シリコンウェーハの製造方法
【課題】熱処理時におけるスリップ転位の発生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／Ｇ値制御して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し、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断したＶ−リッチ領域からなる円板状のシリコンウェーハを、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２時間以下保持する第１の熱処理を行い、続いて、非酸化性ガス雰囲気中、１１００℃以上１２００℃以下の最高到達温度で３０分以上２時間以下保持する第２の熱処理を行うことを特徴とする。
【解決手段】ＣＺ法によりＶ／Ｇ値制御して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し、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断したＶ−リッチ領域からなる円板状のシリコンウェーハを、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２時間以下保持する第１の熱処理を行い、続いて、非酸化性ガス雰囲気中、１１００℃以上１２００℃以下の最高到達温度で３０分以上２時間以下保持する第２の熱処理を行うことを特徴とする。
【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、特許文献３には、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】
更に、特許文献５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】
【００１１】
【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】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】
【００１２】
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。
【００１３】
加えて、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１３００°Ｃ近傍の温度で熱処理を行うため、スリップ転位が大きく発生する可能性が高くなるという問題がある。
【００１４】
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】
【００１５】
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し、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断したＶ−リッチ領域からなる円板状のシリコンウェーハを、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２時間以下保持する第１の熱処理を行い、続いて、非酸化性ガス雰囲気中、１１００℃以上１２００℃以下の最高到達温度で３０分以上２時間以下保持する第２の熱処理を行うことを特徴とする。
【００１６】
前記第１の熱処理後、前記第２の熱処理前に、前記第１の熱処理で形成された酸化膜を剥離することが好ましい。
【００１７】
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。
【００１８】
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】
【００１９】
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】
【００２０】
【図１】本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の一例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】第１の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】第２の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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。図１は、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の一例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）、鏡面研磨する工程（Ｓ１０５）、熱処理する工程（Ｓ１０６）を備える。
【００２５】
シリコン単結晶インゴットを育成する工程（Ｓ１０１）は、ＣＺ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。例えば、石英ルツボの回転数を低く、かつ炉内圧力を低くする（常圧に近づける）ことでシリコン単結晶インゴット中の酸素濃度を低くすることができる。
【００２８】
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。
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。
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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領域の両方が存在する場合も含まれる。
【００３１】
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た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。
【００３２】
平坦化処理する工程（Ｓ１０３）は、周知の平坦化処理装置（ラッピング装置や両面研削装置等）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。
【００３３】
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。
【００３４】
鏡面研磨する工程（Ｓ１０５）は、周知の鏡面研磨装置を用いて、前記エッチング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鏡面研磨する。
【００３５】
熱処理する工程（Ｓ１０６）は、周知の熱処理装置（縦型熱処理装置等）を用いて、前記少なくとも半導体デバイス形成面となる表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハを、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２時間以下保持する第１の熱処理を行い、続いて、非酸化性ガス雰囲気中、１１００℃以上１２００℃以下の最高到達温度で３０分以上２時間以下保持する第２の熱処理を行う。
【００３６】
このように本発明では、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断した円板状のシリコンウェーハを熱処理するため、熱処理装置の大型化、煩雑化を防止することができる。更に、最高到達温度が１３００℃未満の低温で行うため、当該熱処理におけるスリップ転位の発生を抑制することができる。更に、ウェーハの酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるため、前記第１及び第２の熱処理において、ウェーハの表層部及びバルク部におけるＢＭＤの発生を抑制することができる。
