(57)【要約】    【課題】ウェーハの表層部には結晶欠陥が存在せず、しかもゲッタリング能力をより向上させたシリコンウェーハ、およびその製造方法を提供する。    【解決手段】（１）チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハに対して窒化ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を施し、ウェーハの両面に酸化膜を形成した後、ポリシリコン層を形成し、その後、ウェーハの表面側のポリシリコン層を除去するシリコンウェーハの製造方法。ウェーハの両面ではなく、裏面にのみポリシリコン層を形成してもよい。無欠陥領域からなるウェーハを素材として用いることとすれば、ウェーハ表層部に無欠陥層を安定して確保できるので望ましい。（２）本発明のシリコンウェーハはこの方法により製造されたウェーハであり、ウェーハ全体としてのゲッタリング能力を向上させたウェーハである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハに対して、窒化ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を施す工程と、
前記ＲＴＡ処理後のウェーハの両面に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜を形成したウェーハの両面にポリシリコン層を形成する工程と
前記ウェーハの両面に形成したポリシリコン層のうちの表面側のポリシリコン層を除去する工程と
を有することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハに対して、窒化ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を施す工程と、
前記ＲＴＡ処理後のウェーハの裏面に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜を形成したウェーハの裏面にポリシリコン層を形成する工程と
を有することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記ＲＴＡ処理を施すシリコンウェーハが無欠陥領域からなるウェーハであることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記酸化膜を形成する工程が、ウェーハ表面をふっ酸で処理した後、当該ウェーハを酸化性雰囲気中で加熱する操作を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記酸化膜を形成する工程が、ウェーハ表面を研磨した後、当該ウェーハを酸化性雰囲気中で加熱する操作を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法で製造されたシリコンウェーハに対して前記ＲＴＡ処理における処理温度よりも低い温度で熱処理を施し、ウェーハ表面に無欠陥層を形成するとともに内部の空孔に酸素を析出させることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項７】
高いゲッタリング能力を有するシリコンウェーハであって、
請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法で製造されたことを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項８】
高いゲッタリング能力を有するシリコンウェーハであって、
前記ウェーハ内部に半導体デバイスの製造工程で施される熱処理により酸素析出物層を形成する析出核と、
前記ウェーハ裏面にポリシリコン層とを有することを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項９】
高いゲッタリング能力を有するシリコンウェーハであって、
前記ウェーハ内部に酸素析出物層と、
前記ウェーハ裏面にポリシリコン層とを有することを特徴とするシリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス用の基板等に好適に使用される高いゲッタリング能力を有するシリコンウェーハおよびそ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は、一般にチョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出され、研磨等の工程を経て製造される。
【０００３】
