(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＺ法により育成された無欠陥シリコン単結晶からシリコンウェーハを製造する方法であって、
前記無欠陥シリコン単結晶からスライスされ、鏡面研磨されたシリコンウェーハを準備した後に、
前記鏡面研磨されたシリコンウェーハを、５００℃以上６００℃以下の温度で、４時間以上６時間以下の時間で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程後のシリコンウェーハを、研磨量が１．５μｍ以上となるように再研磨する再研磨工程とを行う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】
前記熱処理工程及び前記再研磨工程を行うことによって、パーティクルカウンターで検出される、粒径サイズ３７ｎｍ以上１２０ｎｍ以下のＬＰＤが１０個／ｗａｆｅｒ以下の前記シリコンウェーハを製造す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】
前記スライスされ、鏡面研磨されたシリコンウェーハとして、直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハを準備す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面のＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）を極限まで低減したシリコンウェーハ、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子製造の材料として用いられるシリコンウェーハには、Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ（ＣＺ）法、特に磁場を印加しつつ結晶を製造するＭａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ（ＭＣＺ）法にて育成されたシリコン単結晶よりスライスされ、表面を研磨された基板が用いられる。近年では半導体素子の製造におけるデザインルールの微細化に伴いかかるウェーハの表面品質としてわずかな凹凸もないウェーハが必要となってきた。これは、素子製造の配線のサイズが微細化し、わずかな凹凸による断線や素子製造工程の異物のモニタリングのために、ますます重要な品質項目となってきている。このようなシリコンウェーハ表面の品質評価にはレーザー式パーティクルカウンターが用いられ、素子のデザインルールの微細化に伴いパーティクルの検出サイズが４５ｎｍ以下と微細化が進んでいる。そのため、ウェーハ表面の鏡面加工（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程における加工起因の微小欠陥や、その後工程であるウェーハ洗浄において微小な異物や不純物を防止することが行われている。
【０００３】
一方、シリコンウェーハ表面に結晶欠陥としてＣＯＰ（非特許文献１）が存在し、ウェーハ表面に凹状の窪みが形成されると、レーザーパーティクルカウンターにてＬＰＤとして測定されることがよく知られている。つまり、実際の異物ではないものがパーティクルとして検出される場合がある。これらの結晶欠陥は結晶成長中の温度勾配（Ｇ）と成長速度（Ｖ）に応じて形成されることが報告されている（非特許文献２）。また、これらＧ、Ｖを制御した製造方法、例えば特許文献１ではシリコン単結晶の成長速度を低下させることにより結晶欠陥の形成を制御する方法が報告されている。さらに、特許文献２ではシリコン単結晶の固相／液相における境界領域の温度勾配（Ｇ）にほぼ比例する単結晶の最大引き上げ速度を超えない速度（Ｖ）で引き上げることにより実質的にＣＯＰのない無欠陥結晶が得られることが報告されている。
【０００４】
また、ウェーハを鏡面加工する工程において、その研磨時の残渣の影響として形成されるＰＩＤ（Ｐｏｌｉｓｈｅｄ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｅｆｅｃｔ）がシリコンウェーハのＬＰＤとして検出されることも開示されている（特許文献３）。これに起因するＬＰＤ（ＰＩＤ）は研磨時に使用する薬液や洗浄工程により改善されることが報告されている。
【０００５】
しかし、特許文献２のような製造方法により育成した、ＣＯＰの存在しない無欠陥シリコン単結晶より切り出したシリコンウェーハであって、かつ、研磨工程におけるＰＩＤが発生しない工程を経て製造されたシリコンウェーハであっても、レーザー式パーティクルカウンターにてパーティクルの検出サイズを４５ｎｍと微細化した場合においてはＬＰＤが検出される場合が生じてきた。つまり、実際にウェーハ表面に異物がなく、かつＣＯＰ及びＰＩＤの存在しないウェーハでもパーティクル測定の検出サイズを微細化して品質検査を行った場合にはＬＰＤが高密度に検出され、ウェーハの検査工程及び出荷段階において不良となり、歩留まりが低下する場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−５６５８８号公報
【特許文献２】特開平７−２５７９９１号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１０／１４０６７１Ａ１号公報
【特許文献４】特開平９−６４０５２号公報