【００３７】
加えて、第１の熱処理では、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る。
図３は、第１の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、（ａ）は最高到達温度が１３００℃近傍である熱処理の場合、（ｂ）は最高到達温度が１０００℃〜１１００℃である熱処理の場合、（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。
【００３８】
前記第１の熱処理における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。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。
【００３９】
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されるため、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。
【００４０】
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。
【００４１】
すなわち、前記第１の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、前述したようにスリップ転位が大きく発生するため好ましくない。
【００４２】
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。
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。
【００４３】
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。
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。
【００４４】
前記酸化性ガスに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。
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。
【００４５】
なお、前記第１の熱処理で表層部に残存したＣＯＰは、続いて行われる第２の熱処理で低減させることができる。図４は、第２の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４（ａ）は、図３（ｂ）の熱処理後のウェーハを用いて行った場合、図４（ｂ）は、図３（ｃ）の熱処理後のウェーハを用いて行った場合をそれぞれ示す。
前記第１の熱処理を１０００℃から１１００℃で行ったウェーハは、図３（ｂ）に示すように表層部及びバルク部にＣＯＰが残留している。このウェーハに対して、前記第２の熱処理を行った場合は、表層部においては、内壁酸化膜が溶解し、その後、原子の再配列によって当該ＣＯＰが消滅すると考えられる（図４（ａ）表層部）。しかしながらバルク部ではこのような効果（内壁酸化膜が溶解し、ＣＯＰが消滅）は不十分であるため、ＣＯＰが残留すると考えられる（図４（ａ）バルク部）。
【００４６】
一方、前記第１の熱処理を１１５０℃から１２００℃で行ったウェーハは、表層部のみにＣＯＰが残留している（図３（ｃ））。従って、このウェーハに対して、前記第２の熱処理を行った場合は、この表層部のＣＯＰは、内壁酸化膜が溶解し、その後、原子の再配列によって当該ＣＯＰが消滅すると考えられる（図４（ｂ））。
【００４７】
前記第２の熱処理における最高到達温度が１１００℃未満である場合には、低温であるため、前記第１の熱処理で成長した内壁酸化膜を溶解させてＣＯＰ欠陥の低減を図ることが難しい場合がある。前記最高到達温度が１２００℃を超える場合には、高温となるため、スリップ転位が大きく発生する場合がある。
【００４８】
前記第１の熱処理における最高到達温度の保持時間が５分未満である場合には、熱処理時間が少ないため、図３（ｃ）に示すようなバルク部におけるＣＯＰの消滅を十分に行う事ができない場合がある。前記保持時間が２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、前記表層部の内壁酸化膜が大きく成長してしまい、その後の第２の熱処理で該内壁酸化膜を溶解しきれず残存させてしまう場合があり、更に、その他の不具合（不純物汚染等）の発生も懸念されるため好ましくない。
前記第１の熱処理における最高到達温度の保持時間は、好ましくは、１時間以上２時間以下である。
【００４９】
前記第２の熱処理における最高到達温度の保持時間が３０分未満である場合は、熱処理時間が少ないため、前記第１の熱処理で内壁酸化膜が成長したＣＯＰの該内壁酸化膜を溶解させてＣＯＰ欠陥の低減を図ることが難しい場合がある。前記保持時間が２時間を越える場合には、生産性が低下すると共に、その他の不具合（不純物汚染等）が発生する場合があり好ましくない。前記第２の熱処理における最高到達温度の保持時間は、好ましくは、１時間以上２時間以下である。
【００５０】
前記第１の熱処理後、前記第２の熱処理前に、前記第１の熱処理で形成された酸化膜を剥離することが好ましい。前記第２の熱処理時に、表面に酸化膜が形成されている場合は、該表層部からの酸素の外方拡散が抑制されてしまうため、第１の熱処理後に表層部に残存するＣＯＰを低減することが難しい場合がある。
従って、前記第２の熱処理前に、前記第１の熱処理で形成された酸化膜を剥離することが好ましい。なお、前記酸化膜の剥離は周知の方法（フッ酸洗浄等）により行うことができる。
【００５１】
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。
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
このような酸素濃度とすることで、確実に、本願発明の効果を得ることができる。
更に、好ましくは、０．３１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上０．４４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下である。
【００５５】
前記第１及び第２の熱処理における前記最高到達温度までの昇温速度は、１℃／分以上５℃／分以下であることが好ましい。
このような昇温速度とすることで、生産性の低下及びスリップ転位の発生を抑制することができる。
前記第１及び第２の熱処理における前記最高到達温度からの降温速度は、１℃／分以上５℃／分以下であることが好ましい。
このような降温速度とすることで、生産性の低下及びスリップ転位の発生を抑制することができる。
【実施例】
【００５６】
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。
【００５７】
（試験１）
ＣＺ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。
【００５８】
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。
【００５９】
