(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ型ドーパントが含まれるシリコン単結晶インゴットから得られるシリコンウェーハを用いたエピタキシャルシリコンウェーハ及びエピタキシャルシリコンウェーハ用のサブウェーハのうち少なくとも一方のウェーハの評価方法であって、
前記シリコン単結晶インゴットの引き上げにおける固化率、るつぼ回転及び結晶回転の条件に応じた酸素濃度に基づいて、前記少なくとも一方のウェーハにおけるデバイス耐圧を評価するに際し、下記式（１）から算出されるデバイス耐圧予測値を用いて、前記少なくとも一方のウェーハにおけるデバイス耐圧を評価することを特徴とするウェーハの評価方法。
デバイス耐圧予測値＝ａ＋ｂ×フォトルミネッセンス強度−ｃ×Ｏｉ＋ｄ×（１−ｇ）δ−ｅ×δ  …（１）
但し、式（１）中、デバイス耐圧（Ｖ）はウェーハ面内におけるデバイス耐圧の平均値、フォトルミネッセンス強度（ｍＶ）はウェーハ面内におけるフォトルミネッセンス強度の平均値、Ｏｉ（×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）は固化率、るつぼ回転及び結晶回転の条件に応じた酸素濃度、ｇは固化率を小数で表した値、δは下記式（２）で表される境界拡散層厚みであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅはそれぞれデバイス耐圧の実測値から求められる係数である。
δ＝１．６×Ｄ１／３×ν１／６×ω−１／２  …（２）
但し、式（２）中、Ｄ（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液中の不純物の拡散係数、ν（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液の動粘性係数、ω（ｒｐｍ）は結晶回転速度である。
【請求項２】
請求項１に記載のウェーハの評価方法において、
さらに、フォトルミネッセンス強度に基づいて、前記少なくとも一方のウェーハにおけるデバイス耐圧を評価することを特徴とするウェーハの評価方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のウェーハの評価方法において、
前記Ｎ型ドーパントがヒ素、赤リン、アンチモン、及び赤リンとゲルマニウムのいずれかであることを特徴とするウェーハの評価方法。
【請求項４】
Ｎ型ドーパントが含まれるシリコン単結晶インゴットから得られるシリコンウェーハの製造方法であって、
シリコンウェーハのデバイス耐圧の実測値から下記式（３）の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを設定し、
下記式（３）を満たすように各種パラメータを制御して、前記シリコン単結晶インゴットを引き上げ、
この引き上げたシリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハを得ることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
シリコンウェーハの狙いとするデバイス耐圧≦ａ＋ｂ×フォトルミネッセンス強度−ｃ×Ｏｉ＋ｄ×（１−ｇ）δ−ｅ×δ  …（３）
但し、式（３）中、デバイス耐圧（Ｖ）はウェーハ面内におけるデバイス耐圧の平均値、フォトルミネッセンス強度（ｍＶ）はウェーハ面内におけるフォトルミネッセンス強度の平均値、Ｏｉ（×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）は固化率、るつぼ回転及び結晶回転の条件に応じた酸素濃度、ｇは固化率を小数で表した値、δは下記式（２）で表される境界拡散層厚みである。
δ＝１．６×Ｄ１／３×ν１／６×ω−１／２  …（２）
但し、式（２）中、Ｄ（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液中の不純物の拡散係数、ν（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液の動粘性係数、ω（ｒｐｍ）は結晶回転速度である。
【請求項５】
請求項４に記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記Ｎ型ドーパントがヒ素、赤リン、アンチモン、及び赤リンとゲルマニウムのいずれかであることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
Ｎ型ドーパントが含まれるシリコン単結晶インゴットであって、
直胴部の全域にわたって下記式（４）を満たす特性を有することを特徴とするシリコン単結晶インゴット。
シリコン単結晶インゴットから得られるシリコンウェーハの狙いとするデバイス耐圧≦ａ＋ｂ×フォトルミネッセンス強度−ｃ×Ｏｉ＋ｄ×（１−ｇ）δ−ｅ×δ  …（４）
