シリコンウェーハの清浄化方法及びそれを用いたシリコンウェーハの製造方法
【課題】シリコンウェーハの製造時においてニッケル等の金属不純物が内方拡散された場合であっても、コストが大きく増加することなく、シリコンウェーハの表面のみならず、ウェーハ内部に含まれるニッケル等の金属不純物の低減を図ることができるシリコンウェーハの清浄化方法及びそれを用いたシリコンウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法は、ＣＺ法により育成したシリコン単結晶インゴットからスライスされたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、発光波長を１０００ｎｍ以上に制御した光を照射するランプ加熱により、１００℃以上８００℃以下の最高到達温度まで昇温して、前記最高到達温度を１秒以上６０秒以下保持する熱処理を行うことで前記シリコンウェーハの表面に金属不純物を偏析させる工程と、前記偏析させた金属不純物を除去する工程と、を備える
【解決手段】本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法は、ＣＺ法により育成したシリコン単結晶インゴットからスライスされたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、発光波長を１０００ｎｍ以上に制御した光を照射するランプ加熱により、１００℃以上８００℃以下の最高到達温度まで昇温して、前記最高到達温度を１秒以上６０秒以下保持する熱処理を行うことで前記シリコンウェーハの表面に金属不純物を偏析させる工程と、前記偏析させた金属不純物を除去する工程と、を備える
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハの清浄化方法及びそれを用いたシリコンウェーハの製造方法に関し、特に、シリコンウェーハの内部に含まれる金属不純物の低減を図ることができるシリコンウェーハの清浄化方法及びそれを用いたシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法ともいう）によってシリコン単結晶インゴットを育成し、スライス処理、平坦化処理（ラッピング処理や研削処理等）などの機械加工プロセスを経たシリコンウェーハ（以下、単に、ウェーハともいう）は、表面にダメージ層、すなわち加工変質層を有している。この加工変質層はデバイス製造プロセスにおいてスリップ転位などの結晶欠陥を誘発し、更に、ウェーハの電気特性に悪影響を及ぼす。従って、一般的には、平坦化処理後、薬液を用いたエッチング処理が行われる。
【０００３】
エッチング処理には、混酸（フッ酸、硝酸、酢酸の混合液等）を用いる酸エッチングやアルカリ（水酸化ナトリウム等）を用いるアルカリエッチングがある。このようなエッチング処理は、一般的に加熱して行われるが、薬液中に金属不純物が含まれている場合は、ウェーハ内に金属不純物が内方拡散し汚染される。特に、アルカリエッチングに用いられる水酸化ナトリウムは、一般的に、食塩の電解によって製造されるが、この場合、薬液中に、数十ｐｐｂから数ｐｐｍの金属不純物（ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）が含まれている。これら金属不純物は、デバイス構造におけるゲート膜の信頼性を劣化させる要因となる。
【０００４】
以上の問題を解決するために、特許文献１には、脂肪族４級アンモニウム塩を含有させることでニッケル金属によるシリコンウェーハへの汚染を防止することができるシリコンウェーハエッチング用苛性ソーダ水溶液が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、アルカリ溶液中に存在している金属イオンの可逆電位に比べ、卑な酸化電位をもつ還元剤を溶解することにより、アルカリ溶液中に存在する金属イオンの非イオン化処理を行い、この非イオン化処理を受けたアルカリ溶液を用いて半導体ウェーハをエッチングする半導体ウェーハのエッチング方法が開示されている。
【０００６】
更に、特許文献３には、シリコンウェーハの表面の金属不純物を有効に除去する方法として、ＳＣ‐１洗浄、ＳＣ‐２洗浄、フッ酸洗浄及びオゾン水洗浄を組み合わせて行うシリコンウェーハの洗浄方法が開示されている。
【０００７】
加えて、特許文献４には、シリコンウェーハの酸化膜耐圧を改善するためにデバイスが組み込まれるウェーハ表層部を簡易に無欠陥層とする方法として、波長０．１〜４μｍのランプを用い、石英製の容器中にシリコンウェーハを配置し、該容器外より前記ランプによって前記シリコンウェーハを、９００〜１０５０℃、１秒以上６０秒未満加熱するシリコンウェーハの熱処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−３２８１５号公報
【特許文献２】特開平１０−３１０８８３号公報
【特許文献３】特開２００８−１６６７９５号公報
【特許文献４】特開平７−１６１７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１、２に記載されたような高純度処理がなされた薬液を用いてエッチング処理を行う場合には、使用する薬液のコストが増加する問題がある。更に、このような高純度処理がなされた薬液であっても、当該薬液内の金属不純物を完全に除去することは難しく、エッチング条件（エッチング時間等）によっては、ウェーハ内部に金属不純物が内方拡散する場合もある。
【００１０】
また、特許文献３に記載された洗浄方法は、ウェーハの表面の金属不純物については除去可能であるが、ウェーハ内部、特に、ウェーハバルク部における金属不純物を低減させることは難しいという問題がある。
【００１１】
更に、ニッケル等の金属不純物の内方拡散は、前記薬液によるエッチングのみならず、シリコン単結晶インゴットの育成時や、平坦化処理時、更には、エッチング処理の後工程である鏡面研磨処理時においても同様に発生する場合がある。なお、これら全工程での使用部材や使用薬液の高純度処理による金属汚染対策はコスト等の観点から実質上困難であるといわざるを得ない。
【００１２】
加えて、特許文献４に記載された熱処理方法は、高温且つ長時間の熱処理をシリコンウェーハに与える必要がなくなるため、汚染やスリップを招くことがなく、酸化膜耐圧を改善することができるというものであるが、該熱処理時によって内方拡散された金属不純物をウェーハの内部から低減させることを目的するものではない。
【００１３】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、シリコンウェーハの製造時においてニッケル等の金属不純物が内方拡散された場合であっても、コストが大きく増加することなく、シリコンウェーハの表面のみならず、ウェーハ内部に含まれるニッケル等の金属不純物の低減を図ることができるシリコンウェーハの清浄化方法及びそれを用いたシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法は、チョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶インゴットからスライスされたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、発光波長を１０００ｎｍ以上に制御した光を照射するランプ加熱により、１００℃以上８００℃以下の最高到達温度まで昇温して、前記最高到達温度を１秒以上６０秒以下保持する熱処理を行うことで前記シリコンウェーハの表面に金属不純物を偏析させる工程と、前記偏析させた金属不純物を除去する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記発光波長は、２３００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
前記発光波長は、２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
前記熱処理前のシリコンウェーハは、前記シリコン単結晶インゴットをスライス後、平坦化処理され、更に、アルカリエッチング処理されたものであることが好ましい。
【００１８】
前記シリコン単結晶インゴットは、比抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下のボロンドープ結晶であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程と、前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程と、前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程と、前記エッチング処理されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程と、前記鏡面研磨されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程と、前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程と、前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程と、前記エッチング処理されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程と、前記清浄化されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、シリコンウェーハの製造時においてニッケル等の金属不純物が内方拡散された場合であっても、コストが大きく増加することなく、シリコンウェーハの表面のみならず、ウェーハ内部に含まれるニッケル等の金属不純物の低減を図ることができるシリコンウェーハの清浄化方法及びそれを用いたシリコンウェーハの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のシリコンウェーハの清浄化方法における熱処理に用いられる熱処理装置の一例を示す断面概念図である。
