シリコン基板の製造方法およびシリコン基板
【課題】酸素濃度を低減させたシリコン基板を製造するシリコン基板の製造方法を提供する。
【解決手段】チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出されたシリコン基板のデバイス形成予定領域部分を厚さ５０〜２００μｍに加工し、温度Ｔ（℃）、時間ｔ（秒）、初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）としたとき、ｔ＝ｆ（Ｏｉ）２（Ｔｓｉ／２００）２／｛［０．５２ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］｝ （ただし式中、ｆ（Ｏｉ）＝１．４３×１０−６９Ｏｉ４−３．３５×１０−５１Ｏｉ３＋２．５１×１０−３３Ｏｉ２−３．９９×１０−１６Ｏｉ−８３．４３である）で与えられる温度Ｔ（℃）以上の温度で、時間ｔ（秒）以上の時間アニールする。
【解決手段】チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出されたシリコン基板のデバイス形成予定領域部分を厚さ５０〜２００μｍに加工し、温度Ｔ（℃）、時間ｔ（秒）、初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）としたとき、ｔ＝ｆ（Ｏｉ）２（Ｔｓｉ／２００）２／｛［０．５２ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］｝ （ただし式中、ｆ（Ｏｉ）＝１．４３×１０−６９Ｏｉ４−３．３５×１０−５１Ｏｉ３＋２．５１×１０−３３Ｏｉ２−３．９９×１０−１６Ｏｉ−８３．４３である）で与えられる温度Ｔ（℃）以上の温度で、時間ｔ（秒）以上の時間アニールする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板の製造方法およびシリコン基板に関し、詳しくはチョクラルスキー法に製造されたシリコン単結晶体から切り出されたシリコン基板の製造方法およびそれにより得られたシリコン基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハ（シリコン基板）の中には、無欠陥層を有するシリコンウェーハがある（以下単にウェーハという場合もシリコンウェーハのことである）。ここでいう無欠陥層とは、いわゆるＤＺ（Ｄｅｎｕｔｅｄ Ｚｏｎｅ）のことであり、酸化シリコン析出物による欠陥（ＢＭＤ：Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）の存在しない層（あるいは少ない層）のことである。
【０００３】
無欠陥層を有するシリコンウェーハの従来の製造方法の一つとして張り合わせ法を用いた技術がある。この技術は、デバイス形成を行う側のウェーハに、フローティングゾーン（ＦＺ）法により成長させたシリコン単結晶体から切り出したシリコンウェーハ（ＦＺウェーハという）を用い、支持ウェーハ側にチョクラルスキー（ＣＺ）法により成長させたシリコン単結晶体から切り出したシリコンウェーハ（ＣＺウェーハという）を用いている（たとえば特許文献１）。これをＦＺ−ＣＺ張り合わせウェーハと称する。この特許文献１によるＦＺ−ＣＺ張り合わせウェーハは、無欠陥層を有すると共に高抵抗基板が提供できるものとされている。
【０００４】
また、他の従来の張り合わせ方法によるシリコンウェーハとして、デバイス形成側も、支持側も共にＣＺウェーハを用いたシリコンウェーハがある（たとえば特許文献２）。これをＣＺ−ＣＺ張り合わせウェーハと称する。この特許文献２によるＣＺ−ＣＺ張り合わせウェーハは、ＣＺ特有の欠陥をライフタイムキラーとして活用したうえで、高抵抗基板が提供できるものとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３５７３２４３号公報
【特許文献２】特許３９４７９５３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１３９４号公報
【特許文献４】特開２０１０−２０８８９４号公報の段落００１１
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】倍風館アドバンストエレクトロニクスシリーズ、川圭吾編著、バルク結晶成長技術（初版１９９４年５月２０日）の第９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＦＺ−ＣＺ張り合わせウェーハおよびＣＺ−ＣＺ張り合わせウェーハは、それぞれに長所短所がある。
【０００８】
ＦＺ−ＣＺ張り合わせウェーハは、ＦＺウェーハそのものの酸素濃度が低いためＢＭＤができにくく、無欠陥層を形成しやすいという長所がある。しかし、近年、半導体デバイス製造用のウェーハは、直径２００や３００ｍｍ規格のウェーハが多く出回るようになり、さらに４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハも登場している（大口径ウェーハについてたとえば特許文献３）。しかしながら、ＦＺ法では、このような大口径結晶の安定的な製造は難しいため、大口径ＦＺウェーハを十分に提供することが困難であるという問題がある。
【０００９】
一方、ＣＺ−ＣＺ張り合わせウェーハは、ＣＺウェーハそのものがすでに大口径ウェーハに対応しており、しかも半導体デバイス製造用のウェーハとしては主流である。したがって、ＦＺウェーハに比べてコスト的に優位であり、量産化に向いている。しかし、ＣＺウェーハは、その製造過程において酸素が単結晶体中に含まれてしまい、この酸素が元になってＢＭＤが発生する（たとえば特許文献４）。このため無欠陥層の形成が難しいという問題がある。
【００１０】
また、ＣＺウェーハ中の酸素は、４５０℃付近での熱処理により、酸素ドナーを生じ、ＣＺウェーハの抵抗率を大きく変えてしまうことが知られている。このような酸素ドナーは６５０℃程度の熱処理で消滅させることができるとされている（非特許文献１）。
【００１１】
しかしながら、本発明者らの研究によって、デバイス製造工程において、再び長時間の４５０℃程度での低温アニールが施されると、ＣＺウェーハ中の酸素の一部が再び酸素ドナーとなる場合があり、これが精密な抵抗率設計が必要となるパワーデバイスでは、致命的な欠点となるという問題があることがわかってきた。すなわちパワーデバイス用の活性層としてのＣＺウェーハには、ＢＭＤの発生をさらに抑制すると共に、酸素ドナーの発生も抑制することが必要である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出したシリコン基板を用いて、酸素濃度を低減させたシリコン基板を製造するためのシリコン基板の製造方法を提供することである。
【００１３】
また、他の目的は、チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出したシリコン基板を用いて、酸素濃度を低減させたシリコン基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明によるシリコン基板の製造方法は、チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出されたシリコン基板の初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）が５．０×１０１７〜９．０×１０１７原子個／ｃｍ３である当該シリコン基板の少なくともデバイス形成予定領域部分の厚さＴｓｉ（μｍ）を５０〜２００μｍに加工する段階（ａ）と、前記５０〜２００μｍに加工したシリコン基板をアニール温度Ｔ（℃）、アニール時間ｔ（秒）、シリコン基板の初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）としたとき、以下の式（１）
ｔ＝ｆ（Ｏｉ）２（Ｔｓｉ／２００）２／｛［０．５２ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］｝ …（１）
（ただし式中、ｆ（Ｏｉ）＝１．４３×１０−６９Ｏｉ４−３．３５×１０−５１Ｏｉ３＋２．５１×１０−３３Ｏｉ２−３．９９×１０−１６Ｏｉ−８３．４３である）で与えられる温度Ｔ（℃）以上の温度で、時間ｔ（秒）以上の時間アニールする段階（ｂ）と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶から切り出したシリコン基板を５０〜２００μｍの厚さに加工した後、あらかじめ求められた式（１）を満足するアニール温度とアニール時間によってアニールすることにより、基板内部の酸素を減少させて、シリコン基板単独として酸素濃度を低下させることができる。その結果、酸素濃度を低くしたことでＢＭＤを少なくすることができるようになり、無欠陥層を有するシリコン基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ウェーハの周囲をリング状凸形状にした薄化ウェーハの模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、（ａ）図におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】シリコンウェーハの厚さが２００μｍにおいて、アニール後の平均酸素濃度が４．５×１０１７原子個／ｃｍ３となるシリコンウェーハの初期酸素濃度Ｏｉと酸素原子の拡散長の関係を示すグラフである。
【図３】張り合わせウェーハの一例を示す断面図である
【図４】ウェーハ深さ方向における酸素濃度のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】実施例３における劈開面の画像写真から写し描いたＢＭＤの発生状況を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、各図は実施形態を説明するためのものであり、その大きさや縮尺などが誇張または省略して描かれているため、実際の部材や装置の大きさや縮尺とは異なる。
【００１８】
本実施形態によるシリコンウェーハ（シリコン基板）の製造方法は、まず、通常のＣＺ法によって製造されたシリコン単結晶体から切り出されたシリコンウェーハを用意する。
【００１９】
ここで用意するシリコンウェーハは、高抵抗ウェーハの場合、抵抗率約３０〜２００Ωｃｍ程度（通常のＩＣ用のシリコンウェーハでは約１〜１５Ωｃｍ程度が一般的である）、酸素濃度は７×１０１７〜８×１０１７原子個／ｃｍ３である。ウェーハ厚さはウェーハ口径により異なるが、たとえば直径１５０ｍｍウェーハでは約６２５μｍ、２００ｍｍでは約７２５μｍ、３００ｍｍでは約７７５μｍ、４５０ｍｍでは約９２５μｍが一般的な厚さである。なお、ウェーハ厚さは、半導体デバイス製造用ウェーハとして直径に対応して標準化（標準化検討段階を含む）されている。したがって、本実施形態においても、最初に用意するウェーハは、標準化されたとおりに製造された厚さのウェーハを用いればよい。
