シリコン単結晶の製造方法
【課題】ＯＳＦ領域の位置や広さを指標とすることなく引き上げ速度の制御方向を判断することによって、後続の引き上げの速度プロファイルをフィードバック調整する。
【解決手段】ＣＺ法によってＣＯＰ及び転位クラスタを含まないシリコン単結晶インゴットを育成し、シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハ４０を切り出し、as-grown状態のシリコンウェーハ４０に対して反応性イオンエッチングを施すことにより、酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させる。顕在化した突起発生領域４６に基づいて、後続の育成工程における育成条件を、エッチング工程にて突起が発生する領域の面積がシリコンウェーハの面積の１％以上５％以下となるように調整する。
【解決手段】ＣＺ法によってＣＯＰ及び転位クラスタを含まないシリコン単結晶インゴットを育成し、シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハ４０を切り出し、as-grown状態のシリコンウェーハ４０に対して反応性イオンエッチングを施すことにより、酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させる。顕在化した突起発生領域４６に基づいて、後続の育成工程における育成条件を、エッチング工程にて突起が発生する領域の面積がシリコンウェーハの面積の１％以上５％以下となるように調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコン単結晶の製造方法に関し、特に、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によって育成され、半導体デバイスの基板用として好適に用いられるシリコン単結晶の製造方法に関する。また、本発明は、シリコンウェーハに関し、特に、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出され、半導体デバイスの基板として好適なシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する場合、その結晶に含まれる欠陥の種類や分布は、結晶の引上げ速度Ｖとシリコン単結晶内の成長方向の温度勾配Ｇの比に依存する。
【０００３】
図１２はＶ／Ｇと欠陥の種類及び分布との一般的な関係を示す図である。
【０００４】
図１２に示すように、Ｖ／Ｇが大きい場合は空孔が過剰となり、空孔の凝集体である微小ボイド（一般にＣＯＰと呼ばれている欠陥）が発生する。一方、Ｖ／Ｇが小さい場合は格子間シリコン原子が過剰となり、格子間シリコンの凝集体である転位クラスタが発生する。したがって、ＣＯＰも転位クラスタも含まない結晶を製造するには、Ｖ／Ｇが結晶の径方向と長さ方向で適切な範囲に入るように制御しなければならない。まず、結晶の径方向については、どの位置でもＶは一定であるので、温度勾配Ｇが所定の範囲に入るようにＣＺ炉内の高温部分（ホット・ゾーン）の構造を設計しなければならない。次に、結晶の長さ方向については、Ｇは結晶の引き上げ長さに依存するので、Ｖ／Ｇを所定の範囲に保つ為には、結晶の長さ方向にＶを変化させなければならない。現在は、直径３００ｍｍのシリコン単結晶でも、Ｖ／Ｇを制御する事によって、ＣＯＰも転位クラスタも含まない結晶が量産されている。
【０００５】
上記のように、Ｖ／Ｇを制御して引き上げたＣＯＰと転位クラスタを含まないシリコンウェーハが量産され、電子デバイスの製造に使われている。しかし、これらのウェーハは決して全面が均質ではなく、熱処理された場合の挙動が異なる複数の領域を含んでいる。図１２に示すように、ＣＯＰが発生する領域と転位クラスタが発生する領域の間には、Ｖ／Ｇが大きい方から順に、ＯＳＦ領域、Ｐｖ領域、Ｐｉ領域の三つの領域が存在する。ＯＳＦ領域とは、as-grown状態（結晶成長後に何の熱処理も行っていない状態）で板状酸素析出物（ＯＳＦ核）を含んでおり、高温（一般的には１０００℃から１２００℃）で熱酸化した場合にＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking Fault）が発生する領域である。Ｐｖ領域とは、as-grown状態で酸素析出核を含んでおり、低温及び高温（例えば、８００℃と１０００℃）の２段階の熱処理を施した場合に酸素析出物が発生し易い領域である。Ｐｉ領域とは、as-grown状態で殆ど酸素析出核を含んでおらず、熱処理を施されても酸素析出物が発生し難い領域である。
【０００６】
ＣＯＰが発生し始めるＶ／Ｇと転位クラスタが発生し始めるＶ／Ｇの差は極めて小さいので、ＣＯＰも転位クラスタも含まない結晶を製造するには、Ｖの厳密な管理が必要である。
【０００７】
従来は、ＯＳＦ領域を含むように引き上げ速度プロファイルを設定し、引き上げた結晶から切り出したサンプルにＣｕ（銅）デコレーションやＯＳＦ評価のための熱処理を行ってＯＳＦ領域の広さを評価し、その広さに基づいて後続の引き上げの速度プロファイルを調整していた（特許文献１、２参照）。すなわち、ＯＳＦ領域が広ければＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ので後続の引き上げではＶを低めに設定し、逆に、ＯＳＦ領域が狭ければＶ／Ｇが小さい（Ｇが大きい）ので後続の引き上げではＶを高めに設定していた。
【０００８】
これらの方法は、ＯＳＦ領域の広さや位置を指標として後続の引き上げの速度プロファイルを調整する方法なので、製品として出荷されるウェーハにも必然的にＯＳＦ領域が含まれる。今のところ、ＯＳＦ領域は電子デバイスに影響を与えていないようである。しかし、ＯＳＦ領域は、as-grown状態でもＯＳＦの核、すなわち、板状の酸素析出物を含む領域であるので、将来の電子デバイスではその特性を劣化させる原因となる可能性が高い。従って、今後は、ＯＳＦ領域の広さを引上げ速度調整の指標とせずに、ＯＳＦ領域を含まない結晶を安定的に引き上げる方法を開発することが必要であると考えられる。
【０００９】
ＯＳＦ領域を引上げ速度調整の指標としない方法として、シリコンの弾性定数の極低温化に伴う減少（ソフト化）の大きさから、結晶中の空孔濃度を推定して後続の引き上げの速度プロファイルを調整する方法が提案されている（特許文献３参照）。しかしながら、この方法を実施するには、シリコン単結晶から切り出したウェーハに、加工歪みを除去する為のエッチングを施し、薄膜振動子となるＺｎＯやＡｌＮを蒸着し、外部磁場を必要に応じて印加した状態で、２５Ｋ（−２４８℃）以下の温度域で冷却しながら、超音波パルスを伝播させ、伝播した超音波パルスの音速変化を検出し、この音速変化から、冷却温度の低下に伴う弾性定数の減少量を算出し、この算出した弾性定数の減少量からシリコンウェーハ中に存在する空孔濃度を評価する、といった手順を踏まなければならない。このため、高価な評価設備と複雑な手順が必要となり、シリコン単結晶の製造工程でのルーチン的な検査には到底適用出来ない。
【００１０】
シリコン単結晶中の結晶欠陥を検出する方法として様々な原理に基づく評価方法が提案されている。昔から行われている湿式の選択エッチング法は、シリコンに対して酸化作用を持つ物質と酸化物を溶解する作用を持つ物質の混合液にサンプルを浸漬して結晶欠陥をエッチングされた表面の凹凸（多くの場合はエッチピット）として顕在化する方法である。酸化作用を持つ物質としては硝酸やクロム酸などが用いられ、酸化物を溶解する作用を持つ物質としてはふっ酸が用いられている。用いられる化学物質の種類とその混合比によって、正常なシリコン／欠陥の選択比が異なり、感度や検出可能な欠陥の種類が異なる。湿式の選択エッチング法は、他の方法に比べて感度は低いが、簡便であるので、現在でも結晶欠陥評価に用いられている。代表的なエッチング液として、いずれも考案者の名前を冠した、ライト液、セコ液、ダッシュ液などを挙げることができる。
【００１１】
１９９０年代から一般的に用いられるようになった赤外トモグラフィー法は、シリコンと欠陥の屈折率の違いを利用した方法である。赤外線はシリコンを透過するので、ウェーハ内部の欠陥を評価することが出来る。この方法は、湿式の選択エッチング法に比べて、酸素析出物やＣＯＰに対する感度が高いのが特長である。
【００１２】
また、特許文献４には、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching: RIE）を利用した欠陥検出方法が記載されている。この方法は、熱処理によりＢＭＤなどの酸素析出物を顕在化させた後、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い条件でサンプルに対してＲＩＥを行う方法である。これにより、酸素析出物（ＳｉＯ２）がエッチングされずに、突起として顕在化する。Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い条件を選べば、赤外トモグラフィー法よりも高感度な欠陥評価が可能だと報告されている。
【特許文献１】特開２００５−１９４１８６号公報
【特許文献２】国際公開第９９／４０２４３号パンフレット
【特許文献３】特開２００７−２６１９３５号公報
【特許文献４】特開２０００−５８５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献４においては、熱処理によって顕在化させたＢＭＤなどの酸素析出物の評価が可能であると報告されているに止まり、as-grown状態のシリコンウェーハに対する評価については述べられていない。特許文献４が出願された当時の技術水準では、as-grown状態のシリコンウェーハに含まれる欠陥として問題視されていたのはＯＳＦ核だけであり、ＯＳＦ核は熱酸化によって容易に顕在化することから、これをas-grown状態で検出する意義は無かったものと考えられる。また、特許文献４が出願された当時の技術水準では、Ｐｖ領域がas-grown状態で酸素析出核を含んでいるか否かも不明であった。
【００１４】
しかも、特許文献４が出願された当時の技術水準では、Ｐｖ領域はデバイス形成に適したパーフェクト領域であると考えられていた。しかしながら、Ｐｖ領域は、as-grown状態でも酸素析出核、すなわち、熱酸化されてもＯＳＦを誘起しない微小な酸素析出物を含む領域であることから、今後電子デバイスのさらなる微細化が進行すると、Ｐｖ領域であっても電子デバイスに影響を与える可能性を否定できない。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ＯＳＦ領域の位置や広さを指標とせずに、引き上げられた結晶に含まれる領域を簡便な方法で特定して、後続の引き上げの速度プロファイルを調整することによって、ＣＯＰ領域も転位クラスタ領域も含まず、且つ、Ｐｖ領域も低減されたシリコン単結晶を製造することを目的とする。また、このようにして製造されたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者は、as-grown状態のシリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施した場合に、どのような欠陥を顕在化させることができるか鋭意研究を行った。その結果、as-grown状態のシリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施すと、ＯＳＦ領域に含まれるＯＳＦ核とＰｖ領域に含まれる酸素析出核が顕在化することが明らかとなった。このことは、Ｐｖ領域とＰｉ領域との境界を判別することが可能となることを意味する。したがって、ＯＳＦ領域の位置や広さを指標とするのではなく、Ｐｖ領域の位置や広さを指標とすることによって、ホット・ゾーンの経時変化に応じた引き上げ速度Ｖのプロファイル変更を行うことができると考えられる。さらには、Ｐｖ領域の広さと引き上げ速度Ｖの関係に基づいて引き上げ速度Ｖのプロファイル調整を行うことによって、Ｐｖ領域が所望の広さのシリコン単結晶を育成することも可能だと考えられる。
【００１７】
本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、このような技術的知見に基づき成されたものであって、チョクラルスキー法によってＣＯＰ及び転位クラスタを含まないシリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、as-grown状態のシリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施すことにより、酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させるエッチング工程とを備え、エッチング工程にて顕在化された突起の発生領域に基づいて、後続の育成工程における育成条件を、前記エッチング工程にて前記突起が発生する領域の面積が前記シリコンウェーハの面積の１０％以下となるよう調整することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、欠陥を顕在化させるための熱処理や、シリコンの弾性定数の極低温化に伴う減少量の測定など、時間のかかる処理を行うことなく、現在のＶ／Ｇに応じた結晶状態を速やかに知ることができる。このため、得られた情報を元に、後続の育成条件を調整（フィードバック）すれば、引き上げ速度Ｖのプロファイルを速やかに変更することが可能となる。また、後続の育成条件をフィードバック調整することにより、突起が発生する領域の面積をシリコンウェーハの面積の１０％以下としていることから、Ｐｖ領域が少なく、Ｐｉ領域が広い高品質なシリコン単結晶インゴットを製造することが可能となる。
【００１９】
本発明において、突起が発生する領域の面積をシリコンウェーハの面積の１０％以下としているのは、突起が発生する領域の面積が少なければ少ないほど、シリコン単結晶インゴットの品質が高まるからである。また、１０％を超えると、ＯＳＦ核が含まれる可能性が大幅に高まるからである。突起が発生する領域の面積をシリコンウェーハの面積の１０％以下とすれば、ＯＳＦ核が含まれる可能性がほとんどなくなる。
【００２０】
但し、突起が発生する領域の面積が小さすぎると、指標としての役割を十分に果たすことができなくなるおそれがある。特に、突起が発生する領域の面積がゼロになると、指標が消失してしまうとともに、転位クラスタが発生するおそれが生じる。この点を考慮すれば、突起が発生する領域の面積は、シリコンウェーハの面積の０．１％以上であることが好ましく、１％以上５％以下であることがより好ましい。したがって、突起が発生する領域の面積がシリコンウェーハの面積の１％以上５％以下となるようフィードバック制御を行えば、高品質なウェーハを作製しつつ、正しくフィードバック制御を行うことが可能となる。
