(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ２  が分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガスを含む雰囲気ガス中でシリコンウェーハをＲＴＡ熱処理して表面窒化効果により内部に新たに空孔を形成する空孔注入熱処理工程と、
前記シリコンウェーハをラップ研磨するラッピング工程と、
該ラッピング工程後に前記シリコンウェーハの表面をエッチング液で化学エッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程後に前記シリコンウェーハの表面を研削する研削工程と、
前記エッチング工程後に前記シリコンウェーハの表面を鏡面研磨する研磨工程と、
を有し、
前記エッチング工程後に前記研削工程を行い、該研削工程後に前記空孔注入熱処理工程を行い、該空孔注入熱処理工程後に前記研磨工程を行い、
前記空孔注入熱処理工程前に前記シリコンウェーハの表面粗さＲａを０．１μｍ以上の表面荒れとした表面積増大によって前記表面窒化での空孔注入効率を高めるとともに、
前記空孔注入熱処理工程において、９００℃から１２００℃までの範囲の熱処理温度、１ｓｅｃから６０ｓｅｃまでの範囲の熱処理時間、５０〜１００℃／秒の降温速度に設定することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
ＮＨ３ を含む雰囲気ガス中でシリコンウェーハをＲＴＡ熱処理して表面窒化効果により内部に新たに空孔を形成する空孔注入熱処理工程と、
前記シリコンウェーハをラップ研磨するラッピング工程と、
該ラッピング工程後に前記シリコンウェーハの表面をエッチング液で化学エッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程後に前記シリコンウェーハの表面を研削する研削工程と、
前記エッチング工程後に前記シリコンウェーハの表面を鏡面研磨する研磨工程と、
を有し、
前記エッチング工程後に前記研削工程を行い、該研削工程後に前記空孔注入熱処理工程を行い、該空孔注入熱処理工程後に前記研磨工程を行い、
前記空孔注入熱処理工程前に前記シリコンウェーハの表面粗さＲａを０．１μｍ〜０．４μｍの表面荒れとした表面積増大によって前記表面窒化での空孔注入効率を高めるとともに、
前記空孔注入熱処理工程において、フレンケルペアの発生が少ない９００℃から１２００℃までの範囲の熱処理温度、１ｓｅｃから６０ｓｅｃまでの範囲の熱処理時間、５０〜１００℃／秒の降温速度に設定することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記空孔注入熱処理工程において、前記窒化ガスをブラズマ化して反応活性を高め、減圧下で１１００℃を下回る温度でＲＴＡ処理をおこな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】
請求項１から３のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記空孔注入熱処理工程は、前記空孔注入熱処理前に前記シリコンウェーハの表面をフッ酸で洗浄し表面の酸化膜を予め除去しておくとともに、表面のダングリングボンドを水素終端して新たな自然酸化膜の形成を抑制することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記空孔注入熱処理されるシリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｉ〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｖ〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を〔Ｐ〕とするときに、前記パーフェクト領域〔Ｐ〕からなるインゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しないウェーハであることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記空孔注入熱処理工程後に、該空孔注入熱処理工程よりも低い温度で前記シリコンウェーハを熱処理して空孔を注入及び凍結させ、さらに内部の空孔に酸素を析出させる析出処理工程を有することを特徴とする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、シリコンウェーハを雰囲気ガス中で熱処理して内部に空孔を形成し、さらに熱処理して表面にＤＺ(Denuded Zone)層を形成するシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＺ（チョクラルスキー）法で引上成長されたシリコン単結晶を加工して作製されたシリコンウェーハは、酸素不純物を多く含んでおり、この酸素不純物は転位や欠陥等を生じさせる酸素析出物(BMD:Bulk Micro Defect)となる。この酸素析出物がデバイスが形成される表面にある場合、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等の原因になって半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼす。
【０００３】
このため、従来、シリコンウェーハ表面に対し、１２５０℃以上の高温で短時間の急速加熱・急冷の熱処理（ＲＴＡ：Rapid Thermal Annealing）を所定の雰囲気ガス中で施し、内部に過剰の原子空孔（Vacancy：以下、単に空孔と称す）を凍結するとともに、この後の熱処理で表面において空孔を外方拡散させることによりＤＺ層（無欠陥層）を均一に形成する方法が用いられている（例えば、国際公開公報 ＷＯ 98/38675に記載の技術）。そして、上記温度より低温で熱処理を施すことで、内部の欠陥層として酸素析出核を形成・安定化してゲッタリング効果を有するＢＭＤ層とＤＺ層を形成する工程が採用されている。
