(57)【要約】【課題】  ウエハの生産性や生産コストを損なうことなく、デバイスが形成されるウエハ表層部に欠陥が存在しないシリコンウエハの製造方法を提供する。【解決手段】  チョクラルスキー単結晶引上法によりシリコン単結晶のインゴットを育成し、このシリコン単結晶インゴットをスライスしてウエハを作製した後、前記ウエハの表層をレーザースパイクアニール装置により、ウエハ表層部の温度が１２５０℃以上１４００℃以下で、０．０１マイクロ秒以上１０秒未満、アニールする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー単結晶引上法によりシリコン単結晶のインゴットを育成し、このシリコン単結晶のインゴットをスライスしてウエハを作製した後、前記ウエハの表層をレーザースパイクアニール装置により、ウエハ表層部の温度が１２５０℃以上１４００℃以下で、０．０１マイクロ秒以上０．８秒以下、アニール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】
前記レーザースパイクアニール処理が、還元性ガス、希ガス、窒素ガスまたはそれらの少なくとも２種の混合ガスからなる雰囲気下で実施されることを特徴とする請求項１に記載されたシリコンウエハの製造方法。
【請求項３】
前記雰囲気ガスが、水素ガスあるいは水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項２に記載されたシリコンウエハの製造方法。
【請求項４】
前記チョクラルスキー単結晶引上法による前記インゴットの育成が、ボイド状欠陥が発生する育成条件を含む育成条件で行われることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された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、シリコンウエハの製造方法及びシリコンウエハに関し、特にレーザースパイクアニールを用いたシリコンウエハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハの電気特性、特にその酸化膜耐圧特性を向上させるには、デバイスが作製されるウエハの表層部をほぼ無欠陥にすることが重要である。
通常、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により製造されたシリコンウエハの表層部には、結晶成長時に導入されるＣＯＰ（Crystal Originated Particle）と呼ばれるボイド型欠陥（グローンイン（Grown-in）欠陥ともいう）が、ほとんどの場合存在する。
【０００３】
このようなボイド型欠陥がシリコンウエハの表層部に存在すると、酸化膜耐圧特性を劣化させ、そこに形成される半導体デバイスの電気特性低下の一因となる。このため、特に近年、この欠陥が表層に存在しない無欠陥表層のウエハが強く求められ、ウエハ表面上にシリコンエピタキシャル成長膜が施されたＳｉ／Ｓｉエピタキシャル成長ウエハ、及び単結晶育成時の成長速度を低速化して製作されたウエハ等が用いられている。
しかし、このようなウエハは、生産性が悪くコストが極めて高いという問題がある。
【０００４】
そこで、シリコンウエハの酸化耐圧特性を改善すると共に、生産性を向上させるため、例えば、特許文献１，特許文献２及び特許文献３には、急速加熱・急速冷却熱処理（Rapid Thermal Annealing : RTA）と呼ばれる方法を用いてシリコンウエハを、水素、アルゴンガス雰囲気中で熱処理することが提案されている。
【０００５】
既に述べた通り、ＣＺ法を用いて育成したシリコンウエハは、その表面及び内部に結晶成長時に導入される欠陥（グローンイン（Grown-in）欠陥）が存在している。このグローンイン欠陥は、結晶内部に存在する場合には正八面体構造を有しており、またウエハの状態に加工した後に表面に露出した場合には、四角錐形の凹状ピットとして観察され、その内壁には厚さ数ｎｍの酸化膜が形成されている。
【０００６】
前記特許文献１〜３にも記載されているように水素雰囲気であれば、シリコンウエハをＲＴＡ処理することで、ウエハ表面に露出しているグローイン欠陥の内壁酸化膜は除去可能である。