【非特許文献１】Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，２９（１９９０），Ｌ１９４７−Ｌ１９４９
【非特許文献２】日本結晶成長学会  ｖｏｌ．２５  Ｎｏ．５，（１９９８）
【非特許文献３】Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，７８（１９９５），Ｐ５９８４−５９８８
【非特許文献４】最新シリコンデバイスと結晶技術、リアライズ社、平成１７年１２月２６日発行  Ｐ．１７１
【非特許文献５】ＵＬＳＩ製造のための分析ハンドブック、リアライズ社、平成６年７月２９日発行、Ｐ．１１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これら微小なＬＰＤ形成原因は、ウェーハへの重金属汚染が原因であると報告されている。例えば、代表的な重金属汚染は銅（Ｃｕ）による汚染であり、ウェーハを作製する研磨工程、洗浄工程あるいは熱処理工程等で生ずる。銅汚染が起こりやすいのは他の重金属と比較して銅の拡散速度が速いことに起因する。そこで、シリコンウェーハを６００℃以下で熱処理した後に洗浄することで銅汚染を回避することが報告されている（特許文献４）。このようなウェーハの表面の洗浄には、例えば、ＨＦ溶液、ＨＦ／Ｈ２Ｏ２溶液、ＨＣｌ溶液、ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ２溶液、ＨＣｌ／ＨＦ溶液、ＳＣ１溶液、Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２溶液等が用いられる。これらの処理により重金属が低減されることが開示されている。
【０００８】
しかし、ウェーハ作製工程での重金属汚染を十分に管理して作製されたウェーハであっても、まだＬＰＤが高い場合があった。また、このようなウェーハでは、６００℃以下の熱処理後にかかる洗浄を施したとしてもＬＰＤが低減できない場合がありウェーハの検査工程及び出荷段階において不良となり、歩留まりが低下する場合があった。さらに、シリコン単結晶育成中に微量の重金属で汚染された場合には、特許文献４に記載されたように、熱処理を施した後にウェーハを洗浄してもＬＰＤは増加する一方であり、低減させることはできなかった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＣＺ法により育成された無欠陥シリコン単結晶からシリコンウェーハを製造する方法であって、微小なＬＰＤが極限まで低減され、検査工程及び出荷段階で不良品発生率が低いシリコンウェーハを、歩留まり良く製造できる方法、及びそれにより作製されたシリコンウェーハであって、パーティクルカウンターにて測定を行った場合にＬＰＤが極限まで低減された高品質なシリコンウェーハ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】
【００１０】
本発明では、ＣＺ法により育成された無欠陥シリコン単結晶からシリコンウェーハを製造する方法であって、
前記無欠陥シリコン単結晶からスライスされ、鏡面研磨されたシリコンウェーハを準備した後に、
前記鏡面研磨されたシリコンウェーハを、５００℃以上６００℃以下の温度で、４時間以上６時間以下の時間で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程後のシリコンウェーハを、研磨量が１．５μｍ以上となるように再研磨する再研磨工程とを行う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。
【００１１】
このように、重金属、特にＣｕ、Ｎｉのシリコン単結晶中における拡散速度が速いことを利用して、比較的低温の熱処理工程を行うことで、ＬＰＤの原因となる重金属を鏡面研磨後のシリコンウェーハの表面近傍に集合させることができ、その後、再研磨工程によりこれを除去することにより、ＬＰＤを低減させることができる。そのため、無欠陥シリコン単結晶が育成時に重金属で汚染されていたとしても、ＬＰＤが極限まで低減され、検査工程及び出荷段階で不良品発生率が低いシリコンウェーハを、歩留まり良く製造できるシリコンウェーハの製造方法となる。
【００１２】
特に、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、ＬＰＤの発生原因となる重金属の種類にかかわらず、従来は取り除くことのできなかった、サイズが４５ｎｍ程度の微小ＬＰＤを極限まで低減することが可能である。
【００１３】
また、前記熱処理工程及び前記再研磨工程を行うことによって、パーティクルカウンターで検出される、粒径サイズ３７ｎｍ以上１２０ｎｍ以下のＬＰＤが１０個／ｗａｆｅｒ以下の前記シリコンウェーハを製造することができる。
【００１４】
このように微小なＬＰＤが低減されれば、検査工程及び出荷段階で不良品発生率がより低いシリコンウェーハを、歩留まり良く製造できるシリコンウェーハの製造方法となる。
【００１５】
さらに、前記スライスされ、鏡面研磨されたシリコンウェーハとして、直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハを準備することが好ましい。
【００１６】
このような最先端用として用いられる大直径ウェーハにおいて、熱処理工程及び再研磨工程を行うことで微小なＬＰＤが確実に低減されたシリコンウェーハを作製することができる。
【００１７】
また、前記シリコンウェーハの製造方法によって作製されたシリコンウェーハを提供する。
【００１８】