なお、従来、空孔形成のための熱処理においては、雰囲気ガスとしてＮ2（窒素）が主に用いられている。すなわち、高温でＮ2が分解され、シリコンウェーハ表面にＳｉxＮy（窒化膜）が形成されることにより、空孔（Vacancy）を注入するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記熱処理技術では、以下のような課題が残されている。すなわち、空孔注入のための上記ＲＴＡ処理は、高温処理であるため、スリップの発生を低減するにはできるだけ注入効率を下げずに低温化又は短時間化する必要がある。しかしながら、低温化又は短時間化すると空孔注入量が低下してしまう不都合があった。また、従来、上記ＲＴＡ処理は、シリコンウェーハのポリッシング（研磨）工程後に行っているが、研磨され高平坦度化されたシリコンウェーハの表面状態がＲＴＡ処理後に悪化してしまう不都合もあった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、空孔注入効率を高めてＲＴＡ処理の低温化又は短時間化が可能なシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、Ｎ２  が分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガスを含む雰囲気ガス中でシリコンウェーハをＲＴＡ熱処理して表面窒化効果により内部に新たに空孔を形成する空孔注入熱処理工程と、
前記シリコンウェーハをラップ研磨するラッピング工程と、
該ラッピング工程後に前記シリコンウェーハの表面をエッチング液で化学エッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程後に前記シリコンウェーハの表面を研削する研削工程と、
前記エッチング工程後に前記シリコンウェーハの表面を鏡面研磨する研磨工程と、
を有し、
前記エッチング工程後に前記研削工程を行い、該研削工程後に前記空孔注入熱処理工程を行い、該空孔注入熱処理工程後に前記研磨工程を行い、
前記空孔注入熱処理工程前に前記シリコンウェーハの表面粗さＲａを０．１μｍ以上の表面荒れとした表面積増大によって前記表面窒化での空孔注入効率を高めるとともに、
前記空孔注入熱処理工程において、９００℃から１２００℃までの範囲の熱処理温度、１ｓｅｃから６０ｓｅｃまでの範囲の熱処理時間、５０〜１００℃／秒の降温速度に設定することを特徴とする。
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、ＮＨ３ を含む雰囲気ガス中でシリコンウェーハをＲＴＡ熱処理して表面窒化効果により内部に新たに空孔を形成する空孔注入熱処理工程と、
前記シリコンウェーハをラップ研磨するラッピング工程と、
該ラッピング工程後に前記シリコンウェーハの表面をエッチング液で化学エッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程後に前記シリコンウェーハの表面を研削する研削工程と、
前記エッチング工程後に前記シリコンウェーハの表面を鏡面研磨する研磨工程と、
を有し、
前記エッチング工程後に前記研削工程を行い、該研削工程後に前記空孔注入熱処理工程を行い、該空孔注入熱処理工程後に前記研磨工程を行い、
前記空孔注入熱処理工程前に前記シリコンウェーハの表面粗さＲａを０．１μｍ〜０．４μｍの表面荒れとした表面積増大によって前記表面窒化での空孔注入効率を高めるとともに、
前記空孔注入熱処理工程において、フレンケルペアの発生が少ない９００℃から１２００℃までの範囲の熱処理温度、１ｓｅｃから６０ｓｅｃまでの範囲の熱処理時間、５０〜１００℃／秒の降温速度に設定することを特徴とする。
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記のいずれか記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記空孔注入熱処理工程において、前記窒化ガスをブラズマ化して反応活性を高め、減圧下で１１００℃を下回る温度でＲＴＡ処理をおこなうことができる。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記空孔注入熱処理工程は、前記空孔注入熱処理前に前記シリコンウェーハの表面をフッ酸で洗浄し表面の酸化膜を予め除去しておくとともに、表面のダングリングボンドを水素終端して新たな自然酸化膜の形成を抑制することができる。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記空孔注入熱処理されるシリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｉ〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｖ〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を〔Ｐ〕とするときに、前記パーフェクト領域〔Ｐ〕からなるインゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しないウェーハであることを採用できる。
本発明は、上記のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記空孔注入熱処理工程後に、該空孔注入熱処理工程よりも低い温度で前記シリコンウェーハを熱処理して空孔を注入及び凍結させ、さらに内部の空孔に酸素を析出させる析出処理工程を有することができる。
本発明は、窒化ガスを含む雰囲気ガス中でシリコンウェーハを熱処理して内部に空孔を注入する熱処理工程を有し、該熱処理工程前に前記シリコンウェーハの表面粗さＲａを０．１μｍ以上にしておくことを特徴とする。
