(57)【要約】【課題】予め実験的に求めていたパラメーターにより結晶欠陥の密度やサイズを予測する手法を提供する。【解決手段】シリコン単結晶中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、  実験データを解析し関連する物理パラメーターを抽出し、その物理パラメーターについてデータベースを構築する工程と、  前記データベースのデータを用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、を有するとともに、  前記データベースが、結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素と、  該独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを有してなる。【選択図】図１
2010083712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析し関連する物理パラメーターを抽出し、その物理パラメーターについてデータベースを構築する工程と、
前記データベースのデータを用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有するとともに、
前記データベースが、結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素と、
該独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを有してなることを特徴とする結晶欠陥状態予測方法。
【請求項２】
熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析して算出した変数の一連の組からなるデータ表を算出する工程と、
結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素として、前記シリコンウェーハの初期条件、および、熱処理の条件を用いるとともに、前記データ表の数値として、前記独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを用いて、（式１）により結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有することを特徴とする結晶欠陥状態予測方法。
【数１】
2010083712.tif 000009
【請求項３】
熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析した複数の変数からなるデータ表の数値を用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する際に、
初期条件として与える変数としては、前記ウェーハ中のドーパント濃度と、前記シリコンウェーハ中の酸素濃度（Ｏｉ）と、少なくとも処理温度Ｔ（℃）と処理時間ｔ（ｈ）とからなる熱処理条件とが選択され、
前記データ表の変数が、熱処理を極めて長時間とした場合の結晶欠陥の最大サイズＳmax と、結晶欠陥の最小サイズＳcrとを含むものとされ、
（式１）により結晶欠陥のサイズおよび密度を算出することを特徴とする結晶欠陥状態予測方法。
【数２】
2010083712.tif 000010
【請求項４】
シリコンウェーハの製造方法であって、
ドーパント濃度および酸素濃度（Ｏｉ）を設定してＣＺ法によりシリコン単結晶を引き上げる工程と、
引き上げた単結晶からスライスしてシリコンウェーハとする工程と、
請求項３記載の結晶欠陥状態予測方法により熱処理後の欠陥状態を予測する工程と、
予測された欠陥状態が製品仕様と一致するかの合否を判定する工程と、
判定結果が合とされた場合には欠陥状態予測で与えた熱処理条件によってウェーハに熱処理をおこなう工程と、
判定結果が否とされた場合には、製品仕様に合致するように熱処理条件を変化させて予測をおこなう工程に戻る工程と、  
を有することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶欠陥状態予測方法、シリコンウェーハの製造方法に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンの結晶欠陥の発生メカニズムは、概略な部分は判明しているが詳細に関しては不明な部分が多い。例えば、シリコンの二次結晶欠陥に大きな影響を与える点欠陥（一次結晶欠陥）の拡散係数は不明である。ましてや工業的半導体用シリコン単結晶はその抵抗率を調整するためボロンやリンといった不純物を添加した場合の点欠陥の拡散係数は不明である。その他の物性値に関しても同様である。例えば、代表的な結晶欠陥である酸素析出物の密度やサイズに酸素析出物とシリコン母相間の界面エネルギーが大きく影響を与えるが、その界面エネルギーの確定した値は存在しない。
【０００３】
一方、工業的半導体用シリコン単結晶は結晶製造中の冷却過程で、二次欠陥を発生し、デバイス特性に影響を与えるためその制御が必要である。この制御のため結晶製造プロセス条件を最適なものに調整するが、多くの場合、時間と費用がかかる。そのため数値シミュレーションによる結晶欠陥の制御検討を行うことが必要である。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００５／０７１１４４Ａ１号パンフレット
