KR101272659B1

KR101272659B1 - 실리콘 단결정의 제조 방법, 실리콘 단결정 잉곳 및 실리콘 웨이퍼

Info

Publication number: KR101272659B1
Application number: KR1020090102206A
Authority: KR
Inventors: 시게루 우메노; 케이이치로 히라키; 히로아키 다구치
Original assignee: 가부시키가이샤 사무코
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2013-06-10
Also published as: US8771415B2; US20100111802A1; KR20100047160A

Abstract

(과제) OSF 영역의 위치나 넓이를 지표로 하는 일 없이 인상 속도의 제어 방향을 판단함으로써, 후속의 인상의 속도 프로파일을 피드백 조정한다.

(해결 수단) CZ법에 의해 COP 및 전위 클러스터를 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳을 육성하고, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 실리콘 웨이퍼(40)를 절출하고, as-grown 상태의 실리콘 웨이퍼(40)에 대하여 반응성 이온 에칭을 행함으로써, 산화 실리콘을 포함하는 grown-in 결함을 에칭면 상의 돌기로서 현재화(顯在化)시킨다. 현재화된 돌기 발생 영역(46)에 기초하여, 후속의 육성 공정에 있어서의 육성 조건을 피드백 조정한다. 이에 따라, 결함을 현재화시키기 위한 열처리를 행하는 일 없이, 보다 가까운 배치에 대하여 피드백할 수 있다.

실리콘 단결정, 열처리, 이온 에칭

Description

실리콘 단결정의 제조 방법, 실리콘 단결정 잉곳 및 실리콘 웨이퍼 {METHOD OF MANUFACTURING SILICON SINGLE CRYSTAL, SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT, AND SILICON WAFER}

본 발명은 실리콘 단결정의 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳에 관한 것으로, 특히, 초크랄스키법(CZ법)에 의해 육성되어, 반도체 디바이스의 기판용으로서 매우 적합하게 이용되는 실리콘 단결정의 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 실리콘 웨이퍼에 관한 것으로, 특히, 초크랄스키법에 의해 육성된 실리콘 단결정 잉곳으로부터 절출(切出)되어, 반도체 디바이스의 기판으로서 매우 적합한 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.

초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 육성할 경우, 그 결정에 포함되는 결함의 종류나 분포는, 결정의 인상 속도(V)와 실리콘 단결정 내의 성장 방향의 온도 구배(G)의 비(比)에 의존한다.

도 16은 V/G와 결함의 종류 및 분포와의 일반적인 관계를 나타내는 도면이다. 도 16의 인상 조건은, 인상하는 단결정의 중심부가, 융점에서 1370℃까지의 온도역에서, 중심부에 있어서의 온도 구배를 Gc로 하고, 외주부(外周部)에 있어서 의 온도 구배를 Ge로 했을 경우, Gc/Ge＜1로 설정되어 있다.

도 16에 나타내는 바와 같이, V/G가 큰 경우에는 공공(空孔)이 과잉이 되어, 공공의 응집체인 미소(微小) 보이드(일반적으로 COP: Crystal Originated Particle이라고 불리고 있는 결함)가 발생한다. 한편, V/G가 작은 경우에는 격자(格子)간 실리콘 원자가 과잉이 되어, 격자간 실리콘의 응집체인 전위 클러스터가 발생한다. 따라서, COP도 전위 클러스터도 포함하지 않은 결정을 제조하는 데는, V/G가 결정의 지름 방향과 길이 방향에서 적절한 범위에 들어가도록 제어하지 않으면 안 된다. 우선, 결정의 지름 방향에 대해서는, 어느 위치라도 V는 일정하기 때문에, 온도 구배(G)가 소정의 범위에 들어가도록 CZ 로(爐) 내의 고온 부분(핫·존)의 구조를 설계하지 않으면 안 된다. 다음으로, 결정의 길이 방향에 대해서는, G가 결정의 인상 길이에 의존하기 때문에, V/G를 소정의 범위로 유지하기 위해서는, 결정의 길이 방향으로 V를 변화시키지 않으면 안 된다. 현재는, 직경 300mm의 실리콘 단결정이라도, V/G를 제어함으로써, COP도 전위 클러스터도 포함하지 않은 결정이 양산되고 있다.

상기한 바와 같이, V/G를 제어하여 인상한, COP와 전위 클러스터를 포함하지 않은 실리콘 웨이퍼가 양산되어, 전자(電子) 디바이스의 제조에 사용되고 있다. 그러나, 이들 웨이퍼는 결코 전면(全面)이 균질하지 않고, 열처리된 경우의 거동이 다른 복수의 영역을 포함하고 있다. 도 16에 나타내는 바와 같이, COP가 발생하는 영역과 전위 클러스터가 발생하는 영역의 사이에는, V/G가 큰 쪽으로부터 순서대로, OSF 영역, Pv 영역, Pi 영역의 3개의 영역이 존재한다. OSF 영역이란, as- grown 상태(결정 성장 후에 어떤 열처리도 행하고 있지 않은 상태)에서 판 형상 산소 석출물(OSF 핵)을 포함하고 있고, 고온(일반적으로는 1000℃ 내지 1200℃)에서 열산화 한 경우에 OSF(Oxidation Induced Stacking Fault)가 발생하는 영역이다. Pv 영역이란, as-grown 상태에서 산소 석출핵을 포함하고 있어, 저온 및 고온(예를 들면, 800℃와 1000℃)의 2단계의 열처리를 행한 경우에 산소 석출물이 발생하기 쉬운 영역이다. Pi 영역이란, as-grown 상태에서 거의 산소 석출핵을 포함하지 않아, 열처리가 행해져도 산소 석출물이 발생하기 어려운 영역이다.

COP가 발생하기 시작하는 V/G와 전위 클러스터가 발생하기 시작하는 V/G의 차는 매우 작기 때문에, COP도 전위 클러스터도 포함하지 않은 결정을 제조하는 데는, 인상 속도(V)의 엄밀한 관리가 필요하다. 그러나, 목표한 바와 같은 인상 속도(V)로 결정을 인상해도, 여러 가지 요인으로부터 COP나 전위 클러스터가 발생할 경우가 있다. 이는, 하기의 이유에 의한다.

CZ 로(爐)는, 카본 히터, 단열재, 카본 도가니 등의 부재(部材)로 구성되어 있다. 이들 부재는, 수십 회에서 수백 회의 인상에 걸쳐서 계속적으로 사용된다. 또한, 이들 부재는, 실리콘 융액의 증기나 액적과의 반응, 실리콘 융액 및 카본으로부터 발생한 가스와의 반응, 석영 도가니의 반응 등으로, 시간 경과에 따라 변질, 두께 감소하고, CZ 로 내의 핫·존의 열적 특성도 시간 경과에 따라 변화한다. 이러한 핫·존의 시간 경과에 따른 변화가 일어나면, 온도 구배(G)가 변화하기 때문에, 목표한 바와 같은 인상 속도(V)로 결정을 인상해도 V/G가 설계치로부터 어긋나 버린다. 이러한 이유로부터, 목표한 바와 같은 인상 속도(V)로 결정을 인상해 도 COP나 전위 클러스터가 발생하는 것이다.

따라서, 목표로 하는 V/G를 실현하기 위해서는, 핫·존의 시간 경과에 따른 변화에 따라서 인상 속도(V)의 프로파일을 변경할 필요가 있다.

종래에는, OSF 영역을 포함하도록 인상 속도 프로파일을 설정하여, 인상한 결정으로부터 절출한 샘플에 Cu(구리) 데코레이션이나 OSF 평가를 위한 열처리를 행하여 OSF 영역의 넓이를 평가하고, 그 넓이에 기초하여 후속의 인상의 속도 프로파일을 조정하고 있었다(특허문헌 1, 2 참조). 즉, OSF 영역이 넓으면 CZ 로는 V/G가 커지는(G가 작아지는) 방향으로 변화하고 있기 때문에 후속의 인상에서는 인상 속도(V)를 약간 낮게 설정하고, 역으로 OSF 영역이 좁으면 CZ 로는 V/G가 작아지는(G가 커지는) 방향으로 변화하고 있기 때문에 후속의 인상에서는 인상 속도(V)를 약간 높게 설정하고 있었다.

이들의 방법은, OSF 영역의 넓이나 위치를 지표로 하여 후속의 인상의 속도 프로파일을 조정하는 방법이기 때문에, 제품으로서 출하되는 웨이퍼에도 필연적으로 OSF 영역이 포함된다. 현재, OSF 영역은 전자 디바이스에 영향을 주고 있지 않는 것 같다. 그러나, OSF 영역은, as-grown 상태에서도 OSF의 핵, 즉, 판 형상의 산소 석출물을 포함하는 영역이기 때문에, 장래의 전자 디바이스에서는 그 특성을 열화시키는 원인이 될 가능성이 높다. 따라서, 향후에는, OSF 영역의 넓이를 인상 속도 조정의 지표로 하지 않고, OSF 영역을 포함하지 않는 결정을 안정적으로 인상하는 방법을 개발하는 것이 필요하다고 생각된다.

OSF 영역을 인상 속도 조정의 지표로 하지 않는 방법으로서, 실리콘의 탄성 정수의 극(極)저온화에 수반하는 감소(소프트화)의 크기로부터, 결정 중의 공공 농도를 추정하여 후속의 인상의 속도 프로파일을 조정하는 방법이 제안되고 있다(특허문헌 3 참조). 그러나, 이 방법을 실시하는 데는, 실리콘 단결정으로부터 절출한 웨이퍼에, 가공 왜곡을 제거하기 위한 에칭을 행하고, 박막 진동자가 되는 ZnO나 AlN을 증착하고, 외부 자장(磁場)을 필요에 따라서 인가한 상태에서, 25K(-248℃) 이하의 온도역으로 냉각하면서, 초음파 펄스를 전파시키고, 전파한 초음파 펄스의 음속 변화를 검출하고, 이 음속 변화로부터, 냉각 온도의 저하에 수반하는 탄성 정수의 감소량을 산출하고, 이 산출한 탄성 정수의 감소량으로부터 실리콘 웨이퍼 중에 존재하는 공공 농도를 평가한다는 순서를 밟지 않으면 안 된다. 이 때문에, 고가인 평가 설비와 복잡한 순서가 필요하게 되어, 실리콘 단결정의 제조 공정에서의 루틴(routine)적인 검사에는 도저히 적용할 수 없다.

실리콘 단결정 중의 결정 결함을 검출하는 방법으로서 여러 가지 원리에 기초하는 평가 방법이 제안되고 있다. 옛날부터 행해지고 있는 습식(濕式)의 선택 에칭법은, 실리콘에 대하여 산화 작용을 갖는 물질과 산화물을 용해하는 작용을 갖는 물질의 혼합액에 샘플을 침지하여, 결정 결함을 에칭된 표면의 요철(대부분의 경우에는 에치 피트(etched pit))로서 드러나게 하는(현재화(顯在化)하는) 방법이다. 산화 작용을 갖는 물질로서는 질산이나 크롬산 등이 이용되고, 산화물을 용해하는 작용을 갖는 물질로서는 불산이 이용되고 있다. 이용되는 화학 물질의 종류와 그 혼합비에 따라, 정상인 실리콘/결함의 선택비가 다르고, 감도나 검출 가능한 결함의 종류가 다르다. 습식의 선택 에칭법은, 다른 방법에 비하여 감도는 낮지만, 간편하기 때문에, 현재도 결정 결함 평가에 이용되고 있다. 대표적인 에칭액으로서, 모두 고안자의 이름을 붙인 라이트액, 세코액, 대시(dash)액 등을 들 수 있다.

1990년대부터 일반적으로 이용되어지게 된 적외 토모그래피법(infrared tomography)은, 실리콘과 결함의 굴절율의 차이를 이용한 방법이다. 적외선은 실리콘을 투과하기 때문에, 웨이퍼 내부의 결함을 평가할 수 있다. 이 방법은, 습식의 선택 에칭법에 비하여, 산소 석출물이나 COP에 대한 감도가 높은 것이 특징이다.

또한, 특허문헌 4, 5에는, 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching: RIE)을 이용한 결함 검출 방법이 기재되어 있다. 이 방법은, 열처리에 의해 BMD 등의 산소 석출물을 현재화시킨 후, Si/SiO₂의 선택비가 높은 조건에서 샘플에 대하여 RIE를 행하는 방법이다. 이에 따라, 산소 석출물(SiO₂)이 에칭되지 않고, 돌기로서 현재화된다. Si/SiO₂의 선택비가 높은 조건을 고르면, 적외 토모그래피법보다도 고감도인 결함 평가가 가능하다고 보고되고 있다.

[특허문헌 1] 일본공개특허공보 2005-194186호

[특허문헌 2] 국제공개팜플렛 제99/40243호

[특허문헌 3] 일본공개특허공보 2007-261935호

[특허문헌 4] 일본공개특허공보 2000-58509호

[특허문헌 5] 일본공개특허공보 2007-123542호

지금까지, 산소 석출물 밀도를 고밀도로 형성한 게터링 능력이 우수한 웨이퍼의 제공이 강하게 요구되어 왔다. 그러나, 산소 석출물은 소위 결정 결함의 일종으로, 디바이스가 형성되는 웨이퍼 표층부에 산소 석출물이 존재하면 디바이스 불량을 초래하는 요인이 된다. 이 때문에, 종래부터, 산소 석출물을 갖는 실리콘 웨이퍼에 고온 열처리를 행하여, 디바이스가 형성되는 웨이퍼 표층부에 존재하는 산소 석출물을 소멸시킨 어닐 웨이퍼나, 산소 석출물을 갖는 웨이퍼의 표면에 에피택셜막을 형성한 에피택셜 실리콘 웨이퍼 등이 개발되고 있다. 그러나, 모두 웨이퍼에 대하여 새로운 공정을 부가하는 프로세스로서, 생산성이 저하되고, 제조 비용이 상승한다는 근본적인 문제가 있다.

