シリコンウェーハの製造方法
【課題】シリコン単結晶インゴットの育成効率を低下させることなく、熱処理装置の大型化、煩雑化を防止し、かつ、熱処理時におけるスリップ転位の発生や不純物汚染を抑制することができ、ウェーハの表層部及びバルク部においてもＣＯＰやＢＭＤ等の欠陥を低減させることができるシリコンウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】ＣＺ法によりＶ−リッチ領域からなる酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下であるシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、インゴットを切断してＶ−リッチ領域からなるスライスウェーハを得る工程と、スライスウェーハの表裏面を平坦化処理し、更にエッチング処理する工程と、エッチング後のウェーハを、熱処理用部材を用いて枚葉で単数又は複数保持して酸化性ガス雰囲気中、１１５０℃以上１２００℃以下の最高到達温度で５分以上１０時間以下熱処理する工程と、酸化膜を除去する工程と、少なくとも半導体デバイス形成面となる表面を鏡面研磨する工程と、を備える
【解決手段】ＣＺ法によりＶ−リッチ領域からなる酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下であるシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、インゴットを切断してＶ−リッチ領域からなるスライスウェーハを得る工程と、スライスウェーハの表裏面を平坦化処理し、更にエッチング処理する工程と、エッチング後のウェーハを、熱処理用部材を用いて枚葉で単数又は複数保持して酸化性ガス雰囲気中、１１５０℃以上１２００℃以下の最高到達温度で５分以上１０時間以下熱処理する工程と、酸化膜を除去する工程と、少なくとも半導体デバイス形成面となる表面を鏡面研磨する工程と、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製造方法に関し、特に、シリコンウェーハの表層部やバルク部のＣＯＰ(Crystal Originated Particle）やＢＭＤ（Balk Micro Defect）等の欠陥を低減させてデバイス特性の向上を図ることができるシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、複数の電子部品を集積して一つの回路を構成する集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）と、それ自身が一つの電子部品（トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等）となるディスクリート素子とに大別される。
【０００３】
いずれも、主として、シリコンウェーハ（以下、単に、ウェーハともいう）が基板材料として用いられるが、デバイス形成領域となる部分は、ＩＣの場合には基板の表層部（例えば、表面から深さ５μｍまでの深さ領域）に限られるのに対して、ディスクリート素子の場合は、基板の厚さ方向全体を用いる点で大きく相違する。
【０００４】
従って、シリコンウェーハをディスクリート素子用として使用する場合には、ウェーハの表層部のみならず、バルク部のＣＯＰやＢＭＤ等の欠陥を低減させることが必要とされる。
【０００５】
ＣＯＰを低減させる方法として、特許文献１には、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法ともいう）でシリコン単結晶インゴットを育成する際に、Ｖ／Ｇ値（Ｖ：引き上げ速度、Ｇ：シリコン融液から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）を制御することで、単結晶の径方向全体において無欠陥領域を形成し、全面にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のないシリコンウェーハを製造する技術が開示されている。
【０００６】
また、ＢＭＤを低減させる方法として、特許文献２には、Ｖ／Ｇ値を０．２５ｍｍ２／℃・ｍｉｎ以上として、かつ、１１５０℃から１０００℃までの温度範囲における冷却速度を２．０℃／ｍｉｎ以下として結晶成長を行う技術が開示されている。
【０００７】
また、引上時に導入された欠陥核をほとんど消去する方法として、育成されたシリコン単結晶インゴットを熱処理炉内においてほぼ鉛直に保持し、１１５０℃以上１４００℃以下の温度で加熱し、次いで該熱処理炉内で１１５０℃以下の温度まで冷却する技術が開示されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２に記載の技術は、いずれも引き上げ速度を低く制御して行う必要があるため、シリコン単結晶インゴットの育成効率を低下させるという問題がある。また、特許文献３に記載の技術は、シリコン単結晶インゴットそのものを熱処理するため、熱処理装置が大型化、煩雑化するという問題がある。
【０００９】
また、特許文献４には、シリコンウェーハを、水素ガス雰囲気中あるいは水素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気中で、熱処理温度を１１００℃〜１３００℃、熱処理時間を１分間〜４８時間の条件で熱処理を施すことで、シリコンウェーハの表層部にＤＺ（denuded zone）層を形成する技術が開示されている。
【００１０】
また、特許文献５には、シリコンウェーハを少なくとも２枚以上積層して一群となし、一群以上のシリコンウェーハを垂直方向にスタック配置し、前記一群のウェーハを水平もしくは一方側を水平より上方へ傾斜させて熱処理することで、ＤＺ層やＢＭＤを形成する熱処理、表面やウェーハ内部のＣＯＰ欠陥を消滅させる熱処理等を単一の熱処理工程で行う事ができる技術が開示されている。
【００１１】
更に、特許文献６には、ＣＺ法により製造された単結晶シリコンに対して酸化処理を行い、少なくとも１３００°Ｃ近傍の温度で熱処理を行うことにより、単結晶シリコン中に存在するボイド欠陥を消滅させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０８−３３０３１６号公報
【特許文献２】特開平０８−１２４９３号公報
【特許文献３】特開平０５−３１９９８８号公報
【特許文献４】特開平６−２９５９１２号公報
【特許文献５】特開平１０−７４７７１号公報
【特許文献６】国際公開第２００３／０５６６２１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献４に記載の技術は、シリコンウェーハの表層部のＣＯＰ欠陥の低減は可能であるが、より深い領域（バルク部）においてはその効果は不十分であるという問題がある。
【００１４】
更に、特許文献５に記載の技術は、シリコンウェーハを少なくとも２枚以上積層して一群となして熱処理を行うため、その積層状態や積層するウェーハの結晶径によっては、熱処理中、応力が集中する部分のウェーハ（例えば、当該一群となした最下部のウェーハ）にスリップ転位が発生する場合がある。また、ＢＭＤの発生を抑制するため、酸素濃度の低いシリコンウェーハを用いて熱処理を行う場合には、酸素によるスリップ転位のピンニング力が低下するため、スリップ転位がより発生しやすくなるという問題もある。
【００１５】
加えて、特許文献６に記載の技術は、シリコンウェーハを少なくとも１３００°Ｃ近傍の温度で熱処理を行うため、スリップ転位が発生する可能性が高くなると共に、熱処理時に使用するウェーハを保持する熱処理用部材がＳｉＣに限定されるため、カーボン等の不純物汚染が問題となる場合もある。
【００１６】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、シリコン単結晶インゴットの育成効率を低下させることなく、熱処理装置の大型化、煩雑化を防止し、かつ、熱処理時におけるスリップ転位の発生や不純物汚染を抑制することができ、ウェーハの表層部及びバルク部においてもＣＯＰやＢＭＤ等の欠陥を低減させることができる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】
【００１７】
