(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により単結晶を引き上げる過程において、検出される前記単結晶の直径と引き上げ速度の目標値に基づき、引き上げ速度の操作を制限するスパンおよびヒータ温度の設定値を演算し、引き上げ速度を前記スパン内で操作するとともに、ヒータ温度を前記設定値に操作して前記単結晶の直径を制御する際に、
前記引き上げ速度の実績値から算出される移動平均の揺らぎを制御するため、第１ステップと、第２ステップとを含み、
前記第１ステップが、引き上げられた第１の単結晶における前記引き上げ速度の実績値から前記揺らぎを抽出するステップであり、
前記第２ステップが、前記第１ステップで前記揺らぎを抽出した条件において、前記引き上げ速度の操作を制限するスパンおよび前記ヒータ温度の設定値の演算に用いた式のパラメータを、続いて第２の単結晶を引き上げる際に前記揺らぎの発生が抑制されるように修正するステップであり、
前記揺らぎが、結晶欠陥を発生させるような前記移動平均の変動割合の大きさを備えている揺らぎであり、
前記揺らぎを抽出するに際し、前記移動平均の揺らぎを判定する揺らぎ判定幅の上限および下限を前記スパン内に定め、前記移動平均が前記揺らぎ判定幅の上限と等しくなってから、前記揺らぎ判定幅内を変動して前記揺らぎ判定幅の下限と等しくなるまでの引き上げ長、または前記移動平均が前記揺らぎ判定幅の下限と等しくなってから、前記揺らぎ判定幅内を変動して前記揺らぎ判定幅の上限と等しくなるまでの引き上げ長が、閾値以下の場合を揺らぎとすることを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項２】
チョクラルスキー法により引き上げられた単結晶を所定長さ以下のブロックに切断し、得られたブロックの両端から採取したサンプルについて結晶欠陥を評価し、評価基準を満たすブロックを切り出して半導体ウェーハを製造する方法であって、
前記単結晶として、請求項１に記載の単結晶の製造方法により引き上げられ、かつ、引き上げる過程において引き上げ速度の実績値から算出される移動平均の揺らぎを管理したものを用い、
前記単結晶を所定長さ以下のブロックに切断する際に、単結晶を引き上げる過程で前記揺らぎが発生した位置で切断することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記揺らぎを管理する際に、引き上げ速度の目標値から揺らぎ判定幅を定め、前記移動平均が前記揺らぎ判定幅の上限と等しくなってから、前記揺らぎ判定幅内を変動して前記揺らぎ判定幅の下限と等しくなるまでの引き上げ長、または前記移動平均が前記揺らぎ判定幅の下限と等しくなってから、前記揺らぎ判定幅内を変動して前記揺らぎ判定幅の上限と等しくなるまでの引き上げ長が、閾値以下の場合を揺らぎとすることを特徴とする請求項２に記載の半導体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、チョクラルスキー法（以下、単に「ＣＺ法」ともいう）によりシリコン単結晶等の単結晶を製造する方法、および単結晶から半導体ウェーハを製造する方法に関し、さらに詳しくは、結晶欠陥の発生を低減できる単結晶の製造方法、および単結晶から結晶欠陥が発生した部位を効率よく検知して除去することができる半導体ウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶は、半導体デバイスに用いられるシリコンウェーハの素材であり、その製造には、ＣＺ法による単結晶の製造方法が広く採用されている。通常、ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造方法では、減圧下の不活性ガス雰囲気に維持された単結晶育成装置内において、石英ルツボ内に充填されたシリコン原料をヒータにより加熱し融解させる。石英ルツボ内にシリコン融液が形成されると、種結晶を下降させてシリコン融液に浸漬した後、種結晶および石英ルツボを所定の方向に回転させながら種結晶を徐々に上昇させることにより、種結晶の下方にシリコン単結晶が育成される。
【０００３】
