正確なＰＮ判定を行うことができ、その上シリコンウエーハ面内のＰＮ（導電型）分布をも判定することのできるＰＮ判定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、フローティングゾーン法（ＦＺ法）により窒素を添加しながら育成したシリコン単結晶インゴットを切断して作製したシリコンウエーハのＰＮ判定方法において、該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程前抵抗率）を測定し、その後該シリコンウエーハに対して１１００℃〜１２００℃の温度で１００分以上の熱処理工程を行い、その後さらに該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程後抵抗率）を測定することで、熱処理工程前後の抵抗率を得、熱処理工程後抵抗率から熱処理工程前抵抗率を引いた抵抗率差が正の場合は該シリコンウエーハの該熱処理工程前のＰＮ（導電型）はＮ型、負の場合はＰ型と判定することを特徴とするシリコンウエーハのＰＮ判定方法を提供する。

このように、熱処理工程により窒素のＮ型キャリアとしての作用が消去されることで、熱処理工程前後でのシリコンウエーハに含まれるＮ型キャリアの濃度を容易に減少させることができる。例えば、熱処理工程によりＮ型キャリアを除去することで抵抗率が増大する（キャリア濃度が減少する）のであれば熱処理工程前において多数キャリアはＮ型であると判定でき、抵抗率が減少する（キャリア濃度が増大する）のであれば熱処理工程前において多数キャリアはＰ型であると判定することができる。このキャリア濃度変化量は極少量であっても測定可能な抵抗率差として得ることができる。そのため、熱処理工程前後の抵抗率差が正の場合は該シリコンウエーハの該熱処理工程前のＰＮ（導電型）はＮ型、負の場合はＰ型と判定することを特徴とするシリコンウエーハのＰＮ判定方法であれば簡便かつ正確なＰＮ判定を行うことができ、かつシリコンウエーハ面内の抵抗率分布の変化を測定することでシリコンウエーハ面内のＰＮ（導電型）分布を判定することもできるＰＮ判定方法を提供することができる。

また、本発明によれば前記シリコンウエーハの熱処理工程前抵抗率が５０００Ωｃｍ以上のシリコンウエーハに対してＰＮ判定を行うことが可能である。

このように、本発明に係るＰＮ判定方法であれば、少量のキャリア濃度変化でも測定可能な抵抗率差として得られるため、熱処理工程前抵抗率が５０００Ωｃｍ以上の高抵抗率を有するシリコンウエーハに対しても、簡便かつ正確なＰＮ判定方法を提供でき、かつシリコンウエーハ面内のＰＮ（導電型）分布を判定することもできるＰＮ判定方法を提供することができる。

さらに、前記シリコンウエーハのＰＮ判定方法において、熱処理工程前後のシリコンウエーハの抵抗率が同値になるシリコンウエーハの熱処理工程前抵抗率をＰＮ判定限界抵抗率とし、該ＰＮ判定限界抵抗率以下の熱処理工程前抵抗率を有するシリコンウエーハに対してＰＮ判定を行うことが好ましい。

Ｎ型キャリアとして作用する窒素の濃度よりもシリコンウエーハに含まれる窒素以外のキャリア不純物の濃度が低い高抵抗率シリコンウエーハの場合、熱処理工程後のシリコンウエーハの抵抗率が増大したとしても、熱処理工程前の導電型がＰ型である場合があり、また抵抗率が減少したとしても熱処理工程前の導電型がＮ型である場合がある。そのため、熱処理工程前後のシリコンウエーハの抵抗率が同値になるシリコンウエーハの熱処理工程前抵抗率をＰＮ判定限界抵抗率とし、該ＰＮ判定限界抵抗率以下の熱処理工程前抵抗率を有するシリコンウエーハに対してＰＮ判定を行うことにより、より正確なＰＮ判定方法を提供することができる。

また、前記ＰＮ判定限界抵抗率として、ＰＮ判定をするシリコンウエーハと同一育成条件により育成されたシリコンウエーハであって熱処理工程前抵抗率が２０００〜５０００Ωｃｍであるシリコンウエーハに対し、該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程前抵抗率）を測定し、その後該シリコンウエーハに対して１１００℃〜１２００℃の温度で１００分以上の熱処理工程を行い、その後さらに該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程後抵抗率）を測定することで、熱処理工程前後の抵抗率を得、熱処理工程前後の抵抗率から該シリコンウエーハの窒素添加量を算出し、該窒素添加量を用いて該シリコンウエーハのＰＮ判定限界抵抗率を算出することで得られたＰＮ判定限界抵抗率を用いることが好ましい。

