JP7463934B2 - Ｎ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、Ｎ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法に関する。
従来、ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造では、黒鉛ルツボに内挿した石英ルツボ内に多結晶シリコンを充填し、黒鉛ルツボの外周より黒鉛ヒーターで加熱溶融してシリコン融液とし、融液に引上げワイヤーで吊下げられた種結晶を浸漬し、種結晶を回転しながら上方に引上げてシリコン単結晶を成長させる。
成長する単結晶は、Ｐ型とＮ型の２種類の導電型があり、原料の多結晶シリコンに３価または５価の元素をドーパントとして加える事で、導電型が造り分けられる。ここでＰ型のドーパントに３価元素のボロン等が用いられ、Ｎ型のドーパントに５価元素のリン、アンチモン等が使用される。
ＣＺ法によるシリコン単結晶には、酸化誘起積層欠陥（以下、ＯＳＦと表記）が発生する事がある。このＯＳＦは、単結晶をウェーハにスライスし（切り出し）、ポリッシング（鏡面研磨）したウェーハ（以下、ＰＷと表記）に集積回路素子を製造する際に種々の障害をもたらし、集積回路素子の製造歩留を著しく低下させる為、ＯＳＦの発生しないシリコン単結晶が望まれる。ＯＳＦの発生は単結晶中の重金属不純物が核となって起こるとされ、近年、原料の多結晶シリコンの高純度化、炉内の黒鉛部品と石英ルツボの高純度化等によりＯＳＦの発生が減少してきた。
ところで、Ｎ型のシリコン単結晶においては、結晶引上げ後の初期のＯＳＦ検査では全くＯＳＦが発生していなくてもインゴット状態で長期間、常温で保存すると、その後のＯＳＦ検査でＯＳＦが多発する事があり、これは単結晶中の微量不純物が常温保存中に徐々に拡散、凝集してＯＳＦの核を形成する為と考えられた。そこで、単結晶インゴットの低温貯蔵方法（特許文献１）が考案された。しかし、低温で貯蔵するには冷凍設備等が必要となる。また、比較的短時間の保存後に切断してスライスして研磨したＰＷではＯＳＦの形成が抑制される事が分かった。
その後、研究が進み、ＯＳＦ経時変化と使用した石英ルツボの含有不純物との関係から、ＯＳＦ経時変化を起こさない為には、石英ルツボのＣｕ濃度が０．５ｐｐｂｗ以下であり、内表層のＡｌ濃度が一定量必要である事が分かった。また、そのＡｌは単結晶の引上げ初期に必要量が原料融液中に溶け込む必要がある事が分かった。そして、Ｎ型のシリコン単結晶中に取り込まれるＣｕの量を減少させ、ＯＳＦ経時変化を抑制するＡｌの量を単結晶中に所定量ドープする事により、ほぼ完全にＯＳＦ経時変化を起こさないＮ型のシリコン単結晶の製造方法が見出された（特許文献２）。
ところが、酸素濃度が８ｐｐｍａ以下で、かつ、抵抗率が３０Ωｃｍ以上のＮ型の単結晶においては、所定量のＡｌをドープしていたものであっても、単結晶をＰＷに加工するまでの間、インゴット状態で長期間保管していた単結晶から切り出したＰＷでは、経時変化によりＯＳＦが発生することが分かった。この為、この様なＡｌドープをした低酸素濃度で高抵抗率のＮ型の単結晶は短期間でインゴットからウェーハを切り出す様にした。しかし、低酸素濃度で高抵抗率のＮ型の単結晶の要求量が増えると、生産計画やウェーハ保存に大きな問題が生じていた。
このように短期間でインゴットからウェーハを切り出す類似の技術として、特許文献３に記載のシリコンウェーハの製造方法では、偏在ＬＰＤの発生を防止または抑制できる方法として、ホウ素濃度が５×１０１４～７×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、かつ、酸素ドナー濃度が４×１０１４～８×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である場合に、インゴットの結晶育成完了後５０日以内に、インゴットからウェーハを切り出すとしている。しかし、ここでの偏在ＬＰＤは、特許文献３の段落００１０に記載の通り、特許文献３の出願時においてはデバイス（集積回路素子）の特性に問題を与える事はないと考えられるものであり、ＯＳＦのように集積回路素子の製造歩留を著しく低下させるものとは課題が異なる。また、この偏在ＬＰＤはホウ素濃度と酸素ドナー濃度とがほぼ同じであるＰ／Ｎ型反転（混在）領域に、ニッケル（Ｎｉ）、または銅（Ｃｕ）がトラップされる事を一因として形成されると考えられるものである。すなわち、特許文献３で対象とするウェーハは、Ｎ型の単結晶ウェーハとは導電型が異なっている。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＰＷでのＯＳＦ発生を防止できるＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造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、本発明では、ＣＺ法によりＡｌをドープして製造したＮ型シリコン単結晶のブロックからウェーハを切り出すことを含むＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
予め、前記Ｎ型シリコン単結晶のライフタイム値と、前記Ｎ型シリコン単結晶の製造終了から前記ウェーハに切り出すまでの日数と、ＯＳＦ発生の有無との間の関係を求め、
前記関係に基づいて、前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックについての、切り出した前記ウェーハにＯＳＦが発生しない、前記Ｎ型シリコン単結晶の製造を終了してから前記ウェーハに切り出すまでの最長保管日数を決定し、