【００２０】
また、ここで用意するウェーハは、インゴットから切り出した後、荒仕上げ研磨（ミラーポリッシュ前の研磨）のみでミラーポリッシュ（鏡面研磨）を行っていないウェーハを用いてもよい。これは、後述するように、酸素濃度を低減させた後、デバイス形成面を決めて、その面をミラーポリッシュしてデバイス形成用ウェーハとして提供すればよいためである。もちろん、ミラーポリッシュされたウェーハを用意してもよい。同様に、裏面ゲッタリング層（ウェーハの裏面に機械的ダメージを与えてＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）層としたもの）もあってもなくてもよい。
【００２１】
次に、このウェーハをデバイスの設計から必要とされる５０〜２００μｍ程度の厚さにまで薄くする。これには、機械的研磨やサンドブラスト法、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）など既存の研磨方法を用いればよいので詳細な説明は省略する。
【００２２】
ウェーハの厚さを５０〜２００μｍ程度とした場合、ウェーハの厚さが薄いため、そのままでは割れやすく、また反ってしまいやすくなる。また、ハンドリング性もよくない。一般的にウェーハを薄くするのはデバイス形成後に行うため、薄くしたウェーハの支持と共にデバイス形成面を保護する意味もあって、デバイス形成面に樹脂製保護シートやガラスを密着（または接着）させた後に、裏面（デバイスが形成された面の反対側の面）を研磨して行っている。
【００２３】
しかし、本実施形態では、後述するように、薄くしたウェーハ（薄化ウェーハという）を高温でアニールするため樹脂製シートを用いることはできない。また、ガラスを用いる場合でも樹脂製の接着剤を用いることができない。また、ガラスを直接接着した場合は、後述するアニール工程における酸素除去能力が低下するため利用できない。そこで、本実施形態では、ウェーハを薄くする際に、ウェーハの周囲を、内部よりも厚く残してリング状凸形状となるようにした。このようなリング状凸形状となるようにウェーハを加工する技術は、たとえば、特開２００７−０１９４６１号公報、２０１０−１９４６８０号公報などの技術がある。
【００２４】
これら公報の技術は、デバイス形成後の技術であるが、ウェーハの主要部を薄くし、かつ、リング状凸形状となったウェーハを得るためには本実施形態として採用可能である。
【００２５】
図１は、ウェーハの周囲をリング状凸形状にした薄化ウェーハの模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００２６】
図示するように、周囲をリング状凸形状に薄くしたウェーハ１は、ウェーハの周囲にリング状凸部２が存在する。一方、リング状凸部２の内側（図１（ａ）のＣ部分）は、デバイス形成予定領域となる部分であり、厚さ（図１（ｂ）のｔ）を５０〜２００μｍまで薄くしたものである。
【００２７】
リング状凸部２の幅（図１（ｂ）のＡ部分）は、ウェーハの直径が小さければ、小さくてよく、直径が大きければそれに合わせて大きく取るようにする。
【００２８】
たとえば、ウェーハの直径が３００〜４５０ｍｍの場合、幅Ａは２〜５ｍｍが好ましい。この幅Ａが２ｍｍ未満であると、ウェーハを研磨した後、その形状を保持することが難しくなり、リング状凸部２を形成した意味がない。一方、５ｍｍ程度あれば、３００〜４５０ｍｍウェーハであっても十分に形状を保持することができる。この幅Ａはあまり大きな幅を取ってしまうと、デバイス形成予定領域が少なくなり好ましくないので、この程度の幅を上限とすることが好ましい。
【００２９】
リング状凸部２の厚さ（図１（ｂ）のｈ）は、３００〜１０００μｍである。ただしこの厚さｈはウェーハが提供されたときの元々の厚さ以上になることはない。リング状凸部２の厚さｈは、ウェーハが提供されたときの厚さのままであってもよいし、必要に応じて薄くしてもよい。リング状凸部２の厚さｈを３００μｍ未満としてしまうと、その内側を研削して薄くした際に全体の形状保持能力がなくなるおそれがあるため好ましくない。
【００３０】
このリング状凸部２を有するウェーハ１の具体的な製造は、既存の方法（たとえば上記特開２００７−０１９４６１号公報）を用いる。
【００３１】
まず研削するウェーハとして、上記のようにデバイス形成工程前のウェーハを用意する。そして、研削装置のチャックテーブルにウェーハを載せて、吸着保持する。その後、チャックテーブルごとウェーハを回転させつつ、研削砥石をウェーハの研削面に押し当て、砥石を回転移動させて研削を行う。砥石部は、その回転軌道の最外周の直径がウェーハを薄く加工する部分の半径より大きく、ウェーハを薄く加工する部分の直径より小さくなるように、かつ、回転軌道の最内周の直径がウェーハを薄く加工する部分の半径より小さくなるように形成されている。これにより、ウェーハ周囲にリング状凸部２が残り、その内側が研削されて薄くなる。
【００３２】
ウェーハの回転速度、研削砥石の回転速度や押圧力などの諸条件は、ウェーハが研削中に割れたり欠けたりしないように調整すればよい。また、研削加工自体を２段階以上に分けて行うようにしてもよい。
【００３３】
上記各公報の技術は、デバイス形成後のウェーハを加工するものであるため、デバイスが形成されていない裏面側を研削するものである。この点、本実施形態ではデバイス形成前であるので、どちらの面から研削してもよい。このため、後述するように、酸素濃度を低減させた薄化ウェーハ単独で提供する場合や、そのほか張り合わせウェーハ、酸化膜付ウェーハ、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハなどとして提供する場合に応じて研削する側を決定すればよい。この研削する側についてはリング状凸部２を形成しない場合も同様である。
【００３４】
このようにリング状凸部２を有するウェーハ１によって、保護シートや保護ガラスを採用しなくても、薄化ウェーハ単独での形状維持が可能となり、高温アニールを容易に実施することができる。したがって、アニールの際には、通常のアニール炉などを用いて、ボートに複数の薄化ウェーハを立てた状態で載置してアニールすることが可能となる。
【００３５】
また、薄化ウェーハのアニールは、アニール炉内における支持方法を工夫することで、薄化ウェーハにリング状凸部を形成しなくても実施可能である。たとえば、ＳｉＣ製、石英製などでできていて、その表面にストライプ状の山形または複数の点在する山形突起を有する皿または簀状の支持具などの上に、リング状凸部を有しない薄化ウェーハを平面的に載せてアニールしてもよい。
【００３６】
この場合は、ウェーハ全体を薄く研削すればよいので、リング状凸部を有するウェーハを製作するよりも薄化加工が容易になる。
【００３７】
次に、薄化ウェーハを高温アニールする。アニール温度と処理時間は、薄化ウェーハの厚さおよび初期の平均酸素濃度によって異なる。後述する実験結果から、アニール後の平均酸素濃度が４．５×１０１７原子個／ｃｍ３以下であればＢＭＤ個数および抵抗率変動に対して良好な結果が得られた。
【００３８】
図２は、シリコンウェーハの厚さが２００μｍにおいて、アニール後の平均酸素濃度が上述した４．５×１０１７原子個／ｃｍ３となるシリコンウェーハの初期酸素濃度Ｏｉと酸素原子の拡散長の関係を示すグラフである。図中丸印の「実測値」は厚さが２００μｍのシリコンウェーハにおいて初期酸素濃度が８．０×１０１７原子個／ｃｍ３の時であり、その他もの（図中菱形）はシミュレーションより得られた結果である。
【００３９】
なお、実測値を出したウェーハサンプルは、後述する実施例のサンプルと同様にして作成したものである。また、シミュレーションは下記のようにして行った。
【００４０】
シリコン基板内の酸素濃度Ｃ（原子個／ｃｍ３）としたときの一次元の拡散方程式は以下で与えられる。
【００４１】
∂Ｃ（ｘ，ｔ）／∂ｔ＝Ｄ（Ｔ）∂２Ｃ（ｘ，ｔ）／∂２ｘ
ここでＤ（Ｔ（℃））はアニール温度Ｔに依存した酸素原子の拡散定数で以下の式で求められる。
【００４２】
Ｄ（Ｔ）＝０．１３ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］…単位（ｃｍ２／ｓ）
上述した方程式は陽解法によってシミュレーションが可能で以下の計算式を用いる。
【００４３】
Ｃ（ｘｊ，ｔｎ＋１）＝Ｃ（ｘｊ，ｔｎ）＋Ｄ（Ｔ）（Δｔ／Δｘ２）［Ｃ（ｘｊ＋１，ｔｎ）−２Ｃ（ｘｊ，ｔｎ）＋Ｃ（ｘｊ−１，ｔｎ）］
初期酸素濃度Ｏｉを有するシリコン基板表面をｘ＝０（ｃｍ）とし基板中心方向を正方向とする場合、この時の初期条件として、時間ｔ＝０（ｓ）でＣ（ｘ，０）＝Ｏｉ、およびｘ＝０でＣ（０，ｔ）＝０（原子個／ｃｍ３）とする。なお、ΔｔおよびΔｘは任意に設定でき、本シミュレーションではΔｔ＝１２００（秒）、Δｘ（ｃｍ）は図４のシミュレーション結果に示すようにシリコン基板中心までの距離を１０等分した値を使用した。平均酸素濃度は、上述したシミュレーションから得られた結果をシリコン基板表面から厚み中心までの酸素濃度の総和を２倍にしてその厚さで除した値（平均値）で求められる。
【００４４】
図２の導出方法を以下に述べる。初期酸素濃度８×１０１７原子個／ｃｍ３を有し２００μｍの厚さに薄化したシリコンウェーハを温度１１００℃、時間６０時間にてアニールを行い、その後、後述する実施例と同様な手法で平均酸素濃度で測定し４．５×１０１７原子個／ｃｍ３を得た。当該酸素濃度は後述する実験結果からＢＭＤ個数および抵抗率変動に対して良好な結果が得られており、シリコンウェーハの初期酸素濃度に関わらずアニール後に当該酸素濃度以下であれば同様に良好な結果が得られることがわかる。シリコンウェーハの初期酸素濃度が５×１０１７原子個／ｃｍ３、６×１０１７原子個／ｃｍ３、７×１０１７原子個／ｃｍ３および９×１０１７原子個／ｃｍ３と異なる場合について上述したシミュレーションを行い、それぞれの初期酸素濃度を有する２００μｍの厚さのシリコンウェーハを６０時間アニールを行ったときのアニール後の平均酸素濃度が４．５×１０１７原子個／ｃｍ３となるアニール温度Ｔを求め、それぞれの初期酸素濃度におけるアニール後の酸素原子の拡散長Ｌ（ｃｍ）を以下の式より算出し、
Ｌ＝２√（Ｄ（Ｔ）ｔ）
実測値とシミュレーション結果から得られたアニール後の酸素原子の拡散長をそれぞれの初期酸素濃度について作図すると図２が得られる。
【００４５】
図２中破線はシミュレーション結果による近似曲線であり、以下の式で表される。
【００４６】
ｆ（Ｏｉ）＝１．４３×１０−６９Ｏｉ４−３．３５×１０−５１Ｏｉ３＋２．５１×１０−３３Ｏｉ２−３．９９×１０−１６Ｏｉ−８３．４３
この式に、２００μ以下に薄化したシリコンウェーハの厚さをＴｓｉ（μｍ）としたときの効果を加えると、初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）、アニール温度Ｔ（℃）ならびにアニール時間ｔ（秒）との関係式である式（１）が以下のように得られる。
ｔ＝ｆ（Ｏｉ）２（Ｔｓｉ／２００）２／［４Ｄ（Ｔ）］ …（２）
ただし（１）式中、Ｄ（Ｔ）はアニール温度に依存した酸素原子の拡散定数（単位；ｃｍ２／ｓ）で、以下の式（３）で与えられる。
