シリコンウェーハ及びその製造方法
【課題】シリコンウェーハが大口径化された場合であっても、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生を抑制し、半導体デバイスの製造歩留の向上を図ることができるシリコンウェーハ及びそ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１は、窒素濃度が５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、半導体デバイスが形成される第１面２の無欠陥層２ａ厚さは２．０〜１０．０μｍであり、第１面２の無欠陥層２ａの内方に位置する第１面２から深さ１８０μｍまでの第１バルク層２ｂにおける酸素析出物密度は０．７×１０１０〜１．３×１０１０ケ／ｃｍ３であり、第１面２に対向する第２面３の無欠陥層３ａ厚さは第１面２の無欠陥層２ａ厚さより小さく１．０〜９．０μｍである。
【解決手段】本発明に係るシリコンウェーハ１は、窒素濃度が５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、半導体デバイスが形成される第１面２の無欠陥層２ａ厚さは２．０〜１０．０μｍであり、第１面２の無欠陥層２ａの内方に位置する第１面２から深さ１８０μｍまでの第１バルク層２ｂにおける酸素析出物密度は０．７×１０１０〜１．３×１０１０ケ／ｃｍ３であり、第１面２に対向する第２面３の無欠陥層３ａ厚さは第１面２の無欠陥層２ａ厚さより小さく１．０〜９．０μｍである。
【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）により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得られたシリコンウェーハ及びその製造方法に関し、特に、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生を抑制し、半導体デバイスの製造歩留の向上を図ることができるシリコンウェーハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等の半導体デバイスを製造するための基板としては、ＣＺ法により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得られたシリコンウェーハ（以下、単にウェーハともいう）が用いられている。
【０００３】
このようなシリコンウェーハは、半導体デバイスが形成される表面（以下、第１面という）のデバイス活性領域となるウェーハの表層部がＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）等の結晶欠陥が存在しない無欠陥層であることが要求されている。また、当該無欠陥層の内方に位置するバルク層には、半導体デバイス製造時における熱処理において、ウェーハ内に拡散するデバイス特性を劣化させる金属不純物をゲッタリングするＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）と呼ばれる酸素析出物を高密度に形成することが要求されている。
【０００４】
このような要求に際し、シリコンウェーハのゲッタリング熱処理後またはデバイス製造熱処理後の無欠陥層深さが２〜１２μｍであり、かつゲッタリング熱処理後またはデバイス製造熱処理後の内部微小欠陥密度が１×１０８〜２×１０１０ケ／ｃｍ３であるシリコンウェーハ及びその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、無欠陥層深さと内部微小欠陥密度の制御可能範囲を大幅に拡大することができる点を特徴としているものであるが、半導体デバイス製造時における熱処理において、ウェーハ内に発生するスリップ転位を抑制することができる点については記載されておらず、その効果には限界があるものであった。
【０００６】
なお、デバイス製造工程における熱処理によってスリップ伸展が生じにくい優れた強度を有するシリコンウェーハとして、酸素濃度が１．２×１０１８〜１．８×１０１８ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、炭素濃度が０．５×１０１６〜２×１０１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のシリコンウェーハであって、ウェーハ表層部に少なくとも５μｍ以上の無欠陥層を有し、ウェーハバルク中の酸素析出物の密度が５×１０９個/ｃｍ３以上、かつそのサイズが１５０ｎｍ以下であるシリコンウェーハが提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２１１９９５号
【特許文献２】特開２００６−２６９８９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載された技術は、ウェーハバルク中の酸素析出物（ＢＭＤ）の密度及びそのサイズを制御することで半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ伸展が生じにくいシリコンウェーハを得るためのものであるが、近年におけるシリコンウェーハの大口径化に伴い、ウェーハ自身も高重量化するため、当該熱処理においてウェーハにスリップ転位が発生しやすい傾向がある。このため、このような技術のみではスリップ転位の発生を抑制するには限界があるものであった。
【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、シリコンウェーハが大口径化された場合であっても、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生を抑制し、半導体デバイスの製造歩留の向上を図ることができるシリコンウェーハ及びそ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】
【００１０】
本発明に係るシリコンウェーハは、窒素濃度が５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、半導体デバイスが形成される第１面の無欠陥層厚さは２．０〜１０．０μｍであり、前記第１面の無欠陥層の内方に位置する前記第１面から深さ１８０μｍまでの第１バルク層における酸素析出物密度は０．７×１０１０〜１．３×１０１０ケ／ｃｍ３であり、前記第１面に対向する第２面の無欠陥層厚さは前記第１面の無欠陥層厚さより小さく１．０〜９．０μｍであることを特徴とする。
【００１１】
前記第２面の無欠陥層の内方に位置する前記第２面から深さ１８０μｍまでの第２バルク層における酸素析出物密度は前記第１バルク層における酸素析出物密度より大きく０．８×１０１０〜１．４×１０１０ケ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００１２】