このようなシリコンウェーハは、もとの無欠陥シリコン単結晶が育成時に重金属で汚染されていたとしても、ＬＰＤが極限まで低減され、検査工程及び出荷段階で不良品発生率が低く、半導体素子作製工程に用いられる工程確認用のウェーハや高集積の半導体素子の製造に最適なシリコンウェーハとなる。
【００１９】
さらに、本発明では、鏡面研磨されたシリコンウェーハを熱処理して再研磨したシリコンウェーハであって、パーティクルカウンターで検出される、粒径サイズ３７ｎｍ以上１２０ｎｍ以下のＬＰＤが１０個／ｗａｆｅｒ以下であるものを提供する。
【００２０】
このような、シリコンウェーハであればＬＰＤが極限まで低減されているため、検査工程及び出荷段階で不良品発生率が低く、半導体素子作製工程に用いられる工程確認用のウェーハや高集積の半導体素子の製造に適したシリコンウェーハとなる。
【００２１】
また、前記シリコンウェーハの直径が３００ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２２】
このような最先端用として用いられる大直径ウェーハであれば、より最先端の半導体素子作製工程に用いられる工程確認用のウェーハや高集積の半導体素子の製造に最適なシリコンウェーハとなる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明のシリコンウェーハの製造方法であれば、熱処理工程を行うことで、ＬＰＤの原因となる重金属を鏡面研磨後のシリコンウェーハの表面近傍に集合させ、再研磨工程によりこれを除去することにより、ＬＰＤを低減させることができるので、無欠陥シリコン単結晶が育成時に重金属で汚染されていたとしても、ＬＰＤが極限まで低減され、検査工程及び出荷段階で不良品発生率が低いシリコンウェーハを、歩留まり良く製造できるシリコンウェーハの製造方法となる。
【００２４】
特に、本発明のシリコンウェーハの製造方法によれば、従来は取り除くことのできなかった、サイズが４５ｎｍ程度の重金属起因の微小ＬＰＤを極限まで低減することが可能である。
【００２５】
また、本発明のシリコンウェーハであれば、パーティクルカウンターにて測定を行った場合にＬＰＤが極限まで低減された高品質なシリコンウェーハであって、半導体素子作製工程に用いられる工程確認用のウェーハや高集積の半導体素子の製造に最適なシリコンウェーハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実験例１の鏡面研磨ウェーハＩの（ａ）ＬＰＤマップ、及び（ｂ）ＬＰＤ形状である。
【図２】実験例２の鏡面研磨ウェーハＩＩの（ａ）ＬＰＤマップ、及び（ｂ）ＬＰＤ形状である。
【図３】実験例３の鏡面研磨ウェーハＩＩＩのＣＯＰ形状である。
【図４】実験例４の鏡面研磨ウェーハＩＶのＰＩＤ形状である。
【図５】実験例５の鏡面研磨ウェーハＶの（ａ）ＬＰＤマップ、及び（ｂ）ＬＰＤ形状である。
【図６】実験例６の鏡面研磨ウェーハＶＩの（ａ）ＬＰＤマップ、及び（ｂ）ＬＰＤ形状である。
【図７】実験例７の鏡面研磨ウェーハＶＩＩの（ａ）ＬＰＤマップ、及び（ｂ）ＬＰＤ形状である。
【図８】実験例８の鏡面研磨ウェーハＶＩＩＩの（ａ）ＬＰＤマップ、及び（ｂ）ＬＰＤ形状である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。前述の通り、ＣＯＰの存在しない無欠陥シリコン単結晶からスライスされたシリコンウェーハであって、且つ研磨工程におけるＰＩＤが発生しない工程を経て製造されたシリコンウェーハであっても、パーティクルカウンターで検出サイズを小さくした場合に重金属由来のＬＰＤが高密度に検出されることが問題となっており、またこれらＬＰＤは簡単に除けないことが問題となっていた。そのため、重金属由来のＬＰＤを極限まで低減できるシリコンウェーハの製造方法の開発、及びＬＰＤが極限まで低減されたシリコンウェーハの開発が望まれていた。
【００２８】
本発明者らは上記のように鋭意検討を重ね、無欠陥シリコン単結晶からスライスされたシリコンウェーハのＬＰＤ形成原因は、引き上げ中に微量に混入した重金属、特にＣｕ及びＮｉであることを突き止めた。これらは、シリコン単結晶製造中の熱履歴により集合し微小なサイズに成長する。本発明者らは、これらが研磨工程において、Ｃｕの場合には選択的にエッチングされて微小なピットを形成し、Ｎｉの場合にはエッチングが遅くなり微小なヒロック（凸形状）を形成することを見出し、これらの形状がレーザー式のパーティクルカウンターにてＬＰＤとして検出されることを見出した。そして、比較的低温の熱処理工程を行うことで、Ｃｕ及びＮｉを鏡面研磨後のシリコンウェーハの表面近傍に集合させることができ、更に、再研磨工程によりこれを除去することにより、ＬＰＤを低減させることができることを見出して、本発明を完成させた。以下、詳細に説明する。
【００２９】
〔実験例１〕
まず、ＬＰＤの発生原因を突き止めるために、直径８１０ｍｍの石英ルツボに多結晶シリコンを４１０ｋｇ充填し、溶融後に特許文献２に開示されたようにシリコンの固相／液相境界領域の温度勾配（Ｇ）と成長速度（Ｖ）を制御することにより直径３００ｍｍの無欠陥シリコン単結晶を育成した。この際、比抵抗は１０Ω・ｃｍとなるようにボロンをドープし、結晶軸方位は成長軸方向と垂直な面が＜１００＞であるようにした。この無欠陥シリコン単結晶に工業的に一般に適用されるスライス、ラッピング、エッチング、鏡面研磨等を施し鏡面研磨ウェーハＩを作製した。この鏡面研磨ウェーハＩをパーティクルカウンター（ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社  モデル名＝ＳＰ２  検出粒径サイズは０．０３７μｍ以上）にて測定した。ウェーハ面内のＬＰＤマップの検出結果を図１（ａ）に示した。