【特許文献２】特開２００１−３０２３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、先述したように該結晶欠陥シミュレーションを行うためには拡散係数等の正確な物性値が必要であるが不明であり、数値シミュレーションを行うのは困難な状態である。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑み、予め実験的に求めていたパラメーターにより結晶欠陥の密度やサイズを予測する手法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、物理支配方程式により実験データを用いて結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する半実験半理論的手法である結晶欠陥状態予測方法、および、これを用いたシリコンウェーハの製造方法である。
【０００８】
本発明の本発明の結晶欠陥状態予測方法は、シリコン単結晶中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析し関連する物理パラメーターを抽出し、その物理パラメーターについてデータベースを構築する工程と、
前記データベースのデータを用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有するとともに、
前記データベースが、結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素と、
該独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを有してなることにより上記課題を解決した。
本発明本発明の結晶欠陥状態予測方法において、熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析して算出した変数の一連の組からなるデータ表を算出する工程と、
結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素として、前記シリコンウェーハの初期条件、および、熱処理の条件を用いるとともに、前記データ表の数値として、前記独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを用いて、（式１）により結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有することにより上記課題を解決した。
【数３】
2010083712.tif 000003
本発明本発明の結晶欠陥状態予測方法は、熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析した複数の変数からなるデータ表の数値を用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する際に、
初期条件として与える変数としては、前記ウェーハ中のドーパント濃度と、前記シリコンウェーハ中の酸素濃度（Ｏｉ）と、少なくとも処理温度Ｔ（℃）と処理時間ｔ（ｈ）とからなる熱処理条件とが選択され、
前記データ表の変数が、熱処理を極めて長時間とした場合の結晶欠陥の最大サイズＳmax と、結晶欠陥の最小サイズＳcrとを含むものとされ、
（式１）により結晶欠陥のサイズおよび密度を算出することにより上記課題を解決した。
【数４】
2010083712.tif 000004
また、また、本発明の結晶欠陥状態予測方法において、前記データ表が下記のものである手段を採用することができる。
記
Ｃｏ(cm−３) Ｃｂ(cm−３) Ｔ℃ ｔＳ(ｈ) Ｓmax(atom) Ｓcr(atom) tｄ(h)
7.75E+17  1.00E+12   700   1800  1.00E+07  1.00E-02    2.600 
7.75E+17  1.00E+14   700   1800  1.00E+07  1.00E-02    2.600 
7.75E+17  1.00E+16   700   1800  1.00E+07  1.00E-02    2.600 
7.75E+17  1.00E+18   700   1500  5.00E+06  5.00E-03    2.400 
7.75E+17  5.00E+18   700    150  4.00E+06  1.00E-03    0.600 
7.75E+17  1.00E+19   700     50  4.00E+05  1.00E-04    0.100 
7.75E+17  1.00E+12  1000    300  5.00E+12  2.00E+04    0.010 
7.75E+17  1.00E+14  1000    300  5.00E+12  2.00E+04    0.010 
7.75E+17  1.00E+16  1000    300  5.00E+12  2.00E+04    0.010 
7.75E+17  1.00E+18  1000    250  5.00E+12  1.00E+04    0.010 
7.75E+17  5.00E+18  1000    130  2.00E+13  2.00E+03    0.010 
7.75E+17  1.00E+19  1000     50  2.00E+13  1.00E+02    0.010 
7.65E+17  1.00E+14   500   5000  5.00E+05  1.00E-03    3.000
7.65E+17  1.00E+14   600   4000  1.00E+06  1.00E-03    2.500