최근, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)의 개발 등이 진행되고 있다. IGBT는, 메모리 등의 LSI와 같이 웨이퍼의 표면 근방만을 횡방향으로 사용하는 소자가 아니라, 웨이퍼를 종방향(웨이퍼 두께 방향)으로 사용하는 소자이기 때문에, 그 특성은 웨이퍼의 벌크의 품질에 영향을 받는다. 이 때문에, 웨이퍼 표층부의 산소 석출뿐만이 아니라, 웨이퍼 내부의 산소 석출물도 축소·저감화를 도모할 필요가 생겼다. 또한, IGBT용 웨이퍼에 한정하지 않고, 최근, 디바이스에 있어서의 클린화가 진행되어 불순물 오염의 위험성도 대폭으로 저감됨으로써, 웨이퍼에 요구되는 품질로서 게터링 능력을 불문으로 하고, COP, 전위 클러스터에 한정하지 않고, 결정 결함의 일종인 산소 석출물조차도 한없이 저감시킨 웨이퍼가 차세대 웨이퍼로서 향후 요구될 것이 예상된다.

일반적으로, 웨이퍼 중의 산소 석출물을 저감하는 데는, 결정 중의 산소 농도를 저하시킴으로써 저감할 수 있다. 현재, 자장을 인가하는 MCZ법(Magnetic-field-applied Czochralski Method)을 채용하여, 도가니 회전 속도나 결정 회전 속도 등을 조정함으로써, 산소 농도 3×10¹⁷atoms/㎤까지의 저산소 실리콘 단결정 잉곳의 작성이 가능하다(본 명세서에서 기재하는 산소 농도는 모두 ASTM F-121(1979)에서 규격된 푸리에 변환 적외 분광 광도법에 의한 측정치이다).

그러나, 산소 석출물이 적고, 그리고 COP 및 전위 클러스터가 존재하지 않은 무(無)결함 영역으로 이루어지는 실리콘 단결정을 육성하는 경우, 산소 석출이 활성한 결정 영역(Pv 영역)을 가능한 한 배제할 필요가 있지만, 결정 중의 산소 농도 저하에 의해 Pv 영역에 있어서의 산소 석출이 저하되어, Pv 영역과 Pi 영역에 있어서의 산소 석출물 분포의 차가 매우 작아져 버린다. 이 때문에, 지금까지 실시되고 있는 산소 석출물 평가 열처리(저온, 고온의 2step 열처리)에 의한 결함 분포 평가에서는, Pv 영역과 Pi 영역의 경계 판별이 곤란해진다.

또한, 산소 석출물 평가 열처리는, 통상, 산화 분위기 중에서, 저온 열처리(800℃×4시간)와 고온 열처리(1000℃×16시간)의 2단계 열처리가 실시되고, 이 열처리에 의해 결정 내의 산소 석출핵을 성장시켜서 산소 석출물로서 현재화시킴으로써 광학 현미경 등으로 그 밀도 분포를 평가하는 것이다. 그러나 이 평가 방법으로는 미소한 산소 석출핵까지도 현재화할 수는 없고, 현재화되는 산소 석출물의 밀도나 사이즈는 산소 농도에도 의존한다. 또한, 고온 열처리를 장시간 받음으로 써, 결정 내에 존재하는 사이즈가 작은 산소 석출핵을 소멸시켜 버릴 가능성도 있다. 따라서, 산소 석출물 평가 열처리에 의한 결함 분포 평가에서는, 미소한 산소 석출물이 결정 내에 존재할 위험성이 높아, 미소 산소 석출물이 존재하는 결정 영역을 배제한 실리콘 단결정의 육성은 곤란했다.

한편, 평가용 시료의 표면을 구리로 오염하여, 800∼1000℃에서 3∼20시간의 열처리에 의해 구리를 시료 내에 확산시킴으로써 결정 표면의 결함을 현재화시키는 구리 데코레이션법은, 결정 결함을 고감도로 검출할 수 있는 수법으로서 유용하기는 하지만, 고온 열처리를 수반하기 때문에, 산소 석출물 평가 열처리와 동일하게 미소 산소 석출핵을 소멸시켜 버릴 가능성이 있다. 또한, 복수의 장시간 열처리가 필요하기 때문에, 그 평가에 매우 많은 시간을 요해 버려, 평가 결과를 단결정 육성 조건으로 피드백하기까지의 타임 래그(time lag)가 커져 버린다.

이에 대해, 특허문헌 4에 기재된 RIE법에 의하면, 미소한 산소 석출물의 검출이 가능하지만, 특허문헌 4에는, 열처리에 의해 현재화시킨 BMD 등의 산소 석출물의 평가가 가능하다고 보고되어 있는데 그쳐, as-grown 상태의 실리콘 웨이퍼에 대한 평가에 대해서는 서술되어 있지 않다. 특허문헌 4가 출원된 당시의 기술 수준에서는, as-grown 상태의 실리콘 웨이퍼에 포함되는 결함으로서 문제시되고 있었던 것은 OSF 핵뿐이며, OSF 핵은 열산화에 의해 용이하게 현재화되는 점에서, 이를 as-grown 상태에서 검출하는 의의는 없었던 것으로 생각된다. 또한, 특허문헌 4가 출원된 당시의 기술 수준에서는, Pv 영역이 as-grown 상태에서 산소 석출핵을 포함하고 있는지 아닌지도 명확하지 않았다.

또한, 특허문헌 5에는, OSF 핵을 RIE법에 의해 현재화시킬 수 있다고 기재되어 있지만, Pv 영역에 포함되는 산소 석출물과 같이, OSF 핵보다도 더욱 미소한 산소 석출물에 대하여 RIE법이 유효한지 아닌지는 서술되어 있지 않다. 이는, Pv 영역에 포함되는 산소 석출물은 게터 사이트(getter site)로서 통상 필요한 것으로, 특허문헌 5에 있어서 이를 배제할 필연성이 없기 때문이라고 생각된다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, OSF 영역의 위치나 넓이를 지표로 하지 않고, 인상된 결정에 포함되는 영역을 간편한 방법으로 특정하여, 후속의 인상의 속도 프로파일을 조정함으로써, COP 영역도 전위 클러스터 영역도 포함하지 않고, 바람직하게는 OSF 영역도 포함하지 않는 실리콘 단결정을 제조하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이와 같이 하여 제조된 실리콘 단결정으로부터 절출된 실리콘 웨이퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명자들은, IGBT 등의 수직 실리콘 디바이스 등을 고려하면, Pv 영역에 포함되는 미소한 산소 석출물에서조차도 특성상 문제가 될 수 있다고 생각해, 이러한 미소 산소 석출물을 효율 좋게 평가하고, 나아가서는 이를 배제할 필요가 있다는 결론에 도달했다. 따라서, 본 발명은, 열처리 등 시간이 걸리는 공정을 거치는 일 없이 as-grown 상태에서의 평가에 의해, 산소 석출물이 매우 적은 실리콘 단결정을 육성하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 이와 같이 하여 육성된 실리콘 단결정 잉곳을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명자들은, as-grown 상태의 실리콘 웨이퍼에 대하여 반응성 이온 에칭을 행한 경우에, 어떠한 결함을 현재화시킬 수 있는지 예의 연구를 행하였다. 그 결과, as-grown 상태의 실리콘 웨이퍼에 대하여 반응성 이온 에칭을 행하면, OSF 영역에 포함되는 OSF 핵과 Pv 영역에 포함되는 산소 석출핵이 현재화되는 것이 분명해졌다. 이것은, Pv 영역과 Pi 영역과의 경계를 판별하는 것이 가능해지는 것을 의미한다. 따라서, OSF 영역의 위치나 넓이를 지표로 하는 것이 아니고, Pv 영역의 위치나 넓이를 지표로 함으로써, 핫·존의 시간 경과의 변화에 따른 인상 속도(V)의 프로파일 변경을 행할 수 있다고 생각된다.

본 발명에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법은, 이러한 기술적 인식에 기초하여 이루어진 것으로서, 초크랄스키법에 의해 COP 및 전위 클러스터를 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 육성 공정과, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 실리콘 웨이퍼를 절출하는 절출 공정과, as-grown 상태의 실리콘 웨이퍼에 대하여 반응성 이온 에칭을 행함으로써, 산화 실리콘을 포함하는 grown-in 결함을 에칭면 상의 돌기로서 현재화시키는 에칭 공정을 구비하고, 에칭 공정으로 현재화된 돌기의 발생 영역에 기초하여, 후속의 육성 공정에 있어서의 육성 조건을 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 결함을 현재화시키기 위한 열처리나, 실리콘의 탄성 정수의 극저온화에 수반하는 감소량의 측정 등, 시간이 걸리는 처리를 행하는 일 없이, 현재의 V/G에 따른 결정 상태를 빠르게 알 수 있다. 이 때문에, 얻어진 정보를 기초로, 후속의 육성 조건을 조정(피드백)하면, 인상 속도(V)의 프로파일을 빠르게 변경하는 것이 가능해진다. 또한, 후속의 육성 조건을 피드백 조정할 뿐만 아니라, 당해 실리콘 단결정 잉곳의 합부(合否) 판정을 행하는 것도 가능하다.

육성 공정에 있어서는, OSF 핵을 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서는, OSF 영역을 지표로 하는 일 없이 V/G 검출을 행하고 있는 점에서, OSF 핵을 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳의 제작에 매우 적합하기 때문이다.

에칭 공정에 있어서는, 실리콘 웨이퍼를 불산과 질산을 포함하는 수용액으로 에칭하여, 에칭된 면에 반응성 이온 에칭을 행하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 실리콘 웨이퍼에 대한 처리가 매우 간단한 점에서, 인상 속도(V)의 피드백을 보다 빠르게 행하는 것이 가능해진다.

또한, 에칭 공정에 있어서는, 실리콘 웨이퍼를 벽개(劈開)하여, 벽개면에 반응성 이온 에칭을 행해도 상관 없다. 실리콘 웨이퍼의 벽개면은, 불산과 질산을 포함하는 수용액으로 에칭하여 얻어진 에칭면과 동등한 특성을 얻을 수 있기 때문이다.

또한, 에칭 공정에 있어서는, 실리콘 웨이퍼를 경면(鏡面) 가공하여, 경면 가공된 면에 반응성 이온 에칭을 행해도 상관 없다. 실리콘 웨이퍼를 경면 가공하면, 외란(外亂)에 기인하는 결함이 거의 완전히 제거되는 점에서, 돌기의 발생 영역을 보다 정확하게 평가하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 의한 실리콘 웨이퍼는, 초크랄스키법에 의해 육성된 실리콘 단결정 잉곳으로부터 절출되어, COP, OSF 핵 및, 전위 클러스터의 어느 쪽도 포함 하지 않은 실리콘 웨이퍼로서, as-grown 상태에서 반응성 이온 에칭을 행함으로써 산화 실리콘을 포함하는 grown-in 결함을 에칭면 상의 돌기로서 현재화시킨 경우에, 현재화된 상기 돌기의 발생 영역이 디스크 형상 및/또는 링 형상이 되는 것을 특징으로 한다. 이러한 실리콘 웨이퍼는, 본 발명에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법에 의해 얻는 것이 가능하다.

또한, 본 발명자들은, as-grown 상태의 실리콘 웨이퍼에 대하여 반응성 이온 에칭을 행하면, COP나 OSF 핵뿐만 아니라, 산소 석출물 평가 열처리로는 검출되지 않은 미소 산소 석출물도 검출 가능한 것을 발견했다. 따라서, 반응성 이온 에칭에 의해 미소 산소 석출물의 평가를 행하면, 이러한 미소 산소 석출물도 포함하지 않은 실리콘 단결정을 육성하는 것이 가능하다고 생각된다.

본 발명에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법은, 이러한 기술적 인식에 기초하여 이루어진 것으로서, 초크랄스키법에 의해 육성된 COP 및 전위 클러스터를 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳으로부터 평가용 시료를 절출하고, as-grown 상태의 평가용 시료에 반응성 이온 에칭을 행한 경우에, 산화 실리콘을 포함하는 결함을 기인으로 한 돌기물이 평가용 시료의 표면에 형성되지 않은 조건에서, 실리콘 단결정 잉곳의 인상을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 반응성 이온 에칭에 의한 평가에서 돌기물이 형성되지 않은 조건에서 인상을 행하고 있는 점에서, 미소 산소 석출물을 포함하지 않은 실리콘 단결정을 육성하는 것이 가능해진다. 이 때문에, IGBT와 같이, 웨이퍼의 벌크의 품질에 영양을 받는 디바이스용의 고품질인 실리콘 단결정을 제공하는 것이 가능해진다. 즉, COP 및 전위 클러스터가 존재하지 않는 실리콘 단결정 잉곳으로서, 이 잉곳을 지름 방향으로 절단하여 절출한 as-grown 상태의 웨이퍼에 반응성 이온 에칭을 행한 경우에, 산화 실리콘을 포함하는 결함을 기인으로 한 돌기물이 형성되지 않은 결정 영역으로 구성되어 있는 실리콘 단결정 잉곳을 제공하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서는, 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 육성 공정과, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 평가용 시료를 절출하는 절출 공정과, as-grown 상태의 평가용 시료에 대하여 반응성 이온 에칭을 행함으로써, 산화 실리콘을 포함하는 결함을 돌기물로서 현재화시키는 평가 공정과, 평가 공정에서 현재화시킨 돌기물의 발생 영역에 기초하여, 후속의 육성 공정에 있어서의 육성 조건을 조정하는 피드백 공정을 포함하고, 이에 따라, 돌기물이 평가용 시료의 표면에 형성되지 않은 조건에서 실리콘 단결정 잉곳의 인상을 행하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 핫·존의 시간 경과에 따른 변화에 따라서 후속의 육성 공정에 있어서의 육성 조건이 조정되는 점에서, 미소 산소 석출물을 포함하지 않은 실리콘 단결정을 양산하는 것이 가능해진다.