但し、式（４）中、デバイス耐圧（Ｖ）はウェーハ面内におけるデバイス耐圧の平均値、フォトルミネッセンス強度（ｍＶ）はウェーハ面内におけるフォトルミネッセンス強度の平均値、Ｏｉ（×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）は固化率、るつぼ回転及び結晶回転の条件に応じた酸素濃度、ｇは固化率を小数で表した値、δは下記式（２）で表される境界拡散層厚みであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅはそれぞれデバイス耐圧の実測値から求められる係数である。
δ＝１．６×Ｄ１／３×ν１／６×ω−１／２  …（２）
但し、式（２）中、Ｄ（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液中の不純物の拡散係数、ν（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液の動粘性係数、ω（ｒｐｍ）は結晶回転速度である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハの評価方法、シリコンウェーハの製造方法、シリコン単結晶インゴットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣやＬＳＩなどの複雑な半導体とは異なり、コンデンサ、トランジスタ、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor：ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などのように仕様の標準化された単機能のみを備えるディスクリート半導体の需要が高まっている。ディスクリート半導体には、低抵抗率のシリコン基板の表面に、厚さ数μｍのエピタキシャル層を気相成長させることによって形成されたエピタキシャルシリコンウェーハが使用されている。このシリコン基板の素材として抵抗率が２０ｍΩ・ｃｍ以下と低いシリコン単結晶が求められている。このような低抵抗率シリコン単結晶としては、ｎ型の電気的特性を有し、砒素や赤リン、アンチモンなどの揮発性のドーパントが高濃度にドープされたシリコン単結晶が挙げられる。
【０００３】
シリコン単結晶の製造にはチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）が広く採用されている。
しかし、ＣＺ法においては、いわゆる偏析現象に起因して、固化率が進むに従い単結晶の抵抗率が低下していくため、単結晶の成長軸方向に均一な抵抗率を有する単結晶が得られないという問題がある。
【０００４】
上記偏析現象に起因する問題を解決する技術として、原料融液のチャージ量、ドーパントの添加量、炉内の圧力、及び単結晶の引き上げ速度をパラメータとして用いて単結晶の軸方向の抵抗率プロファイルを算出する抵抗率計算プログラム、及び単結晶の製造方法が記載されている（特許文献１）。
上記特許文献１によれば、単結晶インゴットの成長軸方向において、所望の範囲内の抵抗率を有する単結晶を得ることができ、特に、低抵抗率単結晶製造時には偏析現象によって抵抗率が低くなり過ぎないように単結晶を製造できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０９３７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、デバイスメーカーでは、エピタキシャルシリコンウェーハに対してデバイス耐圧の評価を行っている。ここで、デバイス耐圧とは、半導体デバイスの品質特性のひとつであり、半導体デバイスを構成するゲートとソース間を短絡させた状態で、ドレインとソース間の電圧を徐々に増加させていき、ブレークダウンしたときの電圧を意味する。
しかしながら、デバイス耐圧は、現時点で、顧客であるデバイスメーカーが実施する評価のみで、ウェーハメーカーが、シリコンウェーハから、そのデバイス耐圧の結果を得ることができなかった。
【０００７】
本発明の目的は、デバイス耐圧の予測値を簡便に算出し得る、ウェーハの評価方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、直胴部の全域にわたって、デバイス耐圧が高いシリコンウェーハを得ることが可能なシリコンウェーハの製造方法、シリコン単結晶インゴットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
デバイス耐圧の不良は、シリコンウェーハが得られるシリコン単結晶インゴットの引き上げ位置に依存性があることが確認されている。
図１に引き上げ時におけるシリコン融液の液面位置を示す。図１（Ａ）は、インゴットの直胴部前半部分の引き上げ時におけるシリコン融液の液面を、図１（Ｂ）は、インゴットの直胴部後半部分の引き上げ時におけるシリコン融液の液面を示している。
シリコン単結晶インゴット１０を引き上げると、石英るつぼ１１に貯留されたシリコン融液１２は消費されて、その液面の位置１２Ａが図１（Ａ）から図１（Ｂ）に移行するように、徐々に下がってくる。そして、液面の位置１２Ａが石英るつぼ１１のＲ部１１Ａに差し掛かるあたりから、それ以降に引き上げられた部位については、その部位から切り出されたシリコンウェーハのデバイス耐圧が低下する頻度が高いということが確認されている。ここで、デバイス耐圧が低下する頻度が高い部位は、結晶引き上げ方向で直胴部の後半部分に位置する。