7.65E+17  1.00E+12   700   2000  2.00E+07  1.00E-02    2.700 
7.65E+17  1.00E+14   700   2000  2.00E+07  1.00E-02    2.700
7.65E+17  1.00E+16   700   2000  2.00E+07  1.00E-02    2.700
7.65E+17  1.00E+18   700   1700  1.00E+07  5.00E-03    2.500
7.65E+17  4.00E+18   700    200  5.00E+06  2.00E-03    0.800 
7.65E+17  9.00E+18   700     50  7.00E+05  1.00E-04    0.500 
7.65E+17  2.00E+19   700     27  2.00E+04  1.00E-05    0.010 
7.65E+17  1.00E+12   800   1000  5.00E+12  3.00E-01    5.000 
7.65E+17  1.00E+14   800   1000  5.00E+12  3.00E-01    5.000
7.65E+17  1.00E+16   800   1000  5.00E+12  3.00E-01    5.000
7.65E+17  1.00E+18   800    500  2.00E+12  2.00E-01    5.000
7.65E+17  4.00E+18   800    120  5.00E+11  1.00E-01    5.000 
7.65E+17  9.00E+18   800    100  3.00E+10  5.00E-02    3.000
7.65E+17  2.00E+19   800     80  5.00E+08  2.00E-02    2.000
7.65E+17  1.00E+12   900    500  1.00E+13  2.00E+04    0.010
7.65E+17  1.00E+14   900    500  1.00E+13  2.00E+04    0.010
7.65E+17  1.00E+16   900    500  1.00E+13  2.00E+04    0.010
7.65E+17  1.00E+18   900    500  1.00E+13  1.00E+04    0.010
7.65E+17  4.00E+18   900    200  1.00E+13  5.00E+02    0.010
7.65E+17  9.00E+18   900    100  1.00E+13  1.00E+02    0.010
7.65E+17  2.00E+19   900     50  2.00E+10  1.00E-01    1.000
7.65E+17  1.00E+12  1000    400  4.00E+12  5.00E+04    0.010
7.65E+17  1.00E+14  1000    400  4.00E+12  5.00E+04    0.010
7.65E+17  1.00E+16  1000    400  4.00E+12  5.00E+04    0.010
7.65E+17  1.00E+18  1000    350  4.00E+12  3.00E+04    0.010
7.65E+17  4.00E+18  1000    150  2.00E+13  1.00E+04    0.010
7.65E+17  9.00E+18  1000     60  2.00E+13  5.00E+03    0.010
7.65E+17  2.00E+19  1000     50  2.00E+13  1.00E+03    0.010
6.75E+17  1.00E+14   500   6000  1.00E+06  1.00E-03    3.500
6.75E+17  1.00E+14   600   5000  2.00E+06  1.00E-03    2.700
6.75E+17  4.00E+18   500   2500  1.00E+06  1.00E-03    2.200
6.75E+17  4.00E+18   600   1000  1.00E+06  1.00E-02    0.250
6.75E+17  1.00E+12   700   2200  3.00E+07  1.00E-01    3.000
6.75E+17  1.00E+14   700   2200  3.00E+07  1.00E-01    3.000
6.75E+17  1.00E+16   700   2200  3.00E+07  1.00E-01    3.000
6.75E+17  1.00E+18   700   2000  1.00E+07  1.00E-01    2.700
6.75E+17  4.00E+18   700    250  7.00E+06  5.00E-02    1.000
6.75E+17  9.00E+18   700    100  1.00E+06  2.00E-02    0.700
6.75E+17  2.00E+19   700    100  1.00E+05  3.00E-03    0.010
6.75E+17  1.00E+12   800   1500  5.00E+12  3.00E+00    0.010