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窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスし、熱処理して得られたシリコンウェーハの製造方法であって、前記シリコン単結晶インゴットは、単結晶育成時の１１５０℃から９００℃までの冷却速度を１．０〜５．０℃／ｍｉｎの範囲に、窒素濃度を５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、かつ、酸素濃度を１．０×１０１８〜１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、それぞれ制御して育成され、前記熱処理は、不活性ガス雰囲気下、１２００℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で処理され、半導体デバイスが形成される第１面側に供給する不活性ガスの供給量を、前記第１面に対向する第２面側に供給する不活性ガスの供給量よりも多く制御して行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シリコンウェーハが大口径化された場合であっても、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生を抑制し、半導体デバイスの製造歩留の向上を図ることができるシリコンウェーハ及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係わるシリコンウェーハを示す概略断面図である。
【図２】本発明に係わるシリコンウェーハの他の態様を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法に用いられる熱処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図４】図３に示す熱処理装置を用いた際の熱処理シーケンスの一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係わるシリコンウェーハ及びその製造方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係わるシリコンウェーハを示す概略断面図である。
【００１６】
本発明に係るシリコンウェーハ１は、図１に示すように、チョクラルスキー法により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得られたシリコンウェーハであって、半導体デバイスが形成される第１面２には、厚さＤ１の無欠陥層２ａを有し、前記第１面２の無欠陥層２ａの内方に位置する前記第１面２から深さ１８０μｍまでの第１バルク層２ｂには、高密度の酸素析出物４を有し、前記第１面２に対向する第２面（裏面）３には、厚さＤ２の無欠陥層３ａを有している。
【００１７】
前記シリコンウェーハ１の窒素濃度は５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましい。
前記窒素濃度が５．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である場合には、ＣＺ法によるシリコン単結晶インゴットの育成時において、結晶欠陥のサイズを小さく制御することが難しいため好ましくない。前記窒素濃度が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超える場合には、シリコン単結晶インゴット内に窒素が偏析する場合があり、単結晶化が妨げられる可能性があるため好ましくない。
【００１８】
前記無欠陥層２ａの厚さＤ１は、その表面に形成される半導体デバイスの設計上、２．０〜１０．０μｍであることが好ましい。
【００１９】
前記第１バルク層２ｂにおける酸素析出物密度は０．７×１０１０〜１．３×１０１０ケ／ｃｍ３であることが好ましい。
前記酸素析出物密度が０．７×１０１０ケ／ｃｍ３未満である場合には、半導体デバイス製造時における熱処理において、ウェーハ内に拡散するデバイス特性を劣化させる金属不純物をゲッタリングする効果が低い場合があり好ましくない。前記酸素析出物密度が１．３×１０１０ケ／ｃｍ３を超える場合には、第１バルク層２ｂにおける酸素析出物密度が高いため、当該酸素析出物がスリップ転位の発生源となる場合があり、発生した当該スリップ転位が無欠陥層２ａ内に伝播する場合があるため好ましくない。
【００２０】
第２面３の無欠陥層３ａの厚さＤ２は、前記第１面２における無欠陥層２ａの厚さＤ１より小さく（Ｄ２＜Ｄ１）、１．０〜９．０μｍであることが好ましい。
厚さＤ２と厚さＤ１が同じ（Ｄ２＝Ｄ１）又は厚さＤ２が厚さＤ１より大きい（Ｄ２＞Ｄ１）場合には、シリコンウェーハが大口径化された場合、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生の抑制が困難である場合があり好ましくない。
また、前記無欠陥層３ａの厚さＤ２が１．０μｍ未満である場合には、第２面３の表面に後述する第２バルク層３ｂが近くなるため、シリコンウェーハの製造時に第２バルク層３ｂに形成された酸素析出物４にゲッタリングされている金属不純物が、逆に半導体デバイス製造時における熱処理において外方拡散される場合があり好ましくない。前記厚さＤ２が９．０μｍを超える場合には、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生の抑制が困難である場合があり好ましくない。
【００２１】
図２は、本発明に係わるシリコンウェーハの他の態様を示す概略断面図である。
図２に示すシリコンウェーハ１Ａは、第２面３の無欠陥層３ａの内方に位置する前記第２面３から深さ１８０μｍまでの第２バルク層３ｂにおける酸素析出物密度が前記第１バルク層２ｂにおける酸素析出物密度より大きいことを特徴とする。その他は、図１に示すシリコンウェーハ１と同様であるため説明を省略する。
【００２２】
このように、第２バルク層３ｂにおける酸素析出物密度を、第１バルク層２ｂにおける酸素析出物密度より大きくすることで、デバイス活性領域である無欠陥層２ａの無欠陥性と、半導体デバイス製造時における熱処理においてウェーハ保持部材と接触してスリップの発生起点となる第２面３のスリップ抑制効果を両立させることができるため、シリコンウェーハが大口径化された場合であっても、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生を抑制し、半導体デバイスの製造歩留の向上を図ることができる。
【００２３】
前記第２バルク層３ｂにおける酸素析出物密度は、０．８×１０１０〜１．４×１０１０ケ／ｃｍ３であることが好ましい。
前記バルク層３ｂにおける酸素析出物密度が０．８×１０１０ケ／ｃｍ３未満である場合には、半導体デバイス製造時における熱処理において、第２面３側からウェーハ内に拡散した金属不純物を第２バルク層３ｂ内で効率的にゲッタリングすることができない場合があり、第１面２側に当該金属不純物が拡散してしまう場合があり好ましくない。前記第２バルク層３ｂにおける酸素析出物密度が１．４×１０１０ケ／ｃｍ３を超える場合には、第２バルク層３ｂにおける酸素析出物密度が高いため、当該酸素析出物がスリップ転位の発生源となる場合があり、発生した当該スリップ転位が無欠陥層２ａ内まで伝播する場合があるため好ましくない。
【００２４】
本発明に係わるシリコンウェーハや後述するシリコンウェーハの製造方法にあっては、直径３００ｍｍのシリコンウェーハに適用することが好ましい。このような構成とすることで、直径２００ｍｍのシリコンウェーハの場合よりも上述した効果がより顕著に現れるため好ましい。
【００２５】
次に、上述したほぃ陥具製造時における熱処理においてスリップ転位の発生を抑制し、本発明に係わるシリコンウェーハを製造するシリコンウェーハの製造方法について説明する。
本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法は、ＣＺ法により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得られたシリコンウェーハを熱処理することで行う。