【００４７】
Ｄ（Ｔ）＝０．１３ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］ …（３）
これら式（２）および式（３）から下記式（１）が得られる。
【００４８】
ｔ＝ｆ（Ｏｉ）２（Ｔｓｉ／２００）２／｛［０．５２ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］｝ …（１）
以上のことからシリコンウェーハの初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）、薄化したシリコンウェーハの厚さＴｓｉ（μｍ）ならびにアニール温度Ｔ（℃）を任意に選択すれば、式（１）より得られるｔ（秒）以上アニールすればアニール後の平均酸素濃度が４．５×１０１７原子個／ｃｍ３以下となるシリコンウェーハを得られることができる。
【００４９】
また、アニール時間を先に決めておいて式（１）を逆算することによりシリコンウェーハの条件にあったアニール温度を求めることもできる。たとえば、６０時間を越えてアニール時間を長くした場合、シリコンウェーハ内部の酸素濃度の低下およびアニール温度の低減に効果はあるが、操業時間やコストとの兼ね合いからも、あまり長い時間をかけることは好ましくない。したがって、任意のウェーハの厚さおよび初期酸素濃度に対して最長６０時間アニールしたときの最低アニール温度とすることができる。
【００５０】
一方、上限温度については薄化ウェーハが温度によって損傷しない温度であればよいが、１２５０℃を超えて高温になると炉内からの金属汚染の影響を受け易く歩留まりが低下する。上限温度における処理時間は、式（１）よりシリコンウェーハの条件にあった時間を決めることができる。
【００５１】
アニール中のアニール炉内雰囲気は、アルゴンガス（Ａｒ）や窒素（Ｎ２）など非酸化性雰囲気とすることが必要である。これは、アニール中の薄化ウェーハのシリコンが酸化されて酸化膜になってしまうのを防止するためである。
【００５２】
以上の処理、すなわち、ウェーハの薄化とその後のアニール処理によって、ＣＺ法により作成された単結晶体から切り出されたウェーハを用いて、酸素濃度が低いウェーハを、ウェーハ単独として提供することができる。後述する実施例によれば、デバイス形成予定領域内の厚さが５０〜２００μｍの場合に、ウェーハ内の平均酸素濃度を４．５原子個／ｃｍ３以下とすることができる。
【００５３】
そして、このように酸素濃度を低減させたことで、ウェーハ内のシリコン酸化物に起因する欠陥であるＢＭＤを低減させることに成功した。後述する実施例のように、ＢＭＤは、平均８．５×１０６個／ｃｍ３未満とすることができる。
【００５４】
このようにして出来上がった酸素濃度低減後の薄化ウェーハ（酸素濃度低減ウェーハという）は、そのままの形態でデバイス形成用ウェーハとして提供することも可能である。酸素濃度低減ウェーハ単独でユーザーに提供する場合は、元々のウェーハがミラーポリッシュしていない場合は、後からミラーポリッシュする。元々のウェーハがミラーポリッシュで鏡面仕上げされている場合は裏面側を研削する。
【００５５】
酸素濃度低減ウェーハは、デバイス形成予定領域が非常に薄いため、デバイス形成工程中に割れたり欠けたりするおそれもある。そこで、形成するデバイスの用途に応じてさらに加工して提供することができる。
【００５６】
たとえば、酸素濃度低減ウェーハに通常のシリコンウェーハを張り合わせた張り合わせウェーハである。
【００５７】
図３は、張り合わせウェーハの一例を示す断面図である。
【００５８】
張り合わせウェーハは、図３（ａ）に示すように、酸素濃度低減ウェーハ１０を製造する際にリング状凸部２を設けて薄化した場合、図３（ｂ）に示すように、リング状凸部２がない側の面１２に、シリコンウェーハ１３を直接張り合わせる。ここで張り合わせるシリコンウェーハ１３は、通常の半導体装置製造用ウェーハでよく、たとえば厚さ３００〜１０００μｍであり、ウェーハの直径と共に規格された厚さのままでもよいし、必要に応じて薄くしたウェーハであってもよい。酸素濃度は通常の半導体装置製造用途ウェーハのままである。すなわち、７〜８×１０１７原子個／ｃｍ３程度存在する。抵抗率は高抵抗ウェーハの場合、張り合わせ側のウェーハは０．９〜１００ｍΩｃｍとする。
【００５９】
張り合わせは、一般的に知られているシリコンウェーハ同士の直接接合により実現できる。一例を挙げれば、下記のように行うことができる。まず、ウェーハ表面付着物を除去するためにＲＣＡ洗浄を行う。ただしこの時の希フッ酸洗浄はシリコンウェーハ表面を親水性化するためにオゾン溶融水を添加する。乾燥後、両シリコンウェーハを無加圧で張り合わせて、直ちに窒素雰囲気中で９００〜１１００℃にて約１時間の熱処理を行う。
【００６０】
張り合わせた後、図３（ｃ）に示すように、リング状凸部２がある側の面１１を研磨およびミラーポリッシュ仕上げを行って、リング状凸部２を取り去ると共に、面１１を鏡面仕上げする。なお、リング状凸部２の除去には、リング状凸部２がある側の面１１全体を研磨して除去してもよいが、通常のウェーハ製造工程におけるベベル加工技術を用いて、張り合わせ後のウェーハの周囲からリング状凸部２を除去してもよい（この場合、ベベル加工工程後、ミラーポリッシュ仕上げを行うことになる）。
【００６１】
これにより、酸素濃度４．５原子個／ｃｍ３以下、厚さ５０〜２００μｍの無欠陥（ＤＺ）シリコン層２１を有する張り合わせウェーハ２０となる。
【００６２】
このような張り合わせウェーハ２０とする場合、酸素濃度低減ウェーハ１０を製造する際の元になるウェーハとして、張り合わせる側となる面に、機械的ダメージを与えたゲッタリング層を形成したウェーハを用いることで張り合わせの界面においてゲッタリング層（ＩＧ）を有する張り合わせ基板とすることができる。この場合、ゲッタリング層を形成していない表面側から研削を行って薄化ウェーハとする。そして、張り合わせの際にゲッタリング層側に支持ウェーハを張り合わせる。
【００６３】
なお、酸素濃度低減ウェーハ１０を製造する際にリング状凸部２を形成しなかった場合も、同様にして張り合わせウェーハを形成することができる。リング状凸部を形成しなかった場合は、元になるシリコンウェーハとして、鏡面仕上げしたウェーハを用いた場合、薄化のための研削加工は裏面側（鏡面仕上げしていない側）から行って、研削加工した面をミラーポリッシュして、両面を鏡面仕上げとする。張り合わせは、どちらか一方の面に支持ウェーハを張り合わせるとよい。このようにすれば、張り合わせ後のミラーポリッシュ加工は不要となる。
【実施例】
【００６４】
厚さの異なるシリコンのサンプルウェーハを作成して、デバイス工程に相当する熱処理として４５０℃でのアニール処理を行い、各ウェーハの酸素濃度を確認すると共に、ＢＭＤ個数と、４５０℃熱処理による抵抗率の変化を測定した。
【００６５】
（サンプル作成）
サンプルウェーハに加工する元のシリコンウェーハは、直径８インチ（２００ｍｍ）、厚さ７２５μｍ、導電型ｐ型、抵抗率約１０Ωｃｍ、平均酸素濃度（後述の酸素濃度測定参照）８．０×１０１７原子個／ｃｍ３、主面鏡面仕上げ、である。
【００６６】
このシリコンウェーハを、裏面側（主面の反対側の面）から研削した。研削方法は、粗削りと仕上げ削りの２段階で行った。粗削りでは所望の厚さまで研削するための総削り量の８０％を研削し、残りを仕上げ削りとした。粗削りには＃４００、仕上げ削りには＃８０００を使用し、どちらも集中度８０以上とし、レジボンドタイプのダイヤモンドホイールにて研削を行った。
【００６７】
なお、リング状凸部は形成せず、ウェーハ全体を、誤差±２μｍ程度で均一な厚さとなるように研削した。
【００６８】
各サンプルウェーハの厚さは、実施例１が１００μｍ、実施例２が１５０μｍ、実施例３が２００μｍ、比較例１が３００μｍである。
【００６９】
実施例１〜３および比較例１の各サンプルウェーハについてアニールを行った。アニールは、アニール炉内をアルゴンパージして（アニール中は常にアルゴン雰囲気とする）、アニール炉内温度７００℃で各サンプルウェーハを投入、７００℃から５℃／分の割合でランプアップ（昇温）させて、１１００℃になった時点でこの温度を６０時間維持した。その後、７００℃になるまで３℃／分の割合で温度を下げて、炉内温度７００℃になった後、サンプルウェーハをアニール炉から取り出し、室温で放置した。
【００７０】
アニールの際、各サンプルウェーハは、表面（ウェーハを載置する面）が山形簀形状となっているＳｉＣ製の皿に載せてアニールした。
【００７１】
（酸素濃度測定）
実施例１〜３および比較例１のサンプルウェーハについて酸素濃度を測定した。
【００７２】
酸素濃度の測定は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ：Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて行った。各サンプルの中心、半径／２、外周位置の３点を測定してその平均を代表値とした。この方法は、各サンプルウェーハの内部の平均的酸素濃度のみの測定となり、図４で示す表面から厚み中心までの酸素濃度の総和を２倍にしてその厚さで除した値（平均値）に相当する。
【００７３】
ＦＴＩＲの測定結果は、実施例３が４．５×１０１７原子個／ｃｍ３であり、比較例１が４．９×１０１７原子個／ｃｍ３であった（図４中の実測値）。実施例１および２は、シリコン基板の薄化の影響を受けて測定が不安定となり酸素濃度を得られなかった。このためシミュレーションによる値を示した（図４中の予測値）。
【００７４】
図４は、実施例１〜３および比較例１のサンプルウェーハの深さ方向における酸素濃度のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００７５】
ウェーハの深さ（厚さ）方向における酸素濃度のシミュレーションについて説明する。このような酸素濃度のシミュレーションは、通常行われている方法であるためここでは本実施例において行った方法を簡単に説明する。
【００７６】
シリコン基板内の酸素濃度Ｃ（原子個／ｃｍ３）としたときの一次元の拡散方程式は以下で与えられる。
【００７７】
∂Ｃ（ｘ，ｔ）／∂ｔ＝Ｄ（Ｔ）∂２Ｃ（ｘ，ｔ）／∂２ｘ
ここでＤ（Ｔ）はアニール温度Ｔに依存した酸素原子の拡散定数で以下の式で求められる。
【００７８】
Ｄ（Ｔ）＝０．１３ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］
上述した方程式は陽解法によってシミュレーションが可能で以下の計算式を用いる。
【００７９】
Ｃ（ｘｊ，ｔｎ＋１）＝Ｃ（ｘｊ，ｔｎ）＋Ｄ（Ｔ）（Δｔ／Δｘ２）［Ｃ（ｘｊ＋１，ｔｎ）−２Ｃ（ｘｊ，ｔｎ）＋Ｃ（ｘｊ−１，ｔｎ）］
初期酸素濃度Ｏｉを有するシリコン基板表面をｘ＝０とし基板中心方向を正方向とする場合、この時の初期条件として、時間ｔ＝０でＣ（ｘ，０）＝Ｏｉ、およびｘ＝０でＣ（０，ｔ）＝０とする。なお、ΔｔおよびΔｘは任意に設定でき、本シミュレーションではΔｔ＝１２００（秒）、Δｘは図４のシミュレーション結果に示すようにシリコン基板中心までの距離を１０等分した値を使用した。
