锭块的制造方法、半导体晶片的制造方法及锭块的制造装置

锭块的制造方法、半导体晶片的制造方法及锭块的制造装置

　　技术领域

　　本发明涉及一种锭块的制造方法、半导体晶片的制造方法及锭块的制造装置。

　　背景技术

　　一直以来，对利用提拉法而提拉的单晶硅锭，在提拉后直接以锭的状态进行了外周磨削。外周磨削后，将锭切断成规定长度的锭块，针对各锭块用X射线衍射确定取向基准位置，并对应于取向基准位置形成了定向平面或缺口(例如参考专利文献1)。

　　但是，在半导体晶片的器件工艺中，有时由高温热处理工序中产生的滑移位错引起的不良成为问题。该不良依赖于半导体晶片强度。

　　通常，半导体晶片的高氧浓度区域为高强度，低氧浓度区域为低强度。因此，若半导体晶片中存在低氧浓度区域，则产生由滑移位错引起的不良的风险变高。

　　另一方面，由提拉法制造的单晶硅锭的外周容易吸收培育单晶硅时的坩埚内熔液的液面表层的低氧熔液。因此，单晶硅锭具有越靠外周部则晶格间氧浓度越降低的倾向。因此，在外周磨削工序中，为了减少器件工艺中的由滑移位错引起的不良，如何去除低氧浓度区域而使其变少成了课题。

　　现有技术文献

　　专利文献

　　专利文献1：日本特开平06-166600号公报

　　发明内容

　　发明所要解决的技术问题

　　所述专利文献1中记载的技术中，由于以锭的状态进行外周磨削，因此有时在锭的径向中心位置产生所谓的弯曲的偏芯。若在所期望的位置将这种锭切断成锭块，并进行外周磨削，则伴随着径向中心位置的偏芯，而在低氧浓度区域中也产生偏芯，因此导致锭块的低氧浓度区域增大。

　　然后，若将低氧浓度区域增大的锭块进行切片而制造半导体晶片，则有半导体晶片的外周部的低氧浓度区域增大，器件工艺中的由滑移位错引起的不良的风险变高的课题。

　　本发明的目的在于，提供一种能够制造器件工艺中的由滑移位错引起的不良的发生风险被降低的半导体晶片的锭块的制造方法、半导体晶片的制造方法及锭块的制造装置。

　　用于解决技术问题的方案

　　本发明的锭块的制造方法为通过切断利用提拉法提拉的单晶硅锭并进行外周磨削，从而制造单晶硅的锭块的锭块的制造方法，所述锭块的制造方法的特征在于，执行如下工序：在沿所述锭的长边方向的1个以上的位置，测量所述锭的径向中心位置的工序；设定测量出的所述锭的径向中心位置的偏离量为规定的偏芯量以下的基准位置的工序；根据已设定的基准位置，将所述锭切断成锭块的工序；及执行已切断的各锭块的外周磨削的工序。

　　根据本发明，由于在沿锭的长边方向的多个位置测量锭的径向中心位置，因此能够对应于锭的长边方向位置，掌握锭的径向中心位置的偏离量。因此，在径向中心位置的偏离量相对于基准位置成为规定的偏芯量以下的径向中心位置，切断成锭块，从而能够使得锭块内的径向中心位置的偏离量在规定的偏芯量以下。

　　并且，将径向位置的偏离量为规定的偏芯量以下的锭块进行外周磨削，由此能够减少锭块的外周部的低氧浓度区域。因此，通过切片这种锭块而制造半导体晶片，能够降低器件工艺中的由滑移位错引起的不良的发生风险。

　　本发明中，优选所述测量径向中心位置的工序使所述锭沿周向旋转而进行测量。

　　根据本发明，使锭沿周向旋转而进行测量，由此能够掌握径向中心位置朝向哪个方向偏芯。因此，由于能够掌握锭的偏芯方向，因此能够更准确地测量锭的径向中心位置。

　　本发明中，当提拉后的所述锭的直径为D1(mm)、由所述锭所制造的半导体晶片的直径为D2(mm)时，所述规定的偏芯量Δ(mm)优选由以下式(1)确定。

　　(D1-D2)/2-Δ≥3(mm)……(1)