そのため、従来では、デバイス耐圧の低下が高い頻度で発生し始めると考えられるインゴットの引き上げ位置を特定し、特定した引き上げ位置からそれ以降に引き上げられた部位からはシリコンウェーハを取得しないことで、製品としてデバイス耐圧不良のシリコンウェーハが出荷されることを防止していた。しかし、このような対応方法では、製品歩留まりが悪く、生産コストが高くなる問題があった。
引き上げ時のシリコン融液１２の液面の位置１２Ａが石英るつぼ１１のＲ部１１Ａからそれ以降に引き上げられた部位で、デバイス耐圧が低下したシリコンウェーハが得られていることから、デバイス耐圧の低下はシリコン融液１１の対流が影響しているものと推察される。
【０００９】
＜実験１＞
そこで、デバイス耐圧の変動要因と考えられるシリコン融液の対流について、結晶回転とるつぼ回転とを変動させた条件で、シリコン単結晶インゴットを製造し、そのインゴットから得られるシリコンウェーハのデバイス耐圧を評価する実験を行った。
実験１で設定した引き上げ条件１〜３を以下の表１に示す。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
図２に、実験１の引き上げ条件１〜３における、るつぼ回転と固化率との関係を示す。図３に、実験１の引き上げ条件１〜３における、結晶回転と固化率との関係を示す。なお、図２，３において、固化率６８％あたりに示した点線は、シリコン融液の液面の位置が石英るつぼのＲ部に差し掛かったときに引き上げた際の固化率を表している。固化率５５％あたりまでは、全ての引き上げ条件において、同一条件で引き上げている。その後、引き上げ条件１では、シリコン単結晶インゴットの直胴部前半の引き上げから、るつぼ回転、結晶回転を変動させずに、直胴部後半を引き上げている。
一方、引き上げ条件２，３では、シリコン融液の液面の位置が石英るつぼのＲ部に差し掛かるまでに、るつぼ回転、結晶回転を変動させている。具体的には、引き上げ条件２は、シリコン単結晶インゴットの直胴部後半の引き上げにおいて、シリコン融液を強制的に対流させるように、るつぼ回転、結晶回転を高く設定している。引き上げ条件３は、シリコン単結晶インゴットの直胴部後半の引き上げにおいて、シリコン融液が自然に対流されるように、るつぼ回転、結晶回転を低く設定している。
【００１２】
上記引き上げ条件１〜３で引き上げられた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、任意の引き上げ位置から得られたシリコンウェーハについて、デバイス耐圧の実測値を算出した。その結果を図４に示す。なお、デバイス耐圧の実測値は、デバイスメーカーにより算出された値である。
図４から、引き上げ条件１、引き上げ条件３では、固化率が高くなるにしたがって、デバイス耐圧が低下したシリコンウェーハが得られる傾向が見られた。
一方、引き上げ条件２では、デバイス耐圧が高いシリコンウェーハが得られており、固化率が高くなっても、デバイス耐圧が低下していない結果が得られた。この結果から、直胴部後半の引き上げ時に、シリコン融液を強制的に対流させることによって、デバイス耐圧低下の抑制が可能になることが確認された。
【００１３】
インゴットの直胴部後半部分の引き上げ時においてシリコン融液を強制的に対流させることで、シリコンウェーハのデバイス耐圧に変化を与えていることから、結晶回転は、シリコンウェーハにおけるデバイス耐圧が変動する因子になっているものと推察される。また、同一の引き上げ条件であっても、固化率によってデバイス耐圧が低下していることから、固化率についても、シリコンウェーハにおけるデバイス耐圧が変動する因子になっているものと推察される。
【００１４】
結晶回転は、境界拡散層厚みに影響を与え、その結果、デバイス耐圧に影響すると推察される。すなわち、結晶回転がデバイス耐圧にどのように影響を与えるのか、そのメカニズムは不明であるが、坩堝内融液が単結晶として凝固する過程で、単結晶と融液間のインターフェイスである境界拡散層が結晶回転によりその厚みが変化することが、デバイス耐圧に関係する単結晶特性になんらかの影響を与えているものと考えられる。
＜境界拡散層厚み＞
境界拡散層厚みδは、ドーパントの取り込みの偏析現象に作用すると考えられるパラメータであり、式（２）により求められる。
δ＝１．６×Ｄ１／３×ν１／６×ω−１／２  …（２）
但し、式（２）中、Ｄ（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液中の不純物の拡散係数、ν（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液の動粘性係数、ω（ｒｐｍ）は結晶回転速度である。
式（２）では、境界拡散層厚みδは結晶回転ωの平方根の逆数に比例しており、結晶回転ωを高く設定すると境界拡散層厚みδが薄くなり、結晶回転ωを低く設定すると境界拡散層厚みδが厚くなる。