【００８０】
ＦＴＩＲの結果とシミュレーションから得られた平均酸素濃度に概ね一致しており、シミュレーション結果が実施例１〜３および比較例１のサンプルウェーハの実際の深さ方向の酸素濃度分布を表していることがわかる。
【００８１】
そして図４に示すように、アニールを行った厚さ１００〜３００μｍの実施例１〜３および比較例１は、いずれも深さが浅い位置の方が酸素濃度が低くなっている。したがって、ウェーハの厚さを薄くしてからアニールすることにより、ウェーハ内の酸素を低減させることができることがわかる。
【００８２】
（ＢＭＤ測定）
実施例３（厚さ２００μｍ、アニール有）を用いて、ウェーハ面のほぼ中心を通る断面が出るにように劈開して、劈開面におけるＢＭＤの個数を計測した。計測位置は、ウェーハのほぼ中心位置、半径の半分（半径／２）の位置、外周位置（エッジから１０ｍｍの位置）である。
【００８３】
ＢＭＤ個数の計測は、三井金属製のＢＭＤアナライザーＭＯ−４にて劈開面を画像化して、得られた視野領域内に映し出された酸素析出物の総数を単位体積当りに換算して、自動的にＢＭＤ個数が算出される。
【００８４】
図５は、実施例３のサンプルウェーハにおける劈開面のＢＭＤアナライザーＭＯ−４の画像写真から写し描いたＢＭＤの発生状況を示す模式図である。
【００８５】
ＢＭＤ個数は、中心位置で１．７×１０７個／ｃｍ３、半径の半分の位置で４．２×１０６個／ｃｍ３、外周位置で４．２×１０６個／ｃｍ３であり、平均８．５×１０６個／ｃｍ３であった。しかも、図５のように、ウェーハ表面から約５０μｍ以内では、ＢＭＤを確認できなかった。
【００８６】
なお、参考のため、これら各位置で酸素濃度の測定も行った。測定方法は、上述した酸素濃度の測定と同じである。実施例３のサンプルウェーハにおいて上述のアニール処理前の平均酸素濃度は中心位置で８．０×１０１７原子個／ｃｍ３、半径の半分の位置で８．２×１０１７原子個／ｃｍ３、外周位置で７．８×１０１７原子個／ｃｍ３であり、３箇所の平均８．０×１０１７原子個／ｃｍ３であった。
【００８７】
一方、アニール処理後の実施例３のサンプルウェーハの平均酸素濃度は、中心位置で４．８×１０１７原子個／ｃｍ３、半径の半分の位置で４．５×１０１７原子個／ｃｍ３、外周位置で４．１×１０１７原子個／ｃｍ３であり、３箇所の平均４．５×１０１７原子個／ｃｍ３であった。この結果から、実施例３では、酸素濃度がウェーハ全面にわたり均等に減少していることがわかる。
【００８８】
このように、２００μｍにしたウェーハをアニールしたことで、ＢＭＤの個数を減らして、無欠陥層（ＤＺ）を形成することができることがわかった。また、ＢＭＤは、シリコンウェーハ中の酸素析出核に起因して発生するものであるため、上記酸素濃度の測定結果を合わせれば、３００μｍ未満の厚さに加工した後、アニールすることで酸素濃度を低減させたウェーハにおいても、ＢＭＤの発生は、このような処理をしないウェーハよりも少なくなることが推定される。したがって、３００μｍ未満の厚さに加工した後、アニールした酸素濃度低減ウェーハは、ウェーハ単独で無欠陥層ウェーハとして提供できることがわかる。
【００８９】
（抵抗率測定）
実施例１〜３および比較例１の各サンプルウェーハ（アニール後のサンプルウェーハ）をそれぞれ１枚、４５０℃、４８時間の加熱加速試験を行って、０時間目（加熱前）、４時間目（４ｈｒｓ）、２４時間目（２４ｈｒｓ）、４８時間目（４８ｈｒｓ）における抵抗率を計測し、基板抵抗率の熱処理時間依存性を評価した。結果を表１に示す。表１において、抵抗率の値は、４５０℃熱処理前の（経過０時間）抵抗率であり、このウェーハを４５０℃で表1の各時間だけアニール処理した後の抵抗率を測定し、４５０℃熱処理前の抵抗率に対する変化の割合を算出して百分率で表した。
【００９０】
抵抗率の計測位置は、各サンプルのウェーハ面内の中心位置、半径の半分（半径／２）の位置、外周位置（エッジから１０ｍｍの位置）で計測した。
【００９１】
最初の４５０℃熱処理前に各サンプルの抵抗率計測位置での厚さを接触式厚さ計にて計測しておき、４５０℃熱処理前ならびに各熱処理終了ごと、計測した厚さを使用して四探針法にて抵抗率の測定を行った。
【００９２】
この評価は、本実施例２、３および比較例１に、その後デバイス製造工程で加えられる可能性のある熱処理に相当する熱処理の影響を評価するものである。このようなデバイス製造工程と同様の低温熱処理による評価は、デバイス製造工程中に行われる可能性のある低温（４５０℃付近）熱処理によって酸素ドナーがどの程度発生し、抵抗が変化するかを評価するものである。酸素ドナーはドナー不純物（＝ｎ型不純物）として振る舞うので、それが発生するとウェーハの抵抗を変化させる。特にパワーデバイスなどでは基板の抵抗率が直接デバイスの耐圧特性に影響するために、この制御が重要である。このため、低温での長時間熱処理後のウェーハの抵抗率を測ることにより酸素ドナーの発生を評価することが必要である。
【００９３】
また、比較例２として、実施例の元となったウェーハ（直径８インチ（２００ｍｍ）、厚さ７２５μｍ、導電型ｐ型、抵抗率１０Ωｃｍ、平均酸素濃度８．０×１０１７原子個／ｃｍ３、主面鏡面仕上げあり）を、通常のドナーキラー処理（不活性ガス雰囲気、６５０℃、２０分のアニール処理）を行った後、上記同様に４５０℃の熱処理を行って抵抗率を測定した。結果を表２に示す。
【００９４】
【表１】
【００９５】
【表２】
【００９６】
表１に示すように、実施例２（厚さ１５０μｍ）では、抵抗率はほとんど変化せず、４８時間の熱処理でもその抵抗率の変化率は０％（０．５％未満）であった、また実施例３（厚さ２００μｍ）の場合でも、抵抗率の変化は１０％以内に抑制することができた。これは酸素ドナーの増分が、約１．５×１０１４原子個／ｃｍ３以下に抑制できていることを示している。
【００９７】
一方、比較例１（厚さ３００μｍ、アニールあり）では、４時間経過後以降抵抗率が１６％程度上昇している。この理由は、３００μｍ厚では酸素が抜け切れていないため、ウェーハ中の酸素の一部が４５０℃熱処理で酸素ドナーになって、Ｐ型ウェーハのアクセプタを打ち消す働きをしてウェーハ抵抗が上昇することによる。この場合、４５０℃、４８時間アニールでは３６５％増と抵抗率が大きく変化してしまうことから、このような長時間の熱処理を伴うデバイス製造に、このウェーハを使うことはできない。
【００９８】
また、表２の結果から、比較例２（厚さ７２５μｍ）でも大きく抵抗率の値が変化していることがわかる。このウェーハはｐ型のボロンで抵抗率を調整している。このため酸素ドナーが発生すると、最初ドナーが少ないうち（初期ｐ型ボロンより濃度が薄い間）は、抵抗率を増やす方向に変化し、ドナー濃度がさらに増えてｎ型に逆転すると、今度は酸素ドナー発生量と共に抵抗が減ってくる。この表２の結果はこれをよくあらわしたものとなっている。
【００９９】
以上の結果から、薄く加工した後、高温アニールを行っても抵抗率が変化することはない。したがって、元々のシリコンウェーハとして、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶体を形成する際に、高抵抗のシリコン単結晶体を形成すれば、それをそのまま利用して、高抵抗で、かつ無欠陥のシリコンウェーハを提供することができる。特に、高抵抗が要求されるパワーデバイス、たとえば、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどに好適なシリコンウェーハとして提供することができる。
【０１００】
以上の実施例の結果から、２００μｍ以下の厚さに加工した後、アニールを行うことで、ウェーハ単独で無欠陥層ウェーハとして提供できることがわかる。
【０１０１】
以上説明した実施形態および実施例によれば、シリコンウェーハ単独として、無欠陥層を有するシリコンウェーハを提供することができる。しかも、デバイス製造工程中の熱処理によっても抵抗値がほとんど変化しない、パワーデバイス用途に好適なウェーハを提供することができる。また、元になるシリコンウェーハはチョクラススキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出したものを使用するため、小口径から大口径までさまざまな口径の無欠陥シリコンウェーハを、（ＦＺ法と比較して）低コストで作ることができる。
【０１０２】
以上本発明の実施形態および実施例を説明したが、本発明はこれら実施形態や実施例に限定されない。たとえば、上述した実施形態および実施例では、円盤形状のシリコンウェーハを例に説明した。しかし、本発明のシリコン基板としては、円盤形状のシリコンウェーハに限らず、チョクラススキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出された基板を用いたものであれば、たとえば、四角形板形状や四角形の四隅を斜めにカットした八角形板形状などそのほかの形状のシリコン基板であっても適用可能である。
【０１０３】
また、高抵抗基板に限らず、元になるシリコン基板を、形成するデバイス用途に合わせた抵抗率のものを選択することで、どのような抵抗率のシリコン基板であっても、無欠陥シリコン基板または無欠陥層を有するシリコン基板とすることができる。
【０１０４】
そのほか、本発明は特許請求の範囲によって規定された範囲においてさまざまな変形形態が実施可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１０５】
１ ウェーハ、
２ リング状凸部、
１３、４１シリコンウェーハ、
１０ 酸素濃度低減ウェーハ、
２０ 張り合わせウェーハ、
２１ 無欠陥（ＤＺ）シリコン層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板の製造方法およびシリコン基板に関し、詳しくはチョクラルスキー法に製造されたシリコン単結晶体から切り出されたシリコン基板の製造方法およびそれにより得られたシリコン基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハ（シリコン基板）の中には、無欠陥層を有するシリコンウェーハがある（以下単にウェーハという場合もシリコンウェーハのことである）。ここでいう無欠陥層とは、いわゆるＤＺ（Ｄｅｎｕｔｅｄ Ｚｏｎｅ）のことであり、酸化シリコン析出物による欠陥（ＢＭＤ：Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）の存在しない層（あるいは少ない層）のことである。
【０００３】
無欠陥層を有するシリコンウェーハの従来の製造方法の一つとして張り合わせ法を用いた技術がある。この技術は、デバイス形成を行う側のウェーハに、フローティングゾーン（ＦＺ）法により成長させたシリコン単結晶体から切り出したシリコンウェーハ（ＦＺウェーハという）を用い、支持ウェーハ側にチョクラルスキー（ＣＺ）法により成長させたシリコン単結晶体から切り出したシリコンウェーハ（ＣＺウェーハという）を用いている（たとえば特許文献１）。これをＦＺ−ＣＺ張り合わせウェーハと称する。この特許文献１によるＦＺ−ＣＺ張り合わせウェーハは、無欠陥層を有すると共に高抵抗基板が提供できるものとされている。
