シリコンウェーハの熱処理方法
【課題】高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたシリコンウェーハであっても、ライフタイムを向上させることができ、かつ、半導体デバイス形成時における熱処理においてスリップの発生が抑制されたシリコンウェーハを生産性が低下することなく得ることができるシリコンウェーハの熱処理方法を提供する。
【解決手段】ＣＺ法によりｖ／Ｇ値を制御して育成されたシリコン単結晶インゴットの無欠陥領域から切り出された酸素濃度が１．２×１０１８個／ｃｍ３以上１．８×１０１８個／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハに対して、窒素ガスを含まない非酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第１の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持した後、更に、窒素ガスを含まない酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第２の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持する急速昇降温熱処理を行う。
【解決手段】ＣＺ法によりｖ／Ｇ値を制御して育成されたシリコン単結晶インゴットの無欠陥領域から切り出された酸素濃度が１．２×１０１８個／ｃｍ３以上１．８×１０１８個／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハに対して、窒素ガスを含まない非酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第１の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持した後、更に、窒素ガスを含まない酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第２の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持する急速昇降温熱処理を行う。
【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、ＣＺ法ともいう）により育成されたシリコン単結晶インゴット（以下、単に、シリコン単結晶ともいう）から切り出されたシリコンウェーハに対して、熱処理を行うシリコンウェーハの熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス形成用基板として用いられるシリコンウェーハ（以下、単に、ウェーハともいう）は、少なくともウェーハ表面（デバイス形成面）におけるデバイス形成領域となるウェーハの表面近傍（以下、表層部という）において、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）等のボイド欠陥が低密度であることが要求されている。
【０００３】
この要求に対し、特許文献１には、シリコン単結晶を育成する際に、引き上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、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をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、Ｖ／Ｇ値を所定の結晶位置毎に制御することで、無欠陥領域のシリコン単結晶を引上げる方法が開示されている。
【０００４】
一方、特許文献２には、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域（本願でいう無欠陥領域）又は結晶に起因するパーティクル（ＣＯＰ）を含む空孔型点欠陥が支配的に存在する領域から切り出された窒素をドープしたウェーハに、不活性ガス、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス、あるいは、それらの混合ガスを用いて、１１００℃以上１３００℃以下で１０秒以下、急速昇降温熱処理（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ：以下、単にＲＴＰともいう）を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−３３０３１６号公報
【特許文献２】特開２００２−４３２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
なお、酸素濃度が低い低酸素濃度のウェーハは、酸素による転位のピンニング効果が低いため、半導体デバイス形成時における熱処理においてスリップが発生しやすいという問題がある。従って、このようなスリップの発生を抑制するために、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成時に、高酸素濃度（１．２〜１．８×１０１８個／ｃｍ３：ｏｌｄ−ＡＳＴＭ換算、以下同じ。）のシリコン単結晶を育成して、高酸素濃度のウェーハを得ることが好ましい。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された方法を用いて、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたウェーハは、ライフタイムが低いという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の熱処理において、雰囲気として不活性ガスを用いた場合には、ウェーハの表面から酸素が外方拡散されるため、表層部における酸素濃度が低下し、半導体デバイス形成時における熱処理においてスリップが発生しやすくなるという問題がある。また、雰囲気として酸素ガスを用いた場合には、ウェーハの表面に酸素が内方拡散されるため表面の酸素濃度は増加するが、前述したように、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたウェーハは、ライフタイムが低いという問題がある。更に、雰囲気として窒素ガスを用いた場合には、ウェーハの表裏面に窒化膜が形成されてしまうため、後工程において当該窒化膜を除去する工程を更に設ける必要があり、生産性が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたシリコンウェーハであっても、ライフタイムを向上させることができ、かつ、半導体デバイス形成時における熱処理においてスリップの発生が抑制されたシリコンウェーハを生産性が低下することなく得ることができるシリコンウェーハの熱処理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】
【００１０】
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、チョクラルスキー法によりｖ／Ｇ値（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）を制御して育成されたシリコン単結晶インゴットの無欠陥領域から切り出された酸素濃度が１．２×１０１８個／ｃｍ３以上１．８×１０１８個／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハに対して、窒素ガスを含まない非酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第１の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持した後、更に、窒素ガスを含まない酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第２の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持する急速昇降温熱処理を行うことを特徴とする。
【００１１】