【００２１】
本発明においては、前記エッチング工程にて顕在化された前記突起の発生領域が前記シリコンウェーハの面積の３％以上である場合には、後続の前記育成工程における前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ速度を低下させることが好ましい。これによれば、Ｐｖ領域をより少なくすることが可能となる。
【００２２】
本発明においては、前記エッチング工程にて顕在化された前記突起の発生領域が前記シリコンウェーハの面積の３％未満である場合には、後続の前記育成工程における前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ速度を上昇させることが好ましい。これによれば、指標である突起の消滅を防止することが可能となる。
【００２３】
エッチング工程においては、シリコンウェーハをふっ酸と硝酸を含む水溶液でエッチングし、エッチングされた面に反応性イオンエッチングを施すことが好ましい。これによれば、シリコンウェーハに対する処理が非常に簡単であることから、引き上げ速度Ｖのフィードバックをより速やかに行うことが可能となる。
【００２４】
また、エッチング工程においては、シリコンウェーハを劈開し、劈開面に反応性イオンエッチングを施しても構わない。シリコンウェーハの劈開面は、ふっ酸と硝酸を含む水溶液でエッチングして得られたエッチング面と同等の特性が得られるからである。
【００２５】
さらに、エッチング工程においては、シリコンウェーハを鏡面加工し、鏡面加工された面に反応性イオンエッチングを施しても構わない。シリコンウェーハを鏡面加工すれば、外乱に起因する欠陥がほぼ完全に除去されることから、突起の発生領域をより正確に評価することが可能となる。
【００２６】
また、本発明によるシリコンウェーハは、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出され、ＣＯＰ、ＯＳＦ核及び転位クラスタのいずれも含まないシリコンウェーハであって、as-grown状態で反応性イオンエッチングを施すことによって酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させた場合に、顕在化された前記突起の発生領域がディスク状及び／又はリング状となり、前記発生領域の面積が前記シリコンウェーハの面積の１０％以下であることを特徴とする。このようなシリコンウェーハは、本発明によるシリコン単結晶の製造方法によって得ることが可能である。
【発明の効果】
【００２７】
このように、本発明によれば、欠陥を顕在化させるための熱処理や、シリコンの弾性定数の極低温化に伴う減少量の測定など、時間のかかる処理を行うことなく、現在のＶ／Ｇに応じた結晶状態を速やかに知ることができる。これにより、より直近のバッチに対してフィードバックすることができることから、ＣＯＰも転位クラスタも含まず且つＰｖ領域が低減された結晶を精度良く量産することが可能となる。しかも、ＯＳＦ領域を指標としていないことから、ＣＯＰ及び転位クラスタだけでなく、ＯＳＦ領域を含まない結晶を得ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるシリコン単結晶の製造方法に適用可能な引き上げ装置の構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係の一例を示す図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ（ａ）に示すＢ１−Ｂ１線、Ｃ１−Ｃ１線及びＤ１−Ｄ１線に沿った断面図である。
【図３】（ａ）は、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係の他の例を示す図であり、（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ（ａ）に示すＢ２−Ｂ２線、Ｃ２−Ｃ２線、Ｄ２−Ｄ２線及びＥ２−Ｅ２線に沿った断面図である。
【図４】（ａ）は、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係のさらに他の例を示す図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ（ａ）に示すＢ３−Ｂ３線、Ｃ３−Ｃ３線及びＤ３−Ｄ３線に沿った断面図である。
【図５】ＯＳＦが発生する領域とＲＩＥ法で突起が検出される領域の関係を説明するための図であり、（ａ）は熱処理によってＯＳＦを顕在化させたシリコンウェーハを示す図、（ｂ）はＲＩＥ法によって突起を顕在化させたシリコンウェーハを示す図である。
【図６】実施例１の評価結果を示すグラフである。
【図７】実施例２の評価結果を示すグラフである。
【図８】実施例３の評価結果を示すグラフである。
【図９】実施例４で用いたウェーハ４０ｃ〜４０ｅの切り出し位置を説明するための模式図である。
【図１０】実施例４で用いた短冊５０ｄを支持基板５１に貼り付けた状態を示す略斜視図である。
【図１１】実施例４の評価結果を示す模式図である。
【図１２】Ｖ／Ｇと欠陥の種類及び分布との一般的な関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるシリコン単結晶の製造方法に適用可能な引き上げ装置の構成を示す模式図である。
【００３１】
図１に示すシリコン単結晶引き上げ装置１０は、チャンバー１１と、チャンバー１１の底部中央を貫通して鉛直方向に設けられた支持回転軸１２と、支持回転軸１２の上端部に固定されたグラファイトサセプタ１３と、グラファイトサセプタ１３内に収容された石英るつぼ１４と、グラファイトサセプタ１３の周囲に設けられたヒーター１５と、支持回転軸１２を昇降及び回転させるための支持軸駆動機構１６と、種結晶を保持するシードチャック１７と、シードチャック１７を吊設する引き上げワイヤー１８と、ワイヤー１８を巻き取るためのワイヤー巻き取り機構１９と、ヒーター１５及び石英るつぼ１４からの輻射熱によるシリコン単結晶インゴット２０の加熱を防止すると共にシリコン融液２１の温度変動を抑制するための熱遮蔽部材２２と、各部を制御する制御装置２３とを備えている。
【００３２】
チャンバー１１の上部には、Ａｒガスをチャンバー１１内に導入するためのガス導入口２４が設けられている。Ａｒガスはガス管２５を介してガス導入口２４からチャンバー１１内に導入され、その導入量はコンダクタンスバルブ２６により制御される。
【００３３】
チャンバー１１の底部には、チャンバー１１内のＡｒガスを排気するためのガス排出口２７が設けられている。密閉したチャンバー１１内のＡｒガスはガス排出口２７から排ガス管２８を経由して外へと排出される。排ガス管２８の途中にはコンダクタンスバルブ２９及び真空ポンプ３０が設置されており、真空ポンプ３０でチャンバー１１内のＡｒガスを吸引しながらコンダクタンスバルブ２９でその流量を制御することでチャンバー１１内の減圧状態が保たれている。
【００３４】
さらに、チャンバー１１の外側には磁場供給装置３１が設けられている。磁場供給装置３１から供給される磁場は、水平磁場であっても構わないし、カスプ磁場であっても構わない。
【００３５】
図２（ａ）は、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係を示す図であり、図２（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ図２（ａ）に示すＢ１−Ｂ１線、Ｃ１−Ｃ１線及びＤ１−Ｄ１線に沿った断面図である。図２の引き上げ条件は、ＯＳＦ領域４２がディスク状に現れる引き上げ条件であり、結晶の外周部よりも中心付近のＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ケースである。
【００３６】
図２の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＢ１−Ｂ１線に相当する速度に設定すると、図２（ｂ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３がディスク状に現れる。より具体的には、シリコンウェーハ４０の中心にはＯＳＦ領域４２が現れ、その外側にはＰｖ領域４３が現れ、その外側は全てＰｉ領域４４となる。ＯＳＦ領域４２の径は径Ｄ０であり、Ｐｖ領域４３の径は径Ｄ１である。このように、引き上げ速度ＶをＢ１−Ｂ１線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５を含まないシリコン単結晶インゴット２０が得られるが、中心軸部分にディスク状のＯＳＦ領域４２が形成される。したがって、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５だけでなく、ＯＳＦ領域４２をも含まない結晶を得るためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。
【００３７】
また、図２の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＣ１−Ｃ１線に相当する速度に設定すると、図２（ｃ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０の中心に径Ｄ２のＰｖ領域４３が現れ、その外側は全てＰｉ領域４４となる。ここで、Ｐｖ領域４３の径Ｄ２は、図２（ｂ）に示したＰｖ領域４３の径Ｄ１よりも小さい（Ｄ２＜Ｄ１）。このように、引き上げ速度ＶをＣ１−Ｃ１線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかしながら、Ｐｖ領域４３の面積はシリコンウェーハ４０の面積の１０％超であることから、Ｐｖ領域４３の面積を１０％以下とするためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。引き上げ速度Ｖをどの程度低下させるべきかは、Ｐｖ領域４３の面積に基づいて判断すればよい。
【００３８】
さらに、図２の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＤ１−Ｄ１線に相当する速度に設定すると、図２（ｄ）に示すように、シリコンウェーハ４０の中心に径Ｄ３のＰｖ領域４３が現れ、その外側は全てＰｉ領域４４となる。ここで、Ｐｖ領域４３の径Ｄ３は、図２（ｃ）に示したＰｖ領域４３の径Ｄ２よりもさらに小さくなる（Ｄ３＜Ｄ２）。このように、引き上げ速度ＶをＤ１−Ｄ１線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかも、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下であることから、非常に良質なシリコン単結晶インゴット２０を得ることが可能となる。
【００３９】
図２（ｄ）に示すように、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下となった場合には、制御装置２３による引き上げ速度Ｖの変更を行うことは必須ではない。しかしながら、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下であっても、Ｐｖ領域４３の面積をより低減するためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖをさらに低下させることが好ましい。その一方で、Ｐｖ領域４３の面積が小さすぎると、指標としての役割を十分に果たすことが難しくなる。この点を考慮すれば、Ｐｖ領域４３の面積が小さすぎる場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを上昇させることが好ましい。
【００４０】
より具体的には、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％以上である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに低下させることが好ましい。これは、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％以上あれば、指標としての役割を十分に果たすことができるため、その範囲においてＰｖ領域４３をより少なくすることが好ましいからである。
【００４１】
これに対し、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％未満である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに上昇させることが好ましい。これは、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％未満になると、指標としての役割を十分に果たすことが難しくなるからである。
【００４２】
以上の点を考慮すれば、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％程度、例えば、１％以上５％以下となるよう、フィードバック制御することが特に好ましい。
【００４３】
このように、図２に示す引き上げ条件においては、ディスク状のＰｖ領域４３の径に基づいて、引き上げ速度Ｖの制御方向を判断することが可能である。また、当該シリコン単結晶インゴット２０に含まれるＰｖ領域４３の広さを引き上げ速度Ｖによって制御することも可能となる。
【００４４】
図３（ａ）は、図２とは温度勾配Ｇの径方向分布が異なる条件下における、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係を示す図であり、図３（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ図３（ａ）に示すＢ２−Ｂ２線、Ｃ２−Ｃ２線、Ｄ２−Ｄ２線及びＥ２−Ｅ２線に沿った断面図である。図３の引き上げ条件は、ＯＳＦ領域４２がディスク状及びリング状に現れる引き上げ条件であり、結晶の中心付近と外周部でＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ケースである。
【００４５】
