(57)【要約】【課題】育成されたままの状態で製品出荷される、しかもライフタイム測定が困難な低抵抗のシリコン単結晶における金属汚染の有無を判定する方法を提供する。【解決手段】ＣＺ法によりシリコン単結晶を引き上げる際に、トップ側で高抵抗の単結晶の引き上げを行って高抵抗部Ｌｂを育成した後、溶融液にドーパントを供給して（白抜き矢印の部位まで引き上げた時点で供給）、低抵抗の単結晶の引上げを行い、得られたシリコン単結晶の高抵抗部のライフタイムを測定することにより、低抵抗の単結晶の金属汚染の判定を行う。前記高抵抗の単結晶の直径を、低抵抗の単結晶の直径よりも小さくする実施形態、あるいは、徐々に増大させる工程および徐々に減少させる工程を含む実施形態を採れば、製品としての低抵抗シリコン単結晶の歩留まり向上等に有効である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
坩堝内にシリコン原料を充填して溶融し、その溶融液からシリコン単結晶を引き上げながら育成する際に、
トップ側で高抵抗の単結晶の引上げを行って高抵抗部を育成した後、
溶融液にドーパントを供給して低抵抗の単結晶の引上げを行い、
得られたシリコン単結晶の高抵抗部のライフタイムを測定することにより、低抵抗の単結晶の金属汚染の判定を行うことを特徴とする低抵抗シリコン単結晶の金属汚染判定方法。
【請求項２】
前記高抵抗の単結晶の直径を、低抵抗の単結晶の直径よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の低抵抗シリコン単結晶の金属汚染判定方法。
【請求項３】
前記高抵抗の単結晶を引き上げる工程が、当該単結晶の直径を徐々に増大させる工程と、徐々に減少させる工程とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の低抵抗シリコン単結晶の金属汚染判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライフタイム測定が困難な低抵抗のシリコン単結晶における金属汚染の有無を判定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板として用いられるシリコンウェーハは、育成されたシリコン単結晶インゴットがブロックに切断され、スライシング（ウェーハ切断）された後、機械研磨（ラッピング）、ゲッタリング処理、熱処理、洗浄等、数多くの工程、ならびに検査を経て、要求品質を満たすウェーハとして出荷される。
【０００３】
このシリコンウェーハにおいては、鉄、銅、ニッケルなどの金属による汚染が問題となる。シリコン単結晶中の金属不純物、特に前記重金属は、酸化膜耐圧の劣化やリーク電流の増加を引き起こすなど、半導体デバイスの性能を劣化させるからである。
【０００４】
金属汚染を判定する方法の一つとして、シリコンウェーハのキャリアの再結合ライフタイム（以下、単にライフタイムと記す）を測定する方法があり、そのために、非破壊で迅速な測定が可能な光導電（率）減衰法（マイクロ波ＰＣＤ法）が広く用いられている。しかしながら、マイクロ波ＰＣＤ法を用いる金属汚染の判定においては、測定原理上、比抵抗（抵抗率）が３Ωｃｍ以下のシリコンウェーハでは、その抵抗率が非常に低いため、マイクロ波の反射率が極めて高くなる。そのため、μ−ＰＣＤ検出器の出力が飽和したり、マイクロ波ノイズが重畳するため、過剰キャリア注入による反射率の変化を検出することが困難となり、ライフタイムの測定が困難になるという問題がある。
【０００５】
そのため、低抵抗シリコンウェーハの金属汚染の有無を判定する場合は、原子吸光分析法や二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ法）を使用しなければならず、コストが嵩み、評価に多大な時間を要することになる。
【０００６】
ところで、近年、シリコン単結晶をスライスせずに、育成されたままの状態（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）で製品として出荷される場合が増えている。その場合、ａｓ−ｇｒｏｗｎの形状のままで抵抗率等の検査をしなければならない。金属汚染についても、ａｓ−ｇｒｏｗｎシリコン単結晶の状態で、汚染がないことを保証する必要がある。
