(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により、酸素濃度が０．９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、酸化誘起積層欠陥がウエハ最外周部まで存在し、かつ、ウエハ外周から２０ｍｍ以内の領域において酸化誘起積層欠陥密度が最大となる条件にて、シリコン単結晶を育成する工程と、
前記シリコン単結晶をスライスして得られたシリコンウエハを鏡面研磨する工程と、
前記シリコンウエハを水素または不活性ガス雰囲気下、１０００℃以上１２００℃以下で熱処理する工程とを備え、
前記熱処理工程前のａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度が、ウエハ全域において１×１０7／ｃｍ3以上となるようにすることを特徴とするシリコンウエハの製造方法。
【請求項２】
前記シリコン単結晶の育成の際、結晶引上速度ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）と最外周における結晶軸方向温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）との比ｖ／Ｇを０．１９０（ｍｍ2／（ｍｉｎ・℃））以上とすることを特徴とする請求項１記載のシリコンウエハの製造方法。
【請求項３】
前記熱処理が、１０００℃以上１２００℃以下での水素アニール処理であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンウエハの製造方法。
【請求項４】
前記熱処理が、１０００℃以上１２００℃以下での高温急速加速Ａｒアニール処理であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンウエハの製造方法。
【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（ＣＺ）法によるシリコン単結晶から得られる高温熱処理に適した高品質なシリコンウエハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成においては、結晶の熱履歴や固液界面形状、原料融液の対流速度等が結晶の径方向で異なるため、該単結晶をスライスして得られたウエハは、面内における結晶特性が不均一である場合がある。
例えば、酸化誘起積層欠陥リング（Ｒ‐ＯＳＦ）と呼ばれる酸化によって発生する結晶軸に対して同心円状の積層欠陥（ＯＳＦ）が発生する場合がある。
【０００３】
図１に、シリコン単結晶の軸方向断面における点結晶欠陥の分布状態を示す。
図１に示すように、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶においては、空孔起因の欠陥（空孔型欠陥）１が存在するＶ‐ｒｉｃｈ領域Ｂと、格子間余剰シリコンによる転位ループまたはクラスター（格子間シリコン型欠陥）２が発生するＩ−ｒｉｃｈ領域Ｃとの境界部に、Ｒ‐ＯＳＦ領域Ａが存在する。
また、空孔と格子間シリコンとの濃度が平衡となった場合には、ほとんど欠陥が存在しないＮ（Ｎｅｕｔｒａｌ）領域が生じることもある。
【０００４】
前記Ｉ‐ｒｉｃｈ領域Ｃに存在する転位ループまたはクラスターは、該シリコン単結晶から製造されるデバイスの歩留まりを低下させる原因となる。
同様に、Ｒ‐ＯＳＦがウエハ表面に存在する場合も、デバイスの歩留まりを低下させる。
【０００５】
このため、図１に示すような不均一な結晶欠陥領域に対して、その均一化により高品質のシリコンウエハを得る手段として、従来は、結晶引上速度の高速化および結晶引上速度ｖと最外周における結晶軸方向温度勾配Ｇとの比ｖ／Ｇ等の調整による熱履歴の最適化によって、Ｒ‐ＯＳＦを結晶全長にわたって、外周に追い出し、該単結晶から得られるウエハ全面をＶ‐ｒｉｃｈ領域とする方法が用いられていた。
【０００６】
また、前記Ｒ‐ＯＳＦ自体は、水素やアルゴンガス等の雰囲気下、１０００〜１２００℃の高温で熱処理することにより、ウエハ表面の原子が再配列するため、ウエハ表層部の空洞（ボイド）欠陥とともに消滅させることができる。
このため、Ｒ‐ＯＳＦをウエハ面内に存在させたまま、その後、高温熱処理を行う方法も用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００７】
なお、上記のような高温熱処理は、ウエハ表層部の酸素が外方拡散して酸素析出物が消滅する一方、バルクにおいて過剰な格子間酸素を析出させる。このバルクにおける酸素析出物は、後のデバイス製造工程において、金属汚染に対するゲッタリングサイトとなり得るため、ある程度は存在していることが好ましく、この点においても、上記高温熱処理は、有効である。
【特許文献１】特開２０００−１５４０９５号公報
【特許文献２】特開２００３−２４９５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したような単結晶育成工程における結晶引上速度の高速化および熱履歴の最適化は、近年の求められる単結晶の大口径化に伴い、熱履歴の制御が困難となりつつあり、このような方法により、結晶欠陥領域の均一化を図ることは難しくなっている。
【０００９】
一方、上記のような１０００〜１２００℃での高温熱処理（アニール処理）においては、スリップが発生しやすいという課題も生じていた。特に、ウエハがボートにより支持される位置においては、応力が生じやすく、スリップ発生の可能性が高い。
【００１０】
このようなスリップを防止するためには、応力がかかりにくいボート形状の改良や、熱処理温度および昇降温速度の最適化等の検討もなされているが、スリップを発生させにくい単結晶自体の開発も求められている。
すなわち、シリコンウエハの高品質化を図るためには、結晶欠陥領域の制御のみならず、アニール処理時におけるスリップ発生が防止されるものであることも求められている。
【００１１】
なお、上記特許文献１には、上記のようなアニール処理時におけるスリップ発生防止と結晶欠陥領域との関係については、何ら記載されていない。