【０００７】
このシリコンウェーハの製造方法は、熱処理工程前にシリコンウェーハの表面粗さＲａを０．１μｍ以上にしておくので、鏡面研磨により高平坦度化された後に熱処理する場合に比べて、熱処理時の表面粗さが大きく表面積が増えるため、表面窒化領域が増加して空孔注入効率を増大させることができ、熱処理の低温化を図ることが可能になる。
【０００８】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記シリコンウェーハをラップ研磨するラッピング工程と、該ラッピング工程後に前記シリコンウェーハの表面をエッチング液で化学エッチングするエッチング工程と、該エッチング工程後に前記シリコンウェーハの表面を鏡面研磨する研磨工程とを有し、前記熱処理工程を、前記ラッピング工程後かつ前記研磨工程前のいずれかのときに行うことが好ましい。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、熱処理工程を、ラッピング工程後かつ研磨工程前のいずれかのときに行うので、研磨工程前の表面が荒れている状態で熱処理が施されるため、特に表面粗しのための工程を別個に設ける必要がないと共に、熱処理で荒れた表面を最終的にポリッシングで鏡面化することができる。
【０００９】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記熱処理工程を前記エッチング工程後に行う技術が採用される。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、熱処理工程をエッチング工程後に行うので、表面粗さの面内均一性が高くなり、空孔注入量の面内分布を均一化することができる。
【００１０】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記エッチング工程後に前記シリコンウェーハの表面を研削して平坦度を高める研削工程を有し、前記熱処理工程を、前記研削工程後に行う技術が採用される。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、熱処理工程を研削工程後に行うので、エッチング工程直後よりも表面粗さが大きくなり、さらに空孔注入効率を高めることができる。
【００１１】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記熱処理工程において、前記熱処理前に前記シリコンウェーハの表面をフッ酸で洗浄することが好ましい。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、熱処理前にシリコンウェーハの表面をフッ酸（ＨＦ）で洗浄するので、シリコンウェーハ表面の酸化膜を除去すると共に表面のダングリングボンドを水素終端させて自然酸化膜が新たに形成されることを抑制することができ、より表面の窒化効果を高めることができる。
【００１２】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記雰囲気ガスが、Ｎ2が分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガスを含むことが好ましい。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、雰囲気ガスが、Ｎ2が分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガス、例えばＮＨ3、ＮＯ、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ2、ヒドラジン又はジメチルヒドラジン等を含むので、Ｎ2の場合よりも低い熱処理温度でも窒化ガスが分解されてシリコンウェーハ表面を窒化（窒化膜を形成）し、内部に空孔を注入することができ、熱処理時のスリップ発生を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記窒化ガスが、ＮＨ3（アンモニア）を含むことが好ましい。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、ＮＨ3を含んだ窒化ガスを用いることにより、ＮＨ3が分解して生じたＨ（水素）がシリコンウェーハ表面の酸化膜等を除去するクリーニング効果を有しているため、さらに表面の窒化及び空孔の注入が促進される。また、ＮＨ3には酸化膜を窒化させる効果があり、空孔の注入が促進される。
【００１４】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記窒化ガスがブラズマ化されていることが好ましい。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、窒化ガスがブラズマ化されていることにより、活性化された窒化ガスとなって、さらに表面の窒化及び空孔の注入が促進される。
【００１５】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記熱処理されるシリコンウェーハが、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｉ〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｖ〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を〔Ｐ〕とするときに、前記パーフェクト領域〔Ｐ〕からなるインゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しないウェーハである技術が採用される。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、シリコンウェーハが、パーフェクト領域〔Ｐ〕からなるインゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しないウェーハであるので、熱処理時に注入される空孔を対消滅させる格子間シリコン型点欠陥がほとんどなく、酸素析出に必要な空孔を効率的に注入することができる。また、空孔型点欠陥もほとんどないため、熱処理による注入で十分な空孔密度１０13atoms/cm3を得ることができる。