次に、前記エッチング処理されたウェーハの両面研磨を行って、少なくとも半導体デバイス形成面となる表面が鏡面研磨されたウェーハを、酸素１００％雰囲気中、最高到達温度を変化させて、前記最高到達温度の保持時間については１時間として熱処理（第１の熱処理）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。
次に、前記第１の熱処理を行ったウェーハを５％フッ酸水溶液に所定時間浸漬させて、前記第１の熱処理で形成された少なくとも半導体デバイス形成面となる表面の酸化膜を除去した。
次に、酸化膜を除去したウェーハを、アルゴンガス１００％雰囲気中、最高到達温度を変化させて、前記最高到達温度の保持時間については１時間として熱処理（第２の熱処理）を行った。
【００６０】
前記第２の熱処理を行ったアニールウェーハについて、半導体デバイス形成面となる表面の欠陥密度、更には、該表面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それぞれ評価した。欠陥密度の評価は、測定面から深さ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。
また、前記第２の熱処理を行った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。
更に、前記第２の熱処理を行った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。本試験における試験条件及び評価結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１に示すように、第１の熱処理の最高到達温度（℃）が１１５０℃以上１２００℃以下であり、前記第２の熱処理の最高到達温度（℃）が１１００℃以上１２００℃以下である場合（実施例１から４）には、熱処理時におけるスリップ転位の発生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等の欠陥を大きく低減させることができる。
【００６３】
（試験２）
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。
【００６４】
前記第２の熱処理を行ったアニールウェーハについて、半導体デバイス形成面となる表面の欠陥密度及び表面から深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍにおけるバルク部の欠陥密度を試験１と同様な方法で評価した。
その結果、いずれのサンプルにおいても、表面の欠陥密度が３０／ｃｍ２以上であり、前記第１の熱処理において成長した内壁酸化膜を有する表面のＣＯＰを前記第２の熱処理で低減しきれていないことが認められた。
【００６５】
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】
【００６６】
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、特許文献３には、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】
更に、特許文献５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】
【００１１】
【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】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】
【００１２】
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。
【００１３】
加えて、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１３００°Ｃ近傍の温度で熱処理を行うため、スリップ転位が大きく発生する可能性が高くなるという問題がある。
【００１４】
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】
【００１５】
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し、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断したＶ−リッチ領域からなる円板状のシリコンウェーハを、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２時間以下保持する第１の熱処理を行い、続いて、非酸化性ガス雰囲気中、１１００℃以上１２００℃以下の最高到達温度で３０分以上２時間以下保持する第２の熱処理を行うことを特徴とする。
【００１６】
前記第１の熱処理後、前記第２の熱処理前に、前記第１の熱処理で形成された酸化膜を剥離することが好ましい。
【００１７】
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。
【００１８】
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】
【００１９】
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】
【００２０】
【図１】本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の一例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】第１の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】第２の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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。図１は、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の一例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）、鏡面研磨する工程（Ｓ１０５）、熱処理する工程（Ｓ１０６）を備える。
【００２５】
シリコン単結晶インゴットを育成する工程（Ｓ１０１）は、ＣＺ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。例えば、石英ルツボの回転数を低く、かつ炉内圧力を低くする（常圧に近づける）ことでシリコン単結晶インゴット中の酸素濃度を低くすることができる。
【００２８】
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。
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。
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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領域の両方が存在する場合も含まれる。
【００３１】
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た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。
【００３２】
平坦化処理する工程（Ｓ１０３）は、周知の平坦化処理装置（ラッピング装置や両面研削装置等）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。
【００３３】
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。