【００３０】
図１（ａ）に示されるように、無欠陥シリコン単結晶より切り出したシリコンウェーハであるにもかかわらず、ＬＰＤが検出された。そこで、検出されているＬＰＤの実態を調査するために、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて鏡面研磨ウェーハＩの表面の観察を行った。観察された代表的な欠陥形状の６個の観察結果を図１（ｂ）に示した。図１（ｂ）に示されるように、観察されたＬＰＤの形状はピット状の欠陥であることがわかった。
【００３１】
〔実験例２〕
次に、前記実験例１と同様にして異なる石英ルツボで作製した無欠陥シリコン単結晶から鏡面研磨ウェーハＩＩを作製し、ＬＰＤを調査した。検出されたウェーハ面内のＬＰＤマップを図２（ａ）に示し、鏡面研磨ウェーハＩＩの表面のＳＥＭによる観察結果を図２（ｂ）に示した。図２（ａ）に示されるように、鏡面研磨ウェーハＩＩの表面にＬＰＤが発生していることが確認できた。また、図２（ｂ）に示されるように、この際に検出されたＬＰＤの形状は凸状のヒロックであることがわかった。この形状の違いより鏡面研磨ウェーハＩＩのＬＰＤの形成原因は鏡面研磨ウェーハＩとは異なる事がわかった。
【００３２】
〔実験例３：ＣＯＰの形状〕
結晶欠陥はＬＰＤとして検出されることが知られている。ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）は八面体の空洞欠陥として検出されることが報告されている（非特許文献３）。鏡面研磨ウェーハＩ及びＩＩにおいて検出された欠陥形状がＣＯＰと関係しているか確認するために、ＣＯＰが発生するように結晶成長速度を２倍にして直径３００ｍｍのシリコン単結晶を育成した。他の育成条件は実験例１と同一の条件とした。このシリコン単結晶からスライスされ、鏡面研磨された鏡面研磨ウェーハＩＩＩのＬＰＤの形状をＳＥＭにより観察した結果を図３に示した。図３に示されるように、ＣＯＰ起因の欠陥は、一辺が［１１０］方向に囲まれた２つの欠陥が一部重なった、いわゆるツインピットと呼ばれる空洞欠陥であった。これにより明らかに鏡面研磨ウェーハＩ及びＩＩの欠陥はＣＯＰとは異なることがわかった。
【００３３】
このツインピットは、実験例１及び実験例２において、成長速度を高速化して育成したシリコン単結晶から切り出したウェーハのいずれの場合も観察された。このことからも、鏡面研磨ウェーハＩ及びＩＩの欠陥はＣＯＰとは異なることがわかった。
【００３４】
〔実験例４：ＰＩＤの形状〕
ＬＰＤは鏡面研磨工程によっても形成されることが知られている。特に鏡面研磨工程によって形成される欠陥はＰＩＤ（Ｐｏｌｉｓｈｅｄ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｅｆｅｃｔ）と呼ばれ、無欠陥シリコンウェーハで顕著に検出される（非特許文献４）。また、特許文献３ではＰＩＤが鏡面研磨の際の残渣により形成されることが開示されている。鏡面研磨ウェーハＩ及びＩＩで検出された欠陥形状がＰＩＤと関係しているのか調査するために、あらかじめ実験例１及び実験例２に示すような無欠陥シリコン単結晶からスライスしたウェーハを選定し、一般的に行われている鏡面研磨工程中に故意にＮｉおよびＣｕを混入させて研磨し、鏡面研磨ウェーハＩＶを得た。鏡面研磨ウェーハＩＶに形成された代表的なＰＩＤのＳＥＭによる観察結果を図４に示した。図４に示されるように、ＰＩＤの形状は細長い線状であった。これより明らかに鏡面研磨ウェーハＩ及びＩＩの欠陥はＰＩＤとは異なることがわかった。
【００３５】
〔実験例５：鏡面研磨ウェーハＩの再研磨〕
実験例１の鏡面研磨ウェーハＩに形成されたＬＰＤは、ＳＥＭによる詳細な形状観察より、実験例３で示した空洞欠陥（ＣＯＰ）とは明白に異なる。また、実験例４で示した研磨工程の影響によるＰＩＤとも異なる欠陥形状を示した。更に、研磨工程によるＬＰＤへの影響を再度確認するために、鏡面研磨ウェーハＩを再研磨して鏡面研磨ウェーハＶとし、鏡面研磨ウェーハＶのＬＰＤの再測定を行った。再研磨は研磨量１．５μｍとした。再研磨後のＬＰＤマップを図５（ａ）に示し、ＳＥＭによるＬＰＤの形状の確認結果を図５（ｂ）に示した。図５（ａ）、図５（ｂ）に示されるように、鏡面研磨ウェーハＶには鏡面研磨ウェーハＩと同一の不定形のピット状の欠陥が見られ、このピット状の欠陥は研磨工程によるものではないことが確認できた。
【００３６】
〔実験例６：鏡面研磨ウェーハＩＩの再研磨〕
実験例２の鏡面研磨ウェーハＩＩに形成されたＬＰＤは、ＳＥＭによる詳細な形状観察より、実験例３で示した空洞欠陥（ＣＯＰ）とは明白に異なる。また、実験例４で示した研磨工程の影響によるＰＩＤとも異なる欠陥形状を示した。実験例５と同様に、更に、研磨工程によるＬＰＤへの影響を再度確認するために、鏡面研磨ウェーハＩＩを再研磨して鏡面研磨ウェーハＶＩとし、鏡面研磨ウェーハＶＩのＬＰＤの再測定を行った。再研磨は研磨量１．５μｍとした。再研磨後のＬＰＤマップを図６（ａ）に示し、ＳＥＭによる欠陥形状の確認結果を図６（ｂ）に示した。図６（ａ）、図６（ｂ）に示されるように、鏡面研磨ウェーハＶＩには鏡面研磨ウェーハＩＩと同一の不定形の凸状のヒロックが見られた。これより鏡面研磨ウェーハＩＩのＬＰＤ欠陥は研磨工程によるものではないことが確認できた。
【００３７】
