(57)【要約】【課題】昇温時におけるウェーハ面内の温度差を抑制し、スリップ発生を防止するシリコンウェーハの製造方法の提供。【解決手段】ウェーハを、縦型ボートに積載して、炉内温度６００℃に保持された縦型熱処理炉に載置して、昇温速度を５℃／ｍｉｎで、８００℃まで昇温し、その後、熱処理炉のヒータの電源を切り、降温速度７．５℃／ｍｉｎで５分間保持した。５分径過後、再びヒータの電源を入れて、同じ昇温速度で、２００℃昇温させた後、再び、同じ降温速度で、５分間保持した。以上の昇温、降温ステップを、２００℃毎に繰り返して、炉内温度を１２００℃まで昇温させた。その後、炉内温度１２００℃で１時間保持し、最後に、炉内温度を６００℃まで降下させた。【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熱処理炉内に搭載し、還元性ガス、又は、不活性ガス、又は、それらの混合ガスの雰囲気下で、所望の熱処理温度まで炉内温度を昇温して熱処理を行うシリコンウェーハの製造方法において、
前記所望の熱処理温度に至る昇温プロセスは、炉内温度を所定の昇温速度で昇温させる昇温ステップと、この昇温ステップで上昇した炉内温度を所定の降温速度で降下させる降温ステップとを複数回含む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】
前記昇温プロセスには、前記降温ステップが、当初の炉内温度から所望の熱処理温度までの温度領域に略均等の間隔で含まれることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記昇温ステップにおける昇温速度は、０．５〜１０℃／ｍｉｎの範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記降温ステップにおける降温速度は、１．０〜２０℃／ｍｉｎの範囲内で行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つ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、シリコンウェーハの製造方法に関し、特に、シリコンウェーハを熱処理する際に、発生するスリップを防止することが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】
半導体素子形成用基板として用いられるシリコンウェーハ（以下、単にウェーハという）は、チョクラルスキー法により育成されたシリコンインゴットをスライスして、ウェーハ状に切り出した後、ラッピング、エッチング、研削、研磨等の加工を経て平坦化される。その後、結晶育成時に誘起されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥をウェーハ表面のデバイス活性層から完全に除去し、また、ウェーハ内部に高密度の酸素析出核を形成して、ウェーハ自体にゲッタリング能力を向上させる熱処理が一般的に施される。
【０００３】
この熱処理は、縦型ボート等の熱処理用治具にウェーハを上下に間隔をおいて複数積載して縦型熱処理炉等に載置し、還元性ガス、不活性ガス、またはそれらの混合ガス雰囲気中で、１０００℃以上の温度まで炉内温度を昇温させて熱処理を行う。しかしながら、このような熱処理用治具にウェーハを保持して熱処理を行う場合、ウェーハを保持している保持部には、ウェーハの自重応力により、スリップと呼ばれる結晶欠陥が発生してしまう問題があった。この問題を解決するために、縦型ボート、支持部材等の熱処理用治具の改良、開発が進められている。
【０００４】
近年、製造するウェーハの大口径化に伴い、熱処理を行う際に用いる縦型ボート等の熱処理用治具、熱処理炉も大型化している。なお、これらの熱処理炉を加熱する際には、一般的に熱処理用治具の周辺に配設されたヒータにより加熱する。このため、熱処理用治具に保持されているウェーハは、外周部から加熱されていくため、昇温時においてウェーハ面内で温度差が生じ、この温度差によりウェーハ面内で熱膨張程度の差が発生し、これによりウェーハが塑性変形し、スリップが発生するという問題が生じている。
【０００５】
以上の問題を解決するために、熱処理条件の適正化が提案されている。具体的には、酸素濃度が低い低酸素シリコンウェーハを５５０〜８００℃で低温熱処理し、前記低温熱処理から高温熱処理へ移行する際のランプレートを０．０５〜５℃／分とすることで、急加熱で発生していたウェーハのスリップを解消する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、シリコンウェーハの初期酸素濃度を１１〜１４ｐｐｍａの範囲として、約１１００℃以上に昇温させる昇温段階と約１１００℃から降下させる降温段階とは５００℃乃至１１００℃の温度区間で昇温及び降温速度を１〜１４℃／ｍｉｎとし、特に昇温及び降温速度を１〜７℃／ｍｉｎとすることでウェーハ支持台でのスリップの発生を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