육성 공정에 있어서는, 중심부에 있어서의 온도 구배를 Gc로 하고, 외주부에 있어서의 온도 구배를 Ge로 한 경우에, Gc/Ge≥1이 되는 조건에서 상기 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 미소 산소 석출물을 포함하지 않은 결정 영역을 지름 방향 영역으로 확대할 수 있어, 미소 산소 석출물을 포함하지 않은 실리콘 단결정의 수율을 높이는 것이 가능해진다.

평가 공정에 있어서 돌기물이 발생하지 않은 영역에는, OSF가 존재하지 않은 것이 바람직하다. 이에 따르면, 보다 고품질인 실리콘 단결정을 제공하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서는, 실리콘 단결정 중의 산소 농도가 9×10¹⁷atoms/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따르면, 산소 석출물의 발생을 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.

평가용 시료는, 단결정 잉곳을 지름 방향 혹은 축 방향으로 절단하여 작성된 것임이 바람직하다. 단결정 잉곳을 지름 방향으로 절단한 평가용 시료를 이용할 경우에는, 결정 인상 축 방향으로 간격을 두어 복수매의 샘플을 절출함으로써, 결정 인상 축 방향의 결함 분포의 변화를 확인할 수 있다. 한편, 단결정 잉곳을 축 방향으로 절단한 평가용 시료를 이용할 경우에는, 축 방향으로 연속한 복수매의 샘플을 작성함으로써, 결정 인상 축 방향의 결함 분포를 확인할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 결함을 현재화시키기 위한 열처리나, 실리콘의 탄성 정수의 극저온화에 수반하는 감소량의 측정 등, 시간이 걸리는 처리를 행하는 일 없이, 현재의 V/G에 따른 결정 상태를 빠르게 알 수 있다. 이에 따라, 보다 가까운 배치에 대하여 피드백할 수 있는 점에서, COP도 전위 클러스터도 포함하지 않은 결정을 정밀도 좋게 양산하는 것이 가능해진다. 게다가, OSF 영역을 지표로 하고 있지 않은 점에서, COP 및 전위 클러스터뿐만 아니라, OSF 영역을 포함하 지 않은 결정을 얻는 것도 가능해진다.

또한, 본 발명에 의하면, 결함을 현재화시키기 위한 열처리나, 실리콘의 탄성 정수의 극저온화에 수반하는 감소량의 측정 등, 시간이 걸리는 처리를 행하는 일 없이, 미소 산소 석출물을 포함하지 않은 고품질인 실리콘 단결정을 육성하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 실리콘 단결정 잉곳은, COP나 전위 클러스터뿐만 아니라, 미소 산소 석출물도 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳으로, 이로부터 웨이퍼를 절출함으로써, 표층 및 벌크 전역에 걸쳐서 각종 결함을 포함하지 않은 고품위인 실리콘 웨이퍼를 제공할 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법에 적용 가능한 인상 장치의 구성을 나타내는 모식도(schematic drawing)이다.

도 1에 나타내는 실리콘 단결정 인상 장치(10)는, 챔버(11)와, 챔버(11)의 저부(底部) 중앙을 관통하여 연직(鉛直) 방향으로 형성된 지지 회전축(12)과, 지지 회전축(12)의 상단부에 고정된 그래파이트 서셉터(13)와, 그래파이트 서셉터(13) 내에 수용된 석영 도가니(14)와, 그래파이트 서셉터(13)의 주위에 형성된 히터(15)와, 지지 회전축(12)을 승강 및 회전시키기 위한 지지축 구동 기구(16)와, 종결정 을 지지하는 시드 척(seed chuck; 17)과, 시드 척(17)을 매달아 형성하는 인상 와이어(18)와, 와이어(18)를 권취(卷取)하기 위한 와이어 권취 기구(19)와, 히터(15) 및 석영 도가니(14)로부터의 복사열에 의한 실리콘 단결정 잉곳(20)의 가열을 방지함과 아울러 실리콘 융액(21)의 온도 변동을 억제하기 위한 열차폐 부재(22)와, 각 부를 제어하는 제어 장치(23)를 구비하고 있다.

챔퍼(11)의 상부에는, Ar 가스를 챔버(11) 내로 도입하기 위한 가스 도입구(24)가 형성되어 있다. Ar 가스는 가스관(25)을 통하여 가스 도입구(24)로부터 챔버(11) 내로 도입되고, 그 도입량은 컨덕턴스 밸브(26)에 의해 제어된다.

챔버(11)의 저부에는, 챔버(11) 내의 Ar 가스를 배기하기 위한 가스 배출구(27)가 형성되어 있다. 밀폐된 챔버(11) 내의 Ar 가스는 가스 배출구(27)로부터 배(排)가스관(28)을 경유하여 밖으로 배출된다. 배가스관(28)의 도중에는 컨덕턴스 밸브(29) 및 진공 펌프(30)가 설치되어 있고, 진공 펌프(30)로 챔버(11) 내의 Ar 가스를 흡인하면서 컨덕턴스 밸브(29)로 그 유량을 제어함으로써 챔버(11) 내의 감압 상태가 유지되고 있다.

또한, 챔버(11)의 외측에는 실리콘 융액(21)에 자장을 인가하기 위한 자장 공급 장치(31)가 설치되어 있다. 자장 공급 장치(31)로부터 공급되는 자장은, 수평 자장이어도 상관 없고, 카스프 자장이어도 상관 없다.

도 2(a)는 실리콘 단결정 잉곳(20)의 인상 속도(V)와 결함의 종류 및 분포와의 관계를 나타내는 도면이며, 도 2(b)∼(d)는 각각 도 2(a)에 나타내는 b1-b1선, c1-c1선 및 d1-d1선을 따른 단면도이다. 도 2의 인상 조건은, OSF 영역(42)이 디 스크 형상으로 나타나는 인상 조건으로서, 결정의 외주부보다도 중심 부근의 V/G가 큰(G가 작은) 케이스이다.

도 2의 인상 조건하에 있어서, 인상 속도(V)를 b1-b1선에 상당하는 속도로 설정하면, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 절출된 실리콘 웨이퍼(40)에는 OSF 영역(42) 및 Pv 영역(43)이 디스크 형상으로 나타난다. 보다 구체적으로, 실리콘 웨이퍼(40)의 중심에는 OSF 영역(42)이 나타나고, 그 외측에는 Pv 영역(43)이 나타나며, 그 외측은 모두 Pi 영역(44)이 된다. OSF 영역(42)의 지름은 지름 D0이며, Pv 영역(43)의 지름은 지름 D1이다. 이와 같이, 인상 속도(V)를 b1-b1선에 상당하는 속도로 설정한 경우, COP(41) 및 전위 클러스터(45)를 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳(20)을 얻을 수 있지만, 중심축 부분에 디스크 형상의 OSF 영역(42)이 형성된다. 따라서, COP(41) 및 전위 클러스터(45)뿐만 아니라, OSF 영역(42)도 포함하지 않은 결정을 얻기 위해서는, 제어 장치(23)에 의해 인상 속도(V)를 저하시킬 필요가 있다. 또한, OSF 영역(42)을 포함하지 않은 결정을 양품으로 할 경우에는, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)은 불합격이 된다.

또한, 도 2의 인상 조건하에 있어서, 인상 속도(V)를 c1-c1선에 상당하는 속도로 설정하면, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 절출된 실리콘 웨이퍼(40)의 중심에 지름(D2)의 Pv 영역(43)이 나타나고, 그 외측은 모두 Pi 영역(44)이 된다. 여기에서, Pv 영역(43)의 지름(D2)은, 도 2(b)에 나타낸 Pv 영역(43)의 지름(D1)보다도 작다(D2＜D1). 이와 같이, 인상 속도(V)를 c1-c1선에 상당하는 속도로 설정한 경우, COP(41), OSF 영역(42) 및, 전위 클러스터(45)의 어느 쪽도 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳(20)을 얻을 수 있다. 게다가, 전위 클러스터(45)가 발생하는 인상 속도(V)에 대해서도 충분한 마진이 확보되어 있는 점에서, 제어 장치(23)에 의한 인상 속도(V)의 변경을 행할 필요는 없다. 또한, OSF 영역(42)을 포함하지 않은 결정을 양품으로 할 경우, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)은 합격이 된다.

또한, 도 2의 인상 조건하에 있어서, 인상 속도(V)를 d1-d1선에 상당하는 속도로 설정하면, 도 2(d)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(40)의 중심에 지름 D3의 Pv 영역(43)이 나타나고, 그 외측은 모두 Pi 영역(44)이 된다. 여기에서, Pv 영역(43)의 지름(D3)은, 도 2(c)에 나타낸 Pv 영역(43)의 지름(D2)보다도 더욱 작아진다(D3＜D2). 이와 같이, 인상 속도(V)를 d1-d1선에 상당하는 속도로 설정한 경우, COP(41), OSF 영역(42) 및, 전위 클러스터(45)의 어느 쪽도 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳(20)을 얻을 수 있지만, 전위 클러스터(45)가 발생하는 인상 속도(V)에 대하여 마진이 근소하게밖에 남아있지 않은 점에서, 이 경우, 제어 장치(23)에 의해 인상 속도(V)를 상승시킬 필요가 있다. 단, OSF 영역(42)을 포함하지 않은 결정을 양품으로 할 경우, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)은 합격이 된다.

이와 같이, 도 2에 나타내는 인상 조건에 있어서는, 디스크 형상의 Pv 영역(43)의 지름에 기초하여, 인상 속도(V)의 제어 방향을 판단하는 것이 가능하다. 또한, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)의 합부 판정을 행하는 것도 가능해진다.

도 3(a)는 도 2와는 온도 구배(G)의 지름 방향 분포가 다른 조건하에 있어서의 실리콘 단결정 잉곳(20)의 인상 속도(V)와 결함의 종류 및 분포와의 관계를 나타내는 도면이며, 도 3(b)∼(d)는 각각 도 3(a)에 나타내는 b2-b2선, c2-c2선 및, d2-d2선을 따른 단면도이다. 도 3의 인상 조건은, OSF 영역(42)이 디스크 형상 및 링 형상으로 나타나는 인상 조건으로, 결정의 중심 부근과 외주부에서 V/G가 큰(G가 작은) 케이스이다.

도 3의 인상 조건하에 있어서, 인상 속도(V)를 b2-b2선에 상당하는 속도로 설정하면, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 절출된 실리콘 웨이퍼(40)에는 OSF 영역(42) 및 Pv 영역(43)이 디스크 형상 및 링 형상으로 나타난다. 보다 구체적으로, 실리콘 웨이퍼(40)의 중심에는 OSF 영역(42)이 나타나고, 그 외측에는 동심원 형상으로 Pv 영역(43), Pi 영역(44), Pv 영역(43), OSF 영역(42), Pv 영역(43), Pi 영역(44)이 이 순서로 나타난다. 여기에서, 디스크 형상의 Pv 영역(43)의 지름은 D4이다. 또한, OSF 영역(42) 및 Pv 영역(43)으로 이루어지는 링의 폭은 W1이다. 이와 같이, 인상 속도(V)를 b2-b2선에 상당하는 속도로 설정한 경우, COP(41) 및 전위 클러스터(45)를 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳(20)을 얻을 수 있지만, 디스크 형상의 OSF 영역(42)과 링 형상의 OSF 영역(42)이 형성된다. 따라서, COP(41) 및 전위 클러스터(45)뿐만 아니라, OSF 영역(42)도 포함하지 않은 결정을 얻기 위해서는, 제어 장치(23)에 의해 인상 속도(V)를 저하시킬 필요가 있다. 또한, OSF 영역(42)을 포함하지 않은 결정을 양품으로 할 경우에는, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)은 불합격이 된다.

또한, 도 3의 인상 조건하에 있어서, 인상 속도(V)를 c2-c2선에 상당하는 속도로 설정하면, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 절출된 실리콘 웨이퍼(40)에는 Pv 영역(43)이 디스크 형상 및 링 형상으로 나타난다. 여기에서, 디스크 형상의 Pv 영역(43)의 지름은 D5이며, 도 3(b)에 나타낸 디스크 형상의 Pv 영역(43)의 지름(D4)보다도 작다(D5＜D4). 또한, 링 형상의 Pv 영역(43)의 폭은 W2이며, 도 3(b)에 나타낸 링의 폭(W1)보다도 좁다(W2＜W1). 이와 같이, 인상 속도(V)를 c2-c2선에 상당하는 속도로 설정한 경우, COP(41), OSF 영역(42) 및, 전위 클러스터(45) 의 어느 쪽도 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳(20)을 얻을 수 있다. 게다가, 전위 클러스터(45)가 발생하는 인상 속도(V)에 대해서도 충분한 마진이 확보되고 있는 점에서, 제어 장치(23)에 의한 인상 속도(V)의 변경을 행할 필요는 없다. 또한, OSF 영역(42)을 포함하지 않은 결정을 양품으로 할 경우, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)은 합격이 된다.

또한, 도 3의 인상 조건하에 있어서, 인상 속도(V)를 d2-d2선에 상당하는 속도로 설정하면, 도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 절출된 실리콘 웨이퍼(40)에는 Pv 영역(43)이 디스크 형상으로 나타나고, 링 형상의 Pv 영역(43)은 소멸된다. 여기에서, 디스크 형상의 Pv 영역(43)의 지름(D6)은, 도 3(c)에 나타낸 Pv 영역(43)의 지름(D5)보다도 작다(D6＜D5). 이와 같이, 인상 속도(V)를 d2-d2선에 상당하는 속도로 설정한 경우, COP(41), OSF 영역(42) 및, 전위 클러스터(45)의 어느 쪽도 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳(20)을 얻을 수 있지만, 전위 클러스터(45)가 발생하는 인상 속도(V)에 대하여 마진이 근소하게밖에 남아있지 않은 점에서, 이 경우, 제어 장치(23)에 의해 인상 속도(V)를 상승시킬 필요가 있다. 단, OSF 영역(42)을 포함하지 않은 결정을 양품으로 할 경우, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)은 합격이 된다.

