(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法によって育成され、酸素濃度が１３×ｌ０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、結晶面内にリング状の酸化誘起積層欠陥が発生するシリコン単結晶を切断加工してシリコンウェーハとしたのち、該シリコンウェーハを昇温および降温速度が１０℃／ｓｅｃ以上で１１００℃以上（１２００℃〜シリコンの融点以下の温度範囲を除く）の熱処理を行うことを特徴とする高品質シリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
上記の熱処理がランプアニール炉を用いて行われることを特徴とする請求項１記載の高品質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】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によって育成されたシリコン単結晶から切断加工されたシリコンウェーハに関し、特に結晶面内に発生する酸化誘起積層欠陥の析出核を溶解、または収縮させることができる高品質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】
単結晶の製造方法は種々あるが、なかでも、シリコン単結晶の引上げに関し、工業的に量産が可能な方式で広く採用されているものとしてＣＺ法がある。このＣＺ法によるシリコン単結晶の育成は、密閉され、雰囲気調整された金属製容器内で行われる。金属製容器の内部には、結晶原料である多結晶シリコンの溶融液を保持した坩堝が配置されており、その溶融液の表面にワイヤ等で構成される引上げ手段の先に取り付けた種結晶の下端を接触させ、この種結晶を上方へ引き上げることによって、その下端に溶融液が凝固した単結晶を育成していく。
【０００３】
育成されたシリコン単結晶は、所定の厚さに切断されてスライス状のシリコンウェーハに加工される。単結晶から加工されたウェーハは、ウェーハ外周の欠けを防止するための面取り工程、ウェーハの厚さバラツキを無くすためのラッピング工程および破砕層および汚染した部分を無くすためのエッチング工程を経たのち、仕上工程としてミラーポリッシュ等の表面研磨が施されて種々のデバイスの基板材料として用いられる。
【０００４】
上述のＣＺ法によって育成されたシリコン単結晶およびシリコンウェーハの結晶面内には、単結晶の育成条件によって、リング状の酸化誘起積層欠陥（以下、R-OSF(Oxidation induced Stacking Fault)という）が発生する。このR-OSFは、ウェーハに加工した後のデバイス工程を想定した酸化雰囲気の熱処理評価で検出される格子型の転位欠陥である。この欠陥がウェーハの表面または内部に発生していると、デバイス工程においてリーク電流等の要因となり、デバイス特性を著しく悪化させる。
【０００５】
さらに、結晶面内に発生するR-OSFの内側領域には、単結晶の育成中に形成される赤外散乱体（COP、FPD、LSTD）と呼ばれる欠陥が顕在化し、その後のウェーハ加工ののちにもウェーハ表面やデバイスの活性領域にほぼ原型のままで存在する。そして、この赤外散乱体は酸化膜耐圧のウェーハ評価において品質を劣化させ、デバイス特性に悪影響を及ぼすことになる。一方、このR-OSFの外側領域では、ウェーハ品質を劣化させる赤外散乱体は存在せず、酸化膜耐圧特性の評価において、優れたデバイス特性を発揮することが明らかにされている。
【０００６】
最近では、周辺技術の進展にともない、デバイス工程の低温化やシリコンウェーハの低酸素化が採用されるようになり、酸素誘起積層欠陥の発生が抑制されるとともに、酸素誘起積層欠陥に起因するデバイス特性の劣化はそれほど問題にならなくなった。このような状況に対応して、ＣＺ法による単結晶の育成条件を変更して、R-OSFを意図的にウェーハの結晶面内に発生させ、しかも結晶面内でR-OSFの外側領域が占める範囲を拡大するようにして、酸化膜耐圧の品質歩留まりを向上させる技術が開発されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、R-OSFを結晶面内に発生させ、その外側領域を積極的に利用するＣＺ法によるシリコン単結晶の育成技術が開発されてきたが、これにともなって改善すべき新たな課題が生じてきた。すなわち、R-OSF上には、酸化膜耐圧特性を劣化させる赤外散乱体は存在しないものの、酸素誘起積層欠陥の核である板状の酸素析出物が多く存在し、これらがキャリアの結合中心となり、デバイスのライフタイム特性を低下させることになる。
【０００８】
