(57)【要約】【課題】無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハを多く得られるシリコン単結晶の製造時におけるギャップサイズ決定方法を提供すること。【解決手段】シリコン単結晶のギャップサイズ決定方法は、シリコン単結晶の欠陥分布と引き上げ速度との関係をシミュレーションし、シミュレーション結果に基づき無欠陥領域のみを有するシリコン単結晶が得られる引き上げ速度のマージンを特定し、シミュレーションで得られた欠陥分布を数値化した値とシミュレーションで得られた引き上げ速度のマージンとギャップサイズとの第１の関係、および、評価用のシリコン単結晶の欠陥分布を数値化した値と評価用のシリコン単結晶の製造時のギャップサイズとの第２の関係に基づいて、評価用のシリコン単結晶の製造時の引き上げ速度のマージンを推定し、この推定した引き上げ速度のマージンよりも大きくなるようなギャップサイズを決定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン融液を収容する坩堝と、前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ部と、引き上げ中のシリコン単結晶を囲むように前記坩堝の上方に配置された熱遮蔽体とを備えた引き上げ装置を用いたシリコン単結晶の製造時における前記熱遮蔽体の下端と前記シリコン融液表面とのギャップサイズ決定方法であって、
前記ギャップサイズごとに、前記シリコン単結晶の欠陥分布と前記シリコン単結晶の引き上げ速度との関係をシミュレーションする工程と、
前記シミュレーションの結果に基づいて、無欠陥領域のみを有する前記シリコン単結晶が得られる引き上げ速度のマージンを特定する工程と、
前記シミュレーションで得られた欠陥分布を数値化し、この欠陥分布の値と前記シミュレーションで得られた引き上げ速度のマージンと前記ギャップサイズとの第１の関係を特定する工程と、
前記引き上げ装置を用いて製造された評価用のシリコン単結晶の欠陥分布を前記シミュレーションで得られた欠陥分布と同じ方法で数値化し、この欠陥分布の値と前記評価用のシリコン単結晶の製造時のギャップサイズとの第２の関係を特定する工程と、
前記第１の関係と前記第２の関係とに基づいて、前記評価用のシリコン単結晶の製造時の引き上げ速度のマージンを推定し、この推定した引き上げ速度のマージンよりも大きくなるようなギャップサイズを決定する工程とを実施することを特徴とするギャップサイズ決定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のギャップサイズ決定方法において、
前記シリコン単結晶から得られるウェーハ面内の円形状欠陥領域の半径およびリング状欠陥領域の幅、または、前記半径および前記幅に対応する単結晶半径方向の欠陥分布により、前記欠陥分布の数値化が行われることを特徴とするギャップサイズ決定方法。
【請求項３】
請求項２に記載のギャップサイズ決定方法において、
前記欠陥分布を数値化した値が、無次元値であることを特徴とするギャップサイズ決定方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のギャップサイズ決定方法において、
前記欠陥分布が、ＯＳＦ領域の分布またはＰｖ領域の分布であることを特徴とするギャップサイズ決定方法。
【請求項５】
請求項４に記載のギャップサイズ決定方法において、
前記欠陥分布を数値化した値が、円形状ＯＳＦ領域の半径とリング状ＯＳＦ領域の幅との比、または、円形状Ｐｖ領域の半径とリング状Ｐｖ領域の幅との比であることを特徴とするギャップサイズ決定方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のギャップサイズ決定方法によって決定されたギャップサイズを用いてシリコン単結晶を製造することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のシリコン単結晶の製造方法において、
前記ギャップサイズ決定方法は、前記引き上げ速度のマージンが最も大きくなるように前記ギャップサイズを決定することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【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時におけるギャップサイズ決定方法、および、シリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの基板として用いられるシリコンウェーハは、一般にチョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」と言う場合がある）により育成されたシリコン単結晶から切り出され、研磨、熱処理等の工程を経て製造される。