【０００７】
ａｓ−ｇｒｏｗｎシリコン単結晶の抵抗率については、特許文献１に、製品として出荷されるシリコン等の半導体単結晶を切断することなくその抵抗率を得る方法が開示されている。この方法は、半導体融液から半導体単結晶を引き上げながら成長させる単結晶引上げ方法において、抵抗率測定用のサンプル単結晶を引き上げる第１工程と、前記サンプル単結晶に連続して製品となる製品単結晶を引き上げる第２工程とを含む引上げ方法であり、サンプル単結晶に連続して製品単結晶を形成しているので、サンプル単結晶の抵抗率を測定すれば、製品単結晶を切断することなくその抵抗率を得ることができるとしている。
【０００８】
一方、特許文献２では、１回の引上げにより抵抗率が異なる複数種の単結晶を連続的に引き上げることができる単結晶引上方法が提案されている。この単結晶引上方法は、引き上げ中の任意の時期にドーパントを供給してその後に引き上げる単結晶の抵抗率を変化させる方法で、それ自体は公知であるが、ドーパントの供給に伴い融液表面が波立ち単結晶成長が不安定となり、単結晶の有転移化または多結晶化を生じるという問題を解決するため、原料融液を収容する坩堝内に筒状隔壁を設け、その外側領域にドーパントを供給する方法である。
【特許文献１】特開２００５−３２４９７０号公報
【特許文献２】特開平４−２１５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、シリコン単結晶の金属汚染の評価にはキャリアのライフタイム測定が利用され、マイクロ波ＰＣＤ法が多用されている。しかし、抵抗率が３Ωｃｍ以下の低抵抗のシリコンウェーハではライフタイムの測定が困難で、金属汚染の評価ができないという問題がある。さらに、シリコン単結晶を育成されたままの状態で製品出荷する場合には、単結晶を切断することなく金属汚染がないことを保証する必要がある。しかし、これらの問題を解決する方法は未だ確立されていない。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、育成されたままの状態で製品出荷される、しかもライフタイム測定が困難な低抵抗のシリコン単結晶における金属汚染の有無を判定する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】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明者は、シリコン単結晶の引上げを行う際、トップ部で高抵抗単結晶の引上げを行い、引上長が５０〜１００ｍｍ程度になったところで、シリコン溶融液中に追加ドープを行って低抵抗単結晶を育成し、得られた単結晶のトップ側の高抵抗部のライフタイムを測定することにより低抵抗シリコン単結晶における金属汚染の有無を判定することを発案した。
【００１２】
前掲の特許文献２に、引上げ途中でドーパントを供給して抵抗率が異なる複数種の単結晶を引き上げることが記載されているが、本発明者が発案した方法は、引上げ途中でのドーパントの供給を、上記のタイミングで行い、且つ追加ドープ実施前のトップ側高抵抗部のライフタイムを測定することによって、育成されたままの状態で製品として出荷される、しかもライフタイム測定が困難な低抵抗のシリコン単結晶における金属汚染判定方法である。
【００１３】
さらに、この金属汚染判定方法について、実際に低抵抗シリコン単結晶の引上げ、育成を行って、その効果を確認した。
【００１４】
本発明の要旨は、下記の低抵抗シリコン単結晶の金属汚染判定方法にある。
すなわち、坩堝内にシリコン原料を充填して溶融し、その溶融液からシリコン単結晶を引き上げながら育成する際に、トップ側で高抵抗の単結晶の引上げを行って高抵抗部を育成した後、溶融液にドーパントを供給して低抵抗の単結晶の引上げを行い、得られたシリコン単結晶の高抵抗部のライフタイムを測定することにより、低抵抗の単結晶の金属汚染の判定を行うことを特徴とする金属汚染判定方法である。
【００１５】