6.75E+17  1.00E+14   800   1500  5.00E+12  3.00E+00    0.010
6.75E+17  1.00E+16   800   1500  5.00E+12  3.00E+00    0.010
6.75E+17  1.00E+18   800   1200  3.00E+12  2.00E+00    0.010
6.75E+17  4.00E+18   800    150  2.00E+10  3.00E-01    5.000
6.75E+17  9.00E+18   800    100  5.00E+09  1.00E-01    2.000
6.75E+17  2.00E+19   800     70  5.00E+08  1.00E-02    0.100
6.75E+17  1.00E+12   900    600  1.00E+13  5.00E+04    0.010
6.75E+17  1.00E+14   900    600  1.00E+13  5.00E+04    0.010
6.75E+17  1.00E+16   900    600  1.00E+13  5.00E+04    0.010
6.75E+17  1.00E+18   900    600  1.00E+13  5.00E+04    0.010
6.75E+17  4.00E+18   900    250  1.00E+13  1.00E+04    0.010
6.75E+17  9.00E+18   900    120  1.00E+13  3.00E+03    0.010
6.75E+17  2.00E+19   900     70  1.00E+13  1.00E+02    0.010
6.75E+17  1.00E+12  1000    500  3.00E+12  2.00E+05    0.010
6.75E+17  1.00E+14  1000    500  3.00E+12  2.00E+05    0.010
6.75E+17  1.00E+16  1000    500  3.00E+12  2.00E+05    0.010
6.75E+17  1.00E+18  1000    400  2.00E+12  2.00E+05    0.010
6.75E+17  4.00E+18  1000    170  2.00E+13  1.00E+05    0.010
6.75E+17  9.00E+18  1000    100  2.00E+13  3.00E+04    0.010
6.75E+17  2.00E+19  1000     70  2.00E+13  1.00E+04    0.010
6.10E+17  1.00E+14   500   7000  1.50E+06  1.00E-03    4.000
6.10E+17  1.00E+14   600   5000  3.00E+06  1.00E-03    3.000
6.10E+17  1.00E+12   700   2500  5.00E+07  1.00E-01    3.500
6.10E+17  1.00E+14   700   2500  5.00E+07  1.00E-01    3.500
6.10E+17  1.00E+16   700   2500  5.00E+07  1.00E-01    3.500
6.10E+17  1.00E+18   700   2000  2.00E+07  1.00E-01    3.000
6.10E+17  4.00E+18   700   1000  1.00E+07  1.00E-01    1.500 
6.10E+17  9.00E+18   700    500  6.00E+06  5.00E-02    1.000
6.10E+17  2.00E+19   700    100  1.00E+06  1.00E-02    0.100
6.10E+17  1.00E+12   800   2000  2.00E+11  1.00E+03    0.010
6.10E+17  1.00E+14   800   2000  2.00E+11  1.00E+03    0.010
6.10E+17  1.00E+16   800   2000  2.00E+11  1.00E+03    0.010
6.10E+17  1.00E+18   800   1800  2.00E+11  5.00E+03    0.010
6.10E+17  4.00E+18   800    500  2.00E+11  2.00E+02    0.010
6.10E+17  9.00E+18   800    300  1.00E+10  1.00E+02    0.010
6.10E+17  2.00E+19   800    150  5.00E+08  5.00E-02    0.500
6.10E+17  1.00E+12   900    800  1.00E+13  1.00E+05    0.010
6.10E+17  1.00E+14   900    800  1.00E+13  1.00E+05    0.010
6.10E+17  1.00E+16   900    800  1.00E+13  1.00E+05    0.010
6.10E+17  1.00E+18   900    700  1.00E+13  1.00E+05    0.010