【００２６】
前記シリコン単結晶インゴットは、単結晶育成時の１１５０℃から９００℃までの冷却速度を１．０〜５．０℃／ｍｉｎの範囲に制御して育成することが好ましい。
単結晶育成時の冷却速度を上記範囲に制御することで、単結晶育成時に発生する結晶欠陥のサイズを小さくすることができ、結晶欠陥のサイズが小さいシリコン単結晶インゴットを効率的に育成することができるため好ましい。
【００２７】
また、前記シリコン単結晶インゴットは、窒素濃度を５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、かつ、酸素濃度を１．０×１０１８〜１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、それぞれ制御して育成することが好ましい。
窒素濃度を上記範囲に制御することで、シリコン単結晶育成時における単結晶化を妨げることなく、結晶欠陥のサイズを小さくすることができ、また、酸素濃度を上記範囲に制御することで、後述する熱処理後においてバルク層２ｂ、３ｂに高密度に酸素析出物４を形成することができるため好ましい。
【００２８】
前記ＣＺ法によるシリコン単結晶インゴットの育成は周知の方法で行う。
具体的には、シリコン単結晶インゴットは、石英ルツボに充填された多結晶シリコンを溶融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、これを所望の直径まで拡径して直胴部を形成し、その後、シリコン融液から切り離すことで育成することができる。
【００２９】
次に、こうして得られたシリコン単結晶インゴットを、周知の方法によりシリコンウェーハに加工する。
具体的には、シリコン単結晶インゴットを内周刃又はワイヤソー等によりウェーハ状にスライスした後、外周部の面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨等を行う。
【００３０】
次に、こうして得られた少なくとも半導体デバイスが形成される第１面が鏡面研磨されたシリコンウェーハに対して熱処理を行う。
この熱処理は、不活性ガス雰囲気下、１２００℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で熱処理され、半導体デバイスが形成される第１面２側に供給する不活性ガスの供給量を、前記シリコンウェーハの第１面２に対向する第２面３側に供給する不活性ガスの供給量よりも多く制御して行うことを特徴とする。
【００３１】
図３は、本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法に用いられる熱処理装置の一例を示す概略断面図である。
前記熱処理は、例えば、図３に示すような急速加熱・急速冷却熱処理（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）装置（以下、ＲＴＰ装置という）を用いて行うことができる。
【００３２】
ＲＴＰ装置１０は、図３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管２０と、反応管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、反応管２０の内壁とウェーハＷの半導体デバイスが形成される第１面２側とで囲まれた空間である第１空間２０ａと、反応管２０の内壁と第１面２に対向するウェーハＷの第２面３側とで囲まれた空間である第２空間２０ｂとが形成される。
【００３３】
反応管２０は、第１空間２０ａ及び第２空間２０ｂ内に第１の雰囲気ガスＦＡ（実線矢印）を供給する第１の供給口２２と、第２空間２０ｂ内に第２の雰囲気ガスＦＢ（点線矢印）を供給する第２の供給口２４と、前記供給した第１の雰囲気ガスＦＡを第１空間２０ａから排出する第１の排出口２６と、前記供給した第１の雰囲気ガスＦＡ及び第２の雰囲気ガスＦＢを第２空間２０ｂから排出する第２の排出口２８と、を備える。反応管２０は、例えば、石英で構成されている。
【００３４】
ウェーハ保持部３０は、ウェーハＷの第２面３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、サセプタ３２をウェーハＷの径方向に回転させる回転体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。
【００３５】
加熱部４０は、ウェーハ保持部３０の上方の反応管２０外に配置され、ウェーハＷを第１面２側から加熱する。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。
【００３６】
図３に示すＲＴＰ装置１０を用いて、熱処理を行う場合は、反応管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を反応管２０内に導入して、ウェーハＷの第２面３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て、雰囲気ガスを供給すると共に、加熱部４０によってウェーハＷを加熱することで行う。
【００３７】
図４は、図３に示す熱処理装置を用いた際の熱処理シーケンスの一例を示す概略断面図である。
【００３８】
熱処理シーケンスとしては、例えば、図４に示すように、温度Ｔ０（例えば、６００℃）で保持された図３に示すようなＲＴＰ装置１０の反応管２０内に少なくとも半導体デバイスが形成される第１面２が鏡面研磨されたウェーハＷを設置し、例えば、第１面２側が接する第１空間２０ａ内に第１の雰囲気ガスＦＡを供給し、前記ウェーハＷの第１面２に対向する第２面３側が接する第２空間２０ｂ内に第２の雰囲気ガスＦＢを供給する。
【００３９】
次に、温度Ｔ０（℃）から最高到達温度である温度Ｔ１（℃）まで、所定の昇温速度ΔＴｕ（℃／秒）で急速加熱し、その後、温度Ｔ１（℃）で所定時間ｔ（秒）一定に保持し、最後に、温度Ｔ１（℃）から所定温度（例えば、温度Ｔ０（℃））まで、所定の降温速度ΔＴｄ（℃／秒）で急速冷却する。
なお、温度Ｔ０、Ｔ１は、図３に示すようなＲＴＰ装置１０の反応管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。
【００４０】
すなわち、本発明のシリコンウェーハの製造方法における熱処理は、例えば、図３に示すＲＴＰ装置１０や図４に示す熱処理シーケンスを用いて、雰囲気ガスＦＡ、ＦＢとして不活性ガスを用い、第１空間２０ａ内に供給する不活性ガスの供給量を、第２空間２０ｂ内に供給する不活性ガスの供給量よりも多く制御して、温度Ｔ１として１２００℃以上シリコンの融点以下で行う。
【００４１】
このような熱処理を行うことにより、シリコンウェーハの第２面３における無欠陥層３ａの厚さＤ２を第１面２における無欠陥層２ａの厚さＤ１より小さくすることができる。更に、この供給量の差を大きくすることにより、前記第２面３のバルク層３ｂにおける酸素析出物密度を前記第１面２のバルク層２ｂの酸素析出物密度より大きくすることができる。従って、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法は、上述した本発明に係るシリコンウェーハを製造することが可能である。
【００４２】
また、不活性ガスの供給量を上述したように制御することで、実質的に、第２空間２０ｂよりも第１空間２０ａを高い圧力の状態とすることができるため、ＲＴＰにおけるウェーハＷの回転数を高めた場合であっても、サセプタからウェーハが飛んでしまうことを抑制することができる。
【００４３】
