(57)【要約】【課題】シリコンウェーハの内部に酸素析出物を作り込み、且つウェーハを薄厚化する際に、ウェーハの反りを防止すること。【解決手段】シリコンウェーハを急速昇降温熱処理した後に酸素析出物をシリコンウェーハ内部に形成し、該シリコンウェーハを薄厚化処理するシリコンウェーハの製造方法であって、前記急速昇降温熱処理において、最高保持温度を１３００℃以上１３５０℃以下の範囲で設定し、前記薄厚化処理の狙い厚さｔ［μｍ］に対して酸素分圧を、関係式により算出される臨界酸素分圧ＰＯ2crの±５％以内とする条件下で熱処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハを急速昇降温熱処理した後に酸素析出物をシリコンウェーハ内部に形成し、該シリコンウェーハを薄厚化処理するシリコンウェーハの製造方法であって、
前記急速昇降温熱処理において、最高保持温度を１３００℃以上１３５０℃以下の範囲で設定し、前記薄厚化処理の狙い厚さｔ［μｍ］に対して酸素分圧を、下記式（１）により算出される臨界酸素分圧ＰＯ2crの±５％以内とする条件下で熱処理することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
［数１］
臨界酸素分圧ＰＯ2cr［％］＝１．５×１０-6ｔ^(５．４×１０-3Ｔ−４．２１)…（１）
【請求項２】
前記急速昇降温熱処理において、
最高保持温度からの降温速度が５０℃〜１５０℃／ｓであることを特徴とする請求項１に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
酸素析出熱処理（１００％アルゴン雰囲気下で７８０℃の熱処理を３ｈ、続けて１０００℃の熱処理を１６ｈ）後の酸素析出物の密度が、１×１０９／ｃｍ３以上となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
【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、特に薄厚化した際に反りを防止することの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】
半導体デバイス用の基板として用いられるシリコンウェーハ（単にウェーハともいう）は、デバイス品質を向上するために、表層の無欠陥化のみならず、近年ではウェーハの強度や金属不純物のゲッタリング性能が必要とされている。
そのような要求に対し、ＢＭＤ（Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔｓ）と呼ばれる酸素析出物をウェーハ内部に作り込むなどの工夫がなされている。例えば、特許文献１においては、ウェーハに１３００℃以上の急速昇降温熱処理（ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）を施すことで、点欠陥である原子空孔をウェーハ内部に多量に残留させ、その後の析出熱処理時にＢＭＤを高密度に形成する方法が提案されている。
【０００３】
ところで、ＲＴＰされたシリコンウェーハの析出熱処理時に形成されるＢＭＤの深さ方向の密度分布は、ウェーハ表裏面に向かって密度が低い凸状やＭ字のような分布となることが知られている。ウェーハ表裏面が曝されるＲＴＰ条件に大きな違いがなければ、ウェーハ深さ方向の中央を境にして表面側と裏面側とで分布が対称となることが知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
一方、近年では、３次元積層構造のデバイス等において、その製造過程でウェーハの薄厚化が必要である。一般的に、ウェーハの裏面をバックグラインドして薄厚化作業が実施されるが、それによって前述のウェーハ深さ方向におけるＢＭＤの密度分布の対称性が失われてしまう。
【０００５】
ＢＭＤの基本的な組成式は、ＳｉＯ２であるが、Ｓｉ（シリコン）と熱膨張係数が異なるため、温度上昇した際にウェーハ内部に応力が発生して、ウェーハが反るという問題が生じる。このため、ウェーハを薄厚化した場合でも、ＢＭＤ析出に起因した反りを抑えることが可能な方法が求められている。
また、シリコンウェーハを薄厚化する場合、深さ方向のＢＭＤ密度をコントロールすることが困難であるため、特許文献３においては、ウェーハ裏面に研磨によりゲッタリングシンクを形成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２０４３２６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００９／１５１０７７号公報
【特許文献３】特開２０１７−４５９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３に記載されるようにウェーハ裏面を研磨してゲッタリングシンクを形成する方法にあっては、ウェーハの機械的強度が弱くなり、薄厚化した場合には脆性破壊するリスクが高くなるという課題があった。
【０００８】
このような事情の下、本願発明者は、ウェーハ深さ方向のＢＭＤ密度分布が、ＲＴＰにおける温度と酸素分圧の影響により変化することに着目し、本発明をするに至ったものである。
本発明の目的は、シリコンウェーハの内部に酸素析出物（ＢＭＤ）を作り込み、且つウェーハを薄厚化する際に、ウェーハの反りを防止することのできるシリコンウェーハの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するためになされた、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法は、シリコンウェーハを急速昇降温熱処理（ＲＴＰ）した後に酸素析出物をシリコンウェーハ内部に形成し、該シリコンウェーハを薄厚化処理するシリコンウェーハの製造方法であって、前記急速昇降温熱処理において、最高保持温度Ｔ［℃］を１３００℃以上１３５０℃以下の範囲で設定し、前記薄厚化処理の狙い厚さｔ［μｍ］に対して酸素分圧を、下記式（１）により算出される臨界酸素分圧ＰＯ2crの±５％以内とする条件下で熱処理することに特徴を有する。