引き上げられたシリコン単結晶は、その後の工程でスライスできるように所定長さ以下のブロックに切断され、ブロックから複数枚のシリコンウェーハが切り出される。引き上げ過程に起因する結晶欠陥を有さない無欠陥シリコンウェーハを製造する場合、一般的に、ブロックからシリコンウェーハを切り出す前に、ブロックの両端からサンプルを採取して結晶欠陥を評価し、採取されたサンプルが評価基準を満たすブロックのみからシリコンウェーハを切り出す。採取されたサンプルが評価基準を満たさないブロックは、結晶欠陥が発生していないと推定される位置で切断して結晶欠陥が発生した部位を除去した後、再度、サンプルを採取して結晶欠陥を評価することとなる。
【０００４】
このような半導体ウェーハの製造方法では、ＣＺ法によりシリコン単結晶を引き上げる過程で直径が不均一となった場合、所望の外径より大きい部分は外径研磨に時間を要し、所望の外径より小さい部分は製品不良となるので、製造歩留りが低下する。
【０００５】
また、ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造方法では、引き上げ過程で引き上げ速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）およびシリコン融点から１３００℃までの温度範囲における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ（℃／ｍｍ）とするとき、Ｖ／Ｇ値を適切な範囲とすることにより結晶欠陥のないシリコン単結晶が得られることが知られている（特許文献１）。
【０００６】
したがって、ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造方法では、引き上げ過程でシリコン単結晶の直径を制御しつつ、引き上げ速度を所定の範囲内としてＶ／Ｇ値を適切な範囲とすることが、製造歩留りおよび製品品質の観点から、極めて重要となる。
【０００７】
シリコン単結晶の直径を制御しつつ、引き上げ速度を所定の範囲内とする方法として、検出される単結晶の直径と引き上げ速度の目標値に基づき、引き上げ速度の操作を制限するスパンおよびヒータ温度の設定値を演算し、引き上げ速度をスパン内で操作するとともに、ヒータ温度を設定値に操作する方法が広く採用されている。
【０００８】
シリコン単結晶の直径を制御する際に引き上げ速度にスパンを設定する方法を用いて無欠陥シリコンウェーハを製造する場合、引き上げ速度の目標値や、引き上げ速度のスパン、ヒータ温度を、Ｖ／Ｇ値を適切な範囲になるように設定または演算する必要がある。しかし、引き上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ（℃／ｍｍ）は、引上炉内部の構造や、炉の分解や組み立てによるパーツの微少なズレ、部品の劣化度合といった炉内の状態の影響を受けて変動する。このため、引き上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ（℃／ｍｍ）は、同一の引上炉で引き上げ速度の目標値といった製造条件を同じにしてシリコン単結晶を引き上げた場合でも、その都度に大きく異なる値となる。
【０００９】
このように引き上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ（℃／ｍｍ）のばらつきが大きいことから、Ｖ／Ｇ値が適切な範囲となるように引き上げ速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）の目標値を設定するのは困難であり、その結果、引き上げ速度のスパンは非常に狭く設定することとなる。
【００１０】
引き上げ速度のスパンを狭く設定すると、シリコン単結晶を引き上げた際に引き上げ速度の実績値から算出される移動平均（以下、単に「引き上げ速度の移動平均」ともいう）がスパンの範囲を超える場合がある。この場合、Ｖ／Ｇ値も適切な範囲を超え、引き上げられたシリコン単結晶にＣＯＰ（Ｃｒｉｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）や転位クラスターといった結晶欠陥が発生し易い。
【００１１】
図１は、従来の引き上げ速度にスパンを設定する単結晶の製造方法を用いてシリコン単結晶を得た場合の引き上げ率と、引き上げ速度の目標値、引き上げ速度のスパンおよび引き上げ速度の移動平均の関係を示す図である。同図は、後述する比較例によりシリコン単結晶を引き上げた場合の引き上げ率と引き上げ速度の移動平均等との関係を示す。ここで、引き上げ率（％）とは、引き上げられた単結晶の長さに対する引き上げ長さの百分率である。同図における引き上げ速度は、基準速度に対する比で表したものである。なお、基準速度は、通常用いられる範囲内で定められる引き上げ速度をいう。