6.10E+17  4.00E+18   900    300  1.00E+13  5.00E+04    0.010
6.10E+17  9.00E+18   900    150  1.00E+13  2.00E+04    0.010
6.10E+17  2.00E+19   900    100  1.00E+13  1.00E+04    0.010
6.10E+17  1.00E+12  1000    700  2.00E+12  5.00E+05    0.010
6.10E+17  1.00E+14  1000    700  2.00E+12  5.00E+05    0.010
6.10E+17  1.00E+16  1000    700  2.00E+12  5.00E+05    0.010
6.10E+17  1.00E+18  1000    600  2.00E+12  5.00E+05    0.010
6.10E+17  4.00E+18  1000    200  2.00E+13  1.00E+05    0.010
6.10E+17  9.00E+18  1000    150  2.00E+13  5.00E+04    0.010
6.10E+17  2.00E+19  1000    100  2.00E+13  3.00E+04    0.010
また、また、本発明のシリコンウェーハの製造方法においては、シリコンウェーハの製造方法であって、
ドーパント濃度および酸素濃度（Ｏｉ）を設定してＣＺ法によりシリコン単結晶を引き上げる工程と、
引き上げた単結晶からスライスしてシリコンウェーハとする工程と、
上記の結晶欠陥状態予測方法により熱処理後の欠陥状態を予測する工程と、
予測された欠陥状態が規定の状態と一致するかの合否を判定する工程と、
判定結果が合とされた場合には欠陥状態予測で与えた熱処理条件によってウェーハに熱処理をおこなう工程と、
判定結果が否とされた場合には欠陥状態予測で与えた熱処理条件を変化させて予測をおこなう工程に戻る工程と、  
を有することが可能である。
【０００９】
本発明の本発明の結晶欠陥状態予測方法は、シリコン単結晶中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析し関連する物理パラメーターを抽出し、その物理パラメーターについてデータベースを構築する工程と、
前記データベースのデータを用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有するとともに、
前記データベースが、結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素と、
該独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを有してなることにより、予め実験的に求めていたパラメーターにより結晶欠陥の密度やサイズを予測することが可能となる。
【００１０】
本発明本発明の結晶欠陥状態予測方法において、熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析して算出した変数の一連の組からなるデータ表を算出する工程と、
結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素として、前記シリコンウェーハの初期条件、および、熱処理の条件を用いるとともに、前記データ表の数値として、前記独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズと最小サイズとを用いて、上記（式１）により結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する工程と、
を有することにより、熱処理を実際におこなうことなく、熱処理前に解析したデータ表を用いて熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を従来の方法ではできなかった程度に正確に予測することが可能となる。この際、酸素濃度、ドーパント濃度が異なるウェーハを用意し、そのウェーハに対して、熱処理時間、熱処理温度を変化させ熱処理を行い、析出物のサイズ分布を把握して、その実測分布に合うようにデータベースを構築しておく。
上記（式１）において、熱処理ステップｉとＪ番目の熱処理ステップとの関係は、ｉがＪ番目の熱処理ステップの前に行われた熱処理の番号であり、熱処理は多段熱処理を想定しており、一番最初の熱処理を１とし、順に２、３、・・・と熱処理ステップを番号付けしている。また、（式１）等において、ＣbはＣ０ｅに対してドーパント種類によって異なる何らかの関係を及ぼすと考えられ、このＣbのＣ０ｅへの影響は未だ明確でない部分もあるが、Ｃ０ｅはドーパント種類に依らないとしてデータベースを構築する。つまりデータベースの中に、その影響を含めておき考慮することになる。また、（式１）等において、Ｓｍａｘはデータベースのデータによる析出物の最大サイズで、熱処理温度に依存せずＣｂとＣｏの値で決まる。（式１）において、Ｓｆｉはその温度を長時間維持した時に得られる析出物の最大サイズである。さらに、（式１）において、ｔｄｊ：核生成の時間遅れとは、ある温度で熱処理した場合、即座に析出核が発生することはなく一定時間後に析出が始まるが、この一定時間のことを意味する。（式１）において、ｔＳｉ，ｎｅwは核成長時間に関係する時間を意味する。
【００１１】
本発明本発明の結晶欠陥状態予測方法は、熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を予測する結晶欠陥状態予測方法であって、
