(57)【要約】【課題】Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を除去し、素子活性領域を無欠陥にするとともに、シリコンウェーハ内に高密度酸素欠陥層を形成する高温熱処理でもスリップ欠陥は発生しない高品質のアニールウェーハ及びその製造方法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハを約５００℃で予熱する段階と、熱処理炉内をアルゴンガスを含む不活性ガスまたは水素ガス、水素ガスとアルゴンガスの混合ガスなどの雰囲気下で約１１００℃以上に昇温させる昇温段階と、１１００℃以上の一定温度を一定時間維持して熱処理を行う熱処理段階と、約５００℃の温度に降温させる降温段階とを含むアニールウェーハの製造方法において、シリコンウェーハはその初期酸素濃度が１１ｐｐｍａ〜１４ｐｐｍａの範囲を有し、昇温段階と降温段階とは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。【選択図】      図１２
2004172564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハを約５００℃の温度で予熱する（暖める）段階と、熱処理炉の内部をアルゴンガスを含む不活性ガスまたは水素ガス、水素ガスとアルゴンガスの混合ガスなどの雰囲気下で約１１００℃以上の一定温度に昇温させる昇温段階と、前記１１００℃以上の一定温度を一定時間維持しながら熱処理を行う熱処理段階と、さらに約５００℃の温度に降温させる降温段階とを含むアニールウェーハの製造方法において、
前記シリコンウェーハはその初期酸素濃度が１１ｐｐｍａ〜１４ｐｐｍａの範囲を有し、
前記昇温段階と降温段階とは前記５００℃〜１１００℃の温度区間における昇温及び降温速度を１〜１４℃／ｍｉｎとすることを特徴とするアニールウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記昇温段階と降温段階とは、前記５００℃〜１１００℃の温度区間における昇温及び降温速度を１〜７℃／ｍｉｎとすることを特徴とする請求項１に記載のアニールウェーハの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のアニールウェーハの製造方法により製造され、ウェーハの外周部にスリップ欠陥が発生しないことを特徴とするアニールウェーハ。
【請求項４】
請求項２に記載のアニールウェーハの製造方法により製造され、ウェーハの全面にスリップ欠陥が発生しないことを特徴とするアニールウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアニールウェーハ及びその製造方法に係り、特にアニールウェーハの製造時のスリップ欠陥の発生を防止したアニールウェーハ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴットを成長させた後、シリコン単結晶インゴットをスライス（Ｓｌｉｃｉｎｇ）工程とエッチング（Ｅｔｃｈｉｎｇ）工程、研磨（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程を経てウェーハを作製する。その後、シリコンウェーハから、シリコン単結晶成長時に発生したＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を除去して素子活性領域（Ｄｅｖｉｃｅ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｒｅｇｉｏｎ）を無欠陥にするとともに、シリコンウェーハの内部に高密度酸素欠陥層を形成するためにシリコンウェーハに高温熱処理を行ったアニールウェーハを製造する必要がある。図１は、このような従来のアニールウェーハの製造方法に係る熱処理温度を示すグラフである。また、図２は、従来のアニールウェーハの製造方法で製造されたアニールウェーハの表面を示す写真である。また、図３は、熱処理炉内のシリコンウェーハの搭載装置を示す図である。
【０００３】
従来のアニールウェーハの製造方法は、図１に示すように、シリコンウェーハを熱処理炉の内部に搭載し、約５００℃の温度で予熱する（暖める）段階（Ｉ）と、熱処理炉の内部を水素ガスまたはアルゴンガスを含む不活性ガス、水素ガスとアルゴンガスの混合ガスなどの雰囲気とし、約１１００℃に昇温させる段階（ＩＩ）と、この１１００℃以上の一定温度、即ち約１２００℃に昇温させた上、所定の時間その温度を維持しながら熱処理を行う段階（ＩＩＩ）と、その後、逆に約５００℃に降温させる段階（ＩＶ）とを含んでなる。この際、一般的な昇温及び降温速度は約３０℃／ｍｉｎとする。
【０００４】