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法は、チョクラルスキー法によりＶ／Ｇ値（Ｖ：引き上げ速度、Ｇ：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）を制御してＶ−リッチ領域からなる酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下であるシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断してＶ−リッチ領域からなる円板状のスライスウェーハを得る工程と、前記スライスウェーハの表裏面を平坦化処理する工程と、前記平坦化処理されたウェーハの表裏面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エッチング後のウェーハを、熱処理用部材を用いて枚葉で単数又は複数保持して、酸化性ガス雰囲気中、１１５０℃以上１２００℃以下の最高到達温度で５分以上１０時間以下熱処理する工程と、前記熱処理されたウェーハの酸化膜を除去する工程と、前記酸化膜が除去された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を鏡面研磨する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
前記シリコン単結晶インゴットの育成は、窒素ノンドープにて行うことが好ましい。
【００１９】
前記育成されたシリコン単結晶インゴット中の窒素濃度は、６．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、シリコン単結晶インゴットの育成効率を低下させることなく、熱処理装置の大型化、煩雑化を防止し、かつ、熱処理時におけるスリップ転位の発生や不純物汚染を抑制することができ、ウェーハの表層部及びバルク部においてもＣＯＰやＢＭＤ等の欠陥を低減させることができる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】
【００２１】
【図１】本発明に係るシリコンウェーハの製造方法を示す工程フロー図である。
【図２】Ｖ／Ｇ値と育成されるシリコン単結晶インゴット中の点欠陥分布との関係を模式的に示す概念図である。
【図３】熱処理におけるウェーハの表層部とバルク部のＣＯＰ欠陥が低減するメカニズムを説明するための概念図である。
【図４】比較例３のバルク部（表面から深さ１０μｍ及び５０μｍ）におけるレイテックス社製ＬＳＴＤスキャナＭＯ６０１の表面画像である。
【図５】実施例２のバルク部（表面から深さ１０μｍ及び５０μｍ）におけるレイテックス社製ＬＳＴＤスキャナＭＯ６０１の表面画像である。
【図６】実施例３のバルク部（表面から深さ１０μｍ及び５０μｍ）におけるレイテックス社製ＬＳＴＤスキャナＭＯ６０１の表面画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明者は、熱処理においてＣＯＰを低減させる手段として、１３００℃近傍の温度で高温熱処理を行うことにより空孔を拡散させてＣＯＰ欠陥を収縮させる方法、及び１２００℃近傍の比較的低温で熱処理を行うことによりウェーハ表面から酸素を外方拡散させてウェーハ内部の酸素濃度を固溶限界以下とすることでＣＯＰ欠陥の内壁酸化膜を除去させて、そのボイドに格子間シリコンを充填する方法の二種類の方法を提案し、その問題点等を鋭意検討した。
【００２３】
その結果、前者においては、１３００℃近傍の熱処理温度が要求されるため、熱処理時に使用するウェーハを保持する熱処理用部材がＳｉＣに制限され、カーボン等の不純物汚染が問題となり、更に、スリップ転位などの熱処理起因の転位導入が障害となる一方で、後者においては、ＣＯＰ欠陥の内壁酸化膜が除去される領域、すなわち、酸素の外方拡散で酸素濃度が固溶限界以下となる領域までしかＣＯＰ欠陥を低減できず、酸素の外方拡散がされにくい領域、特に、バルク部ではＣＯＰ欠陥が低減されにくいという問題があることを見出した。
【００２４】
そこで、これらの問題点を解決すべく、ＣＯＰを低減させる手段として、前記低温熱処理を採用することで、前記高温熱処理の問題点を抑制し、更に、シリコン単結晶インゴットの育成時の酸素濃度を低くすることで、前記低温熱処理における問題も抑制できる点を見出し、本発明を完成するに至った。
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法を示す工程フロー図である。
【００２７】
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法は、図１に示すように、シリコン単結晶インゴットを育成する工程（Ｓ１０１）、スライスウェーハを得る工程（Ｓ１０２）、平坦化処理する工程（Ｓ１０３）、エッチング処理する工程（Ｓ１０４）、熱処理する工程（Ｓ１０５）、酸化膜を除去する工程（Ｓ１０６）及び鏡面研磨する工程（Ｓ１０７）を備える。
【００２８】
シリコン単結晶インゴットを育成する工程（Ｓ１０１）は、チョクラルスキー法によりＶ／Ｇ値（Ｖ：引き上げ速度、Ｇ：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）を制御してＶ−リッチ領域からなる酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下であるシリコン単結晶インゴットを育成する。
【００２９】
具体的には、周知の単結晶引上装置を用いて、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とを回転させながら種結晶を引き上げてネック部及び所望の直径まで拡径する拡径部を形成し、その後、所望の直径を一定に保持しながら、Ｖ−リッチ領域となるようにＶ／Ｇ値を所定値（例えば、０．２５〜０．３５ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）に制御して直胴部を形成し、最後に、所望の直径から縮径する縮径部を形成してシリコン融液から切り離すことで行う。
【００３０】
前記育成するシリコン単結晶インゴット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。
【００３１】
図２は、Ｖ／Ｇ値と育成されるシリコン単結晶インゴット中の点欠陥分布との関係を模式的に示す概念図である。
【００３２】
図２に示すように、ネック部２を形成した後、シリコン単結晶インゴット１の引き上げ速度Ｖ値を拡径部３側から縮径部４側にかけて漸減していくと、Ｖ／Ｇ値も減少し、これに伴って、シリコン単結晶インゴット１中の欠陥分布も変化する。なお、この場合は、Ｇ値はほとんど変化しない。
【００３３】
引き上げ速度Ｖ値が大きい、すなわち、Ｖ／Ｇ値が大きいときは、原子空孔（ＣＯＰ）が多く取り込まれたＶ−リッチ領域５が形成される。このＶ−リッチ領域５が消滅する臨界Ｖ／Ｇ値以下では、まず、酸化誘起積層欠陥（Oxidation-induced Stacking Fault：以下、ＯＳＦと略記する）がリング状に発生するリングＯＳＦ領域６が形成され、次に、空孔と格子間シリコン濃度との均衡により、原子の不足や余分の少ない無欠陥領域７が形成される。Ｖ／Ｇ値がさらに減少すると、格子間シリコンが多く取り込まれたＩ−リッチ領域８が形成される。
【００３４】
このように本発明では、Ｖ／Ｇ値を制御してＶ−リッチ領域からなる直胴部を有するシリコン単結晶インゴットを育成するため、無欠陥領域からなるシリコン単結晶インゴットを育成するよりも、引き上げ速度Ｖ値の高速化を図ることができる。従って、シリコン単結晶インゴットの育成効率を低下させることなく、シリコン単結晶インゴットを育成することができる。
【００３５】
なお、本願に示す「Ｖ−リッチ領域からなる」とは、前述したリングＯＳＦ領域を排除するものではなく、Ｖ−リッチ領域及びリングＯＳＦ領域の両方を含む場合も含まれる。
【００３６】
スライスウェーハを得る工程（Ｓ１０２）は、周知の切断装置（ワイヤソー等）を用いて、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断してＶ−リッチ領域からなる円板状のスライスウェーハを得る。
【００３７】
平坦化処理する工程（Ｓ１０３）は、周知の平坦化処理装置（ラッピング装置等）を用いて、前記スライスウェーハの表裏面を平坦化処理する。
【００３８】
エッチング処理する工程（Ｓ１０４）は、周知のエッチング装置を用いて、前記平坦化処理されたウェーハの表裏面をエッチング処理する。具体的には、例えば、弗酸、硝酸、酢酸及び水を一定の比率で混合した酸エッチング溶液中に、前記平坦化処理されたウェーハを浸漬させて該ウェーハの表裏面をエッチング処理する。
【００３９】
熱処理する工程（Ｓ１０５）は、周知の熱処理装置（縦型熱処理装置等）を用いて、前記エッチング処理されたエッチング後のウェーハを、熱処理用部材を用いて枚葉で単数又は複数保持して、酸化性ガス雰囲気中、１１５０℃以上１２００℃以下の最高到達温度で５分以上１０時間以下熱処理する。