シリコン単結晶の欠陥分布は、一般的に、結晶中心から外縁までの距離を横軸とし、シリコン単結晶の引き上げ速度Ｖを、引き上げ直後におけるシリコン単結晶の成長方向の温度勾配Ｇで除した値を縦軸とした図で示すことができる。温度勾配Ｇは、ＣＺ炉のホットゾーン構造の熱的特性により、シリコン単結晶の引き上げの進行中において、概ね一定とみなされる。このため、引き上げ速度Ｖを調整することにより、Ｖ／Ｇを制御することができる。
【０００３】
上述のような欠陥分布図には、主に、ＣＯＰ（Crystal Originated Particle）領域、ＯＳＦ（Oxidation induced Stacking Fault：酸素誘起積層欠陥）領域、Ｐｖ領域、Ｐｉ領域、Ｌ／Ｄ（Large Dislocation）領域が示される。
ＣＯＰは、シリコン単結晶育成時に結晶格子を構成すべき原子が欠けた空孔の凝集体である。
ＯＳＦ領域は、ＣＯＰ領域に隣接しており、高温（一般的には１０００℃から１２００℃）で熱酸化処理した場合、ＯＳＦ核がＯＳＦとして顕在化する。
Ｐｖ領域は、ＯＳＦ領域に隣接しており、空孔型点欠陥が優勢な無欠陥領域である。Ｐｖ領域は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で酸素析出核を含んでおり、熱処理を施した場合、酸素析出物（ＢＭＤ）が発生し易い。
Ｐｉ領域は、Ｐｖ領域に隣接しており、格子間シリコン型点欠陥が優勢な無欠陥領域である。Ｐｉ領域は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態でほとんど酸素析出核を含んでおらず、熱処理を施してもＢＭＤが発生し難い。
Ｌ／Ｄは、結晶格子間に過剰に取り込まれた格子間シリコンの凝集体であり、転位を伴う欠陥である（転位クラスター）。Ｌ／Ｄ領域は、Ｐｉ領域に隣接している。
【０００４】
近年、全面に欠陥が存在しないシリコンウェーハの要求が強くなっており、このようなシリコンウェーハを得られるシリコン単結晶の製造方法が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、ＯＳＦ領域と、その外側に位置するＮ−領域（Ｐｖ領域およびＰｉ領域のみで構成される無欠陥領域）とを含む範囲の引き上げ速度Ｖや温度勾配Ｇでシリコン単結晶を引き上げることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１９９３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような構成では、シリコンウェーハにＯＳＦ領域が少なからず存在しており、下述する狭義の意味の無欠陥のシリコン単結晶を得ることは出来ない。
【０００７】
本発明の目的は、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハを多く得られるシリコン単結晶の製造時におけるギャップサイズ決定方法、および、シリコン単結晶の製造方法を提供することにある。
無欠陥領域とは、広義の意味では、ＦＰＤ（Flow Pattern Defect）領域およびＬ／Ｄ領域を除いた領域であり、狭義の意味では、Ｐｖ領域およびＰｉ領域のみで構成される領域を意味する。同様に、無欠陥のシリコンウェーハとは、広義の意味では、ＦＰＤ（Flow Pattern Defect）領域およびＬ／Ｄ領域が面内に存在しないシリコンウェーハを意味し、狭義の意味では、Ｐｖ領域およびＰｉ領域のみで構成されるシリコンウェーハを意味する。無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハとは、広義の意味の無欠陥シリコンウェーハあるいは狭義の意味の無欠陥シリコンウェーハのいずれでも良い。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のギャップサイズ決定方法は、シリコン融液を収容する坩堝と、前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ部と、引き上げ中のシリコン単結晶を囲むように前記坩堝の上方に配置された熱遮蔽体とを備えた引き上げ装置を用いたシリコン単結晶の製造時における前記熱遮蔽体の下端と前記シリコン融液表面とのギャップサイズ決定方法であって、前記ギャップサイズごとに、前記シリコン単結晶の欠陥分布と前記シリコン単結晶の引き上げ速度との関係をシミュレーションする工程と、前記シミュレーションの結果に基づいて、無欠陥領域のみを有する前記シリコン単結晶が得られる引き上げ速度のマージンを特定する工程と、前記シミュレーションで得られた欠陥分布を数値化し、この欠陥分布の値と前記シミュレーションで得られた引き上げ速度のマージンと前記ギャップサイズとの第１の関係を特定する工程と、前記引き上げ装置を用いて製造された評価用のシリコン単結晶の欠陥分布を前記シミュレーションで得られた欠陥分布と同じ方法で数値化し、この欠陥分布の値と前記評価用のシリコン単結晶の製造時のギャップサイズとの第２の関係を特定する工程と、前記第１の関係と前記第２の関係とに基づいて、前記評価用のシリコン単結晶の製造時の引き上げ速度のマージンを推定し、この推定した引き上げ速度のマージンよりも大きくなるようなギャップサイズを決定する工程とを実施することを特徴とする。