また、上記特許文献２には、スリップ転位が発生し難いシリコンウエハとして、強い負荷がかかる最外周部とボート等の保持手段の先端に位置する部分に、Ｒ‐ＯＳＦ領域がなく、かつ、バルク微小欠陥（ＢＭＤ）密度が１×１０9／ｃｍ3以上であるウエハが開示されているが、このようなウエハは、その保持手段の態様によっては必ずしもスリップ発生が十分に抑制されず、また、強度も十分であるとは言えなかった。
【００１２】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、結晶欠陥領域を制御し、アニール処理時のスリップ発生が抑制され、かつ、高強度である高品質のシリコンウエハを歩留まりよく製造することができる方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るシリコンウエハの製造方法は、チョクラルスキー（ＣＺ）法により、酸素濃度が０．９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）がウエハ最外周部まで存在し、かつ、ウエハ外周から２０ｍｍ以内の領域において酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）密度が最大となる条件にて、シリコン単結晶を育成する工程と、
前記シリコン単結晶をスライスして得られたシリコンウエハを鏡面研磨する工程と、
前記シリコンウエハを水素または不活性ガス雰囲気下、１０００℃以上１２００℃以下で熱処理する工程とを備え、
前記熱処理工程前のａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度が、ウエハ全域において１×１０7／ｃｍ3以上となるようにすることを特徴とする。
このように、シリコンウエハにおけるａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度を制御することにより、アニール処理時においても、スリップ抑制効果を有するシリコンウエハを得ることができる。また、熱処理後のウエハの外周部における酸素析出物によるＢＭＤ密度を高くすることができ、これにより、ウエハ強度を高めることができる。
【００１５】
前記シリコン単結晶の育成の際、結晶引上速度ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）と最外周における結晶軸方向温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）との比ｖ／Ｇを０．１９０（ｍｍ2／（ｍｉｎ・℃））以上とすることが好ましい。
上記のように、ウエハ外周から２０ｍｍ以内の領域においてＯＳＦ密度を最大とするためには、このような条件で単結晶を引上げることが好ましい。
【００１６】
また、前記シリコンウエハは、鏡面研磨後、水素または不活性ガス雰囲気下、１０００℃以上１２００℃以下で熱処理することが好ましい。
スリップ抑制効果を有するシリコンウエハに、このような高温熱処理を施すことにより、Ｒ‐ＯＳＦを消滅させることができ、また、高強度のウエハを得ることができる。
【００１７】
特に、前記熱処理は、１０００℃以上１２００℃以下での水素アニール処理または高温急速加速Ａｒアニール処理であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
上述したとおり、本発明に係るシリコンウエハの製造方法によれば、結晶欠陥領域を制御することにより、アニール処理時のスリップ発生が抑制され、かつ、高強度のシリコンウエハが得られる。
したがって、本発明によれば、高品質のシリコンウエハを歩留まりよく提供することができるため、ひいては、デバイス製造におけるコストの低減化、高品質化にも貢献し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係るシリコンウエハの製造方法においては、ＣＺ法により、酸素濃度が０．９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、ウエハ外周から２０ｍｍ以内の領域においてＯＳＦ密度が最大となる条件にて、シリコン単結晶を育成し、このシリコン単結晶から、ａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度が、ウエハ全域において１×１０7／ｃｍ3以上であるシリコンウエハを得る。
このように、シリコンウエハにおけるａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度を制御することにより、高温熱処理（アニール処理）時においても、転位（スリップ）抑制効果を有するシリコンウエハが得られる。
【００２０】
さらに、前記シリコン単結晶育成の際、ＯＳＦがウエハ最外周部まで存在するように制御されることが好ましい。
Ｒ‐ＯＳＦを上記のような幅を有するように制御することにより、ａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度がウエハ面内において最小となる外周部においても、ａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度を１×１０7／ｃｍ3以上とすることができる。
また、Ｒ‐ＯＳＦを完全に外周に追い出したウエハよりも、Ｒ‐ＯＳＦをウエハ面内に残したウエハの方が、熱処理後のウエハの外周部における酸素析出物によるＢＭＤ密度を高くすることができる。したがって、このようなＢＭＤの存在により、ウエハ強度を高めることができる。
【００２１】
図２に、Ｒ‐ＯＳＦが存在するウエハ（φ３００ｍｍ）の高温熱処理前におけるａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥の面内分布を示す。
なお、このａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥分布は、赤外トモグラフ（三井金属鉱業株式会社製ＭＯ‐４４１）にて測定したものである。