【００４０】
なお、ここでいう「熱処理用部材」とは、ウェーハを枚葉で単数又は複数保持する周知の縦型ボートや枚葉サセプタのことを指す。
【００４１】
このように、酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるシリコン単結晶インゴットから切断されたウェーハに対して、上記熱処理を行うことで、熱処理装置の大型化、煩雑化を防止し、かつ、熱処理時におけるスリップ転位の発生や不純物汚染を抑制することができ、加えて、ウェーハのバルク部においてＣＯＰやＢＭＤ等の欠陥を低減させたシリコンウェーハを得ることができる。
【００４２】
すなわち、枚葉で単数又は複数保持して熱処理を行うため、従来の熱処理装置を用いることができ、熱処理装置の大型化、煩雑化を防止することができる。また、ウェーハ同士を積層して熱処理を行わないため、積層によるスリップ転位の発生を防止することができる。
【００４３】
更に、１１５０℃以上１２００℃以下の最高到達温度で熱処理を行うため、熱処理時に使用するウェーハを保持する熱処理用部材がＳｉＣに限定されることがなく、シリコンボートも用いることができるため、カーボン等の不純物汚染を抑制することができる。なお、例え、熱処理用部材としてＳｉＣを用いた場合でも、熱処理温度が比較的低温（１１５０℃以上１２００℃以下）であるため、カーボン等の不純物汚染を抑制することができる。更に、熱処理温度が比較的低温であるため、スリップ転位などの発生も抑制することができる。
【００４４】
更に、熱処理するウェーハの酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるため、当該熱処理において、ウェーハの表層部及びバルク部においてＢＭＤの発生を抑制することができる。
【００４５】
更に、雰囲気として、酸化性ガスを用いるため、他のガス（水素やアルゴン）よりも、ウェーハ内部に格子間シリコンを多く注入させることができ、また、熱処理するウェーハの酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるため、ウェーハのバルク部においては、ＣＯＰの内壁酸化膜が溶解されやすくなるため、該バルク部において、ＣＯＰ欠陥の低減を図ることができる。
【００４６】
更に、エッチング後のウェーハで熱処理を行うため、研磨後のウェーハよりも、ウェーハ表面と酸化性ガスとの接触面積を大きくすることができる。従って、ウェーハ内部に格子間シリコンを多く注入させることができる。
【００４７】
図３は、熱処理におけるウェーハの表層部とバルク部のＣＯＰ欠陥が低減するメカニズムを説明するための概念図であり、図３（ａ）は最高到達温度が１３００℃近傍である熱処理の場合、図３（ｂ）は最高到達温度が１０００℃〜１１００℃である熱処理の場合、図３（ｃ）は最高到達温度が１１５０℃〜１２００℃である熱処理の場合をそれぞれ示す。
【００４８】
前記熱処理におけるＣＯＰ欠陥が低減するメカニズムは、概ね下記のようなものであると考えられる。
【００４９】
最高到達温度が１３００℃近傍である場合（図３（ａ））は、高温であるため、表層部及びバルク部共に、内壁酸化膜の溶解が発生し、その後、内壁酸化膜が除去されたボイドが空孔として拡散し、それによって、ＣＯＰが消滅されるものと考えられる。
【００５０】
最高到達温度が１０００℃から１１００℃である場合（図３（ｂ））は、低温であるため、内壁酸化膜が溶解しにくく、更に、酸化性ガス雰囲気で熱処理が行われるため、酸素（Ｏｉ）が表層部に内方拡散され、表層部のＣＯＰの内壁酸化膜が逆に成長してしまい、表層部にＣＯＰが残留するものと考えられる。なお、前記内方拡散された酸素（Ｏｉ）は、表層部のＣＯＰに取り込まれるためバルク部まで拡散されにくいものの、同様に最高到達温度が低温であるため、バルク部でもＣＯＰの内壁酸化膜が溶解しにくく、これが格子間シリコン（ｉ−Ｓｉ）の注入を抑制するため、バルク部においてもＣＯＰが残留するものと考えられる。
【００５１】
これに対し、最高到達温度が１１５０℃から１２００℃である場合（図３（ｃ））は、温度が図３（ｂ）と比べると高温であるため、内壁酸化膜は溶解されやすくなっているものの、表層部では、同様に、内方拡散された酸素（Ｏｉ）が表層部のＣＯＰの内壁酸化膜を成長させてしまうため、表層部にはＣＯＰが残留すると考えられる。なお、バルク部では、ＣＯＰ中の内壁酸化膜は溶解され、内壁酸化膜が除去されたボイドに格子間シリコン（ｉ−Ｓｉ）が注入され、これによってＣＯＰが消滅するものと考えられる。
【００５２】
すなわち、前記熱処理における最高到達温度が１１５０℃未満である場合には、シリコンウェーハの表層部及びバルク部のＣＯＰ欠陥を十分に低減することが難しい。また、前記最高到達温度が１２００℃を超える場合には、前述したような不純物汚染やスリップ転位が発生しやすくなるため好ましくない。
【００５３】
前記雰囲気が水素ガスや不活性ガスである場合には、シリコンウェーハの表層部（表面から深さ５μｍ程度）のＣＯＰ欠陥の低減は可能であるが、より深い領域（バルク部）においてはその効果は不十分である。
【００５４】
前記雰囲気が窒素ガスである場合には、シリコンウェーハのバルク部に空孔が形成されてしまい、バルク部における欠陥の低減の妨げとなるため好ましくない。
【００５５】
前記酸化性ガス雰囲気における酸素ガスの分圧は、１％以上１００％以下であることが好ましい。
【００５６】
前記酸素分圧が１％未満である場合には、シリコンウェーハの内部に導入される格子間シリコンの発生量が低下するため、バルク部のＣＯＰ欠陥の低減を十分に図ることができない場合がある。
【００５７】
前記酸化性ガスおける酸素ガス以外のガスはアルゴンガスであることが好ましい。
【００５８】
アルゴンガスを用いることにより、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、熱処理を行うことができる。 前記熱処理を行うシリコンウェーハが研磨後のウェーハである場合には、ウェーハ表面と酸化性ガス雰囲気との接触面積が小さくなるため、格子間シリコンを多く注入することが難しい。また、研磨後のウェーハを用いて、バルク部のＣＯＰ欠陥を低減することが出来たとしても、上述した図３（ｃ）に示すようなメカニズムにより、熱処理後に表層部にＣＯＰ欠陥が残留するため、当該表層部を再研磨する必要があり、生産性が低下するため好ましくない。
【００５９】
前記熱処理を行うシリコンウェーハが平坦化処理後（主に、ラッピング処理後）のウェーハである場合には、清浄度という点で好ましくない。
前記最高到達温度（１１５０℃以上１２００℃以下）を保持する保持時間は、５分以上１０時間以下であることが好ましい。
【００６０】
前記保持時間が５分未満である場合には、図３（ｃ）に示すようなバルク部におけるＣＯＰの消滅が十分に行う事ができない場合がある。前記保持時間が１０時間を越える場合には、熱処理時間が長くなるため、生産性が低下すると共に、その他の不具合（不純物拡散、スリップ転位等）の発生も懸念されるため好ましくない。
【００６１】
前記保持時間は、好ましくは、３０分以上３時間以下であり、更に、好ましくは、１時間以上３時間以下である。
【００６２】
前記酸化膜を除去する工程（Ｓ１０６）は、周知の洗浄装置やエッチング装置を用いて、前記熱処理されたウェーハの酸化膜を除去する。
【００６３】
具体的には、例えば、フッ酸溶液（ＨＦ）又はバッファードＨＦ溶液（ＮＨ４Ｆ＋ＨＦ）に、前記熱処理された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を接触させて行う。
【００６４】
鏡面研磨する工程（Ｓ１０７）は、周知の鏡面研磨装置を用いて、前記酸化膜が除去された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を鏡面研磨する。
【００６５】
この鏡面研磨における研磨取代は、１０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【００６６】
これにより、ウェーハの表層部に残留したＣＯＰを確実に除去することができる。
【００６７】
前記シリコン単結晶インゴットの育成は、窒素ノンドープにて行うことが好ましい。
【００６８】
ここでいう「窒素ノンドープ」とは、シリコン単結晶インゴットの育成のため、故意に窒素ドープ（例えば、石英ルツボにおけるポリシリコン積載時に窒化膜が形成されたシリコンウェーハ片を同時に積載）を行わないことをいう。
【００６９】
窒素ドープを行うとシリコン単結晶インゴットの内部，すなわち作製されたシリコンウェーハのバルク中に残留する窒素を起因として，比抵抗の変動やＣＯＰ以外の欠陥を形成する場合があるため好ましくない。