上述した不活性ガスの流量の調整は、図１に示すＲＴＰ装置１０を用いて行う場合には、第１の雰囲気ガスＦＡ及び第２の雰囲気ガスＦＢを供給し、第２の雰囲気ガスＦＢの供給量を第１の雰囲気ガスＦＡの供給量より小さくする方法や、第１の雰囲気ガスＦＡのみを供給し、第１空間２０ａへの不活性ガスの供給量を高くし、第２空間２０ｂへの供給量を低くする方法により行うことができる。
【００４４】
前記熱処理で使用する雰囲気ガスが不活性ガス以外である場合には、様々な問題を有する。
例えば、前記ガスが酸素ガスや水素ガスである場合には、ウェーハＷの第１面２において、面粗れを発生させてしまう場合があり好ましくない。また、前記ガスが窒素ガスである場合には、ウェーハＷの第１面２や第２面３に窒化膜が形成されてしまう場合があり好ましくない。更に、前記ガスがアンモニアガスである場合には、ＣＯＰ等の結晶欠陥を低減させる効果が少ないため、無欠陥層２ａ、３ａを効率的に形成することができない場合があり好ましくない。
【００４５】
前記不活性ガスとしては、アルゴンガスを用いることがより好ましい。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、ＲＴＰを行うことができるため好ましい。
【００４６】
前記温度Ｔ１が１２００℃未満である場合には、ＣＯＰ等の結晶欠陥を低減させる効果が少ないため、無欠陥層２ａ、３ａを効率的に形成することができない場合があり好ましくない。前記温度Ｔ１がシリコンの融点を超える場合には、熱処理中のシリコンウェーハが溶解する場合があり好ましくない。
前記温度Ｔ１の上限値は、ＲＴＰ装置１０としての寿命の関係上、１４００℃以下であることがより好ましい。
【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。
【００４８】
（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）を制御して空孔型点欠陥が存在する領域を有するシリコン単結晶インゴットを、単結晶育成時の１１５０℃から９００℃までの冷却速度を２．０〜４．０℃／ｍｉｎの範囲に、窒素濃度を２．０×１０１４〜２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、かつ、酸素濃度を１．０×１０１８〜１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、それぞれ制御して育成し、該領域からスライスして得られた両面が鏡面研磨されたシリコンウェーハ（直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍ）を得た。
【００４９】
次に、図３に示すようなＲＴＰ装置１０により、シリコンウェーハの第２面３の外周部（最外周から２ｍｍの領域）をリング状に保持するサセプタを使用して、昇温速度１０℃／秒、最高到達温度１３００℃、最高到達温度保持時間６０秒、降温速度１００℃／秒にて、第１空間２０ａに供給する不活性ガスの供給量と第２空間２０ｂに供給する不活性ガスの供給量をそれぞれ調整して、デバイス形成面となる第１面２の無欠陥層２ａの厚さＤ１、バルク層２ｂの酸素析出物密度、第２面３の無欠陥層３ａの厚さＤ２及びバルク層３ｂの酸素析出物密度がそれぞれ異なる複数のアニールウェーハを製造した。
【００５０】
次に、このアニールウェーハにおける無欠陥層２ａ、３ａの厚さＤ１、Ｄ２及びバルク層２ｂ、３ｂにおける酸素析出物密度を評価した。無欠陥層２ａ、３ａの厚さＤ１、Ｄ２は、ＬＳＴＤ（Ｌａｓｅｒ
Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｄｅｆｅｃｔ）スキャナ（レイテックス社製 ＭＯ-６０１）を用いて評価した。また、酸素析出物密度は、得られたアニールウェーハに対して、ＢＭＤ析出熱処理（７８０℃×３時間＋１０００℃×１６時間）を施した後、表面から深さ１８０μｍまでのウェーハのバルク部における酸素析出物密度をＩＲトモグラフィ（株式会社レイテックス製 ＭＯ−４１１）を用いて評価した。
【００５１】
以上の評価を行ったアニールウェーハに対して、縦型ウェーハボート（ウェーハ外周付近の４点支持）を用いて、縦型拡散炉にて、アルゴン雰囲気下、１１００°で２時間の熱処理を２回繰り返して行った。なお、この熱処理は、半導体デバイス製造時において施される熱処理と想定して行ったものである（以下、この熱処理をデバイス想定熱処理という）。
【００５２】
最後に、デバイス想定熱処理後のアニールウェーハに対して、Ｘ線トポグラフィ（株式会社リガク製 ＸＲＴ３００）を用いてスリップ全長を評価した。
表１に、本試験における無欠陥層２ａ、３ａの厚さＤ１、Ｄ２及びバルク層２ｂ、３ｂの酸素析出物密度を測定したアニールウェーハ毎のデバイス想定熱処理後のスリップ全長の評価結果を示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１に示すように、シリコンウェーハの無欠陥層３ａの厚さＤ２を無欠陥層２ａの厚さＤ１よりも小さくした場合（実施例１から４）には、厚さＤ２と厚さＤ１が同等である場合（比較例１から４）及び厚さＤ２が厚さＤ１より大きい場合（比較例５から８）よりもデバイス想定熱処理後のスリップ全長が低下することが認められる。更に、シリコンウェーハの無欠陥層３ａの厚さＤ２を無欠陥層２ａの厚さＤ１よりも小さくし、かつ、バルク層３ｂの酸素析出密度をバルク層２ｂの酸素析出密度よりも大きくした場合（実施例５から実施例１２）には、実施例１から実施例４より更にデバイス想定熱処理後のスリップ全長が低下することが認められる。
【符号の説明】
【００５５】
１ シリコンウェーハ
２ 第１面
２ａ 無欠陥層
２ｂ バルク層
３ 第２面
３ａ 無欠陥層
３ｂ バルク層
４ 酸素析出物
【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）により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得られたシリコンウェーハ及びその製造方法に関し、特に、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生を抑制し、半導体デバイスの製造歩留の向上を図ることができるシリコンウェーハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等の半導体デバイスを製造するための基板としては、ＣＺ法により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得られたシリコンウェーハ（以下、単にウェーハともいう）が用いられている。
【０００３】
このようなシリコンウェーハは、半導体デバイスが形成される表面（以下、第１面という）のデバイス活性領域となるウェーハの表層部がＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）等の結晶欠陥が存在しない無欠陥層であることが要求されている。また、当該無欠陥層の内方に位置するバルク層には、半導体デバイス製造時における熱処理において、ウェーハ内に拡散するデバイス特性を劣化させる金属不純物をゲッタリングするＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）と呼ばれる酸素析出物を高密度に形成することが要求されている。
【０００４】
