(57)【要約】【課題】ウエーハ表層にＤＺ層が形成されてデバイス特性が優れていると同時に、ゲッタリングサイトとして機能する酸素析出物をバルク領域内に十分に形成できるシリコン単結晶ウエーハを安価に製造することが可能な製造方法を提供する。【解決手段】シリコン単結晶ウエーハの製造方法であって、チョクラルスキー法により作製した径方向の全面がＮ領域のシリコン単結晶ウエーハを酸化性雰囲気下で急速熱処理し、該酸化性雰囲気下の急速熱処理で形成された酸化膜を除去してから、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下で急速熱処理するシリコン単結晶ウエーハの製造方法。【選択図】図４
2008207991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶ウエーハの製造方法であって、チョクラルスキー法により作製した径方向の全面がＮ領域のシリコン単結晶ウエーハを酸化性雰囲気下で急速熱処理し、該酸化性雰囲気下の急速熱処理で形成された酸化膜を除去してから、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下で急速熱処理することを特徴とするシリコン単結晶ウエーハの製造方法。
【請求項２】
前記径方向の全面がＮ領域のシリコン単結晶ウエーハを、Ｎｉ領域およびＮｖ領域が混在したものとすることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶ウエーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエーハ表面からデバイス活性領域となる一定の深さまで、結晶欠陥の発生がないＤＺ層が形成され、かつウエーハ内部にはゲッタリングサイトとなる酸素析出物を形成することのできるシリコン単結晶ウエーハの製造方法に関するものである。
【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エーハは、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欠陥ともいう）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エーハを得るための単結晶製造方法が例えば特許文献１や特許文献２で開示されている。
図８は、単結晶を育成した場合の引き上げ速度と欠陥分布の関係の一例を示している。単結晶育成時の引き上げ速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）を変化させることによって、シリコン融点から１３００℃までの温度範囲における引き上げ軸方向の結晶内温度勾配の平均値Ｇ（℃／ｍｍ）との比であるＶ／Ｇを変化させた場合のものである。
【０００５】
一般に、単結晶内の温度分布はＣＺ炉内の構造（以下ホットゾーンともいう）に依存しており、引き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は引き上げ速度の変化にのみ対応することになる。すなわち引き上げ速度ＶとＶ／Ｇは近似的には正比例の関係がある。したがって図８の縦軸には引き上げ速度Ｖを用いている。
引き上げ速度Ｖが比較的高速な領域ではベーカンシー（Ｖａｃａｎｃｙ：以下Ｖａともいう）と呼ばれる点欠陥である空孔が凝集したボイドと考えられているＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）やＦＰＤ（Ｆｌｏｗ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｄｅｆｅｃｔ）とよばれる空孔型の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。
【０００６】
これより引き上げ速度Ｖが少し遅くなると、結晶の周辺からＯＳＦがリング状に発生し、引き上げ速度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。
さらに引き上げ速度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ともいう）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ともいう）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、前記ＣＯＰやＦＰＤのように凝集した欠陥としては存在しないか、あるいは現在の欠陥検出方法では欠陥の存在が検出でき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。
【０００７】
引き上げ速度Ｖを更に遅くするとＩが過飽和となり、その結果Ｉが凝集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）の欠陥が低密度に発生し、この領域はＩ−Ｒｉｃｈ領域と呼ばれている。
これらのことから、結晶の中心から径方向全域に渡ってＮ領域となるような範囲にＶ／Ｇを制御しながら引上げた単結晶をウエーハに切り出し、研磨することにより径方向の全面がＮ領域になる極めて欠陥の少ないウエーハを得ることができる。
【０００８】
例として、図８のＡ−Ａの位置から切り出したウエーハは図９（ａ）に示すように全面Ｎｖ領域のウエーハとなる。図９（ｂ）は図８のＢ−Ｂの位置から切り出したウエーハを示し、ウエーハ中心部にＮｖ領域があり、その外周部にＮｉ領域が存在する。
