(57)【要約】【課題】ボイド欠陥を低減できるシリコン単結晶ウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】シリコン単結晶ウェーハの表面からイオン注入を行い、このイオン注入されたウェーハに５００℃以上、シリコンの融点（１４１０℃）以下の温度で熱処理を施す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶ウェーハの表面からイオン注入を行う工程と、
前記イオン注入されたウェーハを５００℃以上、シリコンの融点以下の温度で熱処理を施す工程と、を有し、空孔集合体欠陥を消滅させることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記イオンのドーズ量が、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項1記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記注入されたイオンの濃度ピークが、ウェーハ表面から３μｍ以下の深さであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記熱処理工程における熱処理時間が、１時間以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のシリコン単結晶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、シリコン単結晶ウェーハの製造方法に関し、特に空孔集合体欠陥、現状検出レベルではボイド欠陥と呼ばれる欠陥を低減できるシリコン単結晶ウェーハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶ウェーハには、チョクラルスキー法（以下ＣＺ法）による結晶育成時に導入される空孔の凝集によってボイド欠陥が生じる。ボイド欠陥は八面体構造の空洞に内壁酸化膜が僅かに成長している構造や、窒素ドープ結晶などでは潰れたボイド欠陥構造を有し、サイズ的には直径換算で０．２μｍ以下である。この種のボイド欠陥は半導体デバイスの製造プロセスにおいて歩留劣化の原因となる。
【０００３】
このため、結晶育成時のインゴットの温度勾配や引上げ速度などの育成条件を駆使した無欠陥制御を行うことで、ボイド欠陥の縮小ないし消滅させる手法が採られている。現実的には、結晶育成条件の制御だけでボイド欠陥が全くない結晶も量産化されているが空孔が凝集した空孔クラスターのようなものが存在している可能性がある。
【０００４】
また、クラスター欠陥は未だ評価装置が市販されていないので密度やサイズなど判らないが、ボイド欠陥を検査する装置が高感度化すれば、現在の検査装置ではボイド欠陥がないと判断されても、実際には更に小さいボイド欠陥あるいはクラスター欠陥が存在している可能性もあり得る。
【０００５】
すなわち、ボイド欠陥が存在するかどうかの判定は、殆ど全て銅デコレーション法が使用されている。しかしながら、この検査手法には銅溶液に印加する電圧によって欠陥密度が大幅に変動するといった問題がある。したがって、現状標準化された印加電圧でボイド欠陥が観察されていなくとも、印加電圧を上げると小さなボイド欠陥が徐々に観察されることは充分に予想される。
【０００６】
特に、シリコンウェーハの直径が３００ｍｍより大口径化した場合には、結晶引上げ時の熱履歴が長くなりボイド欠陥フリーを実現することは更に困難になるばかりかボイド欠陥サイズも大きくなることが予測されるので本手法は有効になる。
【０００７】
一方、半導体デバイスは、近年益々パターンの微細化が進んでおり、将来的にはシリコンウェーハとしてボイド欠陥あるいは空孔クラスター欠陥を根本的に消滅させる必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、現状検出可能なボイド欠陥を低減できるシリコン単結晶ウェーハの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、シリコン単結晶ウェーハの表面からイオン注入を行い、このイオン注入されたウェーハに５００℃以上、シリコンの融点（１４１０℃）以下の温度で熱処理を施すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、シリコン単結晶ウェーハの表面からイオン注入などのビーム照射を行うことで、ウェーハ表面および極表面近傍を単結晶からアモルファス化（amorphous, 非晶質化）させ、この後に短時間の熱処理を施すことでウェーハ表面および極表面近傍を再結晶化させ、これによりボイド欠陥を消滅させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の実施形態に係るシリコン単結晶ウェーハの製造方法を示す工程図であり、本実施形態では、一般的なＣＺ法によりシリコンインゴッドを育成したのち、このシリコンインゴッドをウェーハに加工する。このウェーハ加工も特に限定されず、一般的な加工法を採用することができる。
【００１２】
次いで、ウェーハ表面（デバイス活性層側）からイオン注入を行う。このイオン注入に関し、注入することができるイオン種は、デバイスに影響を及ぼさないイオン種を用いることができる。
【００１３】