このような要求に際し、シリコンウェーハのゲッタリング熱処理後またはデバイス製造熱処理後の無欠陥層深さが２〜１２μｍであり、かつゲッタリング熱処理後またはデバイス製造熱処理後の内部微小欠陥密度が１×１０８〜２×１０１０ケ／ｃｍ３であるシリコンウェーハ及びその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、無欠陥層深さと内部微小欠陥密度の制御可能範囲を大幅に拡大することができる点を特徴としているものであるが、半導体デバイス製造時における熱処理において、ウェーハ内に発生するスリップ転位を抑制することができる点については記載されておらず、その効果には限界があるものであった。
【０００６】
なお、デバイス製造工程における熱処理によってスリップ伸展が生じにくい優れた強度を有するシリコンウェーハとして、酸素濃度が１．２×１０１８〜１．８×１０１８ａｔｏｍｓ/ｃｍ３、炭素濃度が０．５×１０１６〜２×１０１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ３のシリコンウェーハであって、ウェーハ表層部に少なくとも５μｍ以上の無欠陥層を有し、ウェーハバルク中の酸素析出物の密度が５×１０９個/ｃｍ３以上、かつそのサイズが１５０ｎｍ以下であるシリコンウェーハが提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２１１９９５号
【特許文献２】特開２００６−２６９８９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載された技術は、ウェーハバルク中の酸素析出物（ＢＭＤ）の密度及びそのサイズを制御することで半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ伸展が生じにくいシリコンウェーハを得るためのものであるが、近年におけるシリコンウェーハの大口径化に伴い、ウェーハ自身も高重量化するため、当該熱処理においてウェーハにスリップ転位が発生しやすい傾向がある。このため、このような技術のみではスリップ転位の発生を抑制するには限界があるものであった。
【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、シリコンウェーハが大口径化された場合であっても、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生を抑制し、半導体デバイスの製造歩留の向上を図ることができるシリコンウェーハ及びそ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】
【００１０】
本発明に係るシリコンウェーハは、窒素濃度が５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、半導体デバイスが形成される第１面の無欠陥層厚さは２．０〜１０．０μｍであり、前記第１面の無欠陥層の内方に位置する前記第１面から深さ１８０μｍまでの第１バルク層における酸素析出物密度は０．７×１０１０〜１．３×１０１０ケ／ｃｍ３であり、前記第１面に対向する第２面の無欠陥層厚さは前記第１面の無欠陥層厚さより小さく１．０〜９．０μｍであることを特徴とする。
【００１１】
前記第２面の無欠陥層の内方に位置する前記第２面から深さ１８０μｍまでの第２バルク層における酸素析出物密度は前記第１バルク層における酸素析出物密度より大きく０．８×１０１０〜１．４×１０１０ケ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００１２】
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窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスし、熱処理して得られたシリコンウェーハの製造方法であって、前記シリコン単結晶インゴットは、単結晶育成時の１１５０℃から９００℃までの冷却速度を１．０〜５．０℃／ｍｉｎの範囲に、窒素濃度を５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、かつ、酸素濃度を１．０×１０１８〜１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、それぞれ制御して育成され、前記熱処理は、不活性ガス雰囲気下、１２００℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で処理され、半導体デバイスが形成される第１面側に供給する不活性ガスの供給量を、前記第１面に対向する第２面側に供給する不活性ガスの供給量よりも多く制御して行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シリコンウェーハが大口径化された場合であっても、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生を抑制し、半導体デバイスの製造歩留の向上を図ることができるシリコンウェーハ及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係わるシリコンウェーハを示す概略断面図である。
【図２】本発明に係わるシリコンウェーハの他の態様を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法に用いられる熱処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図４】図３に示す熱処理装置を用いた際の熱処理シーケンスの一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係わるシリコンウェーハ及びその製造方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係わるシリコンウェーハを示す概略断面図である。
【００１６】
本発明に係るシリコンウェーハ１は、図１に示すように、チョクラルスキー法により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得られたシリコンウェーハであって、半導体デバイスが形成される第１面２には、厚さＤ１の無欠陥層２ａを有し、前記第１面２の無欠陥層２ａの内方に位置する前記第１面２から深さ１８０μｍまでの第１バルク層２ｂには、高密度の酸素析出物４を有し、前記第１面２に対向する第２面（裏面）３には、厚さＤ２の無欠陥層３ａを有している。
【００１７】
前記シリコンウェーハ１の窒素濃度は５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましい。
前記窒素濃度が５．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である場合には、ＣＺ法によるシリコン単結晶インゴットの育成時において、結晶欠陥のサイズを小さく制御することが難しいため好ましくない。前記窒素濃度が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超える場合には、シリコン単結晶インゴット内に窒素が偏析する場合があり、単結晶化が妨げられる可能性があるため好ましくない。
【００１８】
前記無欠陥層２ａの厚さＤ１は、その表面に形成される半導体デバイスの設計上、２．０〜１０．０μｍであることが好ましい。
【００１９】
前記第１バルク層２ｂにおける酸素析出物密度は０．７×１０１０〜１．３×１０１０ケ／ｃｍ３であることが好ましい。