【００１５】
シリコンウェーハを構成する成分はシリコンがそのほとんどを占めるが、極僅かに不純物が含まれ、その主なものとして酸素と電気抵抗用ドーパント（以下、ドーパント）が挙げられる。酸素はデバイス活性層への金属不純物の悪影響を回避するためのゲッタリング特性を付与するために制御された状態で単結晶に取り込まれ、ドーパントは電気特性を付与するために意図的に添加される。これら不純物、すなわちドーパント濃度や酸素濃度がデバイス耐圧に影響を与える可能性は十分に考えられる。
【００１６】
ドーパント濃度に依存するシリコンウェーハの物性として、フォトルミネッセンス強度が挙げられる。ドーパントは電気抵抗特性を付与するために意図的に添加されるものであるが、一般的な電気抵抗測定法である４端針法ではシリコンウェーハ全面の表層部の電気特性を把握することは難しい。
そこで、本発明者らは、シリコンウェーハ全面の表層部の電気特性を把握する簡便な手法としてフォトルミネッセンス法を適用し、フォトルミネッセンス強度によりドーパント濃度を把握することとした。
＜フォトルミネッセンス強度＞
フォトルミネッセンス強度は、光励起分光法の一種であるフォトルミネッセンス法で算出される。フォトルミネッセンス法では、バンドギャップ（禁制帯）より高エネルギーの光をシリコンウェーハの表面に照射し、励起された電子・正孔対（過剰キャリア）が再結合する際に放出された光（ルミネッセンス）を計測する。この計測によって、シリコンウェーハの表面において、微小な領域でのフォトルミネッセンスの発光強度分布を得ることができる。フォトルミネッセンス法は、シリコンウェーハの表面または表層に存在する電気的に活性な欠陥や局所的な汚染を検出し、それを評価する技術として知られている。
【００１７】
＜測定装置＞
本発明において、フォトルミネッセンス法によるフォトルミネッセンス強度の測定に使用可能な装置の一例としては、強励起顕微フォトルミネッセンス法に基づいた測定方法を挙げることができる。
強励起顕微フォトルミネッセンス法とは、可視光レーザーによりシリコン中のキャリアを励起させ、さらに励起されたキャリアが直接、バンドギャップ間で再結合する際に発生する発光（バンド端発光）強度を検出するものである。
図５に強励起顕微フォトルミネッセンス法に基づく測定装置の概略図を示す。図５において、符号１１０は測定装置、符号１１２，１１４はレーザー光源、符号１１６，１１７はハーフミラー、符号１１８は出力計、符号１２０は表面散乱光用検出器、符号１２２はオートフォーカス用検出器、符号１２４は可動ミラー、符号１２６は白色光源、符号１２８はＣＣＤカメラ、符号１３０は顕微鏡対物レンズ、符号１３２は長波パスフィルター、符号１３４はフォトルミネッセンス光用検出器、符号Ｗはシリコンウェーハである。シリコンウェーハＷは、図示しないＸ・Ｙステージ上に載置されており、Ｘ・Ｙステージが作動することで、励起レーザー光がウェーハ面のＸ方向、Ｙ方向にスキャニングされる。これによりシリコンウェーハＷのフォトルミネッセンス強度の面内分布情報が取得される。
フォトルミネッセンス法に使用される測定装置として、Ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ社製の商品名ＳｉＰＨＥＲが知られている。この測定装置は、ウェーハ面内のフォトルミネッセンス強度を室温でマッピングする装置である。得られるマッピングプロファイルでは、フォトルミネッセンス強度が低い領域ほど暗く（黒く）、フォトルミネッセンス強度が高い領域ほど明るく（白く）表示される。
【００１８】
＜酸素濃度＞
酸素濃度は、ドーパント原子のエピタキシャル層への拡散に影響を与えると推察される。これは、酸素析出することで、格子間シリコン原子が増加し、あるいは格子歪みが生じて、エピタキシャル層へのドーパントの拡散が促進され、デバイス耐圧に影響を及ぼすものと考えられるためである。インゴット中の酸素濃度は、引き上げ時にるつぼ回転を調整することで変動すると推察される。具体的には、シリコン融液を自然に対流させるような条件にるつぼ回転を設定した場合、インゴットへ取り込まれる酸素量が高くなり、インゴット中の酸素濃度は高くなる。また、シリコン融液を強制的に対流を生じさせるような条件にるつぼ回転を設定した場合、インゴットへ取り込まれる酸素量が低下し、インゴット中の酸素濃度が低くなる。
【００１９】
上記のように、酸素濃度とドーパント濃度とがドーパント原子のエピタキシャル層への拡散に変化を与えていることから、ドーパント濃度に依存するフォトルミネッセンス強度及び酸素濃度は、シリコンウェーハにおけるデバイス耐圧に影響する物性及び因子になっているものと推察される。
【００２０】
また、本発明者は、デバイス耐圧に影響を与えると考えられる上記の各種因子を用い、デバイス耐圧の評価指標を導出することが可能ではないかと考え、鋭意研究を重ねた結果、各種因子を使用した重回帰分析により予測式を導出した。導出した予測式を下記式（１）に示す。
【００２１】
デバイス耐圧予測値＝ａ＋ｂ×フォトルミネッセンス強度−ｃ×Ｏｉ＋ｄ×（１−ｇ）δ−ｅ×δ  …（１）