前記決定した最長保管日数までに、前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックから前記ウェーハを切り出すことを特徴とするＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法を提供する。
予め、前記Ｎ型シリコン単結晶のライフタイム値と、前記Ｎ型シリコン単結晶の製造終了から前記ウェーハに切り出すまでの日数と、ＯＳＦ発生の有無との間の関係を求め、
前記関係に基づいて、前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックについての、切り出した前記ウェーハにＯＳＦが発生しない、前記Ｎ型シリコン単結晶の製造を終了してから前記ウェーハに切り出すまでの最長保管日数を決定し、
前記決定した最長保管日数までに、前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックから前記ウェーハを切り出すことを特徴とするＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法を提供する。
Ｎ型シリコン単結晶のライフタイム値と、Ｎ型シリコン単結晶の製造終了からウェーハに切り出すまでの日数と、ＯＳＦ発生の有無との間の関係に基づいて、切り出したウェーハにＯＳＦが発生しない最長保管日数を決定し、この最長保管日数までに、Ｎ型シリコン単結晶のブロックからウェーハを切り出すことにより、このようにして切り出したウェーハを研磨して得られるＰＷでのＯＳＦ発生を防止することができる。そのため、ＰＷ不良によるロスを防止することができる。
また、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、各ブロックのスライス（切り出し）までの日数を管理する際、どのブロックを優先的に切り出すべきかを明確にでき、ＯＳＦの経時変化のしやすさを基準として各ブロックの切り出し加工（スライス加工）を順序良く計画的に進める事ができ、効率的に切り出し加工ができる。
結晶位置の固化率が大きいブロックほど前記最長保管日数が短くなるように、前記最長保管日数を決定することが好ましい。
Ｎ型シリコン単結晶のブロックの結晶位置の固化率を更に考慮に入れて決定した最長保管日数までにＮ型シリコン単結晶のブロックからウェーハを切り出すことにより、ＰＷでのＯＳＦ発生を更に確実に防止しながら、ＯＳＦの経時変化のしやすさを基準として各ブロックの切り出し加工をより計画的に進める事ができ、更に効率的に切り出し加工ができる。
前記ＣＺ法は、同一ルツボから複数本の単結晶を引き上げるマルチプーリング法であってもよく、この場合、総合固化率が大きいブロックほど前記最長保管日数が短くなるように、前記最長保管日数を決定することが好ましい。
マルチプーリング法を用いる場合、Ｎ型シリコン単結晶のブロックの総合固化率を更に考慮に入れて決定した最長保管日数までにＮ型シリコン単結晶のブロックからウェーハを切り出すことにより、ＰＷでのＯＳＦ発生を更に確実に防止しながら、ＯＳＦの経時変化のしやすさを基準として各ブロックの切り出し加工をより計画的に進める事ができ、更に効率的に切り出し加工ができる。
例えば、前記ＣＺ法が同一ルツボから複数本の単結晶を引き上げるマルチプーリング法である場合、
前記最長保管日数の決定において、
前記ライフタイム値と、前記ウェーハに切り出すまでの前記日数と、前記ＯＳＦ発生の有無との間の前記関係に基づいて、ＯＳＦの発生確率を予測し、前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、前記ＯＳＦの発生確率の高さに応じてランク付けする第１工程と、
前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、固化率によりランク付けする第２工程と、
前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、総合固化率によりランク付けする第３工程と
を行ない、
前記第１工程から前記第３工程において、各ランクをそれぞれ数値化し、対象のブロックについて、前記第１工程から前記第３工程での各ランクの数値を合計した数値を求め、
該合計した数値が所定の値以下となるように、前記対象のブロックについての前記最長保管日数を決定し、
前記最長保管日数に基づいて、前記対象のブロックの保管日数の管理を行うことが好ましい。
前記最長保管日数の決定において、
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前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、総合固化率によりランク付けする第３工程と
を行ない、
前記第１工程から前記第３工程において、各ランクをそれぞれ数値化し、対象のブロックについて、前記第１工程から前記第３工程での各ランクの数値を合計した数値を求め、
該合計した数値が所定の値以下となるように、前記対象のブロックについての前記最長保管日数を決定し、
前記最長保管日数に基づいて、前記対象のブロックの保管日数の管理を行うことが好ましい。
以上のように、ＯＳＦの発生確率の高さ、固化率、及び総合固化率に関してランク付けし、各ランクを数値化したものを合計し、合計した数値が所定の値以下のとなるように最長保管日数を決定し、決定した最長保管日数に基づいてブロックの保管日数の管理を行うことにより、ＰＷでのＯＳＦ発生を更に確実に防止しながら、ＯＳＦの経時変化のしやすさを基準として各ブロックの切り出し加工をより計画的に進める事ができ、更に効率的に切り出し加工ができる。
