(57)【要約】【課題】シリコンウェーハのＲＴＰ処理において、スリップ転位の発生を抑制する熱処理方法を提供する。【解決手段】少なくとも急速加熱装置の支持部にシリコンウェーハが接触する部位とシリコンウェーハの最外周部のいずれかの部位に、急速加熱の過程においてスリップ転位が発生するのを防止するために、７００℃を越え９５０℃未満の範囲の温度範囲において、１０秒以上昇温を停止する工程を設ける。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも急速加熱装置の支持部にシリコンウェーハが接触する部位およびシリコンウェーハの最外周部のいずれかに、急速加熱の過程においてスリップ転位が発生するのを防止するために、７００℃を越え、９５０℃未満の範囲の温度範囲において、１０秒以上昇温を停止する工程を設けることを特徴とするシリコンウェーハの急速加熱熱処理方法。
【請求項２】
少なくとも急速加熱装置の支持部にシリコンウェーハが接触する部位およびシリコンウェーハの最外周部のいずれかに、急速加熱の過程においてスリップ転位が発生するのを防止するために、７００℃以下および９００℃以上の温度範囲を除く温度範囲で、１０秒以上昇温を停止する工程を設けることを特徴とするシリコンウェーハの急速加熱熱処理方法。
【請求項３】
前記熱処理工程の雰囲気ガスがアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１または２記載のシリコンウェーハの急速加熱熱処理方法。
【請求項４】
前記熱処理工程の雰囲気ガスがアルゴンガスとアンモニアガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１または２記載のシリコンウェーハの急速加熱熱処理方法。
【請求項５】
前記昇温を停止する工程のあと、略９０℃／秒の昇温速度で所定温度まで昇温し、前記所定温度で一定時間保持した後、略５０℃／秒の冷却速度で冷却する工程を有することを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のシリコンウェーハの急速加熱熱処理方法。
【請求項６】
前記所定温度は１２００℃から１２５０℃の間の温度であることを特徴とする請求項５記載のシリコンウェーハの急速加熱熱処理方法。
【請求項７】
前記シリコンウェーハは直径３００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項６いずれか記載のシリコンウェーハの急速加熱熱処理方法。
【請求項８】
前記シリコンウェーハの急速加熱熱処理は、酸素析出物を形成する工程の前処理として行われることを特徴とする請求項１または２記載のシリコンウェーハの急速加熱熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法により製造したシリコン単結晶インゴットをスライスして得られたシリコンウェーハの熱処理プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等のＩＣデバイスを作製するためのウェーハとしては、主にチョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）によって育成したシリコン単結晶インゴットをスライスし、研磨等を施して作製したシリコン単結晶ウェーハ（以下シリコンウェーハという）が用いられている。
【０００３】
シリコンウェーハに対する急速加熱・急速冷却プロセス（Rapid Thermal Process：以下この熱処理をＲＴＰ処理という）は、ＩＣデバイスの製造工程において、シリコンウェーハにイオン注入されたドーピング元素の活性化熱処理に多用されている。このＲＴＰ処理では、シリコンウェーハのｎ層あるいはｐ層に注入したドーピング元素を急速加熱により活性化させる。
【０００４】
上記ＲＴＰ処理はＲＴＡ（Rapid Thermal Annealer）装置を用いて行われる。
【０００５】
ＲＴＡ装置は、シリコンウェーハをＲＴＡ装置内の支持部で支持し、その後シリコンウェーハを赤外線ランプ等により急速加熱する熱処理装置である。シリコンウェーハを支持するおもな方法として、シリコンウェーハの裏面を複数のサポートピンで支持する方法とシリコンウェーハ周辺部をサセプタで支持する方法がある。高温まで急速加熱されたシリコンウェーハは、その後必要に応じて赤外線ランプに加える電力の調整により、所定の冷却速度で冷却される。
【０００６】
上記ＲＴＡ装置を用いたＲＴＰ処理は、シリコンウェーハの表層に無欠陥部を形成させ、かつ内部に酸素析出物（Bulk Micro Defect：ＢＭＤ）を形成させる熱処理にも用いられている。
【０００７】
ＢＭＤは酸素析出物（ＳｉＯ２）からなり、ＩＣデバイスの製造工程においてシリコンウェーハに浸入する有害重金属をトラップする作用を持つ。そのためＢＭＤはＩＣデバイスの歩留まりを向上させることを目的としてシリコンウェーハに導入される。
【０００８】