実験データを解析した複数の変数からなるデータ表の数値を用いて、結晶欠陥のサイズおよび密度を算出する際に、
初期条件として与える変数としては、前記ウェーハ中のドーパント濃度と、前記シリコンウェーハ中の酸素濃度（Ｏｉ）と、少なくとも処理温度Ｔ（℃）と処理時間ｔ（ｈ）とからなる熱処理条件とが選択され、
前記データ表の変数が、熱処理を極めて長時間（無限時間）とした場合の結晶欠陥の最大サイズＳmax と、結晶欠陥の臨界サイズ（最小サイズ）Ｓcrとを含むものとされ、
上記（式１）により結晶欠陥のサイズおよび密度を算出することにより、ドーパント濃度、酸素濃度等を設定するだけで、熱処理を実際におこなうことなく、熱処理前に解析したデータ表を用いて、所定の条件による熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を従来の方法ではできなかった程度に正確に予測することが可能となる。ここで、独立要素であるTは実施した熱処理温度であって任意に与えることができる。
【００１２】
また、また、本発明のシリコンウェーハの製造方法においては、シリコンウェーハの製造方法であって、
ドーパント濃度および酸素濃度（Ｏｉ）を設定してＣＺ法によりシリコン単結晶を引き上げる工程と、
引き上げた単結晶からスライスしてシリコンウェーハとする工程と、
上記の結晶欠陥状態予測方法により熱処理後の欠陥状態を予測する工程と、
予測された欠陥状態が規定の状態と一致するかの合否を判定する工程と、
判定結果が合とされた場合には欠陥状態予測で与えた熱処理条件によってウェーハに熱処理をおこなう工程と、
判定結果が否とされた場合には欠陥状態予測で与えた熱処理条件を変化させて予測をおこなう工程に戻る工程と、  
を有することにより、熱処理を実際におこなうことなく、熱処理前に解析したデータ表を用いて、所定の条件による熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を従来の方法ではできなかった程度に正確に予測することが可能なため、テストのためにおこなう熱処理をする必要がなく、シリコンウェーハ製造における処理時間を短縮し、製造コストを削減することが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明の結晶欠陥状態予測方法によりスライスする前の引き上げたシリコン単結晶の引き上げ軸方向における欠陥状態分布を精度よく求めることが可能となるので、これを引き上げ条件にフィードバックすること、あるいいは、熱処理等のウェーハ処理条件にフィードバックして、所望のウェーハを製造することが可能となる。引き上げ条件へのフィードバックとしては、結晶の酸素濃度およびドーパント濃度の調整を行い、熱処理後のウェーハが所望の欠陥状態分布になるようにすることが挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱処理を実際におこなうことなく、熱処理前に解析したデータ表を用いて、所定の条件による熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を従来の方法ではできなかった程度に正確に予測することが可能なため、テストのためにおこなう熱処理をする必要がなく、シリコンウェーハ製造における処理時間を短縮し、製造コストを削減することが可能となるという効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る結晶欠陥状態予測方法、シリコンウェーハの製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における結晶欠陥状態予測方法、シリコンウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
【００１６】
本実施形態における結晶欠陥状態予測方法、シリコンウェーハの製造方法は、図１に示すように、ウェーハ条件設定工程Ｓ１と、シリコン単結晶引き上げ工程Ｓ２と、ウェーハ加工工程Ｓ３と、データ表算出工程Ｓ４と、熱処理条件設定工程Ｓ５と、欠陥分布状態算出工程Ｓ６と、合否判定工程Ｓ７と、熱処理工程Ｓ８と、を有するものとされる。
【００１７】
図１に示すウェーハ条件設定工程Ｓ１においては、製造しようとするウェーハにおけるドーパント濃度および酸素濃度（Ｏｉ）を設定するとともに、同時に、最終製品としてのウェーハにおける欠陥のサイズおよび密度の上下限を欠陥分布状態の基準として設定しておく。
図１に示すシリコン単結晶引き上げ工程Ｓ２においては、ウェーハ条件設定工程Ｓ１において設定された状態となるように引き上げ条件を設定し、この引き上げ条件に従って、ＣＺ法によりシリコン単結晶を引き上げる。
図１に示すウェーハ加工工程Ｓ３においては、シリコン単結晶引き上げ工程Ｓ２において引き上げられた単結晶から、スライス、べべリング、グラインディング、エッチング、ポリッシングなどの工程を適宜組み合わせて、所望のウェーハに加工する。
【００１８】
図１に示すデータ表算出工程Ｓ４においては、予め、このようなウェーハに対する熱処理条件と内部欠陥の状態とを実験データとして採取し、この実際のデータを解析してデータ表を算出する。
このデータ表は、実験データを解析して算出した変数の一連の組からなるものとされ、その変数としては、少なくとも、熱処理を極めて長時間（無限時間）とした場合の結晶欠陥の最大サイズＳmax と、結晶欠陥の臨界サイズ（最小サイズ）Ｓcrとを含むものとされる。
【００１９】