〔鏡面研磨ウェーハＩの不純物測定〕
再研磨によっても同一の欠陥形状を示したことからピット状のＬＰＤは研磨工程に由来する欠陥ではないことが確認できた。欠陥の形成原因を更に調査するために実験例１の鏡面研磨ウェーハＩについて不純物測定を行った。測定法は、ウェーハ表面の不純物測定において一般的に用いられているＷＳＡ（Ｗａｆｅｒ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）（非特許文献５）法であり、不純物を含む回収液を誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）にて検出した。実験例１の鏡面研磨ウェーハＩを分析した結果、不純物は検出限界以下であった。そのため、バルク不純物をウェーハ表面に移動させる目的で熱処理を行った。熱処理雰囲気は窒素雰囲気中で、熱処理温度は１０００℃、時間は６０分とした。熱処理した鏡面研磨ウェーハＩを再度ＷＳＡ法にて不純物測定を行って、正常品と比べたときの結果を表１に示した。各種の重金属不純物の中でＣｕが約１桁高濃度に検出された。表１中ＮＤは検出限界以下であることを示す。
【００３８】
【表１】
0005682471.tif 000002
【００３９】
〔鏡面研磨ウェーハＩＩの不純物測定〕
実験例２の鏡面研磨ウェーハＩＩでＳＥＭにより観察できた欠陥は、ＣＯＰ、ＰＩＤ及び実験例１の鏡面研磨ウェーハＩのＬＰＤとはまったく異なる形状であった。そこで、前記と同様に鏡面研磨ウェーハＩＩを１０００℃、６０分で熱処理した後、ＷＳＡ法による不純物分析を実施した。分析結果を表２に示した。表２より各種の重金属不純物の中でＮｉ濃度が高いことがわかった。表２中ＮＤは検出限界以下であることを示す。
【００４０】
【表２】
0005682471.tif 000003
【００４１】
〔実験例７：鏡面研磨ウェーハＩの熱処理と再研磨〕
実験例１の鏡面研磨ウェーハＩのＬＰＤは、ＣＯＰ、ＰＩＤが原因ではないことが確認できた。しかしパーティクルカウンターで測定した場合には微小なピット状の欠陥が形成され、このウェーハはＣｕ濃度が通常より高いものであった。以上の結果より、ピット状の欠陥はシリコン単結晶育成時に微量に混入したＣｕが原因であり、結晶育成中の熱履歴により凝集し欠陥を形成したことが考えられる。
【００４２】
そこで、シリコン中のＣｕは拡散速度が速いので、熱処理により鏡面研磨ウェーハＩの表面にＣｕを凝集させそれを研磨することにより、鏡面研磨ウェーハＩのＬＰＤを改善させる方法が考えられる。実験例１の鏡面研磨ウェーハＩを窒素雰囲気中にて５００℃、６時間の熱処理を行った。その後、表面を１．５μｍ再研磨して鏡面研磨ウェーハＶＩＩを作製し、パーティクルカウンターにてＬＰＤ測定を行った。この際のＬＰＤ測定結果を図７（ａ）に、ＳＥＭによる欠陥観察結果を図７（ｂ）に示した。図７（ａ）よりＬＰＤは図１（ａ）と比較し大幅に低減した。また、図７（ｂ）に示されるように、ピット欠陥が消滅していることが確認できた。すなわち、鏡面研磨ウェーハＩで検出されたピット状のＬＰＤはシリコン単結晶育成中に微量に混入したＣｕに起因するものであることがわかった。
【００４３】
〔実験例８：鏡面研磨ウェーハＩＩの熱処理と再研磨〕
同様に、実験例２の鏡面研磨ウェーハＩＩのＬＰＤも、ＣＯＰ、ＰＩＤが原因ではないことが確認できた。しかしパーティクルカウンターで測定した場合には微小なヒロック状の欠陥が形成され、このウェーハはＮｉ濃度が通常より高いものであった。以上の結果より、ヒロック状の欠陥はシリコン単結晶育成時に微量に混入したＮｉが原因であり、結晶育成中の熱履歴により凝集し欠陥を形成したことが考えられる。
【００４４】
そこで、実験例７と同様に実験例２に示したシリコンウェーハに窒素雰囲気中にて５００℃、６時間の熱処理を行った。その後、表面を１．５μｍ再研磨して鏡面研磨ウェーハＶＩＩＩを作製し、パーティクルカウンターにてＬＰＤ測定を行った。ＬＰＤ測定結果を図８（ａ）に、ＳＥＭによる欠陥観察結果を図８（ｂ）に示した。図８（ａ）に示されるように、ＬＰＤは図２（ａ）と比較し大幅に低減した。また、図８（ｂ）よりヒロック状の欠陥が消滅していることが確認できた。すなわち、鏡面研磨ウェーハＩＩで検出されたヒロック状のＬＰＤはシリコン単結晶育成中に微量に混入したＮｉに起因するものであることがわかった。
【００４５】
〔実験例９：熱処理温度を変化させた場合のＬＰＤ低減効果〕
実験例７及び実験例８より、シリコン単結晶育成中に微量に混入した重金属不純物（特にＣｕ、Ｎｉ）を起因とするＬＰＤは、ウェーハを熱処理し、再研磨することにより低減できることが確認できた。そこで、実験例１及び実験例２の鏡面研磨ウェーハを用い、熱処理温度を変化させた場合のＬＰＤ低減効果を確認した。熱処理時間は４時間、再研磨量は１．５μｍとし、熱処理温度を４００℃、５００℃、６００℃、７００℃の４水準とした。熱処理工程及び再研磨工程後の各鏡面研磨ウェーハのＬＰＤの個数の測定結果を表３に示した。
【００４６】
【表３】
0005682471.tif 000004
【００４７】
表３に示されるように、実験例２の鏡面研磨ウェーハＩＩの場合には、５００℃の熱処理温度ではＬＰＤが十分低減したが、４００℃の熱処理温度の条件ではＬＰＤの個数が１０２個／ｗａｆｅｒとなりＬＰＤ低減効果が不十分な結果であった。これは、シリコンウェーハ中のＮｉの拡散速度が比較的遅く、５００℃未満の熱処理温度ではシリコンウェーハ表面に十分に移動できなかったことと考えられる。実験例１の鏡面研磨ウェーハＩの場合には、熱処理温度が４００℃であっても熱処理、再研磨後はＬＰＤが６個／ｗａｆｅｒと十分に低い値となった。これは、Ｃｕのシリコンウェーハ中の拡散速度が非常に速く、シリコンウェーハ表面に移動しやすく、再研磨により除去できたことが考えられる。