　　在锭的外周端部产生的低氧浓度区域形成于从锭的外周端部到规定的径向深度。因此，通过设为满足式(1)的规定的偏芯量Δ，能够可靠地去除低氧浓度区域。

　　本发明的半导体晶片的制造方法的特征在于，执行如下工序：利用前述的任一种锭块的制造方法制造单晶硅的锭块的工序；及将已制造出的锭块进行切片而制造多个晶片的工序。

　　根据本发明，能够享有与前述作用及效果相同的作用及效果。

　　本发明的锭块的制造装置为切断利用提拉法提拉的单晶硅锭而制造单晶硅的锭块的锭块的制造装置，其特征在于，具备：载置台，载置所述锭；测量器，设置为能够沿着所述载置台上的锭的长边方向移动；切断机，设置为能够沿着所述载置台上的锭的长边方向移动；及控制器，进行所述测量器及所述切断机的移动控制，所述测量器具备：外周端面位置检测部，对所述锭的外周面的端部照射激光，检测照射后的激光，从而检测所述锭的外周面的端部位置；及中心位置计算部，根据由所述外周端面位置检测部检测的所述锭的外周面的端部位置，计算所述锭的径向中心位置，所述控制器具备：测量位置移动控制部，使所述测量器移动而使其在锭的长边方向的1个以上的位置测量所述锭的径向中心位置；基准位置设定部，在所述锭的长边方向的各位置，根据由所述中心位置计算部所计算的径向中心位置，设定成为所述锭的切断位置的基准的基准位置；及切断位置移动控制部，使所述切断机移动到由所述基准位置设定部设定的基准位置而进行所述锭的切断。

　　根据本发明，能够通过装置自动地执行前述锭块的制造方法，因此能够实现锭块制造的效率化及节省劳力化。

　　附图说明

　　图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的单晶硅的提拉装置的结构的示意图。

　　图2是表示所述实施方式中从半导体晶片的晶片中心到端部为止的晶格间氧浓度的变化的图表。

　　图3A是用于说明所述实施方式中单晶硅锭的有无偏芯所造成的差异的示意图。

　　图3B是用于说明所述实施方式中单晶硅锭的有无偏芯所造成的差异的示意图。

　　图4是表示用于测量所述实施方式中单晶硅锭的径向中心的偏芯量的偏芯测量器的结构的示意图。

　　图5是表示所述实施方式中的单晶硅的锭块的制造方法的流程图。

　　图6A是用于说明所述实施方式中的效果的示意图。

　　图6B是用于说明所述实施方式中的效果的示意图。

　　图7是表示本发明的第2实施方式所涉及的锭块的制造装置的结构的示意图。

　　图8是表示所述实施方式中的控制器的结构的功能框图。

　　具体实施方式

　　以下，根据附图说明本发明的实施方式。

　　[1]单晶硅的提拉装置1的结构

　　图1中示出表示能够适用本发明的第1实施方式所涉及的单晶硅10的制造方法的单晶硅提拉装置1的结构的一例的示意图。提拉装置1为利用提拉法提拉单晶硅10的装置，该装置具备构成轮廓的腔室2以及配置于腔室2的中心部的坩埚3。

　　坩埚3是由内侧的石英坩埚3A和外侧的石墨坩埚3B构成的双层结构，其固定于能够旋转及升降的支承轴4的上端部。

　　在坩埚3的外侧设置了包围坩埚3的电阻加热式的加热器5，在其外侧沿着腔室2的内表面设置了绝热材料6。

　　在坩埚3的上方设置了在与支承轴4同轴上向相反的方向或相同方向以规定速度旋转的线材等提拉轴7。在该提拉轴7的下端安装了籽晶8。

　　在腔室2内，在坩埚3内的硅熔液9的上方配置了包围培育中的单晶硅10的圆筒状的水冷体11。

　　水冷体11例如由铜等导热性良好的金属构成，通过在其内部流通的冷却水强制地冷却单晶硅10。该水冷体11发挥如下作用：促进培育中的单晶硅10的冷却，控制单晶中心部及单晶外周部的提拉轴7方向的温度梯度。