【０００９】
無欠陥領域のみを有するシリコン単結晶が得られる引き上げ速度のマージン（以下、「無欠陥マージン」という場合がある）は、ギャップサイズによって変化する。無欠陥マージンとは、シリコン単結晶から得られたシリコンウェーハ全面が無欠陥領域となるシリコン単結晶引上げ速度の上限値と下限値の差を意味する。
なお、無欠陥領域とは、上述したように、広義の意味の無欠陥領域あるいは狭義の意味の無欠陥領域のいずれでも良い。以下、無欠陥領域を、狭義の意味の無欠陥領域として本発明を説明する。
無欠陥マージンが最も大きくなるギャップサイズは、シミュレーションで求めることができる。なお、シミュレーションは、数値計算によるコンピュータシミュレーションの他、実験によるシミュレーションも含む。
この求めたギャップサイズを引き上げ装置に適用すると、無欠陥マージンが最も大きくなる製造条件になるはずだが、実際は、ホットゾーンの構成部材の劣化などによって熱環境がシミュレーションとは異なる状態になってしまい、無欠陥マージンが最も大きくならない場合がある。この場合、製造中に引き上げ速度が変化すると、引き上げ速度が無欠陥マージンの範囲外になってしまい、欠陥領域を有するシリコン単結晶が製造されるおそれがある。
本発明では、シミュレーション結果に基づく第１の関係と、評価用のシリコン単結晶の欠陥分布に基づく第２の関係とを用いて、評価用のシリコン単結晶を製造したときの無欠陥マージンの大きさを推定し、この推定した大きさよりも無欠陥マージンを大きくするギャップサイズを決定する。したがって、この製造ギャップサイズを使用することによって、評価用のシリコン単結晶製造時よりも無欠陥マージンが大きい状態で、シリコン単結晶を製造できる。その結果、引き上げ速度が変化しても、引き上げ速度が無欠陥マージンの範囲外になってしまうことを抑制でき、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハを多く得られる。
【００１０】
本発明のギャップサイズ決定方法において、前記シリコン単結晶から得られるウェーハ面内の円形状欠陥領域の半径およびリング状欠陥領域の幅、または、前記半径および前記幅に対応する単結晶半径方向の欠陥分布により、前記欠陥分布の数値化が行われることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、熱処理によって視覚的に確認できるＯＳＦや酸素析出物（ＢＭＤ）に基づいて、欠陥分布を容易に数値化できる。
【００１２】
本発明のギャップサイズ決定方法において、前記欠陥分布を数値化した値が、無次元値であることが好ましい。
【００１３】
本発明のギャップサイズ決定方法において、前記欠陥分布が、ＯＳＦ領域の分布またはＰｖ領域の分布であることが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、熱処理によって視覚的に確認できるＯＳＦや酸素析出物（ＢＭＤ）に基づいて、評価用のシリコン単結晶製造時よりも無欠陥マージンを大きくするギャップサイズを容易に決定できる。
【００１５】
本発明のギャップサイズ決定方法において、前記欠陥分布を数値化した値が、円形状ＯＳＦ領域の半径とリング状ＯＳＦ領域の幅との比、または、円形状Ｐｖ領域の半径とリング状Ｐｖ領域の幅との比であることが好ましい。
【００１６】
本発明によれば、円形状のＯＳＦ領域やＰｖ領域の半径と、リング状のＯＳＦ領域やＰｖ領域の幅との比、または、円形状Ｐｖ領域の半径とリング状Ｐｖ領域の幅との比に基づいて、欠陥分布を容易に数値化できる。
【００１７】
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、上述のギャップサイズ決定方法によって決定されたギャップサイズを用いてシリコン単結晶を製造することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハを多く得られるシリコン単結晶を製造できる。
【００１９】