図９（ｃ）は図８のＣ−Ｃから切り出したウエーハを示し、ウエーハ全面がＮｉ領域からなるウエーハを得ることができる。
なお、これらは一例であり、ホットゾーン等によっては、例えば上記の図９（ｂ）の例とは逆に、ウエーハ中心部にＮｉ領域があり、その外周部にＮｖ領域が存在する場合もある。
ウエーハ表面にＶ−Ｒｉｃｈ領域またはＩ−Ｒｉｃｈ領域に存在するＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が出現すると、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に、ウエ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。
【０００９】
図１０はＶ／ＧとＶａ濃度及びＩ濃度の関係を模式的に表現したもので、この関係はボロンコフ理論と呼ばれており、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを示している。
より詳細には、Ｖ／Ｇが臨界点（Ｖ／Ｇ）ｃ以上ではＶａが優勢な領域が形成され、臨界点以下ではＩが優勢な領域が形成される。すなわち、（Ｖ／Ｇ）ｃは、ＶａとＩが同濃度となるＶ／Ｇ値を示している。
【００１０】
図１０中のＩ−Ｒｉｃｈ領域は、Ｖ／Ｇが（Ｖ／Ｇ）ｉ以下であり、格子間シリコン型点欠陥Ｉが飽和濃度Ｃｉ以上であるため格子間型シリコン点欠陥の凝集体すなわちＬ／ＤのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が発生している領域である。
Ｖ−Ｒｉｃｈ領域は、Ｖ／Ｇが（Ｖ／Ｇ）ｖ以上であり、空孔Ｖａが飽和濃度Ｃｖ以上であるため空孔の凝集体すなわちＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が発生している領域である。
Ｎ領域とは空孔の凝集体あるいは格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないニュートラル領域（（Ｖ／Ｇ）ｉ〜（Ｖ／Ｇ）ｏｓｆ）を示す。
そして、通常このＮ領域に隣接してＯＳＦ領域（（Ｖ／Ｇ）ｏｓｆ〜（Ｖ／Ｇ）ｖ）が存在する。
【００１１】
ところで、シリコンウエーハには通常７〜１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＪＥＩＤＡ：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、このようなシリコンウエーハにデバイスプロセス等で熱処理が施されるとシリコンウエーハ内の過飽和な酸素が酸素析出物として析出する。この様な酸素析出物はＢＭＤ（Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔ）と呼ばれる。
このＢＭＤはウエーハ内のデバイス活性領域で発生すると、接合リーク等のデバイス特性に悪影響を及ぼすため問題となるが、一方でデバイス活性領域以外のバルク中に存在すると、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。
【００１２】
そのため、シリコンウエーハの製造においては、ウエーハのバルク中にＢＭＤを形成するとともに、デバイス活性領域であるウエーハ表面近傍はＢＭＤやＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥等が存在しない無欠陥領域（Ｄｅｎｕｔｅｄ  Ｚｏｎｅ；以下ＤＺ層という）を維持しなければならない。
【００１３】
近年、シリコンウエーハの出荷段階ではウエーハ内部にＢＭＤは発生していないが、その後のデバイスプロセス等の熱処理を行うことによって、デバイス活性領域であるウエーハ表面近傍にはＢＭＤのないＤＺ層を維持したまま、デバイス活性領域より深いバルク中にはＢＭＤが形成されてゲッタリング能力を有するように設計されたシリコンウエーハの製造方法として、シリコンウエーハをＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）処理する方法（急速熱処理）が提案されている（例えば特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。
このＲＴＰ処理とは、シリコンウエーハを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℃／ｓ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℃／ｓ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。
【００１４】
ここで、ＲＴＰ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簡単に説明する。
まず、ＲＴＰ処理では、例えばＮ２雰囲気中で１２００℃という高温保持中にウエーハ表面からＶａの注入が起こり、１２００℃から７００℃の温度範囲を例えば５０℃／ｓ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との再結合による消滅が起きる。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。
【００１５】