そして、一般にアニールウェーハを製造するためにシリコンウェーハを熱処理炉の内部に搭載する場合には、図３に示すように、熱処理炉の内部に設けられたウェーハ支持台１０の上部に、シリコンウェーハＷ下部の一面を接触させながら搭載する。このように熱処理炉内のウェーハ支持台１０に搭載されたシリコンウェーハＷに高温熱処理を行う場合、シリコンウェーハＷの表面で、ウェーハ支持台１０との接触部分と非接触部分との間に熱的不均衡が生じ、温度差による熱膨張程度の差が発生し、これにより塑性変形（ｐｌａｓｔｉｃ  ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ：  材料に荷重（外力）を加えて行くと、材料は変形して行き、弾性限度を超えると、荷重を取り除いても、もとの状態に戻らない変形をいう）が起こり、その結果、図２に示すように、間違えなくスリップ欠陥（ｓｌｉｐ  ｄｅｆｅｃｔ）が発生する。即ち、スリップ欠陥は、シリコンウェーハにおけるウェーハ支持台１０との接触部分に発生し、また、単位面積当りの熱輻射量が多い外周部に多く発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、従来のアニールウェーハの製造方法及びそれにより製造されたアニールウェーハでは、スリップ欠陥が内在し、このスリップ欠陥は半導体素子の特性を低下させる主な原因として作用するという問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決し、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を除去し、素子活性領域を無欠陥にするとともに、シリコンウェーハの内部に高密度酸素欠陥層を形成するためにシリコンウェーハに高温熱処理を行っても、スリップ欠陥（ｓｌｉｐ  ｄｅｆｅｃｔ）が発生しない高品質のアニールウェーハ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のアニールウェーハの製造方法は、シリコンウェーハを約５００℃の温度で予熱する段階と、熱処理炉の内部をアルゴンガスを含む不活性ガスまたは水素ガス、水素ガスとアルゴンガスの混合ガスなどの雰囲気下で約１１００℃以上の一定温度に昇温させる昇温段階と、この１１００℃以上の一定温度を一定時間維持しながら熱処理を行う熱処理段階と、さらに約５００℃の温度に降温させる降温段階とを含むアニールウェーハの製造方法において、シリコンウェーハはその初期酸素濃度が１１ｐｐｍａ〜１４ｐｐｍａの範囲を有し、昇温段階と降温段階とは５００℃〜１１００℃の温度区間における昇温及び降温速度を１〜１４℃／ｍｉｎとすることを特徴とし、特に昇温及び降温速度を１〜７℃／ｍｉｎとすることを特徴とする。
【０００８】
そして、本発明のアニールウェーハは、本発明のアニールウェーハの製造方法により製造され、ウェーハの外周部にスリップ欠陥が発生しないことを特徴とし、特にウェーハの全面にスリップ欠陥が発生しないことがさらに望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図を参照して本発明によるアニールウェーハ及びその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
まず、本発明によるアニールウェーハの製造方法では、図２に示したように、ウェーハＷに発生したスリップ欠陥をその発生位置によって２つのタイプに分ける。即ち、アニールウェーハＷの外周部に発生するスリップＢをＢ−ｔｙｐｅスリップ欠陥とし、アニールウェーハの内部面の、ウェーハ支持台１０の先端との接触部分に発生するスリップＡをＡ−ｔｙｐｅスリップ欠陥とする。
【００１０】
このスリップ欠陥は、前述した従来技術の説明のように、シリコンウェーハに高温熱処理を行う場合、シリコンウェーハの外周部、またはシリコンウェーハＷの内部面で、ウェーハ支持台１０との接触部分と非接触部分との間に熱的不均衡が生じ、その温度による熱膨張程度の差が発生し、これにより塑性変形が起こる。そして、スリップ欠陥は、シリコンウェーハに高温熱処理を行うとき、シリコンウェーハＷとウェーハ支持台１０との接触部分及びシリコンウェーハＷの外周部に最初は点（ｐｏｉｎｔ）状に発生する。
【００１１】
その後、熱処理過程が進むにつれ、スリップ欠陥が一定の方向に沿って長くなり続ける現象（ｍｏｖｉｎｇ：以下、「移動現象」と称す）が発生することにより、シリコンウェーハ表面におけるスリップ欠陥の成長が行われる。
【００１２】