このように、ＰＮ判定をするシリコンウエーハと同一育成条件（例えばチャンバー形状、口径、ワークコイルおよびその他治具形状・位置、Ａｒガス流量、窒素ガス流量、結晶成長速度、結晶回転速度、偏芯量が同一）により育成されたシリコンウエーハであって熱処理工程前抵抗率が２０００〜５０００Ωｃｍであるシリコンウエーハに対し、該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程前抵抗率）を測定し、その後該シリコンウエーハに対して１１００℃〜１２００℃の温度で１００分以上の熱処理工程を行い、その後さらに該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程後抵抗率）を測定することで、熱処理工程前後の抵抗率を得、熱処理工程前後の抵抗率から該シリコンウエーハの窒素添加量を算出することができる。このようにして得られた窒素添加量は、同一育成条件（例えばチャンバー形状、口径、ワークコイルおよびその他治具形状・位置、Ａｒガス流量、窒素ガス流量、結晶成長速度、結晶回転速度、偏芯量が同一）により育成されたＰＮ判定をするシリコンウエーハにも同量添加されていると仮定することができるため、適切なＰＮ判定限界抵抗率の算出に用いることができる。これにより熱処理工程前後の抵抗率からシリコンウエーハの窒素添加量を算出し、該窒素添加量からＰＮ判定限界抵抗率を算出することで、より適切なＰＮ判定限界抵抗率を見積もることができるようになり、適切なＰＮ判定限界抵抗率より低い熱処理工程前抵抗率を有するシリコンウエーハに対するＰＮ判定の結果はより正確なものとなる。

さらに、前記窒素添加量として、シリコンウエーハがＮ型ウエーハの場合は窒素添加量（ｐｐｂａ）＝９３／熱処理工程前抵抗率（Ωｃｍ）−９３／熱処理工程後抵抗率（Ωｃｍ）とし、Ｐ型ウエーハの場合は窒素添加量（ｐｐｂａ）＝２６３／熱処理工程後抵抗率（Ωｃｍ）−２６３／熱処理工程前抵抗率（Ωｃｍ）として算出することで得られた窒素添加量を用いることが好ましい。

このような算出方法により熱処理工程前後の抵抗率からシリコンウエーハの窒素添加量を算出することで、ＡＴＳＭ Ｆ５７４の基準に沿った窒素添加量を算出することができる。このようにして算出された窒素添加量を用いてＰＮ判定限界抵抗率を算出することで、より適切なＰＮ判定限界抵抗率を得ることができ、適切なＰＮ判定限界抵抗率より低い熱処理工程前抵抗率を有するシリコンウエーハに対するＰＮ判定の結果はより正確なものとなる。

また、前記ＰＮ判定限界抵抗率として、ＰＮ判定限界抵抗率（Ωｃｍ）＝３５６／窒素添加量（ｐｐｂａ）として算出することで得られたＰＮ判定限界抵抗率を用いることが好ましい。

このような算出方法により窒素添加量からシリコンウエーハのＰＮ判定限界抵抗率を算出することで、ＡＴＳＭ Ｆ５７４の基準に沿って算出した窒素添加量を用いて、より適切なＰＮ判定限界抵抗率を算出することができる。このようにして得られた適切なＰＮ判定限界抵抗率より低い熱処理工程前抵抗率を有するシリコンウエーハに対するＰＮ判定の結果はより正確なものとなる。

以上説明したように、本発明によれば、ＦＺ法により窒素を添加しながら育成したシリコン単結晶インゴットを切断して作製した高抵抗率シリコンウエーハであっても、簡便かつ正確にＰＮ判定を行うことができ、かつシリコンウエーハ面内のＰＮ（導電型）分布の判定を行うこともできるＰＮ判定方法を提供することができる。