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記ギャップサイズ決定方法は、前記引き上げ速度のマージンが最も大きくなるように前記ギャップサイズを決定することが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、引き上げ速度の変化許容値を最大にすることができ、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハを多く得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の関連技術および一実施形態に係る引き上げ装置の模式図。
【図２】前記一実施形態におけるシリコン単結晶の製造方法のフローチャート。
【図３】シリコン単結晶の引き上げ速度と欠陥分布との関係の一例を示す模式図。
【図４】シリコン単結晶の引き上げ速度と欠陥分布との関係の一例を示す模式図。
【図５】引き上げ速度とリング状およびディスク状のＯＳＦ領域の存在状況との関係を示す説明図。
【図６】シミュレーション結果に基づくＯＳＦ領域のディスク半径とディスクリング比率との関係を示すグラフ。
【図７】シミュレーション結果および仮ギャップサイズを用いた評価用のシリコン単結晶の製造実績に基づくＯＳＦ領域のディスク半径とディスクリング比率との関係を示すグラフ。
【図８】本発明の変形例における引き上げ速度とリング状およびディスク状のＰｖ領域の存在状況との関係を示す説明図。
【図９】本発明の実施例における実験１の結果であって、シミュレーション結果および製造ギャップサイズを用いた評価用のシリコン単結晶の製造実績に基づくＯＳＦ領域のディスク半径とディスクリング比率との関係を示すグラフ。
【図１０】前記実施例における実験２の結果であって、実験例１，２の歩留まり効果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［本発明の関連技術］
まず、本発明の関連技術を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、シリコン単結晶ＳＭの引き上げ装置１は、ＣＺ法（Czochralski法）に用いられる装置であって、装置本体２とを備えている。
装置本体２は、チャンバ２１と、このチャンバ２１内に配置された坩堝２２と、この坩堝２２を加熱するヒータ２３と、引き上げ部２４と、熱遮蔽体２５と、断熱材２６と、坩堝駆動部２７とを備えている。
なお、引き上げ装置１は、二点鎖線で示すように、ＭＣＺ（Magnetic field applied Czochralski）法に用いられる装置であって、チャンバ２１の外側において坩堝２２を挟んで配置された一対の電磁コイル２８を有していてもよい。
【００２３】
チャンバ２１の上部には、Ａｒガスなどの不活性ガスをチャンバ２１内に導入するガス導入口２１Ａが設けられている。チャンバ２１の下部には、チャンバ２１内の気体を排出するガス排気口２１Ｂが設けられている。チャンバ２１の内面には、断熱材２６が設けられている。
【００２４】
坩堝２２は、シリコンを融解してシリコン融液Ｍとするものである。坩堝２２は、石英坩堝２２１と、この石英坩堝２２１を収容する黒鉛坩堝２２２とを備えている。石英坩堝２２１は、１本あるいは複数のシリコン単結晶ＳＭを育成するごとに交換される。一方、黒鉛坩堝２２２は、シリコン単結晶ＳＭを１本製造するごとには交換されず、石英坩堝２２１を適切に支持できなくなったと考えられた時点で交換される。
【００２５】
ヒータ２３は、坩堝２２の周囲に配置されており、坩堝２２内のシリコンを融解する。なお、坩堝２２の下方に、二点鎖線で示すようなボトムヒータ２３１をさらに設けてもよい。
引き上げ部２４は、一端に種結晶ＳＣが取り付けられるケーブル２４１と、このケーブル２４１を昇降および回転させる引き上げ駆動部２４２とを備えている。
熱遮蔽体２５は、シリコン単結晶ＳＭを囲むように設けられ、ヒータ２３から上方に向かって放射される輻射熱を遮断する。
坩堝駆動部２７は、黒鉛坩堝２２２を下方から支持する支持軸２７１を備え、坩堝２２を所定の速度で回転および昇降させる。
なお、引き上げ装置１におけるホットゾーンは、チャンバ２１、坩堝２２、ヒータ２３、ケーブル２４１、熱遮蔽体２５、断熱材２６、支持軸２７１、シリコン融液Ｍ、シリコン単結晶ＳＭなどである。
【００２６】
［実施形態］
〔シリコン単結晶の製造方法〕
次に、本発明の一実施形態に係るシリコン単結晶ＳＭの製造方法について説明する。
なお、本実施形態では、円筒研削後の直胴部の直径が３００ｍｍのシリコン単結晶ＳＭを製造する場合を例示するが、円筒研削後の直径は２００ｍｍや４５０ｍｍあるいは他の大きさであってもよい。また、抵抗率調整用のドーパントをシリコン融液Ｍに添加してもよいし、しなくてもよい。
【００２７】
シリコン単結晶ＳＭの製造方法は、図２に示すように、シリコン単結晶ＳＭの製造時におけるギャップサイズ決定方法を実施する工程（ステップＳ１）と、この決定方法で決定された製造ギャップサイズを適用して製品用のシリコン単結晶ＳＭを製造する工程（ステップＳ２：製造工程）とを実施する。以下、各工程について詳細に説明する。