一方、シリコンウェーハの熱処理により発生する酸素析出物には、前述したスリップ欠陥の移動現象を防止する効果がある。即ち、シリコンウェーハに高温熱処理を行う場合は、シリコンウェーハの初期酸素濃度が高ければ高いほど酸素析出物の発生量が増加し、その酸素析出物は高温でスリップ欠陥の移動現象を防止することが知られており、このような効果を「Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｐｉｎｎｉｎｇ  Ｅｆｆｅｃｔ」（酸素析出物により転位移動、即ちスリップの移動現象が抑制される効果）という。ここで、シリコンウェーハの初期酸素濃度とは、シリコンウェーハを作製するためのシリコン単結晶インゴットを製造する過程において、シリコン単結晶インゴットの含有酸素の濃度によって決定される値である。
【００１３】
従って、アニールウェーハの製造時に発生するスリップ欠陥が、シリコンウェーハＷの一定地点の間の熱的不均衡によるシリコンウェーハの塑性変形によって発生するということから、シリコンウェーハＷの高温熱処理時にこのシリコンウェーハ内の熱的不均衡を最小化することにより、スリップ欠陥の発生を抑制または除去することができるということがわかる。そして、シリコンウェーハの初期酸素濃度が高ければ、酸素析出物による「Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｐｉｎｎｉｎｇ  Ｅｆｆｅｃｔ」を奏することになるので、本発明によるアニールウェーハの製造方法ではこの点を考慮し、シリコンウェーハの初期酸素濃度が約１１ｐｐｍａ〜１４ｐｐｍａである範囲で、スリップ欠陥の発生を抑制及び防止する方法を提供する。
【００１４】
次に、本発明によるアニールウェーハの製造方法において、シリコンウェーハの初期酸素濃度が１１ｐｐｍａ〜１４ｐｐｍａであるシリコンウェーハに高温熱処理を行う場合、熱的不均衡が発生せずシリコンウェーハでのスリップ欠陥が発生しない程度の昇温及び降温速度を求めるために、次のようなテストを行った。
【００１５】
即ち、シリコンウェーハの初期酸素濃度がそれぞれ１１ｐｐｍａ、１２ｐｐｍａ、１３ｐｐｍａ、１４ｐｐｍａであるシリコンウェーハに高温熱処理を行う場合、  それぞれ昇温及び降温速度を７℃／ｍｉｎ、１４℃／ｍｉｎ、２１℃／ｍｉｎ、２８℃／ｍｉｎとし、５００℃から１１００℃まで昇温させ、さらに昇温速度を４℃／ｍｉｎとし、１１００℃から１２００℃まで昇温させ、一定時間その温度を維持しながら熱処理を行った後、逆に降温速度を１１００℃までの昇温速度と同じ速度に設定し、５００℃まで降温させたときの、スリップ欠陥の発生有無を調査した。
【００１６】
このテストの結果として、表１（Ｂ−ｔｙｐｅスリップ欠陥のサイズ）及び表２（Ａ−ｔｙｐｅスリップ欠陥のサイズ）に、シリコンウェーハの各初期酸素濃度と、各昇温及び降温速度とによる各スリップ欠陥のサイズを示し、図４〜図１１には、表１及び表２の結果によるアニールウェーハのスリップ欠陥の写真が示されている。
【００１７】
【表１】
2004172564.tif 000003
【００１８】
【表２】
2004172564.tif 000004
【００１９】
この表１及び表２と、図４〜図１１とを参照しつつ、シリコンウェーハの初期酸素濃度と、昇温及び降温とによるＡ−ｔｙｐｅスリップ欠陥及びＢ−ｔｙｐｅスリップ欠陥の発生有無について詳細に説明する。
【００２０】
まず、アニールウェーハの外周部に発生するＢ−ｔｙｐｅスリップ欠陥について説明すると、表１に示すように、シリコンウェーハの各初期酸素濃度（１１ｐｐｍａ〜１４ｐｐｍａの全範囲）において、昇温及び降温速度を１４℃／ｍｉｎ以下にすると、Ｂ−ｔｙｐｅスリップ欠陥が発生せず、昇温及び降温速度をそれぞれ２１℃／ｍｉｎと２８℃／ｍｉｎとすると、約１０ｍｍ程度のスリップ欠陥が発生することがわかる。
【００２１】
そして、  図４の写真には、シリコンウェーハの初期酸素濃度が１１ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＢ−ｔｙｐｅスリップ欠陥が示され、図５の写真には、シリコンウェーハの初期酸素濃度が１２ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＢ−ｔｙｐｅスリップ欠陥が示され、図６の写真には、シリコンウェーハの初期酸素濃度が１３ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＢ−ｔｙｐｅスリップ欠陥が示され、図７の写真には、シリコンウェーハの初期酸素濃度が１４ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＢ−ｔｙｐｅスリップ欠陥が示され、確認することができる。
【００２２】
従って、アニールウェーハの外周部のＢ−ｔｙｐｅスリップ欠陥は、シリコンウェーハの高温熱処理時、その昇温及び降温速度を１４℃／ｍｉｎ以下にすると発生しないことがわかる。即ち、シリコンウェーハに高温熱処理を行いアニールウェーハを製造する場合、その昇温及び降温速度を１４℃／ｍｉｎ以下に制御することにより、Ｂ−ｔｙｐｅスリップ欠陥の発生を防止することができる。
【００２３】