【図２】本発明のシリコンウェーハの清浄化方法における熱処理に適用される熱処理シーケンスの一例を示す概念図である。
【図３】本発明のシリコンウェーハの清浄化方法における熱処理によってシリコンウェーハ内部に含まれる金属不純物がその表面に偏析される様子を説明するウェーハ断面の概念図である。
【図４】本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法を備えたシリコンウェーハの製造方法の第１の態様を示す工程フロー図である。
【図５】本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法を備えたシリコンウェーハの製造方法の第２の態様を示す工程フロー図である。
【図６】試験１におけるウェーハ表面から深さ方向のニッケル濃度分布を示す。
【図７】試験２におけるウェーハ表面から深さ方向のニッケル濃度分布を示す。
【図８】試験３におけるウェーハ表面から深さ方向の銅濃度分布を示す。
【図９】試験４におけるウェーハ表面から深さ方向の銅濃度分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面等を参照して詳細に説明する。
本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法は、ＣＺ法により育成したシリコン単結晶インゴットからスライスされたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、発光波長を１０００ｎｍ以上に制御した光を照射するランプ加熱により、１００℃以上８００℃以下の最高到達温度まで昇温して、前記最高到達温度を１秒以上６０秒以下保持する熱処理を行うことで前記シリコンウェーハの表面に金属不純物を偏析させる工程と、前記偏析させた金属不純物を除去する工程と、を備える。
【００２４】
前記発光波長が１０００ｎｍ未満又は前記熱処理がランプ加熱以外によるもの（例えば、抵抗体による加熱）である場合には、効率よく、ニッケルや銅をウェーハ表面に偏析させることが難しい場合がある。前記最高到達温度が１００℃未満である場合には、低温であるため、効率よく、ニッケルや銅をウェーハ表面に偏析させることが難しい場合がある。また、前記最高到達温度が８００℃を超える場合には、高温となるため、当該熱処理において、ウェーハにスリップ転位が発生する場合がある。
【００２５】
前記最高到達温度における保持時間が1秒未満である場合には、熱処理時間が少ないため、効率よく、ニッケルや銅をウェーハ表面に偏析させることが難しい場合がある。前記保持時間が６０秒を超える場合には、生産性が低下すると共に、その他の熱処理起因の不具合（当該熱処理における金属不純物拡散やスリップ転位の発生等）が発生する場合がある。
【００２６】
前記熱処理は、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。このようなガス雰囲気で行うことで、窒化膜等の他の膜の形成や化学的反応等が生じることがなく、前記熱処理を行うことができる。前記不活性ガスは好適にはアルゴンガスが用いられる。
【００２７】
図１は、本発明のシリコンウェーハの清浄化方法における熱処理に用いられる熱処理装置の一例を示す断面概念図である。図１に示す熱処理装置１０は、周知の急速昇降温熱処理装置（ＲＴＰ（Rapid Thermal Process）装置）である。熱処理装置１０は、ウェーハＷを収容して熱処理を施すための反応室２０と、反応室２０内に設けられ、ウェーハＷを保持するウェーハ保持部３０と、ウェーハＷを加熱する加熱部４０と、を備える。ウェーハＷがウェーハ保持部３０に保持された状態では、反応室２０の内壁とウェーハＷのデバイス形成面Ｗ１側とで囲まれた空間である第１空間２０ａと、反応室２０の内壁とデバイス形成面Ｗ１側に対向するウェーハＷの裏面Ｗ２側とで囲まれた空間である第２空間２０ｂとが形成される。
【００２８】
反応室２０は、第１空間２０ａ及び第２空間２０ｂ内に雰囲気ガスＦＡ（実線矢印）を供給する供給口２２と、前記供給した雰囲気ガスＦＡを第１空間２０ａ及び第２空間２０ｂから排出する排出口２６と、を備える。反応室２０は、例えば、石英で構成されている。
【００２９】
ウェーハ保持部３０は、ウェーハＷの裏面Ｗ２の外周部をリング状に保持するサセプタ３２と、サセプタ３２を保持すると共に、ウェーハＷの中心を軸としてサセプタ３２を回転させる回転体３４とを備える。サセプタ３２及び回転体３４は、例えば、ＳｉＣで構成されている。
【００３０】
加熱部４０は、ウェーハ保持部３０に保持されたウェーハＷのデバイス形成面Ｗ１の上方及び裏面Ｗ２の下方の反応室２０外に配置された複数のハロゲンランプ５０からの発光波長が制御された光の照射によるランプ加熱により、ウェーハＷを両面から加熱する。
【００３１】
図１に示す熱処理装置１０を用いて、熱処理を行う場合は、反応室２０に設けられた図示しないウェーハ導入口より、ウェーハＷを反応室２０内に導入して、ウェーハＷの裏面Ｗ２の外周部をウェーハ保持部３０のサセプタ３２上にリング状に保持し、雰囲気ガスＦＡを供給すると共に、ウェーハＷを回転させながら、加熱部４０によってウェーハＷを加熱することで行う。なお、前記ランプ加熱による発光波長の調整（１０００ｎｍ以上）は、使用するハロゲンランプ５０の発光波長を調整（発光波長が１０００ｎｍ以上であるハロゲンランプを用いる等）することにより行うことができる。
【００３２】
図２は、本発明のシリコンウェーハの清浄化方法における熱処理に適用される熱処理シーケンスの一例を示す概念図である。前記熱処理に適用される熱処理シーケンスは、図２に示すように、温度Ｔ０（例えば、室温（２５℃））で保持された図１に示すような熱処理装置１０の反応室２０内にウェーハＷを設置し、前記第１空間２０ａ及び第２空間２０ｂに不活性ガスを供給する。
【００３３】
次に、温度Ｔ０（℃）から最高到達温度である１００℃以上８００℃以下（温度Ｔ１（℃））の温度範囲まで、昇温速度ΔＴｕ（℃／秒）で昇温し、その後、温度Ｔ１（℃）にて１秒以上６０秒以下（ｔ１（秒））保持した後、例えば、温度Ｔ０（℃）まで降温速度ΔＴｄ（℃／秒）で降温する。温度Ｔ０、Ｔ１は、図１に示すようなＲＴＰ装置１０の反応室２０内にウェーハＷを設置した場合において、ウェーハ保持部３０の下方に設置された図示しない放射温度計によって測定されたウェーハＷの表面温度（放射温度計がウェーハＷの径方向に複数配置されている場合はその平均温度）である。
【００３４】
図３は、前記熱処理によってシリコンウェーハ内部に含まれる金属不純物がその表面に偏析される様子を説明するウェーハ断面の概念図である。上記熱処理を行うことにより、図３に示すように、シリコンウェーハの内部（表層部ＷＳ及びバルク部ＷＢ）に含まれている金属不純物Ｍは、ウェーハの表面（デバイス形成面Ｗ１及び裏面Ｗ２）側に拡散されていき、該表面上に偏析される。
【００３５】
次に、前記熱処理によってウェーハの表面に偏析された金属不純物を該表面から除去する。前記金属不純物を除去する方法は、周知のＳＣ‐１洗浄、ＳＣ‐２洗浄やフッ酸（ＨＦ）洗浄等を単独又は組み合わせて用いて行うことができる。
【００３６】
本発明に係わるシリコンウェーハの清浄化方法は、このような方法により行われるため、シリコンウェーハの製造時においてニッケル等の金属不純物が内方拡散された場合であっても、コストが大きく増加することなく、シリコンウェーハの表面のみならず、ウェーハ内部に含まれるニッケル等の金属不純物の低減を図ることができる。
【００３７】
前記発光波長は、２３００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることが好ましい。このような発光波長とすることで、効率的に銅をウェーハ表面に偏析させることができる。なお、この発光波長の調整は、使用するハロゲンランプの発光波長を調整（発光波長が２３００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下のハロゲンランプを用いる等）することにより行うことができる。前記発光波長は、更に好ましくは、２３００ｎｍ以上２４００ｎｍ以下である。
【００３８】
前記発光波長は、２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることが好ましい。このような発光波長とすることで、銅に加え、効率的にニッケル金属もウェーハ表面に偏析させることできる。なお、この発光波長の調整は、使用するハロゲンランプ５０の発光波長を調整（発光波長が２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下のハロゲンランプを用いる等）することにより行うことができる。前記発光波長は、更に好ましくは、２６００ｎｍ以上２７００ｎｍ以下である。
【００３９】
前記熱処理前のシリコンウェーハは、前記シリコン単結晶インゴットをスライス後、平坦化処理され、更に、アルカリエッチング処理されたものが好適に用いられる。前述した混酸による酸エッチングは、エッチング速度が速いため、ウェーハを均一にエッチングすることが難しい場合があり、一方、アルカリエッチングはエッチング速度が遅いため、平坦化処理（ラッピング処理等）された平坦度を維持させつつエッチングを行うことが可能であるが、前記アルカリエッチングに使用される薬液（水酸化ナトリウム水溶液等）は混酸と比べると、ニッケルや銅が多く含まれている場合があり、当該金属不純物により汚染されやすいという問題がある。
