(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１００）またはこれと等価な面に対して傾斜角度θ（
【外１】
0004603677.tif 000007
、α，β＞０）が０．１°＜θ＜０．２°の範囲内に傾斜した面方位を有するシリコン鏡面ウェーハを、水素ガス、不活性ガス、窒素ガスまたはこれらの混合ガス雰囲気中で熱処理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】
前記シリコン鏡面ウェーハは、スライス面が（１００）またはこれと等価な面に対して傾斜角度θ（
【外２】
0004603677.tif 000008
、α，β＞０）が０．１°＜θ＜０．２°の範囲内となるようにシリコン単結晶インゴットをスライスしたウェーハから作製することを特徴とする請求項１に記載されたアニールウェーハの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された製造方法により製造されたアニールウェーハであって、（１００）またはこれと等価な面に対して傾斜角度θ（
【外３】
0004603677.tif 000009
、α，β＞０）を０．１°＜θ＜０．２°の範囲内に傾斜した面方位を有する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、シリコン鏡面ウェーハを熱処理することにより得られるアニールウェーハの製造方法及びアニールウェーハに関する。
【０００２】
【関連技術】
従来、優れた酸化膜耐圧特性を得るために、シリコンウェーハに高温水素（Ｈ2）アニールやアルゴン（Ａｒ）アニールを施す方法が取られている。しかし、これらの高温アニールウェーハは、通常の鏡面仕上げされたウェーハ（鏡面ウェーハ）と比較し、ヘイズと呼ばれる面荒れの指標が悪化することが知られている。
【０００３】
これはシリコンウェーハを高温でアニールする際に表面のシリコン原子が表面エネルギーの低い形態へと再構成されるため、結晶の面方位を鋭敏に反映し、その結果表面に原子ステップと呼ばれる階段状の凹凸が形成されるためである。このヘイズはデバイス特性を劣化させるため、その値が小さければ小さいほど良いとされている。この傾向はデバイスのデザインルールが微細化し、ゲート酸化膜厚が薄膜化すればするほど顕在化すると言われている。
【０００４】
このようなアニールウェーハのヘイズを低減するための方法として、特開平５−１５２１７９号公報では、ウェーハ面を結晶方位（１００）に対して０．２〜２．０°傾けてスライスしたシリコンウェーハを還元性ガス雰囲気中でアニールする技術が開示されている。
【０００５】
一方、特開平８−３２１４４３号公報では、（１００）面からの傾斜角度を０．１°以下に設定した半導体ウェーハを、少なくともＨ2ガス、Ａｒガスのいずれかを含む雰囲気中で所定の温度、所定の時間熱処理する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記特開平５−１５２１７９号公報においては、還元性雰囲気でアニールするシリコンウェーハの面方位の（１００）からの傾斜角度が０．２°以内のものはアニール後に虹色をしたヘイズが認められたため、アニール前の面方位の（１００）からの傾斜角度を０．２°〜２．０°に設定することを主旨とするものである。
【０００７】
一方、前記特開平８−３２１４４３号公報においては、（１００）からの傾斜角度を０．１°以下にすることによりアニール後のヘイズの発生を抑制できることが記載されている。
【０００８】
すなわち、アニールするウェーハの（１００）からの傾斜角度と、アニール後の表面に発生するヘイズとの関係に関して、両者には矛盾する見解が記載されていることがわかる。
【０００９】
そこで本発明は、アニールするウェーハの（１００）からの傾斜角度と、アニール後の表面に発生するヘイズとの関係を明らかにし、ヘイズの発生を抑制するのに最適な傾斜角度を設定し、ヘイズが抑制され、結果としてデバイス特性を向上させることのできるアニールウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のアニールウェーハの製造方法は、（１００）またはこれと等価な面に対して傾斜角度θ（
【外１】
0004603677.tif 000002
、α，β＞０）が０．１°＜θ＜０．２°の範囲内に傾斜した面方位を有するシリコン鏡面ウェーハを、水素ガス、不活性ガス、窒素ガスまたはこれらの混合ガス雰囲気中で熱処理することを特徴とする。
【００１１】
また、前記シリコン鏡面ウェーハは、スライス面が（１００）またはこれと等価な面に対して傾斜角度θ（
【外２】
0004603677.tif 000003
、α，β＞０）が０．１°＜θ＜０．２°の範囲内となるようにシリコン単結晶インゴットをスライスしたウェーハから作製することができる。
【００１２】
このような製造方法により製造されたアニールウェーハは、（１００）またはこれと等価な面に対して傾斜角度θ（
【外３】
0004603677.tif 000004