【００１２】
同図から、引き上げ速度の移動平均が、４箇所でスパンの上限または下限を超えて変動していることが確認される。同図に示すように、引き上げ速度の移動平均がスパンを超えて変動した場合、引き上げられたシリコン単結晶の当該部位で結晶欠陥が発生し易い。このため、引き上げられたシリコン単結晶は、引き上げ速度の移動平均がスパンを超えた位置で切断してブロックにする。これにより、結晶欠陥の発生した可能性が高い引き上げ速度の移動平均がスパンを超えた位置で、サンプルによる結晶欠陥の評価を行われるので、ブロックから結晶欠陥が発生した部位が検知されて除去される。
【００１３】
また、単結晶を引き上げる際に引き上げ速度の移動平均がスパンを超えるのを防止するため、引き上げ速度のスパンやヒータ温度の設定値の演算に用いた式のパラメータを修正し、続いて単結晶を引き上げる際に引き上げ速度の移動平均をスパン内で変動させる方法を用いることができる。
【００１４】
引き上げ過程で引き上げ速度にスパンを設定して単結晶を製造する方法に関し、従来から種々の提案がなされており、例えば特許文献２がある。同文献では、検出されたシリコン単結晶の直径に基づいて、引き上げ速度の制御値を演算し、その変動幅を制限するスパンを設定した引き上げ速度出力を得るとともに、スパンを設定する前の引き上げ速度制御値と引き上げ速度設定値を比較してヒータ温度出力を演算し、引き上げ速度出力およびヒータ温度出力により引き上げ速度およびヒータ温度を操作するシリコン単結晶の製造方法が提案されている。
【００１５】
特許文献２では、スパンを設定する前の引き上げ速度制御値と引き上げ速度設定値を比較してヒータ温度出力を演算することにより、引き上げ速度がダイナミックに変化することから、直径変動の少ない良好な単結晶を得ることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平８−３３０３１６号公報
【特許文献２】特開２００１−３１６１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来のシリコン単結晶の直径を制御する際に引き上げ速度にスパンを設定する方法により、引き上げ速度の移動平均をスパンの範囲内で変動させても、引き上げられたシリコン単結晶に結晶欠陥が発生する場合がある。この場合、結晶欠陥がブロックへの切断位置に存在していれば、採取されたサンプルを評価することにより結晶欠陥の発生が検知される。検知された結晶欠陥が含まれる部位を切断してブロックから除去し、再度、サンプルによる結晶欠陥の評価を行う必要があるので、ブロックの切断回数やサンプルによる評価回数が増加することから、製造歩留りが低下する。
【００１８】
一方、ブロックの内部に結晶欠陥が存在する場合、サンプルによる結晶欠陥の評価では検知されない。このため、ブロックを切り出してシリコンウェーハとなった後、結晶欠陥が検知されることから、結晶欠陥が検知されるまでに要した工数により製造歩留りが低下する。
【００１９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ＣＺ法により引き上げられた単結晶に発生する結晶欠陥を低減できる単結晶の製造方法、および単結晶から結晶欠陥が発生した部位を効率よく検知して除去することができる半導体ウェーハの製造方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】
【００２０】
本発明者らは、引き上げ速度にスパンを設定し、その範囲内で引き上げ速度を操作した場合でも、引き上げられたシリコン単結晶に結晶欠陥が発生する原因を調査した。
【００２１】
前記図１に示す従来の単結晶の製造方法を用いてシリコン単結晶を引き上げた場合の引き上げ率と引き上げ速度の移動平均の関係から、引き上げ速度の移動平均がスパン内にある場合でも、引き上げ速度の移動平均は変動していることが確認される。本発明者らは、引き上げ速度の移動平均が変動する際に、変動割合（傾き）が大きい揺らぎが発生すると、引き上げられたシリコン単結晶に結晶欠陥が発生し易いことを知見した。
【００２２】
この知見を基に、種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、単結晶を引き上げる過程において、単結晶直径を制御するとともに、引き上げ速度の移動平均の揺らぎを制御することにより、引き上げられた単結晶に発生する結晶欠陥を低減できることを明らかにした。