ここで言う「低抵抗の単結晶」とは、抵抗率が０．００１〜３Ωｃｍのシリコン単結晶をいう。抵抗率の下限を０．００１Ωｃｍとしているのは、製品として出荷している単結晶の比抵抗の下限がこの値であるためである。また、「高抵抗の単結晶」とは、ライフタイム測定を行うことができる、すなわち抵抗率が３Ωｃｍを超えるシリコン単結晶である。抵抗率が１０Ωｃｍ程度以上のものが望ましい。
【００１６】
本発明の低抵抗シリコン単結晶の金属汚染判定方法において、前記高抵抗の単結晶の直径を、低抵抗の単結晶の直径よりも小さくすることとすれば、製品としての低抵抗シリコン単結晶の歩留まりを向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の低抵抗シリコン単結晶の金属汚染判定方法においては、前記高抵抗の単結晶を引き上げる工程が、当該単結晶の直径を徐々に増大させる工程と、徐々に減少させる工程とを含む実施形態を採ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の低抵抗シリコン単結晶の金属汚染判定方法によれば、育成されたままの状態で製品出荷されるシリコン単結晶、特にライフタイム測定が困難な低抵抗のシリコン単結晶における金属汚染の有無を判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の低抵抗シリコン単結晶の金属汚染判定方法は、坩堝内にシリコン原料を充填して溶融し、その溶融液からシリコン単結晶を引き上げながら育成する際に、トップ側で高抵抗の単結晶の引上げを行って高抵抗部を育成した後、溶融液にドーパントを供給して低抵抗の単結晶の引上げを行い、得られたシリコン単結晶の高抵抗部のライフタイムを測定することにより、低抵抗の単結晶の金属汚染の判定を行うことを特徴とする方法である。
【００２０】
半導体基板に用いられるシリコン単結晶を製造する方法には種々の方法があるが、そのなかでもチョクラルスキー法（ＣＺ法）が広く採用されている。ＣＺ法は、石英ルツボ内に高純度のシリコン原料を投入し、不活性ガス雰囲気中でこの原料をルツボの周囲に配設したヒーターで溶融した後、溶融液の表面に種結晶を浸漬し、これを回転させつつ上方に引き上げて種結晶の下端面に単結晶を成長させる方法である。
【００２１】
引上げの際、その速度を調節し、種結晶の径を減少させてネック部を形成するネッキングプロセス（工程）を経た後、引上げ速度を低下させて結晶径を徐々に増大させ、肩部を形成し、定径部の引上げに移行する。定径部が所定長さに達した後、結晶径を徐々に減少させ、最先端部を溶融液から引き離すことにより１回の引上げが終了して所定形状のシリコン単結晶が得られる。前記のネッキング（シード絞り）は、種結晶をシリコン溶融液と接触させるときのヒートショックにより種結晶内に導入される高密度の転位を除去するために行われる必須の工程である。
【００２２】
本発明の金属汚染判定方法においても、このＣＺ法によるシリコン単結晶の引上げ、育成を前提としている。以下、図面を参照して本発明の金属汚染判定方法を説明する。
【００２３】
図１は、本発明の金属汚染判定方法を適用して得られたシリコン単結晶全体を模式的に例示する図である。図示するように、種結晶１の下端面に形成されたネック部２の下方に、肩部３と、これと同じ直径を有する所定長さの定径部４が形成されている。
【００２４】
本発明の金属汚染判定方法においては、このＣＺ法によりシリコン単結晶を引き上げる際に、先ず、トップ側で高抵抗の単結晶の引上げを行って高抵抗部を育成する。その際、図１に示すように、シード絞りを行ってネック部２を形成した後、結晶径を徐々に増大させて肩部３を形成し、定径部４の引き上げに移行する。図中の符号Ｌａを付して示した範囲が高抵抗部である。高抵抗部Ｌａの結晶径は特に限定しない。図１に例示したシリコン単結晶は、高抵抗部Ｌａの結晶径を定径部４の直径と同じにした場合であるが、後述するように、製品である低抵抗部の結晶径よりも小さくするのが望ましい。
【００２５】