前記非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気へ切り替える際の切替温度は、６００℃以上８００℃以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたシリコンウェーハであっても、ライフタイムを向上させることができ、かつ、半導体デバイス形成時における熱処理においてスリップの発生が抑制されたシリコンウェーハを生産性が低下することなく得ることができるシリコンウェーハの熱処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法に適用されるＲＴＰ装置の一例を示す断面概念図である。
【図２】本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法のＲＴＰ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】本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法のＲＴＰに適用される熱処理シーケンスの他の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者は、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたウェーハのライフタイムが低い原因について、ＣＺ法で導入される酸素が高濃度であるため、シリコン単結晶から切り出されたウェーハの表層部に高濃度の酸素析出核が存在し、これがライフタイム低下の要因となっていると推測した。
そこで、ウェーハの表層部における酸素析出核を構成する酸素を熱処理によって外方拡散させた後に、再度、酸化性雰囲気から酸素を内方拡散させる、すなわち、表層部に導入されている酸素を入れ替えることで、ウェーハの表層部における酸素濃度を高濃度に保ちつつライフタイムを向上させることができる点を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
以下、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法は、チョクラルスキー法によりｖ／Ｇ値（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）を制御して育成されたシリコン単結晶インゴットの無欠陥領域から切り出された酸素濃度が１．２×１０１８個／ｃｍ３以上１．８×１０１８個／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハに対して、ＲＴＰを行う。
【００１６】
ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成は周知の方法で行う。
具体的には、石英ルツボに充填した多結晶シリコンを加熱してシリコン融液とし、シリコン融液の液面に種結晶を接触させて、種結晶と石英ルツボを回転させながら種結晶を引上げてネック部を形成した後、所望の直径まで拡径してｖ／Ｇ値（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）を無欠陥領域となるように所定値（例えば、０．２０〜０．２２ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）に制御しながら直胴部を形成し、最後に、シリコン融液から直胴部を切り離すことで育成することができる。この際、前記育成するシリコン単結晶中の酸素濃度の調整は、石英ルツボの回転数や炉内圧力、ヒータ温度などを調整することによって行うことができる。
【００１７】
前記育成されたシリコン単結晶のウェーハへの切り出しは周知の方法により行う。
具体的には、シリコン単結晶の無欠陥領域を内周刃又はワイヤソーによりウェーハ状に切り出した後、外周部の面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨等を行い、少なくともデバイス形成面が鏡面研磨されたウェーハを製造する。
【００１８】
前記ＲＴＰは、こうして切り出されたウェーハに対して、例えば、図１に示すようなＲＴＰ装置を用いて行う。
図１は、本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法に適用されるＲＴＰ装置の一例を示す断面概念図である。
【００１９】
本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法に適用されるＲＴＰ装置１０は、図１に示すように、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、ウェーハＷを両面から加熱する。加熱部４０は、例えば、複数のハロゲンランプ５０で構成されている。
【００２３】
図１に示すＲＴＰ装置１０を用いて、ＲＴＰ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。
【００２４】
本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法におけるＲＴＰは、図１に示すようなＲＴＰ装置１０を用いて、前記シリコン単結晶インゴットの無欠陥領域から切り出された酸素濃度が１．２×１０１８個／ｃｍ３以上１．８×１０１８個／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハに対して、雰囲気ガスＦＡとして窒素ガスを含まない非酸化性ガスを反応室２０内に供給し、非酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第１の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持（以下、第１の熱処理という）した後、更に、雰囲気ガスＦＡとして窒素ガスを含まない酸化性ガスを反応室２０内に供給し、酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第２の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持（以下、第２の熱処理という）する急速昇降温熱処理を行う。
【００２５】
このように、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたウェーハに対して、前記第１の熱処理を行うことで、ウェーハの少なくともデバイス形成面における表層部の酸素を外方拡散させて、ライフタイム低下の原因と推測される酸素析出核を構成する酸素を前記表層部から排除する。その後、前記第２の熱処理を行うことで、前記表層部に酸素を内方拡散させて、前記第１の熱処理によって失われた酸素を補填して、当該表層部の酸素濃度を高める。
【００２６】
前述したように、高酸素濃度のウェーハに対して熱処理を行い、最初に、前記表層部から酸素を外方拡散させるため、ライフタイムの向上を図ることができ、また、その後に、酸素を内方拡散させるため、前記外方拡散により酸素濃度が低下した表層部の酸素濃度を高めることができる。なお、内方拡散された酸素は表層部において酸素析出核として存在することになるが、この酸素析出核は、気相（酸化性雰囲気）から酸素を内方拡散されて形成されたものであるため、ＣＺ法で導入された酸素析出核よりも径が小さくなっているものと考えられる。
従って、内方拡散させて形成した酸素析出核はライフタイムの測定に影響を及ぼさないものとなっていると考えられるため、ライフタイムを向上させることができると考えられる。また、表層部の酸素濃度を高くすることができるため、半導体デバイス形成時における熱処理においてスリップの発生を抑制することができると考えられる。
【００２７】
前記第１及び第２の熱処理は、窒素ガスを含まない雰囲気中で行うことが好ましい。
このように、窒素ガスを含まない雰囲気中でＲＴＰを行うことで、ウェーハの表裏面に窒化膜が形成されるのを防止することができるため、生産性が低下するのを防止することができる。
また、前記第１の熱処理を酸化性雰囲気で行う場合には、雰囲気中に酸素が含まれているため、前記表層部から酸素を効率よく外方拡散させることが難しい。また、前記第２の熱処理を非酸化性雰囲気で行う場合には、雰囲気中に酸素が含まれていないため、前記表層部に酸素を内方拡散させることが難しい。
【００２８】