図１に示す熱処理条件設定工程Ｓ５においては、ウェーハ条件設定工程Ｓ１で設定されたウェーハの初期条件に対して、所望の欠陥分布を得られそうな熱処理条件を設定する。この場合の熱処理条件は、過去の実績から求める結果が得られそうなものを選択すればよい。
【００２０】
図１に示す欠陥分布状態算出工程Ｓ６においては、結晶欠陥の密度およびサイズに大きく影響を与える独立要素として、ウェーハ条件設定工程Ｓ１で設定されたシリコンウェーハの初期条件としてのウェーハ中のドーパント濃度と、前記シリコンウェーハ中の酸素濃度（Ｏｉ）と、少なくとも処理温度Ｔ（℃）と処理時間ｔ（ｈ）とからなる熱処理条件とを演算初期条件として与えるとともに、この独立要素に従属する従属要素としての結晶欠陥のサイズ分布中における最大サイズＳmax と最小サイズcrとを用いて、上述した（式１）により結晶欠陥のサイズおよび密度とその分布を算出（予測）する。
【００２１】
図１に示す合否判定工程Ｓ７においては、欠陥分布状態算出工程Ｓ６において予測された欠陥分布状態が、ウェーハ条件設定工程Ｓ１において設定された欠陥分布状態基準の上下限の間の範囲にあるかどうかで、欠陥分布状態が規定の状態と一致するかの合否を判定する。
ここで、判定結果が合とされた場合には、図１に示す熱処理工程Ｓ８として、熱処理条件設定工程Ｓ５で設定した熱処理条件によってウェーハに熱処理をおこなう。
また、判定結果が否とされた場合には熱処理条件設定工程Ｓ５で設定した熱処理条件を変化させて再び予測をおこなうように熱処理条件設定工程Ｓ５に戻るとともに、欠陥分布状態算出工程Ｓ６と合否判定工程Ｓ７とを判定結果が合となるまで繰り返す。
【００２２】
本実施形態によれば、熱処理工程Ｓ８として熱処理を実際におこなうことなく、熱処理前に解析したデータ表を用いて、欠陥分布状態算出工程Ｓ６として結晶欠陥のサイズおよび密度とその分布を算出（予測）することにより、熱処理条件設定工程Ｓ５において設定した条件による熱処理後のシリコンウェーハ中における結晶欠陥のサイズおよび密度を従来の方法ではできなかった程度に正確に予測することが可能となる。このため、テストのためにおこなう熱処理をする必要がなく、シリコンウェーハ製造における処理時間を短縮し、テストウェーハを使わないため排棄する必要がなく、製造コストを削減することが可能となる。
【００２３】
具体例として、本発明の結晶欠陥状態予測方法によって、熱処理後の酸素析出物の密度とサイズを予測する場合について記述する。
この場合の適用範囲としては、半導体用単結晶の製造にあって電気抵抗の調整のために添加するボロン（ドーパント）濃度が高く電気抵抗値が１００ｍΩｃｍ以下のウェーハとすることができる。
【００２４】
このように、ボロン濃度が高い場合、酸素析出物の密度とサイズに影響を与える独立要素は、
１．ウェーハに含まれるボロン濃度
２．酸素濃度（Ｏｉ）
３．熱処理温度
である。
この場合、単結晶引き上げ時における結晶熱履歴の影響は小さく無視できる。
【００２５】
条件を変えたいくつかの熱処理条件から、サイズの密度分布を規定するＳmax、Ｓcrを算出し、上述したデータ表を構築する。ここで、Ｓmaxは、熱処理を極めて長時間（無限時間）した場合の結晶欠陥の最大サイズを意味し、Ｓcrは、結晶欠陥の臨界サイズ（最小サイズ）を意味する。
【００２６】
次に、対象の熱処理後の酸素析出物のサイズと密度（サイズの密度分布）を具体的に算出する方法について説明する。ここでは、複数ステップの熱処理後におけるサイズの密度分布について説明する。
【００２７】
（１）酸素析出物の密度とサイズの関係は、対数表示した場合（縦軸横軸ともに対数表示）直線関係になる。すなわち、
LOG（N）＝K・（LOG（S）−LOG（Smax））＋LOG（Nｓ）      式２
と表すことができる。
ここで、Ｎは析出物密度、Ｋは直線の傾き、Ｓは析出物のサイズ（直径）、Ｓmaxは、熱処理を充分長い時間おこなった場合の結晶欠陥の最大サイズであり、（式１）を用いて求められた析出物サイズの密度を（式２）で求める。
【００２８】
（２）第１ステップの熱処理後の最大サイズＳｊ を（式１）により算出する。ここで、ｉは熱処理ステップ番号であり、この場合、ｉ＝１、Ｊ＝１とする。
【００２９】
（３）算出したＳｊ 、および該熱処理に対応するＳcrをデータ表から算出し、これらから、酸素析出物サイズの密度分布を算出する
【００３０】
（４）第１ステップの酸素析出物のサイズ分布が第２熱処理ステップにおいて成長したサイズ分布を（式１）を用いて算出。また平行して、（式１）に基づき、第２熱処理ステップにて、新たに発生する酸素析出物のサイズ分布を算出する。このとき、残存格子間酸素濃度は、
残存熱処理酸素濃度＝初期格子間酸素濃度―析出により消費された酸素濃度
で求めることが可能なので、熱処理ステップが上がるにつれた残存格子間酸素濃度の変化を考慮した演算をおこなう。
【００３１】
（５）第２ステップの酸素析出物のサイズ分布が第３熱処理ステップにおいて成長したサイズ分布を（式１）を用いて算出する。また平行して、（式１）に基づき、第３熱処理ステップにて、新たに発生する酸素析出物のサイズ分布を算出する。同様に、残存格子間酸素濃度の変化を考慮する。
【００３２】
（６）以降、所定の熱処理ステップに達するまで、（５）の熱処理ステップ数を読み替えて繰り返す。
【００３３】
なお、ウェーハ面内における欠陥状態分布、あるいは、引き上げたシリコン単結晶の引き上げ軸方向における欠陥状態分布を求めるには、赤外線による評価方法や選択エッチングによる方法によって行なわれる。  
【００３４】
以下に、上述した方法で、酸素析出物のサイズ分布を算出したものと、実際の析出物のサイズ分布との比較をおこなった例を挙げる。