図３の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＢ２−Ｂ２線に相当する速度に設定すると、図３（ｂ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３がディスク状及びリング状に現れる。より具体的には、シリコンウェーハ４０の中心にはＯＳＦ領域４２が現れ、その外側には同心円状にＰｖ領域４３、Ｐｉ領域４４、Ｐｖ領域４３、ＯＳＦ領域４２、Ｐｖ領域４３、Ｐｉ領域４４がこの順に現れる。ここで、ディスク状のＰｖ領域４３の径はＤ４である。また、ＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３からなるリングの幅はＷ１である。このように、引き上げ速度ＶをＢ２−Ｂ２線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５を含まないシリコン単結晶インゴット２０が得られるが、ディスク状のＯＳＦ領域４２とリング状のＯＳＦ領域４２が形成される。したがって、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５だけでなく、ＯＳＦ領域４２をも含まない結晶を得るためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。
【００４６】
また、図３の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＣ２−Ｃ２線に相当する速度に設定すると、図３（ｃ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＰｖ領域４３がディスク状及びリング状に現れる。ここで、ディスク状のＰｖ領域４３の径はＤ５であり、図３（ｂ）に示したディスク状のＰｖ領域４３の径Ｄ４よりも小さい（Ｄ５＜Ｄ４）。また、リング状のＰｖ領域４３の幅はＷ２であり、図３（ｂ）に示したリングの幅Ｗ１よりも狭い（Ｗ２＜Ｗ１）。このように、引き上げ速度ＶをＣ２−Ｃ２線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかしながら、Ｐｖ領域４３の面積はシリコンウェーハ４０の面積の１０％超であることから、Ｐｖ領域４３の面積を１０％以下とするためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。引き上げ速度Ｖをどの程度低下させるべきかは、Ｐｖ領域４３の面積に基づいて判断すればよい。
【００４７】
さらに、図３の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＤ２−Ｄ２線に相当する速度に設定すると、図３（ｄ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＰｖ領域４３がディスク状に現れ、リング状のＰｖ領域４３は消滅する。ここで、ディスク状のＰｖ領域４３の径Ｄ６は、図３（ｃ）に示したＰｖ領域４３の径Ｄ５よりも小さい（Ｄ６＜Ｄ５）。このように、引き上げ速度ＶをＤ２−Ｄ２線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかも、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下であることから、非常に良質なシリコン単結晶インゴット２０を得ることが可能となる。
【００４８】
Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下である場合には、制御装置２３による引き上げ速度Ｖの変更を行う必要はない。しかしながら、上述の通り、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％以上である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに低下させることが好ましく、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％未満である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに上昇させることが好ましい。これによって、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％程度、例えば、１％以上５％以下となるよう、フィードバック制御することが特に好ましい。
【００４９】
さらに、図３の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＥ２−Ｅ２線に相当する速度に設定すると、図３（ｅ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０は全てＰｉ領域４４となり、Ｐｖ領域４３は消滅する。このように、引き上げ速度ＶをＥ２−Ｅ２線に相当する速度に設定すれば、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２、Ｐｖ領域４３及び転位クラスタ４５のいずれも含まない高品質なシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。
【００５０】
図３（ｅ）に示すシリコンウェーハ４０は、最も高品質なウェーハである。しかしながら、指標であるＰｖ領域４３が存在しないことから、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを上昇させればよいことは分かるものの、引き上げ速度Ｖをどの程度上昇させればよいのか判断できなくなってしまう。しかも、引き上げ速度Ｖが遅すぎる場合には、転位クラスタ４５が含まれている可能性もある。したがって、図３（ｅ）に示すようにＰｖ領域４３が消滅した場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを上昇させることが好ましい。さらには、Ｐｖ領域４３が消滅しないようあらかじめフィードバック制御することが特に好ましい。
【００５１】
このように、図３に示す引き上げ条件においては、ディスク状のＰｖ領域４３の径や、リング状のＰｖ領域の幅（または有無）に基づいて、引き上げ速度Ｖの制御方向を判断することが可能である。また、当該シリコン単結晶インゴット２０に含まれるＰｖ領域４３の広さを引き上げ速度Ｖによって制御することも可能となる。
【００５２】
図４（ａ）は、図２及び図３とは温度勾配Ｇの径方向分布が異なる条件下における、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係を示す図であり、図４（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ図４（ａ）に示すＢ３−Ｂ３線、Ｃ３−Ｃ３線及びＤ３−Ｄ３線に沿った断面図である。図４の引き上げ条件は、ＯＳＦ領域４２がリング状に現れる引き上げ条件であり、結晶の外周部でＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ケースである。
【００５３】
図４の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＢ３−Ｂ３線に相当する速度に設定すると、図４（ｂ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３がリング状に現れる。より具体的には、２つのリング状のＰｖ領域４３の間にリング状のＯＳＦ領域４２が現れ、その他の領域はＰｉ領域４４となる。ＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３からなるリングの幅はＷ３である。このように、引き上げ速度ＶをＢ３−Ｂ３線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５を含まないシリコン単結晶インゴット２０が得られるが、リング状のＯＳＦ領域４２が形成される。したがって、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５だけでなく、ＯＳＦ領域４２をも含まない結晶を得るためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。
【００５４】
また、図４の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＣ３−Ｃ３線に相当する速度に設定すると、図４（ｃ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＰｖ領域４３がリング状に現れる。ここで、リング状のＰｖ領域４３の幅はＷ４であり、図４（ｂ）に示したリングの幅Ｗ３よりも狭い（Ｗ４＜Ｗ３）。このように、引き上げ速度ＶをＣ３−Ｃ３線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかしながら、Ｐｖ領域４３の面積はシリコンウェーハ４０の面積の１０％超であることから、Ｐｖ領域４３の面積を１０％以下とするためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。引き上げ速度Ｖをどの程度低下させるべきかは、Ｐｖ領域４３の面積に基づいて判断すればよい。
【００５５】
さらに、図４の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＤ３−Ｄ３線に相当する速度に設定すると、図４（ｄ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＰｖ領域４３がリング状に現れるが、リング状のＰｖ領域４３の幅Ｗ５は、図４（ｃ）に示したＰｖ領域４３の幅Ｗ４よりもさらに狭くなる（Ｗ５＜Ｗ４）。このように、引き上げ速度ＶをＤ３−Ｄ３線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかも、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下であることから、非常に良質なシリコン単結晶インゴット２０を得ることが可能となる。
【００５６】
Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下である場合には、制御装置２３による引き上げ速度Ｖの変更を行う必要はない。しかしながら、上述の通り、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％以上である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに低下させることが好ましく、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％未満である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに上昇させることが好ましい。これによって、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％程度、例えば、１％以上５％以下となるよう、フィードバック制御することが特に好ましい。
【００５７】
このように、図４に示す引き上げ条件においては、リング状に現れるＰｖ領域４３の幅（または有無）に基づいて、引き上げ速度Ｖの制御方向を判断することが可能である。また、当該シリコン単結晶インゴット２０に含まれるＰｖ領域４３の広さを引き上げ速度Ｖによって制御することも可能となる。
【００５８】
以上説明したように、ＯＳＦ領域４２がディスク状に現れる引き上げ条件（図２）、ＯＳＦ領域４２がディスク状及びリング状に現れる引き上げ条件（図３）、ＯＳＦ領域４２がリング状に現れる引き上げ条件（図４）のいずれの引き上げ条件においても、Ｐｖ領域４３の位置や広さ（具体的には、ディスク状であればその径、リング状であればその幅）を観察すれば、現在の引き上げ速度Ｖが最適な引き上げ速度Ｖよりも速いか遅いかを判断することが可能となる。ここで、最適な引き上げ速度Ｖとは、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることが可能であり、且つ、十分にマージンを確保できる引き上げ速度をいう。
【００５９】
次に、Ｐｖ領域の位置及び広さを観察する方法について説明する。
【００６０】
Ｐｖ領域の位置及び広さは、ＲＩＥ法によって酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させることにより、観察することができる。具体的には、チョクラルスキー法によってＣＯＰ及び転位クラスタを含まないシリコン単結晶インゴットを育成し（育成工程）、シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハを切り出し（切り出し工程）、as-grown状態のシリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施すことにより、酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させる（エッチング工程）。これにより、Ｐｖ領域の位置及び広さを観察することができる。上述の通り、観察されたＰｖ領域の位置及び広さは、現在の引き上げ速度Ｖが最適な引き上げ速度Ｖよりも速いか遅いかを判断する指標となることから、これに基づいて、後続の育成工程における育成条件にフィードバックすれば、所望の品質を持ったシリコン単結晶インゴットを安定的に量産することが可能となる。所望の品質を持ったシリコン単結晶インゴットとは、例えばas-grown状態で酸素析出物を含む領域の面積が単結晶横断面積の１０％以下であるシリコン単結晶インゴットである。
【００６１】
ＲＩＥによって酸化シリコンを突起として顕在化させるためには、ＳｉＯ２よりもＳｉの方がエッチングされやすい条件、つまり、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い条件でＲＩＥを行う必要がある。これにより、酸素析出物（ＳｉＯ２）がほとんどエッチングされずに、突起として顕在化する。
【００６２】
ここで、ＯＳＦが発生する領域とＲＩＥ法で突起が検出される領域の関係について説明する。
【００６３】
図５は、ＯＳＦが発生する領域とＲＩＥ法で突起が検出される領域の関係を説明するための図であり、（ａ）は熱処理によってＯＳＦを顕在化させたシリコンウェーハを示す図、（ｂ）はＲＩＥ法によって突起を顕在化させたシリコンウェーハを示す図である。