シリコンウェーハには酸素が不純物として含まれており、この酸素不純物は、転位や欠陥等を生じさせる酸素析出物（以下、「ＢＭＤ（Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ）」という）を形成する。ＢＭＤは、シリコン単結晶を引き上げる際に結晶内に導入された微小な核（酸素析出核）が、例えばデバイス製造工程における酸化熱処理等の熱処理により成長して形成されることが知られている。このＢＭＤが、半導体デバイスが形成されるウェーハの表層部にある場合、リーク電流の増大や酸化膜の絶縁性（酸化膜耐圧）低下の原因になるなど、デバイスの特性に大きな影響を及ぼす。
【０００４】
一方、ウェーハの内部に形成されたＢＭＤは、汚染不純物（特に、金属不純物）を捕獲してウェーハ表層部から取り除くゲッタリングサイトとなる。デバイス製造工程には、例えばドライエッチング工程など、金属汚染を発生させるような装置が使われる場合もあり、ウェーハが優れたゲッタリング能力を有していることは極めて重要である。
【０００５】
そのため、従来から、ウェーハの表層部には酸素析出物などの欠陥が存在せず、ウェーハの内部または裏面には、酸素析出物や、多結晶シリコン（ポリシリコン）層、高濃度リン拡散層などのゲッタリングサイトを存在させるシリコンウェーハの製造方法が開発されてきた。
【０００６】
例えば、特許文献１では、ウェーハをＮＨ3などの窒化ガスを含む雰囲気中で熱処理してウェーハ内部に空孔を注入した後に、高温熱処理を行ってウェーハ表面に無欠陥層（以下、「ＤＺ層」―Ｄｅｎｕｄｅｄ  Ｚｏｎｅ―ともいう）を形成するとともに、その後、酸素析出熱処理を行って、内部にＢＭＤを析出させるシリコンウェーハの製造方法が提案されている。窒化ガスとして、従来はＮ2（窒素）が主に用いられていたが、ＮＨ3など、Ｎ2よりも分解温度の低いガスを使用することにより、低い熱処理温度または短い熱処理時間で窒化ガスを分解し、内部に空孔を注入することができ、また熱処理時のスリップ発生を抑制できるとしている。
【０００７】
また、特許文献２には、ウェーハにポリ・バック・シール法によりエクストリンシックゲッタリングを施した後、ウェーハ表面のＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）を除去するために、還元性雰囲気下で急速加熱急速冷却装置を用いてウェーハに対して急速昇降温熱処理、即ち、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｌｉｎｇ）処理（以下、「ＲＴＡ処理」という）を施すシリコンウェーハの製造方法が記載されている。これにより、ゲッタリング能力を低下させることなく確実にＣＯＰを消滅させることができるとしている。
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１に記載される方法では、ウェーハ内部に空孔を注入した後、酸素析出熱処理を行ってＢＭＤを十分に析出させるまではゲッタリング能力が低いという問題があった。そのため、例えば、熱処理炉内で酸素析出熱処理が施される間にウェーハが汚染（特に金属汚染）されるおそれがある。
【０００９】
また、特許文献２に記載される方法においては、還元性雰囲気下で熱処理を行っているため、その後の処理で新たに空孔を注入することができず、ウェーハの内部にゲッタリングサイトとしてのＢＭＤを生じさせることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−３１５８２号公報
【特許文献２】特開２０００−３１１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前述の問題を解決し、ウェーハの表層部には結晶欠陥が存在せず、しかもゲッタリング能力をより向上させたシリコンウェーハ、およ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】
【００１２】
シリコンウェーハがデバイス製造工程で受ける汚染不純物などによる悪影響を排除するためには、ウェーハのデバイス形成領域から汚染不純物（特に、金属不純物）を除去することが必要である。そのために、工程からの汚染物の混入を極力排除するとともに、ウェーハ自身にゲッタリング能力をもたせる方法が採られている。この場合のゲッタリング法には、汚染不純物を捕獲するゲッタリングサイトをウェーハの裏面に形成する外部ゲッタリング（Ｅｘｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｒｉｎｇ）と、ウェーハの内部、例えばデバイス形成層の下側に形成する内部ゲッタリング（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｒｉｎｇ）とがある。
【００１３】