【００７０】
具体的には、前記育成されたシリコン単結晶インゴット中の窒素濃度は、６．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下（ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）実測値）であることが好ましい。
【００７１】
前記シリコン単結晶インゴットを育成する際の酸素濃度は、０．４４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下であることが好ましい。
【００７２】
より好ましくは、０．３１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上０．４４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下である。
【実施例】
【００７３】
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。
【００７４】
（試験１：実施例１〜３、比較例１〜６）
チョクラルスキー法により窒素ノンドープにてＶ／Ｇ値（Ｖ：引き上げ速度、Ｇ：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０．２８〜０．３２ｍｍ２／℃・ｍｉｎに制御して直胴部がＶ−リッチ領域からなる酸素濃度０．３１×１０１８〜０．４４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）、窒素濃度６．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下（ＳＩＭＳ実測値）、比抵抗３９．３〜４３．３Ω・ｃｍ、Ｎ−ｔｙｐｅ、面方位（１００）であるシリコン単結晶インゴットを育成後、該インゴットの直胴部を切断してＶ−リッチ領域からなる直径２００ｍｍの円板状のスライスウェーハを得た。
【００７５】
次に、前記スライスウェーハのラッピング加工を行って、該ウェーハの表裏面を平坦化処理した後、フッ酸（濃度４９％）：硝酸（濃度６９％）：酢酸：水＝１：１５：３：１の酸エッチング溶液に浸漬させて、該ウェーハの表裏面をエッチング処理した。
【００７６】
次に、前記エッチング処理されたエッチング後のウェーハを、酸素１００％雰囲気中、最高到達温度及びその保持時間を変化させて熱処理を行った。その際、各条件とも、縦型ボートであるシリコンボートに前記ウェーハを枚葉で１０枚づつ保持して熱処理を行った。
【００７７】
（試験２：比較例７〜８）
チョクラルスキー法により育成するシリコン単結晶インゴットの酸素濃度を１．２０〜１．３０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）として、その他は、試験１と同様な方法で熱処理を行った。
【００７８】
熱処理後、試験１及び試験２の全てのアニールウェーハについてＨＦ処理を行って、表裏面の酸化膜を除去し、また、半導体デバイス形成面となる表面側の鏡面研磨を行って、表面から深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍにおけるバルク部の欠陥密度を評価した。欠陥密度の評価は、表面から深さ５μｍ領域の欠陥数を検出することができるレイテックス社製ＬＳＴＤスキャナＭＯ６０１を用いた。
【００７９】
また、前記熱処理を行って得られた酸化膜除去後のアニールウェーハについて、ウェーハ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、１０枚における当該スリップ長の平均値を算出した。
【００８０】
更に、酸化膜除去後のアニールウェーハに対して、２段階熱処理（７８０℃で３時間熱処理した後、１０００℃で１６時間熱処理）を施した後のバルク部（深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍ）のＢＭＤ密度をＩＲトモグラフィ（株式会社レイテックス製 ＭＯ−４１１）にて測定した。
【００８１】
本試験における試験条件及び評価結果を表１に示す。
【００８２】
また、図４から図６に、比較例３、実施例２、３のバルク部（表面から深さ１０μｍ及び５０μｍ）におけるレイテックス社製ＬＳＴＤスキャナＭＯ６０１の表面画像をそれぞれ示す。
【表１】
【００８３】
また、ＢＭＤ密度は、試験１における全サンプルがバルク部（深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍ）において０．０〜５．０×１０７／ｃｍ３であったのに対し、試験２では、１．０〜１．２×１０１０／ｃｍ３であった。
【００８４】
表１に示すように、最高到達温度（℃）が１１５０℃から１２００℃である場合（実施例１から３）は、バルク部（深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍ）において欠陥密度が大きく低減し、スリップ長も大きく抑制され、更に、ＢＭＤ密度も低密度であることが認められる。これに対し、最高到達温度（℃）が１０００℃から１１００℃である場合（比較例１から４）では、バルク部において、欠陥密度が高いことが認められる。更に、最高到達温度（℃）が１２５０℃から１３００℃である場合（比較例５、６）は、スリップ長が大きいことが認められる。
【００８５】
また、試験２（比較例７、８）においては、最高到達温度（℃）が１１５０℃から１２００℃であっても、バルク部において、欠陥密度が高いことが認められる。
【００８６】
（試験３：実施例４〜６、比較例９〜１４）
チョクラルスキー法により育成するシリコン単結晶インゴットの酸素濃度を０．７〜０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）として、その他は、試験１と同様な方法で熱処理を行った。
【００８７】
熱処理後、全てのアニールウェーハについてＨＦ処理を行って、表裏面の酸化膜を除去し、試験１と同様な方法で、バルク部の欠陥密度、スリップ長の評価（スリップ長の平均値の算出）、ＢＭＤ密度をそれぞれ評価した。
【００８８】
本試験における試験条件及び評価結果を表２に示す。
【表２】
【００８９】
また、ＢＭＤ密度は、試験３における全サンプルがバルク部（深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍ）において０．０〜５．０×１０７／ｃｍ３であった。
【００９０】
表２に示すように、酸素濃度を０．７〜０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）であっても、試験１と同様に、最高到達温度（℃）が１１５０℃から１２００℃である場合（実施例４から６）は、バルク部（深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍ）において欠陥密度が大きく低減し、スリップ長も大きく抑制され、更に、ＢＭＤ密度も低密度であることが認められる。
【００９１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１ シリコン単結晶インゴット
２ ネック部
３ 拡径部
４ 縮径部
５ Ｖ−リッチ領域
６ リングＯＳＦ領域
７ 無欠陥領域
８ I−リッチ領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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表層部やバルク部のＣＯＰ(Crystal Originated Particle）やＢＭＤ（Balk Micro Defect）等の欠陥を低減させてデバイス特性の向上を図ることができるシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、複数の電子部品を集積して一つの回路を構成する集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）と、それ自身が一つの電子部品（トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等）となるディスクリート素子とに大別される。
【０００３】
いずれも、主として、シリコンウェーハ（以下、単に、ウェーハともいう）が基板材料として用いられるが、デバイス形成領域となる部分は、ＩＣの場合には基板の表層部（例えば、表面から深さ５μｍまでの深さ領域）に限られるのに対して、ディスクリート素子の場合は、基板の厚さ方向全体を用いる点で大きく相違する。
【０００４】