但し、式（１）中、デバイス耐圧（Ｖ）はウェーハ面内におけるデバイス耐圧の平均値、フォトルミネッセンス強度（ｍＶ）はウェーハ面内におけるフォトルミネッセンス強度の平均値、Ｏｉ（×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）は酸素濃度、ｇは固化率を小数で表した値、δは下記式（２）で表される境界拡散層厚みであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅはそれぞれ係数である。
δ＝１．６×Ｄ１／３×ν１／６×ω−１／２  …（２）
但し、式（２）中、Ｄ（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液中の不純物の拡散係数、ν（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液の動粘性係数、ω（ｒｐｍ）は結晶回転速度である。
【００２２】
なお、式（１）において、固化率と境界拡散層厚みに関するパラメータを（１−ｇ）δと表現したのは、上記実験１で行った引き上げ条件１〜３の全ての条件において、固化率が高くなるとデバイス耐圧値が低下する傾向があること、各引き上げ条件間で固化率の上昇とデバイス耐圧の低下のレベルが異なることを考慮したものである。
また、式（１）中のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは係数であり、そのシリコンウェーハで製造するデバイスの種類やデバイスメーカーによって異なり、膜厚の厚みやプロセス処理などに応じて適宜設定されるものである。この式（１）中の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、デバイス耐圧の実測値と式（１）による予測値とが高い相関係数で関係付けられるように、例えば、事前の実験や過去の量産時のデータにより求められる。係数を求めるにあたっては重回帰分析といった手法を用いることができるが、これに限定されない。相関係数が０．８以上となるように、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを求めることができる。
【００２３】
図６に、実験１のシリコンウェーハにおけるデバイス耐圧の実測値と、上記予測式から算出された予測値の近似直線との関係を示す。図６に示すプロットは、上記実験１におけるデバイスメーカーが算出したデバイス耐圧の実測値、直線は予測式から算出された予測値の近似直線である。
図６におけるデバイス耐圧の実測値と予測値との相関係数は０．８７であり、予測式から算出された予測値の近似直線は、デバイスメーカーの実測値と、相関性が高いことが確認できる。
上記の通り、シリコンウェーハにおけるデバイス耐圧は、デバイス耐圧の変動に関係すると考えられる物性あるいは因子をパラメータとして使用した重回帰分析により導出された予測式により表現できる。また、この予測式から得られるデバイス耐圧の予測値と、デバイスメーカーが算出したデバイス耐圧の実測値とで高い相関が得られることを確認した。
本発明は、このような知見に基づいて、完成されたものである。
【００２４】
本発明のウェーハの評価方法は、Ｎ型ドーパントが含まれるシリコン単結晶インゴットから得られるシリコンウェーハを用いたエピタキシャルシリコンウェーハ及びエピタキシャルシリコンウェーハ用のサブウェーハのうち少なくとも一方のウェーハの評価方法であって、前記シリコン単結晶インゴットの引き上げにおける固化率、るつぼ回転及び結晶回転の条件に応じた酸素濃度に基づいて、前記少なくとも一方のウェーハにおけるデバイス耐圧を評価するに際し、下記式（１）から算出されるデバイス耐圧予測値を用いて、前記少なくとも一方のウェーハにおけるデバイス耐圧を評価することを特徴とする。
デバイス耐圧予測値＝ａ＋ｂ×フォトルミネッセンス強度−ｃ×Ｏｉ＋ｄ×（１−ｇ）δ−ｅ×δ  …（１）
但し、式（１）中、デバイス耐圧（Ｖ）はウェーハ面内におけるデバイス耐圧の平均値、フォトルミネッセンス強度（ｍＶ）はウェーハ面内におけるフォトルミネッセンス強度の平均値、Ｏｉ（×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）は固化率、るつぼ回転及び結晶回転の条件に応じた酸素濃度、ｇは固化率を小数で表した値、δは下記式（２）で表される境界拡散層厚みであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅはそれぞれデバイス耐圧の実測値から求められる係数である。
δ＝１．６×Ｄ１／３×ν１／６×ω−１／２  …（２）
但し、式（２）中、Ｄ（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液中の不純物の拡散係数、ν（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液の動粘性係数、ω（ｒｐｍ）は結晶回転速度である。
【００２５】