シリコンウェーハのゲッタリング能力をより向上させるために、本発明者は、ウェーハの内部にゲッタリングサイトを形成するとともに、ウェーハの裏面にもゲッタリングサイトを形成することを試みた。具体的には、シリコンウェーハに対して、窒化ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を施し、その後、ウェーハの裏面側にポリシリコン層を形成して外部ゲッタリングサイトを形成し、続いて、前記ＲＴＡ処理における処理温度よりも低い温度で熱処理を施すことにより、ウェーハ内部にＢＭＤを析出させて内部ゲッタリングサイトとする方法である。
【００１４】
検討の結果、特にＲＴＡ処理を施した後のウェーハ表面に酸化膜を形成する工程を付加することにより、単結晶シリコン層が形成されることなく、ウェーハの両面もしくは裏面にポリシリコン層を形成できることを知見し、外部ゲッタリングおよび内部ゲッタリングが施され、表層部に無欠陥層を有するシリコンウェーハを製造できることを確認した。
【００１５】
本発明は、下記（１）または（２）のシリコンウェーハの製造方法、およびその方法により製造された下記（３）〜（５）のシリコンウェーハを要旨とする。
【００１６】
（１）ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハに対して、窒化ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を施す工程と、前記ＲＴＡ処理後のウェーハの両面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を形成したウェーハの両面にポリシリコン層を形成する工程と、前記ウェーハの両面に形成したポリシリコン層のうち表面側のポリシリコン層を除去する工程とを有することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法（以下、「第１の製造方法」という）。
【００１７】
（２）ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハに対して、窒化ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を施す工程と、前記ＲＴＡ処理後のウェーハの裏面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を形成したウェーハの裏面にポリシリコン層を形成する工程とを有することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法（以下、「第２の製造方法」という）。
【００１８】
前記第１または第２の製造方法において、前記ＲＴＡ処理を施すシリコンウェーハとして無欠陥領域からなるウェーハを用いることとすれば、ウェーハ表層部に無欠陥層を安定して確保できるので望ましい。
【００１９】
前記第１または第２の製造方法において、前記酸化膜を形成する工程として、ウェーハ表面をふっ酸で処理した後、当該ウェーハを酸化性雰囲気中で加熱する操作を含む工程、または、ウェーハ表面を研磨した後、当該ウェーハを酸化性雰囲気中で加熱する操作を含む工程を採用することができる。
【００２０】
前記第１または第２の製造方法で製造されたシリコンウェーハに対して前記ＲＴＡ処理における処理温度よりも低い温度で熱処理を施し（この熱処理を、「酸素析出熱処理」ともいう）、ウェーハ表面に無欠陥層を形成するとともに内部の空孔に酸素を析出させる実施の形態を採ることが望ましい。この製造方法により、外部ゲッタリングおよび内部ゲッタリングが施されたゲッタリング能力の高い、しかもウェーハ表層部には無欠陥層が形成されたシリコンウェーハを得ることができる。
【００２１】
（３）高いゲッタリング能力を有するシリコンウェーハであって、前記第１または第２の製造方法で製造されたことを特徴とするシリコンウェーハ。
【００２２】
（４）高いゲッタリング能力を有するシリコンウェーハであって、前記ウェーハ内部に半導体デバイスの製造工程で施される熱処理により酸素析出物層を形成する析出核と、前記ウェーハ裏面にポリシリコン層とを有することを特徴とするシリコンウェーハ。
【００２３】
（５）高いゲッタリング能力を有するシリコンウェーハであって、前記ウェーハ内部に酸素析出物層と、前記ウェーハ裏面にポリシリコン層とを有することを特徴とするシリコンウェーハ。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のシリコンウェーハの製造方法によれば、表層部に無欠陥層を有し、外部ゲッタリングおよび内部ゲッタリングを施すことによりゲッタリング能力を向上させたシリコンウェーハを製造することができる。また、外部ゲッタリングを施すことによって、酸素析出熱処理またはデバイス製造工程で行われる熱処理によってウェーハ内部にＢＭＤが十分に形成されるまでの間のゲッタリング能力を付与することができる。外部ゲッタリングは、ウェーハの裏面側へのポリシリコン層の形成により付与される。内部ゲッタリングは、ポリシリコン層形成工程、さらにその後の酸素析出熱処理により、または当該ウェーハが素材として供せられるデバイス製造工程での熱処理により付与される。