従って、シリコンウェーハをディスクリート素子用として使用する場合には、ウェーハの表層部のみならず、バルク部のＣＯＰやＢＭＤ等の欠陥を低減させることが必要とされる。
【０００５】
ＣＯＰを低減させる方法として、特許文献１には、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法ともいう）でシリコン単結晶インゴットを育成する際に、Ｖ／Ｇ値（Ｖ：引き上げ速度、Ｇ：シリコン融液から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）を制御することで、単結晶の径方向全体において無欠陥領域を形成し、全面にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のないシリコンウェーハを製造する技術が開示されている。
【０００６】
また、ＢＭＤを低減させる方法として、特許文献２には、Ｖ／Ｇ値を０．２５ｍｍ２／℃・ｍｉｎ以上として、かつ、１１５０℃から１０００℃までの温度範囲における冷却速度を２．０℃／ｍｉｎ以下として結晶成長を行う技術が開示されている。
【０００７】
また、引上時に導入された欠陥核をほとんど消去する方法として、育成されたシリコン単結晶インゴットを熱処理炉内においてほぼ鉛直に保持し、１１５０℃以上１４００℃以下の温度で加熱し、次いで該熱処理炉内で１１５０℃以下の温度まで冷却する技術が開示されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２に記載の技術は、いずれも引き上げ速度を低く制御して行う必要があるため、シリコン単結晶インゴットの育成効率を低下させるという問題がある。また、特許文献３に記載の技術は、シリコン単結晶インゴットそのものを熱処理するため、熱処理装置が大型化、煩雑化するという問題がある。
【０００９】
また、特許文献４には、シリコンウェーハを、水素ガス雰囲気中あるいは水素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気中で、熱処理温度を１１００℃〜１３００℃、熱処理時間を１分間〜４８時間の条件で熱処理を施すことで、シリコンウェーハの表層部にＤＺ（denuded zone）層を形成する技術が開示されている。
【００１０】
また、特許文献５には、シリコンウェーハを少なくとも２枚以上積層して一群となし、一群以上のシリコンウェーハを垂直方向にスタック配置し、前記一群のウェーハを水平もしくは一方側を水平より上方へ傾斜させて熱処理することで、ＤＺ層やＢＭＤを形成する熱処理、表面やウェーハ内部のＣＯＰ欠陥を消滅させる熱処理等を単一の熱処理工程で行う事ができる技術が開示されている。
【００１１】
更に、特許文献６には、ＣＺ法により製造された単結晶シリコンに対して酸化処理を行い、少なくとも１３００°Ｃ近傍の温度で熱処理を行うことにより、単結晶シリコン中に存在するボイド欠陥を消滅させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０８−３３０３１６号公報
【特許文献２】特開平０８−１２４９３号公報
【特許文献３】特開平０５−３１９９８８号公報
【特許文献４】特開平６−２９５９１２号公報
【特許文献５】特開平１０−７４７７１号公報
【特許文献６】国際公開第２００３／０５６６２１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献４に記載の技術は、シリコンウェーハの表層部のＣＯＰ欠陥の低減は可能であるが、より深い領域（バルク部）においてはその効果は不十分であるという問題がある。
【００１４】
更に、特許文献５に記載の技術は、シリコンウェーハを少なくとも２枚以上積層して一群となして熱処理を行うため、その積層状態や積層するウェーハの結晶径によっては、熱処理中、応力が集中する部分のウェーハ（例えば、当該一群となした最下部のウェーハ）にスリップ転位が発生する場合がある。また、ＢＭＤの発生を抑制するため、酸素濃度の低いシリコンウェーハを用いて熱処理を行う場合には、酸素によるスリップ転位のピンニング力が低下するため、スリップ転位がより発生しやすくなるという問題もある。
【００１５】
加えて、特許文献６に記載の技術は、シリコンウェーハを少なくとも１３００°Ｃ近傍の温度で熱処理を行うため、スリップ転位が発生する可能性が高くなると共に、熱処理時に使用するウェーハを保持する熱処理用部材がＳｉＣに限定されるため、カーボン等の不純物汚染が問題となる場合もある。
【００１６】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、シリコン単結晶インゴットの育成効率を低下させることなく、熱処理装置の大型化、煩雑化を防止し、かつ、熱処理時におけるスリップ転位の発生や不純物汚染を抑制することができ、ウェーハの表層部及びバルク部においてもＣＯＰやＢＭＤ等の欠陥を低減させることができる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】
【００１７】
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法は、チョクラルスキー法によりＶ／Ｇ値（Ｖ：引き上げ速度、Ｇ：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）を制御してＶ−リッチ領域からなる酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下であるシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断してＶ−リッチ領域からなる円板状のスライスウェーハを得る工程と、前記スライスウェーハの表裏面を平坦化処理する工程と、前記平坦化処理されたウェーハの表裏面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エッチング後のウェーハを、熱処理用部材を用いて枚葉で単数又は複数保持して、酸化性ガス雰囲気中、１１５０℃以上１２００℃以下の最高到達温度で５分以上１０時間以下熱処理する工程と、前記熱処理されたウェーハの酸化膜を除去する工程と、前記酸化膜が除去された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を鏡面研磨する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
前記シリコン単結晶インゴットの育成は、窒素ノンドープにて行うことが好ましい。
【００１９】
前記育成されたシリコン単結晶インゴット中の窒素濃度は、６．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、シリコン単結晶インゴットの育成効率を低下させることなく、熱処理装置の大型化、煩雑化を防止し、かつ、熱処理時におけるスリップ転位の発生や不純物汚染を抑制することができ、ウェーハの表層部及びバルク部においてもＣＯＰやＢＭＤ等の欠陥を低減させることができる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】
【００２１】
【図１】本発明に係るシリコンウェーハの製造方法を示す工程フロー図である。
【図２】Ｖ／Ｇ値と育成されるシリコン単結晶インゴット中の点欠陥分布との関係を模式的に示す概念図である。
【図３】熱処理におけるウェーハの表層部とバルク部のＣＯＰ欠陥が低減するメカニズムを説明するための概念図である。
【図４】比較例３のバルク部（表面から深さ１０μｍ及び５０μｍ）におけるレイテックス社製ＬＳＴＤスキャナＭＯ６０１の表面画像である。
【図５】実施例２のバルク部（表面から深さ１０μｍ及び５０μｍ）におけるレイテックス社製ＬＳＴＤスキャナＭＯ６０１の表面画像である。
【図６】実施例３のバルク部（表面から深さ１０μｍ及び５０μｍ）におけるレイテックス社製ＬＳＴＤスキャナＭＯ６０１の表面画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明者は、熱処理においてＣＯＰを低減させる手段として、１３００℃近傍の温度で高温熱処理を行うことにより空孔を拡散させてＣＯＰ欠陥を収縮させる方法、及び１２００℃近傍の比較的低温で熱処理を行うことによりウェーハ表面から酸素を外方拡散させてウェーハ内部の酸素濃度を固溶限界以下とすることでＣＯＰ欠陥の内壁酸化膜を除去させて、そのボイドに格子間シリコンを充填する方法の二種類の方法を提案し、その問題点等を鋭意検討した。
【００２３】