それと同時に、このようなＲＴＡ処理においてウエハを高温に加熱した場合、ウエハ内部に格子間シリコン（Ｓｉ）及び空孔の点欠陥が高濃度に発生する。
その後、ウエハを急冷することによりこれらの点欠陥が過剰になり、ウエハ表面に外方拡散して行く。このとき、結晶中の拡散係数が大きく拡散が速い格子間シリコンが、外方拡散していく過程で、ウエハ表面のグローイン欠陥に前記格子間シリコンが捕獲され、グローイン欠陥が埋められる。その結果、ウエハ表面に存在するグローイン欠陥を低減することができる。
【０００７】
【特許文献１】特許第３３４６２４９号公報
【特許文献２】特許第３４１０８２８号公報
【特許文献３】特開２００５−１２３２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような急速加熱・急速冷却熱処理工程（ＲＴＡ工程）において、装置としては、例えば、石英、炭化ケイ素からなるベルジャー型容器内にシリコンウエハを載置し、加熱源としてハロゲンランプ等によるランプ加熱方式を採用したものが多く使用される。
従って、このような装置を用いた処理であるため、その処理条件は、通常、昇降温速度１５０℃／ｓｅｃ以下、熱処理温度１２００℃〜１３５０℃、時間１０ｓｅｃ以上である。
【０００９】
しかし、上記範囲の熱処理温度で昇温速度が１５０℃／ｓｅｃ以下の場合、昇温で発生する格子間シリコン（Ｓｉ）と空孔のうち格子間Ｓｉは、拡散でウエハ表面に向けて放出されていまい、前記ウエハ表面のグローイン欠陥は消滅するが、ウエハ表層内部に存在するグローイン欠陥を消滅させることができない。
従って、ウエハ表層部のデバイス活性層にグローイン欠陥が残留するという不都合な結果を生じる。
【００１０】
本発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであり、ウエハの生産性や生産コストを損なうことなく、デバイスが形成されるウエハ表層部の欠陥を極力消滅させたシリコンウエハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであって、本発明にかかるシリコンウエハの製造方法は、チョクラルスキー単結晶引上法によりシリコン単結晶のインゴットを育成し、このシリコン単結晶インゴットをスライスしてウエハを作製した後、前記ウエハの表層をレーザースパイクアニール装置により、ウエハ表層部の温度が１２５０℃以上１４００℃以下で、０．０１マイクロ秒以上０．８秒以下、アニールすることを特徴としている。
【００１２】
本発明にかかるシリコンウエハの洗浄方法では、デバイスを形成すべきウエハ表層を極力無欠陥化するために、ＣＺ法により育成されたシリコンウエハをレーザースパイクアニーリング（ＬＳＡ）装置でスパイクアニーリング処理する点が構成上の特徴である。
【００１３】
本発明にかかる上記製造方法は、従来のランプ加熱等によるＲＴＡ法に比べて急速に加熱・冷却することができ、ウエハ表層部の温度が１２５０℃以上１４００℃以下でアニールしたシリコンウエハ中に発生する格子間Ｓｉは、アニール時間が０．０１マイクロ秒以上０．８秒以下であるため、格子間Ｓｉの拡散距離は最大でも約５μｍ（１４００℃、１ｓｅｃ）程度となり、表面から１０μｍ深さまでのデバイス活性層を通過してウエハ表面までは拡散できない。
その結果、それらの格子間Ｓｉは、ウエハ表層内部に存在するグローイン欠陥を埋めることができ、表層内部のグローイン欠陥が消滅する。
これにより、シリコンウエハに於けるデバイス形成用表層部を実質的に無欠陥化することができる。
【００１４】
尚、レーザースパイクアニール装置は、いわゆるレーザー加熱装置であって、レーザービーム径にもよるが、レーザーによりウエハ全面をスキャンするので、３００ｍｍ径ウエハ１枚当たり数分間で処理が完了する。そのため、ランプ等を加熱源とする従来法ＲＴＡに比べ大幅に生産性が向上する。
【００１５】
ここで、前記処理は、還元性ガス、希ガス、窒素ガス又はそれらの少なくとも２種の混合ガスからなる雰囲気下で実施されるのが好ましく、特に水素ガスあるいは水素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気が好ましい。
【００１６】