【０００４】
また、他の従来の張り合わせ方法によるシリコンウェーハとして、デバイス形成側も、支持側も共にＣＺウェーハを用いたシリコンウェーハがある（たとえば特許文献２）。これをＣＺ−ＣＺ張り合わせウェーハと称する。この特許文献２によるＣＺ−ＣＺ張り合わせウェーハは、ＣＺ特有の欠陥をライフタイムキラーとして活用したうえで、高抵抗基板が提供できるものとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３５７３２４３号公報
【特許文献２】特許３９４７９５３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１３９４号公報
【特許文献４】特開２０１０−２０８８９４号公報の段落００１１
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】倍風館アドバンストエレクトロニクスシリーズ、川圭吾編著、バルク結晶成長技術（初版１９９４年５月２０日）の第９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＦＺ−ＣＺ張り合わせウェーハおよびＣＺ−ＣＺ張り合わせウェーハは、それぞれに長所短所がある。
【０００８】
ＦＺ−ＣＺ張り合わせウェーハは、ＦＺウェーハそのものの酸素濃度が低いためＢＭＤができにくく、無欠陥層を形成しやすいという長所がある。しかし、近年、半導体デバイス製造用のウェーハは、直径２００や３００ｍｍ規格のウェーハが多く出回るようになり、さらに４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハも登場している（大口径ウェーハについてたとえば特許文献３）。しかしながら、ＦＺ法では、このような大口径結晶の安定的な製造は難しいため、大口径ＦＺウェーハを十分に提供することが困難であるという問題がある。
【０００９】
一方、ＣＺ−ＣＺ張り合わせウェーハは、ＣＺウェーハそのものがすでに大口径ウェーハに対応しており、しかも半導体デバイス製造用のウェーハとしては主流である。したがって、ＦＺウェーハに比べてコスト的に優位であり、量産化に向いている。しかし、ＣＺウェーハは、その製造過程において酸素が単結晶体中に含まれてしまい、この酸素が元になってＢＭＤが発生する（たとえば特許文献４）。このため無欠陥層の形成が難しいという問題がある。
【００１０】
また、ＣＺウェーハ中の酸素は、４５０℃付近での熱処理により、酸素ドナーを生じ、ＣＺウェーハの抵抗率を大きく変えてしまうことが知られている。このような酸素ドナーは６５０℃程度の熱処理で消滅させることができるとされている（非特許文献１）。
【００１１】
しかしながら、本発明者らの研究によって、デバイス製造工程において、再び長時間の４５０℃程度での低温アニールが施されると、ＣＺウェーハ中の酸素の一部が再び酸素ドナーとなる場合があり、これが精密な抵抗率設計が必要となるパワーデバイスでは、致命的な欠点となるという問題があることがわかってきた。すなわちパワーデバイス用の活性層としてのＣＺウェーハには、ＢＭＤの発生をさらに抑制すると共に、酸素ドナーの発生も抑制することが必要である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出したシリコン基板を用いて、酸素濃度を低減させたシリコン基板を製造するためのシリコン基板の製造方法を提供することである。
【００１３】
また、他の目的は、チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出したシリコン基板を用いて、酸素濃度を低減させたシリコン基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明によるシリコン基板の製造方法は、チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出されたシリコン基板の初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）が５．０×１０１７〜９．０×１０１７原子個／ｃｍ３である当該シリコン基板の少なくともデバイス形成予定領域部分の厚さＴｓｉ（μｍ）を５０〜２００μｍに加工する段階（ａ）と、前記５０〜２００μｍに加工したシリコン基板をアニール温度Ｔ（℃）、アニール時間ｔ（秒）、シリコン基板の初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）としたとき、以下の式（１）
ｔ＝ｆ（Ｏｉ）２（Ｔｓｉ／２００）２／｛［０．５２ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］｝ …（１）
（ただし式中、ｆ（Ｏｉ）＝１．４３×１０−６９Ｏｉ４−３．３５×１０−５１Ｏｉ３＋２．５１×１０−３３Ｏｉ２−３．９９×１０−１６Ｏｉ−８３．４３である）で与えられる温度Ｔ（℃）以上の温度で、時間ｔ（秒）以上の時間アニールする段階（ｂ）と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶から切り出したシリコン基板を５０〜２００μｍの厚さに加工した後、あらかじめ求められた式（１）を満足するアニール温度とアニール時間によってアニールすることにより、基板内部の酸素を減少させて、シリコン基板単独として酸素濃度を低下させることができる。その結果、酸素濃度を低くしたことでＢＭＤを少なくすることができるようになり、無欠陥層を有するシリコン基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ウェーハの周囲をリング状凸形状にした薄化ウェーハの模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、（ａ）図におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】シリコンウェーハの厚さが２００μｍにおいて、アニール後の平均酸素濃度が４．５×１０１７原子個／ｃｍ３となるシリコンウェーハの初期酸素濃度Ｏｉと酸素原子の拡散長の関係を示すグラフである。
【図３】張り合わせウェーハの一例を示す断面図である
【図４】ウェーハ深さ方向における酸素濃度のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】実施例３における劈開面の画像写真から写し描いたＢＭＤの発生状況を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、各図は実施形態を説明するためのものであり、その大きさや縮尺などが誇張または省略して描かれているため、実際の部材や装置の大きさや縮尺とは異なる。
【００１８】
本実施形態によるシリコンウェーハ（シリコン基板）の製造方法は、まず、通常のＣＺ法によって製造されたシリコン単結晶体から切り出されたシリコンウェーハを用意する。
【００１９】
ここで用意するシリコンウェーハは、高抵抗ウェーハの場合、抵抗率約３０〜２００Ωｃｍ程度（通常のＩＣ用のシリコンウェーハでは約１〜１５Ωｃｍ程度が一般的である）、酸素濃度は７×１０１７〜８×１０１７原子個／ｃｍ３である。ウェーハ厚さはウェーハ口径により異なるが、たとえば直径１５０ｍｍウェーハでは約６２５μｍ、２００ｍｍでは約７２５μｍ、３００ｍｍでは約７７５μｍ、４５０ｍｍでは約９２５μｍが一般的な厚さである。なお、ウェーハ厚さは、半導体デバイス製造用ウェーハとして直径に対応して標準化（標準化検討段階を含む）されている。したがって、本実施形態においても、最初に用意するウェーハは、標準化されたとおりに製造された厚さのウェーハを用いればよい。
【００２０】
また、ここで用意するウェーハは、インゴットから切り出した後、荒仕上げ研磨（ミラーポリッシュ前の研磨）のみでミラーポリッシュ（鏡面研磨）を行っていないウェーハを用いてもよい。これは、後述するように、酸素濃度を低減させた後、デバイス形成面を決めて、その面をミラーポリッシュしてデバイス形成用ウェーハとして提供すればよいためである。もちろん、ミラーポリッシュされたウェーハを用意してもよい。同様に、裏面ゲッタリング層（ウェーハの裏面に機械的ダメージを与えてＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）層としたもの）もあってもなくてもよい。
【００２１】
次に、このウェーハをデバイスの設計から必要とされる５０〜２００μｍ程度の厚さにまで薄くする。これには、機械的研磨やサンドブラスト法、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）など既存の研磨方法を用いればよいので詳細な説明は省略する。
【００２２】
ウェーハの厚さを５０〜２００μｍ程度とした場合、ウェーハの厚さが薄いため、そのままでは割れやすく、また反ってしまいやすくなる。また、ハンドリング性もよくない。一般的にウェーハを薄くするのはデバイス形成後に行うため、薄くしたウェーハの支持と共にデバイス形成面を保護する意味もあって、デバイス形成面に樹脂製保護シートやガラスを密着（または接着）させた後に、裏面（デバイスが形成された面の反対側の面）を研磨して行っている。
【００２３】
しかし、本実施形態では、後述するように、薄くしたウェーハ（薄化ウェーハという）を高温でアニールするため樹脂製シートを用いることはできない。また、ガラスを用いる場合でも樹脂製の接着剤を用いることができない。また、ガラスを直接接着した場合は、後述するアニール工程における酸素除去能力が低下するため利用できない。そこで、本実施形態では、ウェーハを薄くする際に、ウェーハの周囲を、内部よりも厚く残してリング状凸形状となるようにした。このようなリング状凸形状となるようにウェーハを加工する技術は、たとえば、特開２００７−０１９４６１号公報、２０１０−１９４６８０号公報などの技術がある。
【００２４】
これら公報の技術は、デバイス形成後の技術であるが、ウェーハの主要部を薄くし、かつ、リング状凸形状となったウェーハを得るためには本実施形態として採用可能である。
【００２５】
図１は、ウェーハの周囲をリング状凸形状にした薄化ウェーハの模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００２６】
図示するように、周囲をリング状凸形状に薄くしたウェーハ１は、ウェーハの周囲にリング状凸部２が存在する。一方、リング状凸部２の内側（図１（ａ）のＣ部分）は、デバイス形成予定領域となる部分であり、厚さ（図１（ｂ）のｔ）を５０〜２００μｍまで薄くしたものである。
【００２７】
リング状凸部２の幅（図１（ｂ）のＡ部分）は、ウェーハの直径が小さければ、小さくてよく、直径が大きければそれに合わせて大きく取るようにする。
【００２８】