本発明によれば、固化率及び結晶回転に基づき、エピタキシャルシリコンウェーハ及びサブウェーハのうち少なくとも一方のウェーハ（以下、「エピタキシャルシリコンウェーハ及びサブウェーハのうち少なくとも一方のウェーハ」を、「エピウェーハなど」と表現する場合がある）におけるデバイス耐圧を評価する。固化率及び結晶回転は、デバイス耐圧の変動に関係する因子である。そのため、固化率及び結晶回転を考慮することで、デバイスメーカーが算出したデバイス耐圧の実測値と、相関がある予測値を簡便に算出できる。
従来では、デバイスメーカーから提示された算出結果によってのみデバイス耐圧を評価することが可能であり、ウェーハメーカーが、エピウェーハなどから、そのデバイス耐圧の結果を得ることができなかったが、本発明の評価方法により、デバイス耐圧の予測値を簡便に算出できるようになる。そのため、事前に予測値を算出しておくことで、製品の良否判定や、どのパラメータがデバイス耐圧の改善に効果があるか、などの情報を知ることができ、顧客のニーズに応じたデバイス耐圧のエピウェーハなどを提供できる。
また、得られた予測値に基づいて、デバイス耐圧値が低下しないように、引き上げ条件を最適化することが可能になる。
さらに、エピウェーハなどを評価して、デバイス耐圧値を予測することにより、デバイス耐圧不良と考えられる製品を把握しておくことが可能となる。この評価によって、出荷する製品から、デバイス耐圧不良の製品を減らすことができる。また、本発明の評価方法を出荷検査に適用することもできる。
本発明によれば、式（１）に基づいて、エピウェーハなどにおけるデバイス耐圧を評価する。式（１）は、デバイス耐圧の変動に関係すると考えられる物性及び因子をパラメータとして用い、重回帰分析により導出した予測式である。この予測式に基づいてエピウェーハなどにおけるデバイス耐圧を評価することで、デバイスメーカーの算出したデバイス耐圧の実測値と、相関性が高い予測値を簡便に算出できる。なお、式（１）の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、それぞれ事前の実験や過去の量産時のデータなど、過去に製造したウェーハのデバイス耐圧の実測値から求められる。例えば、デバイス耐圧の実測値と式（１）から得られる予測値との相関係数が０．８以上となるように、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを求めることができる。
【００２６】
本発明のウェーハの評価方法では、さらに、フォトルミネッセンス強度に基づいて、前記少なくとも一方のウェーハにおけるデバイス耐圧を評価することが好ましい。
【００２７】
本発明によれば、さらに、フォトルミネッセンス強度に基づき、エピウェーハなどにおけるデバイス耐圧を評価する。フォトルミネッセンス強度は、上記固化率及び結晶回転に次いでデバイス耐圧に関係する物性及び因子である。
そのため、上記固化率及び結晶回転に加えて、フォトルミネッセンス強度を考慮することで、デバイスメーカーが算出したデバイス耐圧の実測値と、より相関がある予測値を簡便に算出できる。
【００３０】
本発明のウェーハの評価方法では、前記Ｎ型ドーパントがヒ素、赤リン、アンチモン、及び赤リンとゲルマニウムのいずれかであることが好ましい。
【００３１】
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、Ｎ型ドーパントが含まれるシリコン単結晶インゴットから得られるシリコンウェーハの製造方法であって、シリコンウェーハのデバイス耐圧の実測値から下記式（３）の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを設定し、下記式（３）を満たすように各種パラメータを制御して、前記シリコン単結晶インゴットを引き上げ、この引き上げたシリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハを得ることを特徴とする。
シリコンウェーハの狙いとするデバイス耐圧≦ａ＋ｂ×フォトルミネッセンス強度−ｃ×Ｏｉ＋ｄ×（１−ｇ）δ−ｅ×δ  …（３）
但し、式（３）中、デバイス耐圧（Ｖ）はウェーハ面内におけるデバイス耐圧の平均値、フォトルミネッセンス強度（ｍＶ）はウェーハ面内におけるフォトルミネッセンス強度の平均値、Ｏｉ（×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）は固化率、るつぼ回転及び結晶回転の条件に応じた酸素濃度、ｇは固化率を小数で表した値、δは下記式（２）で表される境界拡散層厚みである。
δ＝１．６×Ｄ１／３×ν１／６×ω−１／２  …（２）
但し、式（２）中、Ｄ（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液中の不純物の拡散係数、ν（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液の動粘性係数、ω（ｒｐｍ）は結晶回転速度である。
【００３２】