従って、このようなアルカリエッチング処理されたものに対して、前記熱処理を行うことで、ウェーハ内部のニッケルや銅をウェーハ表面に偏析させてウェーハ内部における金属不純物を低減させることができるため、酸エッチング処理品と比べて、金属不純物汚染の問題がなく平坦度が高いシリコンウェーハを得ることができる。
【００４０】
前記シリコン単結晶インゴットは、比抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下のボロンドープ結晶が好適に用いられる。このような抵抗率が低い結晶は、ＣＺ法によるシリコン単結晶インゴットの育成時に、大量のドープ剤を添加するため、該ドープ剤に含まれるニッケルや銅などの金属不純物が多く取り込まれる可能性が高くなるが、このような場合であっても、前記熱処理を行うことにより、ウェーハ内部のニッケルや銅をウェーハ表面に偏析させてウェーハ内部における金属不純物を低減させることができるため好ましい。
【００４１】
前記熱処理における昇温速度（図２でいうとΔＴｕ（℃／秒））及び降温速度（図２でいうとΔＴｄ（℃／秒））は、特に限定されることはないが、生産性やスリップ転位発生等の観点から、１０℃／秒以上１５０℃／秒以下であることが好ましい。
【００４２】
次に、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法について説明する。図４は、前述した本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法を備えたシリコンウェーハの製造方法の第１の態様を示す工程フロー図である。本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程（Ｓ１０１）と、前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程（Ｓ１０２）と、前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程（Ｓ１０３）と、前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程（Ｓ１０４）と、前記エッチング処理されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程（Ｓ１０５）と、前記鏡面研磨されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程（Ｓ１０６）と、を備える。
【００４３】
すなわち、この第１の態様では、前述したシリコンウェーハの清浄化方法を、前記鏡面研磨されたシリコンウェーハに対して行う。このような工程を備えることで、シリコンウェーハの表面のみならず、ウェーハ内部に含まれるニッケル等の金属不純物の低減が図られたシリコンウェーハを得ることができる。
【００４４】
なお、前記平坦化処理には、周知のラッピング処理、片面研削処理、両面研削処理が含まれる。前記エッチング処理には、前述した酸エッチングやアルカリエッチングが含まれる。前記鏡面研磨には、周知の片面研磨、両面研磨が含まれる。
【００４５】
図５は、前述した本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法を備えたシリコンウェーハの製造方法の第２の態様を示す工程フロー図である。
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程（Ｓ２０１）と、前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程（Ｓ２０２）と、前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程（Ｓ２０３）と、前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程（Ｓ２０４）と、前記エッチング処理されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程（Ｓ２０５）と、前記清浄化されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程（Ｓ２０６）と、を備える。
【００４６】
すなわち、この第２の態様では、前述したシリコンウェーハの清浄化方法を、エッチング処理後、鏡面研磨前に行う。このように、鏡面研磨前に前述した清浄化方法を行うことで、鏡面研磨前にシリコンウェーハの内部の金属不純物を低減させることができる。
従って、研磨剤を再利用して同一の研磨剤を複数回使用する鏡面研磨を行う場合には、研磨されるシリコンウェーハからの逆汚染を抑制することができるため、研磨剤の再利用回数を増加させることができる。従って、鏡面研磨においてコストダウンを図ることができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により限定解釈されるものではない。
［試験１］
（実施例１）
ＣＺ法によりボロンを３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上ドープして比抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下であるボロンドープ結晶（シリコン単結晶インゴット）を育成し、該結晶をスライス後、ラッピング処理し、更に、両面研削を行った後、水酸化ナトリウム水溶液（濃度８０％：関東化学株式会社製）を用いて、８０℃まで加熱してアルカリエッチングを行った。
その後、更に、両面研磨を行って、両面が鏡面である直径３００ｍｍ、厚さ７５０μｍのシリコンウェーハを得た。次に、このシリコンウェーハを、室温（２５℃）で保持された図１に示すような熱処理装置の反応室内に投入し、発光波長が１０００ｎｍ（波長変化許容幅：９５０ｎｍ〜１０５０ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により、図２に示すような熱処理シーケンスにて、昇温速度を１００℃／秒、最高到達温度を１００℃、その保持時間を３０秒、降温速度を１００℃／秒として熱処理を行った。
（実施例２）
前記最高到達温度を８００℃として、その他は、実施例１と同様な条件にて、熱処理を行った。
【００４８】
（比較例１）
前記両面が鏡面であるシリコンウェーハを６００℃で保持された周知の縦型熱処理装置（例えば、特開２００１−８５３４９号に記載された縦型熱処理装置等）に投入し、抵抗体による加熱により、昇温速度を１℃／ｍｉｎ〜５℃／ｍｉｎとして、最高到達温度１２００℃まで昇温して、前記最高到達温度を６００秒間保持した後、降温速度を１℃／ｍｉｎ〜５℃／ｍｉｎとして６００℃まで降温し、その他は実施例１と同様な方法にて、熱処理を行った。
（比較例２）
前記最高到達温度を９００℃として、その他は、実施例１と同様な条件にて、熱処理を行った。
【００４９】
得られた実施例１、２及び比較例１、２に係る熱処理後のシリコンウェーハに対して、塩酸、過酸化水素及び純水の混合洗浄液（ＳＣ−２）を用いて８０℃で３０分間洗浄を行った。
次に、得られた洗浄後のシリコンウェーハについて、ウェーハ表面（デバイス形成面）から最大６０μｍまでの深さ方向のニッケル金属の濃度分布を誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ)を用いて５μｍ厚さごとにニッケルの平均濃度を評価した。また、前記熱処理を行っていない両面研磨されたシリコンウェーハについても同様に評価した（従来例１）。
更に、前記熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長をＸ線トポグラフィ（株式会社リガク製 ＸＲＴ３００）にて評価した。
図６に、本試験におけるウェーハ表面から深さ方向のニッケル濃度分布を示す。
【００５０】
図６に示すように、比較例１は従来例１に比べ、若干のニッケル金属の低減が認められるものの、最高到達温度が高く（１２００℃）、かつ、その保持時間が長い（６００秒）割には、ニッケル金属の低減効果が低いことが認められる。
これに対し、実施例１では、最高到達温度が１００℃で、その保持時間が３０秒であるにも係らず、比較例１よりも大きく、更に、１０μｍ程度深い領域までニッケル金属を低減できることが認められる。最高到達温度が８００℃である実施例２では、更に、大きくニッケル金属を低減することができ、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
【００５１】
また、熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長の評価では、実施例１、２では、スリップ長は確認されず、比較例１では平均で２ｍｍのスリップ長が確認された。また、比較例２では平均で１．５ｍｍのスリップ長が確認された。
【００５２】
［試験２］
（実施例３）
前記熱処理を、発光波長が２６５０ｎｍ（波長変化許容幅：２６００ｎｍ〜２７００ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により行い、その他は、実施例１と同様な条件にて熱処理を行った。得られた実施例３に係る熱処理後のシリコンウェーハについて実施例１と同様にニッケル金属の濃度分布及びスリップ長を評価した。
（実施例４）
前記熱処理を、発光波長が３５５０ｎｍ（波長変化許容幅：３５００ｎｍ〜３６００ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により行い、その他は、実施例１と同様な条件にて熱処理を行った。得られた実施例４に係る熱処理後のシリコンウェーハについて実施例１と同様にニッケル金属の濃度分布及びスリップ長を評価した。
図７に、本試験におけるウェーハ表面から深さ方向のニッケル濃度分布を示す。
【００５３】