　　并且，以包围水冷体11的外周面及下端面的方式配置了筒状的热屏蔽体12。

　　热屏蔽体12的发挥如下作用：对于培育中的单晶硅10，切断来自坩埚3内的硅熔液9、加热器5和坩埚3的侧壁的高温的辐射热，并且，对于作为晶体生长界面的固液界面附近，抑制向外部的热扩散，控制单晶中心部及单晶外周部的提拉轴方向的温度梯度。

　　另外，热屏蔽体12还具有利用从炉上方导入的非活性气体将来自硅熔液9的蒸发物排到炉外的整流筒的作用。

　　在腔室2的上部设置了将氩气(以下称为Ar气体)等非活性气体导入到腔室2内的气体导入口13。在腔室2的下部设置了排气口14，其通过未图示的真空泵的驱动吸引腔室2内的气体并将其排出。

　　从气体导入口13被导入到腔室2内的非活性气体，在培育中的单晶硅10和热屏蔽体12之间下降，通过热屏蔽体12的下端与硅熔液9的液面之间的间隙后，流向热屏蔽体12的外侧，再流向坩埚3的外侧，之后在坩埚3的外侧下降，从而从排气口14排出。

　　使用这种提拉装置1制造单晶硅10时，在将腔室2内维持在减压下的非活性气体环境的状态下，通过加热器5的加热使填充于坩埚3的多晶硅等固体原料熔融，从而形成硅熔液9。

　　当硅熔液9形成于坩埚3内时，使提拉轴7下降而使籽晶8浸渍于硅熔液9中，一边使坩埚3及提拉轴7向规定方向旋转，一边逐渐提拉提拉轴7，由此培育与籽晶8连接的单晶硅10。

　　[2]在半导体晶片中产生低氧浓度区域的原因

　　当使用前述单晶硅的提拉装置1进行了单晶硅10的提拉时，被提拉的单晶硅10的锭的外周部分容易吸收硅熔液9的液面表层的低氧熔液。

　　因此，半导体晶片的外周部分，其晶格间氧浓度[Oi]降低的倾向明显，如图2所示，在300mm直径的半导体晶片的情况下，在从晶片中心起算超过147mm的外周部分，晶格间氧浓度[Oi]大幅降低。

　　如此，通常在被提拉的单晶硅10的锭中，晶格间氧浓度[Oi]随着朝向径向外侧而降低，在锭表面存在晶格间氧浓度[Oi]最低的区域。

　　因此，通过进行单晶硅10的外周磨削，能够去除晶格间氧浓度[Oi]降低的区域，因此能够获得作为已去除晶格间氧浓度[0i]低的区域的最终产品的半导体晶片。

　　在此，关于单晶硅10的锭，当单晶硅10在没有偏芯或者以容许范围的偏芯被提拉时，如图3A的A-A线剖视图所示，低氧浓度区域以晶体中心O为中心，在晶格间氧浓度[Oi]的高氧浓度区域的外周部分以相同厚度形成。

　　此时，若在单晶硅10的锭的状态下，以恒定移除量执行外周磨削，则在磨削后能够完全地削去低氧浓度区域，例如图2中的[Oi]变化率0.7～0.8的部分。

　　相对于此，在实际的单晶硅10的提拉中，如图3B所示，有时在单晶硅10的锭中产生弯曲，在单晶硅10的径向发生晶体中心的偏芯。

　　单晶硅10的锭的弯曲是因提拉实际值相对于提拉目标值有偏差而发生，主要因提拉速度、晶体转速而引起的。

　　当单晶硅10的锭中已发生弯曲时，如图3B的B-B线剖视图所示，导致提拉途中的晶体中心O2相对于成为基准位置的提拉开始位置中的晶体中心O1向径向偏芯。如此一来，在晶体中心O2周围以恒定厚度尺寸产生的低氧浓度区域也会偏芯。

　　若以该状态进行单晶硅10的锭的外周磨削，则在单晶硅10的锭周围以恒定的移除量进行外周磨削。因此，如B-B线剖视图的下部所示，当进行外周磨削时，单晶硅10的锭会产生移除量大的部分和移除量少的部分。移除量小的部分中，由于移除量少，因此，如图3B的区域10A，导致残留低氧浓度区域。

　　若对这种单晶硅10的锭进行切片而制造半导体晶片，则会制造出在晶片外周部分残留有氧浓度非常低的低氧浓度区域的半导体晶片，并且由于该低氧浓度区域的残留，器件工艺中的由滑移位错引起的不良的风险变大。