このような状態のウエーハに対して例えば酸素析出熱処理を施すことにより、高いＶａ濃度の領域では酸素析出物がクラスター化し、クラスター化した酸素析出物が成長してＢＭＤが形成される。このように、ＲＴＰ処理後のシリコンウエーハに酸素析出熱処理が施されると、ＲＴＰ処理で形成されたＶａの濃度プロファイルに従って、ウエーハ深さ方向に分布を有するＢＭＤを形成することになる。
【００１６】
以上のように、デバイス性能に悪影響を及ぼすＣＯＰやＯＳＦ等の結晶欠陥をなくすことを目的として、Ｎ領域からなるシリコン単結晶を作りこむ技術が開発されたり、また、表層にＤＺ層を有し、バルク領域にはＢＭＤを有するシリコン単結晶ウエーハを製造するにあたってＲＴＰ処理を用いた製造方法が行われている。
しかしながら、まず、Ｎ領域からなるシリコン単結晶ウエーハにおいては、初期酸素濃度が比較的低いため、ゲッタリングに必要な酸素析出が十分に得られない場合があった。さらに、径方向の全面がＮ領域といっても、通常はＮｖ、Ｎｉ領域が混在しており、Ｉが比較的多いＮｉ領域では酸素析出が起き難く、ＢＭＤ密度の面内分布において顕著なむらが発生する場合があった。
【００１７】
これらのようなＮ領域における酸素析出の問題を解決する手段として、高温のＲＴＰによりウエーハに空孔を注入し、この空孔により酸素析出を促進させる方法がある。
しかしながら、ＮｖおよびＮｉ領域が混在したＮ領域のシリコン単結晶ウエーハにＲＴＰを施すと、Ｎｖ領域、あるいは通常の検査ではＯＳＦが検出されない領域であっても、１０００℃で３ｈと１１５０℃で１００ｍｉｎの２段の熱処理を施す高感度のＯＳＦ検査を行った場合には欠陥が検出される領域では、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）特性が低下してしまう。この傾向は２００ｍｍよりも大口径の３００ｍｍウエーハにて、より顕著である。
また、例えば、径方向の全面がＮｉ領域のシリコン単結晶ウエーハを使用する方法も考えられるが、シリコン単結晶の製造マージンが狭くて生産性が低く、製造コストも著しく高くなってしまう。
【００１８】
【特許文献１】特開平１１−７９８８９号公報
【特許文献２】特許第３０８５１４６号公報
【特許文献３】特開２００１−２０３２１０号公報
【特許文献４】ＵＳＰ５４０１６６９号公報
【特許文献５】特表２００１−５０３００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ウエーハ表層にＤＺ層が形成されてデバイス特性が優れていると同時に、ゲッタリングサイトとして機能する酸素析出物をバルク領域内に十分に形成できるシリコン単結晶ウエーハを安価に製造することが可能な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】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明は、シリコン単結晶ウエーハの製造方法であって、チョクラルスキー法により作製した径方向の全面がＮ領域のシリコン単結晶ウエーハを酸化性雰囲気下で急速熱処理し、該酸化性雰囲気下の急速熱処理で形成された酸化膜を除去してから、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下で急速熱処理することを特徴とするシリコン単結晶ウエーハの製造方法を提供する（請求項１）。
【００２１】
このように、本発明のシリコン単結晶ウエーハの製造方法では、まず、チョクラルスキー法により作製した径方向の全面がＮ領域のシリコン単結晶ウエーハを酸化性雰囲気下で急速熱処理する。この酸化性雰囲気下の急速熱処理を施すことでウエーハに格子間シリコンを注入することができ、それによってＯＳＦ核を消滅あるいは不活性化させることができる。そして、次に、上記酸化性雰囲気下の急速熱処理によって形成された酸化膜を除去し、それから窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下で急速熱処理して製造することで、ウエーハに空孔を効率良く注入することができる。また、急速熱処理のため、熱処理に費やす時間が短時間で済む。このため、表層にＤＺ層を有してＴＤＤＢ特性が優れ、かつ、酸素析出熱処理等によってバルク領域内に十分なＢＭＤを形成することが可能なシリコン単結晶ウエーハを効率的にコストをかけずに製造することが可能である。
【００２２】
このとき、特に、前記径方向の全面がＮ領域のシリコン単結晶ウエーハを、Ｎｉ領域およびＮｖ領域が混在したものとすることができる（請求項２）。
このように、本発明ではＮｉ領域およびＮｖ領域が混在したシリコン単結晶ウエーハであっても、ウエーハ全面においてＴＤＤＢ特性が優れ、バルク領域に十分なＢＭＤを発生させ、高いゲッタリング能力を有し得るシリコン単結晶ウエーハを製造することができる。しかも、例えばＮｉ領域のみの場合に比べて製造マージンが広く、生産性高く、一層安価に製造することが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
このような本発明のシリコン単結晶ウエーハの製造方法であれば、表層にＤＺ層を有し、かつバルク中にＢＭＤを十分に形成できるシリコン単結晶ウエーハをコストをかけずに製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下では、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に、本発明のシリコン単結晶ウエーハの製造方法の手順の一例を示す。