【００２８】
ギャップサイズ決定方法を実施する工程において、まず、熱遮蔽体２５の下端とシリコン融液Ｍ表面とのギャップＧＰのサイズ（以下、ギャップＧＰのサイズを「ギャップサイズ」という）ごとに、シリコン単結晶ＳＭの欠陥分布とシリコン単結晶ＳＭの引き上げ速度との関係をシミュレーションする（ステップＳ１１：シミュレーション工程）。
なお、ギャップサイズとは、シリコン単結晶ＳＭの製造時における熱遮蔽体２５の下端とシリコン融液Ｍ表面との間の距離である。
シミュレーション工程は、少なくともシリコン単結晶ＳＭの直胴部ＳＭ１について行う。引き上げ中のシリコン単結晶ＳＭの熱履歴の変化などの影響によって、同じギャップサイズでも、直胴部ＳＭ１の長さ方向の位置に応じて、欠陥分布は異なってしまう。このため、シミュレーション工程は、直胴部ＳＭ１を長さ方向に沿う複数箇所について行うことが好ましい。本実施形態では、直胴部ＳＭ１を長さ方向に３等分した領域について、シミュレーション工程を行う。３等分した領域のうち、引き上げ方向の上端領域をトップ領域、中央領域をミドル領域、下端領域をボトム領域という。
このシミュレーション工程によって、シリコン単結晶ＳＭの中心から距離を横軸とし、引き上げ速度Ｖを縦軸とした欠陥分布を得られる。直胴部ＳＭ１におけるギャップサイズのみが異なるシミュレーション結果の一例を、図３および図４に示す。なお、図３〜図５において、横軸の左端はシリコン単結晶ＳＭの中心位置を表し、右端は外縁位置を表す。また、図３〜図７は、シリコン単結晶ＳＭのミドル領域に関する図である。
シミュレーション工程は、数値計算によるコンピュータシミュレーションの他、実験によるシミュレーションとすることができる。シミュレーションにかかる費用や時間を節約できる、数値計算によるコンピュータシミュレーションが好ましい。
【００２９】
次に、シミュレーション工程の結果に基づいて、図３および図４に示すような無欠陥マージンを特定する（ステップＳ１２：無欠陥マージン特定工程）。無欠陥マージンとは、無欠陥領域のみを有するシリコン単結晶ＳＭが得られる引き上げ速度のマージンを意味する。無欠陥マージンは、ＯＳＦ領域と無欠陥領域とのＯＳＦ−Ｐｖ境界線の最も低い位置から、無欠陥領域とＬ／Ｄ領域とのＰｉ−Ｌ／Ｄ境界線の最も高い位置までの範囲である。
【００３０】
この後、シミュレーション工程で得られた欠陥分布を数値化し、この欠陥分布の値と、無欠陥マージン特定工程で特定された無欠陥マージンと、ギャップサイズとの第１の関係を特定する（ステップＳ１３：第１の関係特定工程）。
本実施形態では、まず、無欠陥マージンが最大となるギャップサイズ（以下、無欠陥マージンが最大となるギャップサイズを、「仮ギャップサイズ」という場合がある。）を特定する。無欠陥マージンは、ギャップサイズによって変化し、例えばギャップサイズを横軸とし、無欠陥マージンの大きさを縦軸としたグラフを作成した場合、山型のグラフになる。つまり、無欠陥マージンが最大となるギャップサイズは、１つのみである。そこで、同じ箇所についてギャップサイズのみを変更した複数のシミュレーション結果に基づいて、仮ギャップサイズを特定する。
【００３１】
次に、例えば、図５に示すようなギャップサイズが仮ギャップサイズの欠陥分布に基づいて、ＯＳＦ領域が存在するような速度Ｖ1でシリコン単結晶ＳＭを引き上げた場合のＯＳＦ領域の発生状況を把握する。このシリコン単結晶ＳＭから得られるシリコンウェーハには、その中心を含むディスク状（円形状）のＯＳＦ領域が存在する。このディスク状のＯＳＦ領域の外側には、無欠陥領域を挟んでリング状のＯＳＦ領域が存在する。
次に、ディスク状のＯＳＦ領域の半径およびリング状のＯＳＦ領域の幅を、それぞれディスク半径、リング幅として求める。さらに、ＯＳＦ領域が存在するような他の引き上げ速度でシリコン単結晶ＳＭを製造した場合のディスク半径、リング幅を求める。つまり、シミュレーション工程で得られた欠陥分布を数値化する。
【００３２】
さらに、ギャップサイズが仮ギャップサイズより１ｍｍ大きい場合の欠陥分布、仮ギャップサイズより１ｍｍ小さい場合の欠陥分布に基づいて、それぞれ複数ずつの引き上げ速度で引き上げた場合のディスク半径、リング幅を求める。
そして、図５に示す欠陥分布に基づいて、図６に示すような、ディスク半径を横軸とし、リング幅をディスク半径で除したディスクリング比率を縦軸とした比較データを作成する。この比較データは、シミュレーションで得られた欠陥分布を数値化した値（ディスク半径、ディスクリング比率）と、シミュレーションで得られた無欠陥マージン（最大の無欠陥マージン）と、ギャップサイズ（仮ギャップサイズ、仮ギャップサイズ±１ｍｍ）との第１の関係を表す。