その結果、前者においては、１３００℃近傍の熱処理温度が要求されるため、熱処理時に使用するウェーハを保持する熱処理用部材がＳｉＣに制限され、カーボン等の不純物汚染が問題となり、更に、スリップ転位などの熱処理起因の転位導入が障害となる一方で、後者においては、ＣＯＰ欠陥の内壁酸化膜が除去される領域、すなわち、酸素の外方拡散で酸素濃度が固溶限界以下となる領域までしかＣＯＰ欠陥を低減できず、酸素の外方拡散がされにくい領域、特に、バルク部ではＣＯＰ欠陥が低減されにくいという問題があることを見出した。
【００２４】
そこで、これらの問題点を解決すべく、ＣＯＰを低減させる手段として、前記低温熱処理を採用することで、前記高温熱処理の問題点を抑制し、更に、シリコン単結晶インゴットの育成時の酸素濃度を低くすることで、前記低温熱処理における問題も抑制できる点を見出し、本発明を完成するに至った。
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法を示す工程フロー図である。
【００２７】
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法は、図１に示すように、シリコン単結晶インゴットを育成する工程（Ｓ１０１）、スライスウェーハを得る工程（Ｓ１０２）、平坦化処理する工程（Ｓ１０３）、エッチング処理する工程（Ｓ１０４）、熱処理する工程（Ｓ１０５）、酸化膜を除去する工程（Ｓ１０６）及び鏡面研磨する工程（Ｓ１０７）を備える。
【００２８】
シリコン単結晶インゴットを育成する工程（Ｓ１０１）は、チョクラルスキー法によりＶ／Ｇ値（Ｖ：引き上げ速度、Ｇ：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）を制御してＶ−リッチ領域からなる酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下であるシリコン単結晶インゴットを育成する。
【００２９】
具体的には、周知の単結晶引上装置を用いて、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とを回転させながら種結晶を引き上げてネック部及び所望の直径まで拡径する拡径部を形成し、その後、所望の直径を一定に保持しながら、Ｖ−リッチ領域となるようにＶ／Ｇ値を所定値（例えば、０．２５〜０．３５ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）に制御して直胴部を形成し、最後に、所望の直径から縮径する縮径部を形成してシリコン融液から切り離すことで行う。
【００３０】
前記育成するシリコン単結晶インゴット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。
【００３１】
図２は、Ｖ／Ｇ値と育成されるシリコン単結晶インゴット中の点欠陥分布との関係を模式的に示す概念図である。
【００３２】
図２に示すように、ネック部２を形成した後、シリコン単結晶インゴット１の引き上げ速度Ｖ値を拡径部３側から縮径部４側にかけて漸減していくと、Ｖ／Ｇ値も減少し、これに伴って、シリコン単結晶インゴット１中の欠陥分布も変化する。なお、この場合は、Ｇ値はほとんど変化しない。
【００３３】
引き上げ速度Ｖ値が大きい、すなわち、Ｖ／Ｇ値が大きいときは、原子空孔（ＣＯＰ）が多く取り込まれたＶ−リッチ領域５が形成される。このＶ−リッチ領域５が消滅する臨界Ｖ／Ｇ値以下では、まず、酸化誘起積層欠陥（Oxidation-induced Stacking Fault：以下、ＯＳＦと略記する）がリング状に発生するリングＯＳＦ領域６が形成され、次に、空孔と格子間シリコン濃度との均衡により、原子の不足や余分の少ない無欠陥領域７が形成される。Ｖ／Ｇ値がさらに減少すると、格子間シリコンが多く取り込まれたＩ−リッチ領域８が形成される。
【００３４】
このように本発明では、Ｖ／Ｇ値を制御してＶ−リッチ領域からなる直胴部を有するシリコン単結晶インゴットを育成するため、無欠陥領域からなるシリコン単結晶インゴットを育成するよりも、引き上げ速度Ｖ値の高速化を図ることができる。従って、シリコン単結晶インゴットの育成効率を低下させることなく、シリコン単結晶インゴットを育成することができる。
【００３５】
なお、本願に示す「Ｖ−リッチ領域からなる」とは、前述したリングＯＳＦ領域を排除するものではなく、Ｖ−リッチ領域及びリングＯＳＦ領域の両方を含む場合も含まれる。
【００３６】
スライスウェーハを得る工程（Ｓ１０２）は、周知の切断装置（ワイヤソー等）を用いて、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断してＶ−リッチ領域からなる円板状のスライスウェーハを得る。
【００３７】
平坦化処理する工程（Ｓ１０３）は、周知の平坦化処理装置（ラッピング装置等）を用いて、前記スライスウェーハの表裏面を平坦化処理する。
【００３８】
エッチング処理する工程（Ｓ１０４）は、周知のエッチング装置を用いて、前記平坦化処理されたウェーハの表裏面をエッチング処理する。具体的には、例えば、弗酸、硝酸、酢酸及び水を一定の比率で混合した酸エッチング溶液中に、前記平坦化処理されたウェーハを浸漬させて該ウェーハの表裏面をエッチング処理する。
【００３９】
熱処理する工程（Ｓ１０５）は、周知の熱処理装置（縦型熱処理装置等）を用いて、前記エッチング処理されたエッチング後のウェーハを、熱処理用部材を用いて枚葉で単数又は複数保持して、酸化性ガス雰囲気中、１１５０℃以上１２００℃以下の最高到達温度で５分以上１０時間以下熱処理する。
【００４０】
なお、ここでいう「熱処理用部材」とは、ウェーハを枚葉で単数又は複数保持する周知の縦型ボートや枚葉サセプタのことを指す。
【００４１】
このように、酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるシリコン単結晶インゴットから切断されたウェーハに対して、上記熱処理を行うことで、熱処理装置の大型化、煩雑化を防止し、かつ、熱処理時におけるスリップ転位の発生や不純物汚染を抑制することができ、加えて、ウェーハのバルク部においてＣＯＰやＢＭＤ等の欠陥を低減させたシリコンウェーハを得ることができる。
【００４２】
すなわち、枚葉で単数又は複数保持して熱処理を行うため、従来の熱処理装置を用いることができ、熱処理装置の大型化、煩雑化を防止することができる。また、ウェーハ同士を積層して熱処理を行わないため、積層によるスリップ転位の発生を防止することができる。
【００４３】
更に、１１５０℃以上１２００℃以下の最高到達温度で熱処理を行うため、熱処理時に使用するウェーハを保持する熱処理用部材がＳｉＣに限定されることがなく、シリコンボートも用いることができるため、カーボン等の不純物汚染を抑制することができる。なお、例え、熱処理用部材としてＳｉＣを用いた場合でも、熱処理温度が比較的低温（１１５０℃以上１２００℃以下）であるため、カーボン等の不純物汚染を抑制することができる。更に、熱処理温度が比較的低温であるため、スリップ転位などの発生も抑制することができる。
【００４４】
更に、熱処理するウェーハの酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるため、当該熱処理において、ウェーハの表層部及びバルク部においてＢＭＤの発生を抑制することができる。
【００４５】
更に、雰囲気として、酸化性ガスを用いるため、他のガス（水素やアルゴン）よりも、ウェーハ内部に格子間シリコンを多く注入させることができ、また、熱処理するウェーハの酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるため、ウェーハのバルク部においては、ＣＯＰの内壁酸化膜が溶解されやすくなるため、該バルク部において、ＣＯＰ欠陥の低減を図ることができる。
【００４６】
更に、エッチング後のウェーハで熱処理を行うため、研磨後のウェーハよりも、ウェーハ表面と酸化性ガスとの接触面積を大きくすることができる。従って、ウェーハ内部に格子間シリコンを多く注入させることができる。
【００４７】
図３は、熱処理におけるウェーハの表層部とバルク部のＣＯＰ欠陥が低減するメカニズムを説明するための概念図であり、図３（ａ）は最高到達温度が１３００℃近傍である熱処理の場合、図３（ｂ）は最高到達温度が１０００℃〜１１００℃である熱処理の場合、図３（ｃ）は最高到達温度が１１５０℃〜１２００℃である熱処理の場合をそれぞれ示す。
【００４８】
前記熱処理におけるＣＯＰ欠陥が低減するメカニズムは、概ね下記のようなものであると考えられる。
【００４９】
最高到達温度が１３００℃近傍である場合（図３（ａ））は、高温であるため、表層部及びバルク部共に、内壁酸化膜の溶解が発生し、その後、内壁酸化膜が除去されたボイドが空孔として拡散し、それによって、ＣＯＰが消滅されるものと考えられる。