【００６４】
既に説明したように、ＯＳＦ領域とは、as-grown状態で板状酸素析出物を含んでいる領域であるが、この板状酸素析出物は、１０００℃〜１２００℃程度の高温で熱酸化しなければ顕在化しない。図５（ａ）に示すＯＳＦ領域４２は、このような熱処理によって顕在させたＯＳＦ領域の位置及び広さを示しており、本例では、シリコンウェーハ４０の中心に径Ｄ０のＯＳＦ領域４２が現れている。一方、このような熱処理を行うことなく、as-grown状態のシリコンウェーハに対してＳｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い条件でＲＩＥを行うと、図５（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ４０の中心に径Ｄ１の突起発生領域４６が現れる。ここで、突起発生領域４６の径Ｄ１は、ＯＳＦ領域４２の径Ｄ０よりも広い（Ｄ１＞Ｄ０）。
【００６５】
突起発生領域４６は、図２（ｂ）に示したＯＳＦ領域４２とＰｖ領域４３の合成領域である。つまり、as-grown状態のシリコンウェーハに対してＲＩＥを行うと、ＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３にて突起が発生し、Ｐｉ領域４４においてはほとんど突起が発生しない。このことは、ＲＩＥを行えばＰｖ領域４３とＰｉ領域４４の境界が判別可能であることを意味する。したがって、突起発生領域４６の位置及び広さに基づいて、後続の育成工程における育成条件を調整すれば、as-grown状態で酸素析出物を含む領域の面積が単結晶横断面積の１０％以下であるシリコン単結晶インゴットを安定的に量産することができる。
【００６６】
ＲＩＥ（エッチング工程）は、切り出したシリコンウェーハをふっ酸と硝酸を含む水溶液でエッチングし、そのエッチング面に対して行っても構わないし（ケース１）、切り出したシリコンウェーハを劈開し、劈開面に対して行っても構わないし（ケース２）、切り出したシリコンウェーハを鏡面加工し、鏡面加工された面に対して行っても構わない（ケース３）。このことは、ＲＩＥによる突起の顕在化は、シリコンウェーハのいかなる面に対してもほぼ同等であることを意味する。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便な方法でas-grown状態で酸素析出物を含む領域の面積を評価して当該結晶の合否判定及び当該結晶以降に育成される結晶の育成条件を決めることが出来るので、将来の電子デバイスへの影響が予想されるas-grown状態で酸素析出物を含む領域の面積が制御された単結晶シリコンウェーハを安定的に製造することが出来る。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００６９】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００７０】
実施例１では、結晶の外周部よりも中心付近のＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ホット・ゾーンをセットしたＣＺ炉で引き上げた結晶で、ＲＩＥ法で突起が検出される領域の面積と引き上げ速度の関係について調査した。
【００７１】
まず、多結晶シリコン塊を石英坩堝に投入し、アルゴン雰囲気中で多結晶シリコン塊を加熱してシリコン融液とした。その後、直径３０５ｍｍ、結晶方位が（１００）の単結晶を、引き上げ速度を０．４７５ｍｍ／ｍｉｎから０．５１５ｍｍ／ｍｉｎまで徐々に変化させながら引き上げることにより、ＣＯＰと転位クラスタを含まない直径３０５ｍｍのシリコン単結晶インゴットを育成した。引き上げ速度の下限を０．４７５ｍｍ／ｍｉｎとしたのは、引き上げ速度をこれ以上に遅くすると転位クラスタが含まれるおそれがあるからである。格子間酸素濃度をＦＴ−ＩＲ法（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−７９）で測定したところ、９×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【００７２】
次に、育成したシリコン単結晶インゴットの引き上げ速度が異なる位置から１０枚のウェーハを切り出し、鏡面加工を施した。この１０枚のウェーハに、as-grown状態で、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い（すなわちＳｉＯ２がエッチングされ難い）条件の反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）を施した。ＲＩＥの雰囲気はＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｈｅ＋Ｏ２混合ガスとし、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が１００以上になるように条件を設定して約１０μｍエッチングを行った。ＲＩＥ後にふっ酸水溶液で洗浄を行ってＲＩＥ時に付着した反応生成物を除去し、ＲＩＥでエッチングされた面に生じた突起の径方向分布を光学顕微鏡観察によって評価した。突起の個数を計測体積（観察視野の面積とエッチング量の積）で割って、微小酸素析出物の体積密度を算出し、その体積密度が１×１０５／ｃｍ３以上の領域をＲＩＥ法で突起が検出される領域と定義して、この領域がウェーハの全面積に占める割合と引き上げ速度との関係をグラフ化したのが、図６である。この図から、０．４７５ｍｍ／ｍｉｎから０．４８５ｍｍ／ｍｉｎまでの速度で引き上げれば、as-grown状態で酸素析出物を含む領域の広さをウェーハ全面積の１０％以下に制御できることが判明した。
【実施例２】
【００７３】
実施例２では、結晶の中心付近と外周部でＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ホット・ゾーンをセットしたＣＺ炉で引き上げた結晶で、ＲＩＥ法で突起が検出される領域の面積と引き上げ速度の関係について調査した。
【００７４】
本実施形態では、引き上げ速度を０．４５０ｍｍ／ｍｉｎから０．５００ｍｍ／ｍｉｎまで徐々に変化させながら単結晶を引き上げたこと以外は、実施例１と同様の方法でサンプルを作製し、評価を行った。引き上げ速度の下限を０．４５０ｍｍ／ｍｉｎとしたのは、引き上げ速度をこれ以上に遅くすると転位クラスタが含まれるおそれがあるからである。ＲＩＥ法で突起が検出される領域がウェーハの全面積に占める割合と引き上げ速度との関係をグラフ化したのが、図７である。この図から、０．４５０ｍｍ／ｍｉｎから０．４６５ｍｍ／ｍｉｎまでの速度で引き上げれば、as-grown状態で酸素析出物を含む領域の広さをウェーハ全面積の１０％以下に制御できることが判明した。また、引き上げ速度を０．４５５ｍｍ／ｍｉｎ以下にすると、as-grown状態で酸素析出物を含む領域が消滅することも判明した。
【実施例３】
【００７５】
実施例３では、結晶の外周部でＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ホット・ゾーンをセットしたＣＺ炉で引き上げた結晶で、ＲＩＥ法で突起が検出される領域の面積と引き上げ速度の関係について調査した。
【００７６】
本実施形態では、引き上げ速度を０．４３０ｍｍ／ｍｉｎから０．４６５ｍｍ／ｍｉｎまで徐々に変化させながら単結晶を引き上げたこと以外は、実施例１と同様の方法でサンプルを作製し、評価を行った。引き上げ速度の下限を０．４３０ｍｍ／ｍｉｎとしたのは、引き上げ速度をこれ以上に遅くすると転位クラスタが含まれるおそれがあるからである。ＲＩＥ法で突起が検出される領域がウェーハの全面積に占める割合と引き上げ速度との関係をグラフ化したのが、図８である。この図から、０．４３０ｍｍ／ｍｉｎから０．４３８ｍｍ／ｍｉｎまでの速度で引き上げれば、as-grown状態で酸素析出物を含む領域の広さをウェーハ全面積の１０％以下に制御できることが判明した。
【実施例４】
【００７７】
実施例４では、ＲＩＥを施すサンプルの前処理による差について調査した。
【００７８】
まず、実施例１で引き上げた結晶から図９に示すように、更に３枚のウェーハ４０ｃ〜４０ｅを切り出した。この３枚のウェーハ４０ｃ〜４０ｅは隣り合わせの位置から切り出しているので、欠陥分布や欠陥密度は同等と見なすことが出来る。そして、この３枚に、加工歪み除去と表面の平滑化の為に、ふっ酸と硝酸を含む混合液でエッチングを施した。
【００７９】
１枚目のウェーハ（ウェーハ４０ｃ）には、ＳＣ−１洗浄（アンモニア水＋過酸化水素水＋水による洗浄）を行い、付着異物を除去した。付着異物を除去する為の洗浄は、ＳＣ−１洗浄に限定する必要はなく、付着異物を除去する効果のある洗浄であれば良い。２枚目（ウェーハ４０ｄ）は、まず、半分に劈開した。劈開したウェーハの劈開面から約５ｍｍの位置を劈開面に平行にダイシングソーで切って幅５ｍｍの短冊を作製し、更にこの短冊の長さ方向の中央付近をダイシングソーで切って長さ約１５０ｍｍの短冊５０ｄを作製した。従って、この短冊５０ｄには、結晶の中心から外周までが含まれる。このようにして作製した短冊５０ｄにＳＣ−１洗浄を施して付着異物を除去した。付着異物を除去する為の洗浄は、ＳＣ−１洗浄に限定する必要はなく、付着異物を除去する効果のある洗浄であれば良い。劈開面の反対側の面（ダイシングソーで切断した面）を直径３００ｍｍの支持基板５１にレジストで貼り付けた（図１０参照）。短冊５０ｄの接着に用いる材料は、レジスト以外でも良く、ＲＩＥ、ふっ酸洗浄、ＳＣ−１洗浄などの処理に耐える材料であれば良い。また、本発明では短冊５０ｄを洗浄した後に支持基板５１に貼り付けたが、短冊５０ｄを支持基板５１に貼り付けた後に支持基板５１と共に洗浄を行っても良い。３枚目（ウェーハ４０ｅ）には、鏡面加工を行った。
【００８０】
上記の処理を施した３枚のサンプルに対し、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い（すなわちＳｉＯ２がエッチングされ難い）条件の反応性イオンエッチングを施した。ＲＩＥの雰囲気はＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｈｅ＋Ｏ２混合ガスとし、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が１００以上になるように条件を設定して約１０μｍエッチングを行った。ＲＩＥ後にふっ酸水溶液で洗浄を行ってＲＩＥ時に付着した反応生成物を除去し、ＲＩＥでエッチングされた面に生じた突起の径方向分布を光学顕微鏡観察によって評価した。突起の個数を計測体積（観察視野の面積とエッチング量の積）で割って、微小酸素析出物の体積密度を算出し、その体積密度を結晶の中心からの距離に対してプロットした。
【００８１】
その結果、図１１に示すように、１枚目（ウェーハ４０ｃ）、２枚目の短冊状サンプル５０ｄ、３枚目（ウェーハ４０ｅ）でＲＩＥによって生じた突起の分布は、３サンプル間でほぼ一致した。このことから、鏡面でなくても、ふっ酸と硝酸を含む液でエッチングしてＳＣ−１洗浄を行った面や、劈開してＳＣ−１洗浄を行った面でもＲＩＥによって微小酸素析出物起因の突起が生じる領域の広さを評価できることが明らかになった。
【００８２】
上記の検討の結果、発明者は、引き上げた結晶から所定の間隔で欠陥評価用のウェーハを切り出し、加工歪み除去と平坦化のためのエッチングを施したサンプルまたは劈開したサンプルにＲＩＥを施すことによってas-grown状態で微小酸素析出物を含む領域を光学顕微鏡で観察可能な突起として顕在化することができ、この突起が発生した領域の広さを指標として当該結晶の合否判定及び当該結晶以降に育成される結晶の育成条件を決定すれば、as-grown状態で微小酸素析出物を含む領域を制御した結晶を安定的に製造できることを知見した。
【符号の説明】
【００８３】
１０ シリコン単結晶引き上げ装置
１１ チャンバー
１２ 支持回転軸
１３ グラファイトサセプタ
１４ 石英るつぼ
１５ ヒーター
１６ 支持軸駆動機構
１７ シードチャック
１８ ワイヤー
１９ ワイヤー巻き取り機構
２０ シリコン単結晶インゴット
２１ シリコン融液
２２ 熱遮蔽部材
２３ 制御装置
２４ ガス導入口
２５ ガス管
２６ コンダクタンスバルブ
２７ ガス排出口
２８ 排ガス管
２９ コンダクタンスバルブ
３０ 真空ポンプ
３１ 磁場供給装置
４０ シリコンウェーハ
４１ ＣＯＰ領域
４２ ＯＳＦ領域
４３ Ｐｖ領域
４４ Ｐｉ領域
４５ 転位クラスタ
４６ 突起発生領域
５０ｄ 短冊
５１ 支持基板
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコン単結晶の製造方法に関し、特に、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によって育成され、半導体デバイスの基板用として好適に用いられるシリコン単結晶の製造方法に関する。また、本発明は、シリコンウェーハに関し、特に、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出され、半導体デバイスの基板として好適なシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶を育成する場合、その結晶に含まれる欠陥の種類や分布は、結晶の引上げ速度Ｖとシリコン単結晶内の成長方向の温度勾配Ｇの比に依存する。
【０００３】
図１２はＶ／Ｇと欠陥の種類及び分布との一般的な関係を示す図である。
【０００４】
図１２に示すように、Ｖ／Ｇが大きい場合は空孔が過剰となり、空孔の凝集体である微小ボイド（一般にＣＯＰと呼ばれている欠陥）が発生する。一方、Ｖ／Ｇが小さい場合は格子間シリコン原子が過剰となり、格子間シリコンの凝集体である転位クラスタが発生する。したがって、ＣＯＰも転位クラスタも含まない結晶を製造するには、Ｖ／Ｇが結晶の径方向と長さ方向で適切な範囲に入るように制御しなければならない。まず、結晶の径方向については、どの位置でもＶは一定であるので、温度勾配Ｇが所定の範囲に入るようにＣＺ炉内の高温部分（ホット・ゾーン）の構造を設計しなければならない。次に、結晶の長さ方向については、Ｇは結晶の引き上げ長さに依存するので、Ｖ／Ｇを所定の範囲に保つ為には、結晶の長さ方向にＶを変化させなければならない。現在は、直径３００ｍｍのシリコン単結晶でも、Ｖ／Ｇを制御する事によって、ＣＯＰも転位クラスタも含まない結晶が量産されている。
【０００５】