図１に示すように、手順の全体の流れとしては、まずＮ領域シリコン単結晶ウエーハを準備し（工程１）、これに酸化性雰囲気下で急速熱処理を施す（工程２）。この後、工程２で形成されたウエーハ表面の酸化膜を除去する（工程３）。その後、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下で急速熱処理を再度施す（工程４）。
【００２５】
ここで、上記工程に用いることのできる装置について説明する。
Ｎ領域シリコン単結晶ウエーハの準備でチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げるにあたっては、例えば図２のような単結晶引き上げ装置を使用することができる。
図２に示すように、この単結晶引き上げ装置１には、引き上げ室２内に、シリコン単結晶インゴット１０の原料となるシリコン融液１１を収容するルツボ３が設けられている。そして、このルツボ３にはルツボ保持軸５及びその回転機構（図示せず）が備えられており、単結晶の育成中にルツボ３を回転できるようになっている。さらに、このルツボ３の周囲には、加熱のためのヒータ４が配設されており、さらにヒータ４の外側周囲には断熱材９が配置されている。そして、ルツボ３内のシリコン融液１１の上方には、シリコンの種結晶６を保持するシードチャック７、シードチャック７を引上げるワイヤ８、ワイヤ８を回転又は巻き取る巻取機構（図示せず）が備えられている。このように、本発明の製造方法では従来と同様の単結晶引き上げ装置を用いることができる。
このような装置１により、シリコン単結晶インゴット１０は、原料のシリコン融液１１から、引き上げ速度等を調整してワイヤ８によって引上げられる。
【００２６】
次に、上記のような単結晶引き上げ装置１によって引き上げられたシリコン単結晶インゴット１０を切り出したシリコン単結晶ウエーハに各急速熱処理を施すための装置について述べる。
図３に示す急速熱処理装置１２は、石英からなるチャンバー１３を有し、このチャンバー１３内でシリコン単結晶ウエーハ２１を急速熱処理できるようになっている。加熱は、チャンバー１３を上下左右から囲繞するように配置される加熱ランプ１４（例えばハロゲンランプ）によって行う。この加熱ランプ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。
【００２７】
ガスの排気側は、オートシャッター１５が装備され、外気を封鎖している。オートシャッター１５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エーハ挿入口が設けられている。また、オートシャッター１５にはガス排気口２０が設けられており、炉内雰囲気を調整できるようになっている。
そして、シリコン単結晶ウエーハ２１は石英トレイ１６に形成された３点支持部１７の上に配置される。トレイ１６のガス導入口側には、石英製のバッファ１８が設けられており、酸化性ガスや窒化性ガス、Ａｒガス等の導入ガスがシリコン単結晶ウエーハ２１に直接当たるのを防ぐことができる。
また、チャンバー１３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１３の外部に設置されたパイロメータ１９により、その特殊窓を通してシリコン単結晶ウエーハ２１の温度を測定することができる。
急速熱処理装置１２もまた、従来と同様のものを用いることができる。
【００２８】
以下、図２、３の各装置を用いて行う本発明の製造方法における各工程について説明する。
（工程１：Ｎ領域シリコン単結晶ウエーハの準備）
工程１では、後に二段階の急速熱処理（酸化性雰囲気下の急速熱処理（初段のＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）処理）、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下での急速熱処理（二段目のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理））を施す、径方向の全面がＮ領域のシリコン単結晶ウエーハ２１を準備する。
すなわち、まず、図２の単結晶引き上げ装置１を用い、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴット１０を引き上げる。このとき、この引き上げたシリコン単結晶インゴット１０から径方向の全面がＮ領域のシリコン単結晶ウエーハ２１を切り出せるように、例えば引き上げ速度を適当に調整してＶ／Ｇを制御し、シリコン単結晶インゴット１０の内部の欠陥領域が目的に沿った分布となるように引き上げを行う。このＶ／Ｇ等の制御方法は特に限定されるものではない。上述したように、引き上げ速度を調整したり、あるいは炉内構造を変化させたりすることにより制御すれば良い。
このようにしてシリコン単結晶インゴット１０を引き上げた後、ワイヤソーを用いてウエーハ状に切り出し、径方向の全面がＮ領域のシリコン単結晶ウエーハ２１を得る。
【００２９】
なお、本発明は、Ｎｉ領域およびＮｖ領域が混在するようなシリコン単結晶ウエーハ２１に対して特に有効である。すなわち、Ｎｉ領域およびＮｖ領域が混在したものであれば、シリコン単結晶インゴット１０の引き上げにおいて、例えば全面がＮｉ領域の場合に比べて製造マージンを広くとることができるので、より簡単かつ低コストでシリコン単結晶インゴット１０を引き上げることができ、生産性の向上を図ることができる。また、Ｎｖ領域が存在していても、ＴＤＤＢ特性が優れたシリコン単結晶ウエーハにできる。