なぜなら、昇温及び降温速度を１４℃／ｍｉｎ以下にすると、シリコンウェーハの外周部の熱的均衡が維持されつつ昇温及び降温が行われるので、シリコンウェーハの外周部には塑性変形が発生せず、これによりスリップ欠陥が発生しないからである。
【００２４】
次に、アニールウェーハのウェーハ支持台１０の先端との接触部分に発生するＡ−ｔｙｐｅスリップ欠陥について説明すると、表２に示すように、シリコンウェーハの同じ初期酸素濃度では、昇温及び降温速度が増加するほど、Ａ−ｔｙｐｅスリップ欠陥のサイズが増加する。なぜなら、昇温及び降温速度が増加するほど、シリコンウェーハ内の熱的不均衡が大きくなるからである。
【００２５】
そして、シリコンウェーハの各初期酸素濃度（１１ｐｐｍａ〜１４ｐｐｍａの全範囲）において、昇温及び降温速度を７℃／ｍｉｎにすると、Ａ−ｔｙｐｅスリップ欠陥（サイズ）が約１ｍｍ程度の点状（ｐｏｉｎｔ）に発生し、その以上の移動（ｍｏｖｉｎｇ）現象は進まず、昇温及び降温速度を７℃／ｍｉｎ未満にすると、  Ａ−ｔｙｐｅ  スリップ欠陥が発生しない。
【００２６】
また、同じ昇温及び降温速度では、シリコンウェーハの初期酸素濃度が増加するほど、Ａ−ｔｙｐｅスリップ欠陥のサイズが小さくなる。なぜなら、シリコンウェーハの初期酸素濃度が高くなるほど、酸素析出物の「Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｐｉｎｎｉｎｇ  Ｅｆｆｅｃｔ」が増加するからである。
【００２７】
ここで、図８の写真には、シリコンウェーハの初期酸素濃度が１１ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＡ−ｔｙｐｅスリップ欠陥が示され、図９の写真には、シリコンウェーハの初期酸素濃度が１２ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＡ−ｔｙｐｅスリップ欠陥が示され、図１０の写真には、シリコンウェーハの初期酸素濃度が１３ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＡ−ｔｙｐｅスリップ欠陥が示され、図１１の写真には、シリコンウェーハの初期酸素濃度が１４ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＡ−ｔｙｐｅスリップ欠陥が示され、確認することができる。
【００２８】
従って、アニールウェーハのＡ−ｔｙｐｅスリップ欠陥は、シリコンウェーハの高温熱処理時、その昇温及び降温速度を７℃／ｍｉｎにすると点状に発生し、７℃／ｍｉｎ以下にすると発生しないことがわかる。即ち、シリコンウェーハに高温熱処理を行いアニールウェーハを製造する場合、その昇温及び降温速度を７℃／ｍｉｎ以下に制御することにより、Ａ−ｔｙｐｅスリップ欠陥の発生を抑制及び防止することができる。
【００２９】
なぜなら、昇温及び降温速度を７℃／ｍｉｎ以下にすると、シリコンウェーハの内部の、ウェーハ支持台１０の先端との接触部分と、非接触部分との間の熱的均衡が維持されながら昇温及び降温が進み、シリコンウェーハの内部面の塑性変形が起こらないので、スリップ欠陥が発生しないか、或いは抑制されるからである。
【００３０】
以下、このテスト結果を基礎とした本発明の実施例について詳細に説明する。図１２は、本発明のアニールウェーハの製造方法に係る熱処理温度を示すグラフである。
【００３１】
まず、初期酸素濃度が１１〜１４ｐｐｍａであるシリコンウェーハを熱処炉内に搭載し、約５００℃の温度で予熱する（暖める）段階（Ｉ）を経た後、熱処理炉内のガス雰囲気をアルゴンガスを含む不活性ガスまたは水素ガス、水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスなどの雰囲気とし、１〜１４℃／ｍｉｎの昇温速度で１１００℃まで昇温させる段階（ＩＩ）を経る。
【００３２】
そして、１１００℃以上の一定温度、即ち約１２００℃まで昇温させた後、この約１２００℃の温度を一定時間維持しながら熱処理を行う段階（ＩＩＩ）を経た後、１〜１４℃／ｍｉｎの昇温速度で約５００℃まで降温させる段階（ＩＶ）を経ることにより、本発明のウェーハの外周部のスリップ欠陥の発生を防止するアニールウェーハを製造することができる。
【００３３】
一方、１４℃／ｍｉｎ以下の昇温及び降温速度で５００℃と１１００℃の温度区間を昇温及び降温させることにより、アニールウェーハの外周部のＢ−ｔｙｐｅスリップ欠陥の発生を抑制することができる。これについての詳細な説明は、前記表１の説明で述べたとおりである。
【００３４】
そして、５００℃〜１１００℃の温度区間における昇温及び降温速度を１℃／ｍｉｎ以上にしたのは、熱処理ウェーハを製造するための適正な生産性を考慮すべき必要があるからである。
【００３５】
