(57)【要約】【課題】ウェーハ表層部にはＣＯＰ等の欠陥が存在しない無欠陥層が形成され、Ｃｕに対しても十分なＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）効果を有するシリコンウェーハの提供及びそのシリコンウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】酸素濃度が１１〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ  Ｆ１２１−１９７９）のシリコンウェーハに対して、ウェーハ内部に板状の酸素析出物が形成されるように７００〜１０５０℃の温度範囲で８時間以上の低温熱処理を施した後、非酸化性ガス雰囲気中で１１００〜１２５０℃の温度範囲で３０分以上の高温熱処理を行う。及び、少なくとも表層部に５μｍ以上の無欠陥層を有し、内部に板状の酸素析出物が１×１０８個／ｃｍ３以上形成されたシリコンウェーハ。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層部に無欠陥層を有し、内部に板状の酸素析出物が形成されたシリコンウェーハ。
【請求項２】
少なくとも表層部に５μｍ以上の無欠陥層を有し、内部に板状の酸素析出物が１×１０８個／ｃｍ３以上形成された請求項１記載のシリコンウェーハ。
【請求項３】
酸素濃度が１１〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ  Ｆ１２１−１９７９）のシリコンウェーハに対して、ウェーハ内部に板状の酸素析出物が形成されるように７００〜１０５０℃の温度範囲で８時間以上の低温熱処理を施した後、非酸化性ガス雰囲気中で１１００〜１２５０℃の温度範囲で３０分以上の高温熱処理を行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記高温熱処理を水素ガスまたはアルゴンガスあるいはこれらの混合ガス雰囲気で行うことを特徴とする請求項３記載のシリコンウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）効果に優れたシリコンウェーハの提供及びそのシリコンウェーハの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハの酸化膜耐圧等の電気特性を改善するためには、デバイスが作製されるウェーハ表層部を無欠陥層とする必要がある。シリコンウェーハの表層部には、シリコン単結晶インゴット引き上げ過程で結晶内に導入されるＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼ばれる正八面体構造の結晶欠陥が存在し、電気特性を劣化させる原因となっている。このため、シリコンウェーハ表層部に無欠陥層を形成して酸化膜耐圧特性を向上させるために、水素アニール、すなわちシリコンウェーハを水素ガス雰囲気下で数時間の高温熱処理を施すことが有効であることが数多く報告されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。また、水素アニールと同等のＣＯＰ等の欠陥消滅効果があるアルゴンアニールも注目視されている。（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平５−１８２５４号公報
【特許文献２】
特開平６−２９５９１２号公報
【特許文献３】
特開平１０−１４４６９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、特許文献１〜特許文献３に記載される発明によれば、シリコンウェーハに対して水素アニールやアルゴンアニールを施すことにより、ウェーハ表層部にはＣＯＰ等の欠陥が存在しない無欠陥層が形成されたシリコンウェーハを得ることができる。そしてこの水素アニールあるいはアルゴンアニールが施されたシリコンウェーハの内部には１×１０８個／ｃｍ３以上の密度で酸素析出物が形成されおり、Ｆｅ，Ｎｉ等の金属汚染に対して十分なＩＧ効果があることが確認されている。
【０００５】
ところが、本発明者等の実験によれば、水素アニールやアルゴンアニールが施されたシリコンウェーハは、Ｆｅ，Ｎｉ等の金属汚染に対してはある程度のＩＧ効果が認められるものの、Ｃｕに対してはＩＧ効果が小さく十分なゲッタリング能力を有しないことが判明した。近年、金属不純物に対するゲッタリング能力の向上の要求はより厳しくなり、Ｃｕに対しても十分なＩＧ効果を有するシリコンウェーハの提供が望まれている。
【０００６】