本発明によれば、式（３）を満たすように各種パラメータを制御して、シリコン単結晶インゴットを引き上げる。式（３）は、各種パラメータを用い、重回帰分析により導出した予測式である。所望のデバイス耐圧値がこの予測式を満たすように引き上げ条件の各種パラメータを制御して、シリコン単結晶インゴットを引き上げる。
このようにして引き上げたシリコン単結晶インゴットからは、直胴部の全域にわたって、デバイス耐圧が高いシリコンウェーハが得られる。なお、例えば、過去に製造したウェーハのデバイス耐圧の実測値と式（３）の右辺から得られる値との相関係数が０．８以上となるように、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを求めることができる。
【００３３】
本発明のシリコンウェーハの製造方法では、前記Ｎ型ドーパントがヒ素、赤リン、アンチモン、及び赤リンとゲルマニウムのいずれかであることが好ましい。
【００３４】
本発明のシリコン単結晶インゴットは、Ｎ型ドーパントが含まれるシリコン単結晶インゴットであって、直胴部の全域にわたって下記式（４）を満たす特性を有することを特徴とする。
シリコン単結晶インゴットから得られるシリコンウェーハの狙いとするデバイス耐圧≦ａ＋ｂ×フォトルミネッセンス強度−ｃ×Ｏｉ＋ｄ×（１−ｇ）δ−ｅ×δ  …（４）
但し、式（４）中、デバイス耐圧（Ｖ）はウェーハ面内におけるデバイス耐圧の平均値、フォトルミネッセンス強度（ｍＶ）はウェーハ面内におけるフォトルミネッセンス強度の平均値、Ｏｉ（×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）は固化率、るつぼ回転及び結晶回転の条件に応じた酸素濃度、ｇは固化率を小数で表した値、δは下記式（２）で表される境界拡散層厚みであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅはそれぞれデバイス耐圧の実測値から求められる係数である。
δ＝１．６×Ｄ１／３×ν１／６×ω−１／２  …（２）
但し、式（２）中、Ｄ（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液中の不純物の拡散係数、ν（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液の動粘性係数、ω（ｒｐｍ）は結晶回転速度である。
【００３５】
本発明によれば、直胴部の全域にわたって前記式（４）を満たす特性を有するので、直胴部の全域から、デバイス耐圧の高いシリコンウェーハを得ることができる。なお、例えば、過去に製造したウェーハのデバイス耐圧の実測値と式（４）の右辺から得られる値との相関係数が０．８以上となるように、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】引き上げ時におけるシリコン融液の液面位置を示す図。
【図２】実験１の引き上げ条件１〜３における、るつぼ回転と固化率との関係を示す図。
【図３】実験１の引き上げ条件１〜３における、結晶回転と固化率との関係を示す図。
【図４】実験１のデバイス耐圧値の実測値と固化率との関係を示す図。
【図５】強励起顕微フォトルミネッセンス法に基づく測定装置の概略図。
【図６】実験１のデバイス耐圧値の実測値と予測値との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態を説明する。
＜ウェーハの評価方法＞
本実施形態のウェーハの評価方法は、Ｎ型ドーパントが含まれるシリコンウェーハを用いたエピタキシャルシリコンウェーハ及びエピタキシャルシリコンウェーハ用のサブウェーハのうち少なくとも一方のウェーハにおけるデバイス耐圧を、そのウェーハが切り出されたシリコン単結晶インゴットの引き上げにおける固化率及び結晶回転に基づいて評価する。より好ましくは、固化率及び結晶回転に加えて、さらにフォトルミネッセンス強度及び酸素濃度に基づいて評価する。特に好ましくは、下記式（１）に基づいて評価する。
デバイス耐圧予測値＝ａ＋ｂ×フォトルミネッセンス強度−ｃ×Ｏｉ＋ｄ×（１−ｇ）δ−ｅ×δ  …（１）
但し、式（１）中、デバイス耐圧（Ｖ）はウェーハ面内におけるデバイス耐圧の平均値、フォトルミネッセンス強度（ｍＶ）はウェーハ面内におけるフォトルミネッセンス強度の平均値、Ｏｉ（×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）は酸素濃度、ｇは固化率を小数で表した値、δは下記式（２）で表される境界拡散層厚みであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅはそれぞれデバイス耐圧の実測値から定められ、デバイス耐圧の実測値と式（１）から算出された予測値との相関係数が０．８以上となるように設定することができる。
δ＝１．６×Ｄ１／３×ν１／６×ω−１／２  …（２）
但し、式（２）中、Ｄ（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液中の不純物の拡散係数、ν（ｍ２／ｓｅｃ）はシリコン原料融液の動粘性係数、ω（ｒｐｍ）は結晶回転速度である。