前記非酸化性雰囲気は不活性ガス（好ましくはアルゴンガス）であり、前記酸化性雰囲気は、酸素含有ガス（好ましくは酸素ガス又は酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス）であることが好ましい。
このようなガスを用いることで、窒化膜の形成が生じることがなく、ＲＴＰを行うことができる。
【００２９】
前記第１の熱処理は、１３００℃以上１３８０℃以下の第１の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持することが好ましい。
前記温度が１３００℃未満である場合には、前記表層部から酸素を効率よく外方拡散させることが難しい。また、前記温度が１３８０℃を超える場合には、高温となるため、本熱処理中にウェーハにスリップが発生する可能性が高くなり、また、ＲＴＰ装置の寿命が低下する場合があるため好ましくない。
前記第１の最高到達温度を保持する保持時間が１秒未満である場合には、熱処理する時間が短時間であるため、前記表層部から酸素を外方拡散させることが難しい。前記保持時間が１５秒を超える場合には、前記表層部から必要以上の酸素を外方拡散させてしまうため、前記表層部の酸素濃度が大きく低下する場合があり、更に、生産性が低下するため好ましくない。
【００３０】
前記第２の熱処理は、１３００℃以上１３８０℃以下の第２の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持することが好ましい。
前記温度が１３００℃未満である場合には、前記表層部に酸素を効率よく内方拡散させることが難しい。また、前記温度が１３８０℃を超える場合には、高温となるため、本熱処理中にウェーハにスリップが発生する可能性が高くなり、また、ＲＴＰ装置の寿命が低下する場合があるため好ましくない。
前記第２の最高到達温度を保持する保持時間が１秒未満である場合には、熱処理する時間が短時間であるため、前記表層部に酸素を内方拡散させることが難しい。前記保持時間が１５秒を超える場合には、ウェーハ表面に厚い酸化膜が形成されてしまうためデバイス形成面における面粗れが発生する場合があり、更に、生産性が低下するため好ましくない。
【００３１】
なお、無欠陥領域から切り出されたウェーハであっても若干の原子空孔を含んでいる場合（Ｐｖタイプの無欠陥領域）があるが、その場合であっても前記第１及び第２の熱処理を行うため、前記表層部において前記原子空孔を消滅させることが可能である。従って、前記表層部において空孔等がない完全な無欠陥領域を有するシリコンウェーハを得ることができる。
【００３２】
図２は、前記ＲＴＰ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ＲＴＰにおいては、図２に示すように、例えば温度Ｔ０（好ましくは５００℃以上７００℃以下）で保持された図１に示すようなＲＴＰ装置１０の反応室２０内に少なくともデバイス形成面Ｗ１が鏡面研磨されたウェーハＷを設置し、雰囲気ガスＦＡとして非酸化性ガス（好ましくはアルゴンガス）を供給する。
次に、温度Ｔ０（℃）から第１の最高到達温度である１３００℃以上１３８０℃以下（図２中、温度Ｔ１（℃））まで、昇温速度ΔＴｕ（℃／秒）で急速昇温し、温度Ｔ１（℃）で１秒以上１５秒以下（図２中、ｔ１（秒））保持する（第１の熱処理）。その後、雰囲気ガスＦＡを非酸化性ガスから酸化性ガス（好ましくは酸素ガス又は酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス）に切り替えて反応室２０内に供給し、第２の最高到達温度である１３００℃以上１３８０℃以下（図２中では第１の最高到達温度と同じ温度Ｔ１（℃））で１秒以上１５秒以下（図２中、ｔ２（秒））保持する（第２の熱処理）。その後、温度Ｔ１（℃）からウエハＷの炉出し温度（例えば、温度Ｔ０（℃））まで降温速度ΔＴｄ（℃／秒）で急速降温する。
【００３３】
図３は、前記ＲＴＰに適用される熱処理シーケンスの他の一例を示す概念図である。
前記ＲＴＰにおいては、図３に示すように、例えば温度Ｔ０（好ましくは５００℃以上７００℃以下）で保持された図１に示すようなＲＴＰ装置１０の反応室２０内に少なくともデバイス形成面Ｗ１が鏡面研磨されたウェーハＷを設置し、雰囲気ガスＦＡとして非酸化性ガス（好ましくはアルゴンガス）を供給する。次に、温度Ｔ０（℃）から第１の最高到達温度である１３００℃以上１３８０℃以下（図３中、温度Ｔ１（℃））まで、第１の昇温速度ΔＴｕ１（℃／秒）で急速昇温し、温度Ｔ１（℃）で１秒以上１５秒以下（図３中、ｔ１（秒））保持した後、第１の降温速度ΔＴｄ１（℃／秒）で、中間温度（図３中、温度ＴＭ（℃））まで急速降温し、前記中間温度ＴＭ（℃）を一定時間ｔＭ１保持する（第１の熱処理）。その後、前記中間温度ＴＭ（℃）で前記雰囲気ガスＦＡを非酸化性ガスから酸化性ガス（好ましくは酸素ガス又は酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス）に切り替えて反応室２０内に供給し、更に、中間温度ＴＭ（℃）を一定時間ｔＭ２保持した後、中間温度ＴＭ（℃）から第２の最高到達温度である１３００℃以上１３８０℃以下（図３中では第１の最高到達温度と同じ温度Ｔ１（℃））まで、第２の昇温速度ΔＴｕ２（℃／秒）で急速昇温し、温度Ｔ１（℃）で１秒以上１５秒以下（図３中、ｔ２（秒））保持する（第２の熱処理）。その後、温度Ｔ１（℃）からウェーハＷの炉出し温度（例えば、温度Ｔ０（℃））まで第２の降温速度ΔＴｄ２（℃／秒）で急速降温する。
【００３４】
なお、前記温度Ｔ０、Ｔ１、ＴＭ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（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）することができる。
【００３５】
前記急速昇降温熱処理における非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気へ切り替える際の切替温度は、６００℃以上８００℃以下であることが好ましい。
すなわち、前記ＲＴＰにおいては、図３に示すような熱処理シーケンスを用いることが好ましく、前記中間温度ＴＭ（℃）は、６００℃以上８００℃以下であることが好ましい。
このような切替温度とすることで、デバイス形成面における表面粗さが良好なウェーハを得ることができる。
なお、前記中間温度ＴＭにおける保持時間（ｔＭ１、ｔＭ２）は、生産性の観点から各々１秒以上１５秒以下であることが好ましい。
【００３６】
前記ＲＴＰにおける昇温速度ΔＴｕ、ΔＴｕ１、ΔＴｕ２及び降温速度ΔＴｄ、ΔＴｄ１、ΔＴｄ２は、１０℃／秒以上１５０℃／秒以下であることが好ましい。
前記ＲＴＰにおける昇温速度及び降温速度をこのような範囲とすることで、生産性が高く、かつ、スリップの発生を抑制しつつＲＴＰを行うことができる。
【実施例】
【００３７】
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）
ＣＺ法によりｖ／Ｇ（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）及び酸素濃度を制御して、酸素濃度を１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とした無欠陥領域を有するシリコン単結晶を育成し、その後、当該無欠陥領域から切り出して得られた両面が鏡面研磨されたウェーハ（直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍ）に対して、図１に示すようなＲＴＰ装置１０を用いて、ＲＴＰを行った。
この際、図２に示す熱処理シーケンスを用いて行い、第１の熱処理における雰囲気ガスをアルゴンガスとし、第２の熱処理における雰囲気ガスを酸素ガスとして、前記最高到達温度を変化させて、各々ＲＴＰを行った。その他の条件は下記の通りである。
・昇温速度ΔＴｕ：１０℃／秒
・第１の最高到達温度の保持時間ｔ１：１０秒
・第２の最高到達温度の保持時間ｔ２：１０秒
・降温速度ΔＴｄ：１０℃／秒
【００３８】
