(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理シリコンウェーハに熱処理を施すことにより、表層に無欠陥領域を有するシリコンウェーハを製造する方法であって、
前記被処理シリコンウェーハを上方から加熱する第１の熱源により、前記被処理シリコンウェーハの上側の表層のみに１３００℃以上、シリコン融点以下の温度で、０．０１ｍｓｅｃ以上、１００ｍｓｅｃ以下の第１の急速熱処理を行う工程Ａと、前記被処理シリコンウェーハを加熱する第２の熱源による第２の急速熱処理により、前記被処理シリコンウェーハを１１００℃以上、１３００℃未満の温度で１秒以上、１００秒以下保持し、３０℃／ｓｅｃ以上、１５０℃／ｓｅｃ以下の降温速度で降温する工程Ｂとを有し、
前記工程Ｂの最中に前記工程Ａを行い、かつ、前記工程Ｂにおいては前記第２の熱源により前記被処理シリコンウェーハを下方から加熱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】
前記第１の熱源としてキセノンランプを用い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の製造方法。
【請求項３】
前記第２の熱源としてハロゲンランプを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記被処理シリコンウェーハを、チョクラルスキー法により育成された酸素濃度が７ｐｐｍａ以上２０ｐｐｍａ以下のシリコン単結晶インゴットから切り出したものとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記被処理シリコンウェーハを、チョクラルスキー法により育成された窒素濃度が１×１０１１〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のシリコン単結晶インゴットから切り出したものとすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記被処理シリコンウェーハを、チョクラルスキー法により育成された炭素濃度が１×１０１６〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のシリコン単結晶インゴットから切り出したものとすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記被処理シリコンウェーハを、チョクラルスキー法により育成された半径方向全面がＮ領域のシリコン単結晶インゴットから切り出したものとすることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に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、酸化膜耐圧が高く、かつウェーハ内部には高密度に酸素析出物を形成することができるシリコン単結晶ウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの材料となるシリコン単結晶ウェーハ（以下シリコンウェーハともいう）は、一般的にチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  Ｍｅｔｈｏｄ：以下ＣＺ法ともいう）によりシリコン単結晶を成長させ、得られたシリコン単結晶を切断、研磨等の加工工程を施すことにより作製することができる。
【０００３】
このようにＣＺ法で育成されたシリコン単結晶は、熱酸化処理（例えば１１００℃×２時間）を受けた時にリング状に発生するＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）と呼ばれる酸化誘起積層欠陥を生じることがある。ＯＳＦ以外にも結晶育成時に形成され、デバイス性能に悪影響を及ぼす微細欠陥（以下Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥という）が存在することが明らかになってきた。
【０００４】
そこで、近年これらの欠陥をできるだけ少なくしたウェーハを得るための単結晶の製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図４は特許文献１に開示されている方法により単結晶育成時の引上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリコン融点から１３５０℃までの温度範囲における引上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、Ｖ／Ｇを変化させて単結晶を育成した場合の引上げ速度と欠陥発生分布の関係を示している。
【０００６】
一般に、単結晶内の温度分布ＧはＣＺ炉内の構造（以下ホットゾーンという）に依存しており、引上げ速度を変えてもその分布は殆ど変わらないことが知られている。このため、同一構造のＣＺ炉の場合はＶ／Ｇは引上げ速度の変化にのみに対応することになる。すなわちＶとＶ／Ｇは近似的には正比例の関係がある。従って、図４の縦軸には引上げ速度Ｖを用いている。
【０００７】
Ｖが比較的高速な領域ではベーカンシー（Ｖａｃａｎｃｙ：以下Ｖａという）と呼ばれる空孔型点欠陥が集合したＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）やＦＰＤ（Ｆｌｏｗ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｄｅｆｅｃｔ）と呼ばれる空孔型のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が結晶径全域に存在し、Ｖ−Ｒｉｃｈ領域と呼ばれている。