前記酸素析出物密度が０．７×１０１０ケ／ｃｍ３未満である場合には、半導体デバイス製造時における熱処理において、ウェーハ内に拡散するデバイス特性を劣化させる金属不純物をゲッタリングする効果が低い場合があり好ましくない。前記酸素析出物密度が１．３×１０１０ケ／ｃｍ３を超える場合には、第１バルク層２ｂにおける酸素析出物密度が高いため、当該酸素析出物がスリップ転位の発生源となる場合があり、発生した当該スリップ転位が無欠陥層２ａ内に伝播する場合があるため好ましくない。
【００２０】
第２面３の無欠陥層３ａの厚さＤ２は、前記第１面２における無欠陥層２ａの厚さＤ１より小さく（Ｄ２＜Ｄ１）、１．０〜９．０μｍであることが好ましい。
厚さＤ２と厚さＤ１が同じ（Ｄ２＝Ｄ１）又は厚さＤ２が厚さＤ１より大きい（Ｄ２＞Ｄ１）場合には、シリコンウェーハが大口径化された場合、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生の抑制が困難である場合があり好ましくない。
また、前記無欠陥層３ａの厚さＤ２が１．０μｍ未満である場合には、第２面３の表面に後述する第２バルク層３ｂが近くなるため、シリコンウェーハの製造時に第２バルク層３ｂに形成された酸素析出物４にゲッタリングされている金属不純物が、逆に半導体デバイス製造時における熱処理において外方拡散される場合があり好ましくない。前記厚さＤ２が９．０μｍを超える場合には、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生の抑制が困難である場合があり好ましくない。
【００２１】
図２は、本発明に係わるシリコンウェーハの他の態様を示す概略断面図である。
図２に示すシリコンウェーハ１Ａは、第２面３の無欠陥層３ａの内方に位置する前記第２面３から深さ１８０μｍまでの第２バルク層３ｂにおける酸素析出物密度が前記第１バルク層２ｂにおける酸素析出物密度より大きいことを特徴とする。その他は、図１に示すシリコンウェーハ１と同様であるため説明を省略する。
【００２２】
このように、第２バルク層３ｂにおける酸素析出物密度を、第１バルク層２ｂにおける酸素析出物密度より大きくすることで、デバイス活性領域である無欠陥層２ａの無欠陥性と、半導体デバイス製造時における熱処理においてウェーハ保持部材と接触してスリップの発生起点となる第２面３のスリップ抑制効果を両立させることができるため、シリコンウェーハが大口径化された場合であっても、半導体デバイス製造時における熱処理において、スリップ転位の発生を抑制し、半導体デバイスの製造歩留の向上を図ることができる。
【００２３】
前記第２バルク層３ｂにおける酸素析出物密度は、０．８×１０１０〜１．４×１０１０ケ／ｃｍ３であることが好ましい。
前記バルク層３ｂにおける酸素析出物密度が０．８×１０１０ケ／ｃｍ３未満である場合には、半導体デバイス製造時における熱処理において、第２面３側からウェーハ内に拡散した金属不純物を第２バルク層３ｂ内で効率的にゲッタリングすることができない場合があり、第１面２側に当該金属不純物が拡散してしまう場合があり好ましくない。前記第２バルク層３ｂにおける酸素析出物密度が１．４×１０１０ケ／ｃｍ３を超える場合には、第２バルク層３ｂにおける酸素析出物密度が高いため、当該酸素析出物がスリップ転位の発生源となる場合があり、発生した当該スリップ転位が無欠陥層２ａ内まで伝播する場合があるため好ましくない。
【００２４】
本発明に係わるシリコンウェーハや後述するシリコンウェーハの製造方法にあっては、直径３００ｍｍのシリコンウェーハに適用することが好ましい。このような構成とすることで、直径２００ｍｍのシリコンウェーハの場合よりも上述した効果がより顕著に現れるため好ましい。
【００２５】
次に、上述したほぃ陥具製造時における熱処理においてスリップ転位の発生を抑制し、本発明に係わるシリコンウェーハを製造するシリコンウェーハの製造方法について説明する。
本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法は、ＣＺ法により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得られたシリコンウェーハを熱処理することで行う。
【００２６】
前記シリコン単結晶インゴットは、単結晶育成時の１１５０℃から９００℃までの冷却速度を１．０〜５．０℃／ｍｉｎの範囲に制御して育成することが好ましい。
単結晶育成時の冷却速度を上記範囲に制御することで、単結晶育成時に発生する結晶欠陥のサイズを小さくすることができ、結晶欠陥のサイズが小さいシリコン単結晶インゴットを効率的に育成することができるため好ましい。
【００２７】
また、前記シリコン単結晶インゴットは、窒素濃度を５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、かつ、酸素濃度を１．０×１０１８〜１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、それぞれ制御して育成することが好ましい。
窒素濃度を上記範囲に制御することで、シリコン単結晶育成時における単結晶化を妨げることなく、結晶欠陥のサイズを小さくすることができ、また、酸素濃度を上記範囲に制御することで、後述する熱処理後においてバルク層２ｂ、３ｂに高密度に酸素析出物４を形成することができるため好ましい。
【００２８】
前記ＣＺ法によるシリコン単結晶インゴットの育成は周知の方法で行う。
具体的には、シリコン単結晶インゴットは、石英ルツボに充填された多結晶シリコンを溶融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、これを所望の直径まで拡径して直胴部を形成し、その後、シリコン融液から切り離すことで育成することができる。
【００２９】
次に、こうして得られたシリコン単結晶インゴットを、周知の方法によりシリコンウェーハに加工する。
具体的には、シリコン単結晶インゴットを内周刃又はワイヤソー等によりウェーハ状にスライスした後、外周部の面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨等を行う。
【００３０】
次に、こうして得られた少なくとも半導体デバイスが形成される第１面が鏡面研磨されたシリコンウェーハに対して熱処理を行う。
この熱処理は、不活性ガス雰囲気下、１２００℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で熱処理され、半導体デバイスが形成される第１面２側に供給する不活性ガスの供給量を、前記シリコンウェーハの第１面２に対向する第２面３側に供給する不活性ガスの供給量よりも多く制御して行うことを特徴とする。
【００３１】
図３は、本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法に用いられる熱処理装置の一例を示す概略断面図である。
前記熱処理は、例えば、図３に示すような急速加熱・急速冷却熱処理（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）装置（以下、ＲＴＰ装置という）を用いて行うことができる。
【００３２】
ＲＴＰ装置１０は、図３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管２０と、反応管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、反応管２０の内壁とウェーハＷの半導体デバイスが形成される第１面２側とで囲まれた空間である第１空間２０ａと、反応管２０の内壁と第１面２に対向するウェーハＷの第２面３側とで囲まれた空間である第２空間２０ｂとが形成される。