なお、スリップを低減させる旨の記載はないが、熱処理条件の適正化という観点から、水素、Ｈｅ、Ａｒのうち少なくとも１つからなる雰囲気において、７００〜１０００℃の温度範囲を１５℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で加熱昇温中に、８５０〜９８０℃の温度範囲で０．５〜６０分間保持する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−１３４５１６号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２５６４号公報
【特許文献３】特開平８−２５０５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術は、低温熱処理から高温熱処理へ移行する際のランプレートを低速とすることで、スリップ発生が解消することができる旨が記載されているが、ランプレートの制御だけでは昇温時に発生するウェーハ面内の温度差を抑制するには限界がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載されている技術は、シリコンウェーハの初期酸素濃度を高くして酸素析出物の発生量を増加させて、スリップの移動現象を防止する「Dislocation Pinning Effect」を用いているが、初期酸素濃度を高くしても昇温時に発生するウェーハ面内の温度差を抑制することはできない。
【００１０】
また、特許文献３に記載されている技術は、加熱昇温中に加熱温度を保持するものであるが、単に加熱温度を一定に保持する工程を加えただけでは、昇温時に発生するウェーハ面内の温度差を抑制するには限界がある。
【００１１】
そこで、本発明は、昇温時において、ウェーハ面内の温度差を抑制し、スリップ発生を防止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】
【００１２】
本発明の一態様によれば、シリコンウェーハを熱処理炉内に搭載し、還元性ガス、又は、不活性ガス、又は、それらの混合ガスの雰囲気下で、所望の熱処理温度まで炉内温度を昇温して熱処理を行うシリコンウェーハの製造方法において、
前記所望の熱処理温度に至る昇温プロセスは、炉内温度を所定の昇温速度で昇温させる昇温ステップと、この昇温ステップで上昇した炉内温度を所定の降温速度で降下させる降温ステップとを複数回含むことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、昇温時におけるウェーハ面内の温度差を抑制し、スリップ発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るシリコンウェーハの製造方法における熱処理工程での炉内温度の昇温プロセスを示す概念図である。
【００１５】
チョクラルスキー法により所望の抵抗、直径、酸素、窒素濃度等を調整して育成されたシリコンインゴットを、ワイヤソー、又は、内周刃等を用いて切り出してウェーハ状に切断する。切断したウェーハにラッピング処理を施し、平坦化した後、エッチング、研削等によりラッピング時での破砕層を除去して、最後に表面を鏡面研磨する。以上の工程を経て、製造されたウェーハを、例えば、図２に示すような垂直平行に配置させた支柱１に形成された溝２を有する縦型ボートにウェーハＷを保持して熱処理炉に載置する。
【００１６】
熱処理炉内載置時における炉内温度は、５００℃〜７００℃の範囲で保持されていることが好ましい。炉内載置時の炉内温度が５００℃未満だと、ウェーハ内にサーマルドナーが形成されてしまうため好ましくない。また、７００℃を超えると、炉内載置時における急激な温度変化により縦型ボート等の熱処理用治具やウェーハ自身が変形してしまい、熱処理後、スリップが発生するため好ましくない。
【００１７】
熱処理炉内に載置後、還元性ガス、又は、不活性ガス、又は、それらの混合ガスの雰囲気下で、所望の熱処理温度（例えば、１２００℃）まで炉内温度を昇温させる。なお、この昇温時において、炉内温度を上昇させる昇温ステップと、上昇した炉内温度を降下させる降温ステップとを複数回含む昇温プロセスにて所望の熱処理温度まで炉内温度を昇温させる。
【００１８】
詳しくは、図１に示すように、炉内温度を昇温させる昇温ステップ（ＴＵ１、ＴＵ２・・・）と、上昇した炉内温度を降下させる降温ステップ（ＴＤ１、ＴＤ２・・・）を含む昇温プロセスにて炉内温度を所望の熱処理温度ＴＫまで昇温させる。このように、昇温プロセス時に、炉内温度を降下させる降温ステップを導入することで、昇温時においてウェーハ面内に発生する温度差を抑制することができる。詳しくは、降温ステップ時は、ウェーハ外周部では温度が降下し、ウェーハ中心付近ではさほど変化ないため、結果、ウェーハ面内に発生した温度差が抑制されて、スリップ発生を防止することができる。