得られたＲＴＰ後のウェーハに対して、デバイス形成面における表面から深さ方向の酸素濃度プロファイルを二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ；カメカ社製Ｉｍｓ−６ｆ）にて測定し、その結果からウェーハのデバイス形成面における表面の酸素濃度を評価した。また、ウェーハのデバイス形成面におけるライフタイムを大気中において反射マイクロ波光導電減衰法（μ-ＰＣＤ法）にて評価した。
更に、得られたＲＴＰ後のウェーハのデバイス形成面に対して、ナノインデンター（登録商標）を用いて、表面に小さいクラックを生じさせた後、同一のＲＴＰ装置１０でアルゴン雰囲気下、最高到達温度１３５０℃、その保持時間を１５秒間として、再度、ＲＴＰを行った。このＲＴＰを、デバイス形成プロセスにおける熱処理と想定した。
その後、デバイス想定熱処理を行ったウェーハの前記デバイス形成面におけるクラックの伸張の有無をＸ線トポグラフィ（株式会社リガク製 ＸＲＴ３００）にて評価した。
【００３９】
また、参考例として、前記ＲＴＰを行わないウェーハを、同様の方法にて、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
表１に、試験１における試験条件及び評価結果を示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示すように、前記最高到達温度が１２５０℃である場合（比較例１）は、ライフタイムが実施例１から３と比べて低いことが認められる。これは、１２５０℃では、表層部に存在する酸素析出核を構成する酸素が効率よく外方拡散されていないためと考えられる。
【００４２】
（試験２）
試験１において、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成時の酸素濃度を１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３として、その他は、試験１と同様な条件にて、ＲＴＰを行った。
【００４３】
得られたＲＴＰ後のウェーハに対して、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
また、参考例として、前記ＲＴＰを行わないウェーハを、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
表２に、試験２における試験条件及び評価結果を示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２に示すように、酸素濃度が１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である場合でも試験１と同様な傾向があることが認められる。
以上の試験１及び２の結果から、前記ＲＴＰにおいては、第１の最高到達温度（℃）を１３００℃以上１３８０℃以下とし、第２の最高到達温度（℃）を１３００℃以上１３８０℃以下とすることで、ライフタイムが大きく向上し、かつ、クラックの伸張も抑制されたウェーハを得ることができると認められる。
【００４６】
（試験３）
ＣＺ法によりｖ／Ｇ（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）及び酸素濃度を制御して、酸素濃度を１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とした無欠陥領域を有するシリコン単結晶を育成し、その後、当該無欠陥領域から切り出して得られた両面が鏡面研磨されたウェーハ（直径３００ｍｍ、厚さ７７５ｍｍ）に対して、図１に示すようなＲＴＰ装置１０を用いて、ＲＴＰを行った。
【００４７】
この際、図３に示す熱処理シーケンスを用いて行い、第１の熱処理における雰囲気ガスをアルゴンガスとし、第２の熱処理における雰囲気ガスを酸素ガスとして、第１及び第２の最高到達温度を変化させて、各々ＲＴＰを行った。その他の条件は下記の通りである。
・第１の昇温速度ΔＴｕ１：１０℃／秒
・第１の最高到達温度の保持時間ｔ１：１０秒
・第１の降温速度ΔＴｄ１：１０℃／秒
・中間温度ＴＭ：８００℃
・中間温度ＴＭの保持時間ｔＭ１：５秒
・中間温度ＴＭの保持時間ｔＭ２：５秒
・第２の昇温速度ΔＴｕ２：１０℃／秒
・第２の最高到達温度の保持時間ｔ２：１０秒
・第２の降温速度ΔＴｄ２：１０℃／秒
【００４８】
得られたＲＴＰ後のウェーハに対して、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
表３に、試験３における試験条件及び評価結果を示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
表３に示すように、第１の最高到達温度が１２５０℃である場合（比較例３から６）は、ライフタイムが実施例と比べて低いことが認められる。これは、１２５０℃では、表層部に存在する酸素析出核を構成する酸素が効率よく外方拡散されていないためと考えられる。更に、第１の最高到達温度が１３００℃であっても第２の最高到達温度が１２５０℃である場合（比較例７、８、９）は、クラックが伸張する傾向が認められる。これは、１２５０℃では、酸素が効率よく表層部に内方拡散されないため、結果、酸素濃度が低下し、酸素のピンニング力が低下しているためと考えられる。
【００５１】
（試験４）
試験３において、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成時の酸素濃度を１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３として、その他は、試験１と同様な条件にて、ＲＴＰを行った。
得られたＲＴＰ後のウェーハに対して、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
また、参考例として、前記ＲＴＰを行わないウェーハを、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
表４に、試験４における試験条件及び評価結果を示す。
【００５２】
【表４】
【００５３】
表４に示すように、酸素濃度が１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である場合でも試験１と同様な傾向があることが認められる。
以上の結果から、図３に示す熱処理シーケンスにおいても、第１の最高到達温度（℃）を１３００℃以上１３８０℃以下とし、第２の最高到達温度（℃）を１３００℃以上１３８０℃以下とすることで、ライフタイムが大きく向上し、かつ、クラックの伸張も抑制されたウェーハを得ることができると認められる。
【００５４】
（試験５）
試験３において第１及び第２の最高到達温度を１３００℃として、中間温度ＴＭを変化させて、その他は試験３と同様な条件にてＲＴＰを行った。
得られたＲＴＰ後のウェーハに対して、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
更に、ＲＴＰ後のウェーハにおけるデバイス形成面の表面粗さ（ＲＭＳ）をＡＦＭ（原子間力顕微鏡：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用い、測定範囲３μｍ□で評価した。
表５に、試験５における試験条件及び評価結果を示す。
【００５５】
【表５】
【００５６】
表５に示すように、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に切り替える切替温度（中間温度ＴＭ）を６００℃以上８００℃以下とすることで、表面粗さＲＭＳ（ｎｍ）が０．１２〜０．１３ｎｍと良化する傾向があることが認められる。
【符号の説明】
【００５７】
１０ ＲＴＰ装置
２０ 反応室
３０ ウェーハ保持部
４０ 加熱部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法ともいう）により育成されたシリコン単結晶インゴット（以下、単に、シリコン単結晶ともいう）から切り出されたシリコンウェーハに対して、熱処理を行うシリコンウェーハの熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス形成用基板として用いられるシリコンウェーハ（以下、単に、ウェーハともいう）は、少なくともウェーハ表面（デバイス形成面）におけるデバイス形成領域となるウェーハの表面近傍（以下、表層部という）において、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）等のボイド欠陥が低密度であることが要求されている。