以下の工程２〜４においては、Ｎｉ領域およびＮｖ領域が混在するＮ領域シリコン単結晶ウエーハを用いた場合について説明する。
【００３０】
（工程２：酸化性雰囲気下の急速熱処理）
次に、工程２として、準備したＮ領域シリコン単結晶ウエーハ２１に対し、図３の急速熱処理装置１２を用いて急速熱処理を施す。このときのチャンバー１３内の雰囲気は酸化性雰囲気であれば良く、例えば乾燥酸素雰囲気とすることもできるし、あるいはｗｅｔ酸素雰囲気とすることもできる。なお、この酸化性雰囲気下の急速熱処理によって、シリコン単結晶ウエーハ２１の表面には熱酸化膜が形成される。
【００３１】
このときの熱処理条件としては、例えば、５０℃／ｓの昇温速度で昇温し、９００〜１２５０℃程度で１０〜３０秒間保持した後、５０℃／ｓの降温速度で降温することができる。本発明者がこの酸化性雰囲気下での急速熱処理について実験を繰り返して研究を行ったところ、基本的には、最高温度が高いほど、また、急速熱処理としてその最高温度での保持時間が長いほど、後述するような、Ｎｖ領域あるいは２段の熱処理（１０００℃で３ｈと１１５０℃で１００ｍｉｎ）を施すＯＳＦ検査で欠陥が検出されるような領域でのＴＤＤＢ特性等の改善がより顕著に得られることが判った。ただし、これらの最高温度、保持時間等の条件は特に限定されるものではなく、切り出し後のシリコン単結晶ウエーハ２１におけるＯＳＦ核のサイズの大きさ等によって、その都度、適切に調整することができる。例えば、ＯＳＦ核のサイズが元々比較的大きければ、最高温度を比較的高く、保持時間を長く設定すれば良い。
【００３２】
このように、予め、工程２として酸化性雰囲気下での急速熱処理を施しておくことによりＴＤＤＢ特性が改善されるメカニズムとしては、まず、シリコン単結晶ウエーハ２１に格子間シリコンを注入し、ウエーハ内部に存在するＯＳＦ核を消滅あるいは不活性化することができるためと考えられる。したがって、後の工程４で、酸素析出を促進するために空孔をウエーハに注入するべく、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下での急速熱処理を施し、そしてその後にＢＭＤ形成のための酸素析出熱処理やデバイス工程での熱処理を行ったとしても、ＯＳＦ核は既に消滅あるいは不活性化しているので、ＯＳＦ核が結晶欠陥に成長するのを防止することができ、その結果、デバイス特性の悪化防止、改善を得ることができると考えられる。
【００３３】
一方、上記工程２を予め行っておく本発明に対し、この工程２（および後述する工程３）を行わずに工程４の窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下での急速熱処理を施してしまう従来のシリコン単結晶ウエーハの製造方法では、工程４の前にＯＳＦ核の消滅や不活性化が行われていないため、酸素析出熱処理やデバイス工程での熱処理等が施されると、Ｎｖ領域あるいは高感度のＯＳＦ検査で欠陥が検出されるような領域において核が成長して結晶欠陥が発生し易く、ＴＤＤＢ特性が悪化する。
【００３４】
（工程３：酸化膜の除去）
工程２により、シリコン単結晶ウエーハ２１の表面には酸化膜が形成されており、この状態のまま、次の工程４である窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下での急速熱処理を行うと、この熱酸化膜がマスクとして働いてしまうため、シリコン単結晶ウエーハ２１中に空孔を効率良く注入することができない。
したがって、そもそもウエーハ全面において十分には空孔が注入されず、そのため、酸素析出熱処理が行われてもバルク領域でのＢＭＤの形成が不十分となり、ゲッタリング能力を満足に得ることができなくなる。
【００３５】
しかしながら、本発明では、工程２で形成された酸化膜を工程３で除去してから工程４を行うので、工程４において空孔の注入が酸化膜により邪魔されることもなく、効率良く空孔を注入することができる。したがって、ウエーハの全面において空孔が十分に注入され、酸素析出が促進されるものとなり、バルク領域にＢＭＤを十分に形成することが可能なものであり、高いゲッタリング能力を有し得るものに製造することができる。
なお、工程３における酸化膜の除去について、その方法は特に限定されないが、例えば、シリコン酸化膜の除去の際によく行われているようにフッ酸を用いて除去することができる。
【００３６】
（工程４：窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下での急速熱処理）
上記のように、工程３で酸化膜を除去した後に、図３の急速熱処理装置１２を用い、再度急速熱処理をシリコン単結晶ウエーハ２１に施す。ただし、このときのチャンバー１３内の雰囲気は、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気とする。窒化性雰囲気としては、例えばＮＨ３、Ｎ２等が挙げられる
上述したように、この急速熱処理により、シリコン単結晶ウエーハ２１中に空孔が注入され、バルク中にＢＭＤ、ひいてはゲッタリング能力を有し得るものとすることができる。
【００３７】
なお、熱処理条件としては、例えば、５０℃／ｓの昇温速度で昇温し、９００〜１２５０℃程度で１０〜３０ｓ保持した後、５０℃／ｓの降温速度で降温することができる。この急速熱処理の条件は特に限定されず、例えば従来と同様の急速熱処理条件で行うことが可能である。
【実施例】
【００３８】
（実施例１、比較例１）