また、本発明にかかるシリコンウエハの製造方法では、前記単結晶インゴットととして、引上速度が速くボイド状欠陥が発生する育成条件で育成されたものを使用することができ、結果としてウエハ製造の生産性を顕著に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上述べたとおり、本発明によれば、デバイスが形成されるウエハ表層部にＬＳＴＤ（Laser scattering tomography defect）等の微小欠陥が著しく少なく、次世代及び次次世代のＬＳＩや個別半導体デバイスなどに十分に対応できるシリコンウエハを生産性良く低コストで生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明を、より詳細且つ具体的に説明する。
既に述べたとおり、本発明にかかるシリコンウエハの製造方法は、デバイスを形成すべきウエハ表層を無欠陥化するために、ＣＺ法により育成したシリコンウエハをレーザースパイクアニーリング（ＬＳＡ）装置でスパイクアニーリングする点に特徴があり、従来のハロゲンランプ等を加熱源としたＲＴＡ装置に比べ格段に急速な昇降温処理が可能である。例えば、最新のＬＳＡ装置では、マイクロ秒〜ミリ秒オーダー照射で１３５０℃に昇温可能である。
【００１９】
このレーザースパイクアニーリング（ＬＳＡ）装置としては、例えば半導体デバイスのソース／ドレン領域やエクステンション領域を形成するためのシリコンウエハ基板のスパイクアニール処理装置として市販されているもので、ビーム径１〜５０ｍｍ程度のものを用いることができる。
【００２０】
このレーザースパイクアニーリング（ＬＳＡ）装置１の概略構成は、図１のように光源に連続発振型レーザー２を使い、ウエハＷ全面を加熱するのではなく、ウエハＷをＸＹスキャンステージ３によってＸＹスキャンさせて局所的に加熱する。減衰器４で制御するレーザー出力でピーク温度をパイロメータ５でモニターし、ウエハのスキャン速度で加熱時間を決める。ただし、レーザー加熱中は、還元性ガス、希ガス、窒素ガス雰囲気で行われる。尚、図１中、符号６はミラー、７はビーム整形光学系、８はパワーメータを示している。
【００２１】
本発明で用いるＬＳＡ装置のレーザー波長及び出力は、グローイン欠陥を消滅させるべきデバイス活性層厚さに依存し適宜定められが、形成されるべき活性層厚さが０．１〜１０μｍ程度の場合、通常、連続発振エキシマレーザー：ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（１０６４ｎｍ）、炭酸ガスレーザー（波長１０μｍ）等の発振媒質による平均出力０．１Ｗ〜５０ＫＷ程度のノン・メルト・レーザースパイクアニーリング（non melt Laser Spike Annealing） が採用される。
【００２２】
本発明の方法において、レーザービーム照射時間は、通常０．０１マイクロ秒以上１０秒未満、より好ましくは０．１マイクロ秒〜０．８ｍ秒である。
照射時間が０．０１マイクロ秒より短いとウエハ表層のアニールが十分でなく、０．８秒より長いとＬＳＡアニールの特徴である昇降温の急峻性が失われ何れも所期の目的を充分に達成することができない。
上記処理においては、ウエハ１枚当たりの処理時間は、３００ｍｍ径ウエハの場合、通常１〜１０分で終了する。
また、このときのウエハ照射温度は、表面近傍で１２５０℃以上１４００℃以下が好ましく、特に１３００℃〜１３５０℃が好ましい。
【００２３】
このようなレーザースパイクアニーリング（ＬＳＡ）装置を用いて、１２５０℃以上１４００℃以下でアニールしたシリコンウエハ中に発生する格子間Ｓｉは、アニール時間が０．０１マイクロ秒以上０．８秒以下であるので、最も長い拡散距離は１４００℃、１ｓｅｃの時に約５μｍ（１４００℃に於ける格子間Ｓｉの拡散係数Ｄ＝２×１０-7ｃｍ2／ｓｅｃ）となり、表面から１０μｍ深さまでのデバイス活性層を通過してウエハ表面まで拡散することができない。
【００２４】
したがって、これらの格子間Ｓｉはウエハ表層部のグローイン欠陥を埋めることができるので、表層内部のグローイン欠陥が消滅する。これにより、シリコンウエハに於けるデバイス形成用表層部を実質的に無欠陥化することができる。
【００２５】
また、レーザースパイクアニーリング（ＬＳＡ）装置、レーザービーム径にもよるが、レーザーによりウエハ全面をスキャンするので、３００ｍｍ径ウエハ１枚当たり数分間で処理が完了する。
従って、赤外ランプ等を加熱源とする従来法ＲＴＡに比べ大幅に生産性が向上する。