本発明は、上述した問題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、ウェーハ表層部にはＣＯＰ等の欠陥が存在しない無欠陥層が形成され、Ｃｕに対しても十分なＩＧ効果を有するシリコンウェーハの提供及びそのシリコンウェーハの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記した原因を解明するため種々検討した結果、水素アニールやアルゴンアニールを施したシリコンウェーハの内部に形成される酸素析出物の形態は、そのほとんどが多面体形状であって、多面体形状の酸素析出物はＣｕに対するＩＧ効果が小さいという知見を得た。
【０００８】
すなわち、本発明者等は、１１００℃以上の高温熱処理が施されたシリコンウェーハは、そのＩＧサイトとして機能する酸素析出物の形状は多面体形状を呈し、１０５０℃以下の温度で低温・長時間の熱処理を施したシリコンウェーハは、酸素析出物の形状は板状を呈することを確認した。そして、ウエーハ内部に形成される酸素析出物の形態が板状であればＣｕに対するＩＧ効果が大きく、一旦ウェーハ内部に形成された板状の酸素析出物は、その後に１１００℃以上の高温熱処理を施しても、その板状形態は維持され、十分なゲッタリング効果を有することが判明した。これは、板状の酸素析出物が持つ歪みが多面体の酸素析出物よりも大きく、この板状の酸素析出物から二次的に発生するパンチング・アウト転位などの二次欠陥もより多く形成されることによるものと推測される。
【０００９】
本発明はかかる知見を基礎として完成されたものであり、本発明の請求項１に係わるシリコンウェーハは、表層部に無欠陥層を有し、内部に板状の酸素析出物が形成されたシリコンウェーハであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係わるシリコンウェーハは、少なくとも表層部に５μｍ以上の無欠陥層を有し、内部に板状の酸素析出物が１×１０８個／ｃｍ３以上形成されるシリコンウェーハであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に係わるシリコンウェーハの製造方法は、酸素濃度が１１〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ  Ｆ１２１−１９７９）のシリコンウェーハに対して、ウェーハ内部に板状の酸素析出物が形成されるように７００〜１０５０℃の温度範囲で８時間以上の低温熱処理を施した後、非酸化性ガス雰囲気中で１１００〜１２５０℃の温度範囲で３０分以上の高温熱処理を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項４に係わるシリコンウェーハの製造方法は、上記の請求項３記載のシリコンウェーハの製造方法において、高温熱処理を水素ガスまたはアルゴンガスあるいはこれらの混合ガス雰囲気で行うことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のシリコンウェーハの製造方法について説明する。
【００１４】
本発明で使用するシリコンウェーハは、チョクラルスキー（ＣＺ）法により育成されたシリコン単結晶から切り出され、少なくとも主表面が鏡面研磨加工されたシリコンウェーハであって、その酸素濃度が１１〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ  Ｆ１２１−１９７９）のシリコンウェーハを使用することが望ましい。酸素濃度が１１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であると、酸素析出そのものが困難となり、酸素濃度が１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、逆に酸素析出過多によりウェーハそのものの強度が低下してしまい、その後のアルゴンアニールなどの高温熱処理時にウェーハにスリップ転位などが発生してしまう恐れがある。
【００１５】
本発明では、上記の酸素濃度範囲に調整されたシリコンウエーハに対して、ウェーハ内部に板状の酸素析出物が形成されるように７００〜１０５０℃の温度範囲で８時間以上の低温熱処理を行う。１０５０℃の温度でも板状の酸素析出物がウェーハ内部に形成されるが、基本的に熱処理温度が高くなるほど酸素析出物の核形成が起こり難くなることから、９００℃以下の温度で熱処理することが特に望ましい。また、７００℃未満の温度では板状の酸素析出物を成長させるのに非常に長時間の熱処理が必要となり好ましくない。一方、熱処理時間については８〜１６時間の範囲で熱処理することが望ましい。１６時間の熱処理を実施することで７００℃の温度で十分に板状の酸素析出物を形成することができ、９００℃の温度では８時間の熱処理を施すことにより板状の酸素析出物を形成することができる。この熱処理温度と熱処理時間によって形成される酸素析出物の形態については本発明の実施例において詳述する。
【００１６】