【０００３】
この要求に対し、特許文献１には、シリコン単結晶を育成する際に、引き上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、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をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、Ｖ／Ｇ値を所定の結晶位置毎に制御することで、無欠陥領域のシリコン単結晶を引上げる方法が開示されている。
【０００４】
一方、特許文献２には、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域（本願でいう無欠陥領域）又は結晶に起因するパーティクル（ＣＯＰ）を含む空孔型点欠陥が支配的に存在する領域から切り出された窒素をドープしたウェーハに、不活性ガス、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス、あるいは、それらの混合ガスを用いて、１１００℃以上１３００℃以下で１０秒以下、急速昇降温熱処理（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ：以下、単にＲＴＰともいう）を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−３３０３１６号公報
【特許文献２】特開２００２−４３２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
なお、酸素濃度が低い低酸素濃度のウェーハは、酸素による転位のピンニング効果が低いため、半導体デバイス形成時における熱処理においてスリップが発生しやすいという問題がある。従って、このようなスリップの発生を抑制するために、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成時に、高酸素濃度（１．２〜１．８×１０１８個／ｃｍ３：ｏｌｄ−ＡＳＴＭ換算、以下同じ。）のシリコン単結晶を育成して、高酸素濃度のウェーハを得ることが好ましい。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された方法を用いて、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたウェーハは、ライフタイムが低いという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の熱処理において、雰囲気として不活性ガスを用いた場合には、ウェーハの表面から酸素が外方拡散されるため、表層部における酸素濃度が低下し、半導体デバイス形成時における熱処理においてスリップが発生しやすくなるという問題がある。また、雰囲気として酸素ガスを用いた場合には、ウェーハの表面に酸素が内方拡散されるため表面の酸素濃度は増加するが、前述したように、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたウェーハは、ライフタイムが低いという問題がある。更に、雰囲気として窒素ガスを用いた場合には、ウェーハの表裏面に窒化膜が形成されてしまうため、後工程において当該窒化膜を除去する工程を更に設ける必要があり、生産性が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたシリコンウェーハであっても、ライフタイムを向上させることができ、かつ、半導体デバイス形成時における熱処理においてスリップの発生が抑制されたシリコンウェーハを生産性が低下することなく得ることができるシリコンウェーハの熱処理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】
【００１０】
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、チョクラルスキー法によりｖ／Ｇ値（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）を制御して育成されたシリコン単結晶インゴットの無欠陥領域から切り出された酸素濃度が１．２×１０１８個／ｃｍ３以上１．８×１０１８個／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハに対して、窒素ガスを含まない非酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第１の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持した後、更に、窒素ガスを含まない酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第２の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持する急速昇降温熱処理を行うことを特徴とする。
【００１１】
前記非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気へ切り替える際の切替温度は、６００℃以上８００℃以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたシリコンウェーハであっても、ライフタイムを向上させることができ、かつ、半導体デバイス形成時における熱処理においてスリップの発生が抑制されたシリコンウェーハを生産性が低下することなく得ることができるシリコンウェーハの熱処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法に適用されるＲＴＰ装置の一例を示す断面概念図である。
【図２】本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法のＲＴＰ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】本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法のＲＴＰに適用される熱処理シーケンスの他の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者は、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたウェーハのライフタイムが低い原因について、ＣＺ法で導入される酸素が高濃度であるため、シリコン単結晶から切り出されたウェーハの表層部に高濃度の酸素析出核が存在し、これがライフタイム低下の要因となっていると推測した。
そこで、ウェーハの表層部における酸素析出核を構成する酸素を熱処理によって外方拡散させた後に、再度、酸化性雰囲気から酸素を内方拡散させる、すなわち、表層部に導入されている酸素を入れ替えることで、ウェーハの表層部における酸素濃度を高濃度に保ちつつライフタイムを向上させることができる点を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
以下、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法は、チョクラルスキー法によりｖ／Ｇ値（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）を制御して育成されたシリコン単結晶インゴットの無欠陥領域から切り出された酸素濃度が１．２×１０１８個／ｃｍ３以上１．８×１０１８個／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハに対して、ＲＴＰを行う。
【００１６】
ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成は周知の方法で行う。