【００２５】
本発明のシリコンウェーハは、本発明の製造方法で製造されて外部ゲッタリングおよび内部ゲッタリングが施され、ウェーハ全体としてのゲッタリング能力を向上させた、高いゲッタリング能力を有するウェーハであり、半導体デバイス用の基板等に好適に使用することができる。また、外部ゲッタリングを施すことによって、酸素析出熱処理またはデバイス製造工程で行われる熱処理によってウェーハ内部にＢＭＤが十分に形成されるまでの間のゲッタリング能力を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】Ｖ（シリコン単結晶の引き上げ速度）／Ｇ（引き上げ直後の単結晶内の成長方向の温度勾配）と格子間シリコン型点欠陥濃度および空孔型点欠陥濃度との関係を示した図である。
【図２】実施例の結果で、本発明の製造方法により製造したシリコンウェーハにおけるＢＭＤ密度を比較例と対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の第１の製造方法は、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハに対して、窒化ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を施す工程と、前記ＲＴＡ処理後のウェーハの両面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を形成したウェーハの両面にポリシリコン層を形成する工程と、前記ウェーハの両面に形成したポリシリコン層のうち表面側のポリシリコン層を除去する工程とを有することを特徴とする方法である。以下、各工程について詳細に説明する。
【００２８】
（ａ）窒化ガス雰囲気中でシリコンウェーハにＲＴＡ処理を施す工程
本発明のシリコンウェーハの素材としてのウェーハは、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハである。ＲＴＡ処理でこの素材ウェーハの表層部から内部にわたって空孔を注入し、後述するように、酸素析出熱処理を行ってウェーハ内部に高密度のＢＭＤを形成することができる。酸素析出熱処理を行わず、ウェーハが半導体デバイス用の基板等の素材としてデバイス製造工程に供された後の同工程に伴う熱処理で、ウェーハ内部に高密度のＢＭＤを形成することも可能である。そのため、後述する全面が無欠陥領域からなるウェーハは勿論、通常のＣＺ法により育成された、ＣＯＰなどの結晶欠陥が含まれる単結晶インゴットから得られたシリコンウェーハも素材として使用できる。
ウェーハ中の酸素濃度は、７×１０17〜１６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１，１９７９）が望ましい。酸素濃度が７×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3未満では、ＢＭＤ析出核の形成そのものが抑制されてしまい、ウェーハ内部のＢＭＤ量が減少する。さらに、ウェーハの強度そのものが弱くなるという問題が発生する。
【００２９】
ＲＴＡ処理は、窒化ガス雰囲気中で行う。ＲＴＡ処理を窒化ガス雰囲気中で行うことによりウェーハ内部に空孔を注入することができる。雰囲気ガスの組成は特に規定しないが、Ｎ2よりも低い温度で分解されてウェーハ表面に窒化膜を形成し、ウェーハ内部に空孔を注入できるＮＨ3（アンモニア）などと不活性ガスとの混合ガスが望ましい。例えば、後述する実施例で使用したＮＨ3０．５％を含むＡｒガス等が好適である。
【００３０】
ＲＴＡ処理時の温度と時間は、後に施される熱処理（酸素析出処理）により内部に形成させる酸素析出物（ＢＭＤ）層の密度等を考慮して、適切な温度と時間を設定すればよい。処理温度が低すぎると処理に時間がかかり、高すぎるとシリコンが溶融するので、１１５０℃〜シリコンの融点（１４１０℃）の範囲で熱処理することが望ましい。処理時間は、処理温度にもよるが、スリップ発生を低減する観点からは、６０秒以下とするのが望ましい。また、ＲＴＡ処理の昇温工程では昇温速度を１０〜１５０℃／ｓｅｃの範囲とすることが望ましい。１０℃／ｓｅｃ未満では生産性が悪く、１５０℃／ｓｅｃを超えるとウェーハにスリップ転位が発生しやすくなる。降温工程における降温速度も昇温速度と同様の観点から、降温速度を１０〜１５０℃／ｓｅｃの範囲とすることが望ましい。