：本発明のＰＮ判定を行う場合のフロー。 ：ＦＺ法による単結晶製造装置の一例を示す概略図。

以下、本発明につき詳しく説明する。
前述のように、高抵抗率シリコンウエーハであっても簡便かつ正確にＰＮ判定でき、その上シリコンウエーハ面内のＰＮ（導電型）分布も正確に判定することのできるＰＮ判定方法が求められていた。

高抵抗率シリコンウエーハは、含有しているキャリア濃度が低い。そのためシリコンウエーハがＮ型、Ｐ型キャリアのどちらを多数有するか判定をすることが困難である。本発明者は、ＰＮ判定において通常用いられている点接触整流法と熱起電力法で判定が難しい高抵抗率シリコンウエーハのＰＮ判定方法に関して鋭意検討を重ねた結果、ＦＺ法において転位や結晶欠陥の抑制のために雰囲気中に添加される窒素が、Ｎ型キャリアとして作用すること、及びＮ型キャリアとして作用する窒素は熱処理工程により容易にＮ型キャリアとしての作用を失わせることができることに着目して、熱処理工程によりシリコンウエーハから窒素のＮ型キャリアとしての作用を消去することで、熱処理工程後にシリコンウエーハに含まれるＮ型キャリアの濃度を容易に減少させることができることを見出した。さらに、Ｎ型キャリアの濃度の減少は抵抗率の変化として正確に検出することができ、例えば、熱処理工程によりＮ型キャリアを除去することで抵抗率が増大する（キャリア濃度が減少する）のであれば熱処理工程前において多数キャリアはＮ型であると判定でき、抵抗率が減少する（キャリア濃度が増大する）のであれば熱処理工程前において多数キャリアはＰ型であると判定できることを見出し、熱処理工程前後での抵抗率の増減を用いることで高精度かつ高信頼性を有するＰＮ判定方法を提供できる本発明に到達した。
以下、このＰＮ判定方法の各工程について詳細に説明するが本発明の内容はこれに限定されるものではない。

図１に、本発明に係るＦＺシリコンウエーハのＰＮ判定方法のフローの一例を示す。ここでまず、図１のフロー図の予備試験工程１、本試験工程１におけるシリコンウエーハサンプルの用意について説明する。

（シリコンウエーハサンプルの用意）
以下、一般的なＦＺ法によるシリコン単結晶インゴットの育成方法について簡単に説明する。図２は、ＦＺ法による従来のＦＺ単結晶製造装置３０である。先ず、原料結晶棒１を、チャンバー２０内に設置された上軸３の上部保持治具４に保持する。一方、直径の小さい単結晶の種（種結晶８）を、原料結晶棒１の下方に位置する下軸５の下部保持治具６に保持する。次に、誘導加熱コイル７により原料結晶棒１を溶融して、種結晶８に融着させる。その後、種絞りにより絞り部９を形成して無転位化する。そして、上軸３と下軸５を回転させながら原料結晶棒１と育成単結晶棒２を下降させることで浮遊帯域（溶融帯あるいはメルトともいう。）１０を原料結晶棒１と育成単結晶棒２の間に形成し、該浮遊帯域１０を原料結晶棒１の上端まで移動させてゾーニングし、育成単結晶棒２を成長させる。尚、この単結晶成長は、Ａｒガスに微量の窒素ガスを混合した雰囲気中で行われ、Ｎ型シリコン単結晶インゴットを製造するためには、ドープノズル１１より、製造する抵抗率に応じた量のＡｒベースのＰＨ_３ガスを流し、また、Ｐ型シリコン単結晶インゴットを製造するためには、ドープノズル１１より、製造する抵抗率に応じた量のＡｒベースのＢ_２Ｈ_６ガスを流す。上記誘導加熱コイル７としては、銅または銀からなる単巻または複巻の誘導加熱コイルであって、冷却用の水を流通させた誘導加熱コイルが用いられている。このようにして育成したシリコン単結晶インゴットは一般的に純度が高く、高抵抗率となり、該シリコン単結晶インゴットを切断して作製したシリコンウエーハは各種センサー、パワーデバイスなどに好適に用いられる。