下記の特許文献１は、急速加熱によりシリコンウェーハの表層に無欠陥部を形成させ、かつ急速冷却によりシリコンウェーハの内部にＢＭＤを形成させるプロセスを開示している。常温から略１２５０℃まで略１００℃／秒で急速加熱し、その後、たとえば５０℃／秒以上の冷却速度で急冷することにより所望のＢＭＤを得ている。これは、１２５０℃という高温に保持することにより高濃度の原子空孔をシリコンウェーハに注入し、それを急冷することにより、ウェーハの内部にのみ原子空孔が凍結される現象を利用したものである。つまり、原子空孔による酸素析出物の発生への促進作用を利用することにより、表層はＢＭＤがない無欠陥層とし、シリコンウェーハの内部には重金属へのトラップ作用を持つ高密度のＢＭＤを形成させるという特徴をもった処理である。
【０００９】
しかしながら、特許文献１の場合、シリコンウェーハの急速加熱によりシリコンウェーハに熱応力が発生し、この熱応力により、すぐあとに説明するように、シリコンウェーハがＲＴＡ装置の支持部に接触する部位にスリップ転位が発生する確率が高い。
【００１０】
さらに、直径３００ｍｍの大口径シリコンウェーハにおいては自重応力も増加する。そのため、特許文献１のＲＴＰ処理の場合、熱応力によりスリップ転位が発生するのに加え、自重応力によりスリップ転位が発生するのが避けがたい。
【００１１】
（スリップ転位について）
ＲＴＰ処理においてシリコンウェーハに発生するスリップ転位について説明する。
【００１２】
図1はシリコンウェーハ上のピン痕およびエッジダメージの模式図である。
【００１３】
図1に示すように、３個のサポートピンでシリコンウェーハの裏面を支持する場合、シリコンウェーハの裏面には３個のピン痕Ｐ１〜Ｐ３が発生する。
【００１４】
ピン痕近傍には転位（転位クラスタ）と呼ばれる微小な結晶欠陥部が生じる。また、シリコンウェーハを移載するときに、シリコンウェーハの周辺部の不特定箇所にエッジダメージＰ４（複数）が発生する。エッジダメージ近傍にもスリップ転位の原因となる微小な転位（転位クラスタ）が生じる。
【００１５】
図２（ａ）および（ｂ）はＲＴＰ処理後のピン痕近傍のＸ線トポグラフィである。
【００１６】
図２（ａ）には、写真中央部にピンとの接触で生じた約０．５ｍｍ径のピン痕のみが認められ、スリップ転位の拡大・発展が生じなかった場合の例である。る。図２（ｂ）には、ＲＴＰ処理によりピン痕を起点として２方向に拡大・発展した２個のスリップ転位が認められる。スリップ転位の大きさはそれぞれ約８ｍｍ、約５ｍｍである。
【００１７】
図３はＲＴＰ処理後のシリコンウェーハエッジ近傍のＸ線トポグラフィである。
【００１８】
図３では、３箇所のエッジダメージＰ４をそれぞれ起点としてシリコンウェーハ中心方向に拡大・発展した３個のスリップ転位が認められる。それぞれのスリップ転位の大きさは約５ｍｍである。
【００１９】
以上、図２（ｂ）および図３のように、ＲＴＰ処理前にはシリコンウェーハの裏面あるいはエッジの微小の転位（転位クラスタ）が、ＲＴＰ処理における熱応力により大きなスリップ転位に拡大・発展する。
【００２０】
シリコンウェーハにスリップ転位が発生すると、シリコンウェーハに反りが発生してしまう。また、スリップ転位はＩＣデバイスのリークの原因ともなり、ＩＣデバイスの歩留まりを著しく減少させる。そのため、シリコンウェーハのＲＴＰ処理においては、スリップ転位の発生を抑制することが強く求められている。
【００２１】
そこで、特許文献２、３は、ＲＴＰ処理中における雰囲気ガスの組成により、シリコンウェーハのスリップ転位の発生を抑制する方法を開示している。
【００２２】
特許文献４は、シリコンウェーハに窒素を添加することによりウェーハの強度を高め、熱処理によるスリップ転位の発生を抑制する方法を開示している。
【００２３】
特許文献５は、雰囲気ガスにアンモニア（ＮＨ３）等を添加して、ＲＴＰ処理の温度を低温化することによりシリコンウェーハに発生するスリップ転位を抑制する方法を開示している。
【００２４】
特許文献６は、シリコンウェーハを支持する円環状のサセプタの形状を工夫することにより、ＲＴＰ処理におけるスリップ転位の発生を抑制する方法を開示している。
【００２５】
また、下記の非特許文献１〜４は、シリコン単結晶のスリップ転位発生についての研究報告である。
【００２６】
非特許文献１には、シリコン単結晶において、軽負荷の接触部に微小な転位クラスタが容易に生じる様子が報告されている。
【００２７】
非特許文献２には、転位とシリコンウェーハのせん断応力との関係が報告されている。非特許文献２によれば、転位が動き出すせん断応力はシリコン結晶に固溶された格子間酸素濃度に比例し、酸素濃度が高いほどスリップ転位の発生が生じにくい。一方、転位は非常に低いせん断応力によって動き出すことが示されており、スリップ転位の発生を回避することは非常に困難である。
【００２８】
非特許文献３には、シリコン単結晶に生じた転位をアニールし、６４７℃の環境下において転位が動き出すせん断応力に対するアニール時間の関係が報告されている。非特許文献４には、シリコン単結晶に生じた転位を３５０℃から８５０℃の温度範囲で所定時間アニールし、試験温度５５０℃の環境下において転位が動き出すせん断応力に対するアニールの温度と時間の関係が報告されている。