【００３４】
鏡面研磨する工程（Ｓ１０５）は、周知の鏡面研磨装置を用いて、前記エッチング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鏡面研磨する。
【００３５】
熱処理する工程（Ｓ１０６）は、周知の熱処理装置（縦型熱処理装置等）を用いて、前記少なくとも半導体デバイス形成面となる表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハを、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２時間以下保持する第１の熱処理を行い、続いて、非酸化性ガス雰囲気中、１１００℃以上１２００℃以下の最高到達温度で３０分以上２時間以下保持する第２の熱処理を行う。
【００３６】
このように本発明では、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断した円板状のシリコンウェーハを熱処理するため、熱処理装置の大型化、煩雑化を防止することができる。更に、最高到達温度が１３００℃未満の低温で行うため、当該熱処理におけるスリップ転位の発生を抑制することができる。更に、ウェーハの酸素濃度が０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるため、前記第１及び第２の熱処理において、ウェーハの表層部及びバルク部におけるＢＭＤの発生を抑制することができる。
【００３７】
加えて、第１の熱処理では、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る。
図３は、第１の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、（ａ）は最高到達温度が１３００℃近傍である熱処理の場合、（ｂ）は最高到達温度が１０００℃〜１１００℃である熱処理の場合、（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。
【００３８】
前記第１の熱処理における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。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。
【００３９】
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されるため、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。
【００４０】
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。
【００４１】
すなわち、前記第１の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、前述したようにスリップ転位が大きく発生するため好ましくない。
【００４２】
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。
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。
【００４３】
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。
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。
【００４４】
前記酸化性ガスに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。
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。
【００４５】
なお、前記第１の熱処理で表層部に残存したＣＯＰは、続いて行われる第２の熱処理で低減させることができる。図４は、第２の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４（ａ）は、図３（ｂ）の熱処理後のウェーハを用いて行った場合、図４（ｂ）は、図３（ｃ）の熱処理後のウェーハを用いて行った場合をそれぞれ示す。
前記第１の熱処理を１０００℃から１１００℃で行ったウェーハは、図３（ｂ）に示すように表層部及びバルク部にＣＯＰが残留している。このウェーハに対して、前記第２の熱処理を行った場合は、表層部においては、内壁酸化膜が溶解し、その後、原子の再配列によって当該ＣＯＰが消滅すると考えられる（図４（ａ）表層部）。しかしながらバルク部ではこのような効果（内壁酸化膜が溶解し、ＣＯＰが消滅）は不十分であるため、ＣＯＰが残留すると考えられる（図４（ａ）バルク部）。
【００４６】
一方、前記第１の熱処理を１１５０℃から１２００℃で行ったウェーハは、表層部のみにＣＯＰが残留している（図３（ｃ））。従って、このウェーハに対して、前記第２の熱処理を行った場合は、この表層部のＣＯＰは、内壁酸化膜が溶解し、その後、原子の再配列によって当該ＣＯＰが消滅すると考えられる（図４（ｂ））。
【００４７】
前記第２の熱処理における最高到達温度が１１００℃未満である場合には、低温であるため、前記第１の熱処理で成長した内壁酸化膜を溶解させてＣＯＰ欠陥の低減を図ることが難しい場合がある。前記最高到達温度が１２００℃を超える場合には、高温となるため、スリップ転位が大きく発生する場合がある。
【００４８】
前記第１の熱処理における最高到達温度の保持時間が５分未満である場合には、熱処理時間が少ないため、図３（ｃ）に示すようなバルク部におけるＣＯＰの消滅を十分に行う事ができない場合がある。前記保持時間が２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、前記表層部の内壁酸化膜が大きく成長してしまい、その後の第２の熱処理で該内壁酸化膜を溶解しきれず残存させてしまう場合があり、更に、その他の不具合（不純物汚染等）の発生も懸念されるため好ましくない。
前記第１の熱処理における最高到達温度の保持時間は、好ましくは、１時間以上２時間以下である。
【００４９】
前記第２の熱処理における最高到達温度の保持時間が３０分未満である場合は、熱処理時間が少ないため、前記第１の熱処理で内壁酸化膜が成長したＣＯＰの該内壁酸化膜を溶解させてＣＯＰ欠陥の低減を図ることが難しい場合がある。前記保持時間が２時間を越える場合には、生産性が低下すると共に、その他の不具合（不純物汚染等）が発生する場合があり好ましくない。前記第２の熱処理における最高到達温度の保持時間は、好ましくは、１時間以上２時間以下である。
【００５０】
前記第１の熱処理後、前記第２の熱処理前に、前記第１の熱処理で形成された酸化膜を剥離することが好ましい。前記第２の熱処理時に、表面に酸化膜が形成されている場合は、該表層部からの酸素の外方拡散が抑制されてしまうため、第１の熱処理後に表層部に残存するＣＯＰを低減することが難しい場合がある。
従って、前記第２の熱処理前に、前記第１の熱処理で形成された酸化膜を剥離することが好ましい。なお、前記酸化膜の剥離は周知の方法（フッ酸洗浄等）により行うことができる。
【００５１】
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。
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
このような酸素濃度とすることで、確実に、本願発明の効果を得ることができる。