【００２６】
尚、このＬＳＡ処理により、レーザー進入アニール領域で発生した空孔は、グローイン欠陥よりはサイズが小さいが、金属不純物の捕獲サイトである欠陥核として働く。これによりアニール後ウエハはゲッタリングサイトを有することになり、高品質でコスト的にも非常に優れているシリコンウエハとなる。
【００２７】
また、本発明のシリコンウエハの製造方法は、空孔のようなグローイン欠陥を含まない無欠陥のシリコンウエハをアニールする場合にも適用することができる。
【００２８】
また、シリコンウエハのＬＳＡアニールは水素（Ｈ2）、アンモニア（ＮＨ3）等の還元性ガス雰囲気中、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）ネオン（Ｎｅ）等の希ガス雰囲気中、窒素ガス雰囲気中、あるいはそれらガスの２種以上の混合ガス雰囲気中で行うことが好ましく、特に水素ガス又は水素とアルゴンガスの１：１〜１：２０体積混合比の混合ガス雰囲気が好ましい。
またこれら雰囲気中での処理圧は、１０Ｔｏｒｒ程度の減圧下〜大気圧下で実施されることが好ましい。
【００２９】
本発明の方法において処理対象であるシリコンウエハは、チョクラルスキー単結晶引上法により育成されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得られたシリコンウエハであれば特に限定されることなく処理対象とすることができる。
【００３０】
通常のシリコン単結晶インゴットは、３００ｍｍ有効径のものの場合、ボイド欠陥や転位等の欠陥発生頻度を低減させるため、炉内のルツボからの引上速度を抑え、シリコン融点から１４００℃間の引上げ軸方向の結晶内温度勾配を０．１７ｍｍ2／Ｋ・ｍｉｎ程度以上に維持する。
【００３１】
本発明においては、特に、チョクラルスキー法による単結晶引上に際し、一般には、ボイド欠陥の発生が多く、敬遠される引上条件領域であるＶ−ｒｉｃｈ領域（引上速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ以上、結晶内温度勾配０．１７ｍｍ2／Ｋ・ｍｉｎ以上）で引上られ、ＣＯＰ等のボイド欠陥が多く存在するシリコンウエハをもその対象として使用することができる利点があり、これにより、インゴット引上の生産性を著しく向上させることができる。
【実施例】
【００３２】
以下に本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はこれら実施例の記載によって何ら限定されるものではない。
【００３３】
〔実施例１〕
シリコン（Ｓｉ）ウエハとして、チョクラルスキー法（ＣＺ）ーＰ型（ボロンドープ）の直径３００ｍｍ基板で、方位（１００）、抵抗率１〜１０Ωｃｍ、初期酸素濃度１０・１０17atoms/cm3程度のものを用意した。
そして、この基板にＬＳＡ処理（温度１３００℃、時間０．０１マイクロ秒〜５０ｍ秒）を行った。
尚、照射ビーム径は１ｍｍで直径３００ｍｍウエハ全面を約５分でＬＳＡ処理した。その結果を図１に示す。尚、図２にＬＳＡ時間（マイクロｓｅｃ）とＬＳＴＤ（Laser scattering tomography defect）（／ｃｍ2）との関係を示したものである。
図２からわかるように、本発明のようにレーザー照射を１０マイクロｓｅｃ〜０．８ｍｓｅｃとするＬＳＡ処理により、ＬＳＴＤが０．１個／ｃｍ2以下とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかるシリコンウエハの製造方法は、シリコンウエハの製造に広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、ＬＳＡの光学系と概念図である。
【図２】図２は、ＬＳＡのアニール時間とＬＳＴＤとの関係を示した線図である。
【符号の説明】
【００３６】
１        レーザースパイクアニーリング（ＬＳＡ）装置
２        連続発振型レーザー
３        ＸＹスキャンステージ
４        減衰器
５        パイロメータ
６        ミラー
７        ビーム整形光学系
８        パワーメータ
【図１】
2007080914.tif 000002
【図２】
2007080914.tif 000003