［数１］
臨界酸素分圧ＰＯ2cr［％］＝１．５×１０-6ｔ^(５．４×１０-3Ｔ−４．２１)…（１）
【００１０】
尚、前記急速昇降温熱処理において、最高保持温度からの降温速度が５０℃〜１５０℃／ｓであることが望ましい。
また、前記シリコンウェーハには、１×１０１４／ｃｍ３以上の窒素がドープされていることが望ましい。
また、前記式（１）により算出される臨界酸素分圧ＰＯ2crは、５％以上１００％以下であることが望ましい。
また、酸素析出熱処理（１００％アルゴン雰囲気下で７８０℃の熱処理を３ｈ、続けて１０００℃の熱処理を１６ｈ）後の酸素析出物の密度が、１×１０９／ｃｍ３以上となることが望ましい。
【００１１】
このようにウェーハ薄厚後の狙い厚さに応じた臨界酸素分圧を関係式（１）より求め、その臨界酸素分圧に基づく酸素分圧を用いた条件下でＲＴＰを行うことにより、薄厚化後のウェーハ深さ方向中央にＢＭＤ密度のピークを位置させることができ、反りの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリコンウェーハの内部に酸素析出物を作り込み、且つウェーハを薄厚化する際に、ウェーハの反りを防止することのできるシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の流れを示すフローである。
【図２】図２は、本発明に係る実施例により得られた臨界酸素分圧の曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法について説明する。図１は、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の流れを示すフローである。
図１に示すようにステップＳ１においては、例えばチョクラルスキー法により引き上げられ、１×１０１４／ｃｍ３以上の窒素をドープしたシリコン単結晶から所定厚さ７７５μｍの直径３００ｍｍシリコンウェーハを複数用意する。１×１０１４／ｃｍ３以上の窒素がドープされたシリコンウェーハを用いると、後述のステップのＲＴＰすることにより、窒素がＲＴＰ中に発生する空孔と結合して窒素−空孔複合体を形成し、全体の空孔濃度を高めることができる。その結果、ＢＭＤ析出密度が窒素ドープしていないウェーハよりも高くなる特徴がある。
【００１５】
また、前記シリコンウェーハのその他の特性としては、例えばＰタイプ（ボロンドープ）、基板抵抗が例えば１３Ω・ｃｍ、酸素濃度が例えば１．２×１０１８／ｃｍ３のものを用いることができる。
【００１６】
また、最終的にシリコンウェーハを薄厚化する際の狙い厚さｔと、ＲＴＰにおける最高保持温度Ｔと、下記関係式（１）とに基づき、ＲＴＰ中の酸素分圧を求めるための臨界酸素分圧を決定する（図１のステップＳ２）。尚、式（１）においてｔは狙い厚さ（μｍ）、Ｔは最高保持温度（℃）である。
【００１７】
［数１］
臨界酸素分圧ＰＯ2cr［％］＝１．５×１０-6ｔ^(５．４×１０-3Ｔ−４．２１)…（１）
【００１８】
ＲＴＰにて設定する酸素分圧は、上記式（１）により求められた臨界酸素分圧ＰＯ2crの±５％以内の値に設定される。その範囲であれば、ウェーハの反りを防止することができる。臨界酸素分圧ＰＯ2crの±５％を超える値に設定すると、ウェーハに反りが発生する虞があるため好ましくない。
【００１９】
ここで、ＲＴＰの温度範囲（最高保持温度の範囲）は、１３００℃〜１３５０℃の範囲内とされる。ＲＴＰの最高保持温度Ｔを１３００℃以上とすることで、ウェーハ内部に多量の空孔を発生させることができる。１３００℃未満であると、空孔濃度が低く、ＢＭＤ析出が促進しない。また、１３５０℃を超えると、ウェーハにスリップが発生するため好ましくない。
【００２０】
また、ＲＴＰの最高保持温度からの降温速度は５０℃〜１５０℃／ｓに設定される。これは、残留空孔濃度を極力高めるために必要な降温速度条件であり、５０℃／ｓ未満であると、空孔濃度が低くＢＭＤ析出が促進しない。また、１５０℃を超えるとウェーハにスリップが発生するため好ましくない。
【００２１】
次いで、上述した条件に基づきＲＴＰを実施する（図１のステップＳ３）。即ち、ステップＳ２で決定した酸素分圧、最高保持温度（１３００℃〜１３５０℃）等の条件に基づき、シリコンウェーハを所定時間（例えば３０ｓ）保持し、最高保持温度で加熱後、所定の降温速度（５０℃〜１５０℃／ｓ）で冷却する急速昇降温熱処理（ＲＴＰ）を行う。
【００２２】
ＲＴＰが終了すると、例えば１００％アルゴン雰囲気下で７８０℃の熱処理を３ｈ実施し、続けて１０００℃の熱処理を１６ｈ実施することによりＢＭＤ析出を行う（図１のステップＳ４）。
【００２３】
最後にシリコンウェーハに対しバックグラインドを行い、所定の狙い厚さｔまで薄厚化する（図１のステップＳ５）。
ここで、ステップＳ３でのＲＴＰにおいては、ウェーハ深さ方向中央よりもウェーハ表面側においてＢＭＤの密度が最も大きくなるよう制御されているため、ウェーハ裏面側からのバックグラインドによって狙い厚さｔまで薄厚化されたシリコンウェーハの深さ方向中央がＢＭＤ密度のピーク位置となる。即ち、ウェーハ表面側と裏面側のＢＭＤ密度が対称となり、ウェーハ薄厚化後の反りの発生が抑制される。
【００２４】