図７に示すように、実施例３、４では、実施例１と同様の最高到達温度（１００℃）、その保持時間（３０秒）であるにも係らず、実施例１よりも、更に、大きくニッケル金属を低減することができ、特に、ウェーハ表面から３０μｍまでは検出限界以下となり、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
また、熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長の評価では、実施例３、４共にスリップ長は確認されなかった。
【００５４】
［試験３］
（実施例５）
ＣＺ法によりボロンを３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上ドープして比抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下であるボロンドープ結晶（シリコン単結晶インゴット）を育成し、該結晶をスライス後、ラッピング処理し、更に、両面研削を行った後、水酸化ナトリウム水溶液（濃度８０％：関東化学株式会社製）を用いて、８０℃まで加熱してアルカリエッチングを行った。その後、更に、両面研磨を行って、両面が鏡面である直径３００ｍｍ、厚さ７５０μｍのシリコンウェーハを得た。
次に、このシリコンウェーハを、室温（２５℃）で保持された図１に示すような熱処理装置の反応室内に投入し、発光波長が１０００ｎｍ（波長変化許容幅：９５０ｎｍ〜１０５０ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により、図２に示すような熱処理シーケンスにて、昇温速度を１００℃／秒、最高到達温度を１００℃、その保持時間を３０秒、降温速度を１００℃／秒として熱処理を行った。
（実施例６）
前記最高到達温度を８００℃として、その他は、実施例５と同様な条件にて、熱処理を行った。
【００５５】
（比較例３）
前記両面が鏡面であるシリコンウェーハを６００℃で保持された周知の縦型熱処理装置（例えば、特開２００１−８５３４９号に記載された縦型熱処理装置等）に投入し、抵抗体による加熱により、昇温速度を１℃／ｍｉｎ〜５℃／ｍｉｎとして、最高到達温度１２００℃まで昇温して、前記最高到達温度を６００秒間保持した後、降温速度を１℃／ｍｉｎ〜５℃／ｍｉｎとして６００℃まで降温し、その他は実施例５と同様な方法にて、熱処理を行った。
（比較例４）
前記最高到達温度を９００℃として、その他は、実施例５と同様な条件にて、熱処理を行った。
【００５６】
得られた実施例５、６及び比較例３、４に係る熱処理後のシリコンウェーハに対して、塩酸、過酸化水素及び純水の混合洗浄液（ＳＣ−２）を用いて８０℃で３０分間洗浄を行った。
次に、得られた洗浄後のシリコンウェーハについて、ウェーハ表面（デバイス形成面）から最大６０μｍまでの深さ方向の銅金属の濃度分布を誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ)を用いて５μｍ厚さごとに銅の平均濃度を評価した。また、前記熱処理を行っていない前記両面研磨されたシリコンウェーハについても同様に評価した（従来例２）。
更に、前記熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長をＸ線トポグラフィ（株式会社リガク製 ＸＲＴ３００）にて評価した。
図８に、本試験におけるウェーハ表面から深さ方向の銅濃度分布を示す。
【００５７】
図８に示すように、比較例３は従来例２に比べ、若干の銅金属の低減が認められるものの、最高到達温度が高く（１２００℃）、かつ、その保持時間が長い（６００秒）割には、銅金属の低減効果が低いことが認められる。これに対し、実施例５では、最高到達温度が１００℃で、その保持時間が３０秒であるにも係らず、比較例３よりも大きく、更に、１０μｍ程度深い領域まで銅金属を低減できることが認められる。最高到達温度が８００℃である実施例６では、更に、銅金属を低減することができ、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
【００５８】
また、熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長の評価では、実施例５、６では、スリップ長は確認されず、比較例３では平均で２ｍｍのスリップ長が確認された。また、比較例４では平均で１．５ｍｍのスリップ長が確認された。
【００５９】
［試験４］
（実施例７）
前記熱処理を、発光波長が２３５０ｎｍ（波長変化許容幅：２３００ｎｍ〜２４００ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により行い、その他は、実施例１と同様な条件にて熱処理を行った。
得られた実施例７に係る熱処理後のシリコンウェーハについて実施例５と同様に銅金属の濃度分布及びスリップ長を評価した。
（実施例８）
前記熱処理を、発光波長が３５５０ｎｍ（波長変化許容幅：３５００ｎｍ〜３６００ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により行い、その他は、実施例５と同様な条件にて熱処理を行った。
得られた実施例８に係る熱処理後のシリコンウェーハについて実施例５と同様に銅金属の濃度分布及びスリップ長を評価した。
図９に、本試験におけるウェーハ表面から深さ方向の銅濃度分布を示す。
【００６０】
図９に示すように、実施例７、８では、実施例５と同様の最高到達温度（１００℃）、その保持時間（３０秒）であるにも係らず、実施例５よりも、更に、大きく銅金属を低減することができ、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
また、熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長の評価では、実施例７、８共にスリップ長は確認されなかった。
【００６１】
以上の結果から、前記発光波長が２３００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であると、更に大きく銅金属を低減することができ、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
更に、前記発光波長が２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であること、更に大きくニッケル金属を低減することができ、特に、ウェーハ表面から３０μｍまでは検出限界以下となり、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
すなわち、前記発光波長が２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下である場合は、銅金属及びニッケル金属を更に大きく低減することができることが認められる。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 熱処理装置
２０ 反応室
３０ ウェーハ保持部
４０ 加熱部
５０ ハロゲンランプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハの清浄化方法及びそれを用いたシリコンウェーハの製造方法に関し、特に、シリコンウェーハの内部に含まれる金属不純物の低減を図ることができるシリコンウェーハの清浄化方法及びそれを用いたシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法ともいう）によってシリコン単結晶インゴットを育成し、スライス処理、平坦化処理（ラッピング処理や研削処理等）などの機械加工プロセスを経たシリコンウェーハ（以下、単に、ウェーハともいう）は、表面にダメージ層、すなわち加工変質層を有している。この加工変質層はデバイス製造プロセスにおいてスリップ転位などの結晶欠陥を誘発し、更に、ウェーハの電気特性に悪影響を及ぼす。従って、一般的には、平坦化処理後、薬液を用いたエッチング処理が行われる。
【０００３】
エッチング処理には、混酸（フッ酸、硝酸、酢酸の混合液等）を用いる酸エッチングやアルカリ（水酸化ナトリウム等）を用いるアルカリエッチングがある。このようなエッチング処理は、一般的に加熱して行われるが、薬液中に金属不純物が含まれている場合は、ウェーハ内に金属不純物が内方拡散し汚染される。特に、アルカリエッチングに用いられる水酸化ナトリウムは、一般的に、食塩の電解によって製造されるが、この場合、薬液中に、数十ｐｐｂから数ｐｐｍの金属不純物（ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等）が含まれている。これら金属不純物は、デバイス構造におけるゲート膜の信頼性を劣化させる要因となる。
【０００４】
以上の問題を解決するために、特許文献１には、脂肪族４級アンモニウム塩を含有させることでニッケル金属によるシリコンウェーハへの汚染を防止することができるシリコンウェーハエッチング用苛性ソーダ水溶液が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、アルカリ溶液中に存在している金属イオンの可逆電位に比べ、卑な酸化電位をもつ還元剤を溶解することにより、アルカリ溶液中に存在する金属イオンの非イオン化処理を行い、この非イオン化処理を受けたアルカリ溶液を用いて半導体ウェーハをエッチングする半導体ウェーハのエッチング方法が開示されている。
【０００６】
更に、特許文献３には、シリコンウェーハの表面の金属不純物を有効に除去する方法として、ＳＣ‐１洗浄、ＳＣ‐２洗浄、フッ酸洗浄及びオゾン水洗浄を組み合わせて行うシリコンウェーハの洗浄方法が開示されている。
【０００７】