たとえば、ウェーハの直径が３００〜４５０ｍｍの場合、幅Ａは２〜５ｍｍが好ましい。この幅Ａが２ｍｍ未満であると、ウェーハを研磨した後、その形状を保持することが難しくなり、リング状凸部２を形成した意味がない。一方、５ｍｍ程度あれば、３００〜４５０ｍｍウェーハであっても十分に形状を保持することができる。この幅Ａはあまり大きな幅を取ってしまうと、デバイス形成予定領域が少なくなり好ましくないので、この程度の幅を上限とすることが好ましい。
【００２９】
リング状凸部２の厚さ（図１（ｂ）のｈ）は、３００〜１０００μｍである。ただしこの厚さｈはウェーハが提供されたときの元々の厚さ以上になることはない。リング状凸部２の厚さｈは、ウェーハが提供されたときの厚さのままであってもよいし、必要に応じて薄くしてもよい。リング状凸部２の厚さｈを３００μｍ未満としてしまうと、その内側を研削して薄くした際に全体の形状保持能力がなくなるおそれがあるため好ましくない。
【００３０】
このリング状凸部２を有するウェーハ１の具体的な製造は、既存の方法（たとえば上記特開２００７−０１９４６１号公報）を用いる。
【００３１】
まず研削するウェーハとして、上記のようにデバイス形成工程前のウェーハを用意する。そして、研削装置のチャックテーブルにウェーハを載せて、吸着保持する。その後、チャックテーブルごとウェーハを回転させつつ、研削砥石をウェーハの研削面に押し当て、砥石を回転移動させて研削を行う。砥石部は、その回転軌道の最外周の直径がウェーハを薄く加工する部分の半径より大きく、ウェーハを薄く加工する部分の直径より小さくなるように、かつ、回転軌道の最内周の直径がウェーハを薄く加工する部分の半径より小さくなるように形成されている。これにより、ウェーハ周囲にリング状凸部２が残り、その内側が研削されて薄くなる。
【００３２】
ウェーハの回転速度、研削砥石の回転速度や押圧力などの諸条件は、ウェーハが研削中に割れたり欠けたりしないように調整すればよい。また、研削加工自体を２段階以上に分けて行うようにしてもよい。
【００３３】
上記各公報の技術は、デバイス形成後のウェーハを加工するものであるため、デバイスが形成されていない裏面側を研削するものである。この点、本実施形態ではデバイス形成前であるので、どちらの面から研削してもよい。このため、後述するように、酸素濃度を低減させた薄化ウェーハ単独で提供する場合や、そのほか張り合わせウェーハ、酸化膜付ウェーハ、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハなどとして提供する場合に応じて研削する側を決定すればよい。この研削する側についてはリング状凸部２を形成しない場合も同様である。
【００３４】
このようにリング状凸部２を有するウェーハ１によって、保護シートや保護ガラスを採用しなくても、薄化ウェーハ単独での形状維持が可能となり、高温アニールを容易に実施することができる。したがって、アニールの際には、通常のアニール炉などを用いて、ボートに複数の薄化ウェーハを立てた状態で載置してアニールすることが可能となる。
【００３５】
また、薄化ウェーハのアニールは、アニール炉内における支持方法を工夫することで、薄化ウェーハにリング状凸部を形成しなくても実施可能である。たとえば、ＳｉＣ製、石英製などでできていて、その表面にストライプ状の山形または複数の点在する山形突起を有する皿または簀状の支持具などの上に、リング状凸部を有しない薄化ウェーハを平面的に載せてアニールしてもよい。
【００３６】
この場合は、ウェーハ全体を薄く研削すればよいので、リング状凸部を有するウェーハを製作するよりも薄化加工が容易になる。
【００３７】
次に、薄化ウェーハを高温アニールする。アニール温度と処理時間は、薄化ウェーハの厚さおよび初期の平均酸素濃度によって異なる。後述する実験結果から、アニール後の平均酸素濃度が４．５×１０１７原子個／ｃｍ３以下であればＢＭＤ個数および抵抗率変動に対して良好な結果が得られた。
【００３８】
図２は、シリコンウェーハの厚さが２００μｍにおいて、アニール後の平均酸素濃度が上述した４．５×１０１７原子個／ｃｍ３となるシリコンウェーハの初期酸素濃度Ｏｉと酸素原子の拡散長の関係を示すグラフである。図中丸印の「実測値」は厚さが２００μｍのシリコンウェーハにおいて初期酸素濃度が８．０×１０１７原子個／ｃｍ３の時であり、その他もの（図中菱形）はシミュレーションより得られた結果である。
【００３９】
なお、実測値を出したウェーハサンプルは、後述する実施例のサンプルと同様にして作成したものである。また、シミュレーションは下記のようにして行った。
【００４０】
シリコン基板内の酸素濃度Ｃ（原子個／ｃｍ３）としたときの一次元の拡散方程式は以下で与えられる。
【００４１】
∂Ｃ（ｘ，ｔ）／∂ｔ＝Ｄ（Ｔ）∂２Ｃ（ｘ，ｔ）／∂２ｘ
ここでＤ（Ｔ（℃））はアニール温度Ｔに依存した酸素原子の拡散定数で以下の式で求められる。
【００４２】
Ｄ（Ｔ）＝０．１３ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］…単位（ｃｍ２／ｓ）
上述した方程式は陽解法によってシミュレーションが可能で以下の計算式を用いる。
【００４３】
Ｃ（ｘｊ，ｔｎ＋１）＝Ｃ（ｘｊ，ｔｎ）＋Ｄ（Ｔ）（Δｔ／Δｘ２）［Ｃ（ｘｊ＋１，ｔｎ）−２Ｃ（ｘｊ，ｔｎ）＋Ｃ（ｘｊ−１，ｔｎ）］
初期酸素濃度Ｏｉを有するシリコン基板表面をｘ＝０（ｃｍ）とし基板中心方向を正方向とする場合、この時の初期条件として、時間ｔ＝０（ｓ）でＣ（ｘ，０）＝Ｏｉ、およびｘ＝０でＣ（０，ｔ）＝０（原子個／ｃｍ３）とする。なお、ΔｔおよびΔｘは任意に設定でき、本シミュレーションではΔｔ＝１２００（秒）、Δｘ（ｃｍ）は図４のシミュレーション結果に示すようにシリコン基板中心までの距離を１０等分した値を使用した。平均酸素濃度は、上述したシミュレーションから得られた結果をシリコン基板表面から厚み中心までの酸素濃度の総和を２倍にしてその厚さで除した値（平均値）で求められる。
【００４４】
図２の導出方法を以下に述べる。初期酸素濃度８×１０１７原子個／ｃｍ３を有し２００μｍの厚さに薄化したシリコンウェーハを温度１１００℃、時間６０時間にてアニールを行い、その後、後述する実施例と同様な手法で平均酸素濃度で測定し４．５×１０１７原子個／ｃｍ３を得た。当該酸素濃度は後述する実験結果からＢＭＤ個数および抵抗率変動に対して良好な結果が得られており、シリコンウェーハの初期酸素濃度に関わらずアニール後に当該酸素濃度以下であれば同様に良好な結果が得られることがわかる。シリコンウェーハの初期酸素濃度が５×１０１７原子個／ｃｍ３、６×１０１７原子個／ｃｍ３、７×１０１７原子個／ｃｍ３および９×１０１７原子個／ｃｍ３と異なる場合について上述したシミュレーションを行い、それぞれの初期酸素濃度を有する２００μｍの厚さのシリコンウェーハを６０時間アニールを行ったときのアニール後の平均酸素濃度が４．５×１０１７原子個／ｃｍ３となるアニール温度Ｔを求め、それぞれの初期酸素濃度におけるアニール後の酸素原子の拡散長Ｌ（ｃｍ）を以下の式より算出し、
Ｌ＝２√（Ｄ（Ｔ）ｔ）
実測値とシミュレーション結果から得られたアニール後の酸素原子の拡散長をそれぞれの初期酸素濃度について作図すると図２が得られる。
【００４５】
図２中破線はシミュレーション結果による近似曲線であり、以下の式で表される。
【００４６】
ｆ（Ｏｉ）＝１．４３×１０−６９Ｏｉ４−３．３５×１０−５１Ｏｉ３＋２．５１×１０−３３Ｏｉ２−３．９９×１０−１６Ｏｉ−８３．４３
この式に、２００μ以下に薄化したシリコンウェーハの厚さをＴｓｉ（μｍ）としたときの効果を加えると、初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）、アニール温度Ｔ（℃）ならびにアニール時間ｔ（秒）との関係式である式（１）が以下のように得られる。
ｔ＝ｆ（Ｏｉ）２（Ｔｓｉ／２００）２／［４Ｄ（Ｔ）］ …（２）
ただし（１）式中、Ｄ（Ｔ）はアニール温度に依存した酸素原子の拡散定数（単位；ｃｍ２／ｓ）で、以下の式（３）で与えられる。
【００４７】
Ｄ（Ｔ）＝０．１３ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］ …（３）
これら式（２）および式（３）から下記式（１）が得られる。
【００４８】
ｔ＝ｆ（Ｏｉ）２（Ｔｓｉ／２００）２／｛［０．５２ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］｝ …（１）
以上のことからシリコンウェーハの初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）、薄化したシリコンウェーハの厚さＴｓｉ（μｍ）ならびにアニール温度Ｔ（℃）を任意に選択すれば、式（１）より得られるｔ（秒）以上アニールすればアニール後の平均酸素濃度が４．５×１０１７原子個／ｃｍ３以下となるシリコンウェーハを得られることができる。
【００４９】
また、アニール時間を先に決めておいて式（１）を逆算することによりシリコンウェーハの条件にあったアニール温度を求めることもできる。たとえば、６０時間を越えてアニール時間を長くした場合、シリコンウェーハ内部の酸素濃度の低下およびアニール温度の低減に効果はあるが、操業時間やコストとの兼ね合いからも、あまり長い時間をかけることは好ましくない。したがって、任意のウェーハの厚さおよび初期酸素濃度に対して最長６０時間アニールしたときの最低アニール温度とすることができる。
【００５０】
一方、上限温度については薄化ウェーハが温度によって損傷しない温度であればよいが、１２５０℃を超えて高温になると炉内からの金属汚染の影響を受け易く歩留まりが低下する。上限温度における処理時間は、式（１）よりシリコンウェーハの条件にあった時間を決めることができる。
【００５１】
アニール中のアニール炉内雰囲気は、アルゴンガス（Ａｒ）や窒素（Ｎ２）など非酸化性雰囲気とすることが必要である。これは、アニール中の薄化ウェーハのシリコンが酸化されて酸化膜になってしまうのを防止するためである。
【００５２】
以上の処理、すなわち、ウェーハの薄化とその後のアニール処理によって、ＣＺ法により作成された単結晶体から切り出されたウェーハを用いて、酸素濃度が低いウェーハを、ウェーハ単独として提供することができる。後述する実施例によれば、デバイス形成予定領域内の厚さが５０〜２００μｍの場合に、ウェーハ内の平均酸素濃度を４．５原子個／ｃｍ３以下とすることができる。
【００５３】
そして、このように酸素濃度を低減させたことで、ウェーハ内のシリコン酸化物に起因する欠陥であるＢＭＤを低減させることに成功した。後述する実施例のように、ＢＭＤは、平均８．５×１０６個／ｃｍ３未満とすることができる。
【００５４】
このようにして出来上がった酸素濃度低減後の薄化ウェーハ（酸素濃度低減ウェーハという）は、そのままの形態でデバイス形成用ウェーハとして提供することも可能である。酸素濃度低減ウェーハ単独でユーザーに提供する場合は、元々のウェーハがミラーポリッシュしていない場合は、後からミラーポリッシュする。元々のウェーハがミラーポリッシュで鏡面仕上げされている場合は裏面側を研削する。
【００５５】