次に、アニールウェーハの内部面で一部のＡ−ｔｙｐｅスリップ欠陥の発生を抑制及び防止するためには、前述した５００℃〜１０００℃の温度区間でその昇温及び降温速度を１〜７℃／ｍｉｎとすることが好ましい。即ち、昇温及び降温速度を７℃／ｍｉｎ以下にすることにより、シリコンウェーハＷとウェーハ支持台１０の先端との接触部分のＡ−ｔｙｐｅスリップ欠陥の発生を抑制及び防止することができ、これについての詳細な説明は、前記表２の説明で説明したとおりである。
【００３６】
従って、５００℃〜１１００℃の温度区間で昇温及び降温速度を７℃／ｍｉｎ以下にしてアニールウェーハを製造することにより、アニールウェーハの全面でスリップ欠陥の発生を防止することができる。
【００３７】
そして、５００℃〜１１００℃の温度区間で昇温及び降温速度を１℃／ｍｉｎ以上にしたのは、熱処理ウェーハを製造するための適正な生産性を考慮すべき必要があるからである。
【００３８】
以上説明したように、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は上記実施例に限定されなく、請求の範囲により定義される本発明の基本概念を用いた当業者による多様な変形及び改良形態をも含む。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によるアニールウェーハ及びその製造方法によれば、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を除去して素子活性領域（Ｄｅｖｉｃｅ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｒｅｇｉｏｎ）を無欠陥にするとともに、シリコンウェーハの内部に高密度の酸素欠陥層を形成するためにシリコンウェーハに高温熱処理を行っても、スリップ欠陥（ｓｌｉｐ  ｄｅｆｅｃｔ）の発生を防止でき、高品質のアニールウェーハ及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアニールウェーハの製造方法に係る熱処理温度を示すグラフ。
【図２】従来のアニールウェーハの製造方法で製造されたアニールウェーハの表面を示す写真。
【図３】熱処理炉内のシリコンウェーハの搭載装置を示す図。
【図４】シリコンウェーハの初期酸素濃度が１１ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＢ−ｔｙｐｅスリップ写真を示す図。
【図５】シリコンウェーハの初期酸素濃度が１２ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＢ−ｔｙｐｅスリップ写真を示す図。
【図６】シリコンウェーハの初期酸素濃度が１３ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＢ−ｔｙｐｅスリップ写真を示す図。
【図７】シリコンウェーハの初期酸素濃度が１４ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＢ−ｔｙｐｅスリップ写真を示す図。
【図８】シリコンウェーハの初期酸素濃度が１１ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＡ−ｔｙｐｅスリップ写真を示す図。
【図９】シリコンウェーハの初期酸素濃度が１２ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＡ−ｔｙｐｅスリップ写真を示す図。
【図１０】シリコンウェーハの初期酸素濃度が１３ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＡ−ｔｙｐｅスリップ写真を示す図。
【図１１】シリコンウェーハの初期酸素濃度が１４ｐｐｍａである場合、各昇温及び降温速度によるアニールウェーハのＡ−ｔｙｐｅスリップ写真を示す図。
【図１２】本発明のアニールウェーハの製造方法に係る熱処理温度グラフを示す図。
【符号の説明】
Ｗ  ウェーハ
Ａ  Ａ−ｔｙｐｅスリップ
Ｂ  Ｂ−ｔｙｐｅスリップ
１０  ウェーハ支持台
【図１】
2004172564.tif 000005
【図２】
2004172564.tif 000006
【図３】
2004172564.tif 000007
【図４】
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【図５】
2004172564.tif 000009
【図６】
2004172564.tif 000010
【図７】
2004172564.tif 000011
【図８】
2004172564.tif 000012
【図９】
2004172564.tif 000013
【図１０】
2004172564.tif 000014
【図１１】
2004172564.tif 000015
【図１２】
2004172564.tif 000016