【００３３】
反応管２０は、第１空間２０ａ及び第２空間２０ｂ内に第１の雰囲気ガスＦＡ（実線矢印）を供給する第１の供給口２２と、第２空間２０ｂ内に第２の雰囲気ガスＦＢ（点線矢印）を供給する第２の供給口２４と、前記供給した第１の雰囲気ガスＦＡを第１空間２０ａから排出する第１の排出口２６と、前記供給した第１の雰囲気ガスＦＡ及び第２の雰囲気ガスＦＢを第２空間２０ｂから排出する第２の排出口２８と、を備える。反応管２０は、例えば、石英で構成されている。
【００３４】
ウェーハ保持部３０は、ウェーハＷの第２面３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、サセプタ３２をウェーハＷの径方向に回転させる回転体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。
【００３５】
加熱部４０は、ウェーハ保持部３０の上方の反応管２０外に配置され、ウェーハＷを第１面２側から加熱する。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。
【００３６】
図３に示すＲＴＰ装置１０を用いて、熱処理を行う場合は、反応管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を反応管２０内に導入して、ウェーハＷの第２面３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て、雰囲気ガスを供給すると共に、加熱部４０によってウェーハＷを加熱することで行う。
【００３７】
図４は、図３に示す熱処理装置を用いた際の熱処理シーケンスの一例を示す概略断面図である。
【００３８】
熱処理シーケンスとしては、例えば、図４に示すように、温度Ｔ０（例えば、６００℃）で保持された図３に示すようなＲＴＰ装置１０の反応管２０内に少なくとも半導体デバイスが形成される第１面２が鏡面研磨されたウェーハＷを設置し、例えば、第１面２側が接する第１空間２０ａ内に第１の雰囲気ガスＦＡを供給し、前記ウェーハＷの第１面２に対向する第２面３側が接する第２空間２０ｂ内に第２の雰囲気ガスＦＢを供給する。
【００３９】
次に、温度Ｔ０（℃）から最高到達温度である温度Ｔ１（℃）まで、所定の昇温速度ΔＴｕ（℃／秒）で急速加熱し、その後、温度Ｔ１（℃）で所定時間ｔ（秒）一定に保持し、最後に、温度Ｔ１（℃）から所定温度（例えば、温度Ｔ０（℃））まで、所定の降温速度ΔＴｄ（℃／秒）で急速冷却する。
なお、温度Ｔ０、Ｔ１は、図３に示すようなＲＴＰ装置１０の反応管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。
【００４０】
すなわち、本発明のシリコンウェーハの製造方法における熱処理は、例えば、図３に示すＲＴＰ装置１０や図４に示す熱処理シーケンスを用いて、雰囲気ガスＦＡ、ＦＢとして不活性ガスを用い、第１空間２０ａ内に供給する不活性ガスの供給量を、第２空間２０ｂ内に供給する不活性ガスの供給量よりも多く制御して、温度Ｔ１として１２００℃以上シリコンの融点以下で行う。
【００４１】
このような熱処理を行うことにより、シリコンウェーハの第２面３における無欠陥層３ａの厚さＤ２を第１面２における無欠陥層２ａの厚さＤ１より小さくすることができる。更に、この供給量の差を大きくすることにより、前記第２面３のバルク層３ｂにおける酸素析出物密度を前記第１面２のバルク層２ｂの酸素析出物密度より大きくすることができる。従って、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法は、上述した本発明に係るシリコンウェーハを製造することが可能である。
【００４２】
また、不活性ガスの供給量を上述したように制御することで、実質的に、第２空間２０ｂよりも第１空間２０ａを高い圧力の状態とすることができるため、ＲＴＰにおけるウェーハＷの回転数を高めた場合であっても、サセプタからウェーハが飛んでしまうことを抑制することができる。
【００４３】
上述した不活性ガスの流量の調整は、図１に示すＲＴＰ装置１０を用いて行う場合には、第１の雰囲気ガスＦＡ及び第２の雰囲気ガスＦＢを供給し、第２の雰囲気ガスＦＢの供給量を第１の雰囲気ガスＦＡの供給量より小さくする方法や、第１の雰囲気ガスＦＡのみを供給し、第１空間２０ａへの不活性ガスの供給量を高くし、第２空間２０ｂへの供給量を低くする方法により行うことができる。
【００４４】
前記熱処理で使用する雰囲気ガスが不活性ガス以外である場合には、様々な問題を有する。
例えば、前記ガスが酸素ガスや水素ガスである場合には、ウェーハＷの第１面２において、面粗れを発生させてしまう場合があり好ましくない。また、前記ガスが窒素ガスである場合には、ウェーハＷの第１面２や第２面３に窒化膜が形成されてしまう場合があり好ましくない。更に、前記ガスがアンモニアガスである場合には、ＣＯＰ等の結晶欠陥を低減させる効果が少ないため、無欠陥層２ａ、３ａを効率的に形成することができない場合があり好ましくない。
【００４５】
前記不活性ガスとしては、アルゴンガスを用いることがより好ましい。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、ＲＴＰを行うことができるため好ましい。
【００４６】
前記温度Ｔ１が１２００℃未満である場合には、ＣＯＰ等の結晶欠陥を低減させる効果が少ないため、無欠陥層２ａ、３ａを効率的に形成することができない場合があり好ましくない。前記温度Ｔ１がシリコンの融点を超える場合には、熱処理中のシリコンウェーハが溶解する場合があり好ましくない。
前記温度Ｔ１の上限値は、ＲＴＰ装置１０としての寿命の関係上、１４００℃以下であることがより好ましい。
【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。
【００４８】
（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）を制御して空孔型点欠陥が存在する領域を有するシリコン単結晶インゴットを、単結晶育成時の１１５０℃から９００℃までの冷却速度を２．０〜４．０℃／ｍｉｎの範囲に、窒素濃度を２．０×１０１４〜２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、かつ、酸素濃度を１．０×１０１８〜１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、それぞれ制御して育成し、該領域からスライスして得られた両面が鏡面研磨されたシリコンウェーハ（直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍ）を得た。
【００４９】
次に、図３に示すようなＲＴＰ装置１０により、シリコンウェーハの第２面３の外周部（最外周から２ｍｍの領域）をリング状に保持するサセプタを使用して、昇温速度１０℃／秒、最高到達温度１３００℃、最高到達温度保持時間６０秒、降温速度１００℃／秒にて、第１空間２０ａに供給する不活性ガスの供給量と第２空間２０ｂに供給する不活性ガスの供給量をそれぞれ調整して、デバイス形成面となる第１面２の無欠陥層２ａの厚さＤ１、バルク層２ｂの酸素析出物密度、第２面３の無欠陥層３ａの厚さＤ２及びバルク層３ｂの酸素析出物密度がそれぞれ異なる複数のアニールウェーハを製造した。
【００５０】
次に、このアニールウェーハにおける無欠陥層２ａ、３ａの厚さＤ１、Ｄ２及びバルク層２ｂ、３ｂにおける酸素析出物密度を評価した。無欠陥層２ａ、３ａの厚さＤ１、Ｄ２は、ＬＳＴＤ（Ｌａｓｅｒ
Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｄｅｆｅｃｔ）スキャナ（レイテックス社製 ＭＯ-６０１）を用いて評価した。また、酸素析出物密度は、得られたアニールウェーハに対して、ＢＭＤ析出熱処理（７８０℃×３時間＋１０００℃×１６時間）を施した後、表面から深さ１８０μｍまでのウェーハのバルク部における酸素析出物密度をＩＲトモグラフィ（株式会社レイテックス製 ＭＯ−４１１）を用いて評価した。
【００５１】
以上の評価を行ったアニールウェーハに対して、縦型ウェーハボート（ウェーハ外周付近の４点支持）を用いて、縦型拡散炉にて、アルゴン雰囲気下、１１００°で２時間の熱処理を２回繰り返して行った。なお、この熱処理は、半導体デバイス製造時において施される熱処理と想定して行ったものである（以下、この熱処理をデバイス想定熱処理という）。
【００５２】
最後に、デバイス想定熱処理後のアニールウェーハに対して、Ｘ線トポグラフィ（株式会社リガク製 ＸＲＴ３００）を用いてスリップ全長を評価した。
表１に、本試験における無欠陥層２ａ、３ａの厚さＤ１、Ｄ２及びバルク層２ｂ、３ｂの酸素析出物密度を測定したアニールウェーハ毎のデバイス想定熱処理後のスリップ全長の評価結果を示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１に示すように、シリコンウェーハの無欠陥層３ａの厚さＤ２を無欠陥層２ａの厚さＤ１よりも小さくした場合（実施例１から４）には、厚さＤ２と厚さＤ１が同等である場合（比較例１から４）及び厚さＤ２が厚さＤ１より大きい場合（比較例５から８）よりもデバイス想定熱処理後のスリップ全長が低下することが認められる。更に、シリコンウェーハの無欠陥層３ａの厚さＤ２を無欠陥層２ａの厚さＤ１よりも小さくし、かつ、バルク層３ｂの酸素析出密度をバルク層２ｂの酸素析出密度よりも大きくした場合（実施例５から実施例１２）には、実施例１から実施例４より更にデバイス想定熱処理後のスリップ全長が低下することが認められる。
【符号の説明】
【００５５】
１ シリコンウェーハ
２ 第１面
２ａ 無欠陥層
２ｂ バルク層
３ 第２面
３ａ 無欠陥層
３ｂ バルク層
４ 酸素析出物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素濃度が５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、半導体デバイスが形成される第１面の無欠陥層厚さは２．０〜１０．０μｍであり、前記第１面の無欠陥層の内方に位置する前記第１面から深さ１８０μｍまでの第１バルク層における酸素析出物密度は０．７×１０１０〜１．３×１０１０ケ／ｃｍ３であり、前記第１面に対向する第２面の無欠陥層厚さは前記第１面の無欠陥層厚さより小さく１．０〜９．０μｍであることを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項２】
前記第２面の無欠陥層の内方に位置する前記第２面から深さ１８０μｍまでの第２バルク層における酸素析出物密度は前記第１バルク層における酸素析出物密度より大きく０．８×１０１０〜１．４×１０１０ケ／ｃｍ３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。
【請求項３】
チョクラルスキー法により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスし、熱処理して得られたシリコンウェーハの製造方法であって、
前記シリコン単結晶インゴットは、単結晶育成時の１１５０℃から９００℃までの冷却速度を１．０〜５．０℃／ｍｉｎの範囲に、窒素濃度を５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、かつ、酸素濃度を１．０×１０１８〜１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、それぞれ制御して育成され、
前記熱処理は、不活性ガス雰囲気下、１２００℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で処理され、半導体デバイスが形成される第１面側に供給する不活性ガスの供給量を、前記第１面に対向する第２面側に供給する不活性ガスの供給量よりも多く制御して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１】
窒素濃度が５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、半導体デバイスが形成される第１面の無欠陥層厚さは２．０〜１０．０μｍであり、前記第１面の無欠陥層の内方に位置する前記第１面から深さ１８０μｍまでの第１バルク層における酸素析出物密度は０．７×１０１０〜１．３×１０１０ケ／ｃｍ３であり、前記第１面に対向する第２面の無欠陥層厚さは前記第１面の無欠陥層厚さより小さく１．０〜９．０μｍであることを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項２】
前記第２面の無欠陥層の内方に位置する前記第２面から深さ１８０μｍまでの第２バルク層における酸素析出物密度は前記第１バルク層における酸素析出物密度より大きく０．８×１０１０〜１．４×１０１０ケ／ｃｍ３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。
【請求項３】
チョクラルスキー法により窒素をドープして育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスし、熱処理して得られたシリコンウェーハの製造方法であって、
前記シリコン単結晶インゴットは、単結晶育成時の１１５０℃から９００℃までの冷却速度を１．０〜５．０℃／ｍｉｎの範囲に、窒素濃度を５．０×１０１３〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、かつ、酸素濃度を１．０×１０１８〜１．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に、それぞれ制御して育成され、
前記熱処理は、不活性ガス雰囲気下、１２００℃以上シリコンの融点以下の最高到達温度で処理され、半導体デバイスが形成される第１面側に供給する不活性ガスの供給量を、前記第１面に対向する第２面側に供給する不活性ガスの供給量よりも多く制御して行う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２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５２９８（Ｐ２０１２−１５２９８Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４９９７４（Ｐ２０１０−１４９９７４）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【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１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【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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