【００３５】
いくつかの熱処理を行い、その実験結果から上述したデータ表を構築し、このデータ表を用いて、別の条件のウェーハに施した熱処理後の酸素析出物の密度等を計算し実験値と比較した。
【００３６】
図２に示すように、各種熱処理後の酸素析出物の密度における実験値と本発明計算値の比較をおこなった。
星シンボルは、本発明による計算値であり、９００℃、８００℃、７００℃、４００ｈの熱処理にそれぞれ対応する。なお、ｐ／ｐ＋とは、ｐ＋タイプの基板にｐタイプのエピタキシャル層を積層したシリコンウェーハであり、ｐ／ｐ−とは、ｐ−タイプの基板にｐタイプのエピタキシャル層を積層したシリコンウェーハであり、ｐ＋タイプとは、ボロン濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、ｐ−タイプとは、ボロン濃度  １×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、ｐタイプとは、その間のボロン濃度のものを意味する。
【００３７】
図３に示すように、７００℃×ｔ＋１０００℃×１６時間の２ステップ熱処理後の酸素析出物の密度における実験値と本発明計算値の比較をおこなった。
星シンボルは、本発明による計算値であり、ｐ／ｐ＋＋とは、ｐ＋＋タイプの基板にｐタイプのエピタキシャル層を積層したシリコンウェーハであり、ｐ＋＋タイプとは、ボロン濃度１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、を意味する。
【００３８】
同様にして、７００℃と８００℃熱処理における格子間酸素濃度の時間依存性に関する実験値と本発明計算値の比較をおこなった。
図４〜図７に示すように、量産品のゲッタリング能力のモニターツールとして本発明の手法を適用した。すなわち、ゲッタリング能を呈するＢＭＤの密度分布に関し、量産品であるＰ＋＋タイプのφ２００ｍｍウェーハにおける実験値と本発明計算値の比較をおこなった。
【００３９】
図４および表１は、６００℃、４ｈｒ＋１０００℃、１６ｈｒの２ステップ熱処理後におけるウェーハ面内位置と、スライスしたウェーハの引き上げた単結晶における結晶長方向位置を変化させた値の比較である。
面内位置とは、ウェーハの縁部からの直径方向位置（ｍｍ）を示し、また、実測とは実験値、シミュレーションとは本発明計算値を示している。また、４００Ｌ、８００Ｌ、１２００Ｌとは、それぞれ単結晶直胴部の引き上げ長が４００ｍｍ、８００ｍｍ、１２００ｍｍであることを意味している。
【００４０】
【表１】
2010083712.tif 000005
【００４１】
図５および表２は、７００℃、４ｈｒ＋１０００℃、１６ｈｒの２ステップ熱処理後におけるウェーハ面内と結晶長を変化させた部位における値の比較である。
【００４２】
【表２】
2010083712.tif 000006
【００４３】
図６および表３は、８００℃、４ｈｒ＋１０００℃、１６ｈｒの２ステップ熱処理後におけるウェーハ面内と結晶長を変化させた部位における値の比較である。
【００４４】
【表３】
2010083712.tif 000007
【００４５】
図７および表４は、１０００℃、１６ｈｒの１ステップ熱処理後におけるウェーハ面内と結晶長を変化させた部位における値の比較である。
【００４６】
【表４】
2010083712.tif 000008
【００４７】
これらの結果から、以下のことがわかる。
（１）種々の抵抗値のウェーハにおける熱処理後の酸素析出物の密度に関して、実験値と計算値が一致しており、本発明の手法で精度よく予測することが可能であること。
（２）種々の抵抗値のウエハーにおける２段熱処理後の酸素析出物の密度に関して、実験値と計算値が一致しており、複数段熱処理においても精度よく予測することが可能であること。
（３）７００℃と８００℃熱処理における格子間酸素濃度の時間依存性に関して、この格子間酸素濃度の時間変化は、時間進行に伴う酸素析出物の成長、発生による格子間酸素原子の消費によるものであるが、実験値と計算値とが高い精度で一致するよう予測することが可能であること。
（４）単一のウェーハにおける熱処理条件の変化だけでなく、ウェーハ面内位置、およびウェーハをスライスするシリコン単結晶の結晶長方向位置における酸素析出物に対しても、実験値と計算値とが高い精度で一致するよう予測することが可能であること。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る結晶欠陥状態予測方法、シリコンウェーハの製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る結晶欠陥状態予測方法による計算値と実験値とを示すグラフである。
【図３】本発明に係る結晶欠陥状態予測方法による計算値と実験値とを示すグラフである。
【図４】本発明に係る結晶欠陥状態予測方法による計算値と実験値とを示すグラフである。
【図５】本発明に係る結晶欠陥状態予測方法による計算値と実験値とを示すグラフである。
【図６】本発明に係る結晶欠陥状態予測方法による計算値と実験値とを示すグラフである。
【図７】本発明に係る結晶欠陥状態予測方法による計算値と実験値とを示すグラフである。
【図１】
2010083712.tif 000011
【図２】
2010083712.tif 000012
【図３】
2010083712.tif 000013
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010083712.tif 000017