高抵抗部Ｌａは、ライフタイム測定を行うことができるように、抵抗率が３Ωｃｍを超える単結晶であればよいが、高抵抗のものほどライフタイム測定の感度が上がるので、通常の引き上げで得られる抵抗率が１０Ωｃｍ程度のシリコン単結晶ないしはドーパントを添加していない高抵抗のシリコン単結晶とするのが望ましい。
【００２６】
高抵抗部Ｌａの引上長は５０〜１００ｍｍ程度とすることが望ましい。引上長が長すぎると、この後に引き上げる低抵抗のシリコン単結晶の歩留まりが低下する。
【００２７】
続いて、溶融液にドーパントを供給して低抵抗の単結晶の引き上げを行う。図１の白抜き矢印は、この矢印で示した部位まで単結晶を引き上げた時点でドーパントを供給したことを示す。ドーパントを供給するのは、この部位から下方に向けて、製品として出荷される低抵抗のシリコン単結晶を育成するためである。要求される抵抗率に応じてドーパントの供給量を加減し、溶融液のドーパント濃度を調整すればよい。
【００２８】
なお、前掲の特許文献２に、原料融液を収容する坩堝内に筒状隔壁を設け、その外側領域にドーパントを供給する方法が提案されているが、ドーパントの供給量が少量であれば融液表面の波立ちによる単結晶成長への影響も軽微なので、前記筒状隔壁の設置は必ずしも必要ではない。
【００２９】
前記高抵抗部Ｌａの結晶径を定径部４の結晶径よりも小さくしている場合は、ドーパントを供給して低抵抗の単結晶を引き上げる際に、結晶径を製品単結晶の結晶径まで徐々に増大させる。
【００３０】
最後に、得られたシリコン単結晶、すなわちトップ側に高抵抗部Ｌａを有するシリコン単結晶の高抵抗部Ｌａのライフタイムを測定することにより、低抵抗シリコン単結晶の金属汚染の判定を行う。
【００３１】
低抵抗シリコン単結晶は高抵抗部に連続しているので、仮に低抵抗シリコン単結晶にシリコン原料に由来する金属汚染があるとすれば、高抵抗部もこれと同様に汚染されているとみなすことができる。したがって、高抵抗部のライフタイムを測定することによって、製品である低抵抗シリコン単結晶の金属汚染の有無を判定することが可能となる。
【００３２】
ライフタイムの測定方法については特に限定されない。例えば、非破壊で迅速な測定が可能な装置が市販され、ウェーハの品質評価等に広く使用されているマイクロ波ＰＣＤ法を用いればよい。
【００３３】
本発明の金属汚染判定方法においては、前記高抵抗の単結晶（高抵抗部）の直径を、低抵抗のシリコン単結晶の直径よりも小さくする実施形態（これを、実施形態１と記す）を採ることが望ましい。
【００３４】
図２は、実施形態１の金属汚染判定方法を適用して得られたシリコン単結晶全体を模式的に例示する図である。
【００３５】
高抵抗部はライフタイム測定を行うのみで、製品とはならないので、図２に示すように、高抵抗部Ｌｂの直径を低抵抗シリコン単結晶（定径部４）の直径よりも小さくして、引き上げた単結晶全体に対する高抵抗部Ｌｂの比率を減少させれば、製品としての低抵抗シリコン単結晶の歩留まりを向上させることができる。
【００３６】
また、本発明の金属汚染判定方法においては、前記高抵抗の単結晶（高抵抗部）を引き上げる工程が、当該単結晶の直径を徐々に増大させる工程と、徐々に減少させる工程とを含む実施形態（これを、実施形態２と記す）を採用することが望ましい。
【００３７】
図３は、実施形態２の金属汚染判定方法を適用して得られたシリコン単結晶全体を模式的に例示する図で、高抵抗部Ｌｃの直径が徐々に増大する部分５ａと、徐々に減少する部分５ｂを有している。
【００３８】
この高抵抗部Ｌｃの直径の増大工程および減少工程は、前掲の特許文献１に記載される単結晶引上げ方法で、抵抗率測定用のサンプル単結晶を引き上げる際に採用されている工程であるが、本発明の金属汚染判定方法において、高抵抗部の単結晶引上げにこの工程を適用すれば、高抵抗部Ｌｃの直径を減少させる分だけ高抵抗部の引上げ量を減少させ得るので、製品としての低抵抗シリコン単結晶の歩留まりをより一層向上させることが可能となる。また、高抵抗部の直径を徐々に減少させること、さらには、図３に示すように、ネック部２ａを形成する工程を含めることは、結晶の無転位化を確実に達成する上で極めて有効である。
【００３９】