この比較データの作成は、トップ領域、ミドル領域、ボトム領域のそれぞれについて行う。比較データの作成は、コンピュータが行ってもよいし、作業者が行ってもよい。
【００３３】
次に、引き上げ装置１のギャップサイズを仮ギャップサイズに設定して、評価用のシリコン単結晶ＳＭを製造する（ステップＳ１４：評価用単結晶製造工程）。
評価用単結晶製造工程は、トップ領域、ミドル領域、ボトム領域を製造するときに、ギャップサイズを各領域に対応した仮ギャップサイズに設定しつつ、引き上げ速度を各領域にリング状およびディスク状のＯＳＦ領域が存在するような速度に設定して行う。リング状およびディスク状のＯＳＦ領域が存在するような速度として、例えば、図５に示すような、ギャップサイズが仮ギャップサイズの欠陥分布に基づいて、ＯＳＦ領域が存在するような速度Ｖ1などを設定してもよいし、過去の製造実績に基づいて設定してもよい。
本実施形態では、リング状およびディスク状のＯＳＦ領域が存在するような複数の評価用のシリコン単結晶ＳＭを製造する。
【００３４】
次に、評価用のシリコン単結晶の欠陥分布をシミュレーションで得られた欠陥分布と同じ方法で数値化し、この欠陥分布の値と、評価用のシリコン単結晶の製造時のギャップサイズとの第２の関係を特定する（ステップＳ１５：第２の関係特定工程）。
本実施形態では、まず、評価用のシリコン単結晶ＳＭの直胴部ＳＭ１からシリコンウェーハを取得し、ＯＳＦ領域を顕在化させる処理を行う。この顕在化処理としては、１０００℃の酸素雰囲気で３時間の熱処理を行った後、さらに、１１５０℃の酸素雰囲気で２時間の熱処理を行うことが例示できる。この後、顕在化したＯＳＦ領域のリング幅およびディスク半径を測定する。以上の処理を、複数の評価用のシリコン単結晶ＳＭにおける各領域から取得したシリコンウェーハに対して行う。なお、各領域から取得するシリコンウェーハの枚数は、１枚ずつであってもよいし、複数枚ずつであってもよい。また、評価用のシリコン単結晶ＳＭを１本のみ製造し、このシリコン単結晶ＳＭから複数のシリコンウェーハを取得してもよい。
そして、各シリコンウェーハの測定結果に基づくディスク半径およびディスクリング比率の関係を特定する。つまり、評価用のシリコン単結晶ＳＭの欠陥分布を数値化した値（ディスク半径、ディスクリング比率）と、評価用のシリコン単結晶ＳＭ製造時のギャップサイズとの第２の関係を特定する。
【００３５】
この後、第１の関係と第２の関係とに基づいて、評価用のシリコン単結晶ＳＭ製造時の無欠陥マージンを推定し、この推定した無欠陥マージンよりも大きくなるような製造ギャップサイズを決定する（ステップＳ１６：製造ギャップサイズ決定工程）。
本実施形態では、まず、比較データで表される第１の関係と、第２の関係とを比べ、評価用のシリコン単結晶ＳＭの製造時に無欠陥マージンが最も大きい状態であったか否かを判定する。この比べられる両者は、ＯＳＦの発生状況に基づき得られたデータであることから、シミュレーション結果および評価用のシリコン単結晶ＳＭの欠陥分布に対応している。
【００３６】
例えば、図７に示すように、図６の比較データ上に、各シリコンウェーハにおけるＯＳＦ領域の測定結果（製造実績（第２の関係））をプロットする。同じ製造条件でシリコン単結晶ＳＭを製造すれば、これらから取得したシリコンウェーハのＯＳＦ領域の測定結果は、同じになるはずであるが、実際には、測定誤差や引き上げ速度のばらつきなどによって、図７に示すように異なる場合がある。
そして、この測定結果が仮ギャップサイズにおける比較データとほぼ一致している場合、無欠陥マージンが最も大きい状態であったと推定し、仮ギャップサイズを製造ギャップサイズとして決定する。一方、測定結果が比較データから所定量ずれている場合、無欠陥マージンが最も大きい状態でなかったと推定し、仮ギャップサイズ以外のサイズを製造ギャップサイズとして決定する。
【００３７】
例えば、仮ギャップサイズにおける比較データの基準近似線ＬS、仮ギャップサイズより１ｍｍ大きい場合の比較データの第１の比較近似線Ｌ1、仮ギャップサイズより１ｍｍ小さい場合の比較データの第２の比較近似線Ｌ2、シリコンウェーハの測定結果の実績近似線Ｎを求める。そして、各近似線ＬS，Ｌ1，Ｌ2と、実績近似線Ｎとの距離に基づいて製造ギャップサイズを決定する。
【００３８】
図７に示す結果では、実績近似線Ｎが基準近似線ＬSと第１の比較近似線Ｌ1とのほぼ中間に位置している。この場合、引き上げ装置１において仮ギャップサイズを適用したときの製造条件は、シミュレーションにおいて仮ギャップサイズよりも０．５ｍｍ大きいサイズを適用したときの製造条件に相当すると推定する。この推定結果によれば、仮ギャップサイズよりも０．５ｍｍ小さいサイズを適用したときの製造条件が、シミュレーションにおいて仮ギャップサイズを適用したときの製造条件に相当すると考えられる。したがって、仮ギャップサイズよりも０．５ｍｍ小さいサイズを、製造ギャップサイズとして決定する。