前記Ｎ型シリコン単結晶のライフタイムの測定は、前記Ｎ型シリコン単結晶のテール部の位置から切り出したサンプルを用いて行うことが好ましい。
Ｎ型シリコン単結晶のテール部の位置から採取したサンプルで得られたライフタイムを考慮して上記最長保管日数を決定し、決定した最長保管日数までにウェーハの切り出しを行うことにより、ＰＷでのＯＳＦ発生を更に確実に防止することができる。
前記ＣＺ法により、酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であり且つ抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上である前記Ｎ型シリコン単結晶を製造することができる。
本発明によれば、特にＯＳＦの経時変化を生じ易い酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であり且つ抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上であるＮ型シリコン単結晶のブロックから切り出して得られたＰＷにおいても、ＯＳＦ発生を防止できる。
以上のように、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法であれば、切り出したウェーハを研磨して得られるＰＷでのＯＳＦ発生を効果的に防止できる。そのため、ＰＷ不良によるロスを防止することができる。
したがって、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法は、先に説明した、Ｎ型の単結晶において、所定量のＡｌをドープしたにもかかわらずＯＳＦが経時変化するという現象に、例えば冷凍設備等を用いずとも、対応することができる。
また、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、各ブロックのスライス（切り出し）までの日数を管理する際、どのブロックを優先的に切り出すべきかを明確にでき、ＯＳＦの経時変化のしやすさを基準として各ブロックの切り出し加工を順序良く計画的に進める事ができ、効率的に切り出し加工ができる。
例えば、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、ＰＷでのＯＳＦ発生を防止するために、ＯＳＦが発生しやすいブロックほど切り出すまでの日数が短くなるように保管日数を管理することができるし、又はＯＳＦが発生しないブロックのみを選別して切り出し加工する選別方法にも適用できる。
すなわち、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、ＯＳＦの発生を防止しながら、ＰＷを高い生産性で製造することができる。
上述のように、ＰＷでのＯＳＦ発生を防止できるＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法の開発が求められていた。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、Ｎ型シリコン単結晶のライフタイム値と、Ｎ型シリコン単結晶の製造終了からウェーハに切り出すまでの日数と、ＯＳＦ発生の有無との間の関係に基づいて、切り出したウェーハにＯＳＦが発生しない最長保管日数を決定し、この最長保管日数までに、Ｎ型シリコン単結晶のブロックからウェーハを切り出すことにより、切り出したウェーハを研磨して得られるＰＷでのＯＳＦ発生を効果的に防止することができることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、ＣＺ法によりＡｌをドープして製造したＮ型シリコン単結晶のブロックからウェーハを切り出すことを含むＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
予め、前記Ｎ型シリコン単結晶のライフタイム値と、前記Ｎ型シリコン単結晶の製造終了から前記ウェーハに切り出すまでの日数と、ＯＳＦ発生の有無との間の関係を求め、
前記関係に基づいて、前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックについての、切り出した前記ウェーハにＯＳＦが発生しない、前記Ｎ型シリコン単結晶の製造を終了してから前記ウェーハに切り出すまでの最長保管日数を決定し、
前記決定した最長保管日数までに、前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックから前記ウェーハを切り出すことを特徴とするＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法である。
予め、前記Ｎ型シリコン単結晶のライフタイム値と、前記Ｎ型シリコン単結晶の製造終了から前記ウェーハに切り出すまでの日数と、ＯＳＦ発生の有無との間の関係を求め、
前記関係に基づいて、前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックについての、切り出した前記ウェーハにＯＳＦが発生しない、前記Ｎ型シリコン単結晶の製造を終了してから前記ウェーハに切り出すまでの最長保管日数を決定し、