이와 같이, 도 3에 나타내는 인상 조건에 있어서는, 디스크 형상의 Pv 영역(43)의 지름이나, 링 형상의 Pv 영역의 폭(또는 유무)에 기초하여, 인상 속도(V)의 제어 방향을 판단하는 것이 가능하다. 또한, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)의 합부 판정을 행하는 것도 가능해진다.

도 4(a)는 도 2 및 도 3과는 온도 구배(G)의 지름 방향 분포가 다른 조건하에 있어서의 실리콘 단결정 잉곳(20)의 인상 속도(V)와 결함의 종류 및 분포와의 관계를 나타내는 도면이며, 도 4(b)∼(d)는 각각 도 4(a)에 나타내는 b3-b3선, c3-c3선 및, d3-d3선을 따른 단면도이다. 도 4의 인상 조건은, OSF 영역(42)이 링 형상으로 나타나는 인상 조건으로, 결정의 외주부에서 V/G가 큰(G가 작은) 케이스이다.

도 4의 인상 조건하에 있어서, 인상 속도(V)를 b3-b3선에 상당하는 속도로 설정하면, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 절출된 실리콘 웨이퍼(40)에는 OSF 영역(42) 및 Pv 영역(43)이 링 형상으로 나타난다. 보다 구체적으로는, 2개의 링 형상의 Pv 영역(43)의 사이에 링 형상의 OSF 영역(42)이 나타나고, 그 외의 영역은 Pi 영역(44)이 된다. OSF 영역(42) 및 Pv 영역(43)으로 이루어지는 링의 폭은 W3이다. 이와 같이, 인상 속도(V)를 b3-b3선에 상당하는 속도로 설정한 경우, COP(41) 및 전위 클러스터(45)를 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳(20)을 얻을 수 있지만, 링 형상의 OSF 영역(42)이 형성된다. 따라서, COP(41) 및 전위 클러스터(45)뿐만 아니라, OSF 영역(42)도 포함하지 않은 결정을 얻기 위해서는, 제어 장치(23)에 의해 인상 속도(V)를 저하시킬 필요가 있다. 또한, OSF 영역(42)을 포함 하지 않은 결정을 양품으로 할 경우에는, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)은 불합격이 된다.

또한, 도 4의 인상 조건하에 있어서, 인상 속도(V)를 c3-c3선에 상당하는 속도로 설정하면, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 절출된 실리콘 웨이퍼(40)에는 Pv 영역(43)이 링 형상으로 나타난다. 여기에서, 링 형상의 Pv 영역(43)의 폭은 W4로서, 도 4(b)에 나타낸 링의 폭(W3)보다도 좁다(W4＜W3). 이와 같이, 인상 속도(V)를 c3-c3선에 상당하는 속도로 설정한 경우, COP(41), OSF 영역(42) 및, 전위 클러스터(45)의 어느 쪽도 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳(20)을 얻을 수 있다. 게다가, 전위 클러스터(45)가 발생하는 인상 속도(V)에 대해서도 충분한 마진이 확보되어 있는 점에서, 제어 장치(23)에 의한 인상 속도(V)의 변경을 행할 필요는 없다. 또한, OSF 영역(42)을 포함하지 않은 결정을 양품으로 할 경우, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)은 합격이 된다.

또한, 도 4의 인상 조건하에 있어서, 인상 속도(V)를 d3-d3선에 상당하는 속도로 설정하면, 도 4(d)에 나타내는 바와 같이, 절출된 실리콘 웨이퍼(40)에는 Pv 영역(43)이 링 형상으로 나타나지만, 링 형상의 Pv 영역(43)의 폭(W5)은, 도 4(c)에 나타낸 Pv 영역(43)의 폭(W4)보다도 더욱 좁아진다(W5＜W4). 이와 같이, 인상 속도(V)를 d3-d3선에 상당하는 속도로 설정한 경우, COP(41), OSF 영역(42) 및, 전위 클러스터(45)의 어느 쪽도 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳(20)을 얻을 수 있지만, 전위 클러스터(45)가 발생하는 인상 속도(V)에 대하여 마진이 근소하게밖에 남아 있지 않은 점에서, 이 경우, 제어 장치(23)에 의해 인상 속도(V)를 상승시킬 필요가 있다. 단, OSF 영역(42)을 포함하지 않은 결정을 양품으로 할 경우, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)은 합격이 된다.

이와 같이, 도 4에 나타내는 인상 조건에 있어서는, 링 형상으로 나타나는 Pv 영역(43)의 폭(또는 유무)에 기초하여, 인상 속도(V)의 제어 방향을 판단하는 것이 가능하다. 또한, 당해 실리콘 단결정 잉곳(20)의 합부 판정을 행하는 것도 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, OSF 영역(42)이 디스크 형상으로 나타나는 인상 조건(도 2), OSF 영역(42)이 디스크 형상 및 링 형상으로 나타나는 인상 조건(도 3), OSF 영역(42)이 링 형상으로 나타나는 인상 조건(도 4)의 어느 인상 조건에 있어서도, Pv 영역(43)의 위치나 넓이(구체적으로는, 디스크 형상이면 그 지름, 링 형상이면 그 폭)를 관찰하면, 현재의 인상 속도(V)가 최적의 인상 속도(V)보다도 빠른지 느린지를 판단하는 것이 가능해진다. 여기에서 최적의 인상 속도(V)란, COP(41), OSF 영역(42) 및, 전위 클러스터(45)의 어느 쪽도 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳(20)을 얻는 것이 가능하며, 그리고, 충분히 마진을 확보할 수 있는 인상 속도를 말한다.

다음으로, Pv 영역의 위치 및 넓이를 관찰하는 방법에 대해서 설명한다.

Pv 영역의 위치 및 넓이는, RIE법에 의해 산화 실리콘을 포함하는 grown-in 결함을 에칭면 상의 돌기로서 현재화시킴으로써 관찰할 수 있다. 구체적으로는, 초크랄스키법에 의해 COP 및 전위 클러스터를 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳을 육성하고(육성 공정), 실리콘 단결정 잉곳으로부터 실리콘 웨이퍼를 절출하고(절출 공정), as-grown 상태의 실리콘 웨이퍼에 대하여 반응성 이온 에칭을 행함으로써, 산화 실리콘을 포함하는 grown-in 결함을 에칭면 상의 돌기로서 현재화시킨다(에칭 공정). 이에 따라, Pv 영역의 위치 및 넓이를 관찰할 수 있다. 전술한 바와 같이, 관찰된 Pv 영역의 위치 및 넓이는, 현재의 인상 속도(V)가 최적의 인상 속도(V)보다도 빠른지 느린지를 판단하는 지표가 되는 점에서, 이에 기초하여, 후속의 육성 공정에 있어서의 육성 조건으로 피드백하면, 소망하는 품질을 가진 실리콘 단결정 잉곳을 안정적으로 양산하는 것이 가능해진다. 소망하는 품질을 가진 실리콘 단결정 잉곳이란, 예를 들면 OSF 핵을 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳이다. 또한, 후속의 육성 공정에 있어서의 육성 조건의 조정은, 인상 속도(V)를 조정함으로써 행해진다. 또한, 단결정 성장에 수반하는 단결정 축 방향의 온도 구배(G)의 변화에 대해서는, 실리콘 융액(21)과 열차폐 부재(22)와의 간격 등을 조정하여 온도 구배(G) 그 자체의 크기를 조정하도록 해도 좋고, 인상 속도(V) 및 온도 구배(G)의 쌍방을 조정하도록 해도 좋다.

RIE에 의해 산화 실리콘을 돌기로서 현재화시키기 위해서는, SiO₂보다도 Si 쪽이 에칭되기 쉬운 조건, 즉, Si/SiO₂의 선택비가 높은 조건에서 RIE를 행할 필요가 있다. 이에 따라, 산소 석출물(SiO₂)이 거의 에칭되지 않고, 돌기로서 현재화된다.

통상, Pv 영역의 평가는, 산화 분위기 중에서 저온 열처리(800℃×4시간)와 고온 열처리(1000℃×16시간)의 2단계 열처리로 이루어지는 산소 석출물 평가 열처 리에 의해 행해진다. 그러나, 결정에 포함되는 산소 농도가 낮은 경우, 특히, 산소 농도가 9×10¹⁷atoms/㎤ 이하의 저산소 실리콘 단결정 잉곳을 육성할 경우에는, 산소 석출이 억제되기 때문에, OSF 링 영역이나 Pv 영역 등의 검출이 곤란해져, 정확한 결함 분포 판정이 곤란해진다.

게다가, 상기의 산소 석출물 평가 열처리에서는, 어느 일정 사이즈 이상의 크기까지 산소 석출물이 성장하지 않으면 검출할 수 없기 때문에, 사이즈가 작은 산소 석출핵은 검출하는 것이 곤란하며, 또한, 고온 열처리를 장시간 받음으로써, 결정 내에 원래 존재하는 사이즈가 작은 산소 석출핵을 소멸시켜 버릴 가능성도 있기 때문에, as-grown 상태에 있어서의 grown-in 결함을 엄밀히 평가할 수는 없다.

이에 대해, RIE법에서는, 고온 열처리를 실시하지 않기 때문에 산소 석출핵이 소멸될 일은 없고, as-grown 상태에 있어서의 grown-in 결함을 그대로 평가하는 것이 가능해진다. 게다가, 결정에 포함되는 산소 농도가 낮은 경우, 특히, 산소 농도가 9×10¹⁷atoms/㎤ 이하인 저산소 결정이어도, 미소 산소 석출물을 돌기물로서 현재화할 수 있어, 확실히 검출하는 것이 가능해진다.

특별히 한정되는 것은 아니지만, 평가 공정에 있어서, RIE의 분위기는 HBr/Cl₂/He+O₂ 혼합 가스로 하고, Si/SiO₂의 선택비가 100 이상이 되도록 조건을 설정하여 약 5㎛ 에칭을 행하는 것이 바람직하다. 또한, RIE 후에는, 불산 수용액으로 세정을 행하여 RIE시에 부착된 반응 생성물을 제거하는 것이 바람직하다. 돌기물의 관찰은, RIE로 에칭된 면을 집광등(集光燈)하에서 육안 관찰 및 광학 현미경 관찰로 행하는 것이 바람직하다.

평가 공정에 있어서 돌기물이 형성된 영역의 판정은, 동심원 형상으로 디스크 형상 혹은 링 형상으로 분포하고 있는 것만을 평가 대상으로 한다. 이는, 결정 결함(산소 석출물도 동일)은 결정 중심에 대하여 동심원 형상으로 디스크 형상 혹은 링 형상으로 분포하기 때문에, 동심원 형상으로 분포하지 않은 돌기물은 외란 기인의 결함이라고 판정할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명에 있어서 「돌기물이 존재하지 않은 결정 영역」이란, 동심원 형상으로 디스크 형상 혹은 링 형상으로 분포하지 않은 돌기물이 포함되어 있어도 상관 없다.

여기에서, OSF가 발생하는 영역과 RIE법으로 돌기가 검출되는 영역의 관계에 대해서 설명한다.

도 5는 OSF가 발생하는 영역과 RIE법으로 돌기가 검출되는 영역의 관계를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 열처리에 의해 OSF를 현재화시킨 실리콘 웨이퍼를 나타내는 도면이고, (b)는 RIE법에 의해 돌기를 현재화시킨 실리콘 웨이퍼를 나타내는 도면이다.

이미 설명한 바와 같이, OSF 영역이란, as-grown 상태에서 판 형상 산소 석출물을 포함하고 있는 영역이지만, 이 판 형상 산소 석출물은, 1000℃∼1200℃ 정도의 고온에서 열산화하지 않으면 현재화되지 않는다. 도 5(a)에 나타내는 OSF 영역(42)은, 이러한 열처리에 의해 현재시킨 OSF 영역의 위치 및 넓이를 나타내고 있고, 본 예에서는, 실리콘 웨이퍼(40)의 중심에 지름 D0의 OSF 영역(42)이 나타나고 있다. 한편, 이러한 열처리를 행하는 일 없이, as-grown 상태의 실리콘 웨이퍼에 대하여 Si/SiO₂의 선택비가 높은 조건에서 RIE를 행하면, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(40)의 중심에 지름 D1의 돌기 발생 영역(46)이 나타난다. 여기에서, 돌기 발생 영역(46)의 지름(D1)은, OSF 영역(42)의 지름(D0)보다도 넓다(D1＞D0).

돌기 발생 영역(46)은, 도 2(b)에 나타낸 OSF 영역(42)과 Pv 영역(43)의 합성 영역이다. 즉, as-grown 상태의 실리콘 웨이퍼에 대하여 RIE를 행하면, OSF 영역(42) 및 Pv 영역(43)에서 돌기가 발생하고, Pi 영역(44)에 있어서는 거의 돌기가 발생하지 않는다. 이것은, RIE를 행하면 Pv 영역(43)과 Pi 영역(44)의 경계가 판별 가능한 것을 의미한다. 따라서, 돌기 발생 영역(46)의 위치 및 넓이에 기초하여, 후속의 육성 공정에 있어서의 육성 조건을 조정하면, OSF 핵을 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳을 안정적으로 양산할 수 있다.

RIE(에칭 공정)는, 절출한 실리콘 웨이퍼를 불산과 질산을 포함하는 수용액으로 에칭하여, 그 에칭면에 대하여 행하여도 상관 없고(케이스 1), 절출한 실리콘 웨이퍼를 벽개하여, 벽개면에 대하여 행하여도 상관 없고(케이스 2), 절출한 실리콘 웨이퍼를 경면 가공하여, 경면 가공된 면에 대하여 행하여도 상관 없다(케이스 3). 이것은, RIE에 의한 돌기의 현재화는, 실리콘 웨이퍼의 어느 면에 대해서도 거의 동등한 것을 의미한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 간편한 방법으로 Pv 영역을 평가하여 당해 결정의 합부 판정 및 당해 결정 이후에 육성되는 결정의 육성 조건 을 결정할 수 있기 때문에, 장래의 전자 디바이스에의 영향이 예상되는 OSF 영역을 지표로 하지 않고, COP도 전위 클러스터도 포함하지 않은 단결정 실리콘 웨이퍼를 안정적으로 제조할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, COP 영역, OSF 영역 및, 전위 클러스터뿐만 아니라, Pv 영역도 포함하지 않은 결정, 즉, Pi 영역만의 무결함 결정을 인상하는 방법에 관한 것이다.