酸素濃度低減ウェーハは、デバイス形成予定領域が非常に薄いため、デバイス形成工程中に割れたり欠けたりするおそれもある。そこで、形成するデバイスの用途に応じてさらに加工して提供することができる。
【００５６】
たとえば、酸素濃度低減ウェーハに通常のシリコンウェーハを張り合わせた張り合わせウェーハである。
【００５７】
図３は、張り合わせウェーハの一例を示す断面図である。
【００５８】
張り合わせウェーハは、図３（ａ）に示すように、酸素濃度低減ウェーハ１０を製造する際にリング状凸部２を設けて薄化した場合、図３（ｂ）に示すように、リング状凸部２がない側の面１２に、シリコンウェーハ１３を直接張り合わせる。ここで張り合わせるシリコンウェーハ１３は、通常の半導体装置製造用ウェーハでよく、たとえば厚さ３００〜１０００μｍであり、ウェーハの直径と共に規格された厚さのままでもよいし、必要に応じて薄くしたウェーハであってもよい。酸素濃度は通常の半導体装置製造用途ウェーハのままである。すなわち、７〜８×１０１７原子個／ｃｍ３程度存在する。抵抗率は高抵抗ウェーハの場合、張り合わせ側のウェーハは０．９〜１００ｍΩｃｍとする。
【００５９】
張り合わせは、一般的に知られているシリコンウェーハ同士の直接接合により実現できる。一例を挙げれば、下記のように行うことができる。まず、ウェーハ表面付着物を除去するためにＲＣＡ洗浄を行う。ただしこの時の希フッ酸洗浄はシリコンウェーハ表面を親水性化するためにオゾン溶融水を添加する。乾燥後、両シリコンウェーハを無加圧で張り合わせて、直ちに窒素雰囲気中で９００〜１１００℃にて約１時間の熱処理を行う。
【００６０】
張り合わせた後、図３（ｃ）に示すように、リング状凸部２がある側の面１１を研磨およびミラーポリッシュ仕上げを行って、リング状凸部２を取り去ると共に、面１１を鏡面仕上げする。なお、リング状凸部２の除去には、リング状凸部２がある側の面１１全体を研磨して除去してもよいが、通常のウェーハ製造工程におけるベベル加工技術を用いて、張り合わせ後のウェーハの周囲からリング状凸部２を除去してもよい（この場合、ベベル加工工程後、ミラーポリッシュ仕上げを行うことになる）。
【００６１】
これにより、酸素濃度４．５原子個／ｃｍ３以下、厚さ５０〜２００μｍの無欠陥（ＤＺ）シリコン層２１を有する張り合わせウェーハ２０となる。
【００６２】
このような張り合わせウェーハ２０とする場合、酸素濃度低減ウェーハ１０を製造する際の元になるウェーハとして、張り合わせる側となる面に、機械的ダメージを与えたゲッタリング層を形成したウェーハを用いることで張り合わせの界面においてゲッタリング層（ＩＧ）を有する張り合わせ基板とすることができる。この場合、ゲッタリング層を形成していない表面側から研削を行って薄化ウェーハとする。そして、張り合わせの際にゲッタリング層側に支持ウェーハを張り合わせる。
【００６３】
なお、酸素濃度低減ウェーハ１０を製造する際にリング状凸部２を形成しなかった場合も、同様にして張り合わせウェーハを形成することができる。リング状凸部を形成しなかった場合は、元になるシリコンウェーハとして、鏡面仕上げしたウェーハを用いた場合、薄化のための研削加工は裏面側（鏡面仕上げしていない側）から行って、研削加工した面をミラーポリッシュして、両面を鏡面仕上げとする。張り合わせは、どちらか一方の面に支持ウェーハを張り合わせるとよい。このようにすれば、張り合わせ後のミラーポリッシュ加工は不要となる。
【実施例】
【００６４】
厚さの異なるシリコンのサンプルウェーハを作成して、デバイス工程に相当する熱処理として４５０℃でのアニール処理を行い、各ウェーハの酸素濃度を確認すると共に、ＢＭＤ個数と、４５０℃熱処理による抵抗率の変化を測定した。
【００６５】
（サンプル作成）
サンプルウェーハに加工する元のシリコンウェーハは、直径８インチ（２００ｍｍ）、厚さ７２５μｍ、導電型ｐ型、抵抗率約１０Ωｃｍ、平均酸素濃度（後述の酸素濃度測定参照）８．０×１０１７原子個／ｃｍ３、主面鏡面仕上げ、である。
【００６６】
このシリコンウェーハを、裏面側（主面の反対側の面）から研削した。研削方法は、粗削りと仕上げ削りの２段階で行った。粗削りでは所望の厚さまで研削するための総削り量の８０％を研削し、残りを仕上げ削りとした。粗削りには＃４００、仕上げ削りには＃８０００を使用し、どちらも集中度８０以上とし、レジボンドタイプのダイヤモンドホイールにて研削を行った。
【００６７】
なお、リング状凸部は形成せず、ウェーハ全体を、誤差±２μｍ程度で均一な厚さとなるように研削した。
【００６８】
各サンプルウェーハの厚さは、実施例１が１００μｍ、実施例２が１５０μｍ、実施例３が２００μｍ、比較例１が３００μｍである。
【００６９】
実施例１〜３および比較例１の各サンプルウェーハについてアニールを行った。アニールは、アニール炉内をアルゴンパージして（アニール中は常にアルゴン雰囲気とする）、アニール炉内温度７００℃で各サンプルウェーハを投入、７００℃から５℃／分の割合でランプアップ（昇温）させて、１１００℃になった時点でこの温度を６０時間維持した。その後、７００℃になるまで３℃／分の割合で温度を下げて、炉内温度７００℃になった後、サンプルウェーハをアニール炉から取り出し、室温で放置した。
【００７０】
アニールの際、各サンプルウェーハは、表面（ウェーハを載置する面）が山形簀形状となっているＳｉＣ製の皿に載せてアニールした。
【００７１】
（酸素濃度測定）
実施例１〜３および比較例１のサンプルウェーハについて酸素濃度を測定した。
【００７２】
酸素濃度の測定は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ：Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて行った。各サンプルの中心、半径／２、外周位置の３点を測定してその平均を代表値とした。この方法は、各サンプルウェーハの内部の平均的酸素濃度のみの測定となり、図４で示す表面から厚み中心までの酸素濃度の総和を２倍にしてその厚さで除した値（平均値）に相当する。
【００７３】
ＦＴＩＲの測定結果は、実施例３が４．５×１０１７原子個／ｃｍ３であり、比較例１が４．９×１０１７原子個／ｃｍ３であった（図４中の実測値）。実施例１および２は、シリコン基板の薄化の影響を受けて測定が不安定となり酸素濃度を得られなかった。このためシミュレーションによる値を示した（図４中の予測値）。
【００７４】
図４は、実施例１〜３および比較例１のサンプルウェーハの深さ方向における酸素濃度のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００７５】
ウェーハの深さ（厚さ）方向における酸素濃度のシミュレーションについて説明する。このような酸素濃度のシミュレーションは、通常行われている方法であるためここでは本実施例において行った方法を簡単に説明する。
【００７６】
シリコン基板内の酸素濃度Ｃ（原子個／ｃｍ３）としたときの一次元の拡散方程式は以下で与えられる。
【００７７】
∂Ｃ（ｘ，ｔ）／∂ｔ＝Ｄ（Ｔ）∂２Ｃ（ｘ，ｔ）／∂２ｘ
ここでＤ（Ｔ）はアニール温度Ｔに依存した酸素原子の拡散定数で以下の式で求められる。
【００７８】
Ｄ（Ｔ）＝０．１３ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］
上述した方程式は陽解法によってシミュレーションが可能で以下の計算式を用いる。
【００７９】
Ｃ（ｘｊ，ｔｎ＋１）＝Ｃ（ｘｊ，ｔｎ）＋Ｄ（Ｔ）（Δｔ／Δｘ２）［Ｃ（ｘｊ＋１，ｔｎ）−２Ｃ（ｘｊ，ｔｎ）＋Ｃ（ｘｊ−１，ｔｎ）］
初期酸素濃度Ｏｉを有するシリコン基板表面をｘ＝０とし基板中心方向を正方向とする場合、この時の初期条件として、時間ｔ＝０でＣ（ｘ，０）＝Ｏｉ、およびｘ＝０でＣ（０，ｔ）＝０とする。なお、ΔｔおよびΔｘは任意に設定でき、本シミュレーションではΔｔ＝１２００（秒）、Δｘは図４のシミュレーション結果に示すようにシリコン基板中心までの距離を１０等分した値を使用した。
【００８０】
ＦＴＩＲの結果とシミュレーションから得られた平均酸素濃度に概ね一致しており、シミュレーション結果が実施例１〜３および比較例１のサンプルウェーハの実際の深さ方向の酸素濃度分布を表していることがわかる。
【００８１】
そして図４に示すように、アニールを行った厚さ１００〜３００μｍの実施例１〜３および比較例１は、いずれも深さが浅い位置の方が酸素濃度が低くなっている。したがって、ウェーハの厚さを薄くしてからアニールすることにより、ウェーハ内の酸素を低減させることができることがわかる。
【００８２】
（ＢＭＤ測定）
実施例３（厚さ２００μｍ、アニール有）を用いて、ウェーハ面のほぼ中心を通る断面が出るにように劈開して、劈開面におけるＢＭＤの個数を計測した。計測位置は、ウェーハのほぼ中心位置、半径の半分（半径／２）の位置、外周位置（エッジから１０ｍｍの位置）である。
【００８３】
ＢＭＤ個数の計測は、三井金属製のＢＭＤアナライザーＭＯ−４にて劈開面を画像化して、得られた視野領域内に映し出された酸素析出物の総数を単位体積当りに換算して、自動的にＢＭＤ個数が算出される。
【００８４】
図５は、実施例３のサンプルウェーハにおける劈開面のＢＭＤアナライザーＭＯ−４の画像写真から写し描いたＢＭＤの発生状況を示す模式図である。
【００８５】
ＢＭＤ個数は、中心位置で１．７×１０７個／ｃｍ３、半径の半分の位置で４．２×１０６個／ｃｍ３、外周位置で４．２×１０６個／ｃｍ３であり、平均８．５×１０６個／ｃｍ３であった。しかも、図５のように、ウェーハ表面から約５０μｍ以内では、ＢＭＤを確認できなかった。
【００８６】
なお、参考のため、これら各位置で酸素濃度の測定も行った。測定方法は、上述した酸素濃度の測定と同じである。実施例３のサンプルウェーハにおいて上述のアニール処理前の平均酸素濃度は中心位置で８．０×１０１７原子個／ｃｍ３、半径の半分の位置で８．２×１０１７原子個／ｃｍ３、外周位置で７．８×１０１７原子個／ｃｍ３であり、３箇所の平均８．０×１０１７原子個／ｃｍ３であった。
【００８７】
一方、アニール処理後の実施例３のサンプルウェーハの平均酸素濃度は、中心位置で４．８×１０１７原子個／ｃｍ３、半径の半分の位置で４．５×１０１７原子個／ｃｍ３、外周位置で４．１×１０１７原子個／ｃｍ３であり、３箇所の平均４．５×１０１７原子個／ｃｍ３であった。この結果から、実施例３では、酸素濃度がウェーハ全面にわたり均等に減少していることがわかる。
【００８８】
このように、２００μｍにしたウェーハをアニールしたことで、ＢＭＤの個数を減らして、無欠陥層（ＤＺ）を形成することができることがわかった。また、ＢＭＤは、シリコンウェーハ中の酸素析出核に起因して発生するものであるため、上記酸素濃度の測定結果を合わせれば、３００μｍ未満の厚さに加工した後、アニールすることで酸素濃度を低減させたウェーハにおいても、ＢＭＤの発生は、このような処理をしないウェーハよりも少なくなることが推定される。したがって、３００μｍ未満の厚さに加工した後、アニールした酸素濃度低減ウェーハは、ウェーハ単独で無欠陥層ウェーハとして提供できることがわかる。
【００８９】
（抵抗率測定）