【００５０】
最高到達温度が１０００℃から１１００℃である場合（図３（ｂ））は、低温であるため、内壁酸化膜が溶解しにくく、更に、酸化性ガス雰囲気で熱処理が行われるため、酸素（Ｏｉ）が表層部に内方拡散され、表層部のＣＯＰの内壁酸化膜が逆に成長してしまい、表層部にＣＯＰが残留するものと考えられる。なお、前記内方拡散された酸素（Ｏｉ）は、表層部のＣＯＰに取り込まれるためバルク部まで拡散されにくいものの、同様に最高到達温度が低温であるため、バルク部でもＣＯＰの内壁酸化膜が溶解しにくく、これが格子間シリコン（ｉ−Ｓｉ）の注入を抑制するため、バルク部においてもＣＯＰが残留するものと考えられる。
【００５１】
これに対し、最高到達温度が１１５０℃から１２００℃である場合（図３（ｃ））は、温度が図３（ｂ）と比べると高温であるため、内壁酸化膜は溶解されやすくなっているものの、表層部では、同様に、内方拡散された酸素（Ｏｉ）が表層部のＣＯＰの内壁酸化膜を成長させてしまうため、表層部にはＣＯＰが残留すると考えられる。なお、バルク部では、ＣＯＰ中の内壁酸化膜は溶解され、内壁酸化膜が除去されたボイドに格子間シリコン（ｉ−Ｓｉ）が注入され、これによってＣＯＰが消滅するものと考えられる。
【００５２】
すなわち、前記熱処理における最高到達温度が１１５０℃未満である場合には、シリコンウェーハの表層部及びバルク部のＣＯＰ欠陥を十分に低減することが難しい。また、前記最高到達温度が１２００℃を超える場合には、前述したような不純物汚染やスリップ転位が発生しやすくなるため好ましくない。
【００５３】
前記雰囲気が水素ガスや不活性ガスである場合には、シリコンウェーハの表層部（表面から深さ５μｍ程度）のＣＯＰ欠陥の低減は可能であるが、より深い領域（バルク部）においてはその効果は不十分である。
【００５４】
前記雰囲気が窒素ガスである場合には、シリコンウェーハのバルク部に空孔が形成されてしまい、バルク部における欠陥の低減の妨げとなるため好ましくない。
【００５５】
前記酸化性ガス雰囲気における酸素ガスの分圧は、１％以上１００％以下であることが好ましい。
【００５６】
前記酸素分圧が１％未満である場合には、シリコンウェーハの内部に導入される格子間シリコンの発生量が低下するため、バルク部のＣＯＰ欠陥の低減を十分に図ることができない場合がある。
【００５７】
前記酸化性ガスおける酸素ガス以外のガスはアルゴンガスであることが好ましい。
【００５８】
アルゴンガスを用いることにより、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、熱処理を行うことができる。 前記熱処理を行うシリコンウェーハが研磨後のウェーハである場合には、ウェーハ表面と酸化性ガス雰囲気との接触面積が小さくなるため、格子間シリコンを多く注入することが難しい。また、研磨後のウェーハを用いて、バルク部のＣＯＰ欠陥を低減することが出来たとしても、上述した図３（ｃ）に示すようなメカニズムにより、熱処理後に表層部にＣＯＰ欠陥が残留するため、当該表層部を再研磨する必要があり、生産性が低下するため好ましくない。
【００５９】
前記熱処理を行うシリコンウェーハが平坦化処理後（主に、ラッピング処理後）のウェーハである場合には、清浄度という点で好ましくない。
前記最高到達温度（１１５０℃以上１２００℃以下）を保持する保持時間は、５分以上１０時間以下であることが好ましい。
【００６０】
前記保持時間が５分未満である場合には、図３（ｃ）に示すようなバルク部におけるＣＯＰの消滅が十分に行う事ができない場合がある。前記保持時間が１０時間を越える場合には、熱処理時間が長くなるため、生産性が低下すると共に、その他の不具合（不純物拡散、スリップ転位等）の発生も懸念されるため好ましくない。
【００６１】
前記保持時間は、好ましくは、３０分以上３時間以下であり、更に、好ましくは、１時間以上３時間以下である。
【００６２】
前記酸化膜を除去する工程（Ｓ１０６）は、周知の洗浄装置やエッチング装置を用いて、前記熱処理されたウェーハの酸化膜を除去する。
【００６３】
具体的には、例えば、フッ酸溶液（ＨＦ）又はバッファードＨＦ溶液（ＮＨ４Ｆ＋ＨＦ）に、前記熱処理された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を接触させて行う。
【００６４】
鏡面研磨する工程（Ｓ１０７）は、周知の鏡面研磨装置を用いて、前記酸化膜が除去された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を鏡面研磨する。
【００６５】
この鏡面研磨における研磨取代は、１０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【００６６】
これにより、ウェーハの表層部に残留したＣＯＰを確実に除去することができる。
【００６７】
前記シリコン単結晶インゴットの育成は、窒素ノンドープにて行うことが好ましい。
【００６８】
ここでいう「窒素ノンドープ」とは、シリコン単結晶インゴットの育成のため、故意に窒素ドープ（例えば、石英ルツボにおけるポリシリコン積載時に窒化膜が形成されたシリコンウェーハ片を同時に積載）を行わないことをいう。
【００６９】
窒素ドープを行うとシリコン単結晶インゴットの内部，すなわち作製されたシリコンウェーハのバルク中に残留する窒素を起因として，比抵抗の変動やＣＯＰ以外の欠陥を形成する場合があるため好ましくない。
【００７０】
具体的には、前記育成されたシリコン単結晶インゴット中の窒素濃度は、６．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下（ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）実測値）であることが好ましい。
【００７１】
前記シリコン単結晶インゴットを育成する際の酸素濃度は、０．４４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下であることが好ましい。
【００７２】
より好ましくは、０．３１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上０．４４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下である。
【実施例】
【００７３】
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。
【００７４】
（試験１：実施例１〜３、比較例１〜６）
チョクラルスキー法により窒素ノンドープにてＶ／Ｇ値（Ｖ：引き上げ速度、Ｇ：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０．２８〜０．３２ｍｍ２／℃・ｍｉｎに制御して直胴部がＶ−リッチ領域からなる酸素濃度０．３１×１０１８〜０．４４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）、窒素濃度６．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下（ＳＩＭＳ実測値）、比抵抗３９．３〜４３．３Ω・ｃｍ、Ｎ−ｔｙｐｅ、面方位（１００）であるシリコン単結晶インゴットを育成後、該インゴットの直胴部を切断してＶ−リッチ領域からなる直径２００ｍｍの円板状のスライスウェーハを得た。
【００７５】
次に、前記スライスウェーハのラッピング加工を行って、該ウェーハの表裏面を平坦化処理した後、フッ酸（濃度４９％）：硝酸（濃度６９％）：酢酸：水＝１：１５：３：１の酸エッチング溶液に浸漬させて、該ウェーハの表裏面をエッチング処理した。
【００７６】
次に、前記エッチング処理されたエッチング後のウェーハを、酸素１００％雰囲気中、最高到達温度及びその保持時間を変化させて熱処理を行った。その際、各条件とも、縦型ボートであるシリコンボートに前記ウェーハを枚葉で１０枚づつ保持して熱処理を行った。
【００７７】
（試験２：比較例７〜８）
チョクラルスキー法により育成するシリコン単結晶インゴットの酸素濃度を１．２０〜１．３０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）として、その他は、試験１と同様な方法で熱処理を行った。
【００７８】
熱処理後、試験１及び試験２の全てのアニールウェーハについてＨＦ処理を行って、表裏面の酸化膜を除去し、また、半導体デバイス形成面となる表面側の鏡面研磨を行って、表面から深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍにおけるバルク部の欠陥密度を評価した。欠陥密度の評価は、表面から深さ５μｍ領域の欠陥数を検出することができるレイテックス社製ＬＳＴＤスキャナＭＯ６０１を用いた。