【０００８】
そして、少しＶが遅くなると、結晶の周辺からＯＳＦがリング状に発生し、Ｖが低下するにしたがってＯＳＦは中心に向かってシュリンクしていき、ついには結晶中心でＯＳＦは消滅する。
【０００９】
さらにＶを遅くすると、Ｖａやインタースティシャルシリコン（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ  Ｓｉｌｉｃｏｎ：以下Ｉという）と呼ばれる格子間型の点欠陥の過不足が少ないニュートラル（Ｎｅｕｔｒａｌ：以下Ｎという）領域が存在する。このＮ領域はＶａやＩの偏りはあるが飽和濃度以下であるため、欠陥としては存在しない、あるいは現在の欠陥検出方法では欠陥の存在が認められないことが判明してきた。このＮ領域はＶａが優勢なＮｖ領域とＩが優勢なＮｉ領域に分別される。
【００１０】
更にＶを遅くするとＩが過飽和となり、その結果Ｉが集合した転位ループと考えられるＬ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：格子間転位ループの略語、ＬＳＥＰＤ、ＬＥＰＤ等）の欠陥が低密度に存在し、Ｉ−Ｒｉｃｈ領域と呼ばれている。
【００１１】
Ｖ−Ｒｉｃｈ領域、ＯＳＦ領域、Ｉ−Ｒｉｃｈ領域に存在するＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥がウェーハ表面に出現するとデバイスのＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を形成した場合に酸化膜の耐圧を低下させるなど、デバイス特性に悪影響を及ぼすためウェーハ表層にはこのような欠陥が存在しないことが望まれている。
【００１２】
ところで、シリコンウェーハには通常７〜１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＪＥＩＴＡ：日本電子工業振興協会による換算係数を使用）程度の酸素が過飽和状態で含まれている。そのため、シリコンウェーハ中にはＧｒｏｗｎ−ｉｎの酸素析出核が多量に存在しており、デバイスプロセス等で熱処理が施されると、シリコンウェーハ内の過飽和な酸素が酸素析出物として析出したり、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎの酸素析出核が成長したりして顕在化する。この様な酸素析出物はＢＭＤ（Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ）と呼ばれる。
【００１３】
このＢＭＤはデバイス活性領域以外のバルクに存在すると、デバイスプロセス中に混入した金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトとして機能するため有効であるが、デバイス活性領域であるシリコン基板表面に発生すると、接合リーク等のデバイス特性に悪影響を及ぼすことが知られている。そのため、シリコンウェーハの製造においては、ウェーハのバルク中にＢＭＤを形成するとともに、デバイス活性領域であるウェーハ表面近傍はＢＭＤやＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しない無欠陥領域（Ｄｅｎｕｄｅｄ  Ｚｏｎｅ；以下ＤＺ層ともいう）を有するウェーハが求められている。
【００１４】
近年これらの要求に対して、ＶａやＩの凝集体が存在しないＮ領域の単結晶から切り出して、全面Ｎ領域からなるシリコン基板をＲＴＡ処理（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：急速加熱・急速冷却熱処理）する方法が特許文献１では提案されている。なお、ＲＴＡ処理はＲＴＰ処理（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）ともいう。このＲＴＡ処理とは、シリコンウェーハにＮ２またはＮＨ３等の窒化物形成雰囲気、あるいはこれらのガスとＡｒ、Ｈ２等の窒化物非形成雰囲気との混合ガス雰囲気中で、例えば５０℃／ｓｅｃといった昇温速度で室温より急速昇温し、１２００℃前後の温度で数十秒程度加熱保持した後、例えば５０℃／ｓｅｃといった降温速度で急速に冷却することを特徴とする熱処理方法である。
【００１５】
ＲＴＡ処理後に酸素析出熱処理を行うことによって、ＢＭＤが形成されるメカニズムについては、特許文献１や特許文献２に詳細に記述されている。
【００１６】
ここで、ＢＭＤ形成メカニズムについて簡単に説明する。
まず、ＲＴＡ処理では、例えばＮ２雰囲気中で１２００℃という高温保持中にウェーハ表面よりＶａの注入が起こり、１２００℃から７００℃の温度範囲を例えば５℃／ｓｅｃという降温速度で冷却する間にＶａの拡散による再分布とＩとの消滅が起きる。その結果、バルク中にはＶａが不均一に分布した状態になる。
【００１７】
このような状態のウェーハを例えば８００℃で熱処理すると高いＶａ濃度の領域では酸素が急速にクラスター化するが、低いＶａ濃度の領域では酸素のクラスター化が発生しない。
【００１８】
この状態で、次いで例えば１０００℃で一定時間熱処理すると、クラスター化した酸素が成長してＢＭＤが形成される。このようにＲＴＡ処理後のシリコンウェーハに酸素析出熱処理が施されると、ＲＴＡ処理で形成されたＶａの濃度プロファイルに従って、ウェーハ深さ方向に分布を有するＢＭＤを形成することになる。
【００１９】