抵抗率９．２Ωｃｍ、初期酸素濃度１１．０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、全面Ｎ領域（中心部がＮｉ領域、外周部がＮｖ領域）、高感度のＯＳＦ検査によりＯＳＦが外周部に１０２ヶ／ｃｍ２検出される直径３００ｍｍでｐ型のシリコン単結晶インゴットを図２に示す単結晶引き上げ装置１を用いて育成し、このシリコン単結晶インゴットから切り出したウエーハ（ＣＷウエーハ）を実施例１および比較例１用にそれぞれ用意した。
【００３９】
本発明の製造方法にあたる実施例１として、まず、図３に示すような急速熱処理装置１２を用い、上記ＣＷウエーハに、乾燥酸素雰囲気中で５０℃／ｓの昇温速度で昇温し、１０５０〜１２５０℃、１０ｓまたは３０ｓの急速酸化熱処理を施した後、５０℃／ｓの降温速度でウエーハを冷却した（初段のＲＴＯ処理）。このとき、ウエーハには少なくとも３．５ｎｍ以上の熱酸化膜が形成されたが、ＨＦ洗浄によりこの熱酸化膜を全て除去した。
その後、ＮＨ３  ０．７５Ｌ／ｍｉｎ＋Ａｒ  １４．２５Ｌ／ｍｉｎの混合雰囲気で１１７５℃、１０ｓの急速熱処理（二段目のＲＴＡ処理）を施し、５０℃／ｓの降温速度でウエーハを冷却した。その後、両面研磨と片面研磨を行なった（ＰＷウエーハ）。
このＰＷウエーハにデバイス製造工程を模擬した熱シミュレーションとして、（９００℃、３０ｍｉｎ）＋（１０００℃、３０ｍｉｎ）＋（８００℃、１８０ｍｉｎ）＋（９００℃、６０ｍｉｎ）の熱処理を施し、その後２５ｎｍの熱酸化膜を形成し、酸化膜耐圧を測定した。
尚、急速熱処理装置としては、市販のＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製３００ｍｍ  ＲＴＰ装置  Ｖａｎｔａｇｅ  Ｒａｄｉａｎｃｅを用いた。
【００４０】
また、従来の製造方法にあたる比較例１としては、初段のＲＴＯ処理やその後のＨＦ洗浄を行わないこと以外は実施例１と同様にして、二段目のＲＴＡ処理、デバイス製造工程を模擬した熱シミュレーション、酸化膜耐圧特性の測定を行った。
【００４１】
実施例１および比較例１のＴＤＤＢ評価結果を図４に示す。グラフの横軸は初段のＲＴＯ処理における最高温度、縦軸は定電流ＴＤＤＢを評価した際の５Ｃ／ｃｍ２以上となったウエーハのセルの割合を良品率として表したものである（すなわち、５Ｃ／ｃｍ２までチャージをかけても破壊しなかったセルの割合）。
比較例１のように、今回使用したＣＷウエーハでは、初段のＲＴＯ処理を行わなかった場合には、事前の高感度のＯＳＦ検査でＯＳＦが検出されたウエーハ外周部の領域でＴＤＤＢ特性が低下し、良品率は９２．３％にとどまった。
【００４２】
一方、実施例１のように、初段にＲＴＯ処理を行った場合は、不良セル数は減少し、ほぼ９５％以上の高い値を得ることができ、比較例１に比べて改善されたことが判る。なお、データのばらつきがあるが、基本的にはＲＴＯ温度が高いほど、最高温度でのホールド時間が長いほうが、ＴＤＤＢ良品率が向上する傾向が見られた。上述したように、急速熱処理として、より高温、より長時間の条件とすることで、より多くのＯＳＦ核を消滅あるいは不活性化させることができ、結晶欠陥に成長するのを抑制できたためと考えられる。
【００４３】
（実施例２、比較例２）
抵抗率１０．２Ωｃｍ、初期酸素濃度１０．９ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、全面Ｎ領域（中心部がＮｉ領域、外周部がＮｖ領域）、高感度のＯＳＦ検査によりＯＳＦが外周部に７６ヶ／ｃｍ２検出される直径３００ｍｍでｐ型のシリコン単結晶インゴットを育成し、このシリコン単結晶インゴットから切り出したウエーハ（ＣＷウエーハ）を実施例２および比較例２用にそれぞれ用意した。
【００４４】
実施例２として、実施例１とほぼ同様にして上記ＣＷウエーハの処理およびＴＤＤＢ評価を行った（初段のＲＴＯ処理として、乾燥酸素雰囲気中で５０℃／ｓの昇温速度で昇温し、９００〜１２００℃、３０ｓの急速酸化熱処理を施した後、５０℃／ｓの降温速度でウエーハを冷却した。）。
比較例２として、初段のＲＴＯ処理やその後のＨＦ洗浄を行わないこと以外は実施例１と同様にして、上記ＣＷウエーハの処理およびＴＤＤＢ評価を行った。
【００４５】
実施例２および比較例２の評価結果を図５に示す。
比較例２のように、今回使用したＣＷウエーハでは、初段のＲＴＯ処理を行わなかった場合のＴＤＤＢ特性良品率は８５．７％にとどまった。
一方、実施例２のように、初段のＲＴＯ処理を行った場合、１１７５℃以下ではＴＤＤＢ特性の改善の度合いは少なかったものの、１２００℃、３０ｓの場合は９５％以上となり、比較例２に比べて著しい改善効果が見られた。
このＴＤＤＢ特性の改善効果についての実施例１と実施例２の違いは、実施例２のウエーハの結晶引き上げ時に形成されたＯＳＦ核のサイズが実施例１のサンプルに比べて大きく、ＴＤＤＢ特性が回復するＲＴＯ温度が高温側にシフトしたためと考えられる。
【００４６】
（比較例３、４）
実施例１と同じシリコン単結晶インゴットから作ったＣＷウエーハに対し、初段のＲＴＯ処理の替わりに、急速熱処理ではなく、乾燥酸素雰囲気での１１５０℃、１ｈ（比較例３）とＡｒ雰囲気での１２００℃、１ｈの熱処理（比較例４）を別々のウエーハに行った。この場合の熱処理は、従来から用いられているバッチ式の縦型熱処理炉（抵抗加熱タイプ）を用いた。昇温速度は、１０００℃までは５℃／ｍｉｎ、１１００℃までは３℃／ｍｉｎ、１１００℃以上は１℃／ｍｉｎとした。
そして、バッチ炉での熱処理以降は、ＨＦ洗浄で熱酸化膜を除去し、その後のサンプル処理、ＴＤＤＢ評価は実施例１と同じとした。
【００４７】