加えて、特許文献４には、シリコンウェーハの酸化膜耐圧を改善するためにデバイスが組み込まれるウェーハ表層部を簡易に無欠陥層とする方法として、波長０．１〜４μｍのランプを用い、石英製の容器中にシリコンウェーハを配置し、該容器外より前記ランプによって前記シリコンウェーハを、９００〜１０５０℃、１秒以上６０秒未満加熱するシリコンウェーハの熱処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−３２８１５号公報
【特許文献２】特開平１０−３１０８８３号公報
【特許文献３】特開２００８−１６６７９５号公報
【特許文献４】特開平７−１６１７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１、２に記載されたような高純度処理がなされた薬液を用いてエッチング処理を行う場合には、使用する薬液のコストが増加する問題がある。更に、このような高純度処理がなされた薬液であっても、当該薬液内の金属不純物を完全に除去することは難しく、エッチング条件（エッチング時間等）によっては、ウェーハ内部に金属不純物が内方拡散する場合もある。
【００１０】
また、特許文献３に記載された洗浄方法は、ウェーハの表面の金属不純物については除去可能であるが、ウェーハ内部、特に、ウェーハバルク部における金属不純物を低減させることは難しいという問題がある。
【００１１】
更に、ニッケル等の金属不純物の内方拡散は、前記薬液によるエッチングのみならず、シリコン単結晶インゴットの育成時や、平坦化処理時、更には、エッチング処理の後工程である鏡面研磨処理時においても同様に発生する場合がある。なお、これら全工程での使用部材や使用薬液の高純度処理による金属汚染対策はコスト等の観点から実質上困難であるといわざるを得ない。
【００１２】
加えて、特許文献４に記載された熱処理方法は、高温且つ長時間の熱処理をシリコンウェーハに与える必要がなくなるため、汚染やスリップを招くことがなく、酸化膜耐圧を改善することができるというものであるが、該熱処理時によって内方拡散された金属不純物をウェーハの内部から低減させることを目的するものではない。
【００１３】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、シリコンウェーハの製造時においてニッケル等の金属不純物が内方拡散された場合であっても、コストが大きく増加することなく、シリコンウェーハの表面のみならず、ウェーハ内部に含まれるニッケル等の金属不純物の低減を図ることができるシリコンウェーハの清浄化方法及びそれを用いたシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法は、チョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶インゴットからスライスされたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、発光波長を１０００ｎｍ以上に制御した光を照射するランプ加熱により、１００℃以上８００℃以下の最高到達温度まで昇温して、前記最高到達温度を１秒以上６０秒以下保持する熱処理を行うことで前記シリコンウェーハの表面に金属不純物を偏析させる工程と、前記偏析させた金属不純物を除去する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記発光波長は、２３００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
前記発光波長は、２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
前記熱処理前のシリコンウェーハは、前記シリコン単結晶インゴットをスライス後、平坦化処理され、更に、アルカリエッチング処理されたものであることが好ましい。
【００１８】
前記シリコン単結晶インゴットは、比抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下のボロンドープ結晶であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程と、前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程と、前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程と、前記エッチング処理されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程と、前記鏡面研磨されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程と、前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程と、前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程と、前記エッチング処理されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程と、前記清浄化されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、シリコンウェーハの製造時においてニッケル等の金属不純物が内方拡散された場合であっても、コストが大きく増加することなく、シリコンウェーハの表面のみならず、ウェーハ内部に含まれるニッケル等の金属不純物の低減を図ることができるシリコンウェーハの清浄化方法及びそれを用いたシリコンウェーハの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のシリコンウェーハの清浄化方法における熱処理に用いられる熱処理装置の一例を示す断面概念図である。
【図２】本発明のシリコンウェーハの清浄化方法における熱処理に適用される熱処理シーケンスの一例を示す概念図である。
【図３】本発明のシリコンウェーハの清浄化方法における熱処理によってシリコンウェーハ内部に含まれる金属不純物がその表面に偏析される様子を説明するウェーハ断面の概念図である。
【図４】本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法を備えたシリコンウェーハの製造方法の第１の態様を示す工程フロー図である。
【図５】本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法を備えたシリコンウェーハの製造方法の第２の態様を示す工程フロー図である。
【図６】試験１におけるウェーハ表面から深さ方向のニッケル濃度分布を示す。
【図７】試験２におけるウェーハ表面から深さ方向のニッケル濃度分布を示す。
【図８】試験３におけるウェーハ表面から深さ方向の銅濃度分布を示す。
【図９】試験４におけるウェーハ表面から深さ方向の銅濃度分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面等を参照して詳細に説明する。
本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法は、ＣＺ法により育成したシリコン単結晶インゴットからスライスされたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、発光波長を１０００ｎｍ以上に制御した光を照射するランプ加熱により、１００℃以上８００℃以下の最高到達温度まで昇温して、前記最高到達温度を１秒以上６０秒以下保持する熱処理を行うことで前記シリコンウェーハの表面に金属不純物を偏析させる工程と、前記偏析させた金属不純物を除去する工程と、を備える。
【００２４】
前記発光波長が１０００ｎｍ未満又は前記熱処理がランプ加熱以外によるもの（例えば、抵抗体による加熱）である場合には、効率よく、ニッケルや銅をウェーハ表面に偏析させることが難しい場合がある。前記最高到達温度が１００℃未満である場合には、低温であるため、効率よく、ニッケルや銅をウェーハ表面に偏析させることが難しい場合がある。また、前記最高到達温度が８００℃を超える場合には、高温となるため、当該熱処理において、ウェーハにスリップ転位が発生する場合がある。
【００２５】
前記最高到達温度における保持時間が1秒未満である場合には、熱処理時間が少ないため、効率よく、ニッケルや銅をウェーハ表面に偏析させることが難しい場合がある。前記保持時間が６０秒を超える場合には、生産性が低下すると共に、その他の熱処理起因の不具合（当該熱処理における金属不純物拡散やスリップ転位の発生等）が発生する場合がある。
【００２６】
前記熱処理は、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。このようなガス雰囲気で行うことで、窒化膜等の他の膜の形成や化学的反応等が生じることがなく、前記熱処理を行うことができる。前記不活性ガスは好適にはアルゴンガスが用いられる。
【００２７】
図１は、本発明のシリコンウェーハの清浄化方法における熱処理に用いられる熱処理装置の一例を示す断面概念図である。図１に示す熱処理装置１０は、周知の急速昇降温熱処理装置（ＲＴＰ（Rapid Thermal Process）装置）である。熱処理装置１０は、ウェーハＷを収容して熱処理を施すための反応室２０と、反応室２０内に設けられ、ウェーハＷを保持するウェーハ保持部３０と、ウェーハＷを加熱する加熱部４０と、を備える。ウェーハＷがウェーハ保持部３０に保持された状態では、反応室２０の内壁とウェーハＷのデバイス形成面Ｗ１側とで囲まれた空間である第１空間２０ａと、反応室２０の内壁とデバイス形成面Ｗ１側に対向するウェーハＷの裏面Ｗ２側とで囲まれた空間である第２空間２０ｂとが形成される。
【００２８】
反応室２０は、第１空間２０ａ及び第２空間２０ｂ内に雰囲気ガスＦＡ（実線矢印）を供給する供給口２２と、前記供給した雰囲気ガスＦＡを第１空間２０ａ及び第２空間２０ｂから排出する排出口２６と、を備える。反応室２０は、例えば、石英で構成されている。
【００２９】