従って、ＲＴＡ処理の雰囲気や最高温度、保持時間等の条件を制御して行うことにより、シリコンウェーハに所望のＶａ濃度プロファイルを形成し、その後得られたシリコンウェーハに酸素析出熱処理を行うことで、所望の深さ方向のＢＭＤプロファイルを有するシリコンウェーハを製造する。
【００２０】
また、特許文献３には、酸素ガス雰囲気中でＲＴＡ処理すると表面に酸化膜が形成され、酸化膜界面からＩが注入されるためＢＭＤ形成が抑制されることが開示されている。このように、ＲＴＡ処理は雰囲気ガス、最高保持温度等の条件により、ＢＭＤ形成を促進することも、逆に抑制することも可能である。このようなＲＴＡ処理は極めて短時間アニールであるため、酸素の外方拡散が殆ど発生せず、表層での酸素濃度の低下は無視できるほどである。
【００２１】
特許文献１の場合は、材料となるシリコン基板中にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しないため、ＲＴＡ処理しても問題ないように考えられるが、全面がＮ領域のシリコン基板を準備しＲＴＡ処理を行った後、酸化膜の長期信頼性を示す経時破壊特性であるＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）特性を測定すると、シリコン基板のＮｖ領域において酸化膜信頼性のひとつであるＴＺＤＢ（Ｔｉｍｅ  Ｚｅｒｏ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）特性は殆ど低下しないが、ＴＤＤＢ特性が低下する場合があるという不具合があった。
【００２２】
また、全面Ｎ領域からなるシリコン基板に１３００℃以上の高温ＲＴＡ処理を施す方法が特許文献４に提案されている。この方法では、温度が高いためＴＤＤＢ特性の劣化要因となる大きなサイズの酸素析出物を溶解させることができ、良好なＴＤＤＢ特性を得ることができる。また、Ｖａの拡散にともなったＢＭＤプロファイルを有するシリコンウェーハを製造することができる。しかし、ＲＴＡ処理装置内のウェーハを支持するためのピンとシリコンウェーハの温度差が大きいためピン部の周囲に強い応力が発生し、スリップが発生する場合があるという不具合があった。
【００２３】
また、特許文献５には、表層にＤＺ層を形成する他の方法が開示されている。これは、光パルスをウェーハ表面から１−５秒程度照射して表面を１０００℃程度に加熱し、ウェーハ裏面はヒートシンクに固定して９００℃未満の温度に維持することにより、ウェーハ表面から裏面に向かって温度分布を減少させ、表面付近にＤＺ層を形成する方法である。しかし、このような方法では、ウェーハの裏面をヒートシンクと接触させる必要があるため、接触部分で傷や汚れが発生しやすく、ヒートシンクの部材からの汚染を受ける可能性があるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２００１−２０３２１０号公報
【特許文献２】特表２００１−５０３００９号公報
【特許文献３】特開２００３−２９７８３９号公報
【特許文献４】特開２０１２−１７５０２３号公報
【特許文献５】特表２００１−５１７８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、酸素析出熱処理等によってウェーハのバルク領域には高密度にＢＭＤを形成し高いゲッタリング特性を付与すると同時に、ウェーハ表層においてのみ単結晶育成段階で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥や酸素析出核を消滅させることによって、ＴＤＤＢ特性の良好なシリコン単結晶ウェーハを製造することができるシリコンウェーハ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】
【００２６】
上記目的を達成するために、本発明では、被処理シリコンウェーハに熱処理を施すことにより、表層に無欠陥領域を有するシリコンウェーハを製造する方法であって、
前記被処理シリコンウェーハを上方から加熱する第１の熱源により、前記被処理シリコンウェーハの上側の表層のみに１３００℃以上、シリコン融点以下の温度で、０．０１ｍｓｅｃ以上、１００ｍｓｅｃ以下の第１の急速熱処理を行う工程Ａと、前記被処理シリコンウェーハを加熱する第２の熱源による第２の急速熱処理により、前記被処理シリコンウェーハを１１００℃以上、１３００℃未満の温度で１秒以上、１００秒以下保持し、３０℃／ｓｅｃ以上、１５０℃／ｓｅｃ以下の降温速度で降温する工程Ｂ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を提供する。
【００２７】
このような製造方法であれば、第１の熱源による工程Ａにより表層のみのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥及び酸素析出核を溶解させ良好なＴＤＤＢ特性を実現すると同時に、第２の熱源による工程Ｂによりバルク中に空孔を凍結させることができる。このため、酸素析出熱処理等により、バルク領域に高密度にＢＭＤを形成することができる。
【００２８】
また、前記工程Ｂの最中に前記工程Ａを行い、かつ、前記工程Ｂにおいては前記第２の熱源により前記被処理シリコンウェーハを下方から加熱することができる。
【００２９】
このような製造方法であれば、ウェーハの急速熱処理に使用する装置を１つにすることができ簡便である。また、工程Ｂによりウェーハが加熱保持されている中、工程Ａを行うので、該工程Ａで表層をより確実に１３００℃以上に加熱することができる。
【００３０】
一方、前記工程Ａ及び前記工程Ｂを別々に行うこともできる。
【００３１】
このような製造方法であれば、工程Ａと工程Ｂで加熱雰囲気を変えることができる。
【００３２】