前記決定した最長保管日数までに、前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックから前記ウェーハを切り出すことを特徴とするＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法である。
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
一般にライフタイム値（以下、ＬＴ値と表記することもある）が低いほどＮ型シリコン単結晶中のＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属濃度が高く、逆にＬＴ値が高いほど前記金属濃度が低い。従って、Ｎ型シリコン単結晶のＬＴ値が低いほどＮ型シリコン単結晶中の金属濃度が高い事になり、ＯＳＦ経時変化が進行しやすい事になる。
ＯＳＦ経時変化が進行しやすいＮ型シリコン単結晶のブロックほど、Ｎ型シリコン単結晶の製造を終了してからウェーハに切り出すまでの最長保管日数（スライスまでの日数）を短くする事により、ＰＷでのＯＳＦ発生をより効果的に防止する事ができる。
上記の通り、ＬＴ値とＯＳＦ経時変化の進行のしやすさとには相関関係があるので、ＬＴ値と、Ｎ型シリコン単結晶の製造終了からウェーハに切り出すまでの日数と、ＯＳＦ発生の有無との間にも、互いに相関関係がある。本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、これらの相関関係に基づいて、切り出したウェーハにＯＳＦが発生しない、Ｎ型シリコン単結晶の製造を終了してからウェーハに切り出すまでの最長保管日数を決定し、この決定した最長保管日数までにＮ型シリコン単結晶のブロックからウェーハを切り出すことにより、切り出したウェーハを研磨して得られるＰＷでのＯＳＦ発生を防止することができる。そのため、ＰＷ不良によるロスを防止することができる。
また、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、Ｎ型シリコン単結晶のブロック毎に、ウェーハに切り出すまでの最長保管日数を決定できるので、各ブロックのスライス（切り出し）までの日数を管理する際、どのブロックを優先的に切り出すべきかを明確にでき、ＯＳＦの経時変化のしやすさを基準として各ブロックの切り出し加工を順序良く計画的に進める事ができ、効率的に切り出し加工ができる
例えば、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、ＯＳＦが発生しやすいブロックほど切り出すまでの日数が短くなるように保管日数を管理することができる。また、保管日数を鑑みて、ＯＳＦが発生しないブロックのみを選別して、切り出し加工を行うこともできる。これにより、切り出したウェーハを研磨して得られるＰＷでのＯＳＦ発生を防止することができる。
また、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法では、Ｎ型シリコン単結晶ウェーハの保管に、冷凍設備等を使用してもよいが、冷凍設備等の使用を必須としない。
すなわち、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、ＯＳＦの発生を防止しながら、ＰＷを高い生産性及び低コストで製造することができる。
以下、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法をより詳細に説明する。
ライフタイム値を測定するＮ型シリコン単結晶は、ＣＺ法により得られたＮ型シリコン単結晶インゴットと呼ぶこともできる。Ｎ型シリコン単結晶インゴットの製造終了を、上記Ｎ型シリコン単結晶の製造終了とすることができる。
Ｎ型シリコン単結晶のライフタイム値の測定は、Ｎ型シリコン単結晶のテール部の位置から切り出したサンプルを用いて行うことが好ましい。テール部の位置（Ｐ側）でＬＴ値の測定を行う理由は、単結晶中の金属濃度が、偏析により、テール側ほど高くなり、ＬＴ値がテール側ほど低い為である。
ここでＬＴ値は、例えば、引き上げたＮ型シリコン単結晶インゴットのテール側より採取したウェーハを用いて、マイクロ波光導電減衰法（μ－ＰＣＤ法）により測定することができる。
Ｎ型シリコン単結晶のブロックは、例えば、Ｎ型シリコン単結晶（Ｎ型シリコン単結晶インゴット）の直胴部から切り出すことにより得ることができる。
１つのＮ型シリコン単結晶から、複数のブロックを得ることもできる。この場合、該単結晶のテール側（Ｐ側）に近いブロックほど切り出しまでの日数が短くなるように管理する事が好ましい。これは、単結晶中の金属濃度が偏析により固化率が大きいテール側ほど高く、テール側ほどＯＳＦ経時変化が進行しやすい事に対応するものであり、ＬＴ値が同じ結晶の中でもテール側ほど切り出しまでの日数を短くすることが好ましい。言い換えると、結晶位置の固化率が大きいブロックほど、上記最長保管日数が短くなるように、上記最長保管日数を決定することが好ましい。
また、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法では、ＣＺ法を同一ルツボから複数本の単結晶を引き上げるマルチプーリング法とすることができる。この場合、該単結晶の総合固化率（＝総結晶重量／総投入原料重量）が大きいマルチ次数が高いほど切り出しまでの日数が短くなるように管理する事が好ましい。これは、マルチ次数が高くなるほど単結晶を引き上げる原料融液中の金属不純物濃度が偏析により高くなっていくからである。この為、ＬＴ値が同じ単結晶の中でもマルチ次数が高い結晶ほどＯＳＦ経時変化の進行が速く、切り出しまでの日数をより短くすることが好ましい。言い換えると、総合固化率が大きいブロックほど上記最長保管日数が短くなるように、上記最長保管日数を決定することが好ましい。