具体的には、石英ルツボに充填した多結晶シリコンを加熱してシリコン融液とし、シリコン融液の液面に種結晶を接触させて、種結晶と石英ルツボを回転させながら種結晶を引上げてネック部を形成した後、所望の直径まで拡径してｖ／Ｇ値（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）を無欠陥領域となるように所定値（例えば、０．２０〜０．２２ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）に制御しながら直胴部を形成し、最後に、シリコン融液から直胴部を切り離すことで育成することができる。この際、前記育成するシリコン単結晶中の酸素濃度の調整は、石英ルツボの回転数や炉内圧力、ヒータ温度などを調整することによって行うことができる。
【００１７】
前記育成されたシリコン単結晶のウェーハへの切り出しは周知の方法により行う。
具体的には、シリコン単結晶の無欠陥領域を内周刃又はワイヤソーによりウェーハ状に切り出した後、外周部の面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨等を行い、少なくともデバイス形成面が鏡面研磨されたウェーハを製造する。
【００１８】
前記ＲＴＰは、こうして切り出されたウェーハに対して、例えば、図１に示すようなＲＴＰ装置を用いて行う。
図１は、本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法に適用されるＲＴＰ装置の一例を示す断面概念図である。
【００１９】
本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法に適用されるＲＴＰ装置１０は、図１に示すように、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、ウェーハＷを両面から加熱する。加熱部４０は、例えば、複数のハロゲンランプ５０で構成されている。
【００２３】
図１に示すＲＴＰ装置１０を用いて、ＲＴＰ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。
【００２４】
本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法におけるＲＴＰは、図１に示すようなＲＴＰ装置１０を用いて、前記シリコン単結晶インゴットの無欠陥領域から切り出された酸素濃度が１．２×１０１８個／ｃｍ３以上１．８×１０１８個／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハに対して、雰囲気ガスＦＡとして窒素ガスを含まない非酸化性ガスを反応室２０内に供給し、非酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第１の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持（以下、第１の熱処理という）した後、更に、雰囲気ガスＦＡとして窒素ガスを含まない酸化性ガスを反応室２０内に供給し、酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第２の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持（以下、第２の熱処理という）する急速昇降温熱処理を行う。
【００２５】
このように、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、高酸素濃度のシリコン単結晶の無欠陥領域から切り出されたウェーハに対して、前記第１の熱処理を行うことで、ウェーハの少なくともデバイス形成面における表層部の酸素を外方拡散させて、ライフタイム低下の原因と推測される酸素析出核を構成する酸素を前記表層部から排除する。その後、前記第２の熱処理を行うことで、前記表層部に酸素を内方拡散させて、前記第１の熱処理によって失われた酸素を補填して、当該表層部の酸素濃度を高める。
【００２６】
前述したように、高酸素濃度のウェーハに対して熱処理を行い、最初に、前記表層部から酸素を外方拡散させるため、ライフタイムの向上を図ることができ、また、その後に、酸素を内方拡散させるため、前記外方拡散により酸素濃度が低下した表層部の酸素濃度を高めることができる。なお、内方拡散された酸素は表層部において酸素析出核として存在することになるが、この酸素析出核は、気相（酸化性雰囲気）から酸素を内方拡散されて形成されたものであるため、ＣＺ法で導入された酸素析出核よりも径が小さくなっているものと考えられる。
従って、内方拡散させて形成した酸素析出核はライフタイムの測定に影響を及ぼさないものとなっていると考えられるため、ライフタイムを向上させることができると考えられる。また、表層部の酸素濃度を高くすることができるため、半導体デバイス形成時における熱処理においてスリップの発生を抑制することができると考えられる。
【００２７】
前記第１及び第２の熱処理は、窒素ガスを含まない雰囲気中で行うことが好ましい。
このように、窒素ガスを含まない雰囲気中でＲＴＰを行うことで、ウェーハの表裏面に窒化膜が形成されるのを防止することができるため、生産性が低下するのを防止することができる。
また、前記第１の熱処理を酸化性雰囲気で行う場合には、雰囲気中に酸素が含まれているため、前記表層部から酸素を効率よく外方拡散させることが難しい。また、前記第２の熱処理を非酸化性雰囲気で行う場合には、雰囲気中に酸素が含まれていないため、前記表層部に酸素を内方拡散させることが難しい。
【００２８】
前記非酸化性雰囲気は不活性ガス（好ましくはアルゴンガス）であり、前記酸化性雰囲気は、酸素含有ガス（好ましくは酸素ガス又は酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス）であることが好ましい。
このようなガスを用いることで、窒化膜の形成が生じることがなく、ＲＴＰを行うことができる。
【００２９】
前記第１の熱処理は、１３００℃以上１３８０℃以下の第１の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持することが好ましい。
前記温度が１３００℃未満である場合には、前記表層部から酸素を効率よく外方拡散させることが難しい。また、前記温度が１３８０℃を超える場合には、高温となるため、本熱処理中にウェーハにスリップが発生する可能性が高くなり、また、ＲＴＰ装置の寿命が低下する場合があるため好ましくない。
前記第１の最高到達温度を保持する保持時間が１秒未満である場合には、熱処理する時間が短時間であるため、前記表層部から酸素を外方拡散させることが難しい。前記保持時間が１５秒を超える場合には、前記表層部から必要以上の酸素を外方拡散させてしまうため、前記表層部の酸素濃度が大きく低下する場合があり、更に、生産性が低下するため好ましくない。
【００３０】
前記第２の熱処理は、１３００℃以上１３８０℃以下の第２の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持することが好ましい。
前記温度が１３００℃未満である場合には、前記表層部に酸素を効率よく内方拡散させることが難しい。また、前記温度が１３８０℃を超える場合には、高温となるため、本熱処理中にウェーハにスリップが発生する可能性が高くなり、また、ＲＴＰ装置の寿命が低下する場合があるため好ましくない。
前記第２の最高到達温度を保持する保持時間が１秒未満である場合には、熱処理する時間が短時間であるため、前記表層部に酸素を内方拡散させることが難しい。前記保持時間が１５秒を超える場合には、ウェーハ表面に厚い酸化膜が形成されてしまうためデバイス形成面における面粗れが発生する場合があり、更に、生産性が低下するため好ましくない。
【００３１】
なお、無欠陥領域から切り出されたウェーハであっても若干の原子空孔を含んでいる場合（Ｐｖタイプの無欠陥領域）があるが、その場合であっても前記第１及び第２の熱処理を行うため、前記表層部において前記原子空孔を消滅させることが可能である。従って、前記表層部において空孔等がない完全な無欠陥領域を有するシリコンウェーハを得ることができる。
【００３２】
図２は、前記ＲＴＰ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ＲＴＰにおいては、図２に示すように、例えば温度Ｔ０（好ましくは５００℃以上７００℃以下）で保持された図１に示すようなＲＴＰ装置１０の反応室２０内に少なくともデバイス形成面Ｗ１が鏡面研磨されたウェーハＷを設置し、雰囲気ガスＦＡとして非酸化性ガス（好ましくはアルゴンガス）を供給する。