これらを改善するため、熱処理によってR-OSFを消滅させる方法、言い換えると、R-OSFを結晶面内に発生させたシリコンウェーハを高温に保持することによって、欠陥核である板状の酸素析出物を溶解させる方法が提案されてきた。しかし、溶解の対象とされる板状の酸素析出物は、他の育成中に形成される酸素析出物と比較すると、析出サイズが大きく、熱的にも安定しているので、溶解、消滅するには、例えば1250℃以上という高温の熱処理が必要になってくる。しかも、デバイス工程の効率化の要請からウェーハの大口径化が進み、製造されるウェーハは８インチが主流になってくると、1250℃以上という高温の熱処理をウェーハに加えることは、スリップ等の強度上の問題が生じ、実際のウェーハ加工プロセスにおいては採用することができない。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑み、R-OSFを意図的にウェーハの結晶面内に発生させる場合であっても、酸化誘起積層欠陥の析出核を溶解、または収縮させ、デバイス特性に影響を及ぼすことのない高品質シリコンウェーハの製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するため、シリコンウェーハに要求される酸素濃度が低下しており、これにともなって酸素誘起積層欠陥の核となる板状の酸素析出物のサイズが小さくなっていることを想定して、種々の検討を行った。この結果、熱処理温度が1250℃より低温であっても、板状の酸素析出物を全て溶解し、または収縮させることができることを知見した。
【００１１】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の高品質シリコンウェーハの製造方法を要旨としている。
【００１２】
すなわち、ＣＺ法によって育成され、酸素濃度が１３×ｌ０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、結晶面内にリング状の酸化誘起積層欠陥が発生するシリコン単結晶を切断加工してシリコンウェーハとしたのち、該シリコンウェーハを昇温および降温速度が１０℃／ｓｅｃ以上で１１００℃以上（１２００℃〜シリコンの融点以下の温度範囲を除く）の熱処理を行うことを特徴とする高品質シリコンウェーハの製造方法である。
【００１３】
上記の製造方法において、ランプアニール炉を用いて板状の酸素析出物を溶解し、または収縮させるための熱処理を行うのが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本願発明では、板状の酸素析出物を溶解し、または収縮させるために、シリコンウェーハを１１００℃以上（１２００℃〜シリコンの融点以下の温度範囲を除く）の熱処理を行うこととしている。これは、最近の低酸素化を前提に、シリコン単結晶が酸素濃度１３×ｌ０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下で育成されることに基づいている。酸素濃度が１３×ｌ０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3を超える場合には、板状の酸素析出物は、析出サイズが大きくなり、熱的にも安定しているので、１２５０℃を超える高温熱処理が必須になるからである。このとき、酸素析出物の溶解、収縮を確実に行うために、シリコンウェーハの１１００℃以上の加熱は、３０ｓｅｃ以上の保持時間にするのが望ましい。
【００１５】
次ぎに、シリコンウェーハの熱処理は、昇温、降温速度を10℃/sec以上で実施する必要がある。比較的低温である550℃〜850℃の温度範囲では、R-OSFの周辺および内側に酸素析出核そのものの発生を促進させてしまい、また850℃〜1000℃の温度範囲では板状の酸素析出物を形成し易いため、熱処理の昇温および降温の際にはこの温度域を速く通過させる必要があるからである。
【００１６】
通常、シリコンウェーハの酸化、拡散に用いられる熱処理炉は、構造的に保温材を設けて間接加熱であり、ウェーハの投入操作も低温で投入して時間を掛けて目標温度まで加熱するものであるから、急速昇温および急速降温を必要とする熱処理には適さない。これに対し、ランプアニール炉は、後述する図１に示すように、構造上シリコンウェーハを直接加熱する方式であり、急速昇温および急速降温による熱処理が可能であるから、本発明の熱処理を実施する場合には、ランプアニール炉を使用するのが望ましい。また、実際のランプアニール炉の特性調査によれば、昇降速度の上限は100℃/sec程度となる。
【００１７】
また、本発明における熱処理は酸素濃度が13×lO17atoms/cm3以下のシリコンウェーハに対して行えば効果を発揮するものであり、面取り工程、ラッピング工程または平面研磨工程等のいずれかの工程の前後で実施すればよく、実施すべき工程が限定されるものでない。