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、ウェーハ薄厚後の狙い厚さに応じた臨界酸素分圧を関係式より求め、その臨界酸素分圧に基づく酸素分圧を用いた条件下でＲＴＰを行うことにより、薄厚化後のウェーハ深さ方向中央にＢＭＤ密度のピークを位置させることができ、反りの発生を抑制することができる。
【００２５】
尚、前記実施の形態においては、シリコンウェーハはチョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶から切り出したものから製造するものとしたが、本発明にあっては、それに限定されるものではない。例えば、フローティングゾーン（ＦＺ）法により得られたシリコン単結晶から切り出して製造してもよい。また、シリコンウェーハの直径も本発明において限定されるものではない。
【実施例】
【００２６】
本発明に係るシリコンウェーハの製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に基づき以下の実験を行った。
【００２７】
（実験１）
実験１では、Ｐタイプ（ボロンドープ）、基板抵抗１３Ω・ｃｍ、酸素濃度１．２×１０１８／ｃｍ３、窒素濃度３．９×１０１４／ｃｍ３、直径３００ｍｍのチョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶から切り出した複数のシリコンウェーハを用いた。
【００２８】
用意したシリコンウェーハに対し、保持温度条件（１３００℃、１３２５℃、１３５０℃）と酸素分圧条件（０％、５％、２５％、５０％、１００％：希釈ガスはアルゴン）を変えてＲＴＰを施した。
その他共通のＲＴＰ条件として、保持時間は３０ｓ、最高保持温度からの降温速度を１２０℃／ｓとした。
【００２９】
また、その後のＢＭＤ析出熱処理として、１００％アルゴン雰囲気下で７８０℃の熱処理を３ｈ実施し、続けて１０００℃の熱処理を１６ｈ実施した。
このＢＭＤ析出処理の後、各シリコンウェーハに対し深さ方向のＢＭＤ密度分布をＩＲトモグラフィ（Ｒａｔｉｘ，ＭＯ４４１）で測定し、各ＲＴＰ条件におけるウェーハ表面からのＢＭＤ密度のピーク深さを評価した（表１）。
【００３０】
【表１】
2020035903.tif 000003
【００３１】
その後、ＢＭＤ析出処理した全てのウェーハに対し、バックグラインドにより所定の厚さ（例えば、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ）にウェーハを薄厚化した場合に、ウェーハに反りが発生するか否かを判定した。反りは、ウェーハの外周部をサポートし、自重によるウェーハ中心部の撓み量（変位量）を測定し、シリコンの物性から推定される理論値との差分が、５％以上ある場合にウェーハが反っていると判定した。
その結果、表１に示した条件において、狙い厚さ２００μｍの場合、１３００℃で酸素分圧０％、１３２５℃で酸素分圧０％および５％、１３５０℃で酸素分圧２５％、にて反りが発生せず、狙い厚さ３００μｍの場合、１３２５℃で酸素分圧２５％、１３５０℃で酸素分圧１００％、にて反りが発生せず、狙い厚さ４００μｍの場合、１３００℃で酸素分圧５０％、１３２５℃で酸素分圧１００％、にて反りが発生しなかった。この結果から、薄厚化したウェーハのＢＭＤ密度のピーク位置が、深さ方向中央の±１０％の範囲である条件の場合に反りが発生しないことが分かった。
【００３２】
また、上記各ＲＴＰ条件におけるＢＭＤ密度のピーク深さに基づき薄厚化後のウェーハ厚さｔ（μｍ）を求めると、各最高保持温度（１３００℃、１３２５℃、１３５０℃）における臨界酸素分圧（％）は、図２のグラフのようになる。
このグラフから臨界酸素分圧ＰＯ2cr［％］と狙い厚さｔ（μｍ）と最高保持温度Ｔ（℃）との関係式（１）が得られた。
［数１］
臨界酸素分圧ＰＯ2cr［％］＝１．５×１０-6ｔ^(５．４×１０-3Ｔ−４．２１)…（１）
【００３３】
（実験２）
実験２では、実験１で得られた関係式（１）の有効性について検証した。
実施例１では、最高保持温度を１３００℃、狙い厚さ５００μｍとした場合に、それらをパラメータとして関係式（１）より臨界酸素分圧を求め、その＋５％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。また、ＲＴＰでの保持時間は３０ｓ、最高保持温度からの降温速度を１２０℃／ｓとした。
【００３４】
そして、ＲＴＰと、ＢＭＤ析出処理（１００％アルゴン雰囲気下で７８０℃の熱処理を３ｈ、続けて１０００℃の熱処理を１６ｈ）の後に狙い厚さｔとなるよう薄膜化処理を行い、ウェーハ深さ方向のＢＭＤ密度のピーク位置を確認した。更には、１０００℃の環境下に曝し、ウェーハに反りが発生するか否かを判定した。
【００３５】
また、実施例２として最高保持温度を１３００℃、狙い厚さ５００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その-５％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００３６】
また、実施例３として最高保持温度を１３５０℃、狙い厚さ３００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その＋５％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００３７】
また、実施例４として最高保持温度を１３５０℃、狙い厚さ３００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その−５％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００３８】