実施例１〜３および比較例１の各サンプルウェーハ（アニール後のサンプルウェーハ）をそれぞれ１枚、４５０℃、４８時間の加熱加速試験を行って、０時間目（加熱前）、４時間目（４ｈｒｓ）、２４時間目（２４ｈｒｓ）、４８時間目（４８ｈｒｓ）における抵抗率を計測し、基板抵抗率の熱処理時間依存性を評価した。結果を表１に示す。表１において、抵抗率の値は、４５０℃熱処理前の（経過０時間）抵抗率であり、このウェーハを４５０℃で表1の各時間だけアニール処理した後の抵抗率を測定し、４５０℃熱処理前の抵抗率に対する変化の割合を算出して百分率で表した。
【００９０】
抵抗率の計測位置は、各サンプルのウェーハ面内の中心位置、半径の半分（半径／２）の位置、外周位置（エッジから１０ｍｍの位置）で計測した。
【００９１】
最初の４５０℃熱処理前に各サンプルの抵抗率計測位置での厚さを接触式厚さ計にて計測しておき、４５０℃熱処理前ならびに各熱処理終了ごと、計測した厚さを使用して四探針法にて抵抗率の測定を行った。
【００９２】
この評価は、本実施例２、３および比較例１に、その後デバイス製造工程で加えられる可能性のある熱処理に相当する熱処理の影響を評価するものである。このようなデバイス製造工程と同様の低温熱処理による評価は、デバイス製造工程中に行われる可能性のある低温（４５０℃付近）熱処理によって酸素ドナーがどの程度発生し、抵抗が変化するかを評価するものである。酸素ドナーはドナー不純物（＝ｎ型不純物）として振る舞うので、それが発生するとウェーハの抵抗を変化させる。特にパワーデバイスなどでは基板の抵抗率が直接デバイスの耐圧特性に影響するために、この制御が重要である。このため、低温での長時間熱処理後のウェーハの抵抗率を測ることにより酸素ドナーの発生を評価することが必要である。
【００９３】
また、比較例２として、実施例の元となったウェーハ（直径８インチ（２００ｍｍ）、厚さ７２５μｍ、導電型ｐ型、抵抗率１０Ωｃｍ、平均酸素濃度８．０×１０１７原子個／ｃｍ３、主面鏡面仕上げあり）を、通常のドナーキラー処理（不活性ガス雰囲気、６５０℃、２０分のアニール処理）を行った後、上記同様に４５０℃の熱処理を行って抵抗率を測定した。結果を表２に示す。
【００９４】
【表１】
【００９５】
【表２】
【００９６】
表１に示すように、実施例２（厚さ１５０μｍ）では、抵抗率はほとんど変化せず、４８時間の熱処理でもその抵抗率の変化率は０％（０．５％未満）であった、また実施例３（厚さ２００μｍ）の場合でも、抵抗率の変化は１０％以内に抑制することができた。これは酸素ドナーの増分が、約１．５×１０１４原子個／ｃｍ３以下に抑制できていることを示している。
【００９７】
一方、比較例１（厚さ３００μｍ、アニールあり）では、４時間経過後以降抵抗率が１６％程度上昇している。この理由は、３００μｍ厚では酸素が抜け切れていないため、ウェーハ中の酸素の一部が４５０℃熱処理で酸素ドナーになって、Ｐ型ウェーハのアクセプタを打ち消す働きをしてウェーハ抵抗が上昇することによる。この場合、４５０℃、４８時間アニールでは３６５％増と抵抗率が大きく変化してしまうことから、このような長時間の熱処理を伴うデバイス製造に、このウェーハを使うことはできない。
【００９８】
また、表２の結果から、比較例２（厚さ７２５μｍ）でも大きく抵抗率の値が変化していることがわかる。このウェーハはｐ型のボロンで抵抗率を調整している。このため酸素ドナーが発生すると、最初ドナーが少ないうち（初期ｐ型ボロンより濃度が薄い間）は、抵抗率を増やす方向に変化し、ドナー濃度がさらに増えてｎ型に逆転すると、今度は酸素ドナー発生量と共に抵抗が減ってくる。この表２の結果はこれをよくあらわしたものとなっている。
【００９９】
以上の結果から、薄く加工した後、高温アニールを行っても抵抗率が変化することはない。したがって、元々のシリコンウェーハとして、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶体を形成する際に、高抵抗のシリコン単結晶体を形成すれば、それをそのまま利用して、高抵抗で、かつ無欠陥のシリコンウェーハを提供することができる。特に、高抵抗が要求されるパワーデバイス、たとえば、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどに好適なシリコンウェーハとして提供することができる。
【０１００】
以上の実施例の結果から、２００μｍ以下の厚さに加工した後、アニールを行うことで、ウェーハ単独で無欠陥層ウェーハとして提供できることがわかる。
【０１０１】
以上説明した実施形態および実施例によれば、シリコンウェーハ単独として、無欠陥層を有するシリコンウェーハを提供することができる。しかも、デバイス製造工程中の熱処理によっても抵抗値がほとんど変化しない、パワーデバイス用途に好適なウェーハを提供することができる。また、元になるシリコンウェーハはチョクラススキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出したものを使用するため、小口径から大口径までさまざまな口径の無欠陥シリコンウェーハを、（ＦＺ法と比較して）低コストで作ることができる。
【０１０２】
以上本発明の実施形態および実施例を説明したが、本発明はこれら実施形態や実施例に限定されない。たとえば、上述した実施形態および実施例では、円盤形状のシリコンウェーハを例に説明した。しかし、本発明のシリコン基板としては、円盤形状のシリコンウェーハに限らず、チョクラススキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出された基板を用いたものであれば、たとえば、四角形板形状や四角形の四隅を斜めにカットした八角形板形状などそのほかの形状のシリコン基板であっても適用可能である。
【０１０３】
また、高抵抗基板に限らず、元になるシリコン基板を、形成するデバイス用途に合わせた抵抗率のものを選択することで、どのような抵抗率のシリコン基板であっても、無欠陥シリコン基板または無欠陥層を有するシリコン基板とすることができる。
【０１０４】
そのほか、本発明は特許請求の範囲によって規定された範囲においてさまざまな変形形態が実施可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１０５】
１ ウェーハ、
２ リング状凸部、
１３、４１シリコンウェーハ、
１０ 酸素濃度低減ウェーハ、
２０ 張り合わせウェーハ、
２１ 無欠陥（ＤＺ）シリコン層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出されたシリコン基板の初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）が５．０×１０１７〜９．０×１０１７原子個／ｃｍ３である当該シリコン基板の少なくともデバイス形成予定領域部分の厚さＴｓｉ（μｍ）を５０〜２００μｍに加工する段階（ａ）と、
前記５０〜２００μｍに加工したシリコン基板をアニール温度Ｔ（℃）、アニール時間ｔ（秒）、シリコン基板の初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）としたとき、以下の式（１）
ｔ＝ｆ（Ｏｉ）２（Ｔｓｉ／２００）２／｛［０．５２ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］｝ …（１）
（ただし式中、ｆ（Ｏｉ）＝１．４３×１０−６９Ｏｉ４−３．３５×１０−５１Ｏｉ３＋２．５１×１０−３３Ｏｉ２−３．９９×１０−１６Ｏｉ−８３．４３である）
で与えられる温度Ｔ（℃）以上の温度で、時間ｔ（秒）以上の時間アニールする段階（ｂ）と、
を有することを特徴とするシリコン基板の製造方法。
【請求項２】
前記段階（ａ）は、前記加工前のシリコン基板の外周部を厚さ３００μｍ〜１０００μｍの加工前シリコン基板の厚さとしたリング状凸部を形成して、その内側に前記デバイス形成予定領域となる部分を厚さ５０〜２００μｍに加工することを特徴とする請求項１記載のシリコン基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法によって製造されたシリコン基板であって、
酸素濃度４．５原子個／ｃｍ３以下であることを特徴とするシリコン基板。
【請求項１】
チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶体から切り出されたシリコン基板の初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）が５．０×１０１７〜９．０×１０１７原子個／ｃｍ３である当該シリコン基板の少なくともデバイス形成予定領域部分の厚さＴｓｉ（μｍ）を５０〜２００μｍに加工する段階（ａ）と、
前記５０〜２００μｍに加工したシリコン基板をアニール温度Ｔ（℃）、アニール時間ｔ（秒）、シリコン基板の初期酸素濃度Ｏｉ（原子個／ｃｍ３）としたとき、以下の式（１）
ｔ＝ｆ（Ｏｉ）２（Ｔｓｉ／２００）２／｛［０．５２ｅｘｐ［−２．９４×１０４／（２７３＋Ｔ）］｝ …（１）
（ただし式中、ｆ（Ｏｉ）＝１．４３×１０−６９Ｏｉ４−３．３５×１０−５１Ｏｉ３＋２．５１×１０−３３Ｏｉ２−３．９９×１０−１６Ｏｉ−８３．４３である）
で与えられる温度Ｔ（℃）以上の温度で、時間ｔ（秒）以上の時間アニールする段階（ｂ）と、
を有することを特徴とするシリコン基板の製造方法。
【請求項２】
前記段階（ａ）は、前記加工前のシリコン基板の外周部を厚さ３００μｍ〜１０００μｍの加工前シリコン基板の厚さとしたリング状凸部を形成して、その内側に前記デバイス形成予定領域となる部分を厚さ５０〜２００μｍに加工することを特徴とする請求項１記載のシリコン基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法によって製造されたシリコン基板であって、
酸素濃度４．５原子個／ｃｍ３以下であることを特徴とするシリコン基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１０６７８（Ｐ２０１３−１０６７８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４６０７２（Ｐ２０１１−１４６０７２）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５９９１１９５０３）ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト (223)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５９９１１９５０３）ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト (223)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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