【００２３】
さらに、単結晶を引き上げる過程で引き上げ速度の移動平均の揺らぎを管理し、引き上げられた単結晶を揺らぎが発生した位置で切断することにより、効率よく結晶欠陥を検知し、製造歩留りを向上できることを明らかにした。
【００２４】
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記（１）の単結晶の製造方法、下記（２）および（３）の半導体ウェーハの製造方法を要旨としている。
【００２５】
（１）チョクラルスキー法により単結晶を引き上げる過程において、検出される前記単結晶の直径と引き上げ速度の目標値に基づき、引き上げ速度の操作を制限するスパンおよびヒータ温度の設定値を演算し、引き上げ速度を前記スパン内で操作するとともに、ヒータ温度を前記設定値に操作して前記単結晶の直径を制御する際に、前記引き上げ速度の実績値から算出される移動平均の揺らぎを制御するため、第１ステップと、第２ステップとを含み、前記第１ステップが、引き上げられた第１の単結晶における前記引き上げ速度の実績値から前記揺らぎを抽出するステップであり、前記第２ステップが、前記第１ステップで前記揺らぎを抽出した条件において、前記引き上げ速度の操作を制限するスパンおよび前記ヒータ温度の設定値の演算に用いた式のパラメータを、続いて第２の単結晶を引き上げる際に前記揺らぎの発生が抑制されるように修正するステップであり、前記揺らぎが、結晶欠陥を発生させるような前記移動平均の変動割合の大きさを備えている揺らぎであり、前記揺らぎを抽出するに際し、前記移動平均の揺らぎを判定する揺らぎ判定幅の上限および下限を前記スパン内に定め、前記移動平均が前記揺らぎ判定幅の上限と等しくなってから、前記揺らぎ判定幅内を変動して前記揺らぎ判定幅の下限と等しくなるまでの引き上げ長、または前記移動平均が前記揺らぎ判定幅の下限と等しくなってから、前記揺らぎ判定幅内を変動して前記揺らぎ判定幅の上限と等しくなるまでの引き上げ長が、閾値以下の場合を揺らぎとすることを特徴とする単結晶の製造方法。
【００２７】
（２）チョクラルスキー法により引き上げられた単結晶を所定長さ以下のブロックに切断し、得られたブロックの両端から採取したサンプルについて結晶欠陥を評価し、評価基準を満たすブロックを切り出して半導体ウェーハを製造する方法であって、前記単結晶として、（１）に記載の単結晶の製造方法により引き上げられ、かつ、引き上げる過程において引き上げ速度の実績値から算出される移動平均の揺らぎを管理したものを用い、前記単結晶を所定長さ以下のブロックに切断する際に、単結晶を引き上げる過程で前記揺らぎが発生した位置で切断することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
【００２８】
（３）前記揺らぎを管理する際に、引き上げ速度の目標値から揺らぎ判定幅を定め、前記移動平均が前記揺らぎ判定幅の上限と等しくなってから、前記揺らぎ判定幅内を変動して前記揺らぎ判定幅の下限と等しくなるまでの引き上げ長、または前記移動平均が前記揺らぎ判定幅の下限と等しくなってから、前記揺らぎ判定幅内を変動して前記揺らぎ判定幅の上限と等しくなるまでの引き上げ長が、閾値以下の場合を揺らぎとすることを特徴とする（２）に記載の半導体ウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の単結晶の製造方法は、単結晶を引き上げる過程で単結晶直径を制御するとともに、引き上げ速度の移動平均の揺らぎを制御することにより、引き上げられた単結晶に発生する結晶欠陥を低減できる。
【００３０】
本発明の半導体ウェーハの製造方法は、単結晶を引き上げる過程で引き上げ速度の移動平均の揺らぎを管理し、引き上げられた単結晶を揺らぎが発生した位置で切断することにより、単結晶から結晶欠陥が発生した部位を効率よく検知して除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の引き上げ速度にスパンを設定する単結晶の製造方法を用いてシリコン単結晶を得た場合の引き上げ率と、引き上げ速度の目標値、引き上げ速度のスパンおよび引き上げ速度の移動平均の関係を示す図である。
【図２】本発明の揺らぎ判定幅を定めて引き上げ速度の移動平均に発生する揺らぎを判定する方法を説明する模式図である。
【図３】従来の単結晶の製造方法によりシリコン単結晶を得た場合における、引き上げ率と引き上げ速度の移動平均、引き上げ速度の目標値、引き上げ速度のスパンおよび揺らぎ判定幅の関係を示す図である。