以上説明したように、本発明の低抵抗シリコン単結晶の金属汚染判定方法およびその実施形態によれば、育成されたままの状態で製品出荷されるシリコン単結晶における金属汚染の有無を判定することができる。特に、ライフタイム測定が困難な低抵抗のシリコン単結晶における金属汚染の評価は、その対象がウェーハであっても容易ではなく、評価にコストと時間がかかる原子吸光分析法や二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ法）を使用しなければならないが、本発明の判定方法を適用することにより、金属汚染の判定を容易に行える。
【実施例】
【００４０】
前記の実施形態１の方法を適用して、トップ側に高抵抗部を有する低抵抗シリコン単結晶を育成し、マイクロ波ＰＣＤ法により高抵抗部のライフタイムを測定した。
【００４１】
ドーパントとしてボロン（Ｂ）を添加したシリコン溶融液の表面に種結晶を浸漬し、これを回転させつつ上方に引き上げ、ネッキングプロセスを経て、種結晶の下端面に直径４インチのシリコン単結晶（高抵抗部）を形成させた。この部分の抵抗率は１０Ωｃｍとした。
【００４２】
直径４インチで結晶の高抵抗部の引上長が５０ｍｍに達した時点で、シリコン溶融液中にＢを追加ドープし、引き上げ速度を低下させて結晶径を徐々に増大させ、直径６インチ、引上長１３００ｍｍの低抵抗シリコン単結晶を育成した。抵抗率は０．０１７Ωｃｍであった。
【００４３】
同じＢ添加シリコン溶融液から、同様にして、直径４インチ、引上長が５０ｍｍの高抵抗部を形成させ、これに連続して直径８インチ、引上長１７００ｍｍの低抵抗シリコン単結晶を育成した。さらに、同じＢ添加シリコン溶融液から、同様に、直径４インチの高抵抗部を形成させ、これに連続して直径１２インチ、引上長５００ｍｍの低抵抗シリコン単結晶を育成した。
【００４４】
これら３本のシリコン単結晶（トップ部に高抵抗部を有する低抵抗シリコン単結晶）の高抵抗部のライフタイムをマイクロ波ＰＣＤ法により測定したところ、いずれも支障なく測定することができ、それぞれの測定結果に差はなかった。これにより、本発明の低抵抗シリコン単結晶の金属汚染判定方法が、育成されたままの状態で製品出荷される低抵抗のシリコン単結晶における金属汚染の評価に適用できることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の低抵抗シリコン単結晶の金属汚染判定方法は、ＣＺ法により、トップ側で高抵抗部を育成した後、溶融液にドーパントを供給して低抵抗の単結晶シリコンの引上げを行い、前記高抵抗部のライフタイムを測定する金属汚染判定方法である。この方法によれば、育成されたままの状態で製品出荷される、しかもライフタイム測定が困難な低抵抗のシリコン単結晶における金属汚染の有無を判定することができる。前記高抵抗部の直径を低抵抗シリコン単結晶の直径よりも小さくする実施形態を採れば、製品としての低抵抗シリコン単結晶の歩留まりを向上させることができ、高抵抗部の直径を徐々に増大させる工程および徐々に減少させる工程を含む実施形態を採れば、前記歩留まりの向上に加え、結晶の無転位化の確実な達成が可能となる。
【００４６】
したがって、本発明の金属汚染判定方法は、シリコン単結晶の育成方法は、半導体基板材料の製造分野において広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の金属汚染判定方法を適用して得られたシリコン単結晶全体を模式的に例示する図である。
【図２】実施形態１の金属汚染判定方法を適用して得られたシリコン単結晶全体を模式的に例示する図である。
【図３】実施形態２の金属汚染判定方法を適用して得られたシリコン単結晶全体を模式的に例示する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：種結晶
２、２ａ：ネック部
３：肩部
４：定径部
５ａ：直径が徐々に増大する部分
５ｂ：直径が徐々に減少する部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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