ＦＺ法により窒素を添加しながら育成したシリコン単結晶インゴットを切断して作製したシリコンウエーハは、ＣＺ法（チョクラルスキー法）のように育成中のシリコン単結晶インゴットが石英るつぼに触れることがなく、高純度、高抵抗率のシリコンウエーハとして得ることができる。また、シリコン単結晶インゴットの育成雰囲気中に窒素を添加することで転位や結晶欠陥を抑制することができ、また、高電圧印加による放電発生の防止効果がある。高抵抗率シリコンウエーハに含有される窒素添加量は育成条件に依存し、抵抗率を調整するためのドープノズルからのドープガス流量等以外は同一育成条件（例えばチャンバー形状、口径、ワークコイルおよびその他治具形状・位置、Ａｒガス流量、窒素ガス流量、結晶成長速度、結晶回転速度、偏芯量が同一）を用いて作製したシリコンウエーハは同量の窒素添加量を有するものとみなすことができる。

本発明においてＰＮ判定するシリコンウエーハは特には限定されないが、例えば高抵抗率シリコンウエーハに対しても適用することができ、特に５０００Ωｃｍ以上の高抵抗率シリコンウエーハに対しても正確なＰＮ判定を行うことができる。熱起電力法等では正確なＰＮ判定が困難な５０００Ωｃｍを超える高抵抗率シリコンウエーハであっても、シリコンウエーハに添加された窒素のキャリアとしての作用を熱処理工程により消去し、該Ｎ型キャリア濃度変化を抵抗率差として検出することができるため正確なＰＮ判定を行うことができる。

なお、以下では上記の様にして得られた高抵抗率シリコンウエーハを調査ウエーハサンプルとしてＰＮ判定を行う本試験工程について詳述する。

（本試験工程１：調査ウエーハサンプルの熱処理工程前抵抗率測定工程）
上記のようにして、調査ウエーハサンプルである高抵抗率シリコンウエーハを用意し、熱処理工程前にその高抵抗率シリコンウエーハの抵抗率を測定する。ここで得られる抵抗率は高抵抗率シリコンウエーハのキャリア濃度に依存する。キャリア不純物はシリコン単結晶インゴット育成雰囲気中に添加した窒素及びＰ（リン）などのＮ型キャリア不純物又はＢ（ボロン）などのＰ型キャリア不純物である。

（本試験工程２：熱処理工程）
その後、高抵抗率シリコンウエーハに対して、乾燥酸素雰囲気下、１１００℃〜１２００℃の温度で１００分以上の熱処理工程を行い、シリコン単結晶インゴット育成中に雰囲気に添加した窒素のＮ型キャリアとしての機能を消去する。

（本試験工程３：調査ウエーハサンプルの熱処理工程後抵抗率測定工程）
熱処理工程後に高抵抗率シリコンウエーハの抵抗率を測定する。ここで得られる抵抗率は高抵抗率シリコンウエーハのキャリア濃度に依存する。キャリアはシリコン単結晶インゴット育成雰囲気中に添加したＰＨ_３などのＮ型キャリアまたはＢ_２Ｈ_６などのＰ型キャリアである。

（本試験工程４：熱処理工程前後の抵抗率差変化算出工程）
熱処理工程後抵抗率から熱処理工程前抵抗率を引いた抵抗率差を算出する。この時に算出される抵抗率差は、Ｎ型キャリアとして作用する窒素の添加量に依存する。

（本試験工程５：ＰＮ（導電型）判定）
前記算出工程において、熱処理工程によりＮ型キャリアを除去することで抵抗率が増大する（キャリア濃度が減少する）のであれば熱処理工程前において多数キャリアはＮ型であると判定でき、抵抗率が減少する（キャリア濃度が増大する）のであれば熱処理工程前において多数キャリアはＰ型であると判定することができる。すなわち、熱処理工程後抵抗率から熱処理工程前抵抗率を引いた抵抗率差が正の場合は高抵抗率シリコンウエーハの熱処理工程前のＰＮ（導電型）はＮ型、負の場合はＰ型と判定することを特徴とするシリコンウエーハのＰＮ判定方法を提供することができる。