【図４】本発明の単結晶の製造方法によりシリコン単結晶を得た場合における、引き上げ率と引き上げ速度の移動平均、引き上げ速度の目標値、引き上げ速度のスパンおよび揺らぎ判定幅の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本発明の単結晶の製造方法および半導体ウェーハの製造方法を詳細に説明する。
【００３３】
本発明の単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法により単結晶を引き上げる過程において、検出される単結晶の直径と引き上げ速度の目標値に基づき、引き上げ速度の操作を制限するスパンおよびヒータ温度の設定値を演算し、引き上げ速度をスパン内で操作するとともに、ヒータ温度を設定値に操作して単結晶の直径を制御する際に、引き上げ速度の実績値から算出される移動平均の揺らぎを制御することを特徴とする。
【００３４】
前述の通り、引き上げ速度の移動平均の変動割合（傾き）が大きい揺らぎが発生すると、結晶欠陥が発生し易いことから、変動する引き上げ速度の移動平均から結晶欠陥が発生した可能性が高い揺らぎを判定して抽出することが重要となる。揺らぎを判定する方法として、例えば、基準引き上げ長さに対する移動平均の変動割合（傾き）を算出し、その絶対値が閾値を超えた場合を揺らぎの発生とすることができる。
【００３５】
引き上げ速度の移動平均の揺らぎを制御する方法としては、単結晶を引き上げた後に引き上げ速度の移動平均の変動から揺らぎの発生を判定して抽出し、引き上げ速度のスパンやヒータ温度の設定値の演算に用いた式のパラメータを修正することにより、続いて引き上げる単結晶の揺らぎを制御する方法を採用できる。具体的には、引き上げ速度の移動平均の変動割合（傾き）が大きい揺らぎは、ヒータ温度を大きく変動させた際に発生し易いことから、揺らぎが発生した条件での、ヒータ温度の操作量が減少するようにパラメータを修正することにより、揺らぎの発生を抑制する制御が可能となる。
【００３６】
本発明の単結晶の製造方法は、引き上げ速度の移動平均の揺らぎを制御するに際し、揺らぎを判定する揺らぎ判定幅の上限および下限をスパン内に定め、引き上げ速度の移動平均が揺らぎ判定幅の上限と等しくなってから、揺らぎ判定幅内を変動して揺らぎ判定幅の下限と等しくなるまでの引き上げ長、または引き上げ速度の移動平均が揺らぎ判定幅の下限と等しくなってから、揺らぎ判定幅内を変動して揺らぎ判定幅の上限と等しくなるまでの引き上げ長が、閾値以下の場合を揺らぎとするのが好ましい。
【００３７】
図２は、本発明の揺らぎ判定幅を定めて引き上げ速度の移動平均に発生する揺らぎを判定する方法を説明する模式図である。同図では縦方向に引き上げ速度、横方向に引き上げ率を示し、引き上げ率に対する、引き上げ速度の移動平均を実線で、引き上げ速度の目標値を破線で、引き上げ速度のスパンを一点鎖線で、揺らぎ判定幅を二点鎖線でそれぞれ示す。
【００３８】
同図に示すように、引き上げ速度の移動平均の揺らぎを判定する揺らぎ判定幅の上限および下限をスパン内に定める。引き上げ速度の移動平均が変動し、引き上げ速度の移動平均が揺らぎ判定幅の上限と等しくなってから、揺らぎ判定幅内を変動して揺らぎ判定幅の下限と等しくなるまでの引き上げ長を求める。この引き上げ長さが閾値以下である場合、すなわち、変動割合（傾き）が大きい場合を揺らぎとする。同様に、引き上げ速度の移動平均が揺らぎ判定幅の下限と等しくなってから、揺らぎ判定幅内を変動して揺らぎ判定幅の上限と等しくなるまでの引き上げ長が閾値以下の場合を揺らぎとする。
【００３９】
このように揺らぎ判定幅を用いて揺らぎを判定することにより、引き上げられた単結晶に結晶欠陥を発生させ易い、引き上げ速度の移動平均の変動割合（傾き）が大きい揺らぎを、容易に効率よく抽出することができる。この場合、揺らぎを制御するために、前述の単結晶を引き上げた際の移動平均の揺らぎの発生を判定して演算式のパラメータを修正することにより、続いて引き上げる単結晶の揺らぎを制御する方法を採用できる。
【００４０】
揺らぎの判定に用いる引き上げ長の閾値および揺らぎ判定幅は、製造条件や、操業実績、単結晶に要求される品質から適宜決定することができる。引き上げ長の閾値は、スライス工程で半導体ウェーハを切り出すことができるブロックの最大長さ以下とすれば、スライス工程での製造歩留りを低下させることなく、効率よく結晶欠陥が発生した部位を除去できるので好ましい。