도 6(a)는 실리콘 단결정 잉곳(20)의 인상 속도(V)와 결함의 종류 및 분포와의 관계를 나타내는 도면이며, 도 6(b)∼(d)는 각각 도 6(a)에 나타내는 b4-b4선, c4-c4선 및, d4-d4선을 따른 단면도이다. 도 6(a)에 나타내는 결함 분포는, 인상 속도를 서서히 저하시킨 인상 속도 변경 실험을 행함으로써 얻어진다. 또한, 도 6(a)의 인상 조건은, 인상 단결정의 중심부가 융점에서 1370℃까지의 온도역에서, 중심부에 있어서의 온도 구배를 Gc로 하고, 외주부에 있어서의 온도 구배를 Ge로 한 경우, Gc/Ge≥1로 설정되어 있다.

도 6(a)로부터 분명한 바와 같이, COP 영역(41), OSF 영역(42) 및, 전위 클러스터(45)를 포함하지 않은 결정을 인상하기 위해서는, 인상 속도를 V1 이상, V3 이하로 설정하는 것이 필요하다. 즉, 인상 속도를 V1 이상, V3 이하로 설정하면, 인상된 결정은, Pv 영역(43)과 Pi 영역(44)만의 무결함 결정이 된다. 또한, COP 영역(41), OSF 영역(42) 및, 전위 클러스터(45)뿐만 아니라, Pv 영역(43)도 포함하지 않은 결정, 즉, Pi 영역(44)만의 무결함 결정을 인상하기 위해서는, 인상 속도를 V1 이상, V2 이하로 설정하는 것이 필요하다. 물론, 여기에서 말하는 무결함이 란, 숄더부나 테일부를 포함하여 무결함인 것을 의미하는 것이 아니고, 안정적인 인상 조건하에 있어서 얻어지는 직동부의 실질적으로 전장(全長)에 걸쳐서 무결함인 것을 의미한다.

이와 같이, Pi 영역(44)만의 무결함 결정을 인상하기 위해서는, 인상 속도를 V1 이상, V2 이하로 설정하면 좋다. 그러나, 이미 설명한 바와 같이 핫·존은 시간 경과에 따라 변화하는 점에서, 인상 속도(V1, V2)는 절대치로서 주어지는 것이 아니고, 핫·존의 변화에 따른 상대적인 값으로서 주어진다. 따라서, Pi 영역(44)만의 무결함 결정을 인상하기 위해서는, 인상 속도 변경 실험을 행함으로써 도 6(a)에 나타내는 결함 분포를 가진 결정을 인상하고, 이를 참조함으로써, 인상 속도(V1, V2)를 산출하여, 실제의 인상 속도를 V1∼V2로 설정하면 좋다.

인상 속도를 V1∼V2로 설정하여 인상을 행한 후에도, 실제로 인상된 결정을 평가함으로써, 현재의 인상 속도의 적부를 판단함과 아울러, 후속의 배치에 대한 피드백을 행할 필요가 있다. 이에 대해서, 이하 구체적으로 설명한다.

우선, 인상 속도(V)가 b4-b4선에 상당하는 속도일 경우, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 절출된 실리콘 웨이퍼(40)(평가용 시료)의 중심부에는 디스크 형상의 Pv 영역(43a)이 나타나고, 외주부에는 링 형상의 Pv 영역(43b)이 나타난다. 이들 사이의 도너츠 형상의 영역은, Pi 영역(44)이다. 여기에서, 디스크 형상의 Pv 영역(43a)의 지름은 D7이며, 링 형상의 Pv 영역(43b)의 폭은 W6이다. Pv 영역과 Pi 영역을 식별하는 방법에 대해서는 전술한 바와 같다. 이와 같이, 실리콘 웨이퍼(40)가 도 6(b)에 나타내는 상태일 경우, 인상 속도가 V2를 초과하고 있다고 판 단할 수 있다. 따라서, 이 경우에는, 제어 장치(23)에 의해 인상 속도(V)를 저하시킬 필요가 있는 것을 알 수 있다.

또한, 인상 속도(V)가 c4-c4선에 상당하는 속도일 경우, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 절출된 실리콘 웨이퍼(40)의 중심부에는, 역시 디스크 형상의 Pv 영역(43a)이 나타나고, 외주부에는 링 형상의 Pv 영역(43b)이 나타난다. 이들 사이의 도너츠 형상의 영역은 Pi 영역(44)이다. 그러나, 디스크 형상의 Pv 영역(43a)의 지름은 D8로서, 도 6(b)에 나타낸 Pv 영역(43a)의 지름(D7)보다도 작다(D8＜D7). 또한, 링 형상의 Pv 영역(43b)의 폭은 W7로서, 도 6(b)에 나타낸 Pv 영역(43b)의 폭(W6)보다도 좁다(W7＜W6). 따라서, 이 경우도 인상 속도가 V2를 초과하고 있다고 판단할 수 있지만, 디스크 형상의 Pv 영역(43a)의 지름 및 링 형상의 Pv 영역(43b)의 폭이 보다 축소되어 있는 점에서, 도 6(b)에 나타내는 케이스와 비교하여 인상 속도가 보다 V2에 가까운 것을 알 수 있다.

이와 같이, 인상 속도가 V2 이상일 경우, 디스크 형상의 Pv 영역(43a)의 지름 및 링 형상의 Pv 영역(43b)의 폭에 따라서, 제어 장치(23)에 의한 인상 속도(V)의 저하량을 어느 정도로 하면 좋을지 판단하는 것이 가능해진다.

또한, 인상 속도(V)가 d4-d4선에 상당하는 속도일 경우, 도 6(d)에 나타내는 바와 같이, 절출된 실리콘 웨이퍼(40)는 모두 Pi 영역(44)이 된다. 이 경우에는, 인상 속도가 V1 이상, V2 이하라고 판단할 수 있고, 따라서, 제어 장치(23)에 의한 인상 속도(V)의 변경을 행할 필요는 없다.

단, 인상 속도가 V1 미만으로 저하되면, 도 6(a)에 나타내는 X-X선으로 나타 내는 바와 같이, 전위 클러스터(45)가 포함되는 결정 영역이 되어 버린다. 이러한 결정은 IC 디바이스용 실리콘 웨이퍼로서 부적격한 점에서, 이 경우에는, 제어 장치(23)에 의해 인상 속도(V)를 상승시킬 필요가 있다.

또한, 도 6에서는 인상 조건을 Gc/Ge≥1로 설정하고 있지만, 이 점은 본 발명에 있어서 필수가 아니다. 그러나, Gc/Ge≥1로 설정하면, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, OSF 영역(42)의 저부가 평탄화되어, 그 결과, 무결함 결정이 얻어지는 V1∼V3의 속도역이 넓어지고, 나아가서는 Pi 영역(44)만의 결정이 얻어지는 V1∼V2의 속도역이 넓어진다. 이에 대해, Gc/Ge＜1일 경우에는, 도 16에 나타낸 바와 같이, OSF 영역(42)의 저부가 U자형이 되어, OSF 영역(42)이 포함되는 속도역이 넓어져 버린다. 그 결과, V1∼V2의 속도역이 좁아지고, 경우에 따라서는 존재하지 않게 되어 버린다. 이러한 점을 고려하면, 인상 조건을 Gc/Ge≥1로 설정하는 것이 바람직하다. 온도 구배(Ge, Gc)의 조정은, 로 내의 핫·존 구조(도 1에 나타낸 열차폐 부재(22)의 형상, 실리콘 융액(21)의 액면과 열차폐 부재(22)와의 거리 등)를 조정함으로써 행할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, Pv 영역(43)의 형상을 관찰하면, 현재의 인상 속도(V)의 적부를 판단할 수 있음과 아울러, 인상 속도가 너무 빠를 경우에는, 인상 속도를 어느 정도 저하시키면 좋을지 판단하는 것이 가능해진다. 또한, 첫회 인상시의 인상 조건을 결정할 때에는, 적어도 Pv 영역(43)과 Pi 영역(44)을 포함하는 결정 영역에서 육성하는 것이 바람직하다. 이는, 도 6(b), (c)에 나타낸 바와 같이, Pv 영역(43)과 Pi 영역(44)을 포함하는 결정 영역이면, 디스크 형상의 Pv 영 역(43a)의 지름이나 링 형상의 Pv 영역(43b)의 폭에 기초하여, 인상 속도를 어느 정도 조정하면 좋을지 용이하게 판단할 수 있기 때문이다.

또한, 도 6에서는 실리콘 단결정 잉곳(20)을 지름 방향으로 절단한 평가용 시료를 이용하고 있지만, 실리콘 단결정 잉곳(20)을 축 방향으로 절단한 평가용 시료를 이용해도 상관 없다. 전자(前者)의 경우, 결정 인상 축 방향으로 간격을 두고 복수매의 샘플을 절출함으로써, 결정 인상 축 방향의 결함 분포의 변화를 확인할 수 있다. 후자의 경우, 축 방향으로 연속한 복수매의 샘플을 작성함으로써, 결정 인상 축 방향의 결함 분포를 확인할 수 있다.

평가 공정에 있어서 돌기물이 형성되는 영역은, Pv 영역(43)뿐만 아니라, OSF 영역(42)이나 COP 영역(41)도 포함된다. 바꿔 말하면, 돌기물이 형성된 영역이 Pv 영역(43)인지, OSF 영역(42) 또는 COP 영역(41)인지는, 바로 판단하는 것이 곤란하다. 그러나, 본 실시 형태는, 돌기물이 형성되지 않은 조건에서 실리콘 단결정 잉곳을 인상하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 어느 영역에서 발생한 돌기물인지 묻는 일 없이, 이를 배제할 필요가 있다. 구체적으로는, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 돌기가 형성되는 영역인 Pv 영역(43), OSF 영역(42) 및, COP 영역(41)은, 모두 Pi 영역(44)이 얻어지는 인상 속도보다도 빠른 속도 영역에서 발생하는 점에서, 돌기물이 관찰된 경우에는, 인상 속도를 저하시키면 되는 것을 알 수 있다.

단, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 인상 속도가 V1 미만이면, 육성되는 결정에 전위 클러스터(45)가 포함되어 버린다. 전위 클러스터(45)는, RIE에 의해 돌기 가 발생하지 않는 점에서, 상기의 평가 공정에서는 Pi 영역(44)과 구별할 수 없다. 그러나, Pi 영역(44)과 전위 클러스터(45)의 경계는, 평가 샘플에 통상의 세코 에칭 등의 에칭 처리를 행함으로써, 육안 레벨로 간단히 전위 클러스터 발생 영역을 확인할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, as-grown 상태의 평가용 시료에 대하여 RIE를 행한 경우에 돌기물이 발생하지 않은 결정이 얻어지도록, 인상 속도의 제어를 행하고 있는 점에서, 산소 석출물이 매우 적은 실리콘 단결정을 육성하는 것이 가능해진다. 따라서, 육성된 실리콘 단결정 잉곳은, IGBT 등의 수직 실리콘 디바이스용으로서 매우 적합하게 이용하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 상기의 실시 형태에 한정되는 일 없이, 본 발명의 주지를 일탈하지 않은 범위에서 여러 가지 변경이 가능하며, 그들도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것임은 말할 필요도 없다.

예를 들면, 제2 실시 형태에서는, 인상 속도의 제어에 의해 Pv 영역을 배제한 예를 설명했지만, 극저(極低) 산소 결정에 있어서는, Pv 영역이어도 RIE에 의해 돌기물이 발생하지 않는 경우가 있다. 이러한 케이스에 있어서는, Pv 영역과 Pi 영역을 동일시할 수 있는 점에서, Pv 영역을 배제할 필요는 없다. 즉, 본 발명에 있어서 Pv 영역을 배제하는 것은 필수가 아니고, 어디까지 as-grown 상태에서 RIE를 행한 경우에 돌기물이 형성되지 않으면 충분하다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이 실시예에 아무 런 한정도 받지 않는다.

(실시예 1)

실시예 1에서는, OSF가 발생하는 영역과 RIE법으로 돌기가 검출되는 영역의 관계에 대해서 조사했다.

우선, 다결정 실리콘 덩어리를 석영 도가니에 투입하고, 아르곤 분위기 중에서 다결정 실리콘 덩어리를 가열하여 실리콘 융액으로 했다. 그 후, 직경 305mm, 결정 방위가 (100)인 단결정을, 평균 인상 속도 0.50mm/min의 일정 속도로 인상함으로써, COP와 전위 클러스터를 포함하지 않은 직경 305mm의 실리콘 단결정 잉곳을 육성했다. 격자간 산소 농도를 FT-IR법(ASTM F121-79)으로 측정한 결과, 9×10¹⁷atoms/㎤∼11×10¹⁷atoms/㎤였다.

다음으로, 도 7에 나타내는 바와 같이, 육성한 실리콘 단결정 잉곳(20)의 서로 이웃하는 위치로부터 2장의 웨이퍼(40a, 40b)를 절출하여 경면 가공을 행했다. 이 2장의 웨이퍼(40a, 40b)는 서로 이웃하는 위치로부터 절출하고 있기 때문에, 결함 분포나 결함 밀도는 동등하다고 간주할 수 있다. 2장 중의 1장(웨이퍼(40a))에는, as-grown 상태에서, Si/SiO₂의 선택비가 높은(즉 SiO₂가 에칭되기 어려운) 조건의 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching)을 행했다. RIE의 분위기는 HBr/Cl₂/He+O₂ 혼합 가스로 하고, Si/SiO₂의 선택비가 100 이상이 되도록 조건을 설정하여 약 5㎛ 에칭을 행하였다. RIE 후에 불산 수용액으로 세정을 행하여 RIE시에 부착된 반응 생성물을 제거하고, RIE로 에칭된 면을 집광등 하에서의 육안 관찰 과 광학 현미경 관찰에 의해 평가하여, RIE에 의해 돌기가 발생한 영역의 넓이를 측정했다.