　　因此，在本实施方式中，在沿着单晶硅10的锭的提拉方向的多个位置测量锭的径向中心位置，即晶体中心，并根据测量结果，确定切断成锭块的位置。

　　[3]偏芯测量器20的结构

　　通过使用图4所示的偏芯测量器20能够测量单晶硅10的锭的径向中心位置。偏芯测量器20具备载置台21、移动机构22及测量部23。

　　载置台21为载置单晶硅10的锭的基台，其具有稍微小于单晶硅10的径向尺寸的宽度尺寸以及与单晶硅10的锭的直体部的长度尺寸大致相同的长边方向尺寸。在载置台21的上表面沿着载置台21的长边方向设置了多个固定滚轮21A。

　　移动机构22构成为使测量部23能够沿着单晶硅10的长边方向移动，其具备移动机构主体22A及测量部安装部22B。

　　移动机构主体22A设置为：能够在装设载置台21的平台上沿着单晶硅10的锭的长边方向自由移动。移动机构主体22A构成为在内部嵌入计算功能的机器人，其以基于测量部23的锭的径向中心位置的测量结束为触发，进行移动控制。

　　测量部安装部22B构成为从移动机构主体22A的上表面向垂直方向突出的柱状部件。在测量部安装部22B的上部设有测量部23。

　　测量部23测量单晶硅10的锭的径向中心位置。测量部23具备保持臂23A、下垂部23B、激光照射部23C及激光接收部23D。

　　保持臂23A设置于测量部安装部22B的上部，向水平方向延伸。

　　下垂部23B有2支，设置为从保持臂23A向下方下垂，并配置于单晶硅10的径向端部。另外，各下垂部23B也可以设置为对应于单晶硅10的直径能够相对于保持臂23A自由滑动。

　　激光照射部23C设置于各下垂部23B的延伸方向基端。激光照射部23C对于单晶硅10的锭，向锭的径向端部照射规定宽度的激光。

　　激光接收部23D设置于各下垂部23B的延伸方向下端。激光接收部23D，检测从激光照射部23C照射的激光，并从照射后的激光检测单晶硅10的锭的端部位置。具体而言，激光接收部23D具有对应于激光照射部23C的激光照射窗的受光窗，检测被单晶硅10的锭屏蔽的激光的宽度方向位置。

　　即，激光照射部23C及激光接收部23D对称地配置于单晶硅10的锭的两端部，作为检测锭的外周面端部位置的外周端面位置检测部发挥作用。另外，本实施方式中，在锭的两端设置激光照射部23C及激光接收部23D，但本发明并不限于此。例如，也可以仅在单晶硅10的锭的单侧端部设置激光照射部23C及激光接收部23D，使单晶硅10的锭旋转，由此能够检测单晶硅10的锭的端部。

　　用这种测量部23分别求出在锭的两端部中由锭造成的激光的屏蔽量。从宽度方向的激光的屏蔽量，相较于两端部均等的情况，能够求出单晶硅10的端部位置向宽度方向偏移多少程度。所求出的偏离量能够作为单晶硅10的锭的径向中心位置而被求出。关于这种锭的径向中心位置的计算，还能够由另外设置于外部的控制器来实施，但在本实施方式中，由移动机构主体22A内的计算处理装置进行计算。即，计算处理装置作为本发明的中心位置计算部发挥作用。

　　如图4所示，将载置台21设成能够通过固定滚轮21A使单晶硅10的锭沿周向旋转。若使锭旋转，则能够在相同位置对偏离量进行多次测量，能够掌握锭的径向中心位置是偏向哪个方向。

　　此时，若相对于1个方向的偏离量d1，将另一个方向的偏离量设为d2，则作为代表值的偏离量能够通过d＝√(d12+d22)而进行计算。

　　[4]本实施方式中的单晶硅10的锭块的制造方法

　　根据图5所示的流程图实施单晶硅10的锭块的制造方法。

　　使用前述提拉装置1进行单晶硅10的提拉(工序S1)。

　　对已被提拉的单晶硅10的锭进行径向中心的测量(工序S2)。具体而言，以单晶硅10的顶部侧或者尾部侧的直体部的长边方向端部为最初的基准位置，沿着提拉方向在多个位置进行测量。例如，当以顶部侧的直体部端部为基准位置时，从顶部侧向尾部侧，进行多个位置处的径向中心位置的测量。