例えば、前記ＣＺ法が同一ルツボから複数本の単結晶を引き上げるマルチプーリング法である場合、
前記最長保管日数の決定において、
前記ライフタイム値と、前記ウェーハに切り出すまでの前記日数と、前記ＯＳＦ発生の有無との間の前記関係に基づいて、ＯＳＦの発生確率を予測し、前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、前記ＯＳＦの発生確率の高さに応じてランク付けする第１工程と、
前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、固化率によりランク付けする第２工程と、
前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、総合固化率によりランク付けする第３工程と
を行ない、
前記第１工程から前記第３工程において、各ランクをそれぞれ数値化し、対象のブロックについて、前記第１工程から前記第３工程での各ランクの数値を合計した数値を求め、
該合計した数値が所定の値以下となるように、前記対象のブロックについての前記最長保管日数を決定し、
前記最長保管日数に基づいて、前記対象のブロックの保管日数の管理を行うことが好ましい。
前記最長保管日数の決定において、
前記ライフタイム値と、前記ウェーハに切り出すまでの前記日数と、前記ＯＳＦ発生の有無との間の前記関係に基づいて、ＯＳＦの発生確率を予測し、前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、前記ＯＳＦの発生確率の高さに応じてランク付けする第１工程と、
前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、固化率によりランク付けする第２工程と、
前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、総合固化率によりランク付けする第３工程と
を行ない、
前記第１工程から前記第３工程において、各ランクをそれぞれ数値化し、対象のブロックについて、前記第１工程から前記第３工程での各ランクの数値を合計した数値を求め、
該合計した数値が所定の値以下となるように、前記対象のブロックについての前記最長保管日数を決定し、
前記最長保管日数に基づいて、前記対象のブロックの保管日数の管理を行うことが好ましい。
例えば、１つの好ましい態様では、Ｎ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法において、測定したＮ型シリコン単結晶のテール側のＬＴ値と切り出しまでの日数との相関グラフでＰＷでのＯＳＦが発生する領域と発生しない領域、及び発生する領域と発生しない領域の境界領域とに区分し、ＯＳＦ発生が多い領域ほど点数が高くなる点数（ランク）付け（Ｔ１）を行う（第１工程）と共に、テール側（Ｐ側）に近いブロックほど高くなる点数（ランク）付け（Ｔ２）（第２工程）をし、また、マルチ次数が高いほど高くなる点数（ランク）付け（Ｔ３）（第３工程）をし、これらの点数の合計Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３が基準値を超えないようにブロックの保管日数の管理を行う。そして、合計Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３が基準値を超えてしまった場合にはＰＷでのＯＳＦが発生する可能性が高いブロックとして切り出し加工しないように選別する事が好ましい。この様に選別する事でＯＳＦの発生する可能性の低いブロックのみを切り出し加工することが可能となりＰＷでのＯＳＦ発生を確実に防止する事ができる。
具体例として、図１に、横軸にＬＴ値、縦軸に切り出しまでの日数としてＯＳＦ発生ありとＯＳＦ発生なしをプロットした、第１工程で用いる一例のグラフを示す。図１のグラフに示す様に、近似線２より上の横縞領域ではＰＷでのＯＳＦ発生が８０％を超えており、この領域を６点とし、さらに近似線１より下の縦縞領域ではＰＷでのＯＳＦ発生が０％であり、この領域を２点とした。そして、近似線１と近似線２の間の境界領域ではＰＷでのＯＳＦ発生率が５０％であり、この領域を４点とした。
また、図２に、第２工程で用いることができる、ブロックのテール側の結晶位置（コーン部側からの距離）別のＯＳＦ発生率の一例を棒グラフに示した。ここで、発生率はＯＳＦが発生したブロック数／総ブロック数であり、値が大きいほど発生率が高い。結晶位置が１００ｃｍ以下１点、１８０ｃｍ以下で２点とした。
さらに、第３工程で用いることができる、マルチ次数別のＯＳＦ発生率点数の一例を、図３に示す。１本目～３本目で１点、４本目～６本目で２点とした。
具体例を示すと、マルチ４本目、結晶位置１２０～１６０ｃｍのブロック、ＬＴ値が１２００μｓの場合は、切り出しまでの最長保管日数が基準点の７点以下となる１１５日以下になるように管理する。このとき、保管日数が例えば６０日の場合は、合計点数が２点＋２点＋２点＝６点となる。この例では、ＰＷでのＯＳＦ発生を起こさない基準値は６点であり、このブロックではＰＷでのＯＳＦ発生が起こらないと判断し、切り出してＰＷへの加工を行うものとする。
本発明では、ＬＴ値、ブロックの結晶位置の固化率、及びマルチ次数（総合固化率）のＯＳＦ経時変化に対する影響の大きさについて数値化する方法は特に限定されず、上記のようにそれぞれの影響量を点数化しその合計が所定の値以下になるように保管日数を管理してもよいし、それぞれの影響量を係数化してこれらの係数の積を求めて、この積の値が所定の値以下になるように保管日数を管理してもよい。