上記のように、Ｖ／Ｇを制御して引き上げたＣＯＰと転位クラスタを含まないシリコンウェーハが量産され、電子デバイスの製造に使われている。しかし、これらのウェーハは決して全面が均質ではなく、熱処理された場合の挙動が異なる複数の領域を含んでいる。図１２に示すように、ＣＯＰが発生する領域と転位クラスタが発生する領域の間には、Ｖ／Ｇが大きい方から順に、ＯＳＦ領域、Ｐｖ領域、Ｐｉ領域の三つの領域が存在する。ＯＳＦ領域とは、as-grown状態（結晶成長後に何の熱処理も行っていない状態）で板状酸素析出物（ＯＳＦ核）を含んでおり、高温（一般的には１０００℃から１２００℃）で熱酸化した場合にＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking Fault）が発生する領域である。Ｐｖ領域とは、as-grown状態で酸素析出核を含んでおり、低温及び高温（例えば、８００℃と１０００℃）の２段階の熱処理を施した場合に酸素析出物が発生し易い領域である。Ｐｉ領域とは、as-grown状態で殆ど酸素析出核を含んでおらず、熱処理を施されても酸素析出物が発生し難い領域である。
【０００６】
ＣＯＰが発生し始めるＶ／Ｇと転位クラスタが発生し始めるＶ／Ｇの差は極めて小さいので、ＣＯＰも転位クラスタも含まない結晶を製造するには、Ｖの厳密な管理が必要である。
【０００７】
従来は、ＯＳＦ領域を含むように引き上げ速度プロファイルを設定し、引き上げた結晶から切り出したサンプルにＣｕ（銅）デコレーションやＯＳＦ評価のための熱処理を行ってＯＳＦ領域の広さを評価し、その広さに基づいて後続の引き上げの速度プロファイルを調整していた（特許文献１、２参照）。すなわち、ＯＳＦ領域が広ければＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ので後続の引き上げではＶを低めに設定し、逆に、ＯＳＦ領域が狭ければＶ／Ｇが小さい（Ｇが大きい）ので後続の引き上げではＶを高めに設定していた。
【０００８】
これらの方法は、ＯＳＦ領域の広さや位置を指標として後続の引き上げの速度プロファイルを調整する方法なので、製品として出荷されるウェーハにも必然的にＯＳＦ領域が含まれる。今のところ、ＯＳＦ領域は電子デバイスに影響を与えていないようである。しかし、ＯＳＦ領域は、as-grown状態でもＯＳＦの核、すなわち、板状の酸素析出物を含む領域であるので、将来の電子デバイスではその特性を劣化させる原因となる可能性が高い。従って、今後は、ＯＳＦ領域の広さを引上げ速度調整の指標とせずに、ＯＳＦ領域を含まない結晶を安定的に引き上げる方法を開発することが必要であると考えられる。
【０００９】
ＯＳＦ領域を引上げ速度調整の指標としない方法として、シリコンの弾性定数の極低温化に伴う減少（ソフト化）の大きさから、結晶中の空孔濃度を推定して後続の引き上げの速度プロファイルを調整する方法が提案されている（特許文献３参照）。しかしながら、この方法を実施するには、シリコン単結晶から切り出したウェーハに、加工歪みを除去する為のエッチングを施し、薄膜振動子となるＺｎＯやＡｌＮを蒸着し、外部磁場を必要に応じて印加した状態で、２５Ｋ（−２４８℃）以下の温度域で冷却しながら、超音波パルスを伝播させ、伝播した超音波パルスの音速変化を検出し、この音速変化から、冷却温度の低下に伴う弾性定数の減少量を算出し、この算出した弾性定数の減少量からシリコンウェーハ中に存在する空孔濃度を評価する、といった手順を踏まなければならない。このため、高価な評価設備と複雑な手順が必要となり、シリコン単結晶の製造工程でのルーチン的な検査には到底適用出来ない。
【００１０】
シリコン単結晶中の結晶欠陥を検出する方法として様々な原理に基づく評価方法が提案されている。昔から行われている湿式の選択エッチング法は、シリコンに対して酸化作用を持つ物質と酸化物を溶解する作用を持つ物質の混合液にサンプルを浸漬して結晶欠陥をエッチングされた表面の凹凸（多くの場合はエッチピット）として顕在化する方法である。酸化作用を持つ物質としては硝酸やクロム酸などが用いられ、酸化物を溶解する作用を持つ物質としてはふっ酸が用いられている。用いられる化学物質の種類とその混合比によって、正常なシリコン／欠陥の選択比が異なり、感度や検出可能な欠陥の種類が異なる。湿式の選択エッチング法は、他の方法に比べて感度は低いが、簡便であるので、現在でも結晶欠陥評価に用いられている。代表的なエッチング液として、いずれも考案者の名前を冠した、ライト液、セコ液、ダッシュ液などを挙げることができる。
【００１１】
１９９０年代から一般的に用いられるようになった赤外トモグラフィー法は、シリコンと欠陥の屈折率の違いを利用した方法である。赤外線はシリコンを透過するので、ウェーハ内部の欠陥を評価することが出来る。この方法は、湿式の選択エッチング法に比べて、酸素析出物やＣＯＰに対する感度が高いのが特長である。
【００１２】
また、特許文献４には、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching: RIE）を利用した欠陥検出方法が記載されている。この方法は、熱処理によりＢＭＤなどの酸素析出物を顕在化させた後、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い条件でサンプルに対してＲＩＥを行う方法である。これにより、酸素析出物（ＳｉＯ２）がエッチングされずに、突起として顕在化する。Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い条件を選べば、赤外トモグラフィー法よりも高感度な欠陥評価が可能だと報告されている。
【特許文献１】特開２００５−１９４１８６号公報
【特許文献２】国際公開第９９／４０２４３号パンフレット
【特許文献３】特開２００７−２６１９３５号公報
【特許文献４】特開２０００−５８５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献４においては、熱処理によって顕在化させたＢＭＤなどの酸素析出物の評価が可能であると報告されているに止まり、as-grown状態のシリコンウェーハに対する評価については述べられていない。特許文献４が出願された当時の技術水準では、as-grown状態のシリコンウェーハに含まれる欠陥として問題視されていたのはＯＳＦ核だけであり、ＯＳＦ核は熱酸化によって容易に顕在化することから、これをas-grown状態で検出する意義は無かったものと考えられる。また、特許文献４が出願された当時の技術水準では、Ｐｖ領域がas-grown状態で酸素析出核を含んでいるか否かも不明であった。
【００１４】
しかも、特許文献４が出願された当時の技術水準では、Ｐｖ領域はデバイス形成に適したパーフェクト領域であると考えられていた。しかしながら、Ｐｖ領域は、as-grown状態でも酸素析出核、すなわち、熱酸化されてもＯＳＦを誘起しない微小な酸素析出物を含む領域であることから、今後電子デバイスのさらなる微細化が進行すると、Ｐｖ領域であっても電子デバイスに影響を与える可能性を否定できない。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ＯＳＦ領域の位置や広さを指標とせずに、引き上げられた結晶に含まれる領域を簡便な方法で特定して、後続の引き上げの速度プロファイルを調整することによって、ＣＯＰ領域も転位クラスタ領域も含まず、且つ、Ｐｖ領域も低減されたシリコン単結晶を製造することを目的とする。また、このようにして製造されたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者は、as-grown状態のシリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施した場合に、どのような欠陥を顕在化させることができるか鋭意研究を行った。その結果、as-grown状態のシリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施すと、ＯＳＦ領域に含まれるＯＳＦ核とＰｖ領域に含まれる酸素析出核が顕在化することが明らかとなった。このことは、Ｐｖ領域とＰｉ領域との境界を判別することが可能となることを意味する。したがって、ＯＳＦ領域の位置や広さを指標とするのではなく、Ｐｖ領域の位置や広さを指標とすることによって、ホット・ゾーンの経時変化に応じた引き上げ速度Ｖのプロファイル変更を行うことができると考えられる。さらには、Ｐｖ領域の広さと引き上げ速度Ｖの関係に基づいて引き上げ速度Ｖのプロファイル調整を行うことによって、Ｐｖ領域が所望の広さのシリコン単結晶を育成することも可能だと考えられる。
【００１７】
本発明によるシリコン単結晶の製造方法は、このような技術的知見に基づき成されたものであって、チョクラルスキー法によってＣＯＰ及び転位クラスタを含まないシリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、as-grown状態のシリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施すことにより、酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させるエッチング工程とを備え、エッチング工程にて顕在化された突起の発生領域に基づいて、後続の育成工程における育成条件を、前記エッチング工程にて前記突起が発生する領域の面積が前記シリコンウェーハの面積の１０％以下となるよう調整することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、欠陥を顕在化させるための熱処理や、シリコンの弾性定数の極低温化に伴う減少量の測定など、時間のかかる処理を行うことなく、現在のＶ／Ｇに応じた結晶状態を速やかに知ることができる。このため、得られた情報を元に、後続の育成条件を調整（フィードバック）すれば、引き上げ速度Ｖのプロファイルを速やかに変更することが可能となる。また、後続の育成条件をフィードバック調整することにより、突起が発生する領域の面積をシリコンウェーハの面積の１０％以下としていることから、Ｐｖ領域が少なく、Ｐｉ領域が広い高品質なシリコン単結晶インゴットを製造することが可能となる。
【００１９】
本発明において、突起が発生する領域の面積をシリコンウェーハの面積の１０％以下としているのは、突起が発生する領域の面積が少なければ少ないほど、シリコン単結晶インゴットの品質が高まるからである。また、１０％を超えると、ＯＳＦ核が含まれる可能性が大幅に高まるからである。突起が発生する領域の面積をシリコンウェーハの面積の１０％以下とすれば、ＯＳＦ核が含まれる可能性がほとんどなくなる。
【００２０】
但し、突起が発生する領域の面積が小さすぎると、指標としての役割を十分に果たすことができなくなるおそれがある。特に、突起が発生する領域の面積がゼロになると、指標が消失してしまうとともに、転位クラスタが発生するおそれが生じる。この点を考慮すれば、突起が発生する領域の面積は、シリコンウェーハの面積の０．１％以上であることが好ましく、１％以上５％以下であることがより好ましい。したがって、突起が発生する領域の面積がシリコンウェーハの面積の１％以上５％以下となるようフィードバック制御を行えば、高品質なウェーハを作製しつつ、正しくフィードバック制御を行うことが可能となる。
【００２１】
本発明においては、前記エッチング工程にて顕在化された前記突起の発生領域が前記シリコンウェーハの面積の３％以上である場合には、後続の前記育成工程における前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ速度を低下させることが好ましい。これによれば、Ｐｖ領域をより少なくすることが可能となる。
【００２２】
本発明においては、前記エッチング工程にて顕在化された前記突起の発生領域が前記シリコンウェーハの面積の３％未満である場合には、後続の前記育成工程における前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ速度を上昇させることが好ましい。これによれば、指標である突起の消滅を防止することが可能となる。
【００２３】
エッチング工程においては、シリコンウェーハをふっ酸と硝酸を含む水溶液でエッチングし、エッチングされた面に反応性イオンエッチングを施すことが好ましい。これによれば、シリコンウェーハに対する処理が非常に簡単であることから、引き上げ速度Ｖのフィードバックをより速やかに行うことが可能となる。
【００２４】
また、エッチング工程においては、シリコンウェーハを劈開し、劈開面に反応性イオンエッチングを施しても構わない。シリコンウェーハの劈開面は、ふっ酸と硝酸を含む水溶液でエッチングして得られたエッチング面と同等の特性が得られるからである。
【００２５】
さらに、エッチング工程においては、シリコンウェーハを鏡面加工し、鏡面加工された面に反応性イオンエッチングを施しても構わない。シリコンウェーハを鏡面加工すれば、外乱に起因する欠陥がほぼ完全に除去されることから、突起の発生領域をより正確に評価することが可能となる。
【００２６】
また、本発明によるシリコンウェーハは、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出され、ＣＯＰ、ＯＳＦ核及び転位クラスタのいずれも含まないシリコンウェーハであって、as-grown状態で反応性イオンエッチングを施すことによって酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させた場合に、顕在化された前記突起の発生領域がディスク状及び／又はリング状となり、前記発生領域の面積が前記シリコンウェーハの面積の１０％以下であることを特徴とする。このようなシリコンウェーハは、本発明によるシリコン単結晶の製造方法によって得ることが可能である。
【発明の効果】
【００２７】
このように、本発明によれば、欠陥を顕在化させるための熱処理や、シリコンの弾性定数の極低温化に伴う減少量の測定など、時間のかかる処理を行うことなく、現在のＶ／Ｇに応じた結晶状態を速やかに知ることができる。これにより、より直近のバッチに対してフィードバックすることができることから、ＣＯＰも転位クラスタも含まず且つＰｖ領域が低減された結晶を精度良く量産することが可能となる。しかも、ＯＳＦ領域を指標としていないことから、ＣＯＰ及び転位クラスタだけでなく、ＯＳＦ領域を含まない結晶を得ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるシリコン単結晶の製造方法に適用可能な引き上げ装置の構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係の一例を示す図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ（ａ）に示すＢ１−Ｂ１線、Ｃ１−Ｃ１線及びＤ１−Ｄ１線に沿った断面図である。