【００４１】
本発明の半導体ウェーハの製造方法は、チョクラルスキー法により引き上げられた単結晶を所定長さ以下のブロックに切断し、得られたブロックの両端から採取したサンプルについて結晶欠陥を評価し、評価基準を満たすブロックをスライスして半導体ウェーハを製造する方法であって、単結晶として、前記（２）の本発明の単結晶の製造方法により引き上げられ、かつ、引き上げる過程において引き上げ速度の実績値から算出される移動平均の揺らぎを管理したものを用い、単結晶を所定長さ以下のブロックに切断する際に、単結晶を引き上げる過程で揺らぎが発生した位置で切断することを特徴とする。
【００４２】
単結晶を引き上げる過程において引き上げ速度の移動平均に発生する揺らぎを管理することにより、引き上げられた単結晶で結晶欠陥が発生した可能性が高い部位を特定できる。この単結晶を所定長さ以下のブロックに切断する際の切断位置を、引き上げる過程で揺らぎが発生した位置とすることにより、結晶欠陥の発生した可能性が高い位置でサンプルによる結晶欠陥の評価が行われ、揺らぎによる結晶欠陥の発生を効率よく検知することができる。
【００４３】
ブロックの内部に存在する揺らぎによる結晶欠陥は、従来、シリコンウェーハに切り出した後に検知されていたが、本発明の半導体ウェーハの製造方法では、シリコンウェーハに切り出す前に検知して除去することができる。
【００４４】
本発明の半導体ウェーハの製造方法は、揺らぎを管理する際に、引き上げ速度の目標値から揺らぎ判定幅を定め、移動平均が揺らぎ判定幅の上限と等しくなってから、揺らぎ判定幅内を変動して揺らぎ判定幅の下限と等しくなるまでの引き上げ長、または移動平均が揺らぎ判定幅の下限と等しくなってから、揺らぎ判定幅内を変動して揺らぎ判定幅の上限と等しくなるまでの引き上げ長が、閾値以下の場合を揺らぎとするのが好ましい。
【００４５】
前記図２を用いて説明した揺らぎ判定幅を用いた揺らぎの判定方法により、引き上げ速度の移動平均に発生する揺らぎを判定して管理することにより、引き上げられた単結晶において結晶欠陥の発生した可能性が高い部位を容易に特定することができる。
【００４６】
前述の通り、無欠陥シリコンウェーハを製造する場合、結晶欠陥の評価基準を満たさないブロックでは、結晶欠陥が発生していないと推定される位置での切断と、サンプルによる結晶欠陥の評価とを、採取されたサンプルが評価基準を満たすまで繰り返して行う。本発明の半導体ウェーハの製造方法は、引き上げ過程の揺らぎを管理することにより、結晶欠陥の発生した可能性が高い部位を精度よく見積もることができ、評価基準を満たさないブロックを切断する回数、切断後にサンプルを再度評価する回数を低減することが可能となる。その結果、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、単結晶およびブロックの切断回数、サンプルによる結晶欠陥の評価回数を低減できる。
【実施例】
【００４７】
本発明の単結晶の製造方法および半導体ウェーハの製造方法の効果を確認するため、下記の試験を行った。
【００４８】
［試験条件］
比較例として、検出される単結晶の直径と引き上げ速度の目標値に基づき、引き上げ速度の操作を制限するスパンおよびヒータ温度の設定値を演算し、引き上げ速度をスパン内で操作するとともに、ヒータ温度を設定値に操作して単結晶の直径を制御してシリコン単結晶を引き上げた。この際、引き上げ速度のスパンは、引き上げ速度の目標値の±１％とした。
【００４９】
比較例では、引き上げられたシリコン単結晶を、引き上げ速度の移動平均がスパンを超えた位置を切断位置とし、ブロックに切断した。得られたブロックの両端から採取したサンプルについて結晶欠陥を評価し、評価基準を満たすブロックを切り出してシリコンウェーハとした。評価基準を満たさないブロックは、結晶欠陥が発生していないと推定される位置で切断して結晶欠陥が発生した部位を除去した後、再度、サンプルを採取して結晶欠陥を評価した。
【００５０】
本発明例では、後述する図３に示す比較例における引き上げ率と、引き上げ速度の移動平均、引き上げ速度の目標値、引き上げ速度のスパンおよび揺らぎ判定幅の関係を示す図を用いて揺らぎ判定した。揺らぎが発生している箇所および引き上げ速度の移動平均がスパンを超えた箇所で、ヒータ温度の操作量が減少するように演算式のパラメータを修正した後、比較例と同一の引上炉を用いてシリコン単結晶を引き上げた。揺らぎの判定は、前記図２を用いて説明した揺らぎ判定幅を用いる判定方法により行った。この際、揺らぎ判定幅の上限または下限は、引き上げ速度の目標値の±０．６％とし、引き上げ長の閾値は２００ｍｍとした。