また、板状酸素析出物を形成するための熱処理のガス雰囲気としては、酸化性ガスあるいは非酸化性ガスのどちらでもよい。無欠陥層を形成するための高温熱処理を同一熱処理炉内で連続的に行う場合には、水素ガス、アルゴンガスなどの非酸化性ガス雰囲気で熱処理すればよく、無欠陥層を形成するための高温熱処理を同一熱処理炉内で行わない場合には、熱処理後のウェーハ表面への不純物付着を抑制する観点から、ウェーハ表面に酸化膜が形成される酸化性ガス雰囲気で熱処理することが好ましく、特に、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合したガス雰囲気で熱処理することが望ましい。
【００１７】
次に本発明では、上記熱処理により内部に板状酸素析出物を形成したシリコンウェーハに対して、非酸化性ガス雰囲気中で１１００〜１２５０℃の温度範囲で３０分以上の高温熱処理を行う。この熱処理により、ウェーハ表層部に存在する空孔起因のボイド欠陥であるＣＯＰを効果的に除去することができる。熱処理温度については、１１００℃未満では、ウエーハ表層部のＣＯＰや酸素析出物などの欠陥を十分に低減することができない。また、１２５０℃を超えると、ウエーハ内にスリップ転位などの欠陥が新たに導入されることとなる。熱処理時間については、３０分未満では、ウエーハ表層部のＣＯＰなどの欠陥を十分に低減することができない。また、熱処理時間を長くすることはＣＯＰ消滅効果には有効ではあるものの、サイクルタイム増、設備への負担（消耗、劣化）増による製造コストを招くため、最大でも１２時間以内の熱処理に留めることが望ましい。熱処理のガス雰囲気としては、アルゴンガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガスなどが挙げられ、ウェーハ表層部におけるドーパントの外方拡散抑制の観点からは、特に、アルゴンガス雰囲気で熱処理することが望ましい。
【００１８】
このようにして製造されたシリコンウェーハは、表層部に無欠陥層を有し、内部に板状の酸素析出物が形成されたシリコンウェーハであり、より具体的には、表層部に５μｍ以上の無欠陥層を有し、内部に板状の酸素析出物が１×１０８個／ｃｍ３以上形成されるシリコンウェーハとなる。このシリコンウェーハはウェーハ表層部にはＣＯＰ等の欠陥が存在しない無欠陥層が形成された酸化膜耐圧特性に優れたウェーハであり、Ｆｅ，Ｎｉ等の金属汚染に対して十分なＩＧ効果を発揮するだけでなく、Ｃｕに対しても十分なＩＧ効果を奏するウェーハである。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示し、比較例と対比することにより、本発明の効果を明らかにする。
【００２０】
（実施例１）
まず、シリコンウェーハに施す熱処理温度と熱処理時間によって、ウェーハ内部に形成される酸素析出物の形態がどのように変化するのかを調査すべく、以下の実験を行った。
【００２１】
本実験では、チョクラルスキー法により、初期酸素濃度１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ  Ｆ１２１−１９７９）、結晶方位（１００）、比抵抗１０Ωｃｍ（ｐ型）、直径３００ｍｍのシリコン単結晶を育成し、このシリコン単結晶からウェーハを切り出し、表面を鏡面研磨したシリコンウェーハを使用した。
【００２２】
上記のシリコンウェーハに対して、窒素ガスに３％の酸素ガスを混合させたガス雰囲気中で、７００℃、８００℃、９００℃の３水準の熱処理温度で、それぞれ４時間、８時間、１２時間、１６時間の４水準の熱処理時間で熱処理を施した。その後、各シリコンウェーハに対してウェーハ表層部に無欠陥層を形成するための熱処理として、アルゴンガス雰囲気中で１２００℃の温度で１時間の熱処理を行った。熱処理後の各ウェーハそれぞれについて、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ法）を用いて、酸素析出物の形態観察を行った。その結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１から明らかなように、４時間の熱処理では、熱処理温度に関係なくウェーハ内部に板状の酸素析出物を形成することができず全て多面体形状であり、１６時間の熱処理を実施した場合には、７００℃〜９００℃の温度範囲全てにおいて板状の酸素析出物を形成することができた。また、８時間の熱処理であっても、熱処理温度が９００℃であれば板状の酸素析出物を形成できることが分かる。このように、使用するウエーハの酸素濃度と熱処理温度と熱処理時間の組み合わせを適宜選定することによって、ウェーハ内部に確実に板状の酸素析出物を形成することができる。しかも、ウェーハ内部に一旦形成された板状の酸素析出物は、その後の無欠陥層を形成する熱処理によりその形態が変化しないことが分かる。
【００２５】
（実施例２）