イオンのドーズ量は１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２を上限とし、好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、更に好ましくは１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下である。水素やヘリウムの場合には、高ドーズ注入すると基板内部にボイドを形成しウェーハ表面が剥離するため１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下とする。また、注入されるイオンの濃度ピークがウェーハ表面から３μｍ以下となるように加速電圧を調整することが好ましい。基板ダメージを極力避けるため初期段階で基板加熱を行いながらイオン注入させ、次にアモルファス化する温度域で継続注入しても良い。
【００１４】
次いで、イオン注入されたウェーハを熱処理する。この熱処理は、５００℃以上からシリコンの融点（１４１０℃）前までの幅広い温度域で可能である。特に、１２００℃程度まではバッチ式の熱処理炉で行っても良く、１２８０℃程度までならランプアニール炉にて実施することができ、さらにこれより高温域ではレーザアニール炉などを用い極表面のみを加熱させる手法を施せば良い。
【００１５】
熱処理条件は完全にアモルファスが単結晶になるまでの時間が必要であるが、熱処理温度やイオン種などにも依存する可能性があるので適宜設定すれば良い。特に、低温で結晶性回復熱処理を行った場合には、表面の完全性の観点から更にランプアニールやレーザ・スパイク・アニールなど高温熱処理を短時間施すと高品質化できる。
【００１６】
以上の工程により育成されたウェーハに存在していたボイド欠陥を消滅させることができる。このボイド欠陥の消滅過程は定かではないが、以下のように推察できる。
【００１７】
すなわち、イオン注入によって単結晶がアモルファス化され、この際にボイド自体も構造が壊れる。そして、このアモルファス化された状態で熱処理を施すことで、アモルファス化された領域と単結晶との界面から固相エピタキシャル成長が起こり、単結晶化される時に崩れたボイド欠陥あるいは壊れたクラスター欠陥も単結晶化する。
【００１８】
なお、ウェーハ表面および極表面近傍をアモルファス化させるためにイオン注入すると、ウェーハ内部にダメージピークが発生するが、このダメージは単結晶化できずに転位などが存在することになるので、これらの欠陥がゲッタリングサイトとして有効に作用することにもなる。
【００１９】
以下の実施例において、シリコン単結晶ウェーハの表面からイオン注入を行い、このイオン注入されたウェーハに５００℃〜１４１０℃以下の温度で熱処理を施すとボイド欠陥が消滅することを、比較例とともに確認した。
【００２０】
《基準試料の作製》
直径３００ｍｍφ、初期酸素濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１，１９７９）、比抵抗１０Ω・ｃｍのＣＺ法により育成されたシリコンインゴットの一部を準備した。このインゴットは空孔濃度が優位の領域から格子間シリコン濃度が優勢になる領域を選別してインゴットの部位の位置が把握出来るように連番加工してシリコンウェーハを作製した。
【００２１】
得られたシリコンウェーハに表面欠陥観察装置を用いて表面に存在する欠陥の位置を記録した。その結果、図２に示すようにリングパターン状に欠陥発生が確認できた。さらにリングパターン状に観察されたウェーハを銅デコレーション法で確認してみると、同様にリングパターンが観察され、表面欠陥観察装置による測定結果の妥当性が確認されたので、この位置の部位から作製したシリコンウェーハを以下の実施例に使用した。
【００２２】
《実施例１》
基準試料のウェーハの表面に、イオン注入機にて加速電圧２００ｋｅＶ、ドーズ量が４×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２になるように酸素イオンを注入した。この加速電圧に基づいて計算するとウェーハ表面から０．５μｍの深さに濃度ピークが存在することになる。
【００２３】
次いで、このシリコンウェーハに対し、酸素雰囲気下で１１００℃、1時間の熱処理を施した。
【００２４】
得られたウェーハを、再び表面欠陥観察装置を用いて同点位置の欠陥を観察した結果、同点位置に欠陥の存在を確認することができなかった。
【００２５】
《実施例２》
基準試料のウェーハの表面に、イオン注入機にて加速電圧１００ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２になるように炭素イオンを注入した。この加速電圧に基づいて計算するとウェーハ表面から０．４μｍの深さに濃度ピークが存在することになる。
【００２６】
次いで、このシリコンウェーハに対し、アルゴン雰囲気下、ランプアニール炉にて１２５０℃×２分間の熱処理を行った。
【００２７】
得られたウェーハを、再び表面欠陥観察装置を用いて同点位置の欠陥を観察した結果、同点位置に欠陥の存在を確認することができなかった。
【００２８】
《比較例１》
基準試料のウェーハに対し、イオン注入を行わずに直接酸素雰囲気下で１１００℃、1時間の熱処理を施した。
【００２９】
得られたウェーハを、再び表面欠陥観察装置を用いて同点位置の欠陥を観察した結果、同点位置の欠陥は大きなピットに変化していた（図３参照）。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係るシリコン単結晶ウェーハの製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の実施例で用いられた基準試料ウェーハのボイド欠陥を示す図である。
【図３】本発明の比較例で観察されたボイド欠陥（ピット）の様子を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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