【００４８】
以上より、仮に４００℃の熱処理温度で熱処理を行った後に、Ｎｉに起因する欠陥があると分かったときには、更に手直しとして高温度の熱処理が追加として必要となりスループットの低下などを招くことがわかる。つまり、重金属汚染の状態がわからないウェーハのＬＰＤを低減するためには、４００℃の熱処理温度では不十分である。そのため本発明では、再度の熱処理および再研磨を避けるために熱処理温度は５００℃以上とする。一方、６００℃より高温の熱処理温度では熱処理中のウェーハ支持部からの熱応力によるスリップ転位の発生の可能性や、高温熱処理に起因する不良項目が増大し、歩留まりが低下する。そのため本発明では、これらを避けるために熱処理温度を６００℃以下とする。
【００４９】
〔実験例１０：熱処理時間を変化させた場合のＬＰＤ低減効果〕
次に、実験例１及び実験例２の鏡面研磨ウェーハを用いて、熱処理時間を変化させた場合のＬＰＤ低減効果を確認した。熱処理温度は５００℃、再研磨量は１．５μｍとし、熱処理時間を３時間、４時間、６時間、８時間の４水準とした。熱処理工程及び再研磨工程後の各鏡面研磨ウェーハのＬＰＤの個数の測定結果を表４に示した。表４に示されるように、実験例２の鏡面研磨ウェーハＩＩでは４時間以上、８時間までの熱処理時間にてＬＰＤが十分低減したが、３時間の熱処理時間の条件ではＬＰＤの個数が６８個／ｗａｆｅｒとＬＰＤ低減効果が不十分となる結果であった。また、実験例１の鏡面研磨ウェーハＩでは熱処理時間が３時間であっても、ＬＰＤは４個／ｗａｆｅｒと低い値であった。
【００５０】
【表４】
0005682471.tif 000005
【００５１】
これは、実験例９と同様、Ｃｕの方がＮｉよりも拡散速度が速いことに起因するものである。重金属汚染の状態がわからないのが通常であるため、本発明では再度の熱処理及び再研磨の必要のないように、熱処理時間を４時間以上とする。一方、６時間を越える熱処理時間では工程時間が長くなり製造効率が低下する。更に、熱処理時間が６時間より長い場合にはシリコンウェーハ中の格子間酸素の析出特性に多大な影響を及ぼす。つまり、ＢＭＤ（Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ）特性に悪影響を及ぼす。酸素析出の過多によりウェーハ表面付近にＢＭＤが形成されると、その後に半導体素子形成工程でリークなどの原因ともなるので、本発明ではこれらの弊害を避けるため熱処理時間を６時間以下とする。
【００５２】
〔実験例１１：再研磨量を変化させた場合のＬＰＤ低減効果〕
最後に、実験例１及び実験例２の鏡面研磨ウェーハを用いて、再研磨量を変化させた場合のＬＰＤ低減効果を確認した。熱処理温度は５００℃、熱処理時間は４時間とし、再研磨量を０．５μｍ、１．０μｍ、１．５μｍ、２．０μｍの４水準とした。熱処理工程及び再研磨工程後の各鏡面研磨ウェーハのＬＰＤの個数の測定結果を表５に示した。表５に示されるように、再研磨量が１．５μｍ以上の場合には実験例１及び実験例２の鏡面研磨ウェーハのＬＰＤが十分に低減したが、再研磨量が１．０μｍの場合には実験例２の鏡面研磨ウェーハのＬＰＤは低減しなかった。したがって、本発明では、追加して再研磨する必要のないよう再研磨量を１．５μｍ以上とする。
【００５３】
【表５】
0005682471.tif 000006
【００５４】
以上説明したように、熱処理工程を行うことで、歩留まりを低下させることなく重金属を鏡面研磨後のシリコンウェーハの表面近傍に集合させ、再研磨工程によりこれを除去することにより、ＬＰＤを低減させることが可能となる。特に、このような方法はＬＰＤの発生原因となる結晶成長時の重金属汚染に起因し、従来は取り除くことのできなかった、サイズが４５ｎｍ程度の微小ＬＰＤを極限まで低減することが可能である。
【００５５】
本発明者らは、上記の結果から、無欠陥シリコン単結晶が育成時に重金属で汚染されていたとしても、ＬＰＤが極限まで低減され、検査工程及び出荷段階で不良品発生率が低いシリコンウェーハを、歩留まり良く製造できるシリコンウェーハの製造方法を見出した。以下、本発明について説明する。
【００５６】
本発明は、ＣＺ法により育成された無欠陥シリコン単結晶からシリコンウェーハを製造する方法であって、
前記無欠陥シリコン単結晶からスライスされ、鏡面研磨されたシリコンウェーハを準備した後に、
前記鏡面研磨されたシリコンウェーハを、５００℃以上６００℃以下の温度で、４時間以上６時間以下の時間で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程後のシリコンウェーハを、研磨量が１．５μｍ以上となるように再研磨する再研磨工程とを行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法である。
【００５７】
〔無欠陥シリコン単結晶〕
本発明において無欠陥シリコン単結晶はＣＺ法により育成し、特に磁場を印加したＭＣＺ法により育成することができる。また、本発明において無欠陥シリコン単結晶とは、ボイド型欠陥もＯＳＦも転位クラスターもない全面Ｎ−領域からなるシリコン単結晶をいう。一般的にシリコン単結晶には、シリコン原子の不足から発生する空孔型の点欠陥が過剰にあるＶ−領域、シリコン原子が余分に存在することにより発生する格子間型シリコン点欠陥が過剰にあるＩ−領域、そしてＶ−領域とＩ−領域の間に、原子の不足や余分が無い（少ない）Ｎ−領域が存在する。そして、ＶやＩが過飽和な状態の時に、グローンイン欠陥（ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等）が発生する。