【００２９】
非特許文献３および４の報告によれば、発生直後の転位は、非常に低いせん断応力で動き出す。また運動している転位は、非常に低いせん断応力で運動を続ける。一方、転位をアニールするとシリコン単結晶内の酸素原子が転位に集積し、その後転位が運動を始めるせん断応力を著しく高める。
【００３０】
非特許文献３および４の場合、シリコン単結晶の転位を所定時間アニールし、その後、一定の温度環境下で転位とせん断応力との関係を評価したものであり、シリコンウェーハがＲＴＡ装置の支持部に接触する部位およびシリコンウェーハの最外周のエッジ部分に、シリコンウェーハを略１２５０℃まで急速に昇温する過程においてスリップ転位が発生するのを抑制することを対象とするものではない。
【特許文献１】特表２００１−５９３１９号公報
【特許文献２】特開平１１−１３５５１４号公報
【特許文献３】特開２００２−１１０６８５号公報
【特許文献４】特開２００２−４３２４１号公報
【特許文献５】特開２００３−３１５８２号公報
【特許文献６】特開２００２−１３４５９３号公報
【非特許文献１】Kyoko Minowa and Koji Sumino, Physical Review Letters, Volume69,(1992)p.320
【非特許文献２】Dimitris Mroudas and Robert A. Brown, Journal of Minerals Research, Volume6(1991)p.2337
【非特許文献３】Koji Sumino and Masato Imai, Philosophical Magazine A, Volume47, No5(1983)p.783
【非特許文献４】S.Senkader and P.R.Wilshaw, Journal of Applied Physics, Volume89(2001)p.4803
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本願発明者等は、ＲＴＰ処理におけるシリコンウェーハのスリップ転位発生の抑制について鋭意検討を重ねた。しかしながら、従来の技術によってはシリコンウェーハのスリップ転位の発生を十分に抑制できないことを確認した。
【００３２】
特に、直径が３００ｍｍのシリコンウェーハをＲＴＰ処理する場合、自重が大きく、また面内温度差が大きくなりやすく熱応力が増大するため、ＲＴＡ装置の支持部と接触する部位およびシリコンウェーハの最外周のエッジ部分にスリップ転位が発生するのを抑制することは困難であった。また、ＢＭＤ導入のためのＲＴＰ処理は１２００℃を越える程温度が高く、高温での保持時間も長いため、スリップについて過酷であり、ピン痕のスリップは不可避とも言えた。
【００３３】
本願発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、シリコンウェーハのＲＴＰ処理において、スリップ転位の発生を抑制する熱処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
以上のような目的を達成するために、第１発明においては、少なくともシリコンウェーハが急速加熱装置の支持部に接触する部位およびシリコンウェーハの最外周部のいずれかの部位に、急速加熱の過程においてスリップ転位が発生するのを防止するために、７００℃を越え、９５０℃未満の範囲の温度範囲において、１０秒以上昇温を停止する工程を設けることを特徴としている。
【００３５】
第２発明は、少なくともシリコンウェーハが急速加熱装置の支持部に接触する部位およびシリコンウェーハの最外周部のいずれかの部位に、急速加熱の過程においてスリップ転位が発生するのを防止するために、７００℃以下および９００℃以上の温度範囲を除く温度範囲で、１０秒以上昇温を停止する工程を設けることを特徴としている。
【００３６】
第１発明および第２発明は、従来、ＲＴＰ処理でシリコンウェーハに不可避的に発生したスリップ転位の拡大・発展を顕著に抑制する熱処理方法を提供するものである。
【００３７】
非特許文献３および４の報告によれば、発生直後の転位や運動している転位は非常に低いせん断応力によって運動する。一方、ある温度範囲において転位をアニールすると、シリコン単結晶内の酸素原子が転位に集積し、転位が運動を始めるせん断応力を著しく高める。
【００３８】
しかしながら、非特許文献３および４は、シリコン単結晶の転位を所定時間アニールし、その後、一定の温度環境下で転位とせん断応力との関係を評価したものであり、シリコンウェーハを略１２５０℃までの高温に、かつ急速昇温する過程でのスリップ転位発生の抑制について知見を与えるものではなかった。
【００３９】
本願発明は、シリコンウェーハに急速加熱熱処理を行う際に、シリコンウェーハがＲＴＡ装置の支持部に接触する部位およびシリコンウェーハの最外周のエッジ部分に、シリコンウェーハのスリップ転位が発生するのを抑制する昇温工程を見出し、この昇温工程をＲＴＰ処理に盛り込んだ熱処理方法である。
【００４０】