ここで、上記のような本発明の判定方法を行うにあたって、以下のことを考慮し、図１に示すようにＰＮ判定限界抵抗率を予め求めておくとより好ましい。

Ｎ型キャリアとして働く窒素の濃度よりもシリコンウエーハに含まれる窒素以外のキャリア不純物の濃度が低い高抵抗率シリコンウエーハの場合は、熱処理工程後のシリコンウエーハの抵抗率が増大したとしても、熱処理工程前の導電型がＰ型である場合があり、また抵抗率が減少したとしても熱処理工程前の導電型がＮ型である場合がある。例えば、Ｂ（ボロン）などのＰ型キャリア不純物を添加して育成したシリコン単結晶インゴットを切断して作製したシリコンウエーハであっても、Ｎ型キャリアとして働く窒素が一定量以上含有されていればＮ型キャリアが多数キャリアとなり熱処理工程前においてはＮ型シリコンウエーハとなるが、熱処理工程により窒素のＮ型キャリアとしての機能が消去された後においては、Ｐ型キャリアが多数キャリアとなり熱処理工程前後で導電型が反転することとなる場合がこれに該当する。

このような場合に備えて、熱処理工程前後のシリコンウエーハの抵抗率が同値になる熱処理前抵抗率（ＰＮ判定限界抵抗率）を予め算出しておくことが好ましい。該ＰＮ判定限界抵抗率以下の熱処理工程前抵抗率を有するシリコンウエーハに対してＰＮ判定を行うことで熱処理工程前後での導電型の反転も生じることがないため、一層精度高く、高信頼性のＰＮ判定を行うことができる。以下、ＰＮ判定限界抵抗率を算出するための予備試験工程について詳述する。

前記ＰＮ判定限界抵抗率は、本試験工程においてＰＮ判定をするシリコンウエーハとドープノズルからのドープガス流量等以外は同一育成条件（例えばチャンバー形状、口径、ワークコイルおよびその他治具形状・位置、Ａｒガス流量、窒素ガス流量、結晶成長速度、結晶回転速度、偏芯量が同一）により育成されたシリコンウエーハであって熱処理工程前抵抗率が２０００〜５０００Ωｃｍであるシリコンウエーハに対し、該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程前抵抗率）を測定し、その後該シリコンウエーハに対して１１００℃〜１２００℃の温度で１００分以上の熱処理工程を行い、その後さらに該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程後抵抗率）を測定することで、熱処理工程前後の抵抗率を得、熱処理工程前後の抵抗率から該シリコンウエーハの窒素添加量を算出し、該窒素添加量を用いることで算出することができる。

ＦＺ法により作製されるシリコンウエーハに含有される窒素添加量は育成条件に依存し、ドープノズルからのドープガス流量等以外は同一育成条件（例えばチャンバー形状、口径、ワークコイルおよびその他治具形状・位置、Ａｒガス流量、窒素ガス流量、結晶成長速度、結晶回転速度、偏芯量が同一）を用いて作製したシリコンウエーハは同量の窒素添加量を含有するものとみなすことができる。従って、高抵抗率シリコンウエーハのＰＮ判定限界抵抗率を算出する際の窒素添加量は、育成条件が同じであればより抵抗率の低い、例えば熱処理工程前抵抗率が２０００〜５０００Ωｃｍであるシリコンウエーハに含まれる窒素添加量とすることができる。しかも、より抵抗率の低いシリコンウエーハはＰＮ判定をする高抵抗率シリコンウエーハより高濃度に窒素以外のＮ型キャリア不純物またはＰ型キャリア不純物を含有し、窒素以外のＮ型キャリア不純物またはＰ型キャリア不純物が窒素より過剰に含まれている。従って、熱処理工程前抵抗率が２０００〜５０００Ωｃｍであるシリコンウエーハであれば熱処理工程前後で導電型が反転することがなく、正確な窒素添加量を見積もることができる。このようにして求められた窒素添加量を用いてＰＮ判定限界抵抗率を算出することで、より正確なＰＮ判定限界抵抗率を得ることができる。以下、ＰＮ判定限界抵抗率を得るための工程についてさらに詳しく述べる。

（予備試験工程１：熱処理工程前後抵抗率変化測定工程）
前記のように、熱処理工程前抵抗率が２０００〜５０００Ωｃｍであるシリコンウエーハを例えば図２の装置を用いて用意し、その熱処理工程前後の抵抗率差を算出する。