【００５８】
この両点欠陥の濃度は、ＣＺ法における結晶の引上げ速度（成長速度）Ｖと結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの関係から決まることが知られている。Ｖ／Ｇというパラメータが点欠陥のトータルな濃度を決定するので、Ｖ／Ｇが所定の値になるように引上げ速度を調節することでＮ−領域が横全面に広がった結晶が製造でき、このＮ−領域が横に広がった時の引上げ速度を維持して引上げることで全面Ｎ−領域の結晶を長さ方向へ拡大することができることが知られている。本発明における無欠陥シリコン単結晶とは、このようにして育成された全面Ｎ−領域のシリコン単結晶である。
【００５９】
〔シリコンウェーハの準備〕
本発明では、無欠陥シリコン単結晶を少なくともスライスし、スライスされたウェーハを鏡面研磨してシリコンウェーハを準備する。このウェーハ加工工程は特に制限されず、一般的に行われている工程のいずれをも適用できる。特に、スライスの後、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨するのが典型的であるがその他の工程としてもよい。また、特に制限されないが、スライスされ、鏡面研磨されたシリコンウェーハとして、直径３００ｍｍ以上のシリコンウェーハを準備することが好ましい。このような最先端品に用いられる大直径ウェーハであっても、本発明の熱処理工程及び再研磨工程を行うことでＬＰＤが低減された高品質のシリコンウェーハを作製することができる。
【００６０】
〔熱処理工程〕
本発明の熱処理工程では、鏡面研磨されたシリコンウェーハを、５００℃以上６００℃以下の温度で、４時間以上６時間以下の時間で熱処理する。このように、重金属、特にＣｕ、Ｎｉのシリコン単結晶中における拡散速度が速いことを利用して比較的低温の熱処理工程を行うことで、Ｃｕ及びＮｉを鏡面研磨後のシリコンウェーハの表面近傍に集合させることができる。用いる熱処理炉についても特に制限されず、縦型あるいは横型のバッチ炉を用いれば効率がよい。
【００６１】
ここで、熱処理温度は、どの重金属で汚染されているか汚染状態が不明であることを考慮して、追加熱処理の必要のないように５００℃以上とし、また、熱処理中のウェーハ支持部からの熱応力によるスリップ転位の可能性や熱処理に起因する不良項目が増大し、歩留まりが低下することを回避するために６００℃以下とする。また、熱処理時間は、汚染状態が不明であることを考慮して、追加熱処理の必要のないように４時間以上とし、また、製造効率の低下及びＢＭＤ特性等に悪影響を及ぼさないように６時間以下とする。
【００６２】
〔再研磨工程〕
本発明の再研磨工程では、熱処理工程後のシリコンウェーハを、研磨量が１．５μｍ以上となるように再研磨する。このように、再研磨工程によりシリコンウェーハの表面近傍に集合した重金属、特にＣｕ、Ｎｉを除去することにより、ＬＰＤの発生原因となる重金属を除くことができる。これにより重金属起因の微小なＬＰＤを低減させることができる。ここで、再研磨量は、追加して再研磨する必要のないよう１．５μｍ以上とする。研磨方法としては、一般的にシリコンウェーハに行われているいずれの研磨方法によることができ、特に制限されない。例えば、研磨剤としてコロイダルシリカを用いたＣＭＰを行うことができる。
【００６３】
以上、熱処理工程及び再研磨工程を行うことによって、無欠陥シリコン単結晶が育成時に重金属で汚染されていたとしても、ＬＰＤが極限まで低減され、シリコンウェーハの製造の際の検査工程及び出荷段階で不良品発生率が低くなり、歩留まりの良いシリコンウェーハの製造方法となる。
【００６４】
また、熱処理工程及び再研磨工程を行うことによって、パーティクルカウンターで検出される、粒径サイズ３７ｎｍ以上１２０ｎｍ以下のＬＰＤが１０個／ｗａｆｅｒ以下の前記シリコンウェーハを製造することができる。このように、ＬＰＤが低減されれば検査工程及び出荷段階で不良品発生率がより低いシリコンウェーハを、歩留まり良く製造することができる。
【００６５】
〔シリコンウェーハ〕
また、前記シリコンウェーハの製造方法によって作製されたシリコンウェーハは、無欠陥シリコン単結晶が育成時に重金属で汚染されていたとしても、ＬＰＤが極限まで低減され、検査工程及び出荷段階で不良品発生率が低くなり、最先端の半導体素子作製工程に用いられる工程確認用のウェーハや高集積の半導体素子の製造に最適なシリコンウェーハとなる。
【００６６】
さらに、本発明では、鏡面研磨されたシリコンウェーハを熱処理して再研磨したシリコンウェーハであって、パーティクルカウンターで検出される、粒径サイズ３７ｎｍ以上１２０ｎｍ以下のＬＰＤが１０個／ｗａｆｅｒ以下であるシリコンウェーハを得ることができる。このような、シリコンウェーハであれば、ＬＰＤが極限まで低減されているため、検査工程及び出荷段階で不良品発生率が低くなり、最先端の半導体素子作製工程に用いられる工程確認用のウェーハや高集積の半導体素子の製造に適したシリコンウェーハとなる。
【００６７】