具体的には、図５（ｂ）に示すように、所定の昇温停止温度で１０秒以上昇温を停止し、転位の運動を抑制するとともに、その昇温停止時間の間にシリコンウェーハに生じた転位をアニールして、この転位にシリコンウェーハ内の酸素原子を集積させている。
【００４１】
第３発明は、第１発明または第２発明において、前記熱処理工程の雰囲気ガスがアルゴンガスと窒素ガスの混合ガスであることを特徴とする。
【００４２】
第３発明によれば、第1発明および第２発明の効果に加え、雰囲気ガスとして窒素ガスを混入させたので、昇温過程においてシリコンウェーハの表面を強く（硬く）することができる。
【００４３】
第４発明は、第１発明または第２発明において、前記熱処理工程の雰囲気ガスがアルゴンガスとアンモニアガスの混合ガスであることを特徴とする。
【００４４】
第４発明によれば、第1発明および第２発明の効果に加え、雰囲気ガスとしてアンモニアガスを混入させたので、高温保持温度が低くても、より高温の保持温度の場合と同様の熱処理効果を得ることができる。それは、アンモニアガスがシリコンウェーハへの空孔注入を促進する作用を持つためである。
【００４５】
第５発明は、第１発明乃至第４発明のいずれかの発明において、前記昇温を停止する工程のあと、略９０℃／秒の昇温速度で所定温度まで昇温し、前記所定温度で一定時間保持した後、略５０℃／秒の冷却速度で冷却する工程を有することを特徴としている。
【００４６】
第５発明によれば、昇温停止時間のあと略９０℃／秒の高速で、シリコンウェーハを昇温できる。また比較的低速の冷却速度で冷却するのでシリコンウェーハ内の酸素が十分に移動できる。
【００４７】
第６発明は、第１発明乃至第５発明のいずれかの発明において、前記所定温度は１２００℃から１２５０℃の間の温度であることを特徴とする。
【００４８】
第６発明によれば、雰囲気ガスの種類によって適宜最適の高温保持温度を選択することができる。
【００４９】
第７発明は、第１発明乃至第６発明において、前記シリコンウェーハは直径３００ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００５０】
第７発明によれば、大口径のシリコンウェーハのＲＴＰ処理に適用できる。
【００５１】
第８発明は、第１発明または第２発明において、前記シリコンウェーハの急速加熱熱処理は、酸素析出物を形成する工程の前処理として行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５２】
第１発明および第２発明によれば、昇温工程において所定の昇温停止時間を設けて、シリコンウェーハ内の酸素原子を転位クラスタに集積させることができる。これにより、転位が動き出すせん断応力を高めることができ、その後の昇温過程で転位がスリップ転位に拡大・発展するのを顕著に抑制することができる。その結果、ＲＴＰ処理した高品質のシリコンウェーハを容易に作製することができる。
【００５３】
また第３発明によれば、シリコンウェーハの表面を強くすることができるので、さらに転位がスリップ転位に拡大・発展するのを抑制することができる。
【００５４】
第４発明によれば、高温保持温度を低くすることができるので、全体の熱処理工程を短縮することができるとともに、ＲＴＡ装置の熱的負担を軽減することができる。
【００５５】
第５発明によれば、高速で昇温することによりシリコンウェーハの表層の無欠陥部を最適に形成することができるとともに、シリコンウェーハ内の酸素が十分に移動できるように冷却速度を最適化したので、所望の酸素析出物をシリコンウェーハ内に形成することができる。
【００５６】
第６発明によれば、最適の高温保持温度を適宜に設定することにより、さらにスリップ転位の発生を抑制することができる。
【００５７】
第７発明によれば、ＲＴＰ処理した大口径シリコンウェーハをさらに高品質に作製することができる。
【００５８】
第８発明によれば、スリップ転位の発生が抑制されたシリコンウェーハを用いて酸素析出物を形成する工程に入ることができ、歩留まりのよい酸素析出物形成工程とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
以下に、本発明に係わるシリコンウェーハのＲＴＰ処理について、図面を参照して説明する。  
（ＲＴＡ装置について）
まず本願発明に係るＲＴＰ処理に使用されるＲＴＡ（ＲＴＡ：Rapid Thermal Annealer）装置について説明する。
【００６０】
図４は、シリコンウェーハのＲＴＰ処理に用いるＲＴＡ装置の概念図である。
【００６１】
図４において、ＲＴＡ装置１０は石英板１１からなるチャンバ１２を有し、このチャンバ１２内でシリコンウェーハ１３を熱処理するようになっている。加熱は、チャンバ１２を上下から囲繞するよう配置された赤外線ランプ１４、１４によって行う。赤外線ランプ１４、１４はそれぞれ独立に供給される電力を制御できるようになっている。
【００６２】
シリコンウェーハ１３は石英テーブル１７に形成された３個のサポートピン１８の上に配置される。なお、サポートピン１８の代わりに円環状のサセプタを用いてもよい。
【００６３】