【００７９】
また、前記熱処理を行って得られた酸化膜除去後のアニールウェーハについて、ウェーハ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、１０枚における当該スリップ長の平均値を算出した。
【００８０】
更に、酸化膜除去後のアニールウェーハに対して、２段階熱処理（７８０℃で３時間熱処理した後、１０００℃で１６時間熱処理）を施した後のバルク部（深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍ）のＢＭＤ密度をＩＲトモグラフィ（株式会社レイテックス製 ＭＯ−４１１）にて測定した。
【００８１】
本試験における試験条件及び評価結果を表１に示す。
【００８２】
また、図４から図６に、比較例３、実施例２、３のバルク部（表面から深さ１０μｍ及び５０μｍ）におけるレイテックス社製ＬＳＴＤスキャナＭＯ６０１の表面画像をそれぞれ示す。
【表１】
【００８３】
また、ＢＭＤ密度は、試験１における全サンプルがバルク部（深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍ）において０．０〜５．０×１０７／ｃｍ３であったのに対し、試験２では、１．０〜１．２×１０１０／ｃｍ３であった。
【００８４】
表１に示すように、最高到達温度（℃）が１１５０℃から１２００℃である場合（実施例１から３）は、バルク部（深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍ）において欠陥密度が大きく低減し、スリップ長も大きく抑制され、更に、ＢＭＤ密度も低密度であることが認められる。これに対し、最高到達温度（℃）が１０００℃から１１００℃である場合（比較例１から４）では、バルク部において、欠陥密度が高いことが認められる。更に、最高到達温度（℃）が１２５０℃から１３００℃である場合（比較例５、６）は、スリップ長が大きいことが認められる。
【００８５】
また、試験２（比較例７、８）においては、最高到達温度（℃）が１１５０℃から１２００℃であっても、バルク部において、欠陥密度が高いことが認められる。
【００８６】
（試験３：実施例４〜６、比較例９〜１４）
チョクラルスキー法により育成するシリコン単結晶インゴットの酸素濃度を０．７〜０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）として、その他は、試験１と同様な方法で熱処理を行った。
【００８７】
熱処理後、全てのアニールウェーハについてＨＦ処理を行って、表裏面の酸化膜を除去し、試験１と同様な方法で、バルク部の欠陥密度、スリップ長の評価（スリップ長の平均値の算出）、ＢＭＤ密度をそれぞれ評価した。
【００８８】
本試験における試験条件及び評価結果を表２に示す。
【表２】
【００８９】
また、ＢＭＤ密度は、試験３における全サンプルがバルク部（深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍ）において０．０〜５．０×１０７／ｃｍ３であった。
【００９０】
表２に示すように、酸素濃度を０．７〜０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）であっても、試験１と同様に、最高到達温度（℃）が１１５０℃から１２００℃である場合（実施例４から６）は、バルク部（深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍ）において欠陥密度が大きく低減し、スリップ長も大きく抑制され、更に、ＢＭＤ密度も低密度であることが認められる。
【００９１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１ シリコン単結晶インゴット
２ ネック部
３ 拡径部
４ 縮径部
５ Ｖ−リッチ領域
６ リングＯＳＦ領域
７ 無欠陥領域
８ I−リッチ領域
【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：引き上げ速度、Ｇ：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）を制御してＶ−リッチ領域からなる酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下であるシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、
前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断してＶ−リッチ領域からなる円板状のスライスウェーハを得る工程と、
前記スライスウェーハの表裏面を平坦化処理する工程と、
前記平坦化処理されたウェーハの表裏面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エッチング後のウェーハを、熱処理用部材を用いて枚葉で単数又は複数保持して、酸化性ガス雰囲気中、１１５０℃以上１２００℃以下の最高到達温度で５分以上１０時間以下熱処理する工程と、
前記熱処理されたウェーハの酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜が除去された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２】
前記シリコン単結晶インゴットの育成は、窒素ノンドープにて行う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製造方法。
【請求項３】
前記育成されたシリコン単結晶インゴット中の窒素濃度は、６．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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製造方法。
【請求項１】
チョクラルスキー法によりＶ／Ｇ値（Ｖ：引き上げ速度、Ｇ：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）を制御してＶ−リッチ領域からなる酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下であるシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、
前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断してＶ−リッチ領域からなる円板状のスライスウェーハを得る工程と、
前記スライスウェーハの表裏面を平坦化処理する工程と、
前記平坦化処理されたウェーハの表裏面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エッチング後のウェーハを、熱処理用部材を用いて枚葉で単数又は複数保持して、酸化性ガス雰囲気中、１１５０℃以上１２００℃以下の最高到達温度で５分以上１０時間以下熱処理する工程と、
前記熱処理されたウェーハの酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜が除去された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２】
前記シリコン単結晶インゴットの育成は、窒素ノンドープにて行う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製造方法。
【請求項３】
前記育成されたシリコン単結晶インゴット中の窒素濃度は、６．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３０７２３（Ｐ２０１３−３０７２３Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４９８３（Ｐ２０１１−１８４９８３）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【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２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【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）】
[ Back to top ]