また、実績近似線Ｎが基準近似線ＬSと第２の比較近似線Ｌ2との間に位置している場合、実績近似線Ｎと基準近似線ＬSとの距離に対応する長さだけ、仮ギャップサイズよりも大きいサイズを、製造ギャップサイズとして決定する。例えば、基準近似線ＬSの位置を「０」、第２の比較近似線Ｌ2の位置を「１」とした場合における「０．３」の位置に、実績近似線Ｎが位置している場合、仮ギャップサイズよりも０．３ｍｍ大きいサイズを製造ギャップサイズとして決定する。
【００３９】
一方、実績近似線Ｎが基準近似線ＬSとほぼ一致している場合、引き上げ装置１において仮ギャップサイズを適用したときの製造条件は、シミュレーションにおいて仮ギャップサイズを適用したときの製造条件に相当すると推定し、仮ギャップサイズを製造ギャップサイズとして決定する。
以上のように、実績近似線Ｎが基準近似線ＬSと一致するように、製造ギャップサイズを決定することで、無欠陥マージンが最も大きい製造条件になる。
この製造ギャップサイズ決定工程は、トップ領域、ミドル領域、ボトム領域のそれぞれについて行う。製造ギャップサイズ決定工程は、コンピュータが行ってもよいし、作業者が行ってもよい。
【００４０】
なお、以上の処理では、リング状およびディスク状のＯＳＦ領域の存在状況に基づいて製造ギャップサイズを決定したが、図８に示すように、リング状およびディスク状のＰｖ領域の存在状況に基づいて製造ギャップサイズを決定してもよい。この場合、シミュレーションや評価用のシリコン単結晶ＳＭ製造時の引き上げ速度を、リング状およびディスク状のＰｖ領域を発生させるような速度Ｖ2などに設定すればよい。Ｐｖ領域を顕在化させる処理としては、７８０℃の酸素雰囲気で３時間の熱処理を行った後、さらに、１０００℃の酸素雰囲気で１６時間の熱処理を行うことが例示できる。
【００４１】
この後、製造工程（ステップＳ２）を行う。
製造工程は、トップ領域、ミドル領域、ボトム領域のそれぞれの製造時において、ステップＳ１の処理で決定した製造ギャップサイズを用いて、製品用のシリコン単結晶ＳＭを製造する。
【００４２】
［実施形態の作用効果］
上記実施形態によれば、製造ギャップサイズ決定工程において、評価用のシリコン単結晶ＳＭを製造したときの無欠陥マージンの大きさを推定し、この推定した大きさよりも無欠陥マージンを大きくするギャップサイズを製造ギャップサイズとして決定する。この製造ギャップサイズを製造工程で使用することによって、評価用のシリコン単結晶ＳＭ製造時よりも無欠陥マージンが大きい状態で、製品用のシリコン単結晶ＳＭを製造できる。したがって、引き上げ速度が変化しても、引き上げ速度が無欠陥マージンの範囲外になってしまうことを抑制でき、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハを多く得られる。
特に、本実施形態では、無欠陥マージンを最も大きくする製造ギャップサイズを製造に用いることで、引き上げ速度の変化許容値を最大にすることができ、無欠陥領域のみが存在するシリコンウェーハをより多く得られる。
【００４３】
製造ギャップサイズ決定工程において、基準近似線ＬS、第１，第２の比較近似線Ｌ1，比較近似線Ｌ2に対する実績近似線Ｎの位置に基づいて、製造ギャップサイズを容易に決定できる。
【００４４】
［変形例］
なお、本発明は上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
例えば、シリコン単結晶の製造時におけるギャップサイズ決定方法および製造方法を直胴部ＳＭ１のトップ領域、ミドル領域、ボトム領域のそれぞれについて行ったが、いずれか１つあるいは２つの領域についてのみ行ってもよいし、直胴部ＳＭ１を長さ方向に２つに、あるいは、４つ以上に分割した領域について行ってもよい。
【００４５】
製造ギャップサイズ決定工程において、各近似線ＬS，Ｌ1，Ｌ2と、実績近似線Ｎとの距離に基づいて製造ギャップサイズを決定したが、第１，第２の比較近似線Ｌ1，Ｌ2を求めずに、基準近似線ＬSと実績近似線Ｎとの比較のみに基づいて、製造ギャップサイズを決定してもよい。
製造ギャップサイズ決定工程において、ギャップサイズが仮ギャップサイズより１ｍｍ大きい場合の欠陥分布に基づき、第１の比較近似線Ｌ1を求めたが、仮ギャップサイズより０．５ｍｍあるいは２ｍｍなど、他の大きさだけ大きい場合の欠陥分布に基づき、第１の比較近似線Ｌ1を求めてもよい。第２の比較近似線Ｌ2も同様に求めてもよい。
製造ギャップサイズ決定工程において、第１，第２の比較近似線Ｌ1，Ｌ2に加えて、ギャップサイズが仮ギャップサイズより、例えば２ｍｍ大きい場合および２ｍｍ小さい場合の欠陥分布に基づき、第３，第４の比較近似線を求め、この第３，第４の比較近似線も用いて製造ギャップサイズを決定してもよい。