【００３１】
ＲＴＡ処理には、従来から使用されている装置を用いればよい。ハロゲンランプにより加熱する方式のランプアニール炉の使用が、昇温・降温を迅速に行い、またシリコンウェーハに過大な熱量を与えることなく処理を行えるので望ましい。
【００３２】
（ｂ）ＲＴＡ処理後のシリコンウェーハの両面に酸化膜を形成する工程
前述のＲＴＡ処理を施した後のシリコンウェーハの両面に酸化膜を形成する。
酸化膜の形成方法は特に限定されない。例えば、シリコンウェーハの表面をふっ酸で処理した後、当該ウェーハを、酸素を含む雰囲気（空気）中で、６００〜７００℃で１０分間程度加熱する方法が適用できる。また、シリコンウェーハの表面を研磨した後、同様に加熱処理を行ってもよい。
【００３３】
（ｃ）シリコンウェーハの両面にポリシリコン層を形成する工程
酸化膜付けを行った後のシリコンウェーハの両面にポリシリコン層を形成する。このポリシリコン層形成工程で、ＢＭＤの析出核を成長させ、ウェーハの中心付近（中心部近傍で、ウェーハ表面から３５０〜４５０μｍの範囲内）および表面近傍（ウェーハ内部で、ウェーハ表面から５０〜１５０μｍの範囲内）においてＢＭＤを増加させることができる。
【００３４】
ポリシリコン層の形成は、一般的に用いられているＣＶＤ法により行えばよい。すなわち、モノシラン（ＳｉＨ4）等の原料ガスを反応炉内に導入し、６００〜７００℃に熱せられたウェーハ表面にＳｉを析出、成長させる。層厚は、０．１〜１０μｍとするのが望ましい。ポリシリコン層は、次の工程で一方を残し、ゲッタリングサイトとして機能させるが、層厚が０．１μｍ以上であれば十分にゲッタリング能力がある。一方、層厚が１０μｍを超えると、生産性が低下する。
【００３５】
（ｄ）表面側のポリシリコン層を除去する工程
シリコンウェーハの両面に形成したポリシリコン層のうち表面側のポリシリコン層を除去する。これは、ウェーハの表面側をデバイスを形成する活性領域として確保するとともに、ウェーハの裏面側に外部ゲッタリングサイトを形成するためである。後に施される酸素析出熱処理またはデバイス製造工程で行われる熱処理でウェーハ内部にゲッタリングサイトとして機能するＢＭＤが形成されるまでの間にウェーハの活性領域に金属不純物による汚染が生じたとしても、このウェーハの裏面側に施した外部ゲッタリングによって当該活性領域から汚染不純物を除去することができる。
【００３６】
ポリシリコン層の除去は、機械的な研磨により行えばよいが、これに限定されない。シリコンウェーハ表面の平坦度に影響を与えることなくポリシリコン層を除去できる方法であればいずれも適用可能である。例えば、シリコンウェーハ表面の加工技術として周知の化学機械研磨（ＣＭＰ）や研削などの機械加工処理、あるいは酸エッチングなどの化学加工処理などを適用することができる。
【００３７】
なお、ポリシリコン層の形成により、ポリシリコン層と接するウェーハ表面近傍にはダメージ（歪み）が導入されるため、除去する厚さは、形成したポリシリコン層の厚さの数倍程度以上とするのが望ましい。例えば、後述する実施例で示すように、厚さ１．５μｍのポリシリコン層を形成したときは、表面から約１０μｍを除去することが望ましい。
【００３８】
本発明の第２の製造方法は、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハに対して、窒化ガス雰囲気中でＲＴＡ処理を施す工程と、前記ＲＴＡ処理後のウェーハの裏面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を形成したウェーハの裏面にポリシリコン層を形成する工程とを有することを特徴とする方法である。
【００３９】
窒化ガス雰囲気中でのＲＴＡ処理は、第１の製造方法におけるＲＴＡ処理と同じである。次の酸化膜の形成およびポリシリコン層の形成も、シリコンウェーハの両面ではなく、裏面においてのみ行うことを除き、第１の製造方法と同じである。最初からシリコンウェーハの表面側を残して、裏面にポリシリコン層を形成するので、第１の製造方法で実施する表面側のポリシリコン層を除去する工程は不要になる。
【００４０】
シリコンウェーハの裏面側へのポリシリコン層の形成は、特定の治具や被覆材を用いてウェーハの表面を覆い、裏面のみを露出させる等の方法により実施できる。
【００４１】
本発明の第２の製造方法によっても、ウェーハの表面側をデバイスを形成する活性領域として確保するとともに、ウェーハの裏面側に外部ゲッタリングサイトを形成することができる。
【００４２】
本発明のシリコンウェーハの製造方法において、前記ＲＴＡ処理を施すシリコンウェーハとして無欠陥領域からなるウェーハを用いることとすれば、ウェーハ表層部に無欠陥層を安定して確保することができる。