また、前記第１の熱源としてキセノンランプを用いることが好ましい。
【００３３】
第１の熱源としてこのような熱源を用いることによって、１３００℃以上の高温に、より容易に急速に加熱することができ、また、ウェーハ表層の面内方向を均一に加熱することができる。
【００３４】
また、前記第２の熱源としてハロゲンランプを用いることが好ましい。
【００３５】
第２の熱源としてこのような熱源を用いることによって、第２の急速熱処理を容易に行うことができる。
【００３６】
また、前記被処理シリコンウェーハを、チョクラルスキー法により育成された酸素濃度が７ｐｐｍａ以上２０ｐｐｍａ以下のシリコン単結晶インゴットから切り出したものとすることが好ましい。
【００３７】
このような被処理シリコンウェーハであれば、酸素析出核の量が多すぎたり、サイズが大きすぎたりすることなく、より確実に表層の酸素析出核を消滅させることができる。また、第１の急速熱処理及び第２の急速熱処理によってＤＺ層が形成された後、デバイス工程の熱処理で酸素が容易に再析出し、先に形成したＤＺ層に新たにＢＭＤが発生してしまうのを効果的に防ぐことができる。一方で、バルク領域において、十分に酸素析出核を成長させてゲッタリング機能を有するＢＭＤを形成することが可能である。
【００３８】
また、前記被処理シリコンウェーハを、チョクラルスキー法により育成された窒素濃度が１×１０１１〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のシリコン単結晶インゴットから切り出したものとすることが好ましい。
【００３９】
このような被処理シリコンウェーハであれば、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズを小さくすることができ、そのため窒素ドープしない場合よりもより確実に表層領域の欠陥を消滅させて高い酸化膜耐圧を得ることが可能である。また、窒素の含有により、ウェーハ強度を増すことができ、熱処理時のスリップ発生を好適に防止することができる。さらには、ＢＭＤ形成が促進されることから、ＢＭＤの制御範囲を増やすことができる。
【００４０】
また、前記被処理シリコンウェーハを、チョクラルスキー法により育成された炭素濃度が１×１０１６〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のシリコン単結晶インゴットから切り出したものとすることが好ましい。
【００４１】
このような被処理シリコンウェーハであれば、表層のみの熱処理である第１の急速熱処理、及び第２の急速熱処理の後、デバイス工程での熱処理で、よりバルク領域でＢＭＤが形成されやすく、ゲッタリング能力がより高いデバイスを形成することが可能である。さらにはスリップの発生を効果的に抑止することができる。
【００４２】
また、前記被処理シリコンウェーハを、チョクラルスキー法により育成された半径方向全面がＮ領域のシリコン単結晶インゴットから切り出したものとすることが好ましい。
【００４３】
このようなシリコンウェーハには、ＣＯＰやＯＳＦ核といったＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は存在せず、そのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥より低温／短時間で消滅させることができる酸素析出核のみが存在するため、良好なＴＤＤＢ特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明のシリコンウェーハの製造方法であれば、酸化膜耐圧が高いものであり、かつ、酸素析出熱処理等によって、バルク中に高密度のＢＭＤを形成し得るシリコン単結晶ウェーハを製造することができる。また、本発明では、例えば前述した従来法のように、加熱時に裏面をヒートシンクに接触させる必要はなく、汚染や傷が少なく、デバイス特性がより高いものを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のシリコンウェーハの製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明のシリコンウェーハの製造方法に使用できる単結晶引上げ装置の一例を示す概略図である。
【図３】本発明のシリコンウェーハの製造方法に使用できる熱処理装置の一例を示す概略図である。
【図４】引上げ速度に対する結晶欠陥の変化の様子を説明する説明図である。
【図５】実施例と比較例１、２におけるＴＤＤＢの測定結果であり、（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例１、（ｃ）は比較例２の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００４７】
上記のように、シリコンウェーハの製造においては、ウェーハのバルク領域にゲッタリングサイトとなるＢＭＤを形成するとともに、酸化膜耐圧を高くする必要がある。
【００４８】
酸化膜耐圧が良く、高いＢＭＤ密度を有するシリコンウェーハを得るため、従来の方法として、例えば高温ＲＴＡ処理による方法が挙げられる。例えば特許文献４に開示されている方法により、１３００℃以上の高温ＲＴＡ処理を施す方法が考えられる。この方法の場合は、酸化膜耐圧を劣化させる要因となる大きなサイズの酸素析出物を溶解させることができるため、良好な酸化膜耐圧を得ることができる。また、Ｖａの注入により高い密度でＢＭＤを形成することができる。
【００４９】
しかしながら、本発明者らが鋭意検討した結果、特許文献４に開示されている方法では、ＲＴＡ処理の温度が高いためスリップが発生する場合があることを見出した。さらに鋭意検討の結果、１２００℃以下のＲＴＡ処理ではスリップは発生しないものの高い酸化膜耐圧は得られないことを見出した。