例えば他の好ましい態様では、前記最長保管日数の決定において、対象のブロックについて、上記第１工程においてＯＳＦ発生確率に関する係数Ａを取得し、上記第２工程において結晶位置に対応する固化率による影響に関する係数Ｂを取得し、上記第３工程においてマルチ次数に対応する総合固化率による影響に関する係数Ｃを取得し、係数Ａ、Ｂ及びＣの積Ａ×Ｂ×Ｃが基準値を超えないようにブロックの保管日数の管理を行う。そして、積Ａ×Ｂ×Ｃが基準値を超えてしまった場合にはＰＷでのＯＳＦが発生する可能性が高いブロックとして切り出し加工しないように選別する。この様に選別する事でＯＳＦの発生する可能性の低いブロックのみを切り出し加工することが可能となりＰＷでのＯＳＦ発生を確実に防止する事ができる。
単結晶中の酸素濃度が低いほど、金属不純物の拡散が進行しやすい傾向があり、この為、酸素濃度が８ｐｐｍａ以下である低酸素濃度の単結晶では、ＯＳＦ経時変化を抑制できる所定量のＡｌを単結晶中にドープしていてもＯＳＦ経時変化が進行し、ＰＷでのＯＳＦが発生しやすい。しかしながら、本発明のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法では、ＣＺ法により酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であり且つ抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上である前記Ｎ型シリコン単結晶を製造し、このＮ型シリコン単結晶のブロックから切り出して得られたＰＷにおいても、ＯＳＦの発生を十分に防止できる。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を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。
（実験例）
引上装置の主チャンバー外周に水平磁場を印加する超電導磁石が配置されたＭＣＺ引上装置を準備した。この装置において、口径２６インチ（６５０ｍｍ）の石英ルツボ内で多結晶シリコン原料１８０ｋｇと一緒にＰとＡｌのドープ剤を溶融し、原料融液を得た。この原料融液から、４０００ガウスの水平磁場を印加しながら、直胴部長さが１６０ｃｍとなるまで引き上げて、Ｎ型、直径２０５ｍｍ、＜１００＞、抵抗率４５～６５Ωｃｍ、酸素濃度５．５ｐｐｍ以下のシリコン単結晶を取り出した。
引上装置の主チャンバー外周に水平磁場を印加する超電導磁石が配置されたＭＣＺ引上装置を準備した。この装置において、口径２６インチ（６５０ｍｍ）の石英ルツボ内で多結晶シリコン原料１８０ｋｇと一緒にＰとＡｌのドープ剤を溶融し、原料融液を得た。この原料融液から、４０００ガウスの水平磁場を印加しながら、直胴部長さが１６０ｃｍとなるまで引き上げて、Ｎ型、直径２０５ｍｍ、＜１００＞、抵抗率４５～６５Ωｃｍ、酸素濃度５．５ｐｐｍ以下のシリコン単結晶を取り出した。
取り出し後、取り出した単結晶の重量分の原料をリチャージし、溶融後にドープ剤のＰを投入し、同条件で同品質の２本目の単結晶を引き上げた。同様に引上げとリチャージを繰り返し、同条件で同品質の３本目、４本目、５本目、６本目の単結晶を引き上げた。
そして、引き上げた６本の単結晶について、直胴部を製品直径２００ｍｍまで円筒研磨し、該直胴部を長さ４０ｃｍずつのブロック１～４に４等分し、ブロックをストッカーに保管した。また、引き上げた６本の単結晶について、各テール側よりウェーハを採取し、採取したウェーハを用いてマイクロ波光導電減衰法によりＬＴ値を測定した。
次に、予め、Ｎ型シリコン単結晶のライフタイム値と、Ｎ型シリコン単結晶の製造終了からウェーハに切り出すまでの日数と、ＯＳＦ発生の有無との関係を求めるため、２０日ごとに各ブロックからサンプルウェーハを切り出し、ＰＷに加工した。ＰＷに加工後、ＯＳＦ検査を実施したところ、図１に示す結果が得られた。
Ａｌをドープして製造した直径２００ｍｍ、＜１００＞、抵抗率４５～６５Ωｃｍ、酸素濃度５．５ｐｐｍａ以下のリンドープＮ型シリコン単結晶ウェーハについて、ＯＳＦの発生しない切り出しまでの最長保管日数ｙと、テール側で測定したＬＴ値ｘとの関係を調べると、ｙ＝０．６９２ｘ－７１３．８５という関係式１（近似線１）で表された。
そして、この関係式より、図１でＬＴ値が１１５０μｓの場合はＯＳＦの発生しない最長保管日数が８２日と求められた。ここで、ＬＴ値１１５０μｓの場合のＯＳＦが発生しやすい領域は、最長保管日数が１１２日を超える場合であり、ＯＳＦが発生しない領域のブロックの最長保管日数を１とした場合にその比率である係数Ａは１１２／８２＝１．３７だった。
そして、ＬＴ値が１１５０μｓの場合には、保管日数が８２日を超え、１１２日以下の場合に比率Ａが１．０～１．３７となり、この境界領域（係数Ａが１．０～１．３７）でのＯＳＦ発生率が５０％以下であった。
一方、ＯＳＦの発生しやすい切り出しまでの最長保管日数ｙと、テール側で測定したＬＴ値ｘとの関係を調べると、ｙ＝０．６９２ｘ－６８３．８５という関係式２（近似線２）で表された。
また、各ブロックのテール側の結晶位置（コーン部側からの距離）別のＯＳＦ発生率を調べ、ランク付けをした。その結果を図２に棒グラフとして示す。そして、マルチ次数別のＯＳＦ発生率を調べ、ランク付けをした。その結果を図３に棒グラフとして示す。
（実施例１）
実施例１では、図１に基づいて、ＬＴ値が１１５０μｓの場合、ＰＷでＯＳＦが発生しない最長保管日数を８２日に決定した。同様に、ＬＴ値が１２００μｓでは最長保管日数を１１７日に決定し、１１００μｓでは最長保管日数を４７日に決定した。このようにして、ＬＴ値から図１の最長保管日数の関係式１に従い、ブロックの保管日数の管理を行い、この保管日数の条件を満足したブロックのみを切り出した。その結果、ＰＷに加工後にＯＳＦは発生しなかった。