【００４３】
ここで言う「無欠陥領域からなるウェーハ」とは、単結晶育成時に導入された格子間シリコン型点欠陥の凝集体（「転位クラスター」と称される）、空孔型点欠陥の凝集体（「ＣＯＰ」と称される）およびＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）核形成領域が存在しない無欠陥領域からなるシリコンウェーハである。
【００４４】
前記の無欠陥領域からなるウェーハの製造に供されるシリコン単結晶インゴットは、単結晶の引き上げ速度をＶ、引き上げ直後の単結晶内の成長方向の温度勾配をＧとしたとき、Ｖ／Ｇを、以下に述べる適正な範囲に維持することにより得られる。
【００４５】
図１は、前掲の特許文献１に示されている図で、Ｖ／Ｇと格子間シリコン型点欠陥濃度および空孔型点欠陥濃度との関係を図式的に表現したものである。この図は、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がＶ／Ｇにより決定されることを説明しており、ボロンコフ（Ｖｏｒｏｎｋｏｖ）理論と呼ばれている。
【００４６】
図１において、横軸のＶ／Ｇが臨界点より小さい領域は格子間シリコン型点欠陥が優勢に存在する領域であり、さらにＶ／Ｇが（Ｖ／Ｇ）Iよりも小さい領域［Ｉ］は格子間シリコン型点欠陥の凝集体（転位クラスター）が存在する領域である。一方、Ｖ／Ｇが臨界点より大きい領域は空孔型点欠陥が優勢に存在する領域であり、さらにＶ／Ｇが（Ｖ／Ｇ）Vよりも大きい領域［Ｖ］は空孔型点欠陥の凝集体（ＣＯＰ）が存在する領域である。（Ｖ／Ｇ）Iと（Ｖ／Ｇ）Vの間の領域［Ｐ］は格子間シリコン型点欠陥の凝集体や空孔型点欠陥の凝集体の存在しない無欠陥領域である。なお、領域［Ｐ］のうち、臨界点を境にして格子間シリコン型点欠陥が優勢な側は領域［ＰI］、空孔型点欠陥が優勢な側は領域［ＰV］である。また、領域［Ｐ］に隣接する領域［Ｖ］にはＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）核が形成されるＯＳＦ核形成領域が存在する。
【００４７】
図１に示すように、単結晶の引き上げ速度を調整して、Ｖ／Ｇを（Ｖ／Ｇ）I〜（Ｖ／Ｇ）Vの範囲内に維持することにより、全体が無欠陥領域［Ｐ］からなるシリコン単結晶インゴットが得られ、このインゴットから全面が無欠陥領域からなるウェーハを切り出すことができる。
【００４８】
このウェーハにはＣＯＰ、転位クラスターおよびＯＳＦ核形成領域の結晶欠陥が含まれていないので、ＲＴＡ処理およびポリシリコン層形成の後に施される酸素析出熱処理等でこれら欠陥が一部除去されずに残存するなどのおそれがなく、ウェーハ表層部に無欠陥層を安定して確保することができる。また、空孔を消滅させる格子間シリコン型点欠陥がほとんど含まれていないので、ＲＴＡ処理で酸素析出に必要な空孔を効率的に注入することができる。
【００４９】
このように本発明のシリコンウェーハの製造方法により得られたシリコンウェーハにおいては、前述のように、ウェーハの中心付近（ウェーハ表面から３５０〜４５０μｍの範囲内）および表面近傍（ウェーハ表面から５０〜１５０μｍの範囲内）においてＢＭＤが増加しており、半導体デバイスが形成されるウェーハの表層部では無欠陥層が形成されている。このウェーハは、半導体デバイス用の基板等の素材としてデバイス製造工程に移送され、同工程に伴う熱処理を受ける間に、ウェーハ内部では酸素析出が引き続き進行してＢＭＤ密度が増大し、ポリシリコン層による外部ゲッタリングに加えて内部ゲッタリングも施されることとなる。
【００５０】
本発明のシリコンウェーハの製造方法においては、前述の一連の処理（ＲＴＡ処理、酸化膜形成、ポリシリコン層形成およびウェーハ表面側ポリシリコン層の除去）の後、さらに、前記ＲＴＡ処理における処理温度よりも低い温度で熱処理（この熱処理は、ウェーハ内部にＢＭＤを析出させるので、「酸素析出熱処理」ともいう）を施し、ウェーハ表面に無欠陥層を形成するとともにウェーハ内部の空孔にＢＭＤを析出させる実施の形態を採ることが望ましい。
【００５１】
この酸素析出熱処理は、通常行われている方法に準じて行えばよい。例えば、後述する実施例で採用している条件、すなわち、熱処理炉内で、大気雰囲気下、１０００℃で１６時間加熱する熱処理を行うことにより、ウェーハ内部では酸素析出が促進されて高密度のＢＭＤが形成される。また、ウェーハ表層部では、空孔を外方拡散させるとともに、注入される格子間シリコンによりＣＯＰなどが除去されて無欠陥層が形成される。
【００５２】