【００１９】
昇温プロセス時に行う降温ステップは、複数回導入することが好ましい。また、当初の炉内温度から所望の熱処理温度ＴＫまでの昇温中の温度領域に略均等の間隔で導入することがより好ましい。これによってより効果的にウェーハ面内に発生した温度差を抑制することができ、スリップ発生を防止できる。
【００２０】
昇温ステップにおける昇温速度は、０．５〜１０℃／ｍｉｎの範囲内で行うことが好ましい。昇温速度が０．５℃／ｍｉｎ未満の場合は、生産性に乏しく、また、長時間ウェーハを熱処理炉内に保持するため、金属汚染等の別の問題が生じる。昇温速度が１０℃／ｍｉｎを超える場合は、温度勾配が急激であるため、昇温時においてウェーハ面内に発生した温度差が大きくなり、降温ステップを導入してもウェーハ面内に発生した温度差が抑制できず、スリップが発生してしまう。
【００２１】
降温ステップにおける降温速度は、１．０〜２０℃／ｍｉｎの範囲内で行うことが好ましい。降温速度が１．０℃／ｍｉｎ未満の場合は、昇温時においてウェーハ面内に発生した温度差を十分に抑制することができず、スリップが発生してしまう。また、降温速度が２０℃／ｍｉｎを超える場合は、降温が急なため、昇温時とは逆に、ウェーハ中心付近よりもウェーハ外周部の温度が低下してしまい、結果、ウェーハ面内で温度差が大きくなり、スリップが発生してしまう。
【００２２】
降温ステップにおける処理時間ＤＴは、１〜１０ｍｉｎであることが好ましい。処理時間が１ｍｉｎ未満の場合は、昇温時においてウェーハ面内に発生した温度差を十分に抑制することができず、スリップ発生が発生してしまう。また、処理時間が１０ｍｉｎを超える場合は、昇温プロセスにおける全体の処理時間が長くなるため生産性が低下し好ましくない。
【００２３】
昇温プロセスにおいて、昇温ステップから降温ステップを切り替える、また、その逆を行う手段としては、熱処理炉内のヒータの電源オン、オフにより、容易に制御することができる。また、降温ステップをより高速で行うために、ヒータに冷却ガスを吹き付けてもよい。
【００２４】
なお、昇温ステップ（ＴＵ１、ＴＵ２・・・）、降温ステップ（ＴＤ１、ＴＤ２・・・）の各ステップにおける昇温、降温速度は、同速度であってもよく、各ステップとも別速度であってもよい。例えば、ウェーハ内部のＢＭＤ密度を調整するために、所望の熱処理温度ＴＫに近づくにつれて昇温速度を小さくしてもよい。
【００２５】
最後に、所望の熱処理温度ＴＫまで昇温後、所定時間、その温度を保持して熱処理を行った後、熱処理炉内載置時における炉内温度まで降温してウェーハを取り出すことで、結晶育成時に誘起されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥がウェーハ表面のデバイス活性層から完全に除去され、ウェーハ内部に高密度の酸素析出核が形成され、スリップが抑制されたウェーハを、高い歩留で製造することができる。
【００２６】
（実施例１）
チョクラルスキー法により育成されたシリコンインゴットをウェーハ状に切断し、面取り、ラッピング、エッチング、片面研磨を施して、直径３００ｍｍ、厚さ７７０μｍのウェーハを作成した。これらのウェーハを１０枚、図２で示す縦型ボートに積載して、炉内温度６００℃に保持された縦型熱処理炉に載置して、昇温速度を５℃／ｍｉｎで、８００℃まで昇温し、その後、熱処理炉のヒータの電源を切り、降温速度７．５℃／ｍｉｎで、５分間保持した。５分径過後、再びヒータの電源を入れて、同じ昇温速度で、２００℃昇温させた後、再び、熱処理炉のヒータの電源を切り、同じ降温速度で５分間保持した。以上の昇温、降温ステップを、２００℃毎に繰り返して、炉内温度を１２００℃まで昇温させた。その後、１２００℃で１時間保持した後、最後に、炉内温度を６００℃まで降温させてウェーハを取り出した。得られたウェーハのスリップ発生状況をＸ線トポグラフにより評価し、１０枚のスリップ発生率を評価した。結果を表１に示す。
【００２７】
（比較例１）
チョクラルスキー法により育成されたシリコンインゴットをウェーハ状に切断し、面取り、ラッピング、エッチング、片面研磨を施して、直径３００ｍｍ、厚さ７７０μｍのウェーハを作成した。これらのウェーハを１０枚、図２で示す縦型ボートに積載して、炉内温度６００℃に保持された縦型熱処理炉に載置して、昇温速度を５℃／ｍｉｎで、８００℃まで昇温し、その後、その炉内温度を５分間保持した。５分径過後、再び、同じ昇温速度で、２００℃昇温させた後、再び、その炉内温度を５分間保持した。以上の昇温ステップ、炉内温度保持を、２００℃毎に繰り返して、炉内温度を１２００℃まで昇温させた。その後、炉内温度１２００℃で１時間保持し、最後に、炉内温度を６００℃まで降下させてウェーハを取り出した。得られたウェーハのスリップ発生率をＸ線トポグラフにより評価した。結果を表１に示す。