実施例１では、図１に基づいて、ＬＴ値が１１５０μｓの場合、ＰＷでＯＳＦが発生しない最長保管日数を８２日に決定した。同様に、ＬＴ値が１２００μｓでは最長保管日数を１１７日に決定し、１１００μｓでは最長保管日数を４７日に決定した。このようにして、ＬＴ値から図１の最長保管日数の関係式１に従い、ブロックの保管日数の管理を行い、この保管日数の条件を満足したブロックのみを切り出した。その結果、ＰＷに加工後にＯＳＦは発生しなかった。
（実施例２）
実施例２では、ＬＴ値、ブロック位置、及びマルチ次数のＯＳＦ経時変化に対する影響量を図１～図３に示すように数値化して合計点数が６点以下になるようにブロックの保管日数管理を行い、この保管日数の条件を満足したブロックのみを切り出した。その結果、ＰＷに加工後にＯＳＦは発生しなかった。
実施例２では、ＬＴ値、ブロック位置、及びマルチ次数のＯＳＦ経時変化に対する影響量を図１～図３に示すように数値化して合計点数が６点以下になるようにブロックの保管日数管理を行い、この保管日数の条件を満足したブロックのみを切り出した。その結果、ＰＷに加工後にＯＳＦは発生しなかった。
（実施例３）
実施例３では、以下に説明するように、係数の積Ａ×Ｂ×Ｃに基づいて、ブロックの保管日数管理を行なった。
実施例３では、以下に説明するように、係数の積Ａ×Ｂ×Ｃに基づいて、ブロックの保管日数管理を行なった。
図１に示すグラフにおける境界領域（４点の領域；係数Ａが１．０～１．３７）でＯＳＦが発生しない場合を調べると、ブロックのテール側の結晶位置（コーン部からの距離）が１００ｃｍ以下であり、かつ、マルチ次数が１本目～３本目までの場合だった。これを言い換えるとこの境界領域でＯＳＦが発生する場合はブロックのテール側の結晶位置（コーン部からの距離）が１２０ｃｍ以上であり、かつ、マルチ次数が４本目～６本目までの場合だった。
固化率とＯＳＦが発生しない最長日数との関係は、ＬＴ値が１１５０μｓの場合、平均日数でみると、固化率が１８％以下で１１２日、３５％以下で１０２日、５２％以下で９２日、７０％以下で８２日であり、固化率が高いほど平均日数が低くなっていった。ここで固化率による影響を係数Ｂとしてさらに考慮に加えて、Ａ×Ｂが１．３７以下となるように保管日数の管理を行なった。具体的には、固化率が１８％以下でＢ＝０．８とし、３５％以下でＢ＝０．９、５２％以下でＢ＝１．２とした。前記係数Ａが１．４２でＯＳＦが発生しやすい領域でも、固化率が１８％以下であるブロックは発生しにくい傾向となった。
また、マルチ次数を含めた総合固化率（＝総結晶重量／総投入原料重量）では、各本目の引上げ終了後に残湯中の不純物濃度が最も上昇し、その後、原料をリチャージすると、その不純物濃度が減少するという不純物の濃度の増減を繰り返しながら、マルチ次数が進むほど単結晶のテール側の不純物濃度が上昇し、次数の高い単結晶ほどテール側ＬＴ値が低くなる傾向があった。
具体的には、マルチ次数が１本目のＬＴ値が１１５０μｓの場合、２本目が１１３０μｓ、３本目が１１００μｓ、４本目が１０４０μｓ、のように次数が進むほどＬＴ値が低下していった。そこで、マルチ次数による影響を係数Ｃとしてさらに考慮に加えて、Ａ×Ｂ×Ｃが１．３７以下となるように保管日数の管理を行った。例えば、マルチ次数が１本目でＣ＝１．０、２本目でＣ＝１．０５、同様に３本目Ｃ＝１．１、４本目Ｃ＝１．１５、５本目Ｃ＝１．２５、６本目Ｃ＝１．３５とした。
例えば、前記Ａ＝１．０であっても、固化率４０％でＢ＝１．２、マルチ次数４本目でＣ＝１．１５であると、積Ａ×Ｂ×Ｃが１．３８となり、Ａが１．３７を超える場合と同様にＯＳＦが発生しやすい傾向となった。
そして、本実施例３では、図１の４点の領域のＬＴ値であっても、このようなブロックの保管日数の管理を行い、積Ａ×Ｂ×Ｃが１．３７以下のブロックのみを切り出した。その結果、ＰＷに加工後にＯＳＦは発生しなかった。
ここで、実施例３のように、この積Ａ×Ｂ×Ｃを１．３７以下にする管理方法と、実施例２のように、影響量の数値の合計した数値値を基準点である６点以下に管理する方法との整合性について説明する。
合計点数方式である実施例２では、影響量の数値の合計した数値を６点以下となるように管理した。例えば、マルチ４本目（２点）、結晶位置７０～１００ｃｍ（１点）のブロック場合は、ＬＴ値が１２００μｓの場合、最長保管日数は関係式１から１１６日以下（２点）となる。
そして、積Ａ×Ｂ×Ｃで管理した実施例３では上記で説明したように、関係式１と関係式２と、係数Ａ、Ｂ及びＣで表される影響量から、積Ａ×Ｂ×Ｃを１．３７以下となるように管理した。例えば、固化率係数Ｂ＝１．２、マルチ次数係数Ｃ＝１．１５である場合、積Ａ×Ｂ×Ｃを１．３７以下にするためには、ＬＴ値係数Ａを０．９９以下にする必要がある。そのため、この場合に決定する最長保管日数は、関係式１から求めた１１６日×０．９９の１１５日以下となる。
このように、実施例２のような簡便な点数方式で決定する最長保管日数と、実施例３のような３係数の積に基づいて決定する最長保管日数とはおおよそ一致した。
（比較例１及び２）
比較例１及び２では、図１に示すようなライフタイム値と保管期間とＯＳＦ発生の有無との関係を考慮せずに、Ｎ型シリコン単結晶ウェーハを製造した。具体的には以下のとおりである。
比較例１及び２では、図１に示すようなライフタイム値と保管期間とＯＳＦ発生の有無との関係を考慮せずに、Ｎ型シリコン単結晶ウェーハを製造した。具体的には以下のとおりである。