チャンバ１２には、熱処理用の雰囲気ガスを導入するためのガス導入口１５と雰囲気ガスを排気するためのガス排気口１６が設けられる。
【００６４】
また、チャンバ１２の外部に設置された図示しない赤外線温度計により、ウェーハ１３の温度が非接触で測定される。
【００６５】
上記ＲＴＡ装置によるＲＴＰ処理はおもに以下の６つの工程に分けられる。
【００６６】
（１）シリコンウェーハ１３を、チャンバ１２内に配置した３個のサポートピン１８で保持する。
【００６７】
（２）所定の混合ガス雰囲気でシリコンウェーハを熱処理するために、熱処理用の雰囲気ガスを図４の右側矢印方向Ａから左側矢印方向Ｂへたえず流す。
【００６８】
（３）赤外線ランプ１４、１４により所定の昇温速度でシリコンウェーハを加熱し、高温保持温度Ｔ０まで昇温する。以下この工程を「昇温工程」と呼ぶ。
【００６９】
（４）高温保持温度Ｔ０のまま一定時間高温保持する。この間に原子空孔がシリコンウェーハに注入される。
【００７０】
（５）赤外線ランプによる加熱を停止し、急速冷却を行う。この間にシリコンウェーハの表層の原子空孔は外部に拡散して消失し、ウェーハ内部のみに多量の原子空孔が凍結される。その結果として、ＩＣデバイスの製造工程における熱処理中に、ウェーハ内部のみに酸素析出物（ＢＭＤ）が形成されるという状態が作り込まれる。
【００７１】
（６）急速冷却後、チャンバ１２からシリコンウェーハ１８を取り出す。
【００７２】
（スリップ転位の発生過程）
上記ＲＴＰ処理を行った場合、シリコンウェーハがＲＴＡ装置の支持部と接触する部位にスリップ転位の発生を回避することは従来困難であった。
【００７３】
そこで本願発明者等は、ＲＴＰ処理におけるシリコンウェーハのスリップ転位の発生プロセスについて鋭意検討し、スリップ転位の発生過程を以下のように考えるに至った。
【００７４】
まず、シリコンウェーハとサポートピンや円環状のサセプタなどが接触すると、シリコンウェーハの接触部に接触ダメージが生じる。この接触ダメージはわずかな接触加重によっても生じる不可避的なダメージであり、接触部には微小な転位クラスタ（転位の集合）が生じる。また、このような接触部以外にも、ウェーハの移載時にウェーハエッジが接触した場合にも意図せずにエッジダメージが残り、スリップ転位の発生起点になる。発生した転位クラスタやエッジダメージは微小であり、またシリコンウェーハの裏面側あるいはエッジに生じているため、転位クラスタやエッジダメージ自体は有害なものではない。軽く接触した接触部に微小な転位クラスタが生じる様子は、非特許文献１に報告されている。
【００７５】
ところが、クラスタを構成する転位は、昇温工程の熱応力によるせん断応力によって動き出し、その後拡大・発展する。転位が大規模に拡大・発展した時には、ときに数十ｍｍに達するスリップ転位として顕在化する。
【００７６】
一方、非特許文献２によれば、転位が動き出すせん断応力はシリコン結晶に固溶された格子間酸素濃度に比例することが示されている。また、転位は非常に低いせん断応力によって動き出すことが示されている。
【００７７】
そこで本願発明者等は、非特許文献３および４に示された現象に着目した。
【００７８】
非特許文献３および４の報告によれば、発生直後の転位は、非常に低いせん断応力で動き出す。また運動している転位は、非常に低いせん断応力で運動を続ける。一方、転位をアニールするとシリコンウェーハ内の酸素原子が転位に集積し、転位が運動を始めるせん断応力を著しく高める。
【００７９】
これは、シリコンウェーハに生じた転位クラスタに一定の温度でアニールを加えると、その後に行われる昇温工程において転位が拡大・発展することを抑制する効果があることを示唆している。  
しかしながら、非特許文献３および４の場合、シリコン単結晶の転位を所定時間アニールし、その後、一定の温度環境下で転位とせん断応力との関係を評価したものであり、シリコンウェーハを略１２５０℃まで急速に昇温する工程において、シリコンウェーハがＲＴＡ装置の支持部に接触する部位およびシリコンウェーハの最外周のエッジ部分にスリップ転位が発生するのを抑制することを対象としていない。
【００８０】
そこで本願発明者等は、ＲＴＰ処理において、シリコンウェーハ内の酸素原子を転位に集積させるようなアニール条件を見つけることができれば、このアニール条件をＲＴＰ処理に盛り込むことにより、シリコンウェーハのスリップ転位の発生を抑制できるのではないかと考えるに至った。
【００８１】
本願発明は上記考えに基づいて、シリコンウェーハのＲＴＰ処理におけるアニール条件を見出すべく鋭意実験した結果達成したものであり、以下において本願発明のＲＴＰ処理を説明する。
【００８２】
（本願発明のＲＴＰ処理）
本願発明は、上記（３）の昇温工程を工夫したものである。
【００８３】
図５（ａ）は従来のＲＴＰ処理を説明する図である。図５（ｂ）は本願発明のＲＴＰ処理を説明する図である。横軸は時間Ｓ（任意）であり、縦軸は温度Ｔ（任意）である。なお、図において、所定温度Ｔ０は１２００℃から１２５０℃の間に設定する。
【００８４】