【００５０】
本発明者らは、以上のような問題について検討を重ねた結果、異なる二種類の急速熱処理を行う、特に、表層とバルクを異なる温度で加熱することにより、これらの問題を解決できると考え、本発明を完成させた。
【００５１】
以下、本発明のシリコンウェーハの製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５２】
図１に、本発明のシリコンウェーハの製造方法の実施手順の一例をフローチャートにして示す。
【００５３】
まず、実施手順の全体の流れについて述べる。最初に、被処理シリコンウェーハの準備を行う。ここで準備するシリコンウェーハは特に限定されるものではないが、本発明の製造方法によって所望の品質のシリコンウェーハが得られやすいように、予め処理するシリコンウェーハの品質を決定しておくことができる。
【００５４】
上記のように、被処理シリコンウェーハを所望の品質（ＢＭＤやＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥等）となるようにする方法としては、例えば、被処理シリコンウェーハの基となるシリコン単結晶インゴットをチョクラルスキー法によって引上げるときの各条件を調節することが挙げられる。
【００５５】
次に、図１に示すように、この得られた被処理シリコンウェーハに対し、熱処理を施すことにより、表層に無欠陥領域を有し、かつ、ゲッタリング能力を付与することができるシリコンウェーハを製造する。本発明のシリコンウェーハの製造方法では、少なくとも、以下に示す工程Ａ及び工程Ｂを行う。工程Ａは、被処理シリコンウェーハを上方から加熱する第１の熱源により、被処理シリコンウェーハの上側の表層のみに１３００℃以上、シリコン融点以下の温度で、０．０１ｍｓｅｃ以上、１００ｍｓｅｃ以下の第１の急速熱処理を行う工程である。工程Ｂは、被処理シリコンウェーハを加熱する第２の熱源による第２の急速熱処理により、被処理シリコンウェーハを１１００℃以上、１３００℃未満の温度で１秒以上、１００秒以下保持し、３０℃／ｓｅｃ以上、１５０℃／ｓｅｃ以下の降温速度で降温する工程である。このような工程Ａ及び工程Ｂを行うことにより、被処理シリコンウェーハの表層を無欠陥化することができる。従って、本発明であれば、酸化膜耐圧が高く、バルク中に高密度のＢＭＤを形成し得るシリコンウェーハを製造することができる。
【００５６】
上記の工程Ａは工程Ｂの最中に行うことができる。例えば、工程Ａは工程Ｂにおける上記温度での保持中に行うことができる。このようにすれば、より確実に工程Ａで１３００℃以上に表層を加熱できる。この場合、工程Ｂにおいては第２の熱源により被処理シリコンウェーハを下方から加熱する。
また、これら工程Ａ及び工程Ｂは別々に行うこともできる。この場合、工程Ａと工程Ｂの順番は特に限定されない。
【００５７】
ここで、被処理シリコンウェーハを切り出すシリコン単結晶を製造することができる装置及び被処理シリコンウェーハに熱処理を施すことができる装置について、それぞれ例を挙げて説明する。
【００５８】
図２は本発明のシリコンウェーハの製造方法に使用できる単結晶引上げ装置の一例を示す概略図である。チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げるにあたっては、例えば図２のような単結晶引上げ装置を使用することができる。図２に示すように、この単結晶引上げ装置１は、引上げ室２と、引上げ室２中に設けられたルツボ３と、ルツボ３の周囲に配置されたヒータ４と、ルツボ３を回転させるルツボ保持軸５及びその回転機構（図示せず）と、シリコンの種結晶６を保持するシードチャック７と、シードチャック７を引上げるワイヤ８と、ワイヤ８を回転又は巻き取る巻取機構（図示せず）を備えて構成されている。また、ヒータ４の外側周囲には断熱材９が配置されている。シリコン単結晶１０は、原料のシリコン融液１１からワイヤ８によって引上げられている。
【００５９】
次に、上記のような単結晶引上げ装置１によって引上げられたシリコン単結晶１０を切り出したシリコンウェーハに熱処理を施すための装置について述べる。図３は本発明のシリコンウェーハの製造方法に使用できる熱処理装置の一例を示す概略図である。図３に示す熱処理装置（以下ＦＬＡ装置ともいう）は、石英からなるチャンバー１２を有し、このチャンバー１２内でシリコンウェーハ１９を熱処理するようになっている。
【００６０】
また、図３に示すＦＬＡ装置において、第１の急速熱処理は、チャンバー上部に配置されるＸｅフラッシュランプ（キセノンランプ）１３によって行う。第２の急速熱処理は、チャンバー下部に配置されるハロゲンランプ１４によって行う。この場合、第１の急速熱処理は極めて短時間のフラッシュランプアニール（ＦＬＡ：急速昇降温熱処理）である。従って、図３に示すＦＬＡ装置であれば、第２の急速熱処理中（特に、ＲＴＡの高温保持中）に第１の急速熱処理であるＦＬＡを行うことができる。なお、第１の熱源、第２の熱源、第１の急速熱処理及び第２の急速熱処理はこれらに限定されず、別々に行うこともできる。
【００６１】
オートシャッター１５には、ゲートバルブによって開閉可能に構成される不図示のウェーハ挿入口が設けられている。そして、シリコンウェーハ１９は石英トレイ１６に形成された支持部１７の上に配置される。また、チャンバー１２には不図示の温度測定用特殊窓が設けられており、チャンバー１２の外部に設置されたパイロメータ１８により、その特殊窓を通してシリコンウェーハ１９の温度を測定することができる。このように、上記の単結晶引上げ装置、熱処理装置はいずれも従来と同様のものとすることができ、特にその構成は限定されるものではない。