ウェーハ保持部３０は、ウェーハＷの裏面Ｗ２の外周部をリング状に保持するサセプタ３２と、サセプタ３２を保持すると共に、ウェーハＷの中心を軸としてサセプタ３２を回転させる回転体３４とを備える。サセプタ３２及び回転体３４は、例えば、ＳｉＣで構成されている。
【００３０】
加熱部４０は、ウェーハ保持部３０に保持されたウェーハＷのデバイス形成面Ｗ１の上方及び裏面Ｗ２の下方の反応室２０外に配置された複数のハロゲンランプ５０からの発光波長が制御された光の照射によるランプ加熱により、ウェーハＷを両面から加熱する。
【００３１】
図１に示す熱処理装置１０を用いて、熱処理を行う場合は、反応室２０に設けられた図示しないウェーハ導入口より、ウェーハＷを反応室２０内に導入して、ウェーハＷの裏面Ｗ２の外周部をウェーハ保持部３０のサセプタ３２上にリング状に保持し、雰囲気ガスＦＡを供給すると共に、ウェーハＷを回転させながら、加熱部４０によってウェーハＷを加熱することで行う。なお、前記ランプ加熱による発光波長の調整（１０００ｎｍ以上）は、使用するハロゲンランプ５０の発光波長を調整（発光波長が１０００ｎｍ以上であるハロゲンランプを用いる等）することにより行うことができる。
【００３２】
図２は、本発明のシリコンウェーハの清浄化方法における熱処理に適用される熱処理シーケンスの一例を示す概念図である。前記熱処理に適用される熱処理シーケンスは、図２に示すように、温度Ｔ０（例えば、室温（２５℃））で保持された図１に示すような熱処理装置１０の反応室２０内にウェーハＷを設置し、前記第１空間２０ａ及び第２空間２０ｂに不活性ガスを供給する。
【００３３】
次に、温度Ｔ０（℃）から最高到達温度である１００℃以上８００℃以下（温度Ｔ１（℃））の温度範囲まで、昇温速度ΔＴｕ（℃／秒）で昇温し、その後、温度Ｔ１（℃）にて１秒以上６０秒以下（ｔ１（秒））保持した後、例えば、温度Ｔ０（℃）まで降温速度ΔＴｄ（℃／秒）で降温する。温度Ｔ０、Ｔ１は、図１に示すようなＲＴＰ装置１０の反応室２０内にウェーハＷを設置した場合において、ウェーハ保持部３０の下方に設置された図示しない放射温度計によって測定されたウェーハＷの表面温度（放射温度計がウェーハＷの径方向に複数配置されている場合はその平均温度）である。
【００３４】
図３は、前記熱処理によってシリコンウェーハ内部に含まれる金属不純物がその表面に偏析される様子を説明するウェーハ断面の概念図である。上記熱処理を行うことにより、図３に示すように、シリコンウェーハの内部（表層部ＷＳ及びバルク部ＷＢ）に含まれている金属不純物Ｍは、ウェーハの表面（デバイス形成面Ｗ１及び裏面Ｗ２）側に拡散されていき、該表面上に偏析される。
【００３５】
次に、前記熱処理によってウェーハの表面に偏析された金属不純物を該表面から除去する。前記金属不純物を除去する方法は、周知のＳＣ‐１洗浄、ＳＣ‐２洗浄やフッ酸（ＨＦ）洗浄等を単独又は組み合わせて用いて行うことができる。
【００３６】
本発明に係わるシリコンウェーハの清浄化方法は、このような方法により行われるため、シリコンウェーハの製造時においてニッケル等の金属不純物が内方拡散された場合であっても、コストが大きく増加することなく、シリコンウェーハの表面のみならず、ウェーハ内部に含まれるニッケル等の金属不純物の低減を図ることができる。
【００３７】
前記発光波長は、２３００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることが好ましい。このような発光波長とすることで、効率的に銅をウェーハ表面に偏析させることができる。なお、この発光波長の調整は、使用するハロゲンランプの発光波長を調整（発光波長が２３００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下のハロゲンランプを用いる等）することにより行うことができる。前記発光波長は、更に好ましくは、２３００ｎｍ以上２４００ｎｍ以下である。
【００３８】
前記発光波長は、２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることが好ましい。このような発光波長とすることで、銅に加え、効率的にニッケル金属もウェーハ表面に偏析させることできる。なお、この発光波長の調整は、使用するハロゲンランプ５０の発光波長を調整（発光波長が２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下のハロゲンランプを用いる等）することにより行うことができる。前記発光波長は、更に好ましくは、２６００ｎｍ以上２７００ｎｍ以下である。
【００３９】
前記熱処理前のシリコンウェーハは、前記シリコン単結晶インゴットをスライス後、平坦化処理され、更に、アルカリエッチング処理されたものが好適に用いられる。前述した混酸による酸エッチングは、エッチング速度が速いため、ウェーハを均一にエッチングすることが難しい場合があり、一方、アルカリエッチングはエッチング速度が遅いため、平坦化処理（ラッピング処理等）された平坦度を維持させつつエッチングを行うことが可能であるが、前記アルカリエッチングに使用される薬液（水酸化ナトリウム水溶液等）は混酸と比べると、ニッケルや銅が多く含まれている場合があり、当該金属不純物により汚染されやすいという問題がある。
従って、このようなアルカリエッチング処理されたものに対して、前記熱処理を行うことで、ウェーハ内部のニッケルや銅をウェーハ表面に偏析させてウェーハ内部における金属不純物を低減させることができるため、酸エッチング処理品と比べて、金属不純物汚染の問題がなく平坦度が高いシリコンウェーハを得ることができる。
【００４０】
前記シリコン単結晶インゴットは、比抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下のボロンドープ結晶が好適に用いられる。このような抵抗率が低い結晶は、ＣＺ法によるシリコン単結晶インゴットの育成時に、大量のドープ剤を添加するため、該ドープ剤に含まれるニッケルや銅などの金属不純物が多く取り込まれる可能性が高くなるが、このような場合であっても、前記熱処理を行うことにより、ウェーハ内部のニッケルや銅をウェーハ表面に偏析させてウェーハ内部における金属不純物を低減させることができるため好ましい。
【００４１】
前記熱処理における昇温速度（図２でいうとΔＴｕ（℃／秒））及び降温速度（図２でいうとΔＴｄ（℃／秒））は、特に限定されることはないが、生産性やスリップ転位発生等の観点から、１０℃／秒以上１５０℃／秒以下であることが好ましい。
【００４２】
次に、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法について説明する。図４は、前述した本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法を備えたシリコンウェーハの製造方法の第１の態様を示す工程フロー図である。本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程（Ｓ１０１）と、前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程（Ｓ１０２）と、前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程（Ｓ１０３）と、前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程（Ｓ１０４）と、前記エッチング処理されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程（Ｓ１０５）と、前記鏡面研磨されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程（Ｓ１０６）と、を備える。
【００４３】
すなわち、この第１の態様では、前述したシリコンウェーハの清浄化方法を、前記鏡面研磨されたシリコンウェーハに対して行う。このような工程を備えることで、シリコンウェーハの表面のみならず、ウェーハ内部に含まれるニッケル等の金属不純物の低減が図られたシリコンウェーハを得ることができる。
【００４４】
なお、前記平坦化処理には、周知のラッピング処理、片面研削処理、両面研削処理が含まれる。前記エッチング処理には、前述した酸エッチングやアルカリエッチングが含まれる。前記鏡面研磨には、周知の片面研磨、両面研磨が含まれる。
【００４５】
図５は、前述した本発明に係るシリコンウェーハの清浄化方法を備えたシリコンウェーハの製造方法の第２の態様を示す工程フロー図である。
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程（Ｓ２０１）と、前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程（Ｓ２０２）と、前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程（Ｓ２０３）と、前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程（Ｓ２０４）と、前記エッチング処理されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程（Ｓ２０５）と、前記清浄化されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程（Ｓ２０６）と、を備える。
【００４６】
すなわち、この第２の態様では、前述したシリコンウェーハの清浄化方法を、エッチング処理後、鏡面研磨前に行う。このように、鏡面研磨前に前述した清浄化方法を行うことで、鏡面研磨前にシリコンウェーハの内部の金属不純物を低減させることができる。
従って、研磨剤を再利用して同一の研磨剤を複数回使用する鏡面研磨を行う場合には、研磨されるシリコンウェーハからの逆汚染を抑制することができるため、研磨剤の再利用回数を増加させることができる。従って、鏡面研磨においてコストダウンを図ることができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により限定解釈されるものではない。
