(57)【要約】【課題】ＲＴＡによって注入される空孔の量を従来の製造方法よりも多く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。【解決手段】本発明は、所定の雰囲気ガス中でシリコンウェーハを熱処理して内部に空孔を形成する熱処理工程を有し、前記熱処理されるシリコンウェーハの表面又は表面及び裏面には、単位面積当たりの表面積が前記シリコンウェーハよりも大きな処理膜が、実質的に前記シリコンウェーハの厚さを減じることなく形成されていることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の雰囲気ガス中でシリコンウェーハを熱処理して内部に空孔を形成する熱処理工程を有し、
前記熱処理されるシリコンウェーハの表面又は表面及び裏面には、単位面積当たりの表面積が前記シリコンウェーハよりも大きな処理膜が、実質的に前記シリコンウェーハの厚さを減じることなく形成されてい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】
前記処理膜は、多結晶シリコン膜である請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記処理膜は、前記シリコンウェーハへの陽極化成により形成された多孔質膜である請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記雰囲気ガスは、窒素、アンモニア、又は炭化水素を含む請求項１から３のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記熱処理工程の後に前記処理膜を除去する除去工程を有する請求項１から４のいずれか１項記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記処理膜が前記シリコンウェーハの表面及び裏面に形成されており、前記除去工程では、前記シリコンウェーハの表面に形成された処理膜のみを除去する請求項５記載の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、シリコンウェーハを所定の雰囲気ガス中で熱処理して内部に空孔を形成し、ウェーハ中に含まれる酸素析出物の濃度分布を制御するために熱処理を施したシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＺ（チョクラルスキー）法で引上成長されたシリコン単結晶を加工して作成されたシリコンウェーハ（以下、単に「ウェーハ」ともいう。）は、酸素不純物を多く含んでおり、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（ＢＭＤ：Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ）となる。この酸素不純物が半導体デバイスの形成されるウェーハ表面に存在する場合、リーク電流の増大や、酸化膜の耐圧低下等の原因となって、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼす。
【０００３】
このため、従来、ウェーハの表面を１２５０℃以上の高温で短い時間処理する、すなわち急速加熱・急冷するという熱処理（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を所定の雰囲気ガス中で施すことが行われている。このような熱処理を行うことにより、ウェーハの内部に多くの原子空孔（Ｖａｃａｎｃｙ：以下、単に「空孔」ともいう。）が拡散形成される。そして、引き続いて行われる熱処理によってウェーハの表面付近に存在する空孔を外方拡散させて、ウェーハの表面付近にＤＺ層（無欠陥層）を均一に形成させるとともに、ウェーハの内部に酸素析出核が形成・安定化して、ゲッタリング効果を有するＢＭＤ層を形成させることが行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