次に、シリコンウェーハに対して無欠陥層を形成するための熱処理を施す前に、板状の酸素析出物を形成するための熱処理の有無によって、ウェーハ内部に形成される酸素析出物密度がどのように変化するのかを調査すべく、以下の実験を行った。
【００２６】
本発明例および比較例の統一条件として、チョクラルスキー法により、初期酸素濃度１１〜１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ  Ｆ１２１−１９７９）、結晶方位（１００）、比抵抗１０Ωｃｍ（ｐ型）、直径３００ｍｍのシリコン単結晶を育成し、このシリコン単結晶からウェーハを切り出し表面を鏡面研磨した、酸素濃度が１１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３，１３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３，１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ  Ｆ１２１−１９７９）の３水準のシリコンウェーハを使用した。
【００２７】
本発明例として、上記の各シリコンウェーハに対して窒素ガスに３％の酸素ガスを混合させたガス雰囲気中で９００℃の温度で８時間の熱処理を行い、その後、アルゴンガス雰囲気中で１２００℃の温度で１時間の熱処理を行った。比較例として、上記の各シリコンウェーハに対してアルゴンガス雰囲気中で１２００℃の温度で１時間の熱処理を行った。
【００２８】
本発明例および比較例で得られた各シリコンウェーハを劈開し、劈開断面をライトエッチング液で５分間の選択エッチング処理して、光学顕微鏡によりウェーハ劈開断面の酸素析出物密度を測定した。その結果を表２に示す。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
表２から明らかなように、板状酸素析出物を形成するための熱処理を施した本発明例では、比較例に比べてウェーハ内部に形成される酸素析出物密度が増加することが分かる。但し、板状酸素析出物を形成するための熱処理を施さなかった比較例においても、ウェーハ内部に１０８個／ｃｍ３以上の酸素析出物が形成されており、酸素析出物密度的には十分な密度が確保されたウェーハが得られていることが分かる。なお、本発明例のウェーハ内部に形成された酸素析出物は全て板状の酸素析出物であり、比較例のウェーハ内部に形成された酸素析出物は全て多面体の酸素析出物であった。
【００３１】
（実施例３）
次に、実施例２で作成した本発明例および比較例の各シリコンウェーハについて、Ｃｕに対するゲッタリング能力を以下の評価手法により評価した。
【００３２】
本発明例および比較例で得られた各シリコンウェーハの鏡面研磨表面に、Ｃｕ（ＮＯ３）２水溶液を用いてスピンコーターにより１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２濃度のＣｕを故意汚染させた後、各シリコンウェーハに対して９５０℃の温度で１０分の熱処理を施してＣｕをウェーハ内部に拡散させた。その後、４００℃に加熱したホットプレート上に石英板を配置し、石英板上にＣｕを故意汚染させた面を上にしてシリコンウェーハを配置し、そのまま１時間の熱処理を施した後、ウェーハを取り出し別の石英板上に移し替えて室温まで冷却した。冷却後の各ウェーハの表面部をフッ硝酸により溶解し、溶解液中のＣｕ濃度（表面に外方拡散したＣｕ濃度）をＩＣＰ−ＭＡＳＳを用いた質量分析法により測定した。その結果を図１に示す。
【００３３】
図１から明らかなように、板状酸素析出物を形成するための熱処理を行なわなかった比較例では、ウェーハ内部に１０８個／ｃｍ３以上の酸素析出物が形成されているものの、故意汚染させたＣｕのそのほとんどがウェーハ表面に外方拡散したのに対し、板状酸素析出物を形成するための熱処理を行なった本発明例では、初期Ｃｕ汚染量に対して１０％程度しかウェーハ表面に外方拡散しておらず、本発明のウェーハがＣｕに対して十分なゲッタリング能力を有していることが分かる。
【００３４】
【本発明の効果】
以上説明したように、シリコンウェーハに対して無欠陥層を形成するための高温熱処理を行う前に、一旦、ウェーハ内部に板状の酸素析出物を形成する熱処理を施すことにより、ウェーハ表層部にはＣＯＰ等の欠陥が存在しない無欠陥層が形成され、Ｃｕに対しても十分なＩＧ効果を有するシリコンウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例および比較例のシリコンウェーハについてＣｕの故意汚染を行い、拡散熱処理後にウェーハ表面に外方拡散したＣｕ濃度（質量分析値）を示す図である。
【図１】
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