［試験１］
（実施例１）
ＣＺ法によりボロンを３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上ドープして比抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下であるボロンドープ結晶（シリコン単結晶インゴット）を育成し、該結晶をスライス後、ラッピング処理し、更に、両面研削を行った後、水酸化ナトリウム水溶液（濃度８０％：関東化学株式会社製）を用いて、８０℃まで加熱してアルカリエッチングを行った。
その後、更に、両面研磨を行って、両面が鏡面である直径３００ｍｍ、厚さ７５０μｍのシリコンウェーハを得た。次に、このシリコンウェーハを、室温（２５℃）で保持された図１に示すような熱処理装置の反応室内に投入し、発光波長が１０００ｎｍ（波長変化許容幅：９５０ｎｍ〜１０５０ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により、図２に示すような熱処理シーケンスにて、昇温速度を１００℃／秒、最高到達温度を１００℃、その保持時間を３０秒、降温速度を１００℃／秒として熱処理を行った。
（実施例２）
前記最高到達温度を８００℃として、その他は、実施例１と同様な条件にて、熱処理を行った。
【００４８】
（比較例１）
前記両面が鏡面であるシリコンウェーハを６００℃で保持された周知の縦型熱処理装置（例えば、特開２００１−８５３４９号に記載された縦型熱処理装置等）に投入し、抵抗体による加熱により、昇温速度を１℃／ｍｉｎ〜５℃／ｍｉｎとして、最高到達温度１２００℃まで昇温して、前記最高到達温度を６００秒間保持した後、降温速度を１℃／ｍｉｎ〜５℃／ｍｉｎとして６００℃まで降温し、その他は実施例１と同様な方法にて、熱処理を行った。
（比較例２）
前記最高到達温度を９００℃として、その他は、実施例１と同様な条件にて、熱処理を行った。
【００４９】
得られた実施例１、２及び比較例１、２に係る熱処理後のシリコンウェーハに対して、塩酸、過酸化水素及び純水の混合洗浄液（ＳＣ−２）を用いて８０℃で３０分間洗浄を行った。
次に、得られた洗浄後のシリコンウェーハについて、ウェーハ表面（デバイス形成面）から最大６０μｍまでの深さ方向のニッケル金属の濃度分布を誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ)を用いて５μｍ厚さごとにニッケルの平均濃度を評価した。また、前記熱処理を行っていない両面研磨されたシリコンウェーハについても同様に評価した（従来例１）。
更に、前記熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長をＸ線トポグラフィ（株式会社リガク製 ＸＲＴ３００）にて評価した。
図６に、本試験におけるウェーハ表面から深さ方向のニッケル濃度分布を示す。
【００５０】
図６に示すように、比較例１は従来例１に比べ、若干のニッケル金属の低減が認められるものの、最高到達温度が高く（１２００℃）、かつ、その保持時間が長い（６００秒）割には、ニッケル金属の低減効果が低いことが認められる。
これに対し、実施例１では、最高到達温度が１００℃で、その保持時間が３０秒であるにも係らず、比較例１よりも大きく、更に、１０μｍ程度深い領域までニッケル金属を低減できることが認められる。最高到達温度が８００℃である実施例２では、更に、大きくニッケル金属を低減することができ、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
【００５１】
また、熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長の評価では、実施例１、２では、スリップ長は確認されず、比較例１では平均で２ｍｍのスリップ長が確認された。また、比較例２では平均で１．５ｍｍのスリップ長が確認された。
【００５２】
［試験２］
（実施例３）
前記熱処理を、発光波長が２６５０ｎｍ（波長変化許容幅：２６００ｎｍ〜２７００ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により行い、その他は、実施例１と同様な条件にて熱処理を行った。得られた実施例３に係る熱処理後のシリコンウェーハについて実施例１と同様にニッケル金属の濃度分布及びスリップ長を評価した。
（実施例４）
前記熱処理を、発光波長が３５５０ｎｍ（波長変化許容幅：３５００ｎｍ〜３６００ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により行い、その他は、実施例１と同様な条件にて熱処理を行った。得られた実施例４に係る熱処理後のシリコンウェーハについて実施例１と同様にニッケル金属の濃度分布及びスリップ長を評価した。
図７に、本試験におけるウェーハ表面から深さ方向のニッケル濃度分布を示す。
【００５３】
図７に示すように、実施例３、４では、実施例１と同様の最高到達温度（１００℃）、その保持時間（３０秒）であるにも係らず、実施例１よりも、更に、大きくニッケル金属を低減することができ、特に、ウェーハ表面から３０μｍまでは検出限界以下となり、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
また、熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長の評価では、実施例３、４共にスリップ長は確認されなかった。
【００５４】
［試験３］
（実施例５）
ＣＺ法によりボロンを３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上ドープして比抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下であるボロンドープ結晶（シリコン単結晶インゴット）を育成し、該結晶をスライス後、ラッピング処理し、更に、両面研削を行った後、水酸化ナトリウム水溶液（濃度８０％：関東化学株式会社製）を用いて、８０℃まで加熱してアルカリエッチングを行った。その後、更に、両面研磨を行って、両面が鏡面である直径３００ｍｍ、厚さ７５０μｍのシリコンウェーハを得た。
次に、このシリコンウェーハを、室温（２５℃）で保持された図１に示すような熱処理装置の反応室内に投入し、発光波長が１０００ｎｍ（波長変化許容幅：９５０ｎｍ〜１０５０ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により、図２に示すような熱処理シーケンスにて、昇温速度を１００℃／秒、最高到達温度を１００℃、その保持時間を３０秒、降温速度を１００℃／秒として熱処理を行った。
（実施例６）
前記最高到達温度を８００℃として、その他は、実施例５と同様な条件にて、熱処理を行った。
【００５５】
（比較例３）
前記両面が鏡面であるシリコンウェーハを６００℃で保持された周知の縦型熱処理装置（例えば、特開２００１−８５３４９号に記載された縦型熱処理装置等）に投入し、抵抗体による加熱により、昇温速度を１℃／ｍｉｎ〜５℃／ｍｉｎとして、最高到達温度１２００℃まで昇温して、前記最高到達温度を６００秒間保持した後、降温速度を１℃／ｍｉｎ〜５℃／ｍｉｎとして６００℃まで降温し、その他は実施例５と同様な方法にて、熱処理を行った。
（比較例４）
前記最高到達温度を９００℃として、その他は、実施例５と同様な条件にて、熱処理を行った。
【００５６】
得られた実施例５、６及び比較例３、４に係る熱処理後のシリコンウェーハに対して、塩酸、過酸化水素及び純水の混合洗浄液（ＳＣ−２）を用いて８０℃で３０分間洗浄を行った。
次に、得られた洗浄後のシリコンウェーハについて、ウェーハ表面（デバイス形成面）から最大６０μｍまでの深さ方向の銅金属の濃度分布を誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ)を用いて５μｍ厚さごとに銅の平均濃度を評価した。また、前記熱処理を行っていない前記両面研磨されたシリコンウェーハについても同様に評価した（従来例２）。
更に、前記熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長をＸ線トポグラフィ（株式会社リガク製 ＸＲＴ３００）にて評価した。
図８に、本試験におけるウェーハ表面から深さ方向の銅濃度分布を示す。
【００５７】
図８に示すように、比較例３は従来例２に比べ、若干の銅金属の低減が認められるものの、最高到達温度が高く（１２００℃）、かつ、その保持時間が長い（６００秒）割には、銅金属の低減効果が低いことが認められる。これに対し、実施例５では、最高到達温度が１００℃で、その保持時間が３０秒であるにも係らず、比較例３よりも大きく、更に、１０μｍ程度深い領域まで銅金属を低減できることが認められる。最高到達温度が８００℃である実施例６では、更に、銅金属を低減することができ、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
【００５８】
また、熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長の評価では、実施例５、６では、スリップ長は確認されず、比較例３では平均で２ｍｍのスリップ長が確認された。また、比較例４では平均で１．５ｍｍのスリップ長が確認された。
【００５９】
［試験４］
（実施例７）
前記熱処理を、発光波長が２３５０ｎｍ（波長変化許容幅：２３００ｎｍ〜２４００ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により行い、その他は、実施例１と同様な条件にて熱処理を行った。