（予備試験工程２：窒素添加量の算出工程）
前記抵抗率差から窒素添加量を算出する。窒素添加量の算出にあたり、ＡＳＴＭ Ｆ５７４に従うことが好ましく、Ｎ型シリコンウエーハの場合、窒素添加量（ｐｐｂａ）＝９３／熱処理工程前抵抗率（Ωｃｍ）−９３／熱処理工程後抵抗率（Ωｃｍ）、Ｐ型シリコンウエーハの場合、窒素添加量（ｐｐｂａ）＝２６３／熱処理工程後抵抗率（Ωｃｍ）−２６３／熱処理工程前抵抗率（Ωｃｍ）として窒素添加量を算出することができる。

（予備試験工程３：ＰＮ判定限界抵抗率の算出工程）
前記窒素添加量からＰＮ判定限界抵抗率を算出する。ＰＮ判定限界抵抗率の算出にあたり、ＡＳＴＭ Ｆ５７４に従うことが好ましく、熱処理工程後抵抗率（Ｐ型シリコンウエーハ）（Ωｃｍ）＝２６３／（窒素添加量（ｐｐｂａ）−９３／熱処理工程前抵抗率（Ｎ型シリコンウエーハ）（Ωｃｍ））となる。ＰＮ判定限界抵抗率は熱処理工程前後においてシリコンウエーハの抵抗率が変化しない熱処理工程前抵抗率と定義されているから、前記式において熱処理工程後抵抗率（Ｐ型シリコンウエーハ）＝熱処理工程前抵抗率（Ｎ型シリコンウエーハ）の場合の抵抗率がＰＮ判定限界抵抗率となる。従って、ＰＮ判定限界抵抗率（Ωｃｍ）＝３５６／窒素添加量（ｐｐｂａ）と計算される。

以上のような工程により、高抵抗率シリコンウエーハに対しても簡便かつ正確にＰＮ判定を行うことができる。

以下、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。

（実施例１）
ＦＺ法により窒素を添加しながら育成したシリコン単結晶インゴットを切断して作製した直径６インチ（１５０ｍｍ）のシリコンウエーハ（サンプル１、サンプル２及びサンプル３）に対して本発明のＰＮ判定を行う。熱処理工程前抵抗率を測定し、その後該シリコンウエーハに対して乾燥酸素雰囲気中で１２００℃の温度で１００分の熱処理工程を行い、熱処理工程後抵抗率を測定することで、熱処理工程前後の抵抗率を得、熱処理工程後抵抗率から熱処理工程前抵抗率を引いた抵抗率差を算出しＰＮ判定を行う。

ここで予め、サンプル１、サンプル２及びサンプル３とドープノズルからのドープガス流量以外は同一育成条件（チャンバー形状、口径、ワークコイルおよびその他治具形状・位置、Ａｒガス流量、窒素ガス流量、結晶成長速度、結晶回転速度、偏芯量が同一）で育成した、熱処理工程前抵抗率が約３１００Ωｃｍ（サンプル４）及び約３４００Ωｃｍ（サンプル５）のＮ型シリコンウエーハを二枚作製した。該Ｎ型シリコンウエーハに対して乾燥酸素雰囲気中で１２００℃の温度で１００分の熱処理工程を行い、熱処理工程後抵抗率を測定することで、熱処理工程前後の抵抗率を得、窒素添加量（ｐｐｂａ）＝９３／熱処理工程前抵抗率（Ωｃｍ）−９３／熱処理工程後抵抗率（Ωｃｍ）により窒素添加量を算出した。その後、ＰＮ判定限界抵抗率（Ωｃｍ）＝３５６／窒素添加量（ｐｐｂａ）によりＰＮ判定限界抵抗率を算出した。

サンプル４及びサンプル５のシリコンウエーハの中心、周辺（シリコンウエーハのエッジから５ｍｍの位置）、その中間領域（Ｒ／２）について熱処理工程前後の抵抗率、熱処理工程前後の抵抗率差及び窒素添加量を表１右側に示す。表１左側にはサンプル４及びサンプル５に対して点接触整流法、熱起電力法によりＰＮ判定をした結果を示す。なお、以下の表１−６において、Ｐはシリコンウエーハの導電型がＰ型であることを表し、Ｎはシリコンウエーハの導電型がＮ型であることを表し、ＪはＰＮ判定ができないことを表す。