【００３８】
Ｎ型ドーパントとしては、ヒ素、赤リン、アンチモン、及び赤リンとゲルマニウムのいずれかであることが好ましい。このうち、赤リンが特に好ましい。
【００３９】
本実施形態によれば、デバイス耐圧の変動に関係する因子である固化率及び結晶回転に基づき、エピウェーハなどにおけるデバイス耐圧を評価する。
そのため、デバイスメーカーが算出したデバイス耐圧の実測値と、相関がある予測値を簡便に算出できる。
また、本実施形態によれば、上記固化率及び結晶回転に加え、デバイス耐圧に関係する物性及び因子であるフォトルミネッセンス強度及び酸素濃度に基づき、エピウェーハなどにおけるデバイス耐圧を評価する。そのため、デバイスメーカーが算出したデバイス耐圧の実測値と、より相関がある予測値を簡便に算出できる。
さらに本実施形態によれば、上記式（１）に基づいて、エピウェーハなどにおけるデバイス耐圧を評価するため、デバイスメーカーの算出したデバイス耐圧の実測値と、相関性が高い予測値を簡便に算出できる。
【００４０】
また、デバイス耐圧の予測値を事前に算出しておくことで、製品の良否判定や、どのパラメータがデバイス耐圧の改善に効果があるか、などの情報を知ることができ、顧客のニーズに応じたデバイス耐圧のエピウェーハなどを提供できる。
また、得られた予測値に基づいて、デバイス耐圧値が低下しないように、引き上げ条件を最適化することが可能になる。
さらに、エピウェーハなどを評価して、デバイス耐圧値を予測することにより、デバイス耐圧不良と考えられる製品を把握しておくことが可能となり、デバイス耐圧不良製品の出荷を減らすことができる。また、本実施形態の評価方法を出荷検査に適用することもできる。
【００４１】
＜シリコンウェーハの製造方法＞
本実施形態のシリコンウェーハの製造方法は、事前の実験や過去の量産時のデータなど、過去に製造したシリコンウェーハのデバイス耐圧の実測値から下記式（３）の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを設定し、下記式（３）を満たすように各種パラメータを制御して、前記シリコン単結晶インゴットを引き上げ、この引き上げたシリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハを得る。
シリコンウェーハの狙いとするデバイス耐圧≦ａ＋ｂ×フォトルミネッセンス強度−ｃ×Ｏｉ＋ｄ×（１−ｇ）δ−ｅ×δ  …（３）
但し、式（３）中、デバイス耐圧（Ｖ）、フォトルミネッセンス強度（ｍＶ）、Ｏｉ（×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、ｇ、δの定義及び係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの値は式（１）と同じである。
【００４２】
本実施形態によれば、式（３）を満たすように各種パラメータを制御して、シリコン単結晶インゴットを引き上げる。
そのため、所望のデバイス耐圧値のシリコン単結晶インゴットを引き上げることができ、直胴部の全域にわたって、デバイス耐圧が高いシリコンウェーハが得られる。
【００４３】
＜シリコン単結晶インゴット＞
本実施形態のシリコン単結晶インゴットは、Ｎ型ドーパントが含まれるシリコン単結晶インゴットであって、直胴部の全域にわたって下記式（４）を満たす特性を有する。
シリコン単結晶インゴットから得られるシリコンウェーハの狙いとするデバイス耐圧≦ａ＋ｂ×フォトルミネッセンス強度−ｃ×Ｏｉ＋ｄ×（１−ｇ）δ−ｅ×δ  …（４）
但し、式（４）中、デバイス耐圧（Ｖ）、フォトルミネッセンス強度（ｍＶ）、Ｏｉ（×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、ｇ、δの定義及び係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの値は式（１）と同じである。
上記特性を有するインゴットは、式（３）を満たすように各種パラメータを制御して、シリコン単結晶インゴットを引き上げることにより得られる。
本実施形態によれば、直胴部の全域から、デバイス耐圧の高いシリコンウェーハを得ることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…シリコン単結晶インゴット、１１…石英るつぼ、１２…シリコン融液、１２Ａ…液面の位置、１１Ａ…Ｒ部、２１，２３，３２…シリコン原子、２２，３１…ドーパント原子、１１０…測定装置、１１２，１１４…レーザー光源、１１６，１１７…ハーフミラー、１１８…出力計、１２０…表面散乱光用検出器、１２２…オートフォーカス用検出器、１２４…可動ミラー、１２６…白色光源、１２８…ＣＣＤカメラ、１３０…顕微鏡対物レンズ、１３２…長波パスフィルター、１３４…フォトルミネッセンス光用検出器、Ｗ…シリコンウェーハ。
【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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