【００２８】
（比較例２）
チョクラルスキー法により育成されたシリコンインゴットをウェーハ状に切断し、面取り、ラッピング、エッチング、片面研磨を施して、直径３００ｍｍ、厚さ７７０μｍのウェーハを作成した。これらのウェーハを１０枚、図２で示す縦型ボートに積載して、炉内温度６００℃に保持された縦型熱処理炉に載置して、昇温速度を５℃／ｍｉｎで、１２００℃まで昇温し、１時間保持した後、炉内温度を６００℃まで降下させてウェーハを取り出した。得られたウェーハのスリップ発生率をＸ線トポグラフにより評価した。結果を表１に示す。
【表１】
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【００２９】
表１に示すように、比較例２では、スリップ発生率が９０％と悪く、比較例１でも５０％であるのに対して、実施例１では、スリップ発生率が１０％と非常に良好であった。
【００３０】
（実施例２〜５、比較例３〜４）
チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶をウェーハ状に切断し、面取り、ラッピング、エッチング、片面研磨を施して、直径３００ｍｍ、厚さ７７０μｍのウェーハを作成し、図２に示す縦型ボートに積載して、炉内温度６００℃に保持された縦型熱処理炉に載置して、昇温速度を０．５℃／ｍｉｎ（実施例２）、３℃／ｍｉｎ（実施例３）、５℃／ｍｉｎ（実施例１）、７℃／ｍｉｎ（実施例４）、１０℃／ｍｉｎ（実施例５）、１５℃／ｍｉｎ（比較例３）、２０℃／ｍｉｎ（比較例４）とそれぞれ振って、その他は、実施例１と同様な条件で、１０枚ずつ熱処理を行った。得られたウェーハのスリップ発生状況をＸ線トポグラフにより評価した。結果を表２に示す。
【表２】
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【００３１】
表２に示すように、昇温速度が１０℃／ｍｉｎ以下の場合は、スリップ発生率が１０％以下と良好な結果が得られたのに対して、昇温速度が１０℃／ｍｉｎを超えると４０％以上にスリップ発生率が悪化することが確認された。
【００３２】
（実施例６〜１０、比較例５）
チョクラルスキー法により育成されたシリコンインゴットをウェーハ状に切断し、面取り、ラッピング、エッチング、片面研磨を施して、直径３００ｍｍ、厚さ７７０μｍのウェーハを作成した。これらのウェーハを１０枚、図２で示す縦型ボートに積載して、炉内温度６００℃に保持された縦型熱処理炉に載置して、昇温速度を５℃／ｍｉｎで、８００℃まで昇温した。その後、熱処理炉のヒータ制御、ヒータ電源のオン、オフの操作、及び、冷却ガスを吹きかける手段等により降温速度を制御して、降温速度を、１．０℃／ｍｉｎ（実施例６）、５．０℃／ｍｉｎ（実施例７）、１０．０℃／ｍｉｎ（実施例８）、１５．０℃／ｍｉｎ（実施例９）、２０．０℃／ｍｉｎ（実施例１０）、２５．０℃／ｍｉｎ（比較例５）と振って、それぞれ、降温ステップとして、１０〜５０℃炉内温度を降下させるように降温ステップの処理時間を調整した。降温ステップ終了後、再び、２００℃昇温させた後、再び、条件毎に同様な降温ステップを施した。以上の昇温、降温ステップを、２００℃毎に繰り返して、炉内温度を１２００℃まで昇温させた。その後、炉内温度１２００℃で１時間保持し、最後に、炉内温度を６００℃まで降下させてウェーハを取り出した。得られたウェーハのスリップ発生状況をＸ線トポグラフにより評価し、１０枚のスリップ発生率を評価した。結果を表３に示す。
【表３】
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【００３３】
表３に示すように、降温速度が２０℃／ｍｉｎ以下の場合は、スリップ発生率が２０％以下と良好な結果が得られたのに対して、昇温速度が２０℃／ｍｉｎを超えると５０％以上にスリップ発生率が悪化することが確認された。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るシリコンウェーハの製造方法における熱処理工程での炉内温度の昇温プロセスを示す概念図。
【図２】一般的な縦型ボートを説明するための概念図。
【符号の説明】
【００３６】
１：  支柱、  ２：  溝、  ＴＵ：昇温ステップ、  ＴＤ：降温ステップ、  ＴＫ：所望の熱処理温度、  ＤＴ：降温ステップの処理時間、  Ｗ：ウェーハ。
【図１】
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【図２】
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