図２のグラフに示すように、ａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥分布は、ウエハ中央部で最大値となり、ＯＳＦ密度が最大値となる位置（以下、Ｒ‐ＯＳＦピーク位置という。）を境として外周部では大きく減少することが認められる。
【００２２】
前記シリコンウエハは、鏡面研磨後、水素またはアルゴン等の不活性ガス雰囲気下、１０００℃以上１２００℃以下で熱処理することが好ましい。
このような高温熱処理により、スリップ抑制効果を有するシリコンウエハについても、Ｒ‐ＯＳＦを消滅させることができ、より高品質のシリコンウエハを得ることができる。
【００２３】
図３および図４に、酸素濃度０．９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のシリコン単結晶を育成し、Ｒ‐ＯＳＦがウエハ面内に存在する場合におけるａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度の最小値、すなわち、最外周のａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度とアニール時におけるスリップ発生頻度との関係を示す。
ウエハの用途によって、デバイス作製において必要な深さ領域が異なることから、高温熱処理（アニール処理）の態様も様々であることを考慮し、図３に、１２００℃、１ｈでの水素アニール処理を縦型炉ファーネスバッチ処理にて行った場合のグラフを示し、また、図４に、１２００℃、１ｍｓｅｃでの高温急速加速Ａｒアニール処理（１０００℃以上の高温にて秒レベルの短時間で行う熱処理）を枚葉処理にて行った場合のグラフを示す。
なお、これらのスリップ発生頻度は、ウエハ表面検査装置（テンコール（Ｔｅｎｃｏｒ）社製ＳＦＳ‐ＳＰ１）にて測定したものである。
図３および図４のグラフから分かるように、いずれの場合も、最外周のａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度が高いほど、アニール時のスリップ発生頻度は減少し、高温熱処理の様々な態様において、同様の効果が得られることが認められた。
特に、高温急速加速Ａｒアニール処理においては、ウエハ表面のひび割れを防止する効果も得られる。
【００２４】
また、図５に、最外周のａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度とＲ‐ＯＳＦピーク位置との関係を示す。
図５のグラフに示すように、Ｒ‐ＯＳＦピーク位置が、外周から２０ｍｍ以内であれば、最外周のａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度が１×１０7／ｃｍ3以上となり、図３または図４のグラフと照合して、スリップ抑制に効果的であることが認められる。
【００２５】
シリコン単結晶中の酸素濃度は、高いほど、ａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度は高くなるため、酸素濃度が０．９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であれば、上記と同様に、スリップ抑制効果を得ることができる。
したがって、本発明においては、シリコン単結晶育成時の条件として、酸素濃度を０．９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上とし、Ｒ‐ＯＳＦピーク位置を外周から２０ｍｍ以内とし、好ましくは、ＯＳＦがウエハ最外周部まで存在するようにする。
【００２６】
また、上記のように、Ｒ‐ＯＳＦピーク位置を外周から２０ｍｍ以内、かつ、ＯＳＦがウエハ最外周部まで存在するようにするためには、伝熱計算から、ウエハ最外周におけるｖ／Ｇを０．１９０（ｍｍ2／（ｍｉｎ・℃））以上とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】シリコン単結晶における点欠陥分布の概略を模式的に示した縦断面図である。
【図２】アニール処理前のシリコンウエハのＯＳＦおよびａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥の面内分布を示したグラフである。
【図３】酸素濃度０．９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であり、Ｒ‐ＯＳＦが面内に存在するシリコンウエハの最外周のａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度とアニール時におけるスリップ発生頻度との関係（アニール条件：１２００℃、１ｈ、水素アニール、縦型炉ファーネスバッチ処理）を示したグラフである。
【図４】酸素濃度０．９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であり、Ｒ‐ＯＳＦが面内に存在するシリコンウエハの最外周のａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度とアニール時におけるスリップ発生頻度との関係（アニール条件：１２００℃、１ｍｓｅｃ、高温急速加速Ａｒアニール、枚葉処理）を示したグラフである。
【図５】酸素濃度０．９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であり、Ｒ‐ＯＳＦが面内に存在するシリコンウエハの最外周のａｓ‐ｇｒｏｗｎ欠陥密度とＲ‐ＯＳＦピーク位置との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１  空孔型欠陥
２  格子間シリコン型欠陥
Ａ  Ｒ‐ＯＳＦ領域
Ｂ  Ｖ‐ｒｉｃｈ領域
Ｃ  Ｉ‐ｒｉｃｈ領域
【図１】
0004716372.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004716372.tif 000005
【図５】
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