【００１８】
【実施例】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の効果を確認するため、単結晶の育成条件を制御して、意図的にR-OSFを結晶面内に発生されたシリコン単結晶からウェーハを加工し、ランプアニール炉を用いて所定の熱処理した後、酸素誘起積層欠陥の発生状況、さらにＸ線トポグラフィーを用いてR-OSFの発生幅を観察した。
以下、その結果を説明する。
【００１９】
ＣＺ法によって、直径８インチ(203mm）で、電気抵抗率が10ΩcmであるＰ型ボロンを添加し、酸素濃度が13×lO17atoms/cm3のシリコン単結晶を育成して、これから切断加工してウェーハを得た。スライス状のウェーハは面取り工程、ラッピング工程およびエッチング工程を経たのち、ミラーポリッシュ加工を施した。
このとき、ＣＺ法の育成条件を制御して、ウェーハの結晶面内には、その外周側から約15mm内側に入った位置にR-OSFが発生するようにした。
【００２０】
図１は、実施例に用いたランプアニール炉の構造を示す図である。ミラーポリッシュ加工後のウェーハ１は、炉芯管２内に収容されて炉内に投入され、ハロゲンランプ３によって直接加熱される構造になっている。炉内の雰囲気は酸素雰囲気であり、熱処理中はウェーハ温度測定部４を通してウェーハ表面温度が測定できるようになっている。
【００２１】
ウェーハの熱処理条件は３種類とし、それぞれの条件を表１に示す。ウェーハの投入は、炉内温度が500℃の状態で炉内に投入され、その後直ちに昇温プロセスに入り、目標の熱処理温度で30sec保持される。熱処理を終了した後の炉内からのウェーハの取り出しは、パイロメータで測定されたウェーハ温度が600℃になったことを確認して行われ、その後は室温まで冷却される。
【００２２】
【表１】
0003937542.tif 000002
【００２３】
図２は、ウェーハの結晶表面の酸素誘起積層欠陥を検出して、その評価を行うための熱処理パターンを示す図である。ランプアニール炉で熱処理されたウェーハは、図２に示すヒートパターンによって、酸素誘起積層欠陥の検出用熱処理が施され、選択エッチング法で欠陥密度の測定を行った。
【００２４】
図３は、実施例における酸素誘起積層欠陥（OSF）の密度とウェーハの中心からの距離との関係を示す図である。同図から明らかなように、本発明で規定する条件、すなわち、昇温および降温速度が10℃/sec以上のランプアニール炉を用いて1100℃以上の熱処理を行うことによって、R-OSF上の酸素誘起積層欠陥の密度は減少している。その減少幅は最大の密度を示す位置において著しく（図３においてはウェーハ中心から85mmの位置）、25％程度減少している。
【００２５】
次ぎに、R-OSFの発生する幅を調査した。ランプアニール炉で900℃および1000℃の熱処理を行ったウェーハに、図２に示す酸素誘起積層欠陥の検出用熱処理を施して、Ｘ線トポグラフィーでR-OSFを観察すると、R-OSFの幅は６mmであった。参考のために、ミラーポリッシュ加工のままでランプアニール炉で熱処理を行っていないウェーハを、同様に観察すると、R-OSFの幅は６mmであった。これに対し、1100℃の熱処理を行ったウェーハを、同様の処理をして、Ｘ線トポグラフィーでR-OSFを観察すると、R-OSF幅は４mmまで収縮していた。これは、R-OSF面積に換算すると、35％のR-OSF面積が収縮したことになる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の高品質シリコンウェーハの製造方法によれば、ウェーハの結晶面内に発生するR-OSFに存在する酸素誘起積層欠陥の析出核を溶解、または収縮させることができるので、検出用熱処理によって顕在化するR-OSFの幅を減少させ、デバイス特性に優れた基板材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に用いたランプアニール炉の構造を示す図である。
【図２】ウェーハの結晶表面の酸素誘起積層欠陥を検出して、その評価を行うための熱処理パターンを示す図である。
【図３】実施例における酸素誘起積層欠陥（OSF）の密度とウェーハの中心からの距離との関係を示す図である。
【符号の説明】
１：ウェーハ、  ２：炉芯管
３：ハロゲンランプ
４：ウェーハ温度測定部
【図１】
0003937542.tif 000003
【図２】
0003937542.tif 000004
【図３】
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