남은 1장(웨이퍼(40b))에는, 산소 분위기 중 1000℃에서 3시간과 수증기를 포함하는 산소 분위기 중 1150℃에서 2시간의 열처리를 행하였다. 산화막을 불산 수용액으로 제거한 후에, 라이트액으로 선택 에칭을 행하고, 에칭된 면을 집광등하에서의 육안 관찰과 광학 현미경 관찰에 의해 평가하여, OSF가 발생한 영역의 넓이를 측정했다.

2장의 웨이퍼(40a, 40b)의 평가 결과를 비교한 결과, RIE에 의해 돌기가 발생한 영역은 중심에서 7㎝까지, OSF가 발생한 영역은 중심에서 3.5㎝까지로서, OSF가 발생하는 영역보다도 RIE에 의해 돌기가 발생하는 영역 쪽이 넓은 것이 분명해졌다. 이 결과는, RIE법에서는 OSF 핵(판 형상 산소 석출물)뿐만 아니라 OSF 영역에 인접하는 Pv 영역에 포함되는 미소한 산소 석출핵도 돌기로서 검출하는 것이 가능하며, 이 돌기가 발생하는 영역의 넓이를 지표로 하여 당해 결정의 합부 판정 및 당해 결정 이후에 육성되는 결정의 육성 조건을 결정하면, COP도 OSF도 전위 클러스터도 포함하지 않은 결정을 안정적으로 제조할 수 있는 것을 의미하고 있다.

(실시예 2)

실시예 2에서는, RIE를 행하는 샘플의 전처리에 의한 차에 대해서 조사했다.

우선, 실시예 1에서 2장의 웨이퍼(40a, 40b)를 절출한 위치로부터, 도 8에 나타내는 바와 같이, 추가로 3장의 웨이퍼(40c∼40e)를 절출했다. 이 3장의 웨이퍼(40c∼40e)는 서로 이웃하는 위치로부터 절출하고 있기 때문에, 결함 분포나 결 함 밀도는 동등하다고 간주할 수 있다. 그리고, 이 3장에, 가공 변형 제거와 표면의 평활화를 위해, 불산과 질산을 포함하는 혼합액으로 에칭을 행했다.

1장째의 웨이퍼(웨이퍼(40c))에는, SC-1 세정(암모니아수+과산화수소수+물에 의한 세정)을 행하여, 부착 이물을 제거했다. 부착 이물을 제거하기 위한 세정은, SC-1 세정으로 한정할 필요는 없고, 부착 이물을 제거하는 효과가 있는 세정이면 좋다. 2장째(웨이퍼(40d))는, 우선, 절반으로 벽개했다. 벽개한 웨이퍼의 벽개면으로부터 약 5mm의 위치를 벽개면에 평행하게 다이싱 소(dicing saw)로 잘라 폭 5mm의 가늘고 긴 형태의 절편(切片)을 제작하고, 추가로 이 가늘고 긴 형태의 절편의 길이 방향의 중앙 부근을 다이싱 소로 잘라 길이 약 150mm의 가늘고 긴 형태의 절편(50d)을 제작했다. 따라서, 이 가늘고 긴 형태의 절편(50d)에는, 결정의 중심에서 외주까지가 포함된다. 이와 같이 하여 제작한 가늘고 긴 형태의 절편(50d)에 SC-1 세정을 행하여 부착 이물을 제거했다. 부착 이물을 제거하기 위한 세정은, SC-1 세정으로 한정할 필요는 없고, 부착 이물을 제거하는 효과가 있는 세정이면 좋다. 벽개면의 반대측 면(다이싱 소로 절단한 면)을 직경 300mm의 지지 기판(51)에 레지스터로 접착했다(도 9 참조). 가늘고 긴 형태의 절편(50d)의 접착에 이용하는 재료는, 레지스터 이외라도 좋고, RIE, 불산 세정, SC-1 세정 등의 처리에 견치는 재료이면 좋다. 또한, 본 발명에서는 가늘고 긴 형태의 절편(50d)을 세정한 후에 지지 기판(51)에 접착했지만, 세장형 절편(50d)을 지지 기판(51)에 접착한 후에 지지 기판(51)과 함께 세정을 행하여도 좋다. 3장째(웨이퍼(40e))에는, 경면 가공을 행하였다.

상기의 처리를 행한 3장의 샘플에 대해, Si/SiO₂의 선택비가 높은(즉 SiO₂가 에칭되기 어려운) 조건의 반응성 이온 에칭을 행했다. RIE의 분위기는 HBr/Cl₂/He+O₂ 혼합 가스로 하고, Si/SiO₂의 선택비가 100 이상이 되도록 조건을 설정하여 약 5㎛ 에칭을 행하였다. RIE 후에 불산 수용액으로 세정을 행하여 RIE시에 부착된 반응 생성물을 제거하고, RIE로 에칭된 면을 집광등하에서의 육안 관찰과 광학 현미경 관찰에 의해 평가하여, RIE에 의해 돌기가 발생한 영역의 넓이를 측정했다.

그 결과, 도 10에 나타내는 바와 같이, 1장째(웨이퍼(40c))와 3장째(웨이퍼(40e))에서는, 돌기가 발생한 영역(46)이 반경 7㎝의 디스크 형상이었다. 단, 경면 연마를 행하고 있지 않은 1장째의 샘플에서는, 그 분포로부터 외란에 기인한다고 추정되는 돌기도 관찰되었다. 결정 결함은 동심원 형상으로 분포하기 때문에, 동심원 형상으로 분포하고 있지 않은 돌기는 외란 기인이라고 용이하게 추정할 수 있다. 2장째의 가늘고 긴 형태의 절편 형상 샘플(50d)의 에칭된 벽개면에는, 결정의 중심으로부터 7㎝의 범위에 돌기가 발생하고, 결정의 외주측에는 돌기가 발생하고 있지 았았다. 상기한 바와 같이 RIE에 의해 돌기가 발생한 영역의 넓이는, 3 샘플간에서 일치했다. 이 점에서, 경면이 아니라도, 불산과 질산을 포함하는 액으로 에칭하여 SC-1 세정을 행한 면이나, 벽개하여 SC-1 세정을 행한 면에서도 RIE에 의해 결함 기인의 돌기가 발생하는 영역의 넓이를 평가할 수 있는 것이 분명해졌다.

상기의 검토 결과, 발명자는, 인상한 결정으로부터 소정의 간격으로 결함 평가용 웨이퍼를 절출하여, 가공 변형 제거와 평탄화를 위한 에칭을 행한 샘플 또는 벽개한 샘플에 RIE를 행함으로써 Pv 영역을 집광등하에서의 육안 관찰이나 광학 현미경으로 관찰 가능한 돌기로서 현재화할 수 있어, 이 돌기가 발생한 영역의 넓이를 지표로 하여 당해 결정의 합부 판정 및 당해 결정 이후에 육성되는 결정의 육성 조건을 결정하면, COP도 OSF도 전위 클러스터도 포함하지 않은 결정을 안정적으로 제조할 수 있는 것을 발견했다.

(실시예 3)

실시예 3에서는, 온도 구배(G)의 지름 방향 분포가 다른 3개의 핫·존을 이용하여 실리콘 단결정을 육성하고, 평가를 행하였다.

우선, 온도 구배(G)의 지름 방향 분포가 다른 3개의 핫·존(HZ-1, HZ-2, HZ-3)을 이용하여, 3개의 실리콘 단결정을 제조했다. 구체적으로는, 다결정 실리콘 덩어리를 석영 도가니에 투입하고, 아르곤 분위기 중에서 다결정 실리콘 덩어리를 가열하여 실리콘 융액으로 했다. 그 후, 직경 305mm, 결정 방위가 (100)인 단결정을, 평균 인상 속도 0.50mm/min의 일정 속도로 인상했다. 인상한 결정을 직경 약 301mm로 원통 연삭한 후, 약 50mm 간격으로, 성장축에 거의 수직인 면을 갖는 웨이퍼를 5장씩 절출하고, 전(全) 웨이퍼를 불산과 질산의 혼합액으로 침지하여 에칭함으로써 절단시에 발생한 가공 대미지층을 제거했다. 이 5장의 웨이퍼는, 서로 이웃한 위치로부터 절출했기 때문에, 결함 분포는 동등하다고 간주할 수 있다. 격자 간 산소 농도를 FT-IR법(ASTM F121-79)으로 측정한 결과, 9×10¹⁷atoms/㎤∼11×10¹⁷atoms/㎤였다.

결정의 전(全) 부위에 대해서, 우선 COP와 전위 클러스터의 평가를 행하였다. 각 부위로부터 5장씩 절출한 웨이퍼 내의 1장씩을 절반으로 벽개하여, 한쪽에서 COP, 남은 한쪽에서 전위 클러스터의 평가를 행하였다. COP의 평가는 적외 토모그래프로, 전위 클러스터의 평가는 세코 에칭으로 행하였다. COP와 전위 클러스터가 검출되지 않았던 각 결정의 각 부위로부터 절출된 나머지 4장씩의 웨이퍼 중, HZ-1에서 인상한 웨이퍼로서 COP와 전위 클러스터가 검출되지 않았던 부위의 웨이퍼를 「샘플 1」이라고 하고, HZ-2에서 인상한 웨이퍼로서 COP와 전위 클러스터가 검출되지 않았던 부위의 웨이퍼를 「샘플 2」라고 하고, HZ-3에서 인상한 웨이퍼로서 COP와 전위 클러스터가 검출되지 않았던 부위의 웨이퍼를 「샘플 3」이라고 했다. 또한, COP와 전위 클러스터가 검출되지 않았던 부위는 복수 개소 존재했기 때문에, 샘플 1∼3의 웨이퍼는 4장 1조로 하여, 복수조 존재한다.

[샘플 1의 평가]

샘플 1의 웨이퍼로부터 4세트의 샘플(1A∼1D)을 제작했다. 샘플 1의 웨이퍼란, 전술한 바와 같이, HZ-1에서 인상한 웨이퍼로서 COP와 전위 클러스터가 검출되지 않았던 부위의 웨이퍼이다.

1세트째의 샘플(1A)은, 샘플 1의 웨이퍼에 대해, 불산과 질산의 혼합액에 의한 에칭을 추가하여 웨이퍼 표면을 더욱 평활하게 하고, SC-1 세정(암모니아수+과 산화수소수+물에 의한 세정)으로 부착 이물을 제거한 샘플이다. 샘플(1A)에서는, 웨이퍼 표면을 평활화하기 위해, 불산과 질산의 혼합액을 이용했지만, 다른 물질(예를 들면, 아세트산 등)을 첨가해도 좋다. 또한, 샘플(1A)에서는, 부착 이물을 제거하기 위해 SC-1 세정을 행하였지만, SC-1 세정으로 한정할 필요는 없고, 부착 이물을 제거하는 효과가 있는 세정이면 좋다.

2세트째의 샘플(1B)의 제작에 있어서는, 샘플 1의 웨이퍼를 우선 절반으로 벽개했다. 벽개한 웨이퍼의 벽개면으로부터 약 5mm의 위치를 벽개면에 평행하게 다이싱 소로 잘라 폭 5mm의 가늘고 긴 형태의 절편을 제작하고, 추가로 이 가늘고 긴 형태의 절편의 길이 방향의 중앙 부근을 다이싱 소로 잘라 길이 약 150mm의 가늘고 긴 형태의 절편을 제작했다. 따라서, 이 가늘고 긴 형태의 절편에는, 결정의 중심에서 외주까지가 포함된다. 이와 같이 하여 제작한 가늘고 긴 형태의 절편에 SC-1 세정을 행하여 부착 이물을 제거했다. 샘플(1B)에서는, 부착 이물을 제거하기 위해 SC-1 세정을 행하였지만, SC-1 세정으로 한정할 필요는 없고, 부착 이물을 제거하는 효과가 있는 세정이면 좋다. 벽개면의 반대측 면(다이싱 소로 절단한 면)을 직경 300mm의 지지 기판(샘플(1B)에서는 실리콘 웨이퍼를 사용)에 레지스터로 접착했다. 샘플(1B)에서는 가늘고 긴 형태의 절편을 지지 기판에 접착하기 위해 레지스터를 이용했지만, 레지스터 이외라도 RIE, 불산 세정, SC-1 세정 등의 처리에 견디는 재료이면 좋다. 또한, 샘플(1B)에서는 가늘고 긴 형태의 절편을 세정한 후에 지지 기판에 접착했지만, 지지 기판에 접착한 후에 지지 기판과 함께 세정을 행하여도 좋다.

3세트째의 샘플(1C)은, 샘플 1의 웨이퍼에 대하여 경면 가공을 행한 샘플이다.

4세트째의 샘플(1D)은, 샘플 1의 웨이퍼에 대하여, 산소 분위기 중 1000℃에서 3시간과 수증기를 포함하는 산소 분위기 중 1150℃에서 2시간의 열처리를 행한 샘플이다.

다음으로, 1세트째로부터 3세트째의 샘플(1A∼1C)에 대해, Si/SiO₂의 선택비가 높은(즉 SiO₂가 에칭되기 어려운) 조건의 반응성 이온 에칭(RIE)을 행했다. RIE의 분위기는 HBr/Cl₂/He+O₂ 혼합 가스로 하고, Si/SiO₂의 선택비가 100 이상이 되도록 조건을 설정하여 약 5㎛ 에칭을 행하였다. RIE 후에 불산 수용액으로 세정을 행하여 RIE시에 부착된 반응 생성물을 제거하고, RIE로 에칭된 면을 집광등하에서의 육안 관찰과 광학 현미경 관찰에 의해 평가하여, RIE에 의해 돌기가 발생한 영역의 넓이를 측정했다.