また、実施例５として最高保持温度を１３５０℃、狙い厚さ３００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その−３％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。
また、ＲＴＰでの降温速度を５０℃／ｓとした。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００３９】
また、実施例６として最高保持温度を１３５０℃、狙い厚さ３００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その−３％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。
また、ＲＴＰでの降温速度を１５０℃／ｓとした。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００４０】
また、比較例１として、最高保持温度を１３００℃、狙い厚さ５００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その＋６％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００４１】
また、比較例２として、最高保持温度を１３００℃、狙い厚さ５００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その-６％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００４２】
また、比較例３として最高保持温度を１３５０℃、狙い厚さ３００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その＋６％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００４３】
また、比較例４として最高保持温度を１３５０℃、狙い厚さ３００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その−６％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００４４】
また、比較例５として、酸素分圧を０％、狙い厚さ４００μｍとしてＲＴＰを行い、その後、ＢＭＤ析出処理、所望の厚さに薄厚化処理を行った。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００４５】
また、比較例６として最高保持温度を１３５０℃、狙い厚さ３００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その−３％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。
また、ＲＴＰでの降温速度を４５℃／ｓとした。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００４６】
また、比較例７として最高保持温度を１３５０℃、狙い厚さ３００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その−３％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。
また、ＲＴＰでの降温速度を１５５℃／ｓとした。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００４７】
また、比較例８として最高保持温度を１２７５℃、狙い厚さ２００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その−３％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００４８】
また、比較例９として最高保持温度を１３２５℃、狙い厚さ４００μｍとした場合に、それらをパラメータとして式（１）より臨界酸素分圧を求め、その−３％の酸素分圧をＲＴＰでの酸素分圧に設定した。
また、ＲＴＰでの降温速度を１５５℃／ｓとした。その他の条件は、実施例１と同じである。
【００４９】
実験２の結果を表２に示す。表２の「ＢＭＤ密度のピーク位置」の欄において、○はピーク位置が、薄厚化後のウェーハ深さ方向中央位置にあることを示し、×はピーク位置が、ウェーハ深さ方向中央位置ではない場合を示す。また、ＢＭＤ密度が１×１０９／ｃｍ３未満の場合は、ＢＭＤ密度低と示し、そのような条件は、金属不純物のゲッタリング性能が不足する虞があるため、好ましくない。
【００５０】
【表２】
2020035903.tif 000004
【００５１】
表２に示すように実験２の結果、ＲＴＰにおける酸素分圧を、関係式（１）により得られた臨界酸素分圧（％）の±５％以内とすれば、薄厚化後のＢＭＤのピーク位置をウェーハの深さ方向中央とすることができることを確認した。
また、ＲＴＰの最高保持温度が１３００℃〜１３５０℃、降温速度が５０〜１５０℃の範囲であり、関係式（１）より得られた臨界酸素分圧の±５％以内に設定した酸素分圧において、反りの発生しない良好なシリコンウェーハが得られることを確認した。
【００５２】
以上のように本発明によれば、薄厚化後の高温環境下であっても反りの発生を抑制することができることを確認した。
【符号の説明】
【００５３】
ｔ      狙い厚さ
Ｔ      最高保持温度
【図１】
2020035903.tif 000005
【図２】
2020035903.tif 000006