【００６２】
以下、図１のフローチャートの各工程についてさらに詳述する。前述したように、まず、被処理シリコンウェーハの準備をする。本発明の製造方法における第１の急速熱処理では、後述のように、この被処理シリコンウェーハの上側の表層のみを加熱してＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消去するため、低温、短時間で欠陥を消去できるように、被処理シリコンウェーハの準備段階において、その品質を決定しておくと良い。
【００６３】
例えば、図２に示す単結晶引上げ装置１を用いてシリコン単結晶を引上げるとき、引上げ速度Ｖを変化させることによりＶ／Ｇを調整して（ホットゾーンの変更によってＧを変更することによりＶ／Ｇを調整しても良い）、引上げる単結晶を半径方向全面がＮ領域の単結晶とすることが可能である。当然、これから切り出したシリコンウェーハは、半径方向全面がＮ領域となり、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しないものとすることができる。
【００６４】
このＮ領域のシリコンウェーハには酸素析出核のみが存在することになり、これは比較的低温の熱処理で消滅させることができるため、ＤＺ層の形成に要するコストや処理時間を一層低減することができる。これは、汚染の低減やスリップ発生の抑制にも効果的である。
【００６５】
ここで、このシリコン単結晶中の酸素濃度を７ｐｐｍａ以上２０ｐｐｍａ以下とすることが好ましい。このように、酸素濃度が７ｐｐｍａ以上であれば、単結晶及びこれから切り出したシリコンウェーハ中にＧｒｏｗｎ−ｉｎの酸素析出核が適度に存在しているため、デバイス工程における熱処理で酸素析出核が成長してＢＭＤが形成され、ゲッタリング機能を備えることができる。
【００６６】
そして、酸素濃度が２０ｐｐｍａ以下であるので、結晶育成時に形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥や酸素析出核のサイズが必要以上に大きくなることもなく、より確実に表層の酸素析出核を消滅させることができる。また、もともとの酸素の過飽和度が大きすぎることもないため、第１の急速熱処理によって表層の酸素析出核を消滅させれば、デバイス工程で熱処理を施しても、酸素が再析出して表面にＢＭＤが出現してしまうのを効果的に防ぐことができる。
【００６７】
このように、酸素濃度は通常のデバイス熱処理では新たな酸素析出核が形成しないような上記範囲が好ましい。より好ましくは１５ｐｐｍａ以下であると良い。
【００６８】
また、窒素濃度が１×１０１１〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のシリコン単結晶とすることが好ましい。このように、窒素を上記の濃度で含有させることにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズを小さくできるため、窒素ノンドープの場合よりもより確実に表層の欠陥を消滅させることができるため有効である。また、窒素を含有させることにより、ＢＭＤ形成が促進される点やウェーハの機械的強度が強くなることも知られており、熱処理時のスリップ発生を抑制できるとともにバルク中のＢＭＤの制御範囲を増やすことができるという利点もある。
【００６９】
そして、炭素濃度が１×１０１６〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のシリコン単結晶とすることが好ましい。このように、炭素を上記の濃度で含有させれば、デバイス工程の熱処理でよりＢＭＤが形成されやすくなることが知られており有利である。また酸素がスリップなどの転位を固着する際に炭素が触媒として働き、スリップを抑制することができる。
【００７０】
なお、これらの濃度の調整は従来と同様の方法を用いて行うことができる。例えば窒素濃度であれば、チョクラルスキー法において窒素ドープされたシリコンウェーハ等をルツボ内の原料に投入してその濃度を調整することができる。
【００７１】
また、前述したように、半径方向全面がＮ領域のシリコン単結晶とすることが好ましい。このようなＮ領域単結晶インゴットから切り出したシリコンウェーハには、ＣＯＰやＯＳＦ核といったＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は存在せず、そのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥より低温で消滅させることができる酸素析出核のみが存在する。このため、表層を無欠陥化させる本発明において、熱処理のコストを低減するのに効果的である。また、より低温で処理できるため汚染の低減やスリップの面でも有利である。
【００７２】
このようにしてＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥や酸素濃度等を調整して引上げられたシリコン単結晶を切り出し、これを被処理シリコンウェーハとして用いることができる。
【００７３】
次に、このようにして得られた被処理シリコンウェーハに工程Ａ及び工程Ｂを含む熱処理を施す。工程Ａ、Ｂは急速熱処理である。工程Ａ及び工程Ｂにおける急速熱処理条件は上述した通りであるが、以下、さらに詳述する。工程Ａを行うことで、ＴＤＤＢ特性の劣化要因となる大きなサイズの酸素析出物を溶解させることができる。このとき、１３００℃以上となる加熱時間が極めて短いため、裏面側（ウェーハの下側）の温度上昇が少なく、スリップの発生を抑制することができる。上述した条件で工程Ｂを行うことにより、ウェーハのバルク中に空孔を凍結でき、その結果高いＢＭＤ密度を得ることができる。