得られた実施例７に係る熱処理後のシリコンウェーハについて実施例５と同様に銅金属の濃度分布及びスリップ長を評価した。
（実施例８）
前記熱処理を、発光波長が３５５０ｎｍ（波長変化許容幅：３５００ｎｍ〜３６００ｎｍ）に制御された光を照射するランプ加熱により行い、その他は、実施例５と同様な条件にて熱処理を行った。
得られた実施例８に係る熱処理後のシリコンウェーハについて実施例５と同様に銅金属の濃度分布及びスリップ長を評価した。
図９に、本試験におけるウェーハ表面から深さ方向の銅濃度分布を示す。
【００６０】
図９に示すように、実施例７、８では、実施例５と同様の最高到達温度（１００℃）、その保持時間（３０秒）であるにも係らず、実施例５よりも、更に、大きく銅金属を低減することができ、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
また、熱処理後のシリコンウェーハの裏面に発生するスリップ長の評価では、実施例７、８共にスリップ長は確認されなかった。
【００６１】
以上の結果から、前記発光波長が２３００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であると、更に大きく銅金属を低減することができ、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
更に、前記発光波長が２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であること、更に大きくニッケル金属を低減することができ、特に、ウェーハ表面から３０μｍまでは検出限界以下となり、加えて、バルク部の深い領域までその低減幅が広がることが認められる。
すなわち、前記発光波長が２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下である場合は、銅金属及びニッケル金属を更に大きく低減することができることが認められる。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 熱処理装置
２０ 反応室
３０ ウェーハ保持部
４０ 加熱部
５０ ハロゲンランプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶インゴットからスライスされたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、発光波長を１０００ｎｍ以上に制御した光を照射するランプ加熱により、１００℃以上８００℃以下の最高到達温度まで昇温して、前記最高到達温度を１秒以上６０秒以下保持する熱処理を行うことで前記シリコンウェーハの表面に金属不純物を偏析させる工程と、
前記偏析させた金属不純物を除去する工程と、を備えることを特徴とするシリコンウェーハの清浄化方法。
【請求項２】
前記発光波長は、２３００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの清浄化方法。
【請求項３】
前記発光波長は、２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンウェーハの清浄化方法。
【請求項４】
前記熱処理前のシリコンウェーハは、前記シリコン単結晶インゴットをスライス後、平坦化処理され、更に、アルカリエッチング処理されたものであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法。
【請求項５】
前記シリコン単結晶インゴットは、比抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下のボロンドープ結晶であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法。
【請求項６】
チョクラルスキー法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、
前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程と、
前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程と、
前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程と、
前記エッチング処理されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程と、
前記鏡面研磨されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程と、
を備え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７】
チョクラルスキー法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、
前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程と、
前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程と、
前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程と、
前記エッチング処理されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程と、
前記清浄化されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程と、
を備え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１】
チョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶インゴットからスライスされたシリコンウェーハを、不活性ガス雰囲気中、発光波長を１０００ｎｍ以上に制御した光を照射するランプ加熱により、１００℃以上８００℃以下の最高到達温度まで昇温して、前記最高到達温度を１秒以上６０秒以下保持する熱処理を行うことで前記シリコンウェーハの表面に金属不純物を偏析させる工程と、
前記偏析させた金属不純物を除去する工程と、を備えることを特徴とするシリコンウェーハの清浄化方法。
【請求項２】
前記発光波長は、２３００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの清浄化方法。
【請求項３】
前記発光波長は、２６００ｎｍ以上３６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンウェーハの清浄化方法。
【請求項４】
前記熱処理前のシリコンウェーハは、前記シリコン単結晶インゴットをスライス後、平坦化処理され、更に、アルカリエッチング処理されたものであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法。
【請求項５】
前記シリコン単結晶インゴットは、比抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下のボロンドープ結晶であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法。
【請求項６】
チョクラルスキー法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、
前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程と、
前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程と、
前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程と、
前記エッチング処理されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程と、
前記鏡面研磨されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程と、
を備え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７】
チョクラルスキー法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、
前記シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを得る工程と、
前記得られたシリコンウェーハを平坦化処理する工程と、
前記平坦化処理されたシリコンウェーハをエッチング処理する工程と、
前記エッチング処理されたシリコンウェーハを、請求項１乃至５いずれかに記載のシリコンウェーハの清浄化方法を用いて清浄化する工程と、
前記清浄化されたシリコンウェーハの少なくとも半導体デバイス形成面となる表面側を鏡面研磨する工程と、
を備えることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８４８６９（Ｐ２０１３−８４８６９Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４３５５（Ｐ２０１１−２５４３５５）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（３１２００７４２３）グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（３１２００７４２３）グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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