【００５１】
本発明例では、引き上げられたシリコン単結晶を、引き上げ速度の移動平均と揺らぎ判定幅の上限または下限が等しくなった位置を切断位置とし、ブロックに切断した。本発明例では、得られたブロックについて比較例と同様にサンプルによる結晶欠陥の評価を行った後、シリコンウェーハに切り出した。
【００５２】
本発明例および比較例ともに、ブロックの切断回数およびサンプルの評価回数をカウントするとともに、無欠陥領域率（％）を算出した。無欠陥領域率（％）は、シリコン単結晶の胴部の長さ（ｍｍ）に対する、ブロックからサンプルを採取して行う結晶欠陥の評価で結晶欠陥が検出されなかった長さ（ｍｍ）の百分率である。
【００５３】
［試験結果］
図３は、比較例の単結晶の製造方法によりシリコン単結晶を得た場合における、引き上げ率と引き上げ速度の移動平均、引き上げ速度の目標値、引き上げ速度のスパンおよび揺らぎ判定幅の関係を示す図である。同図における引き上げ速度は、基準速度に対する比で表したものである。比較例では、前記図１に示した通り、引き上げ速度の移動平均が４箇所でスパンを超えて変動した。また、図３に示すように、引き上げ速度の移動平均がスパンの範囲内で変動している場合でも、揺らぎが１２箇所で発生した。
【００５４】
比較例では、引き上げ率７２％以降は結晶が有転位化したので、サンプルによる結晶欠陥の評価を行わなかった。引き上げ速度の移動平均がスパンを超えた４箇所のうち２箇所で結晶欠陥の評価を行い、２箇所で結晶欠陥が見られた。また、揺らぎが発生した１２箇所のうち９箇所で結晶欠陥の評価を行い、９箇所全てにおいて結晶欠陥が観察された。
【００５５】
比較例では、シリコン単結晶およびブロックの切断回数は１２回、サンプルによる結晶欠陥の評価回数は１２回、無欠陥領域率は５７．１％であった。
【００５６】
図４は、本発明例の単結晶の製造方法によりシリコン単結晶を得た場合における、引き上げ率と引き上げ速度の移動平均、引き上げ速度の目標値、引き上げ速度のスパンおよび揺らぎ判定幅の関係を示す図である。同図における引き上げ速度は、基準速度に対する比で表したものである。同図に示すように、引き上げ速度の移動平均がスパンを超えて変動することはなく、引き上げ速度の移動平均の揺らぎの発生はわずか２箇所であった。揺らぎが発生した箇所で結晶欠陥の評価を行ったところ、結晶欠陥が観察された。
【００５７】
比較例でサンプルによる結晶欠陥の評価を行った引き上げ率７２％未満の範囲で、本発明例における、シリコン単結晶およびブロックの切断回数は６回、サンプルによる結晶欠陥の評価回数は６回であった。また、本発明例では、無欠陥領域率は８２．６％であった。
【００５８】
これらから、引き上げ速度の移動平均が変動して揺らぎが発生すると、引き上げられたシリコン単結晶に結晶欠陥が生じ易く、本発明の単結晶の製造方法を用いて揺らぎを制御することにより、シリコン単結晶に生じる結晶欠陥を低減できることが明らかになった。
【００５９】
また、引き上げ速度の移動平均が変動して揺らぎが発生すると結晶欠陥が発生し易いことから、本発明の半導体ウェーハの製造方法を用いて単結晶を揺らぎが発生した位置で切断してブロックにすることにより、単結晶から結晶欠陥が発生した部位を効率よく検知して除去できることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の単結晶の製造方法は、単結晶を引き上げる過程で単結晶直径を制御するとともに、引き上げ速度の移動平均の揺らぎを制御することにより、引き上げられた単結晶に発生する結晶欠陥を低減できる。
【００６１】
本発明の半導体ウェーハの製造方法は、単結晶を引き上げる過程で引き上げ速度の移動平均の揺らぎを管理し、引き上げられた単結晶を揺らぎが発生した位置で切断することにより、単結晶から結晶欠陥が発生した部位を効率よく検知して除去することができる。
【００６２】
したがって、本発明の単結晶の製造方法および半導体ウェーハの製造方法を、無欠陥シリコンウェーハの製造に適用すれば、製造歩留りを大きく向上させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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