、α，β＞０）を０．１°＜θ＜０．２°の範囲内に傾斜した面方位を有し、ヘイズレベルが低く、高い酸化膜耐圧が得られるアニールウェーハとなる。
【００１３】
本発明者らは、アニールに供するウェーハの（１００）からの傾斜角度とヘイズとの関係について詳細に研究した結果、後述する実験例１、２から、ヘイズの観察モード（測定する空間周波数）を変更して観察することにより、ヘイズレベルが大きく異なるという新規の知見を得て本発明を完成させたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
（オフアングル角θが０．１°＜θ＜０．２°のシリコン鏡面ウェーハの作製）１）チョクラルスキー（ＣＺ）法により結晶方位＜１００＞のシリコン単結晶インゴットを作製する。この場合、結晶を引き上げる際の種結晶として＜１００＞から０．１°から数度程度傾いたものを用いて、引き上げ方向自体が＜１００＞から０．１°から数度程度傾斜した結晶を引き上げてもよい。
【００１６】
２）引き上げられたシリコン単結晶インゴットを通常の工程に従い、円筒研削、オリエンテーションフラット（またはノッチ）の形成等を行った後、Ｘ線を用いた結晶方位測定装置により、スライス面が（１００）またはこれと等価な面である
【００１７】
【外１】
0004603677.tif 000005
【００１８】
のいずれか一面から傾斜角度θが０．１°＜θ＜０．２°の範囲内に傾斜した方位となる様に精密に位置決めを行い、ワイヤーソーまたは内周刃によるスライサー等を用いてスライスする。尚、傾斜角度θは、（１００）またはこれと等価な面のいずれか一面とのなす角度であり、その傾く方向はどの方向であってもよい。
【００１９】
３）スライスされたウェーハを通常の工程に従い、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨加工等を施して、シリコン鏡面ウェーハを作製する。
【００２０】
（水素ガス、アルゴンガスによる熱処理）
ＣＺ法により作製されたシリコンウェーハにはGrown-in欠陥と呼ばれる欠陥が含まれており、これがウェーハ表面近傍のデバイス作製領域に存在するとデバイス特性に悪影響を及ぼす。そこで、ウェーハ表面近傍のGrown-in欠陥を除去するため、水素ガスやアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスまたは窒素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気中で熱処理（アニール）を行う。
【００２１】
アニール雰囲気としては、水素１００％、アルゴン１００％、水素濃度を爆発限界（４％）以下とした水素とアルゴンの混合ガス雰囲気、あるいは、水素とアルゴンを適当な濃度で混合した雰囲気を用いればウェーハ表面近傍のGrown-in欠陥を除去する効果が高いので好ましい。
【００２２】
また、アニール温度および時間に関しては、１０００℃〜１３００℃、０．５〜１０時間の範囲とすればよい。特に１１５０℃〜１２５０℃で１〜５時間の範囲であれば、Grown-in欠陥を除去する効果は大きく、熱処理炉の耐久性や重金属汚染等の問題も比較的抑制できる。
【００２３】
尚、熱処理炉としては、上記のような熱処理を行うヒータ加熱式のバッチ式熱処理炉のほか、ランプ加熱式等による毎葉式のＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置がある。ＲＴＡ装置を用いる場合のGrown-in欠陥を除去するための好適な熱処理条件は、１０００〜１３５０℃、１〜６０秒の範囲である。
【００２４】
いずれの熱処理を行っても、本発明による傾斜面を有するウェーハであれば、熱処理後のヘイズレベルを従来に比べ低減することができ、かつ、高い酸化膜耐圧が得られる。
【００２５】
【実施例】
以下に、本発明を完成させるに至った実験例を挙げながら、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００２６】
（実験例１）
本実験例では先ず、ウェーハの面方位の（１００）からの傾斜角度と高温アニール後のウェーハのヘイズとの関係を調査した。ここではアニール炉として東京エレクトロン社製のUL-260-10Hを用い、ヘイズ評価装置として、KLAテンコール社製のSurfscan SP1を使用した。本実験例で採用したヘイズの測定モードは通常用いられるWide channel（ワイドチャネル：空間周波数の小さい短波長の凹凸を観察するモード）で測定したときの値である。熱処理内容はＡｒ１００％雰囲気、１１５０℃、４時間とした。
【００２７】
使用したウェーハの（１００）からのウェーハの傾斜角度θ
【００２８】
【外２】
0004603677.tif 000006
【００２９】
を横軸とし、縦軸にアニール後のヘイズ値を表したグラフを図1に示す。図１からは、（１００）からの傾き（オフアングル角θ）が少ないほどアニール後のヘイズが低いことが分かる。これは、特開平８−３２１４４３号公報と同様の結果を示すものである。このデータのみでは結晶のオフアングル角は低ければ低いほど良いことになる。また、傾斜角度を０．２°未満にすることにより、０．０６ｐｐｍ以下のヘイズレベルが得られることが分かる。