また、サンプル４及びサンプル５の結果から算出した窒素添加量、ＰＮ判定限界抵抗率を表２に示す。ＰＮ判定限界抵抗率は、中心部が３５１６６Ωｃｍ、Ｒ／２が４４６８１Ωｃｍ、周辺５ｍｍが１１５３７０Ωｃｍであった。

次に、サンプル１、サンプル２及びサンプル３のシリコンウエーハの中心、周辺及びその中間領域（Ｒ／２）についての熱処理前抵抗率が同一育成条件によるサンプル４及びサンプル５から求めた該ＰＮ判定限界抵抗率以下の値であることを確認し、サンプル１、サンプル２及びサンプル３に対して本発明に係るＰＮ判定方法を適用した結果を表３右側に示す。

（実施例２）
ＦＺ法により窒素を添加しながら育成したシリコン単結晶インゴットを切断して作製した直径５インチ（１２５ｍｍ）のシリコンウエーハ（サンプル６、サンプル７、サンプル８、サンプル９、サンプル１０及びサンプル１１）に対して本発明のＰＮ判定を行う。熱処理工程前抵抗率を測定し、その後該シリコンウエーハに対して乾燥酸素雰囲気中で１２００℃の温度で１００分の熱処理工程を行い、熱処理工程後抵抗率を測定することで、熱処理工程前後の抵抗率を得、熱処理工程後抵抗率から熱処理工程前抵抗率を引いた抵抗率差を算出しＰＮ判定を行う。

ここで予め、サンプル６、サンプル７、サンプル８、サンプル９、サンプル１０及びサンプル１１とドープノズルからのドープガス流量以外は同一育成条件（チャンバー形状、口径、ワークコイルおよびその他治具形状・位置、Ａｒガス流量、窒素ガス流量、結晶成長速度、結晶回転速度、偏芯量が同一）で育成した、熱処理工程前抵抗率が約４０００Ωｃｍ（サンプル１２）及び約１９００Ωｃｍ（サンプル１３）のＮ型シリコンウエーハを二枚作製した。該Ｎ型シリコンウエーハに対して乾燥酸素雰囲気中で１２００℃の温度で１００分の熱処理工程を行い、熱処理工程後抵抗率を測定することで、熱処理工程前後の抵抗率を得、窒素添加量（ｐｐｂａ）＝９３／熱処理工程前抵抗率（Ωｃｍ）−９３／熱処理工程後抵抗率（Ωｃｍ）により窒素添加量を算出した。その後、ＰＮ判定限界抵抗率（Ωｃｍ）＝３５６／窒素添加量（ｐｐｂａ）によりＰＮ判定限界抵抗率を算出した。

サンプル１２及びサンプル１３のシリコンウエーハの中心、周辺、その中間領域（Ｒ／２）について熱処理工程前後の抵抗率、熱処理工程前後の抵抗率差及び窒素添加量を表４右側に示す。表４左側にはサンプル１２及びサンプル１３に対して点接触整流法、熱起電力法によりＰＮ判定をした結果を示す。

また、サンプル１２及びサンプル１３の結果から算出した窒素添加量、ＰＮ判定限界抵抗率を表５に示す。ＰＮ判定限界抵抗率は、中心部が４５３７５Ωｃｍ、Ｒ／２が５０５２６Ωｃｍ、周辺５ｍｍが８０３００Ωｃｍであった。

次に、サンプル６、サンプル７、サンプル８、サンプル９、サンプル１０及びサンプル１１のシリコンウエーハの中心、周辺及びその中間領域（Ｒ／２）についての熱処理前抵抗率が同一育成条件によるサンプル１２及びサンプル１３から求めた該ＰＮ判定限界抵抗率以下の値であることを確認し、サンプル６、サンプル７、サンプル８、サンプル９、サンプル１０及びサンプル１１に対して本発明に係るＰＮ判定方法を適用した結果を表６右側に示す。

（比較例１）
比較例１として表３左側に、サンプル１、サンプル２及びサンプル３に対して前記熱処理前後での点接触整流法、熱起電力法によりＰＮ判定を行った結果を示す。

（比較例２）
比較例２として表６左側に、サンプル６、サンプル７、サンプル８、サンプル９、サンプル１０及びサンプル１１に対して、前記熱処理前後での点接触整流法、熱起電力法によりＰＮ判定を行った結果を示す。