次に、温度Ｔ０（℃）から第１の最高到達温度である１３００℃以上１３８０℃以下（図２中、温度Ｔ１（℃））まで、昇温速度ΔＴｕ（℃／秒）で急速昇温し、温度Ｔ１（℃）で１秒以上１５秒以下（図２中、ｔ１（秒））保持する（第１の熱処理）。その後、雰囲気ガスＦＡを非酸化性ガスから酸化性ガス（好ましくは酸素ガス又は酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス）に切り替えて反応室２０内に供給し、第２の最高到達温度である１３００℃以上１３８０℃以下（図２中では第１の最高到達温度と同じ温度Ｔ１（℃））で１秒以上１５秒以下（図２中、ｔ２（秒））保持する（第２の熱処理）。その後、温度Ｔ１（℃）からウエハＷの炉出し温度（例えば、温度Ｔ０（℃））まで降温速度ΔＴｄ（℃／秒）で急速降温する。
【００３３】
図３は、前記ＲＴＰに適用される熱処理シーケンスの他の一例を示す概念図である。
前記ＲＴＰにおいては、図３に示すように、例えば温度Ｔ０（好ましくは５００℃以上７００℃以下）で保持された図１に示すようなＲＴＰ装置１０の反応室２０内に少なくともデバイス形成面Ｗ１が鏡面研磨されたウェーハＷを設置し、雰囲気ガスＦＡとして非酸化性ガス（好ましくはアルゴンガス）を供給する。次に、温度Ｔ０（℃）から第１の最高到達温度である１３００℃以上１３８０℃以下（図３中、温度Ｔ１（℃））まで、第１の昇温速度ΔＴｕ１（℃／秒）で急速昇温し、温度Ｔ１（℃）で１秒以上１５秒以下（図３中、ｔ１（秒））保持した後、第１の降温速度ΔＴｄ１（℃／秒）で、中間温度（図３中、温度ＴＭ（℃））まで急速降温し、前記中間温度ＴＭ（℃）を一定時間ｔＭ１保持する（第１の熱処理）。その後、前記中間温度ＴＭ（℃）で前記雰囲気ガスＦＡを非酸化性ガスから酸化性ガス（好ましくは酸素ガス又は酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス）に切り替えて反応室２０内に供給し、更に、中間温度ＴＭ（℃）を一定時間ｔＭ２保持した後、中間温度ＴＭ（℃）から第２の最高到達温度である１３００℃以上１３８０℃以下（図３中では第１の最高到達温度と同じ温度Ｔ１（℃））まで、第２の昇温速度ΔＴｕ２（℃／秒）で急速昇温し、温度Ｔ１（℃）で１秒以上１５秒以下（図３中、ｔ２（秒））保持する（第２の熱処理）。その後、温度Ｔ１（℃）からウェーハＷの炉出し温度（例えば、温度Ｔ０（℃））まで第２の降温速度ΔＴｄ２（℃／秒）で急速降温する。
【００３４】
なお、前記温度Ｔ０、Ｔ１、ＴＭ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（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）することができる。
【００３５】
前記急速昇降温熱処理における非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気へ切り替える際の切替温度は、６００℃以上８００℃以下であることが好ましい。
すなわち、前記ＲＴＰにおいては、図３に示すような熱処理シーケンスを用いることが好ましく、前記中間温度ＴＭ（℃）は、６００℃以上８００℃以下であることが好ましい。
このような切替温度とすることで、デバイス形成面における表面粗さが良好なウェーハを得ることができる。
なお、前記中間温度ＴＭにおける保持時間（ｔＭ１、ｔＭ２）は、生産性の観点から各々１秒以上１５秒以下であることが好ましい。
【００３６】
前記ＲＴＰにおける昇温速度ΔＴｕ、ΔＴｕ１、ΔＴｕ２及び降温速度ΔＴｄ、ΔＴｄ１、ΔＴｄ２は、１０℃／秒以上１５０℃／秒以下であることが好ましい。
前記ＲＴＰにおける昇温速度及び降温速度をこのような範囲とすることで、生産性が高く、かつ、スリップの発生を抑制しつつＲＴＰを行うことができる。
【実施例】
【００３７】
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）
ＣＺ法によりｖ／Ｇ（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）及び酸素濃度を制御して、酸素濃度を１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とした無欠陥領域を有するシリコン単結晶を育成し、その後、当該無欠陥領域から切り出して得られた両面が鏡面研磨されたウェーハ（直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍ）に対して、図１に示すようなＲＴＰ装置１０を用いて、ＲＴＰを行った。
この際、図２に示す熱処理シーケンスを用いて行い、第１の熱処理における雰囲気ガスをアルゴンガスとし、第２の熱処理における雰囲気ガスを酸素ガスとして、前記最高到達温度を変化させて、各々ＲＴＰを行った。その他の条件は下記の通りである。
・昇温速度ΔＴｕ：１０℃／秒
・第１の最高到達温度の保持時間ｔ１：１０秒
・第２の最高到達温度の保持時間ｔ２：１０秒
・降温速度ΔＴｄ：１０℃／秒
【００３８】
得られたＲＴＰ後のウェーハに対して、デバイス形成面における表面から深さ方向の酸素濃度プロファイルを二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ；カメカ社製Ｉｍｓ−６ｆ）にて測定し、その結果からウェーハのデバイス形成面における表面の酸素濃度を評価した。また、ウェーハのデバイス形成面におけるライフタイムを大気中において反射マイクロ波光導電減衰法（μ-ＰＣＤ法）にて評価した。
更に、得られたＲＴＰ後のウェーハのデバイス形成面に対して、ナノインデンター（登録商標）を用いて、表面に小さいクラックを生じさせた後、同一のＲＴＰ装置１０でアルゴン雰囲気下、最高到達温度１３５０℃、その保持時間を１５秒間として、再度、ＲＴＰを行った。このＲＴＰを、デバイス形成プロセスにおける熱処理と想定した。
その後、デバイス想定熱処理を行ったウェーハの前記デバイス形成面におけるクラックの伸張の有無をＸ線トポグラフィ（株式会社リガク製 ＸＲＴ３００）にて評価した。
【００３９】
また、参考例として、前記ＲＴＰを行わないウェーハを、同様の方法にて、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
表１に、試験１における試験条件及び評価結果を示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示すように、前記最高到達温度が１２５０℃である場合（比較例１）は、ライフタイムが実施例１から３と比べて低いことが認められる。これは、１２５０℃では、表層部に存在する酸素析出核を構成する酸素が効率よく外方拡散されていないためと考えられる。
【００４２】
（試験２）
試験１において、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成時の酸素濃度を１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３として、その他は、試験１と同様な条件にて、ＲＴＰを行った。
【００４３】
得られたＲＴＰ後のウェーハに対して、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
また、参考例として、前記ＲＴＰを行わないウェーハを、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
表２に、試験２における試験条件及び評価結果を示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２に示すように、酸素濃度が１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である場合でも試験１と同様な傾向があることが認められる。
以上の試験１及び２の結果から、前記ＲＴＰにおいては、第１の最高到達温度（℃）を１３００℃以上１３８０℃以下とし、第２の最高到達温度（℃）を１３００℃以上１３８０℃以下とすることで、ライフタイムが大きく向上し、かつ、クラックの伸張も抑制されたウェーハを得ることができると認められる。