図５（ａ）に示すように、従来のＲＴＰ処理の場合、昇温工程において、高温保持温度Ｔ０に高速で到達できるように、昇温速度を大きくしたままシリコンウェーハを急速加熱する（図中Ａ部）。高温保持温度Ｔ０に到達後、一定時間その状態を保持する(図中Ｂ部)。その後、シリコンウェーハを急冷させる（図中Ｃ部）。
【００８５】
一方、本願発明では、図５（ｂ）に示すように、所定温度Ｔ０まで一気に急速加熱する前に、７００℃を越え、９５０℃未満の温度の間の昇温停止温度Ｔ１までは急速加熱を行う（図中Ｄ部）。次に、昇温停止温度Ｔ１になった時点で昇温を１０秒以上停止する（図中Ｅ部：昇温停止時間という）。昇温停止時間の終了後、引き続き高温保持温度Ｔ０まで急速加熱を行う（図中Ｆ部）。その場合の昇温速度は、５０℃／秒から９０℃／秒の間である。高温保持温度Ｔ０に到達後、一定時間その状態を保持する（図中Ｇ部）。高温保持温度Ｔ０に保持する時間は５秒から３０秒の間である。その後、シリコンウェーハを急冷させる（図中Ｈ部）。この場合の降温速度は略５０℃／秒である。
【００８６】
以上のように、本願発明では、シリコンウェーハのＲＴＰ処理の昇温工程において、７００℃を越え、９５０℃未満の間の昇温停止温度Ｔ１で１０秒以上の昇温停止時間を設けたことが特徴である。なお、昇温停止時間は１０秒以上あればよく、必要に応じて適宜その時間の長さを変更してもよい。
【００８７】
この昇温停止時間を設けたことにより、次に行われる高温保持温度Ｔ０への急速加熱におけるシリコンウェーハのスリップ転位の発生を著しく抑制することができた。その理由は、昇温停止時間に転移（転位クラスタ）へのシリコンウェーハ内の酸素原子の集積が起こり、転位が動き出すせん断応力が著しく増加したため、その後行われる昇温過程で転位の運動が顕著に抑制されたためと推測される。
【００８８】
以上のように、本願発明によれば、ＲＴＰ処理において、シリコンウェーハの昇温工程に昇温停止時間を設けたことにより、スリップ転位の発生を著しく抑制できる。その結果、本願発明のＲＴＰ処理により、スリップ転位を伴わない高品質のシリコンウェーハを容易に作製することができる。
【実施例１】
【００８９】
実施例１では、評価するシリコンウェーハとして、酸素濃度が１４×１０１７atoms/cm3（旧ＡＳＴＭ）である直径３００ｍｍのシリコンウェーハを準備した。ＲＴＡ装置におけるシリコンウェーハの支持方法はサポートピンによる３点支持とした。また、チャンバに導入する雰囲気ガスとして、全圧の２．５％を窒素ガスとし、残りをアルゴンガスとする混合ガスを用いた。
【００９０】
ＲＴＰ処理の昇温工程において、室温から昇温停止温度Ｔ１までの昇温速度を９０℃／秒とした。昇温停止温度Ｔ１を７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０、１０００℃の７条件とし、７００℃の場合を除いた６個の昇温停止温度における昇温停止時間をそれぞれ５、１０、２０秒とした。また昇温停止温度が７００℃の場合のみ、昇温停止時間を１０、２０、６０秒とした。なお比較のために、昇温停止時間のない従来の昇温工程によるＲＴＰ処理もおこなった。
【００９１】
昇温停止温度Ｔ１から高温保持温度Ｔ０＝１２５０℃までの昇温速度は９０℃／秒とした。次に、高温保持温度Ｔ０で３０秒保持し、その後５０℃／秒の冷却速度でシリコンウェーハを冷却した。
【００９２】
図６は、実施例１における２２通りの昇温工程でＲＴＰ処理したシリコンウェーハのＸ線トポグラフィ測定結果より得られたスリップについての結果である。
【００９３】
図６によれば、昇温停止時間を設けない比較例１の場合、サポートピンの周辺に合計長さが４２ｍｍのスリップ転位が発生している。また、ウェーハの最外周のエッジ部に図３により示されるようなスリップ部が３ケ所発生している。
【００９４】
また、昇温停止温度が７００℃の場合（比較例２〜４）、すべてのシリコンウェーハにスリップ転位が発生している。スリップ転位の長さは３０〜３７ｍｍの範囲である。また、ウェーハの最外周のエッジ部には図３により示されるようなスリップ部が１から３ケ所発生している。これは昇温停止温度が低いため、シリコンウェーハ内の酸素原子の拡散速度が低く、転位クラスタに十分移動・集積できなかったためと考えられる。
【００９５】
一方、昇温停止温度が９５０℃以上の場合（比較例９〜１４）、すべてのシリコンウェーハにスリップ転位が発生している。サポートピンの周辺のスリップ転位の長さの合計は３５〜４５ｍｍの範囲である。また、ウェーハの最外周のエッジ部には図３により示されるようなスリップ部が１から４ケ所発生している。これは９５０℃以上の高温の温度領域では転位が酸素原子を吸着する作用が弱くなるため、転位への酸素原子の集積が有効に起こらなかったため、効果的にスリップ転位の拡大・発展を抑制できなかったためと考えられる。
【００９６】
一方、本願発明のアニール条件でＲＴＰ処理した場合、すなわち、本発明の例１〜８の場合、いずれもスリップ転位の長さは１〜２ｍｍであることがわかる。また、ウェーハの最外周のエッジ部には図３により示されるようなスリップ部も発生しない。すなわち、本願発明の条件の場合、シリコンウェーハのスリップ転位の拡大・発展は従来例に比べて顕著に抑制されている。