【００３０】
（実験例２）
本実験例ではヘイズを上記したSurfscan SP1のNarrow channel（ナローチャネル）で測定を行った。Narrow channelはWide channelと比較し、空間周波数の大きい長波長の凹凸、うねり成分を観察するモードである。その他の条件は実験例１と同一にした。測定結果を図２に示した。
【００３１】
図２からは、オフアングル角が０．１°以下になるとNarrow channelのヘイズが極端に増大していく傾向が観察された。この結果は、特開平５−１５２１７９号公報において（１００）からの傾斜角度が０．２°以内のものはアニール後に虹色をしたヘイズが認められたという現象に相当するものと考えることができる。
【００３２】
このNarrow channelのヘイズの発生原因は不明であるが、結果的に０．１°以下のオフアングル角ではウェーハ表面の長波長のうねり成分が増大し、Narrow channelのヘイズが非常に高くなることが判明した。このNarrow channelのヘイズは将来、シリコンウェーハに求められる長周期の平坦度がますます厳しいものとなったときに問題となる。また、この様な長周期の平坦度を評価するためにNarrow channelでヘイズ検査を行う際にヘイズが非常に高いレベルであると、パーティクル等の他の表面欠陥が観察しにくくなるという問題も生ずる。従ってNarrow channelのヘイズを増大させないことが重要であり、そのためには０．１°を超える傾斜角度が必要であることがわかった。
【００３３】
（実験例３）
次に、オフアングル角を振った各ウェーハに実験例１と同様のアニールを施し、様々なヘイズ値を持つアニールウェーハを用意した。このウェーハを用いて、酸化膜耐圧実験(ＴＤＤＢ測定)を行った。ここで言うＴＤＤＢの良品率とは、ゲート酸化膜厚５．０ｎｍ、ゲート面積４ｍｍ2、ストレス電流値０．０１Ａ/ｃｍ2、室温の条件下で、酸化膜耐圧が１Ｃ/ｃｍ2以上を有するものの割合である。
【００３４】
ここで酸化膜厚を５．０ｎｍとした理由は、酸化膜厚が薄くなるほど表面状態に対して敏感となることが経験的に知られているためである。
【００３５】
ウェーハのオフアングル角と良品率を示したグラフを図３に示す。この図よりオフアングル角が０．２°以上となると良品率が８０％以下となることが分かる。０．２°未満の結晶についてはほぼ１００％の値を示した。よって、この実験から得られる適正オフアングル角は０．２°未満である。
（実験例４）
実験例３と同様のアニールを施し、様々なヘイズ値を持つアニールウェーハを用意した。このウェーハを用いて、酸化膜耐圧実験(ＴＺＤＢ測定)を行った。ここで言うＴＺＤＢの良品率とは、ゲート酸化膜厚５．０ｎｍ、ゲート面積８ｍｍ2、判定電流値１ｍＡ/ｃｍ2、室温の条件下で、酸化膜耐圧が８ＭＶ/ｃｍ以上を有するものの率である。
【００３６】
ここで酸化膜厚を５．０ｎｍとした理由は、酸化膜厚が薄くなるほど表面状態に対して敏感となることが経験的に知られているためである。結晶のオフアングル角と良品率を示したグラフを図4に示す。この図よりオフアングル角が０．２°を越えると良品率が８５％以下となることが分かる。オフアングル角が０．２°未満の結晶についてはほぼ１００％の値を示した。よって、この実験から得られる適正オフアングル角は０．２°未満である。
【００３７】
以上の実験例１〜４を総合的に考えると最適なヘイズ値を達成するためにはウェーハのオフアングル角θが０．１°＜θ＜０．２°の範囲内にあることが必要であることが分かる。また、熱処理条件として、水素ガス３％を含有するＡｒ雰囲気、１２００℃、１時間とした以外は実験例１〜４と同様の実験を行ってオフアングル角の適正範囲を確認したところ、図１〜図４と同様の傾向が得られ、オフアングル角としては、０．１°＜θ＜０．２°が適切であることがわかった。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、ヘイズの非常に低い高品質アニールウェーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実験例１におけるウェーハのオフアングル角とアニール後のヘイズ値の関係を示すグラフである。
【図２】  実験例２におけるウェーハのオフアングル角とアニール後のヘイズ値の関係を示すグラフである。
【図３】  実験例３におけるウェーハのオフアングル角とＴＤＤＢ良品率との関係を示すグラフである。
【図４】  実験例４におけるウェーハのオフアングル角とＴＺＤＢ良品率との関係を示すグラフである。
【図５】  ウェーハのオフアングル角がＸ軸方向の傾きαとＹ軸方向の傾きβの合成値θであることを示す説明図である。
【図１】
0004603677.tif 000010
【図２】
0004603677.tif 000011
【図３】
0004603677.tif 000012
【図４】
0004603677.tif 000013
【図５】
0004603677.tif 000014