한편, 4세트째의 샘플(1D)에 대해서는, 산화막을 불산 수용액으로 제거한 후에 라이트액으로 선택 에칭을 행하고, 에칭된 면을 집광등하에서의 육안 관찰과 광학 현미경 관찰에 의해 평가하여, OSF가 발생한 영역의 넓이를 측정했다.

우선, 샘플(1D)에서 평가한 OSF의 발생 상황에 대해서 서술한다. HZ-1에서 인상된 결정에서는, OSF가 발생하지 않은 샘플과 OSF가 디스크 형상으로 발생하는 샘플이 있었다. 이 결과는, HZ-1에서는 결정의 외주부보다도 중심 부근의 V/G가큰(G가 작은) 것을 시사하고 있다(도 2 참조).

다음으로, 샘플(1A∼1C)의 RIE 후의 돌기의 발생 상황에 대해서 서술한다. 샘플(1A) 및 샘플(1C)에서는, 돌기는 디스크 형상으로 발생하고 있었다. 단, 경면 연마를 행하고 있지 않은 샘플(1A)에서는, 그 분포로부터 외란에 기인한다고 추정되는 돌기도 관찰되었다. 결정 결함은 동심원 형상으로 분포하고 있기 때문에, 동심원 형상으로 분포하고 있지 않은 돌기는 외란 기인이라고 용이하게 추정할 수 있다. 샘플(1B)의 에칭된 벽개면에는, 결정의 중심측에 돌기가 발생하고, 결정의 외주측에는 돌기가 발생하고 있지 않았다.

샘플(1A, 1C)에서 돌기가 발생한 영역의 반경, 그리고, 샘플(1B)에서 돌기가 발생한 범위의 길이(즉 반경)를, OSF가 발생한 영역의 반경에 대하여 플롯한 것이 도 11이다. OSF가 발생한 영역의 반경은 샘플(1D)로부터 얻어진 값이다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 샘플(1A∼1C)에서 돌기가 관찰된 범위의 반경은 거의 일치하고, 샘플(1D)에서 OSF가 관찰된 범위의 반경보다도 약 3.5㎝ 큰 것을 알 수 있었다. 이 결과로부터, 다음의 두 가지를 말할 수 있다. 우선, 불산과 질산을 포함하는 혼합액으로 평활하게 에칭한 면이나 벽개면에서도, 경면 연마한 면과 동등한 평가(RIE에 의해 돌기가 발생하는 범위의 평가)가 가능한 것과, 다음으로, OSF가 발생하는 범위의 반경보다도 RIE에 의해 돌기가 발생하는 범위의 반경 쪽이 반드시 넓고, 게다가, 양자의 사이에는 좋은 상관이 있는 것이다.

따라서, RIE에 의해 돌기가 발생하는 범위의 반경을 지표로 하고, 그 크기에 기초하여 당해 결정의 합부 판정 및 당해 결정 이후에 육성되는 결정의 인상 조건을 결정할 수 있다. 샘플 1의 경우는, RIE에 의해 돌기가 발생하는 영역의 반경이 3.5㎝ 이하가 되도록 인상 속도를 설정하면, COP도 전위 클러스터도 OSF 핵도 포함하지 않은 결정을 인상할 수 있다. 예를 들면, 핫·존의 시간 경과에 따른 변화가 일어나 G가 작아진 경우(V/G가 커진 경우)는, RIE에 의해 돌기가 발생하는 영역의 반경이 커지기 때문에, 이것에 의해 핫·존의 시간 경과에 따른 변화에 의한 V/G의 변화를 검지할 수 있다. 다음의 결정은 인상 속도를 낮춰 인상하면 V/G를 원래대로 되돌릴 수 있고, 이어서 OSF 핵을 포함하지 않은 결정을 인상할 수 있다.

[샘플 2의 평가]

샘플 2의 웨이퍼로부터 4 세트의 샘플(2A∼2D)을 제작했다. 샘플 2의 웨이퍼란, 전술한 바와 같이, HZ-2에서 인상한 웨이퍼로서 COP와 전위 클러스터가 검출되지 않았던 부위의 웨이퍼이다.

샘플(2A∼2D)의 제작은, 샘플(1A∼1D)과 동일한 방법으로 행하였다.

우선, 샘플(2D)에서 평가한 OSF의 발생 상황에 대해서 서술한다. HZ-2에서 인상된 결정에서는, OSF가 발생하지 않은 샘플과, OSF가 결정의 중심 부근과 외주 부근에 디스크+링 형상으로 발생하는 샘플이 있었다. 이 결과는, HZ-2에서는 결정의 중심 부근과 외주부에서 V/G가 큰(G가 작은) 것을 시사하고 있다(도 3 참조).

다음으로, 샘플(2A∼2C)의 RIE 후의 돌기의 발생 상황에 대해서 서술한다. 샘플(2A) 및 샘플(2C)에서는, 돌기는 중심 부근과 외주 부근에 디스크+링 형상으로 발생하고 있었다. 단, 경면 연마를 행하고 있지 않은 샘플(2A)에서는, 그 분포로부터 외란에 기인한다고 추정되는 돌기도 관찰되었다. 결정 결함은 동심원 형상으로 분포하기 때문에, 동심원 형상으로 분포하고 있지 않은 돌기는 외란 기인이라고 용이하게 추정할 수 있다. 샘플(2B)의 에칭된 벽개면에는, 결정의 중심측과 외주측에 돌기가 발생하고 있었다.

이와 같이, 샘플 2에서는, OSF 및 RIE에 의한 돌기가 디스크+링 형상으로 발생했다. 우선, 디스크 형상으로 결함이 발생한 영역에 대해서 OSF와 RIE에 의한 돌기의 관계를 정리한다. 샘플(2A, 2C)에서 디스크 형상으로 돌기가 발생한 영역의 반경, 샘플(2B)의 가늘고 긴 형태의 절편 형상 샘플에서 결정 중심측에 돌기가 발생한 범위의 길이(즉 반경)를 OSF가 디스크 형상으로 발생한 영역의 반경에 대하여 플롯한 것이 도 12이다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 샘플(2A∼2C)에서 돌기가 관찰된 범위의 반경은 거의 일치하고, OSF가 관찰된 범위의 반경보다도 약 4.5㎝ 큰 것을 알 수 있었다. 이 결과로부터, 다음의 두 가지를 말할 수 있다. 우선, 불산과 질산을 포함하는 혼합액으로 평활하게 에칭한 면이나 벽개면에서도, 경면 연마한 면과 동등한 평가(RIE에 의해 돌기가 발생하는 범위의 평가)가 가능한 것과, 다음으로, OSF가 발생하는 범위의 반경보다도 RIE에 의해 돌기가 발생하는 범위의 반경 쪽이 반드시 넓고, 게다가, 양자의 사이에는 좋은 상관 관계가 있는 것이다. RIE에 의한 돌기가 발생하는 디스크 형상 영역의 반경이 4.5㎝ 이하가 되도록 인상 속도를 설정하면, 결정 중심 부근에 COP도 전위 클러스터도 OSF 핵도 포함하지 않은 결정을 인상할 수 있다.

다음으로, 링 형상으로 결함이 발생한 영역에 대해서 OSF와 RIE에 의한 돌기의 관계를 정리한다. 샘플(2A, 2C)에서 링 형상으로 돌기가 발생한 영역의 폭, 샘 플(2B)의 가늘고 긴 형태의 절편 형상 샘플에서 결정 외주측에 돌기가 발생한 범위의 폭을 OSF가 링 형상으로 발생한 영역의 폭에 대하여 플롯한 것이 도 13이다.

도 13에 나타내는 바와 같이, 샘플(2A∼2C)에서 돌기가 관찰된 범위의 폭은 거의 일치하고, OSF가 관찰된 범위의 폭보다도 약 2.5㎝ 큰 것을 알 수 있었다. 이 결과로부터, 다음의 두 가지를 말할 수 있다. 우선, 불산과 질산을 포함하는 혼합액으로 평활하게 에칭한 면이나 벽개면에서도, 경면 연마한 면과 동등한 평가(RIE에 의해 돌기가 발생하는 범위의 평가)가 가능한 것과, 다음으로, OSF가 발생하는 범위의 폭보다도 RIE에 의해 돌기가 발생하는 범위의 폭 쪽이 반드시 넓고, 게다가, 양자의 사이에는 좋은 상관이 있는 것이다. RIE에 의한 돌기가 발생하는 링 형상 영역의 폭이 2.5㎝ 이하가 되도록 인상 속도를 설정하면, 결정 외주 부근에 COP도 전위 클러스터도 OSF 핵도 포함하지 않은 결정을 인상할 수 있다.

따라서, RIE에 의해 돌기가 디스크+링 형상으로 발생하는 범위의 넓이를 지표로 하고, 그 크기에 기초하여 당해 결정의 합부 판정 및 당해 결정 이후에 육성되는 결정의 인상 조건을 결정할 수 있다. 샘플 2의 경우에는, RIE에 의해 디스크 형상에 돌기가 발생하는 영역의 반경이 4.5㎝ 이하, 그리고, RIE에 의해 링 형상으로 돌기가 발생하는 영역의 폭이 2.5㎝ 이하가 되도록 인상 속도를 설정하면, 웨이퍼 전면(全面)에 걸쳐서 COP도 전위 클러스터도 OSF 핵도 포함하지 않은 결정을 인상할 수 있다. 핫·존의 시간 경과에 따른 변화가 일어나 G가 작아진 경우(V/G가 커진 경우)에는, RIE에 의해 돌기가 발생하는 영역이 넓어지기 때문에, 이것에 의해 핫·존의 시간 경과에 따른 변화에 의한 V/G의 변화를 검지할 수 있다. 다음의 결정은 인상 속도를 낮춰 인상하면 V/G를 원래대로 되돌릴 수 있고, 이어서 OSF 핵을 포함하지 않은 결정을 인상할 수 있다.

[샘플 3의 평가]

샘플 3의 웨이퍼로부터 4세트의 샘플(3A∼3D)을 제작했다. 샘플 3의 웨이퍼란, 전술한 바와 같이, HZ-3에서 인상한 웨이퍼로서 COP와 전위 클러스터가 검출되지 않았던 부위의 웨이퍼이다.

샘플(3A∼3D)의 제작은, 샘플(1A∼1D)와 동일한 방법으로 행하였다.

우선, 샘플(3D)에서 평가한 OSF의 발생 상황에 대해서 서술한다. HZ-3에서 인상된 결정에서는, OSF가 발생하지 않은 샘플과 OSF가 결정의 외주 부근에 링 형상으로 발생하는 샘플이 있었다. 이 결과는, HZ-3에서는 결정의 외주부에서 V/G가큰(G가 작은) 것을 시사하고 있다(도 4 참조).

다음으로, 샘플(3A∼3C)의 RIE 후의 돌기의 발생 상황에 대해서 서술한다. 샘플(3A) 및 샘플(3C)에서는, 돌기는 외주 부근에 링 형상으로 발생하고 있었다. 단, 경면 연마를 행하고 있지 않은 샘플(3A)에서는, 그 분포로부터 외란에 기인한다고 추정되는 돌기도 관찰되었다. 결정 결함은 동심원 형상으로 분포하기 때문에, 동심원 형상으로 분포하고 있지 않은 돌기는 외란 기인이라고 용이하게 추정할 수 있다. 샘플(3B)의 가늘고 긴 형태의 절편 형상 샘플의 에칭된 벽개면에는, 결정의 외주측에 돌기가 발생하고 있었다.

전술한 바와 같이, 샘플 3에서는, OSF 및 RIE에 의한 돌기가 링 형상으로 발생했다. 샘플(3A, 3C)에서 링 형상으로 돌기가 발생한 영역의 폭, 샘플(3B)의 가늘 고 긴 형태의 절편 형상 샘플에서 결정 외주측에 돌기가 발생한 범위의 폭을 OSF가 링 형상으로 발생한 영역의 폭에 대하여 플롯한 것이 도 14이다.

도 14에 나타내는 바와 같이, 샘플(3A∼3C)에서 돌기가 관찰된 범위의 폭은 거의 일치하고, OSF가 관찰된 범위의 폭보다도 약 1.5㎝ 큰 것을 알 수 있었다. 이 결과로부터, 다음의 두 가지를 말할 수 있다. 우선, 불산과 질산을 포함하는 혼합액으로 평활하게 에칭한 면이나 벽개면에서도, 경면 연마한 면과 동등한 평가(RIE에 의해 돌기가 발생하는 범위의 평가)가 가능한 것과, 다음으로, OSF가 발생하는 범위의 폭보다도 RIE에 의해 돌기가 발생하는 범위의 폭 쪽이 반드시 넓고, 게다가, 양자의 사이에는 좋은 상관이 있는 것이다.

따라서, RIE에 의한 돌기가 발생하는 링 형상 영역의 폭이 1.5㎝ 이하가 되도록 인상 속도를 설정하면, COP도 전위 클러스터도 OSF 핵도 포함하지 않은 결정을 인상할 수 있다. 즉, RIE에 의해 돌기가 링 형상으로 발생하는 범위의 넓이를 지표로 하고, 그 크기에 기초하여 당해 결정의 합부 판정 및 당해 결정 이후에 육성되는 결정의 인상 조건을 결정할 수 있다. 본 실시예의 경우는, RIE에 의해 링 형상으로 돌기가 발생하는 영역의 폭이 1.5㎝ 이하가 되도록 인상 속도를 설정하면, 웨이퍼 전면에 걸쳐서 COP도 전위 클러스터도 OSF 핵도 포함하지 않은 결정을 인상할 수 있다. 핫·존의 시간 경과에 따른 변화가 일어나 G가 작아진 경우(V/G가 커진 경우)는, RIE에 의해 돌기가 발생하는 링 형상 영역의 폭이 넓어지기 때문에, 이것에 의해 핫·존의 시간 경과에 따른 변화에 의한 V/G의 변화를 검지할 수 있다. 다음의 결정은 인상 속도를 낮춰 인상하면 V/G를 원래대로 되돌릴 수 있고, 이어서 OSF 핵을 포함하지 않은 결정을 인상할 수 있다.