【００７４】
この際、第１の熱源を有する装置と第２の熱源を有する装置をそれぞれ用意することにより、工程Ａ及び工程Ｂを別々に行うことができる。この場合、工程Ａと工程Ｂで加熱雰囲気を変えることができる。また、第１の熱源及び第２の熱源を有する装置、例えば図３に示すＦＬＡ装置を用意することにより、工程Ｂの最中に工程Ａを行うことができる。この場合、ウェーハの製造に使用する装置を１つにすることができる。
【００７５】
このとき第１の熱源としては、レーザーアニール装置などを用いることもできるが、キセノン等の希ガスを封入したフラッシュランプ、特にはＸｅフラッシュランプを用いることが好ましい。この場合、後述するような１３００℃以上の温度により容易に加熱できるし、ウェーハの面内方向の全体を均一に加熱することができる。
【００７６】
また、第２の熱源としては、ハロゲンランプを用いることができる。これにより、第２の急速熱処理を容易に行うことができる。
【００７７】
ここで、第１の熱源による加熱温度（特に、加熱における最高温度）は、１３００℃以上、シリコンの融点（１４１２℃）以下に設定する。第１の熱源の加熱温度が１３００℃未満の場合、表層のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥及び酸素析出核を十分に溶解させることができない。第１の熱源の加熱温度がシリコンの融点を超えると、被処理シリコンウェーハが変形する恐れがある。
【００７８】
また、第１の熱源による加熱時間（フラッシュランプアニールの工程Ａにおける全照射時間）は、０．０１ｍｓｅｃ以上、１００ｍｓｅｃ以下に設定する。第１の熱源の加熱時間が０．０１ｍｓｅｃ未満の場合、ウェーハ上側（表側）の表層のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥及び酸素析出核を十分に溶解させることができない。また、第１の熱源の加熱時間が１００ｍｓｅｃを超えると、スリップが発生する恐れがある。なお、第１の熱源の加熱時間は、ウェーハ裏面の昇温を避けるために、特には２０ｍｓｅｃ以下とすることが好ましい。
【００７９】
また、第２の熱源による加熱温度は、１１００℃以上、１３００℃未満に設定する。第２の熱源による加熱温度が１１００℃未満であると、Ｖａを注入できずＢＭＤ密度を熱処理前よりも高くすることができなくなってしまう。また、第２の熱源による加熱温度が１３００℃以上であると、ウェーハにスリップが入ってしまう。なお、第２の熱源の加熱温度は、ＢＭＤを高密度で形成するために、特には１１５０℃以上とすることが好ましい。
【００８０】
第２の熱源による加熱時間は、１秒以上、１００秒以下に設定する。第２の熱源の加熱時間が１秒未満の場合、インゴットの引き上げ段階で形成された酸素析出核を成長させることができない。第２の熱源の加熱時間が１００秒を超えると生産性が低下する。
【００８１】
第２の急速熱処理における降温速度は、３０℃／ｓｅｃ以上、１５０℃／ｓｅｃ以下に設定する。急速降温を行う際の降温速度が３０℃／ｓｅｃ未満の場合、ウェーハ中に空孔を凍結させることができず、高い密度でＢＭＤを形成することができない。また、降温速度が１５０℃／ｓｅｃより速い場合には、急速冷却によりスリップが発生する場合がある。
【００８２】
なお、第２の急速熱処理における昇温速度は、例えば、３０℃／ｓｅｃ以上、７０℃／ｓｅｃ以下とすることができる。
【００８３】
上記の条件で熱処理を行うことにより、ＴＤＤＢ良品率が例えば９０％以上で、かつデバイス熱処理等で高密度のＢＭＤを形成し得るウェーハを得ることができる。
【００８４】
また、第１の急速熱処理及び第２の急速熱処理を、アルゴン、水素、ヘリウムあるいはこれらの混合ガスの非酸化性雰囲気中で行うことができる。このように第１の急速熱処理（表層領域の熱処理）及び第２の急速熱処理を非酸化性雰囲気中で行う場合、表面の酸素の平衡濃度が酸化性雰囲気より低いため、酸素の外方拡散が効率的になる。この結果、表面近傍の酸素濃度を低くすることができ、より早く固溶限以下となるため酸素析出核やＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥がさらに消滅しやすくなるので、特に極表層での品質の向上を図ることができる。また、第１の急速熱処理及び第２の急速熱処理における熱処理雰囲気が水素の場合は、その還元作用により、さらに酸素析出物に起因する欠陥を溶解しやすくなるため、より表面の品質向上を図ることができる。
【００８５】
また、第１の急速熱処理及び第２の急速熱処理を、窒素、アンモニアを含む窒化膜形成雰囲気中で行うことができる。このように、第１の急速熱処理及び第２の急速熱処理を窒化膜形成雰囲気中で行う場合、特許文献２に記載されているように、ウェーハ内部に空孔が効率よく注入され、注入された空孔が酸素析出を促進することが知られている。このように空孔注入により酸素析出が促進すると同時に、さらには加熱中のＧｒｏｗｎ−ｉｎ酸素析出核の消滅が抑制される。すなわち、このような窒化膜形成雰囲気ではなく、空孔注入を伴わない雰囲気で加熱した場合と比較して、ＤＺ層の幅が必要以上に拡くなるのを防ぎ、狭くすることができる。ＤＺ層が狭く、ＢＭＤを有するバルクがデバイス領域に近くなると、デバイスプロセス中に混入した金属不純物がゲッタリングサイトであるＢＭＤに到達するまでの拡散距離が短くなり、効率良く金属不純物をゲッタリングすることができる。
【００８６】