この酸素析出熱処理により、ウェーハ内部では酸素析出が促進されてＢＭＤ密度が増大し、ポリシリコン層による外部ゲッタリングに加えて、ゲッタリング能力の高い内部ゲッタリングが施されることとなる。一方、ウェーハ表層部では無欠陥層が形成される。したがって、デバイス製造工程での熱処理によらずに、外部ゲッタリングに加えて高い能力をもった内部ゲッタリングも施され、ウェーハ表層部には無欠陥層が形成されたシリコンウェーハが得られる。
【００５３】
以上述べた本発明のシリコンウェーハの製造方法によれば、ウェーハ表層部に無欠陥層が形成され、ウェーハの裏面側へのポリシリコン層の形成による外部ゲッタリング、およびウェーハ内部におけるＢＭＤの析出による内部ゲッタリングが施された、ウェーハ全体としてのゲッタリング能力を向上させたシリコンウェーハを製造することができる。
【００５４】
本発明のシリコンウェーハは、高いゲッタリング能力を有するシリコンウェーハであって、本発明のシリコンウェーハの製造方法で製造されたことを特徴とするシリコンウェーハである。
【００５５】
本発明のシリコンウェーハは、前述のとおり、ウェーハの裏面側に外部ゲッタリングサイトとして機能するポリシリコン層を有しており、ポリシリコン層の形成過程を経る間にウェーハの中心付近（ウェーハ表面から３５０〜４５０μｍの範囲内）および表面近傍（ウェーハ表面から５０〜１５０μｍの範囲内）において、内部ゲッタリングサイトとして作用するＢＭＤが形成されている。また、ウェーハの表層部では無欠陥層が形成されている。このウェーハは、デバイス製造の素材としてデバイス製造工程内で熱処理を施される間に、ウェーハ内部で酸素析出が引き続き進行してＢＭＤ密度が増大する。
【００５６】
このように、本発明のシリコンウェーハは、外部ゲッタリングおよび内部ゲッタリングが施された、ウェーハ全体としてのゲッタリング能力の高いシリコンウェーハである。このうち、内部ゲッタリングサイトは、ウェーハがデバイス製造工程内で熱処理を施され、または酸素析出熱処理を行って、ＢＭＤを十分に析出させるまでは必ずしも十分ではないが、ポリシリコン層の形成による外部ゲッタリングサイトが、デバイス製造工程内での熱処理または酸素析出熱処理によってウェーハ内部にＢＭＤが十分に形成されるまでの間のゲッタリングサイトとして機能する。
【００５７】
本発明のシリコンウェーハが、無欠陥領域からなるウェーハであれば、素材段階からＣＯＰ、ＯＳＦ核形成領域および転位クラスターの結晶欠陥が含まれていないので、これらの欠陥が一部残存するなどのおそれが全くない。また、前述のように、ＲＴＡ処理で酸素析出に必要な空孔を効率的に注入することができるので、ウェーハ内部に高密度のＢＭＤを析出させることが可能である。したがって、外部ゲッタリング能力を有するとともに、内部ゲッタリング能力の高いウェーハとしてデバイス製造に供することができる。
【００５８】
本発明のシリコンウェーハが、酸素析出熱処理が施されたウェーハであれば、ＢＭＤ密度が増大し、ポリシリコン層による外部ゲッタリングに加えて、ゲッタリング能力の高い内部ゲッタリングが施されており、ウェーハ全体として優れたゲッタリング能力を備えたウェーハである。
【実施例】
【００５９】
直径２００ｍｍの無欠陥領域からなり、酸素濃度が１１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3および１５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１，１９７９）の２種類のシリコンウェーハを使用し、ＲＴＡ処理炉を用いて窒化ガス雰囲気（ＮＨ3０．５％を含むＡｒガス）中でＲＴＡ処理を行った。続いて、ウェーハの両面に酸化膜を形成し、厚さ１．５μｍのポリシリコン層を形成した後、ウェーハの表面側のポリシリコン層を除去した（除去厚さ１５μｍ）。このウェーハにＢＭＤを形成させる析出熱処理を施した後、ウェーハの断面を選択エッチングしてＢＭＤ密度を測定した。また、比較のため、ＲＴＡ処理のみの場合（比較例１）、および、工程順を変えて、ポリシリコン層形成後にＲＴＡ処理した場合（比較例２）についても、同様の測定を行った。なお、酸素濃度が１１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のシリコンウェーハは、本発明例、比較例１および比較例２において、それぞれ、サンプル３−１、サンプル１−１およびサンプル２−１とした。また、１５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のシリコンウェーハは、本発明例、比較例１および比較例２において、それぞれ、サンプル３−２、サンプル１−２およびサンプル２−２とした。
【００６０】
ＲＴＡ処理にはランプアニール炉を使用した。表１に、昇温条件、成膜時の処理温度および時間ならびに降温条件等を示す。
【００６１】
【表１】
2010287885.tif 000002
【００６２】