これまで、空孔形成のための熱処理（ＲＴＡ）においては、雰囲気ガスとして窒素（Ｎ２）やアンモニア（ＮＨ３）が使用されてきた。すなわち、高温で窒素やアンモニアが分解されるのに伴ってウェーハの表面にＳｉｘＮｙ（窒化膜）が形成され、ウェーハの内部に空孔が注入されるのである。このとき、雰囲気ガスとして特にアンモニアを使用するとＲＴＡにおける温度を低くすることができるので、ウェーハのスリップ欠陥を抑制することができることが知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】ＷＯ９８／３８６７５号国際公開パンフレット
【特許文献２】特開２００４−８７５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、半導体デバイスの高密度化、微細化が進み、総合的な特性の向上、歩留まりの向上がさらに求められている。そのために、欠陥あるいは有害な不純物を不活性化させるゲッタリング能力のより高いウェーハが求められている。ウェーハのゲッタリング能力を向上するには、ＲＴＡにより導入される空孔の数を増やせばよいが、上記従来の方法では、ウェーハに注入することのできる空孔の数に限りがあり、ウェーハのゲッタリング能力を向上する上での障害となっていた。
【０００６】
本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、ＲＴＡによって注入される空孔の量を従来の製造方法よりも多く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を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明のシリコンウェーハの製造方法は、所定の雰囲気ガス中でシリコンウェーハを熱処理して内部に空孔を形成する熱処理工程を有し、前記熱処理されるシリコンウェーハの表面又は表面及び裏面には、単位面積当たりの表面積が前記シリコンウェーハよりも大きな処理膜が、実質的に前記シリコンウェーハの厚さを減じることなく形成されていることを特徴とする。
【０００８】
（２）前記処理膜は、多結晶シリコン膜であることが好ましい。
【０００９】
（３）前記処理膜は、前記シリコンウェーハへの陽極化成により形成された多孔質膜であることが好ましい。
【００１０】
（４）前記雰囲気ガスは、窒素、アンモニア、又は炭化水素を含むことが好ましい。
【００１１】
（５）前記熱処理工程の後に前記処理膜を除去する除去工程を有することが好ましい。
【００１２】
（６）前記処理膜が前記シリコンウェーハの表面及び裏面に形成されており、前記除去工程では、前記シリコンウェーハの表面に形成された処理膜のみを除去することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のシリコンウェーハの製造方法によれば、ＲＴＡによって注入される空孔の量を従来の製造方法よりも多くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。図１は、本発明の第一から第四実施態様についての工程フロー図である。図２は、本発明の第一及び第二実施態様を示す断面図である。図３は、本発明の第三及び第四実施態様を示す断面図である。
【００１５】
＜第一実施態様＞
図１に示すように、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第一実施態様は、処理膜形成工程Ｓ１、熱処理工程Ｓ２、再加熱工程Ｓ３、及び除去工程Ｓ４からなる。以下、各工程について説明する。
【００１６】
［処理膜形成工程（Ｓ１）］
本発明の第一実施態様の処理膜形成工程Ｓ１は、空孔注入を行うシリコンウェーハ１の表面に対して、処理膜として多結晶シリコン膜２を形成する工程である。多結晶シリコン膜２は、単位面積当たりの表面積がシリコンウェーハ１よりも大きな膜であり、このような膜をシリコンウェーハ１に形成したとしても、実質的にシリコンウェーハ１の厚さを減じることがない。なお、本発明において、ウェーハ１の表面とは、ウェーハ１が有する面のうち将来半導体デバイスの回路が形成される面を意味し、ウェーハ１の裏面とは、ウェーハ１が有する面のうち将来半導体デバイスの回路が形成されない面を意味する。
【００１７】