先に説明した実験例と同様の手順で、Ａｌをドープして製造した直径２００ｍｍ、＜１００＞、抵抗率４５～６５Ωｃｍ、酸素濃度５．５ｐｐｍａ以下のリンドープＮ型シリコン単結晶を製造した。
比較例１では、テール側で測定したＬＴ値が１１００μｓであり、マルチ次数が４本目のＮ型シリコン単結晶のうち、固化率が３２％である結晶位置からブロックを得た。このブロックを、ストッカーに保管し、保管日数が４０日、６０日、及び８０日の時点でそれぞれウェーハに切り出した。切り出したウェーハから得られたＰＷでのＯＳＦの発生を調べると、４０日が発生なし、６０日と８０日が発生ありとなった。
比較例２では、テール側で測定したＬＴ値が１１５０μｓであり、マルチ次数が５本目のＮ型シリコン単結晶のうち、固化率が４８％である結晶位置からブロックを得た。このブロックを、ストッカーに保管し、保管日数が６０日、８０日、及び１００日の時点でそれぞれウェーハに切り出した。切り出したウェーハから得られたＰＷでのＯＳＦの発生を調べると、６０日及び８０日が発生なし、１００日が発生ありとなった。
比較例１及び２の結果を、以下の表１にまとめた。
このように、ＡｌドープをしたＮ型単結晶であっても、高抵抗率、低酸素の単結晶では経時変化によりＰＷに加工後にＯＳＦが発生した。そして、本発明に従って決定した最長保管日数までにＮ型単結晶のブロックからウェーハを切り出さなかった比較例１及び２では、ＰＷでのＯＳＦ発生を防止できなかった。
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。
Claims (5)
- ＣＺ法によりＡｌをドープして製造したＮ型シリコン単結晶のブロックからウェーハを切り出すことを含むＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
前記ＣＺ法により、酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であり且つ抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上である前記Ｎ型シリコン単結晶を製造し、
予め、前記Ｎ型シリコン単結晶のライフタイム値と、前記Ｎ型シリコン単結晶の製造終了から前記ウェーハに切り出すまでの日数と、ＯＳＦ発生の有無との間の関係を求め、
前記関係に基づいて、前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックについての、切り出した前記ウェーハにＯＳＦが発生しない、前記Ｎ型シリコン単結晶の製造を終了してから前記ウェーハに切り出すまでの最長保管日数を決定し、
前記決定した最長保管日数までに、前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックから前記ウェーハを切り出すことを特徴とするＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。 - 固化率が大きいブロックほど前記最長保管日数が短くなるように、前記最長保管日数を決定することを特徴とする請求項１に記載のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
- 前記ＣＺ法は、同一ルツボから複数本の単結晶を引き上げるマルチプーリング法であって、
総結晶重量／総投入原料重量で算出される総合固化率が大きいブロックほど前記最長保管日数が短くなるように、前記最長保管日数を決定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Ｎ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。 - 前記ＣＺ法は、同一ルツボから複数本の単結晶を引き上げるマルチプーリング法であって、
前記最長保管日数の決定において、
前記ライフタイム値と、前記ウェーハに切り出すまでの前記日数と、前記ＯＳＦ発生の有無との間の前記関係に基づいて、ＯＳＦの発生確率を予測し、前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、前記ＯＳＦの発生確率の高さに応じてランク付けする第１工程と、
前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、固化率によりランク付けする第２工程と、
前記ウェーハに切り出す前記Ｎ型シリコン単結晶の前記ブロックを、総結晶重量／総投入原料重量で算出される総合固化率によりランク付けする第３工程と
を行ない、
前記第１工程から前記第３工程において、各ランクをそれぞれ数値化し、対象のブロックについて、前記第１工程から前記第３工程での各ランクの数値を合計した数値を求め、
該合計した数値が所定の値以下となるように、前記対象のブロックについての前記最長保管日数を決定し、
前記最長保管日数に基づいて、前記対象のブロックの保管日数の管理を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。 - 前記Ｎ型シリコン単結晶のライフタイムの測定は、前記Ｎ型シリコン単結晶のテール部の位置から切り出したサンプルを用いて行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＮ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
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