その結果、比較例３のように、乾燥酸素雰囲気での１１５０℃、１ｈの熱処理の場合、ＴＤＤＢ良品率は７９．７％と悪く、特にウエーハ外周部に不良セルが多発した。実施例１のＲＴＯ処理時と同様に格子間シリコンは注入されているが、昇温速度が遅いため、昇温中に結晶欠陥が成長したと考えられる。このため、初段のＲＴＯ処理では、本発明を実施した実施例１や実施例２のように急速加熱することが重要であることが判る。
【００４８】
一方、比較例４のように、非酸化性のＡｒ雰囲気で１２００℃、１ｈの熱処理を行った場合、ＴＤＤＢ良品率は９９．７％と良好であった。これはＡｒ雰囲気中での高温熱処理中にウエーハ表層の格子間酸素が外方拡散し、結晶欠陥が消滅したものと考えられる。この高温ＡｒアニールによるＧＯＩ特性の改善は公知であるが、長時間を必要とし、特にコストの面から実施は現実的ではない。
【００４９】
（比較例５、６）
比較例４にて、Ａｒ雰囲気での１２００℃、１ｈの熱処理がＧＯＩ特性の改善に効果が見られたため、実施例１における初段のＲＴＯの替わりにＡｒ雰囲気でのＲＴＡ処理を検討した。
抵抗率９．２Ωｃｍ、初期酸素濃度１１．１ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、全面Ｎ領域（中心部がＮｉ領域、外周部がＮｖ領域）、高感度のＯＳＦ検査によりＯＳＦが外周部に１０２ヶ／ｃｍ２検出される直径３００ｍｍでｐ型のシリコン単結晶インゴットを育成し、このシリコン単結晶インゴットから切り出したウエーハ（ＣＷウエーハ）を、比較例５、６用にそれぞれ用意した。
【００５０】
比較例５として、このＣＷウエーハをＡｒ雰囲気中で５０℃／ｓの昇温速度で昇温し、１２００−１２５０℃、１０ｓの急速熱処理を施し、５０℃／ｓの降温速度でウエーハを冷却した。ＨＦ洗浄により自然酸化膜を除去した後、ＮＨ３  ０．７５Ｌ／ｍｉｎ＋Ａｒ  １４．２５Ｌ／ｍｉｎの雰囲気で１１７５℃  １０ｓの急速熱処理を施し、５０℃／ｓの降温速度でウエーハを冷却した。その後、実施例１と同様の処理およびＴＤＤＢ評価を行った。
【００５１】
また、比較例６としては、Ａｒ雰囲気でのＲＴＡ処理やその後のＨＦ洗浄を行わないこと以外は比較例５と同様にして、サンプルの処理および評価を行った。
【００５２】
比較例５および比較例６の評価結果を図６に示す。
比較例６のように、Ａｒ雰囲気でのＲＴＡ処理を行わなかった場合のＴＤＤＢ特性良品率は８４．７％であった。
また、比較例５のように、最初にＡｒ雰囲気でのＲＴＡ処理を行った場合もＴＤＤＢ特性良品率は９０％未満となり、良品率が９０％以上、さらには９５％以上のデータを得られた実施例１や実施例２に比べ、顕著な効果は見られなかった。これは、そもそもＡｒ雰囲気の熱処理での欠陥消滅作用は、格子間酸素の外方拡散が主であるので、ＲＴＡ処理のように熱処理時間が短いと外方拡散が不十分になり、その結果、結晶欠陥を消滅できなかったためと考えられる。
以上のように、本発明を実施した実施例１、２のように、予めＲＴＯ処理を行う方法が最も効率よくＧＯＩ特性を改善することが出来ることが判る。
【００５３】
（実施例３、比較例７）
次に、本発明の製造方法における、初段のＲＴＯ処理と二段目のＲＴＡ処理との間に実施する熱酸化膜の除去の効果について検討を行った。
抵抗率２６．８Ωｃｍ、初期酸素濃度１１．５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、全面Ｎ領域（中心部がＮｉ領域、外周部がＮｖ領域）、高感度のＯＳＦ検査によりＯＳＦが外周部に４８ヶ／ｃｍ２検出される直径３００ｍｍでｐ型のシリコン単結晶インゴットを育成し、このシリコン単結晶インゴットから切り出したウエーハ（ＣＷウエーハ）を実施例３および比較例７用にそれぞれ用意した。
【００５４】
実施例３として、まず、ＣＷウエーハに、乾燥酸素雰囲気中で５０℃／ｓの昇温速度で昇温し、１１７５℃  １０ｓの急速酸化熱処理を施した後、５０℃／ｓの降温速度でウエーハを冷却した（初段のＲＴＯ処理）。このとき、ウエーハには７．９ｎｍの熱酸化膜が形成されたが、ＨＦ洗浄によりこの熱酸化膜を全て除去した。
その後、ＮＨ３  ０．７５Ｌ／ｍｉｎ＋Ａｒ  １４．２５Ｌ／ｍｉｎの混合雰囲気で１１７５℃、１０ｓの急速熱処理（二段目のＲＴＡ処理）を施し、５０℃／ｓの降温速度でウエーハを冷却した。その後、両面研磨と片面研磨を行なった（ＰＷウエーハ）。
このＰＷウエーハにデバイス製造工程を模擬した熱シミュレーションとして、（９００℃、３０ｍｉｎ）＋（１０００℃、３０ｍｉｎ）＋（８００℃、１８０ｍｉｎ）＋（９００℃、６０ｍｉｎ）の熱処理を施し、三井金属社製内部欠陥測定装置ＭＯ−４４１でＢＭＤ密度の面内分布を評価した。
【００５５】
比較例７としては、初段のＲＴＯ処理後、熱酸化膜を除去せず、その後はそのまま熱酸化膜のついた状態で実施例３と同様のサンプル処理および評価を行った。
【００５６】
実施例３および比較例７の結果を図７に示す。
本発明の製造方法を行った実施例３のように、初段のＲＴＯ処理の後、熱酸化膜を除去してから二段目のＲＴＡ処理を行なった場合は、ウエーハ全面において、１Ｅ９／ｃｍ３以上のＢＭＤが検出され、十分なゲッタリング能力が期待できる。
一方、比較例７は、特開２００１−４４１９３公報に開示された製造方法に相当するものであるが、熱酸化膜の付いた状態で二段目のＲＴＡ処理を行なったウエーハのＢＭＤ密度は１Ｅ８／ｃｍ３未満となり、ゲッタリング効果はほとんど期待できない。また、面内分布に著しいむらが発生している。
【００５７】