更に、好ましくは、０．３１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上０．４４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ−ＡＳＴＭ）以下である。
【００５５】
前記第１及び第２の熱処理における前記最高到達温度までの昇温速度は、１℃／分以上５℃／分以下であることが好ましい。
このような昇温速度とすることで、生産性の低下及びスリップ転位の発生を抑制することができる。
前記第１及び第２の熱処理における前記最高到達温度からの降温速度は、１℃／分以上５℃／分以下であることが好ましい。
このような降温速度とすることで、生産性の低下及びスリップ転位の発生を抑制することができる。
【実施例】
【００５６】
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。
【００５７】
（試験１）
ＣＺ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。
【００５８】
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。
【００５９】
次に、前記エッチング処理されたウェーハの両面研磨を行って、少なくとも半導体デバイス形成面となる表面が鏡面研磨されたウェーハを、酸素１００％雰囲気中、最高到達温度を変化させて、前記最高到達温度の保持時間については１時間として熱処理（第１の熱処理）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。
次に、前記第１の熱処理を行ったウェーハを５％フッ酸水溶液に所定時間浸漬させて、前記第１の熱処理で形成された少なくとも半導体デバイス形成面となる表面の酸化膜を除去した。
次に、酸化膜を除去したウェーハを、アルゴンガス１００％雰囲気中、最高到達温度を変化させて、前記最高到達温度の保持時間については１時間として熱処理（第２の熱処理）を行った。
【００６０】
前記第２の熱処理を行ったアニールウェーハについて、半導体デバイス形成面となる表面の欠陥密度、更には、該表面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それぞれ評価した。欠陥密度の評価は、測定面から深さ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。
また、前記第２の熱処理を行った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。
更に、前記第２の熱処理を行った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。本試験における試験条件及び評価結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１に示すように、第１の熱処理の最高到達温度（℃）が１１５０℃以上１２００℃以下であり、前記第２の熱処理の最高到達温度（℃）が１１００℃以上１２００℃以下である場合（実施例１から４）には、熱処理時におけるスリップ転位の発生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等の欠陥を大きく低減させることができる。
【００６３】
（試験２）
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。
【００６４】
前記第２の熱処理を行ったアニールウェーハについて、半導体デバイス形成面となる表面の欠陥密度及び表面から深さ１０μｍ、５０μｍ及び１００μｍにおけるバルク部の欠陥密度を試験１と同様な方法で評価した。
その結果、いずれのサンプルにおいても、表面の欠陥密度が３０／ｃｍ２以上であり、前記第１の熱処理において成長した内壁酸化膜を有する表面のＣＯＰを前記第２の熱処理で低減しきれていないことが認められた。
【００６５】
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】
【００６６】
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し、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断したＶ−リッチ領域からなる円板状のシリコンウェーハを、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２時間以下保持する第１の熱処理を行い、続いて、非酸化性ガス雰囲気中、１１００℃以上１２００℃以下の最高到達温度で３０分以上２時間以下保持する第２の熱処理を行う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】
前記第１の熱処理後、前記第２の熱処理前に、前記第１の熱処理で形成された酸化膜を剥離す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製造方法。
【請求項３】
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又は２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
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乃至３いずれか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し、前記育成されたシリコン単結晶インゴットを切断したＶ−リッチ領域からなる円板状のシリコンウェーハを、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２時間以下保持する第１の熱処理を行い、続いて、非酸化性ガス雰囲気中、１１００℃以上１２００℃以下の最高到達温度で３０分以上２時間以下保持する第２の熱処理を行う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】
前記第１の熱処理後、前記第２の熱処理前に、前記第１の熱処理で形成された酸化膜を剥離す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製造方法。
【請求項３】
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又は２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
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乃至３いずれか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２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−８９７８３（Ｐ２０１３−８９７８３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９３３０（Ｐ２０１１−２２９３３０）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【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１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【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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