【図３】（ａ）は、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係の他の例を示す図であり、（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ（ａ）に示すＢ２−Ｂ２線、Ｃ２−Ｃ２線、Ｄ２−Ｄ２線及びＥ２−Ｅ２線に沿った断面図である。
【図４】（ａ）は、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係のさらに他の例を示す図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ（ａ）に示すＢ３−Ｂ３線、Ｃ３−Ｃ３線及びＤ３−Ｄ３線に沿った断面図である。
【図５】ＯＳＦが発生する領域とＲＩＥ法で突起が検出される領域の関係を説明するための図であり、（ａ）は熱処理によってＯＳＦを顕在化させたシリコンウェーハを示す図、（ｂ）はＲＩＥ法によって突起を顕在化させたシリコンウェーハを示す図である。
【図６】実施例１の評価結果を示すグラフである。
【図７】実施例２の評価結果を示すグラフである。
【図８】実施例３の評価結果を示すグラフである。
【図９】実施例４で用いたウェーハ４０ｃ〜４０ｅの切り出し位置を説明するための模式図である。
【図１０】実施例４で用いた短冊５０ｄを支持基板５１に貼り付けた状態を示す略斜視図である。
【図１１】実施例４の評価結果を示す模式図である。
【図１２】Ｖ／Ｇと欠陥の種類及び分布との一般的な関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるシリコン単結晶の製造方法に適用可能な引き上げ装置の構成を示す模式図である。
【００３１】
図１に示すシリコン単結晶引き上げ装置１０は、チャンバー１１と、チャンバー１１の底部中央を貫通して鉛直方向に設けられた支持回転軸１２と、支持回転軸１２の上端部に固定されたグラファイトサセプタ１３と、グラファイトサセプタ１３内に収容された石英るつぼ１４と、グラファイトサセプタ１３の周囲に設けられたヒーター１５と、支持回転軸１２を昇降及び回転させるための支持軸駆動機構１６と、種結晶を保持するシードチャック１７と、シードチャック１７を吊設する引き上げワイヤー１８と、ワイヤー１８を巻き取るためのワイヤー巻き取り機構１９と、ヒーター１５及び石英るつぼ１４からの輻射熱によるシリコン単結晶インゴット２０の加熱を防止すると共にシリコン融液２１の温度変動を抑制するための熱遮蔽部材２２と、各部を制御する制御装置２３とを備えている。
【００３２】
チャンバー１１の上部には、Ａｒガスをチャンバー１１内に導入するためのガス導入口２４が設けられている。Ａｒガスはガス管２５を介してガス導入口２４からチャンバー１１内に導入され、その導入量はコンダクタンスバルブ２６により制御される。
【００３３】
チャンバー１１の底部には、チャンバー１１内のＡｒガスを排気するためのガス排出口２７が設けられている。密閉したチャンバー１１内のＡｒガスはガス排出口２７から排ガス管２８を経由して外へと排出される。排ガス管２８の途中にはコンダクタンスバルブ２９及び真空ポンプ３０が設置されており、真空ポンプ３０でチャンバー１１内のＡｒガスを吸引しながらコンダクタンスバルブ２９でその流量を制御することでチャンバー１１内の減圧状態が保たれている。
【００３４】
さらに、チャンバー１１の外側には磁場供給装置３１が設けられている。磁場供給装置３１から供給される磁場は、水平磁場であっても構わないし、カスプ磁場であっても構わない。
【００３５】
図２（ａ）は、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係を示す図であり、図２（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ図２（ａ）に示すＢ１−Ｂ１線、Ｃ１−Ｃ１線及びＤ１−Ｄ１線に沿った断面図である。図２の引き上げ条件は、ＯＳＦ領域４２がディスク状に現れる引き上げ条件であり、結晶の外周部よりも中心付近のＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ケースである。
【００３６】
図２の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＢ１−Ｂ１線に相当する速度に設定すると、図２（ｂ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３がディスク状に現れる。より具体的には、シリコンウェーハ４０の中心にはＯＳＦ領域４２が現れ、その外側にはＰｖ領域４３が現れ、その外側は全てＰｉ領域４４となる。ＯＳＦ領域４２の径は径Ｄ０であり、Ｐｖ領域４３の径は径Ｄ１である。このように、引き上げ速度ＶをＢ１−Ｂ１線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５を含まないシリコン単結晶インゴット２０が得られるが、中心軸部分にディスク状のＯＳＦ領域４２が形成される。したがって、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５だけでなく、ＯＳＦ領域４２をも含まない結晶を得るためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。
【００３７】
また、図２の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＣ１−Ｃ１線に相当する速度に設定すると、図２（ｃ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０の中心に径Ｄ２のＰｖ領域４３が現れ、その外側は全てＰｉ領域４４となる。ここで、Ｐｖ領域４３の径Ｄ２は、図２（ｂ）に示したＰｖ領域４３の径Ｄ１よりも小さい（Ｄ２＜Ｄ１）。このように、引き上げ速度ＶをＣ１−Ｃ１線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかしながら、Ｐｖ領域４３の面積はシリコンウェーハ４０の面積の１０％超であることから、Ｐｖ領域４３の面積を１０％以下とするためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。引き上げ速度Ｖをどの程度低下させるべきかは、Ｐｖ領域４３の面積に基づいて判断すればよい。
【００３８】
さらに、図２の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＤ１−Ｄ１線に相当する速度に設定すると、図２（ｄ）に示すように、シリコンウェーハ４０の中心に径Ｄ３のＰｖ領域４３が現れ、その外側は全てＰｉ領域４４となる。ここで、Ｐｖ領域４３の径Ｄ３は、図２（ｃ）に示したＰｖ領域４３の径Ｄ２よりもさらに小さくなる（Ｄ３＜Ｄ２）。このように、引き上げ速度ＶをＤ１−Ｄ１線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかも、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下であることから、非常に良質なシリコン単結晶インゴット２０を得ることが可能となる。
【００３９】
図２（ｄ）に示すように、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下となった場合には、制御装置２３による引き上げ速度Ｖの変更を行うことは必須ではない。しかしながら、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下であっても、Ｐｖ領域４３の面積をより低減するためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖをさらに低下させることが好ましい。その一方で、Ｐｖ領域４３の面積が小さすぎると、指標としての役割を十分に果たすことが難しくなる。この点を考慮すれば、Ｐｖ領域４３の面積が小さすぎる場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを上昇させることが好ましい。
【００４０】
より具体的には、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％以上である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに低下させることが好ましい。これは、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％以上あれば、指標としての役割を十分に果たすことができるため、その範囲においてＰｖ領域４３をより少なくすることが好ましいからである。
【００４１】
これに対し、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％未満である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに上昇させることが好ましい。これは、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％未満になると、指標としての役割を十分に果たすことが難しくなるからである。
【００４２】
以上の点を考慮すれば、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％程度、例えば、１％以上５％以下となるよう、フィードバック制御することが特に好ましい。
【００４３】
このように、図２に示す引き上げ条件においては、ディスク状のＰｖ領域４３の径に基づいて、引き上げ速度Ｖの制御方向を判断することが可能である。また、当該シリコン単結晶インゴット２０に含まれるＰｖ領域４３の広さを引き上げ速度Ｖによって制御することも可能となる。
【００４４】
図３（ａ）は、図２とは温度勾配Ｇの径方向分布が異なる条件下における、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係を示す図であり、図３（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ図３（ａ）に示すＢ２−Ｂ２線、Ｃ２−Ｃ２線、Ｄ２−Ｄ２線及びＥ２−Ｅ２線に沿った断面図である。図３の引き上げ条件は、ＯＳＦ領域４２がディスク状及びリング状に現れる引き上げ条件であり、結晶の中心付近と外周部でＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ケースである。
【００４５】
図３の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＢ２−Ｂ２線に相当する速度に設定すると、図３（ｂ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３がディスク状及びリング状に現れる。より具体的には、シリコンウェーハ４０の中心にはＯＳＦ領域４２が現れ、その外側には同心円状にＰｖ領域４３、Ｐｉ領域４４、Ｐｖ領域４３、ＯＳＦ領域４２、Ｐｖ領域４３、Ｐｉ領域４４がこの順に現れる。ここで、ディスク状のＰｖ領域４３の径はＤ４である。また、ＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３からなるリングの幅はＷ１である。このように、引き上げ速度ＶをＢ２−Ｂ２線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５を含まないシリコン単結晶インゴット２０が得られるが、ディスク状のＯＳＦ領域４２とリング状のＯＳＦ領域４２が形成される。したがって、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５だけでなく、ＯＳＦ領域４２をも含まない結晶を得るためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。
【００４６】
また、図３の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＣ２−Ｃ２線に相当する速度に設定すると、図３（ｃ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＰｖ領域４３がディスク状及びリング状に現れる。ここで、ディスク状のＰｖ領域４３の径はＤ５であり、図３（ｂ）に示したディスク状のＰｖ領域４３の径Ｄ４よりも小さい（Ｄ５＜Ｄ４）。また、リング状のＰｖ領域４３の幅はＷ２であり、図３（ｂ）に示したリングの幅Ｗ１よりも狭い（Ｗ２＜Ｗ１）。このように、引き上げ速度ＶをＣ２−Ｃ２線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかしながら、Ｐｖ領域４３の面積はシリコンウェーハ４０の面積の１０％超であることから、Ｐｖ領域４３の面積を１０％以下とするためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。引き上げ速度Ｖをどの程度低下させるべきかは、Ｐｖ領域４３の面積に基づいて判断すればよい。
【００４７】
さらに、図３の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＤ２−Ｄ２線に相当する速度に設定すると、図３（ｄ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＰｖ領域４３がディスク状に現れ、リング状のＰｖ領域４３は消滅する。ここで、ディスク状のＰｖ領域４３の径Ｄ６は、図３（ｃ）に示したＰｖ領域４３の径Ｄ５よりも小さい（Ｄ６＜Ｄ５）。このように、引き上げ速度ＶをＤ２−Ｄ２線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかも、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下であることから、非常に良質なシリコン単結晶インゴット２０を得ることが可能となる。
【００４８】
Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下である場合には、制御装置２３による引き上げ速度Ｖの変更を行う必要はない。しかしながら、上述の通り、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％以上である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに低下させることが好ましく、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％未満である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに上昇させることが好ましい。これによって、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％程度、例えば、１％以上５％以下となるよう、フィードバック制御することが特に好ましい。
【００４９】
さらに、図３の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＥ２−Ｅ２線に相当する速度に設定すると、図３（ｅ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０は全てＰｉ領域４４となり、Ｐｖ領域４３は消滅する。このように、引き上げ速度ＶをＥ２−Ｅ２線に相当する速度に設定すれば、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２、Ｐｖ領域４３及び転位クラスタ４５のいずれも含まない高品質なシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。
【００５０】
図３（ｅ）に示すシリコンウェーハ４０は、最も高品質なウェーハである。しかしながら、指標であるＰｖ領域４３が存在しないことから、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを上昇させればよいことは分かるものの、引き上げ速度Ｖをどの程度上昇させればよいのか判断できなくなってしまう。しかも、引き上げ速度Ｖが遅すぎる場合には、転位クラスタ４５が含まれている可能性もある。したがって、図３（ｅ）に示すようにＰｖ領域４３が消滅した場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを上昇させることが好ましい。さらには、Ｐｖ領域４３が消滅しないようあらかじめフィードバック制御することが特に好ましい。
【００５１】
このように、図３に示す引き上げ条件においては、ディスク状のＰｖ領域４３の径や、リング状のＰｖ領域の幅（または有無）に基づいて、引き上げ速度Ｖの制御方向を判断することが可能である。また、当該シリコン単結晶インゴット２０に含まれるＰｖ領域４３の広さを引き上げ速度Ｖによって制御することも可能となる。
【００５２】
図４（ａ）は、図２及び図３とは温度勾配Ｇの径方向分布が異なる条件下における、シリコン単結晶インゴット２０の引き上げ速度Ｖと欠陥の種類及び分布との関係を示す図であり、図４（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ図４（ａ）に示すＢ３−Ｂ３線、Ｃ３−Ｃ３線及びＤ３−Ｄ３線に沿った断面図である。図４の引き上げ条件は、ＯＳＦ領域４２がリング状に現れる引き上げ条件であり、結晶の外周部でＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ケースである。
【００５３】
図４の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＢ３−Ｂ３線に相当する速度に設定すると、図４（ｂ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３がリング状に現れる。より具体的には、２つのリング状のＰｖ領域４３の間にリング状のＯＳＦ領域４２が現れ、その他の領域はＰｉ領域４４となる。ＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３からなるリングの幅はＷ３である。このように、引き上げ速度ＶをＢ３−Ｂ３線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５を含まないシリコン単結晶インゴット２０が得られるが、リング状のＯＳＦ領域４２が形成される。したがって、ＣＯＰ４１及び転位クラスタ４５だけでなく、ＯＳＦ領域４２をも含まない結晶を得るためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。
【００５４】
また、図４の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＣ３−Ｃ３線に相当する速度に設定すると、図４（ｃ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＰｖ領域４３がリング状に現れる。ここで、リング状のＰｖ領域４３の幅はＷ４であり、図４（ｂ）に示したリングの幅Ｗ３よりも狭い（Ｗ４＜Ｗ３）。このように、引き上げ速度ＶをＣ３−Ｃ３線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかしながら、Ｐｖ領域４３の面積はシリコンウェーハ４０の面積の１０％超であることから、Ｐｖ領域４３の面積を１０％以下とするためには、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを低下させる必要がある。引き上げ速度Ｖをどの程度低下させるべきかは、Ｐｖ領域４３の面積に基づいて判断すればよい。
【００５５】
さらに、図４の引き上げ条件下において、引き上げ速度ＶをＤ３−Ｄ３線に相当する速度に設定すると、図４（ｄ）に示すように、切り出されたシリコンウェーハ４０にはＰｖ領域４３がリング状に現れるが、リング状のＰｖ領域４３の幅Ｗ５は、図４（ｃ）に示したＰｖ領域４３の幅Ｗ４よりもさらに狭くなる（Ｗ５＜Ｗ４）。このように、引き上げ速度ＶをＤ３−Ｄ３線に相当する速度に設定した場合、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることができる。しかも、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下であることから、非常に良質なシリコン単結晶インゴット２０を得ることが可能となる。
【００５６】
Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の１０％以下である場合には、制御装置２３による引き上げ速度Ｖの変更を行う必要はない。しかしながら、上述の通り、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％以上である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに低下させることが好ましく、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％未満である場合には、制御装置２３によって引き上げ速度Ｖを僅かに上昇させることが好ましい。これによって、Ｐｖ領域４３の面積がシリコンウェーハ４０の面積の３％程度、例えば、１％以上５％以下となるよう、フィードバック制御することが特に好ましい。
【００５７】
このように、図４に示す引き上げ条件においては、リング状に現れるＰｖ領域４３の幅（または有無）に基づいて、引き上げ速度Ｖの制御方向を判断することが可能である。また、当該シリコン単結晶インゴット２０に含まれるＰｖ領域４３の広さを引き上げ速度Ｖによって制御することも可能となる。
【００５８】
以上説明したように、ＯＳＦ領域４２がディスク状に現れる引き上げ条件（図２）、ＯＳＦ領域４２がディスク状及びリング状に現れる引き上げ条件（図３）、ＯＳＦ領域４２がリング状に現れる引き上げ条件（図４）のいずれの引き上げ条件においても、Ｐｖ領域４３の位置や広さ（具体的には、ディスク状であればその径、リング状であればその幅）を観察すれば、現在の引き上げ速度Ｖが最適な引き上げ速度Ｖよりも速いか遅いかを判断することが可能となる。ここで、最適な引き上げ速度Ｖとは、ＣＯＰ４１、ＯＳＦ領域４２及び転位クラスタ４５のいずれも含まないシリコン単結晶インゴット２０を得ることが可能であり、且つ、十分にマージンを確保できる引き上げ速度をいう。
【００５９】
次に、Ｐｖ領域の位置及び広さを観察する方法について説明する。
【００６０】
Ｐｖ領域の位置及び広さは、ＲＩＥ法によって酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させることにより、観察することができる。具体的には、チョクラルスキー法によってＣＯＰ及び転位クラスタを含まないシリコン単結晶インゴットを育成し（育成工程）、シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハを切り出し（切り出し工程）、as-grown状態のシリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施すことにより、酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させる（エッチング工程）。これにより、Ｐｖ領域の位置及び広さを観察することができる。上述の通り、観察されたＰｖ領域の位置及び広さは、現在の引き上げ速度Ｖが最適な引き上げ速度Ｖよりも速いか遅いかを判断する指標となることから、これに基づいて、後続の育成工程における育成条件にフィードバックすれば、所望の品質を持ったシリコン単結晶インゴットを安定的に量産することが可能となる。所望の品質を持ったシリコン単結晶インゴットとは、例えばas-grown状態で酸素析出物を含む領域の面積が単結晶横断面積の１０％以下であるシリコン単結晶インゴットである。
【００６１】
ＲＩＥによって酸化シリコンを突起として顕在化させるためには、ＳｉＯ２よりもＳｉの方がエッチングされやすい条件、つまり、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い条件でＲＩＥを行う必要がある。これにより、酸素析出物（ＳｉＯ２）がほとんどエッチングされずに、突起として顕在化する。
【００６２】
ここで、ＯＳＦが発生する領域とＲＩＥ法で突起が検出される領域の関係について説明する。
【００６３】
図５は、ＯＳＦが発生する領域とＲＩＥ法で突起が検出される領域の関係を説明するための図であり、（ａ）は熱処理によってＯＳＦを顕在化させたシリコンウェーハを示す図、（ｂ）はＲＩＥ法によって突起を顕在化させたシリコンウェーハを示す図である。
【００６４】
既に説明したように、ＯＳＦ領域とは、as-grown状態で板状酸素析出物を含んでいる領域であるが、この板状酸素析出物は、１０００℃〜１２００℃程度の高温で熱酸化しなければ顕在化しない。図５（ａ）に示すＯＳＦ領域４２は、このような熱処理によって顕在させたＯＳＦ領域の位置及び広さを示しており、本例では、シリコンウェーハ４０の中心に径Ｄ０のＯＳＦ領域４２が現れている。一方、このような熱処理を行うことなく、as-grown状態のシリコンウェーハに対してＳｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い条件でＲＩＥを行うと、図５（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ４０の中心に径Ｄ１の突起発生領域４６が現れる。ここで、突起発生領域４６の径Ｄ１は、ＯＳＦ領域４２の径Ｄ０よりも広い（Ｄ１＞Ｄ０）。
【００６５】
突起発生領域４６は、図２（ｂ）に示したＯＳＦ領域４２とＰｖ領域４３の合成領域である。つまり、as-grown状態のシリコンウェーハに対してＲＩＥを行うと、ＯＳＦ領域４２及びＰｖ領域４３にて突起が発生し、Ｐｉ領域４４においてはほとんど突起が発生しない。このことは、ＲＩＥを行えばＰｖ領域４３とＰｉ領域４４の境界が判別可能であることを意味する。したがって、突起発生領域４６の位置及び広さに基づいて、後続の育成工程における育成条件を調整すれば、as-grown状態で酸素析出物を含む領域の面積が単結晶横断面積の１０％以下であるシリコン単結晶インゴットを安定的に量産することができる。
【００６６】
ＲＩＥ（エッチング工程）は、切り出したシリコンウェーハをふっ酸と硝酸を含む水溶液でエッチングし、そのエッチング面に対して行っても構わないし（ケース１）、切り出したシリコンウェーハを劈開し、劈開面に対して行っても構わないし（ケース２）、切り出したシリコンウェーハを鏡面加工し、鏡面加工された面に対して行っても構わない（ケース３）。このことは、ＲＩＥによる突起の顕在化は、シリコンウェーハのいかなる面に対してもほぼ同等であることを意味する。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便な方法でas-grown状態で酸素析出物を含む領域の面積を評価して当該結晶の合否判定及び当該結晶以降に育成される結晶の育成条件を決めることが出来るので、将来の電子デバイスへの影響が予想されるas-grown状態で酸素析出物を含む領域の面積が制御された単結晶シリコンウェーハを安定的に製造することが出来る。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００６９】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００７０】
実施例１では、結晶の外周部よりも中心付近のＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ホット・ゾーンをセットしたＣＺ炉で引き上げた結晶で、ＲＩＥ法で突起が検出される領域の面積と引き上げ速度の関係について調査した。
【００７１】
まず、多結晶シリコン塊を石英坩堝に投入し、アルゴン雰囲気中で多結晶シリコン塊を加熱してシリコン融液とした。その後、直径３０５ｍｍ、結晶方位が（１００）の単結晶を、引き上げ速度を０．４７５ｍｍ／ｍｉｎから０．５１５ｍｍ／ｍｉｎまで徐々に変化させながら引き上げることにより、ＣＯＰと転位クラスタを含まない直径３０５ｍｍのシリコン単結晶インゴットを育成した。引き上げ速度の下限を０．４７５ｍｍ／ｍｉｎとしたのは、引き上げ速度をこれ以上に遅くすると転位クラスタが含まれるおそれがあるからである。格子間酸素濃度をＦＴ−ＩＲ法（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−７９）で測定したところ、９×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【００７２】