すなわち、実施例３のように初段のＲＴＯ処理によって形成され、取り除かないと空孔注入時にマスクの役割を果たすことになる熱酸化膜を除去してから、二段目のＲＴＡ処理を施して空孔の注入を行うことによって、空孔を効率良く十分にウエーハ全面に注入することができ、その結果、ウエーハ全面において高いＢＭＤ密度、ゲッタリング能力を有し得るシリコン単結晶ウエーハを製造できることが判る。
【００５８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明のシリコン単結晶ウエーハの製造方法の手順の一例を示す工程図である。
【図２】本発明の製造方法で用いることができる単結晶引き上げ装置の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の製造方法で用いることができる急速熱処理装置の一例を示す概略図である。
【図４】実施例１および比較例１のＴＤＤＢ特性の評価結果を示すグラフである。
【図５】実施例２および比較例２のＴＤＤＢ特性の評価結果を示すグラフである。
【図６】実施例５および比較例６のＴＤＤＢ特性の評価結果を示すグラフである。
【図７】実施例３および比較例７のＴＤＤＢ特性の評価結果を示すグラフである。
【図８】シリコン単結晶インゴットを育成したときの引き上げ速度と欠陥分布の関係の一例を示す概略説明図である。
【図９】シリコン単結晶インゴットを半径方向に切り出したウエーハの面内欠陥分布を示す概略図である。
【図１０】Ｖ／ＧとＶａ濃度およびＩ濃度の関係を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…単結晶引き上げ装置、  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…シリコン単結晶インゴット、
１１…シリコン融液、  １２…急速熱処理装置、  １３…チャンバー、
１４…加熱ランプ  １５…オートシャッター、  １６…石英トレイ、
１７…３点支持部、  １８…バッファ、  １９…パイロメータ、
２０…ガス排気口、  ２１…シリコン単結晶ウエーハ。
【図１】
2008207991.tif 000003
【図２】
2008207991.tif 000004
【図３】
2008207991.tif 000005
【図４】
2008207991.tif 000006
【図５】
2008207991.tif 000007
【図６】
2008207991.tif 000008
【図７】
2008207991.tif 000009
【図８】
2008207991.tif 000010
【図９】
2008207991.tif 000011
【図１０】
2008207991.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月24日(2008.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
（比較例５、６）
比較例４にて、Ａｒ雰囲気での１２００℃、１ｈの熱処理がＧＯＩ特性の改善に効果が見られたため、実施例１における初段のＲＴＯの替わりにＡｒ雰囲気でのＲＴＡ処理を検討した。
抵抗率９．２Ωｃｍ、初期酸素濃度１１．１ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、全面Ｎ領域（中心部がＮｉ領域、外周部がＮｖ領域）、高感度のＯＳＦ検査によりＯＳＦが外周部に１０２ヶ／ｃｍ２検出される直径３００ｍｍでｐ型のシリコン単結晶インゴットを育成し、このシリコン単結晶インゴットから切り出したウエーハ（ＣＷウエーハ）を、比較例５、６用にそれぞれ用意した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
実施例３および比較例７の結果を図７に示す。
本発明の製造方法を行った実施例３のように、初段のＲＴＯ処理の後、熱酸化膜を除去してから二段目のＲＴＡ処理を行なった場合は、ウエーハ全面において、１Ｅ９／ｃｍ３以上のＢＭＤが検出され、十分なゲッタリング能力が期待できる。
一方、比較例７は、特開２００１−４４１９３公報に開示された製造方法に相当するものであるが、熱酸化膜の付いた状態で二段目のＲＴＡ処理を行なったウエーハのＢＭＤ密度は１Ｅ８／ｃｍ３未満となり、ゲッタリング効果はほとんど期待できない。また、面内分布に著しいむらが発生している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
【図１】本発明のシリコン単結晶ウエーハの製造方法の手順の一例を示す工程図である。
【図２】本発明の製造方法で用いることができる単結晶引き上げ装置の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の製造方法で用いることができる急速熱処理装置の一例を示す概略図である。
【図４】実施例１および比較例１のＴＤＤＢ特性の評価結果を示すグラフである。
【図５】実施例２および比較例２のＴＤＤＢ特性の評価結果を示すグラフである。
【図６】比較例５および比較例６のＴＤＤＢ特性の評価結果を示すグラフである。
【図７】実施例３および比較例７のＢＭＤ密度の面内分布の評価結果を示すグラフである。
【図８】シリコン単結晶インゴットを育成したときの引き上げ速度と欠陥分布の関係の一例を示す概略説明図である。
【図９】シリコン単結晶インゴットを半径方向に切り出したウエーハの面内欠陥分布を示す概略図である。
【図１０】Ｖ／ＧとＶａ濃度およびＩ濃度の関係を示す概略説明図である。