一方、第１の急速熱処理及び第２の急速熱処理を、酸素を含む酸化雰囲気中で行うことができる。このように、第１の急速熱処理及び第２の急速熱処理を酸化雰囲気中で行う場合、インタースティシャルＳｉ（Ｉ）が注入され、酸素析出核はより溶解しやすくなるので、ＤＺ層の幅を拡げることが可能となる。あるいは、より低温／短時間の熱処理でＤＺ層を形成することが可能となる。
【００８７】
以上のように、本発明のシリコンウェーハの製造方法によって、従来法では得ることができなかったシリコンウェーハ、すなわちＴＤＤＢ特性が良く、バルク中のＢＭＤ密度が高いシリコンウェーハを得ることができる。
【実施例】
【００８８】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００８９】
Ｎｖ領域とＮｉ領域が混在した被処理シリコンウェーハを準備し、以下に示す実施例及び比較例１，２を行った。
シリコン基板の導電型、抵抗率、酸素濃度、直径、結晶軸方位は、以下の通りである。
導電型          ：Ｐ型
抵抗率          ：１７〜２０Ω・ｃｍ
酸素濃度        ：１３〜１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）
直径            ：３００ｍｍ
結晶軸方位      ：＜１００＞
窒素と炭素のドープは行っていない。
【００９０】
（実施例）
図３に示すＦＬＡ装置を用いて本発明の製造方法を行った。なお、工程Ｂの最中に工程Ａを行った。具体的には、準備したウェーハを、図３に示すＦＬＡ装置を用いてＮＨ３が３％、Ａｒが９７％の混合雰囲気でハロゲンランプにより５０℃／ｓｅｃの昇温速度で室温より１１７５℃まで急速昇温（工程Ｂにおける急速昇温）し、１０秒間保持してウェーハを予備加熱した状態（工程Ｂにおける保持）で、２ｍｓｅｃ間Ｘｅフラッシュランプを照射し被処理シリコンウェーハの上側の表層のみを１３５０℃に加熱し（工程Ａ）、予備加熱温度から７００℃以下までの降温速度を５０℃／ｓｅｃとして急速に冷却（工程Ｂにおける急速降温）した。
【００９１】
（比較例１）
実施例と同様にしてウェーハを準備し、市販の急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ装置）を用いてＮＨ３が３％、Ａｒが９７％の混合雰囲気で５０℃／ｓｅｃの昇温速度で室温より１１７５℃まで急速昇温し、１０秒間保持後、５０℃／ｓｅｃの降温速度で急速に冷却した。
【００９２】
（比較例２）
実施例と同様にしてウェーハを準備し、図３に示すＦＬＡ装置を用いてＡｒが１００％の雰囲気でハロゲンランプにより３０℃／ｓｅｃの昇温速度で室温より１０００℃まで急速昇温し、２０秒間保持してウェーハを予備加熱した状態で、４０ｍｓｅｃ間Ｘｅフラッシュランプを照射し被処理シリコンウェーハの上側の表層のみを１３００℃に加熱し、予備加熱温度から７００℃以下までの降温速度を３０℃／ｓｅｃとして急速に冷却した。
【００９３】
実施例と比較例１、２のウェーハに厚さ２５ｎｍのゲート酸化膜を形成後、ＴＤＤＢ特性を評価した。
【００９４】
図５に実施例と比較例１、２のＴＤＤＢ測定結果を示す。図５において、（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例１、（ｃ）は比較例２の測定結果である。実施例、比較例２では９９％のγ−ｍｏｄｅの良品率が得られているが、比較例１の良品率は６９％となっている。これは、比較例１の場合にはウェーハ表層の加熱温度が低いため、ＴＤＤＢ特性を劣化させるサイズの大きな酸素析出物を溶解させることができなかったが、実施例、比較例２ではウェーハ表層を十分高温に加熱できたため、酸素析出物を溶解でき、表層が無欠陥になったためである。
【００９５】
実施例と比較例１、２におけるスリップをＸ線トポグラフィにより評価した結果、いずれの場合も裏面の温度が低いため、スリップの発生は確認できなかった。
【００９６】
また、実施例と比較例１、２のウェーハをＮ２雰囲気中で、８００℃で４時間熱処理を行った。その後、同一熱処理炉内で１０００℃まで１０℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温させ、１０００℃１６時間の熱処理を施した後、７００℃まで降温し、ウェーハを取り出した。その後、約２２°の角度の冶具に貼り付けて斜め研磨を行った。その後選択エッチングを行い、顕微鏡を用いてＢＭＤ密度を測定した。その結果、実施例、比較例１では５×１０９個／ｃｍ３の密度でＢＭＤが十分に形成されていたが、比較例２では５×１０８個／ｃｍ３となり、ＢＭＤ密度は実施例、比較例１に比べて小さかった。これは比較例２の予備加熱温度が１０００℃で低かったためと考えられる。
【００９７】
このように実施例では、スリップがなく、高密度なＢＭＤが形成できることに加えて、良好なＴＤＤＢ特性を有するウェーハが作製できている。
【００９８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００９９】
１…単結晶引上げ装置、  ２…引上げ室、  ３…ルツボ、  ４…ヒータ、
５…ルツボ保持軸、  ６…種結晶、  ７…シードチャック、  ８…ワイヤ、
９…断熱材、  １０…シリコン単結晶、  １１…シリコン融液、  １２…チャンバー、
１３…Ｘｅフラッシュランプ、  １４…ハロゲンランプ、  １５…オートシャッター、
１６…石英トレイ、  １７…支持部、  １８…パイロメータ、  １９…シリコンウェーハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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