次に、育成したシリコン単結晶インゴットの引き上げ速度が異なる位置から１０枚のウェーハを切り出し、鏡面加工を施した。この１０枚のウェーハに、as-grown状態で、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い（すなわちＳｉＯ２がエッチングされ難い）条件の反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）を施した。ＲＩＥの雰囲気はＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｈｅ＋Ｏ２混合ガスとし、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が１００以上になるように条件を設定して約１０μｍエッチングを行った。ＲＩＥ後にふっ酸水溶液で洗浄を行ってＲＩＥ時に付着した反応生成物を除去し、ＲＩＥでエッチングされた面に生じた突起の径方向分布を光学顕微鏡観察によって評価した。突起の個数を計測体積（観察視野の面積とエッチング量の積）で割って、微小酸素析出物の体積密度を算出し、その体積密度が１×１０５／ｃｍ３以上の領域をＲＩＥ法で突起が検出される領域と定義して、この領域がウェーハの全面積に占める割合と引き上げ速度との関係をグラフ化したのが、図６である。この図から、０．４７５ｍｍ／ｍｉｎから０．４８５ｍｍ／ｍｉｎまでの速度で引き上げれば、as-grown状態で酸素析出物を含む領域の広さをウェーハ全面積の１０％以下に制御できることが判明した。
【実施例２】
【００７３】
実施例２では、結晶の中心付近と外周部でＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ホット・ゾーンをセットしたＣＺ炉で引き上げた結晶で、ＲＩＥ法で突起が検出される領域の面積と引き上げ速度の関係について調査した。
【００７４】
本実施形態では、引き上げ速度を０．４５０ｍｍ／ｍｉｎから０．５００ｍｍ／ｍｉｎまで徐々に変化させながら単結晶を引き上げたこと以外は、実施例１と同様の方法でサンプルを作製し、評価を行った。引き上げ速度の下限を０．４５０ｍｍ／ｍｉｎとしたのは、引き上げ速度をこれ以上に遅くすると転位クラスタが含まれるおそれがあるからである。ＲＩＥ法で突起が検出される領域がウェーハの全面積に占める割合と引き上げ速度との関係をグラフ化したのが、図７である。この図から、０．４５０ｍｍ／ｍｉｎから０．４６５ｍｍ／ｍｉｎまでの速度で引き上げれば、as-grown状態で酸素析出物を含む領域の広さをウェーハ全面積の１０％以下に制御できることが判明した。また、引き上げ速度を０．４５５ｍｍ／ｍｉｎ以下にすると、as-grown状態で酸素析出物を含む領域が消滅することも判明した。
【実施例３】
【００７５】
実施例３では、結晶の外周部でＶ／Ｇが大きい（Ｇが小さい）ホット・ゾーンをセットしたＣＺ炉で引き上げた結晶で、ＲＩＥ法で突起が検出される領域の面積と引き上げ速度の関係について調査した。
【００７６】
本実施形態では、引き上げ速度を０．４３０ｍｍ／ｍｉｎから０．４６５ｍｍ／ｍｉｎまで徐々に変化させながら単結晶を引き上げたこと以外は、実施例１と同様の方法でサンプルを作製し、評価を行った。引き上げ速度の下限を０．４３０ｍｍ／ｍｉｎとしたのは、引き上げ速度をこれ以上に遅くすると転位クラスタが含まれるおそれがあるからである。ＲＩＥ法で突起が検出される領域がウェーハの全面積に占める割合と引き上げ速度との関係をグラフ化したのが、図８である。この図から、０．４３０ｍｍ／ｍｉｎから０．４３８ｍｍ／ｍｉｎまでの速度で引き上げれば、as-grown状態で酸素析出物を含む領域の広さをウェーハ全面積の１０％以下に制御できることが判明した。
【実施例４】
【００７７】
実施例４では、ＲＩＥを施すサンプルの前処理による差について調査した。
【００７８】
まず、実施例１で引き上げた結晶から図９に示すように、更に３枚のウェーハ４０ｃ〜４０ｅを切り出した。この３枚のウェーハ４０ｃ〜４０ｅは隣り合わせの位置から切り出しているので、欠陥分布や欠陥密度は同等と見なすことが出来る。そして、この３枚に、加工歪み除去と表面の平滑化の為に、ふっ酸と硝酸を含む混合液でエッチングを施した。
【００７９】
１枚目のウェーハ（ウェーハ４０ｃ）には、ＳＣ−１洗浄（アンモニア水＋過酸化水素水＋水による洗浄）を行い、付着異物を除去した。付着異物を除去する為の洗浄は、ＳＣ−１洗浄に限定する必要はなく、付着異物を除去する効果のある洗浄であれば良い。２枚目（ウェーハ４０ｄ）は、まず、半分に劈開した。劈開したウェーハの劈開面から約５ｍｍの位置を劈開面に平行にダイシングソーで切って幅５ｍｍの短冊を作製し、更にこの短冊の長さ方向の中央付近をダイシングソーで切って長さ約１５０ｍｍの短冊５０ｄを作製した。従って、この短冊５０ｄには、結晶の中心から外周までが含まれる。このようにして作製した短冊５０ｄにＳＣ−１洗浄を施して付着異物を除去した。付着異物を除去する為の洗浄は、ＳＣ−１洗浄に限定する必要はなく、付着異物を除去する効果のある洗浄であれば良い。劈開面の反対側の面（ダイシングソーで切断した面）を直径３００ｍｍの支持基板５１にレジストで貼り付けた（図１０参照）。短冊５０ｄの接着に用いる材料は、レジスト以外でも良く、ＲＩＥ、ふっ酸洗浄、ＳＣ−１洗浄などの処理に耐える材料であれば良い。また、本発明では短冊５０ｄを洗浄した後に支持基板５１に貼り付けたが、短冊５０ｄを支持基板５１に貼り付けた後に支持基板５１と共に洗浄を行っても良い。３枚目（ウェーハ４０ｅ）には、鏡面加工を行った。
【００８０】
上記の処理を施した３枚のサンプルに対し、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が高い（すなわちＳｉＯ２がエッチングされ難い）条件の反応性イオンエッチングを施した。ＲＩＥの雰囲気はＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｈｅ＋Ｏ２混合ガスとし、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が１００以上になるように条件を設定して約１０μｍエッチングを行った。ＲＩＥ後にふっ酸水溶液で洗浄を行ってＲＩＥ時に付着した反応生成物を除去し、ＲＩＥでエッチングされた面に生じた突起の径方向分布を光学顕微鏡観察によって評価した。突起の個数を計測体積（観察視野の面積とエッチング量の積）で割って、微小酸素析出物の体積密度を算出し、その体積密度を結晶の中心からの距離に対してプロットした。
【００８１】
その結果、図１１に示すように、１枚目（ウェーハ４０ｃ）、２枚目の短冊状サンプル５０ｄ、３枚目（ウェーハ４０ｅ）でＲＩＥによって生じた突起の分布は、３サンプル間でほぼ一致した。このことから、鏡面でなくても、ふっ酸と硝酸を含む液でエッチングしてＳＣ−１洗浄を行った面や、劈開してＳＣ−１洗浄を行った面でもＲＩＥによって微小酸素析出物起因の突起が生じる領域の広さを評価できることが明らかになった。
【００８２】
上記の検討の結果、発明者は、引き上げた結晶から所定の間隔で欠陥評価用のウェーハを切り出し、加工歪み除去と平坦化のためのエッチングを施したサンプルまたは劈開したサンプルにＲＩＥを施すことによってas-grown状態で微小酸素析出物を含む領域を光学顕微鏡で観察可能な突起として顕在化することができ、この突起が発生した領域の広さを指標として当該結晶の合否判定及び当該結晶以降に育成される結晶の育成条件を決定すれば、as-grown状態で微小酸素析出物を含む領域を制御した結晶を安定的に製造できることを知見した。
【符号の説明】
【００８３】
１０ シリコン単結晶引き上げ装置
１１ チャンバー
１２ 支持回転軸
１３ グラファイトサセプタ
１４ 石英るつぼ
１５ ヒーター
１６ 支持軸駆動機構
１７ シードチャック
１８ ワイヤー
１９ ワイヤー巻き取り機構
２０ シリコン単結晶インゴット
２１ シリコン融液
２２ 熱遮蔽部材
２３ 制御装置
２４ ガス導入口
２５ ガス管
２６ コンダクタンスバルブ
２７ ガス排出口
２８ 排ガス管
２９ コンダクタンスバルブ
３０ 真空ポンプ
３１ 磁場供給装置
４０ シリコンウェーハ
４１ ＣＯＰ領域
４２ ＯＳＦ領域
４３ Ｐｖ領域
４４ Ｐｉ領域
４５ 転位クラスタ
４６ 突起発生領域
５０ｄ 短冊
５１ 支持基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法によってＣＯＰ及び転位クラスタを含まないシリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、
前記シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
as-grown状態の前記シリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施すことにより、酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させるエッチング工程と、を備え、
前記エッチング工程にて顕在化された前記突起の発生領域に基づいて、後続の前記育成工程における育成条件を、前記エッチング工程にて前記突起が発生する領域の面積が前記シリコンウェーハの面積の１％以上５％以下となるよう調整すると共に、
前記エッチング工程にて顕在化された前記突起の発生領域が前記シリコンウェーハの面積の３％未満である場合には、後続の前記育成工程における前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ速度を上昇させることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング工程にて顕在化された前記突起の発生領域が前記シリコンウェーハの面積の３％以上である場合には、後続の前記育成工程における前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ速度を低下させることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記エッチング工程にて顕在化される前記突起の発生領域をディスク状及び／又はリング状とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記エッチング工程においては、前記シリコンウェーハをふっ酸と硝酸を含む水溶液でエッチングし、エッチングされた面に前記反応性イオンエッチングを施すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング工程においては、前記シリコンウェーハを劈開し、劈開面に前記反応性イオンエッチングを施すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記エッチング工程においては、前記シリコンウェーハを鏡面加工し、鏡面加工された面に前記反応性イオンエッチングを施すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項１】
チョクラルスキー法によってＣＯＰ及び転位クラスタを含まないシリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、
前記シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
as-grown状態の前記シリコンウェーハに対して反応性イオンエッチングを施すことにより、酸化シリコンを含むgrown-in欠陥をエッチング面上の突起として顕在化させるエッチング工程と、を備え、
前記エッチング工程にて顕在化された前記突起の発生領域に基づいて、後続の前記育成工程における育成条件を、前記エッチング工程にて前記突起が発生する領域の面積が前記シリコンウェーハの面積の１％以上５％以下となるよう調整すると共に、
前記エッチング工程にて顕在化された前記突起の発生領域が前記シリコンウェーハの面積の３％未満である場合には、後続の前記育成工程における前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ速度を上昇させることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング工程にて顕在化された前記突起の発生領域が前記シリコンウェーハの面積の３％以上である場合には、後続の前記育成工程における前記シリコン単結晶インゴットの引き上げ速度を低下させることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記エッチング工程にて顕在化される前記突起の発生領域をディスク状及び／又はリング状とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記エッチング工程においては、前記シリコンウェーハをふっ酸と硝酸を含む水溶液でエッチングし、エッチングされた面に前記反応性イオンエッチングを施すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング工程においては、前記シリコンウェーハを劈開し、劈開面に前記反応性イオンエッチングを施すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記エッチング工程においては、前記シリコンウェーハを鏡面加工し、鏡面加工された面に前記反応性イオンエッチングを施すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８２６２２（Ｐ２０１３−８２６２２Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−２６７４（Ｐ２０１３−２６７４）
【出願日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【分割の表示】特願２００９−１５７０３２（Ｐ２００９−１５７０３２）の分割
【原出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【分割の表示】特願２００９−１５７０３２（Ｐ２００９−１５７０３２）の分割
【原出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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