ウェーハ１に多結晶シリコン膜２を形成させるには、エッチング処理されたウェーハ１に対して、公知の多結晶シリコン膜の形成方法を適用すればよい。このような方法の一例として、シランガスを反応ガスとした減圧下における気相成長（ＣＶＤ）法が挙げられる。このときの反応温度としては、特に限定されないが、６６０℃前後が例示される。反応温度は、多結晶シリコンのグレインサイズを制御するために変更してもよく、おおむね６２０〜７００℃の範囲であることが好ましい。また、多結晶シリコン膜２の形成速度としては、０．０１μｍ／ｍｉｎが例示されるが、０．００８〜０．０２μｍ／ｍｉｎの範囲であることが好ましい。さらに、多結晶シリコン膜２の厚さとしては、１μｍ程度が例示されるが、０．１〜２μｍの範囲であることが好ましい。
【００１８】
このような多結晶シリコン膜２は、微細な粒子状のシリコン結晶で構成されているので、単位面積当たりの表面積が単結晶シリコンであるウェーハ１よりも大きい。このような表面積の大きな膜でウェーハ１を被覆することにより、次の熱処理工程Ｓ２において、ウェーハ１への空孔注入効率を向上させることができる。
【００１９】
［熱処理工程（Ｓ２）］
熱処理工程Ｓ２は、雰囲気ガスＧの中でシリコンウェーハ１を熱処理して、ウェーハ１の内部に新たな空孔を形成させるための工程である。
【００２０】
図４は、本実施態様のシリコンウェーハの製造方法を実施するために使用される枚葉式の熱処理炉の一例を示す断面図である。熱処理炉１０は、図４に示すように、ウェーハ１を載置可能な円環状のサセプタ１１と、サセプタ１１を内部に収納した反応室１２とを備えている。なお、反応室１２の外部には、ウェーハ１を加熱するランプ（図示略）が配置されている。また、雰囲気ガスＧは、窒素、アンモニア、又は炭化水素を含む。
【００２１】
サセプタ１１は、内側に段部１１ａが設けられ、段部１１ａの上にウェーハ１の周縁部を載置するようになっている。サセプタ１１の材質は特に限定されないが、例えば炭素基材の表面にＳｉＣ被膜をコーティングしたものが好ましい。反応室１２には、ウェーハ１の表面に雰囲気ガスＧを供給する供給口１２ａ及び供給された雰囲気ガスＧを排出する排出口１２ｂが設けられている。また、供給口１２ａは、雰囲気ガスＧの供給源（図示略）に接続されている。
【００２２】
この熱処理炉１０によりウェーハ１にＲＴＡ処理（急加熱及び急冷却の熱処理）を施すには、サセプタ１１にウェーハ１を載置した後、供給口１２ａから雰囲気ガスＧをウェーハ１の表面に供給した状態で１０００〜１１００℃までの範囲の熱処理温度かつ１〜６０秒までの範囲の熱処理時間（例えば、１０秒）で、短時間の急速加熱・急冷（例えば、５０℃／秒の昇温、７０℃／秒の降温）の熱処理を行う。
【００２３】
なお、上記熱処理では、まず、８００℃までの昇温を行う前に、アルゴンガスのみを雰囲気ガスＧとして高い流量で供給し、熱処理炉１０の内部の雰囲気ガスを置換して酸素を除去するパージ処理を行う。酸素が完全に炉内から除去された状態で、次に、アルゴンガスのみを雰囲気ガスＧとして所定流量で供給しながら８００℃まで昇温する。
【００２４】
次に、窒素、アンモニア、又は炭化水素を反応ガスとして所定流量で熱処理炉１０に導入し、反応ガスとアルゴンガスとの混合ガスを雰囲気ガスＧとして供給しながら、８００℃から所定の熱処理温度（例えば、１０５０℃）まで急速加熱昇温を行い、この熱処理温度にて所定時間熱処理し、さらにその後８００℃まで急冷する。
【００２５】
上記反応ガスとして窒素やアンモニアを使用した場合には、ウェーハ１の表面に窒化膜が形成されて、ウェーハ１の内部に空孔が導入される。また、反応ガスとして炭化水素を使用した場合には、ウェーハ１の表面に炭化膜が形成されて、ウェーハ１の内部に空孔が導入される。なお、反応ガスとして使用可能な炭化水素の例としては、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）等が挙げられる。
【００２６】
その後、８００℃にて、反応ガスを完全に排出するまでアルゴンガスのみを雰囲気ガスＧとして流量を上げて供給し、反応ガスの排出完了後にアルゴンガスのみの雰囲気ガスＧの中で降温する。なお、上記熱処理後、ウェーハ１を熱処理炉から取り出すことにより急冷する。この際、上記パージ時の熱処理（８００℃）及び取り出し時の急冷効果により、ウェーハ１の内部の酸素ドナーを消去することができる。
【００２７】
［再加熱工程（Ｓ３）］
再加熱工程Ｓ３は、熱処理工程Ｓ２（ＲＴＡ処理工程）の後に、熱処理工程Ｓ２よりも低い温度で加熱することにより、ウェーハ１の内部に注入された空孔に酸素を析出させてＢＭＤを形成させる工程である。