(실시예 4)

실시예 4에서는, 도 1에 나타내는 인상 장치를 이용하여, 인상하는 단결정의 중심부가 융점에서 1370℃까지의 온도역에서, 단결정의 인상 축 방향의 온도 구배가 중심부는 Gc, 외주부에서는 Ge라고 할 때, Gc/Ge가 1 이상이 되는 조건하로, 인상 속도를 서서히 저하시키도록 인상 속도 변경 실험을 행하여, 각종 결정 영역을 포함하는 실리콘 단결정 잉곳을 2개 육성했다. 여기에서 육성한 잉곳은, 모두 산소 농도가 12×10¹⁷atoms/㎤이며, 단결정 직경: 300mm, 결정 방위: <100>, 극성: p형(보론 도프), 단결정 직동부 길이: 2000mm의 단결정 잉곳이다.

육성한 단결정 잉곳 중 1개는 단결정 잉곳을 세로분할하여, 평가용 시료를 작성했다. 평가용 시료를 산화 분위기 중에서, 800℃×4시간+1000℃×16시간의 산소 석출물 평가 열처리를 행한 후, 열처리 후의 평가용 시료 표면을 구리 데코레이션하여 1000℃×1시간의 열처리를 행하였다. 그리고 열처리 후의 평가 시료를 라이트액으로 선택 에칭을 행하지 않은 시료 표면에 나타난 피트(pit)를 광학 현미경으로 관찰했다. 그 결과, 도 6(a)에 나타내는 바와 같은 결정 영역 분포를 갖고 있는 것을 확인했다.

남은 또 1개의 단결정 잉곳에 대해서는, 앞서의 세로분할 평가용 시료의 관찰 결과로 얻어진, 도 6(a)에 나타내는 결정 영역 분포 중, B-B선의 위치가 되는 결정 영역, 즉, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 결정 중심부에 Pv 영역(43a)이 디 스크 형상으로 존재하고, 그 외측 영역에 Pi 영역(44)이 링 형상으로 존재하고, 그 외측 영역의 결정의 외주부에 Pv 영역(43b)이 존재하는 결정 영역으로부터 샘플 웨이퍼를 얻도록, 지름 방향으로 절단하여, Pv 영역(43a), Pi 영역(44), Pv 영역(43b)이 지름 방향으로 혼재하는 샘플 웨이퍼를 절출했다.

또한, 상기와 동일한 육성 조건에서, 산소 농도가 다른 9×10¹⁷atoms/㎤, 5×10¹⁷atoms/㎤의 2수준의 실리콘 단결정 잉곳도 육성하고, 각각 앞서 작성한 샘플 웨이퍼와 동일한 결정 영역이 되는 높이 위치로부터 샘플 웨이퍼를 절출했다. 즉, 산소 농도가 다를 뿐으로 결정 영역은 동일한 샘플 웨이퍼를 작성한 것이다.

다음으로, 이들 산소 농도가 다른 각 샘플 웨이퍼에 이하의 2수준의 평가 처리 (A), (B)를 행하여, 웨이퍼 표면에서 관찰되는 산소 석출물 밀도 분포를 조사했다. 평가 처리 (A)는 종래로부터 일반적으로 실시되고 있는 산소 석출물 평가 열처리에 의한 평가이며, 평가 처리 (B)는 본 발명의 RIE 처리에 의한 평가이다.

(A) 산소 석출물 평가 열처리에 의한 평가 <비교예>

각 샘플 웨이퍼에 대하여, 드라이 산소 분위기 중에서 800℃×3시간의 열처리를 행하고, 이어서 1000℃×16시간의 열처리를 행하였다. 그 후, 웨이퍼 표면에 형성된 산소막을 불산 수용액으로 제거한 후, 라이트액을 이용하여 웨이퍼 표면을 선택 에칭했다. 에칭된 웨이퍼 표면을 집광등하의 육안 관찰과 광학 현미경 관찰에 의해 평가하고, 웨이퍼 표면에 산소 석출물이 발생한 영역의 넓이를 측정했다. 측정한 결과를 모식적으로(schematically) 도 15(a)∼(c)에 나타낸다. 도 15(a) ∼(c)는, 각각 산소 농도가 12×10¹⁷atoms/㎤, 9×10¹⁷atoms/㎤, 5×10¹⁷atoms/㎤인 샘플이며, 해칭을 한 영역이 산소 석출물로서 현재화되어 검출할 수 있었던 영역(Pv 영역)이다.

(B) RIE 처리에 의한 평가 <실시예>

각 샘플 웨이퍼에 대하여, Si와 SiO₂의 선택비가 높은(SiO₂가 에칭되기 어려운) 조건의 반응성 이온 에칭(RIE)을 행하여, 산화 실리콘을 포함하는 결함을 기인으로 한 원추 형상의 돌기물을 웨이퍼 표면상에 형성했다. RIE의 분위기는 HBr/Cl₂/He+O₂ 혼합 가스로 하고, Si/SiO₂의 선택비가 100 이상이 되도록 조건을 설정하여 약 5㎛ 에칭을 행하였다. 그 후, RIE 처리시에 부착된 반응 생성물을 불산 수용액으로 세정하여 제거한 후, 에칭된 웨이퍼 표면을 집광등하의 육안 관찰과 광학 현미경 관찰에 의해 평가하고, 웨이퍼 표면에 형성된 돌기물의 발생 영역의 넓이를 측정했다. 집광등하에 의한 육안 관찰시의 평가 사진을 도 15(d)∼(f)에 나타낸다. 도 15(d)∼(f)는, 각각 산소 농도가 12×10¹⁷atoms/㎤, 9×10¹⁷atoms/㎤, 5×10¹⁷atoms/㎤인 샘플이며, 하얗게 색이 빠져 보이는 영역이 돌기물이 존재하는 영역(Pv 영역)에 상당하는 것이다.

<평가 결과>

평가 처리 (A)로 평가한 경우, 산소 농도가 12×10¹⁷atoms/㎤인 샘플 웨이퍼 에 비해, 산소 농도가 9×10¹⁷atoms/㎤인 것은, 산소 석출물 영역으로서 검출되는 영역의 폭이 축소화되는 형상이 보이고, 산소 농도가 5×10¹⁷atoms/㎤의 저산소라도 되면, 웨이퍼 표면에는 산소 석출물은 전혀 관찰되지 않았다.

한편, 평가 처리 (B)로 평가한 경우, 산소 석출물 밀도에 다소의 차는 있지만, 산소 농도가 9×10¹⁷atoms/㎤라도, 5×10¹⁷atoms/㎤라도, 산소 농도가 12×10¹⁷atoms/㎤인 샘플 웨이퍼와 동일한 결함 분포의 폭으로 돌기물이 관찰되었다.

이는, 단결정 잉곳의 산소 농도의 저하에 수반하여, 평가 처리 (A)에서는 산소 석출물 분포가 변화하고, 평가 처리 (B)는 평가 처리 (A)에서는 검출되지 않은 산소 석출물을 검출할 수 있는 것을 의미하는 것이다. 따라서, 평가 처리 (B)에 의해 평가를 실시하고, 돌기물로서 검출되지 않은 결정 영역이 되도록 육성 조건(인상 속도 및/또는 온도 구배)을 조정함으로써, 디바이스로의 영향이 우려되는 미소 산소 석출물도 배제한 실리콘 단결정 잉곳의 육성이 가능해진다.

(실시예 5)

실시예 5에서는, RIE법을 이용한 결함 평가를 행한 경우라도, 돌기물이 검출되지 않은, COP도 전위 클러스터도 존재하지 않은 단결정을 육성하는 실험을 시도했다.

우선, 실시예 4에서 얻어진 평가 처리 (B)의 평가 결과를 기초로, 돌기물이 검출되지 않은 결정 영역이 되는 인상 속도를 구하고, 이 범위가 되도록 인상 속도 를 조정하도록 했다. 그 외의 육성 조건은 실시예 4와 동일한 육성 조건이며, 여기에서는 산소 농도가 6×10¹⁷atoms/㎤인 실리콘 단결정 잉곳을 육성했다.

다음으로, 육성한 단결정 잉곳 직동부의 톱(top) 위치로부터 하방으로 100mm의 위치와 직동부의 보텀(bottom) 위치로부터 상방으로 200mm의 위치에서, 지름 방향으로 샘플 웨이퍼를 절출했다.

그리고, 양 샘플 웨이퍼에 대하여, 실시예 5의 평가 처리 (B)와 동일한 조건으로 평가 처리를 행하였다. 그 결과, 양 샘플 웨이퍼 모두, 결정 중심과 동심원 형상으로 분포하는 바와 같은 돌기물은 전혀 관찰되지 않았다.

도 2의 (a)는, 실리콘 단결정 잉곳(20)의 인상 속도(V)와 결함의 종류 및 분포와의 관계의 일 예를 나타내는 도면이며, (b)∼(d)는 각각 (a)에 나타내는 b1-b1선, c1-c1선 및, d1-d1선을 따른 단면도이다.

도 3의 (a)는, 실리콘 단결정 잉곳(20)의 인상 속도(V)와 결함의 종류 및 분포와의 관계의 다른 예를 나타내는 도면이며, (b)∼(d)는 각각 (a)에 나타내는 b2-b2선, c2-c2선 및, d2-d2선을 따른 단면도이다.

도 4의 (a)는, 실리콘 단결정 잉곳(20)의 인상 속도(V)와 결함의 종류 및 분포와의 관계의 또 다른 예를 나타내는 도면이며, (b)∼(d)는 각각 (a)에 나타내는 b3-b3선, c3-c3선 및, d3-d3선을 따른 단면도이다.

도 5는 OSF가 발생하는 영역과 RIE법으로 돌기가 검출되는 영역의 관계를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 열처리에 의해 OSF를 현재화시킨 실리콘 웨이퍼를 나타내는 도면, (b)는 RIE법에 의해 돌기를 현재화시킨 실리콘 웨이퍼를 나타내는 도면이다.

도 6의 (a)는 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도(V)와 실리콘 단결정 잉곳 내에 발생하는 결함의 종류 및 분포와의 관계를 나타내는 도면이며, (b)∼(d)는 각각 (a)에 나타내는 b4-b4선, c4-c4선 및, d4-d4선을 따른 단면도이다.

도 7은 실시예 1에서 이용한 웨이퍼(40a, 40b)의 절출 위치를 설명하기 위한 모식도이다.

도 8은 실시예 2에서 이용한 웨이퍼(40c∼40e)의 절출 위치를 설명하기 위한 모식도이다.

도 9는 실시예 2에서 이용한 가늘고 긴 형태의 절편(50d)을 지지 기판(51)에 접착한 상태를 나타내는 대략적인 사시도이다.

도 10은 실시예 2의 평가 결과를 나타내는 모식도이다.

도 11은 실시예 3에 있어서의 샘플 1의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.

도 12는 실시예 3에 있어서의 샘플 2(디스크 영역)의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.

도 13은 실시예 3에 있어서의 샘플 2(링 형상)의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.

도 14는 실시예 3에 있어서의 샘플 3의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.

도 15는 실시예 4에 있어서의 평가 결과를 나타내는 도면이다.

도 16은 V/G와 결함의 종류 및 분포와의 일반적인 관계를 나타내는 도면이다.

Claims

초크랄스키법에 의해 COP, OSF 핵 및 전위 클러스터를 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 육성 공정과,

상기 실리콘 단결정 잉곳으로부터 실리콘 웨이퍼를 절출(切出)하는 절출 공정과,

as-grown 상태의 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 반응성 이온 에칭을 행함으로써, 산화 실리콘을 포함하는 grown-in 결함을 에칭면 상의 돌기로서 드러나게 하는 에칭 공정을 구비하고,

상기 에칭 공정으로 드러나게 된 상기 돌기의 발생 영역의 반경에 기초하여, 후속의 상기 육성 공정에 있어서의 육성 조건을 조정하며,

상기 돌기의 발생 영역은, 무결함이며 산소 석출 영역인 Pv 영역인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 에칭 공정으로 드러나게 된 상기 돌기의 발생 영역의 위치나 넓이에 기초하여, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 합부(合否) 판정을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 에칭 공정에 있어서는, 상기 실리콘 웨이퍼를 불산과 질산을 포함하는 수용액으로 에칭하여, 에칭된 면에 상기 반응성 이온 에칭을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 에칭 공정에 있어서는, 상기 실리콘 웨이퍼를 벽개(劈開)하여, 벽개면에 상기 반응성 이온 에칭을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 에칭 공정에 있어서는, 상기 실리콘 웨이퍼를 경면(鏡面) 가공하여, 경면 가공된 면에 상기 반응성 이온 에칭을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
삭제
삭제
초크랄스키법에 의해 COP, OSF 핵 및 전위 클러스터를 포함하지 않은 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 육성 공정과,

상기 실리콘 단결정 잉곳으로부터 평가용 시료를 절출하는 절출 공정과,

as-grown 상태의 상기 평가용 시료에 대하여 반응성 이온 에칭을 행함으로써, 산화 실리콘을 포함하는 결함을 돌기물로서 드러나게 하는 평가 공정과,

상기 평가 공정으로 드러나게 된 상기 돌기물의 발생 영역의 반경에 기초하여, 후속의 상기 육성 공정에 있어서의 육성 조건을 조정하는 피드백 공정을 포함하고, 이에 따라, 상기 돌기물이 상기 평가용 시료의 표면에 형성되지 않은 조건에서 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상을 행하며,

상기 돌기물의 발생 영역은, 무결함이며 산소 석출 영역인 Pv 영역인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 육성 공정에 있어서는, 중심부에 있어서의 온도 구배를 Gc로 하고, 외주부에 있어서의 온도 구배를 Ge로 한 경우에, Gc/Ge≥1이 되는 조건에서 상기 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 평가 공정에 있어서 상기 돌기물이 발생하지 않은 영역에는, OSF가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 실리콘 단결정 중의 산소 농도가 9×10¹⁷atoms/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평가용 시료는 단결정 잉곳을 지름 방향 혹은 축 방향으로 절단하여 작성된 것임을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
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