酸化膜の形成（酸化膜付け）は、ＲＴＡ処理後のシリコンウェーハの両面を６％フッ酸溶液でエッチングした後、酸素含有雰囲気（空気）中で、６６５℃で１０分間加熱することにより行った。
【００６３】
ポリシリコン層の形成においては、モノシランを原料として、ＣＶＤ法によりシリコンウェーハの両面にポリシリコン層を形成した。表２に、酸化膜付けおよびポリシリコン層形成の際の実施条件を示す。
【００６４】
【表２】
2010287885.tif 000003
【００６５】
ウェーハ内部のＢＭＤ密度を測定するため、ＢＭＤを形成させる析出熱処理として、大気雰囲気下で、１０００℃で１６時間加熱する処理を行った。この析出処理により、ウェーハ内部に微小な酸素析出核が存在していた場合にはＢＭＤとして検出可能なサイズにまで成長させることができる。
【００６６】
ＢＭＤ密度の測定は、シリコンウェーハをへき開し、へき開ウェーハの断面をＳｅｃｃｏ液で深さ２μｍまで選択エッチングした後、ウェーハの表面近傍（ウェーハ表面から深さ方向に５０〜１５０μｍの範囲内の部位）および中心付近（ウェーハ表面から深さ方向に３５０〜４５０μｍの範囲内の部位）の２箇所について顕微鏡で観察し、観察結果に基づいてＢＭＤ密度を算出することにより行った。
【００６７】
表３にＢＭＤ密度の測定結果を示す。また、図２はこの測定結果を図示したものであり、本発明の製造方法により製造したシリコンウェーハにおけるＢＭＤ密度を比較例と対比して示す図である。
【００６８】
【表３】
2010287885.tif 000004
【００６９】
表３および図２に示したように、同一の酸素濃度で比較した場合、本発明例（サンプル３−１およびサンプル３−２：ＲＴＡ処理→ポリシリコン層形成）では、比較例１（サンプル１−１およびサンプル１−２：ＲＴＡ処理のみ）に比べて、ウェーハ表面近傍およびウェーハ中心付近のいずれにおいてもＢＭＤ密度が高かった。これは、ポリシリコン層形成工程でＢＭＤの析出核が成長したことによるものと考えられる。ここで、酸素濃度が１１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のサンプルのＢＭＤ密度よりも酸素濃度が１５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のサンプルのＢＭＤ密度が高くなったのは、酸素濃度が高いほどウェーハ内部におけるＢＭＤの析出核の数が多いためと考えられる。なお、比較例２（サンプル２−１およびサンプル２−２：ポリシリコン層形成→ＲＴＡ処理）では、ＲＴＡ処理過程においてポリシリコン層によって空孔がシリコンウェーハ内部に注入されることが妨げられ、さらに、ウェーハの両面にポリシリコン層を形成する過程でウェーハ内部に生成した酸素析出核がＲＴＡ処理によって消滅したため、１１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3および１５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のいずれの酸素濃度においてもＢＭＤは発生しなかった。
【００７０】
上記調査により、本発明のシリコンウェーハの製造方法を適用することによって、ウェーハ表層部において無欠陥層を有するとともに、内部ゲッタリング能力を向上させたシリコンウェーハが得られることが確認できた。また、本発明では、ＲＴＡ処理後のシリコンウェーハの両面もしくは裏面に酸化膜を形成した後にポリシリコン層を形成しているため、ウェーハの両面もしくは裏面に、単結晶シリコン層が形成されることなく支障なくポリシリコン層が形成されるので、内部ゲッタリングのみならずポリシリコン層による外部ゲッタリング効果が付与され、ゲッタリング能力がより高くなることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のシリコンウェーハの製造方法によれば、表層部に無欠陥領域を有するとともに、外部ゲッタリングおよび内部ゲッタリングが施された、より高いゲッタリング能力を有するシリコンウェーハを製造することができる。外部ゲッタリングは、ウェーハの裏面側へのポリシリコン層の形成により付与される。内部ゲッタリングは、ポリシリコン層形成工程、さらに、その後の酸素析出熱処理または当該ウェーハが素材として供せられるデバイス製造工程での熱処理により付与される。本発明のシリコンウェーハは、本発明の製造方法で製造されたシリコンウェーハで、ウェーハ全体としてのゲッタリング能力を向上させたウェーハであり、半導体デバイス用の基板等に好適に使用することができる。
【００７２】
したがって、本発明は、シリコンウェーハならびに半導体デバイスの製造において広く利用することができる。
【図１】
2010287885.tif 000005
【図２】
2010287885.tif 000006