【００２８】
再加熱工程Ｓ３により、ウェーハ１の内部に注入された空孔に酸素析出を行うには、例えば、ウェーハ１を８００℃、４時間で熱処理した後、さらに１０００℃、１６時間で熱処理すればよい。このような熱処理を行うことにより、ウェーハ１の表層では、空孔の外方拡散と、酸化膜形成に伴う格子間Ｓｉの注入による空孔と格子間Ｓｉによる対消滅とによってＤＺ層が形成されるとともに、ウェーハ１の内部（特に表面近傍）では、高ＢＭＤ密度のＢＭＤ層が形成される。なお、再加熱工程Ｓ３を特に行わず、その後のデバイス作成工程に伴って行われる熱処理でこれを代用しても構わない。
【００２９】
［除去工程（Ｓ４）］
除去工程Ｓ４は、処理膜形成工程Ｓ１でシリコンウェーハ１の表面に形成した多結晶シリコン膜２を除去する工程である。これにより、ウェーハ１の表面に単結晶シリコンが露出するので、その表面に半導体デバイスを作成することができるようになる。
【００３０】
多結晶シリコン膜２を除去するには、ウェーハ１の表面を研磨加工すればよい。研磨加工は、公知の方法を特に制限されず用いることができる。一例として、既知の表面研磨装置を用いて、砥粒と加工液とを混ぜたスラリーをラップ定盤とウェーハ１との間に入れて両方に圧力を加えながら相対運動させて機械的な研磨を行う方法が挙げられる。
【００３１】
本実施態様では、ウェーハ１の表面に多結晶シリコン膜２が設けられているが、このような膜を設けることにより、上記研磨加工を効率良く行うことができる。つまり、従来は、多結晶シリコン膜２をウェーハ１の表面に設けずに熱処理を行うことでウェーハの内部への空孔注入を行ってきたが、この場合であっても最後に研磨加工を行う必要がある。この場合、硬い単結晶シリコンウェーハの表面を研磨することになるので、研磨加工に要するエネルギーや時間は少なくない。一方、多結晶シリコン膜２は、その中に多くの結晶粒界を有するので、比較的小さな力で研磨するだけで粒界粒界から膜が破壊され、速やかに除去される。このように最後の研磨工程に要するエネルギーや時間を低減することができることも、本実施態様を採用する一つのメリットと言える。
【００３２】
［第一実施態様の効果］
第一実施態様は、シリコンウェーハ１の表面に処理膜として多結晶シリコン膜２が形成されている。このような多結晶シリコン膜２は、微細な粒子状のシリコン結晶で構成されているので、単位面積当たりの表面積が単結晶シリコンであるウェーハ１よりも大きい。このような表面積の高い膜でウェーハ１を被覆することにより、熱処理工程Ｓ２において、ウェーハ１への空孔注入効率を向上させることができる。また、多結晶シリコン膜２は、その中に多くの結晶粒界を有するので、比較的小さな力で研磨するだけで粒界面から膜が破壊され、速やかに除去される。このことにより、研磨加工に要するエネルギーや時間を低減することができる。
【００３３】
＜第二実施態様＞
次に、本発明の第二実施態様について説明する。本実施態様も第一実施態様と同様、図１に示すように、処理膜形成工程Ｓ１、熱処理工程Ｓ２、再加熱工程Ｓ３、及び除去工程Ｓ４を含む。なお、本実施形態において、第一実施態様と同一の部分については説明を省略する。
【００３４】
第二実施態様は、処理膜形成工程Ｓ１において、シリコンウェーハ１の表面に陽極化成を施すことによって処理膜として多孔質膜３を形成させる点で第一実施態様と異なる。多孔質膜３は、単位面積当たりの表面積がシリコンウェーハ１よりも大きな膜であり、このような膜をシリコンウェーハ１に形成したとしても、実質的にシリコンウェーハ１の厚さを減じることがない。本実施態様では、図２に示すように多孔質膜３をウェーハの表面に形成する。
【００３５】
多孔質膜３を形成するための陽極化成は公知の方法により行うことができる。例えば、純度４６％の弗酸と純度９９．５％のエタノールとを１：１で混合した溶液中で、処理対象となるウェーハ１を陽極とし、ウェーハ１に対向して設置された白金電極を陰極として、１０Ｖで２０ｍＡ／ｃｍ２〜１５０ｍＡ／ｃｍ２の電流をかける方法が挙げられる。
【００３６】
陽極化成が施されたウェーハ１の表面は、黒色から褐色の多孔質膜３が形成される。陽極化成は、局所的な電気化学溶解反応によりウェーハ１の表面を多孔質化するものであり、ウェーハ１の表面全体を均一に溶解させるものではない。したがって、ウェーハ１の厚さは、陽極化成を施されても実質的に変化しない。なお、陽極化成によりウェーハ１の表面に形成された多孔質膜３は、上述の多結晶シリコン膜２を形成した場合と違い、ウェーハ１の表面に新たな膜として成膜されたものではないが、このような多孔質膜３であっても本発明にいう処理膜に含まれる。