【００９７】
また、昇温停止温度が７５０℃から９００℃の間であっても、昇温停止時間が５秒の場合（比較例５〜８）には、いずれもスリップ転位の長さは大きくなっている。これは昇温停止時間が短時間のために、その間に転位に十分な酸素原子を集積させることができなかったためと考えられる。
【００９８】
以上のように、実施例１によれば、本願発明の昇温工程をＲＴＰ処理に盛り込むことにより、昇温停止期間に転位クラスタにシリコンウェーハ内の酸素原子を集積させることができる。そのため、シリコンウェーハのせん断強度が高まり、転位が動き出すのを防止できる。これにより、ＲＴＰ処理によるシリコンウェーハのスリップ転位の発生を著しく抑制することができ、ＲＴＰ処理した高品質のシリコンウェーハを容易に作製することができる。
【００９９】
なお、シリコンウェーハをサポートするサポートピンはシリコンとの凝着傾向が低い方が望ましく、先端が鋭い石英ピンあるいはＳｉＣからなるサポートピンであることが望ましい。これは実施例２の場合も同様である。
【０１００】
また、実施例１では、雰囲気ガスに窒素ガスを混入したことにより、シリコンウェーハの表面を強くすることができる。そのため、昇温工程において、シリコンウェーハの表面近傍に存在する転位クラスタがスリップ転位に拡大・発展するのをさらに抑制する効果がある。
【０１０１】
図７は、ＲＴＰ処理後にシリコンウェーハに熱処理を施した場合のＢＭＤ密度の深さ方向分布を示す図である。横軸はウェーハの表面からの距離（μｍ）であり、縦軸はＢＭＤ密度（ｃｍ−２）である。熱処理は、７８０℃にて３時間、その後１０００℃にて１６時間施している。ＢＭＤ密度はWrightエッチング液にて２μｍの選択エッチングを施した後、光学顕微鏡でＢＭＤの蝕像をカウントすることにより求めている。
【０１０２】
図７に示すように、シリコンウェーハの表層に無欠陥層を有し、内部に高密度のＢＭＤを有する良好な析出状態が得られていることが分かる。なお、ＲＴＰ処理における原子空孔の注入は、１２５０℃での保持中に起こり、１２５０℃への昇温プロセスには全く依存しないため、ＢＭＤの密度は昇温工程には依存せず、全ての条件において同じ分布を示した。つまり、本願発明によればスリップの発生がなく、かつ、良好なＢＭＤの密度分布が得られることが分かる。
【実施例２】
【０１０３】
実施例２では、評価するシリコンウェーハとして、酸素濃度が１３．５×１０１７atoms/cm3（旧ＡＳＴＭ）である直径３００ｍｍのシリコンウェーハを準備した。ＲＴＡ装置におけるシリコンウェーハの支持方法はサポートピンによる３点支持とした。また、実施例１と異なり、チャンバに導入する雰囲気ガスとして、全圧の１０％をアンモニアガスとし、残りをアルゴンガスとする混合ガスを用いた。
【０１０４】
ＲＴＰ処理の昇温工程において、室温から昇温停止温度Ｔ１までの昇温速度を９０℃／秒とした。昇温停止温度Ｔ１を７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０、１０００℃の７条件とし、７００℃の場合を除いた６個の昇温停止温度における昇温停止期間をそれぞれ５、１０、２０秒とした。また昇温停止温度が７００℃の場合のみ、昇温停止時間を１０、２０、６０秒とした。なお比較のために、昇温停止時間のない従来の昇温工程によるＲＴＰ処理もおこなった。
【０１０５】
昇温停止温度Ｔ１から高温保持温度Ｔ０＝１２００℃までの昇温速度は９０℃／秒とした。次に、高温保持温度Ｔ０で２０秒保持し、その後５０℃／秒の冷却速度でシリコンウェーハを冷却した。
【０１０６】
図８は、実施例２における２２通りの昇温工程でＲＴＰ処理したシリコンウェーハのＸ線トポグラフィ測定結果より得られたスリップについての結果である。
【０１０７】
図８によれば、昇温停止温度が７００℃の場合（比較例２〜４）、すべてのシリコンウェーハにスリップ転位が発生している。サポートピンの周辺のスリップ転位の長さの合計は２９〜３６ｍｍの範囲である。また、ウェーハの最外周のエッジ部には図３により示されるようなスリップ部が１から２ケ所発生している。これは昇温停止温度が低いため、シリコンウェーハ内の酸素原子が転位クラスタに十分移動・集積できなかったためと考えられる。
【０１０８】
同様に、昇温停止温度が９５０℃以上の場合（比較例９〜１４）、すべてのシリコンウェーハにスリップ転位が発生している。サポートピンの周辺のスリップ転位の長さの合計は３１〜４２ｍｍの範囲である。また、ウェーハの最外周のエッジ部には図３により示されるようなスリップ部が１から２ケ所発生している。これは９５０℃以上の高温の領域では転位が酸素原子を吸着する作用が弱くなるため、転位への酸素原子の集積が有効に起こらなかったため、効果的にスリップ転位の拡大・発展を抑制できなかったためと考えられる。
【０１０９】
一方、本願発明の条件でＲＴＰ処理した場合、すなわち、本発明の例１〜８の場合、いずれもスリップ転位の長さは１〜２ｍｍである。また、ウェーハの最外周のエッジ部には図３により示されるようなスリップ部も発生しない。すなわち、実施例２の場合、従来に比べてスリップ転位の拡大・発展は従来に比べて顕著に抑制されていることがわかる。