比較例において示されるように、従来法である熱起電力法及び点接触整流法では高抵抗率シリコンウエーハのＰＮ判定ができない部分があり、ＰＮ判定ができているところにおいてもその判定結果の信頼性は低いことが明らかである。一方で、本発明に係るＰＮ判定方法により判定されたＰＮ（導電型）結果は、シリコンウエーハの中心、周辺、その中間領域（Ｒ／２）のすべてに対してＰＮ判定を行うことができ、その判定結果の信頼性は高いものであることが示された。その上、本発明に係るＰＮ判定方法は熱処理工程前後の抵抗率を測定するだけで簡便かつ正確にＰＮ判定を行うことができることが示された。

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…原料結晶棒、 ２…育成単結晶棒、 ３…上軸、 ４…上部保持治具、 ５…下軸、 ６…下部保持治具、 ７…誘導加熱コイル、 ８…種結晶、 ９…絞り部、 １０…浮遊帯域、 １１…ドープノズル、 ２０…チャンバー、 ３０…ＦＺ単結晶製造装置

Claims (5)

1. フローティングゾーン法（ＦＺ法）により窒素を添加しながら育成したシリコン単結晶インゴットを切断して作製したシリコンウエーハのＰＮ判定方法において、該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程前抵抗率）を測定し、その後該シリコンウエーハに対して１１００℃〜１２００℃の温度で１００分以上の熱処理工程を行い、その後さらに該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程後抵抗率）を測定することで、熱処理工程前後の抵抗率を得、熱処理工程後抵抗率から熱処理工程前抵抗率を引いた抵抗率差が正の場合は該シリコンウエーハの該熱処理工程前のＰＮ（導電型）はＮ型、負の場合はＰ型と判定し、
   熱処理工程前後のシリコンウエーハの抵抗率が同値になるシリコンウエーハの熱処理工程前抵抗率をＰＮ判定限界抵抗率とし、
   該ＰＮ判定限界抵抗率以下の熱処理工程前抵抗率を有するシリコンウエーハに対してＰＮ判定を行うことを特徴とするシリコンウエーハのＰＮ判定方法。
2. 前記シリコンウエーハの熱処理工程前抵抗率が５０００Ωｃｍ以上のシリコンウエーハに対してＰＮ判定を行うことを特徴とする請求項１に記載のＰＮ判定方法。
3. 前記ＰＮ判定限界抵抗率として、ＰＮ判定をするシリコンウエーハと同一育成条件により育成されたシリコンウエーハであって熱処理工程前抵抗率が２０００〜５０００Ωｃｍであるシリコンウエーハに対し、該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程前抵抗率）を測定し、その後該シリコンウエーハに対して１１００℃〜１２００℃の温度で１００分以上の熱処理工程を行い、その後さらに該シリコンウエーハの抵抗率（熱処理工程後抵抗率）を測定することで、熱処理工程前後の抵抗率を得、熱処理工程前後の抵抗率から該シリコンウエーハの窒素添加量を算出し、該窒素添加量を用いて該シリコンウエーハのＰＮ判定限界抵抗率を算出することで得られたＰＮ判定限界抵抗率を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＰＮ判定方法。
4. 前記窒素添加量として、シリコンウエーハがＮ型ウエーハの場合は窒素添加量（ｐｐｂａ）＝９３／熱処理工程前抵抗率（Ωｃｍ）−９３／熱処理工程後抵抗率（Ωｃｍ）とし、Ｐ型ウエーハの場合は窒素添加量（ｐｐｂａ）＝２６３／熱処理工程後抵抗率（Ωｃｍ）−２６３／熱処理工程前抵抗率（Ωｃｍ）として算出することで得られた窒素添加量を用いることを特徴とする請求項３に記載のＰＮ判定方法。
5. 前記ＰＮ判定限界抵抗率として、ＰＮ判定限界抵抗率（Ωｃｍ）＝３５６／窒素添加量（ｐｐｂａ）として算出することで得られたＰＮ判定限界抵抗率を用いることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のＰＮ判定方法。
   

Images