　　判断在一位置是否进行了多次测量(工序S3)。

　　当尚未结束多次测量时，使单晶硅10的锭绕着提拉轴旋转(工序S4：参考图4)，返回到工序S2，执行多次测量。

　　若多次测量已结束，则通过移动机构22使测量部23向单晶硅10的长边方向移动，设定新的测量位置(工序S5)。

　　使测量部23移动之后，在新的测量位置从工序S2执行，遍及单晶硅10的锭的长边方向的全长，重复进行测量，直到径向中心位置均被测量为止(工序S6)。

　　若所有的单晶硅10的径向中心位置均被测量，则将测量结果小于规定的偏芯量的位置设定为作为单晶硅10的锭的切断位置的基准的基准位置(工序S7)。

　　在此，基准位置是指：测量完成的单晶硅10的径向中心位置的偏离量的最大值与块体两端位置的偏离量之差中的值更大的一侧的锭块的端面。具体而言，当锭块的偏芯量的测量值的最大值为MAX(mm)、顶部侧的锭块的端面的偏离量的测量值为X1(mm)、尾部侧的锭块的端面的偏离量的测量值为X2(mm)时，基准位置设定为|MAX-X1|(mm)及|MAX-X2|(mm)中的值更大的一侧的端面。

　　当单晶硅10的锭的直径为D1(mm)、由锭所制造的半导体晶片的直径为D2(mm)时，通过以下式(2)设定规定的偏芯量Δ。

　　(D1-D2)/2-Δ≥3(mm)……(2)

　　例如，当D1＝312mm、D2＝300mm时，由于3(mm)≥Δ，因此单晶硅10的径向中心位置的规定的偏芯量Δ为3mm。

　　基准位置是根据规定的偏芯量Δ而进行设定的，且设定为规定的偏芯量Δ以下。例如，当规定的偏芯量Δ为3mm时，能够将径向中心位置的偏离量为3mm以下的范围设定为基准位置。

　　设定了基准位置之后，以基准位置为切断位置，切断单晶硅10的锭，从而制造多个锭块(工序S8)。锭块的切断使用带锯机等通用的切断机械来进行。另外，本实施方式中，仅以弯曲的观点确定切断位置，但在实际制造中，能够在已测量到的所述锭的径向中心位置的偏离量为规定的偏芯量以下的范围内，即，在满足以弯曲的观点确定的条件的范围内，以弯曲以外的观点设定切断位置。

　　例如，能够以如下方式设定切断位置：使得不超过磨削块体的外周的外周磨削加工机或者将块体切片为晶片状的切片加工机能够进行加工处理的块体长度。若举出一例，则当几乎没有单晶硅10的径向中心位置的偏离量，且在单晶硅的长边方向的整个区域中的锭的径向中心位置的偏离量为规定的偏芯量以下时，有时以成为外周磨削加工机或切片加工机能够进行加工处理的最大的块体长度的方式切断锭。

　　另外，也能够根据提拉速度的实际结果等其他提拉控制资料和从锭块的端部切出的样本晶片的品质评价结果来设定切断位置。

　　最后，进行已被切断的锭块的外周磨削(工序S9)。锭块的外周磨削是使用通用的外周磨削机来进行。

　　当所有的锭块的切出及外周磨削都结束时，将锭块送到切片工序中(工序S10)，在切片工序中，用线锯等进行半导体晶片的切片，而制造半导体晶片。

　　[5]实施方式的效果

　　根据上述的本实施方式具有如下述的效果。

　　即，如图6A所示，已被提拉的单晶硅10的锭中，在全长中径向中心位置有超过3mm的偏离量。当对其直接进行外周磨削时，无法以基于外周磨削的移除量去除单晶硅10的外周表面中所产生的低氧浓度区域，无法减少器件工艺中的由滑移位错引起的不良。

　　相对于此，若通过基于本实施方式的锭块的制造方法进行锭块的切出，则如图6B所示，在各锭块中能够将偏离量控制为如下：在锭块A中偏离量为1.7mm、在锭块B中偏离量为1.0mm、在锭块C中偏离量为0.4mm、在锭块D中偏离量为1.0mm、在锭块E中偏离量为1.5mm。