【０１１０】
以上のように、実施例２によれば、実施利１と同様に、本願発明の昇温工程をＲＴＰ処理に盛り込むことにより、昇温停止時間に転位クラスタにシリコンウェーハ内の酸素原子を集積させることができる。そのため、シリコンウェーハのせん断強度が高まり、転位が動き出すのを防止できる。これにより、ＲＴＰ処理によるシリコンウェーハのスリップ転位の発生を顕著に抑制することができ、結果として高品質のシリコンウェーハを容易に作製することができる。
【０１１１】
なお、実施例２の場合、雰囲気ガスとしてアンモニアガスを混入させた。アンモニアガスを雰囲気ガスにすることにより、高温保持温度を低くしても、より高温の保持温度における熱処理効果と同様の熱処理効果を得ることができる。
【０１１２】
図９は、ＲＴＰ処理後にシリコンウェーハに熱処理を施した場合のＢＭＤ密度の深さ方向分布を示す図である。横軸はウェーハの表面からの距離（μｍ）であり、縦軸はＢＭＤ密度（ｃｍ−２）である。熱処理は、７８０℃にて３時間、その後１０００℃にて１６時間施している。ＢＭＤ密度はWrightエッチング液にて２μｍの選択エッチングを施した後、光学顕微鏡でＢＭＤの蝕像をカウントすることにより求めている。
【０１１３】
図９に示すように、シリコンウェーハの表層に無欠陥層を有し、内部に高密度のＢＭＤを有する良好な析出状態が得られていることが分かる。実施例１で示した１２５０℃での処理と同様なＢＭＤ密度が１２００℃において得られたことが分かる。これはアンモニアガスによる空孔注入効果によると考えられる。
【０１１４】
なお、ＲＴＰ処理における原子空孔の注入は、１２００℃での保持中に起こり、１２００℃への昇温プロセスには全く依存しないため、ＢＭＤの密度は昇温工程には依存せず、全ての条件において同じ分布を示した。
【０１１５】
実施例１、２ではシリコンウェーハの支持方法として３個のサポートピンを用いたが、場合によってはシリコンウェーハを円環状のサセプタで支持してもよい。また、実施例では昇温速度を９０℃／秒としたが、昇温速度が５０℃／秒から９０℃／秒の範囲内であれば、スリップ転位の発生を抑制しつつ、シリコンウェーハの表層の無欠陥部を形成することができる。
【０１１６】
実施例では高温保持温度を、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスでは１２５０℃とし、また、アンモニアガスとアルゴンガスの混合ガスでは１２００℃とした例を示したが、所望のＢＭＤ密度に応じて、１２００℃ないし、１２００℃を越える温度から１２５０℃の間の温度に高温保持温度を適宜設定することができる。
【０１１７】
また、実施例では冷却速度を５０℃／秒としてシリコンウェーハ内の酸素析出物を効果的に形成しているが、場合によっては冷却速度を５０℃／秒以上あるいは５０℃／秒以下に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】シリコンウェーハ上のピン痕およびエッジダメージの模式図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）はＲＴＰ処理後のピン痕近傍のＸ線トポグラフィである。
【図３】ＲＴＰ処理後のシリコンウェーハエッジ近傍のＸ線トポグラフィである。
【図４】本願発明のシリコンウェーハのＲＴＰ処理方法が適用されるＲＴＡ装置の概念図である。
【図５】（ａ）は従来のＲＴＰ処理を説明する図である。（ｂ）は本願発明のＲＴＰ処理を説明する図である。
【図６】実施例１における２２通りの昇温工程でＲＴＰ処理したシリコンウェーハのＸ線トポグラフィ測定結果より得られたスリップについての結果である。
【図７】実施例１におけるＲＴＰ処理後にシリコンウェーハに熱処理を施した場合のＢＭＤ密度の深さ方向分布を示す図である。
【図８】実施例２における２２通りの昇温工程でＲＴＰ処理したシリコンウェーハのＸ線トポグラフィ測定結果より得られたスリップについての結果である。
【図９】実施例２におけるＲＴＰ処理後にシリコンウェーハに熱処理を施した場合のＢＭＤ密度の深さ方向分布を示す図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０      ＲＴＡ装置
１１      石英板
１２      チャンバ
１３      シリコンウェーハ
１４      赤外線ランプ
１５      ガス導入口
１６      ガス排出口
１７      石英テーブル
１８      サポートピン
【図１】
2008053521.tif 000003
【図２】
2008053521.tif 000004
【図３】
2008053521.tif 000005
【図４】
2008053521.tif 000006
【図５】
2008053521.tif 000007
【図６】
2008053521.tif 000008
【図７】
2008053521.tif 000009
【図８】
2008053521.tif 000010
【図９】
2008053521.tif 000011