【００４６】
（試験３）
ＣＺ法によりｖ／Ｇ（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）及び酸素濃度を制御して、酸素濃度を１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とした無欠陥領域を有するシリコン単結晶を育成し、その後、当該無欠陥領域から切り出して得られた両面が鏡面研磨されたウェーハ（直径３００ｍｍ、厚さ７７５ｍｍ）に対して、図１に示すようなＲＴＰ装置１０を用いて、ＲＴＰを行った。
【００４７】
この際、図３に示す熱処理シーケンスを用いて行い、第１の熱処理における雰囲気ガスをアルゴンガスとし、第２の熱処理における雰囲気ガスを酸素ガスとして、第１及び第２の最高到達温度を変化させて、各々ＲＴＰを行った。その他の条件は下記の通りである。
・第１の昇温速度ΔＴｕ１：１０℃／秒
・第１の最高到達温度の保持時間ｔ１：１０秒
・第１の降温速度ΔＴｄ１：１０℃／秒
・中間温度ＴＭ：８００℃
・中間温度ＴＭの保持時間ｔＭ１：５秒
・中間温度ＴＭの保持時間ｔＭ２：５秒
・第２の昇温速度ΔＴｕ２：１０℃／秒
・第２の最高到達温度の保持時間ｔ２：１０秒
・第２の降温速度ΔＴｄ２：１０℃／秒
【００４８】
得られたＲＴＰ後のウェーハに対して、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
表３に、試験３における試験条件及び評価結果を示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
表３に示すように、第１の最高到達温度が１２５０℃である場合（比較例３から６）は、ライフタイムが実施例と比べて低いことが認められる。これは、１２５０℃では、表層部に存在する酸素析出核を構成する酸素が効率よく外方拡散されていないためと考えられる。更に、第１の最高到達温度が１３００℃であっても第２の最高到達温度が１２５０℃である場合（比較例７、８、９）は、クラックが伸張する傾向が認められる。これは、１２５０℃では、酸素が効率よく表層部に内方拡散されないため、結果、酸素濃度が低下し、酸素のピンニング力が低下しているためと考えられる。
【００５１】
（試験４）
試験３において、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成時の酸素濃度を１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３として、その他は、試験１と同様な条件にて、ＲＴＰを行った。
得られたＲＴＰ後のウェーハに対して、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
また、参考例として、前記ＲＴＰを行わないウェーハを、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
表４に、試験４における試験条件及び評価結果を示す。
【００５２】
【表４】
【００５３】
表４に示すように、酸素濃度が１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である場合でも試験１と同様な傾向があることが認められる。
以上の結果から、図３に示す熱処理シーケンスにおいても、第１の最高到達温度（℃）を１３００℃以上１３８０℃以下とし、第２の最高到達温度（℃）を１３００℃以上１３８０℃以下とすることで、ライフタイムが大きく向上し、かつ、クラックの伸張も抑制されたウェーハを得ることができると認められる。
【００５４】
（試験５）
試験３において第１及び第２の最高到達温度を１３００℃として、中間温度ＴＭを変化させて、その他は試験３と同様な条件にてＲＴＰを行った。
得られたＲＴＰ後のウェーハに対して、試験１と同様な方法で、酸素濃度、ライフタイム及びクラックの伸張の有無を評価した。
更に、ＲＴＰ後のウェーハにおけるデバイス形成面の表面粗さ（ＲＭＳ）をＡＦＭ（原子間力顕微鏡：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用い、測定範囲３μｍ□で評価した。
表５に、試験５における試験条件及び評価結果を示す。
【００５５】
【表５】
【００５６】
表５に示すように、非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気に切り替える切替温度（中間温度ＴＭ）を６００℃以上８００℃以下とすることで、表面粗さＲＭＳ（ｎｍ）が０．１２〜０．１３ｎｍと良化する傾向があることが認められる。
【符号の説明】
【００５７】
１０ ＲＴＰ装置
２０ 反応室
３０ ウェーハ保持部
４０ 加熱部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法によりｖ／Ｇ値（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）を制御して育成されたシリコン単結晶インゴットの無欠陥領域から切り出された酸素濃度が１．２×１０１８個／ｃｍ３以上１．８×１０１８個／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハに対して、窒素ガスを含まない非酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第１の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持した後、更に、窒素ガスを含まない酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第２の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持する急速昇降温熱処理を行うことを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法。
【請求項２】
前記非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気へ切り替える際の切替温度は、６００℃以上８００℃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熱処理方法。
【請求項１】
チョクラルスキー法によりｖ／Ｇ値（ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶内の引上軸方向の温度勾配）を制御して育成されたシリコン単結晶インゴットの無欠陥領域から切り出された酸素濃度が１．２×１０１８個／ｃｍ３以上１．８×１０１８個／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハに対して、窒素ガスを含まない非酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第１の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持した後、更に、窒素ガスを含まない酸化性雰囲気中、１３００℃以上１３８０℃以下の第２の最高到達温度の範囲内で１秒以上１５秒以下保持する急速昇降温熱処理を行うことを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法。
【請求項２】
前記非酸化性雰囲気から酸化性雰囲気へ切り替える際の切替温度は、６００℃以上８００℃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熱処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１７８５１４（Ｐ２０１２−１７８５１４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４１５７４（Ｐ２０１１−４１５７４）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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