【００３７】
［第二実施態様の効果］
本実施態様でウェーハ１の表面に処理膜として形成された多孔質膜３は、単位面積当たりの表面積がウェーハ１よりも大きいので、熱処理工程Ｓ２において、ウェーハ１への空孔注入効率を向上させることができる。また、多孔質膜３の中に多くの空隙を有するので、比較的小さな力で研磨するだけで膜が破壊され、速やかに除去される。したがって、第一実施態様のときと同様に、研磨加工に要するエネルギーや時間を低減することができる。
【００３８】
＜第三実施態様＞
次に、本発明の第三実施態様について説明する。本実施態様も第一実施態様及び第二実施態様と同様、図１に示すように、処理膜形成工程Ｓ１、熱処理工程Ｓ２、再加熱工程Ｓ３、及び除去工程を含む。なお、本実施態様において、第一実施態様及び第二実施態様と同一の部分については説明を省略する。
【００３９】
第三実施態様は、図３に示すように、シリコンウェーハ１の表面及び裏面に処理膜として多結晶シリコン膜２を形成させるものである。このように多結晶シリコン膜２をウェーハ１の表面及び裏面に形成させることによって、熱処理工程Ｓ２においてウェーハ１への空孔の注入効率を高めることができる。
【００４０】
［第三実施態様の効果］
ウェーハ１に形成された多結晶シリコン膜２は、除去工程Ｓ４において研磨加工により除去される。この際、ウェーハ１の表面及び裏面の両方について多結晶シリコン膜２を除去してもよいし、ウェーハ１の表面だけ多結晶シリコン膜２を除去してもよい。多結晶シリコン膜２は、それ自身がゲッタリング能力を有するので、除去工程Ｓ４において、ウェーハ１の表面だけ多結晶シリコン膜２を除去すれば、ウェーハ１の裏面に残された多結晶シリコン膜２によるゲッタリング効果を期待できる。この場合、ウェーハ１のゲッタリング能力は、ウェーハ１の内部に存在するＢＭＤによるゲッタリング能力と、ウェーハ１の裏面に存在する多結晶シリコン膜２のゲッタリング能力との組合せになる。したがって、ウェーハ１全体のゲッタリング能力を高めるという効果を奏する。
【００４１】
＜第四実施態様＞
次に、本発明の第四実施態様について説明する。本実施態様も第一〜第三実施態様と同様、図１に示すように、処理膜形成工程Ｓ１、熱処理工程Ｓ２、再加熱工程Ｓ３、及び除去工程Ｓ４を含む、なお、本実施態様において、第一〜第三実施態様と同一の部分については説明を省略する。また、第四実施形態においても、第一〜第三実施形態と同様の効果が奏される。
【００４２】
第四実施態様は、図３に示すように、シリコンウェーハ１の表面及び裏面に陽極化成を施すことによって処理膜として多孔質膜３を形成させるものである。
【００４３】
以上、本発明の実施態様について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、以上の実施態様に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【００４４】
例えば、除去工程Ｓ４において、上記実施態様では研磨加工により多結晶シリコン膜２又は多孔質膜３を除去していたが、研磨加工に代えてエッチング加工によりこれらを除去してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第一から第四実施態様についての工程フロー図である。
【図２】本発明の第一及び第二実施態様を示す断面図である。
【図３】本発明の第三及び第四実施態様を示す断面図である。
【図４】本発明のシリコンウェーハの製造方法を実施するために使用される枚葉式の熱処理炉の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    シリコンウェーハ
２    多結晶シリコン膜
３    多孔質膜
１０  熱処理炉
１１  サセプタ
１２  反応室
Ｇ    雰囲気ガス
【図１】
2010034475.tif 000003
【図２】
2010034475.tif 000004
【図３】
2010034475.tif 000005
【図４】
2010034475.tif 000006