製造ギャップサイズ決定工程において、各近似線ＬS，Ｌ1，Ｌ2，Ｎを求めずに、各近似線ＬS，Ｌ1，Ｌ2，Ｎの作成に用いたプロットデータの比較のみで、製造ギャップサイズを決定してもよい。
製造ギャップサイズは、少なくとも評価用のシリコン単結晶ＳＭ製造時よりも無欠陥マージンが大きくなれば、無欠陥マージンが最も大きくなるギャップサイズでなくてもよい。例えば、図７に示す結果が得られた場合に、仮ギャップサイズよりも０．５ｍｍ小さいサイズを製造ギャップサイズとして決定したが、０．３ｍｍ小さいサイズを製造ギャップサイズとして決定してもよい。
【００４６】
製造ギャップサイズ決定工程において、ディスク半径を横軸とし、リング幅をディスク半径で除したディスクリング比率を縦軸とした比較データに基づき製造ギャップサイズを決定したが、横軸、縦軸の指標として他の指標を用いてもよい。横軸と縦軸の指標の組み合わせとしては、ディスク半径とリング幅などが例示できる。
【実施例】
【００４７】
次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００４８】
［実験１］
上記実施形態における図７に基づき決定された製造ギャップサイズを用いて、リング状およびディスク状のＯＳＦ領域が存在するような、複数の評価用のシリコン単結晶ＳＭを製造した。そして、この評価用のシリコン単結晶ＳＭから得た複数のウェーハのディスク半径とディスク比率とを求め、これらの関係を図６に示すグラフにプロットした。
その結果を図９に示す。
【００４９】
図９に示すように、製造ギャップサイズで製造した評価用のシリコン単結晶ＳＭの測定結果に基づく実績近似線Ｎ1が、仮ギャップサイズで製造した評価用のシリコン単結晶ＳＭの実績近似線Ｎよりも、基準近似線ＬSに大きく近づいたことが確認できた。
このことから、上記シリコン単結晶ＳＭの製造時におけるギャップサイズ決定方法で得られた製造ギャップサイズを製造工程で使用することで、無欠陥マージンを大きくした状態で製品用のシリコン単結晶ＳＭを製造できることが確認できた。
【００５０】
［実験２］
〔実験例１〕
｛比較例１｝
ホットゾーンがＡタイプの引き上げ装置１を前提にしたステップＳ１１〜Ｓ１２の処理を行い、トップ領域、ミドル領域、ボトム領域ごとに仮ギャップサイズを特定し、この特定した仮ギャップサイズで比較例１のシリコン単結晶ＳＭを製造した。比較例１のシリコン単結晶ＳＭの引き上げ速度として、仮ギャップサイズを適用したシミュレーション結果における無欠陥マージン内の中央値を適用した。
この後、比較例１のシリコン単結晶ＳＭのうち、無欠陥領域のみを有するシリコンウェーハ（製品ウェーハ）を得られる製品領域を特定した。このとき、直胴部ＳＭ１の長さ方向の複数の位置からシリコンウェーハを取得し、製品ウェーハで挟まれる領域を製品領域とし、欠陥領域であるＯＳＦ領域を有するシリコンウェーハ（不良品ウェーハ）で挟まれる領域を不良品領域とした。
そして、製品領域の重量を、坩堝２２に投入したシリコン原料の重量で除した値を、比較例１の歩留まりとして求めた。
【００５１】
｛実施例１｝
比較例１のシリコン単結晶ＳＭから得られた不良品ウェーハにおけるＯＳＦの発生状況に基づき、ステップＳ１３〜Ｓ１４の処理を行い、不良品ウェーハが得られた領域の製造ギャップサイズを決定した。そして、ホットゾーンがＡタイプの引き上げ装置１を用いて、製造ギャップサイズで実施例１のシリコン単結晶ＳＭを製造した。実施例１のシリコン単結晶ＳＭの引き上げ速度として、比較例１と同じ速度を適用した。
この後、実施例１のシリコン単結晶ＳＭの製品領域を特定し、比較例１と同様に、実施例１の歩留まりを求めた。
【００５２】
〔実験例２〕
｛比較例２、実施例２｝
ホットゾーンがＡタイプの引き上げ装置１の代わりにＢタイプの引き上げ装置１を用いたこと以外は、比較例１、実施例１とそれぞれ同様の処理を行うことで、比較例２、実施例２の歩留まりを求めた
【００５３】
〔評価〕
実施例１の歩留まりから比較例１の歩留まりを減じた値を、実験例１の歩留まり効果として求め、実施例２の歩留まりから比較例２の歩留まりを減じた値を、実験例２の歩留まり効果として求めた。その結果を、図１０に示す。
【００５４】
図１０に示すように、実験例１，２のいずれにおいても、歩留まり効果が１％以上あったことが確認できた。
このことから、上記シリコン単結晶ＳＭの製造時におけるギャップサイズ決定方法で得られた製造ギャップサイズを製造工程で使用することで、製品ウェーハを多く得られることが確認できた。
【符号の説明】
【００５５】
１…引き上げ装置、２２…坩堝、２４…引き上げ部、２５…熱遮蔽体、ＧＰ…ギャップ、Ｍ…シリコン融液、ＳＭ…シリコン単結晶。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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