また、前記シリコンウェーハの直径が３００ｍｍ以上であることが好ましい。このような最先端用の大直径ウェーハであれば、半導体素子作製工程に用いられる工程確認用のウェーハや高集積の半導体素子の製造に最適なシリコンウェーハとなる。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明の実施例および比較例をあげてさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００６９】
（実施例１）
直径８１０ｍｍの石英ルツボに多結晶シリコンを４１０ｋｇ充填し、シリコンの固相／液相境界領域の温度勾配（Ｇ）と成長速度（Ｖ）を制御することにより直径３００ｍｍの無欠陥シリコン単結晶を育成した。この際、比抵抗は１０Ω・ｃｍとなるようにボロンをドープし、結晶軸方位は成長軸方向と垂直な面が＜１００＞であるようにした。この無欠陥シリコン単結晶にスライス、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨を施し鏡面研磨ウェーハを作製した。この鏡面研磨ウェーハを熱処理温度５００℃、熱処理時間４時間で熱処理をし、その後、再研磨量１．５μｍとして再研磨を行ってシリコンウェーハを作製した。熱処理、再研磨後のシリコンウェーハのＬＰＤをパーティクルカウンター（ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社  モデル名＝ＳＰ２  検出粒径サイズは０．０３７μｍ以上）にて検出した。結果を表６に示す。
【００７０】
（実施例２）
実施例１と同様にして作製した鏡面研磨ウェーハを、熱処理温度６００℃、熱処理時間４時間で熱処理をし、再研磨量１．５μｍとして再研磨を行ってシリコンウェーハを作製した。ＬＰＤの検出結果を表６に示す。
【００７１】
（実施例３）
実施例１と同様にして作製した鏡面研磨ウェーハを、熱処理温度５００℃、熱処理時間６時間で熱処理をし、再研磨量１．５μｍとして再研磨を行ってシリコンウェーハを作製した。ＬＰＤの検出結果を表６に示す。
【００７２】
（実施例４）
実施例１と同様にして作製した鏡面研磨ウェーハを、熱処理温度５００℃、熱処理時間４時間で熱処理をし、再研磨量２．０μｍとして再研磨を行ってシリコンウェーハを作製した。ＬＰＤの検出結果を表６に示す。
【００７３】
（比較例１）
実施例１と同様にして作製した鏡面研磨ウェーハを、熱処理温度４００℃、熱処理時間４時間で熱処理をし、再研磨量１．５μｍとして再研磨を行ってシリコンウェーハを作製した。ＬＰＤの検出結果を表６に示す。
【００７４】
（比較例２）
実施例１と同様にして作製した鏡面研磨ウェーハを、熱処理温度７００℃、熱処理時間４時間で熱処理をし、再研磨量１．５μｍとして再研磨を行ってシリコンウェーハを作製した。ＬＰＤの検出結果を表６に示す。
【００７５】
（比較例３）
実施例１と同様にして作製した鏡面研磨ウェーハを、熱処理温度５００℃、熱処理時間３時間で熱処理をし、再研磨量１．５μｍとして再研磨を行ってシリコンウェーハを作製した。ＬＰＤの検出結果を表６に示す。
【００７６】
（比較例４）
実施例１と同様にして作製した鏡面研磨ウェーハを、熱処理温度５００℃、熱処理時間８時間で熱処理をし、再研磨量１．５μｍとして再研磨を行ってシリコンウェーハを作製した。ＬＰＤの検出結果を表６に示す。
【００７７】
（比較例５）
実施例１と同様にして作製した鏡面研磨ウェーハを、熱処理温度５００℃、熱処理時間４時間で熱処理をし、再研磨量１．０μｍとして再研磨を行ってシリコンウェーハを作製した。ＬＰＤの検出結果を表６に示す。
【００７８】
【表６】
0005682471.tif 000007
【００７９】
以上に示されるように、熱処理温度が低い比較例１では十分にＬＰＤの原因となる不純物が表面に拡散しないためＬＰＤが低減できず、熱処理温度が高い比較例２では熱処理による良品率の低下が生じた。また、熱処理時間が短い比較例３では十分にＬＰＤの原因となる不純物が表面に拡散しないためＬＰＤが低減できず、熱処理時間が長い比較例４では全体の工程の長時間化によるスループットの低下が生じた。さらに、再研磨量の少ない比較例５では十分にＬＰＤの原因のなる不純物を取り除くことができずＬＰＤがあまり低減できないことが示された。
【００８０】
これに対して、本発明の実施例１〜４では、重金属、特にＣｕ、Ｎｉのシリコン単結晶中における拡散速度が速いことを利用して比較的低温５００〜６００℃、４〜６時間の熱処理工程を行うことで、重金属を鏡面研磨後のシリコンウェーハの表面近傍に集合させることができ、更に、研磨量１．５μｍ以上の再研磨工程によりこれを除去することにより、ＬＰＤを低減させることができることが示された。
【００８１】
以上説明したように、本発明のシリコンウェーハの製造方法であれば、無欠陥シリコン単結晶が育成時に重金属で汚染されていたとしても、ＬＰＤが極限まで低減され、検査工程及び出荷段階で不良品発生率が低いシリコンウェーハを、歩留まり良く製造できる方法となることが示された。
【００８２】
また、本発明のシリコンウェーハであれば、ＬＰＤが極限まで低減され、検査工程及び出荷段階で不良品発生率が低く、最先端の半導体素子作製工程に用いられる工程確認用のウェーハや高集積の半導体素子の製造に最適なシリコンウェーハとなる。
【００８３】
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。
【図１】
0005682471.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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