　　因此，对从锭块A到锭块E的各自进行外周磨削，由此能够可靠地除掉产生于锭表面的低氧浓度区域，能够降低制造出的半导体晶片的由滑移位错引起的不良。

　　[6]第2实施方式

　　接着，对本发明的第2实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，对与已经说明的部分相同的部分，省略其说明。

　　在前述的第1实施方式中，使用偏芯测量器20测量单晶硅10的锭的径向中心的偏芯量，并另外使用通用的带锯机等来从锭切断出锭块。

　　相对于此，在本实施方式中的不同点在于，如图7所示，通过将偏芯测量器20和切断机32一体化的锭块的制造装置30制造锭块。

　　如图7所示，锭块的制造装置30具备设置于单晶硅10的锭的下部的载置台(省略图示)、偏芯测量器20、轨道31、切断机32及控制器33。

　　作为测量器的偏芯测量器20，和第1实施方式的结构相同，因此省略其说明。并且，和第1实施方式相同地，轨道31设置为沿着单晶硅10的锭块的长边方向延伸，其将偏芯测量器20支承为能够向延伸方向移动。

　　切断机32和偏芯测量器20相同地，被支承为能够在轨道31上移动。切断机32为通用带锯机切断机，其具备一对滑轮32A及叶片32B。

　　一对滑轮32A以能够旋转的方式被支承于未图示的支承台上，其中一个滑轮与伺服马达等驱动源连接。

　　叶片32B卷装在一对滑轮32A上。叶片32B由具有规定的宽度尺寸的环形带构成，在叶片32B的宽度方向下端部形成由金属粘结剂等构成的刀刃。

　　作为控制器的控制器33执行偏芯测量器20的移动控制及测量控制、切断机32的移动控制及切断控制。如图8所示，控制器33具备测量位置移动控制部33A、基准位置设定部33B及切断位置移动控制部33C。

　　测量位置移动控制部33A控制偏芯测量器20在轨道31上要移动到的位置。测量位置移动控制部33A，对于偏芯测量器20，从单晶硅10的锭的直体部端部进行分步式的位置确定控制，使偏芯测量器20移动到锭的长边方向上的均等的位置。

　　基准位置设定部33B将偏芯测量器20所测量到的锭的径向中心位置为相对于规定的偏芯量Δ而设定的阈值以上的位置设定为基准位置。具体而言，例如，基准位置设定部33B从存储器等读取前述式(2)，将偏芯测量器20所测量到的偏离量代入到式(2)中，在单晶硅10的径向中心位置的偏离量为规定的偏芯量Δ以下的部分中，在超过了设定为小于偏芯量Δ的阈值的范围内设定基准位置。已设定的基准位置被储存在控制器33的存储器等存储装置中。

　　切断位置移动控制部33C从存储器中叫出基准位置设定部33B所设定的切断位置，使切断机32移动到切断位置，开始切断机32的伺服马达的驱动，将控制指令输出到切断机32，将单晶硅10的锭切断成规定的长度尺寸的锭块。

　　根据上述的本实施方式，能够享有与前述的第1实施方式相同的作用及效果。

　　附图标记说明

　　1-提拉装置，2-腔室，3-坩埚，3A-石英坩埚，3B-石墨坩埚，4-支承轴，5-加热器，6-绝热材料，7-提拉轴，8-籽晶，9-硅熔液，10-单晶硅，10A-区域，11-水冷体，12-热屏蔽体，13-气体导入口，14-排气口，20-偏芯测量器，21-载置台，21A-固定滚轮，22-移动机构，22A-移动机构主体，22B-测量部安装部，23-测量部，23A-保持臂，23B-下垂部，23C-激光照射部，23D-激光接收部，30-制造装置，31-轨道，32-切断机，32A-滑轮，32B-叶片，33-控制器，33A-测量位置移动控制部，33B-基准位置设定部，33C-切断位置移动控制部，A-锭块，B-锭块，C-锭块，D-锭块，E-锭块，O-晶体中心，O1-晶体中心，O2-晶体中心，S1-工序，S10-工序，S2-工序，S3-工序，S4-工序，S5-工序，S6-工序，S7-工序，S8-工序，S9-工序。