【００１６】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記熱処理工程後に、該熱処理工程よりも低い温度で前記シリコンウェーハを熱処理して空孔を注入及び凍結させ、さらに内部の空孔に酸素を析出させる析出処理工程を有する技術が採用される。すなわち、このシリコンウェーハの製造方法では、熱処理工程よりも低い温度でシリコンウェーハを熱処理して空孔を注入及び凍結させ、さらに内部の空孔に酸素を析出させるので、高効率で注入された空孔に酸素が析出されて十分なＢＭＤ密度のＢＭＤ層が得られる。
【００１７】
本発明のシリコンウェーハは、熱処理により内部に新たに空孔が形成されたシリコンウェーハであって、上記本発明のシリコンウェーハの製造方法により作製されたことを特徴とする。すなわち、このシリコンウェーハでは、上記本発明のシリコンウェーハの製造方法により作製されているので、高い空孔注入効率により、十分な空孔密度を有し、その後の熱処理により表面に十分なＤＺ層と内部に適度に高いＢＭＤ密度とを有した高品質なウェーハが得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの一実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、図１及び図２の（ａ）（ｂ）に示すように、最初にスライス工程Ｓ１によって、ＣＺ法（チョクラルスキー法）で製造されたシリコン単結晶インゴットＩから複数枚のシリコンウェーハを所定厚さにそれぞれスライスしてスライスウェーハＷ１とする。
さらに、面取り工程Ｓ２によってスライスウェーハＷ１の周縁に面取り加工を施して面取り面を形成する。
【００２０】
上記スライスウェーハＷ１は、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｉ〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｖ〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を〔Ｐ〕とするときに、パーフェクト領域〔Ｐ〕からなるインゴットＩから切り出された点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハである。なお、空孔型点欠陥は、一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常な一つから離脱した空孔による欠陥であり、また、格子間シリコン点欠陥は、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置（インタースチシャルサイト）にある場合の欠陥をいう。
【００２１】
すなわち、このパーフェクト領域〔Ｐ〕からなるシリコンウェーハは、例えば特開平１−１３９３号公報に提案されているように、ＣＺ法によりホットゾーン内のシリコン融液からインゴットをボロンコフ(Voronkov)理論に基づいた引上速度プロファイルで引き上げられ、このインゴットをスライスして作製される。  このインゴットは、引上速度をＶ（ｍｍ／分）とし、ルツボ中のシリコン融液とインゴットとの界面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking Fault;酸素誘起積層欠陥）がウェーハ中心部で消滅するように、Ｖ／Ｇ（ｍｍ2／分・℃）の値を決めて作られる。
【００２２】
上記ボロンコフ理論では、図３に示すように、Ｖ／Ｇを横軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型欠陥濃度を同一の縦軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説明している。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される反面、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される。図３において、〔Ｉ〕は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン点欠陥が存在する領域（（Ｖ／Ｇ）1以下）を示し、〔Ｖ〕はインゴット内での空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域（（Ｖ／Ｇ）2以下）を示し、〔Ｐ〕は空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域（（Ｖ／Ｇ）1〜（Ｖ／Ｇ）2）を示す。領域〔Ｐ〕に隣接する領域〔Ｖ〕にはＯＳＦ核を形成する領域〔ＯＳＦ〕（（Ｖ／Ｇ）2〜（Ｖ／Ｇ）3）が存在する。
【００２３】
したがって、シリコンウェーハに供されるインゴットの引上速度プロファイルは、インゴットがホットゾーン内のシリコン融液から引き上げられるとき、温度勾配に対する引上速度の比（Ｖ／Ｇ）が格子間シリコン型点欠陥の凝集体の発生を防止する第１臨界比（（Ｖ／Ｇ）1）以上であって、空孔型点欠陥の凝集体をインゴットの中央にある空孔型点欠陥が支配的に存在する領域内に制限する第２臨界比（（Ｖ／Ｇ）2）以下に維持されるように決められる。
【００２４】
この引上速度のプロファイルは、実験的に基準インゴットを軸方向にスライスすることやシミュレーションによって上記ボロンコフ理論に基づいて決定される。
【００２５】
なお、ＣＯＰ等の点欠陥の凝集体が検出方法によって検出感度、検出下限値が異なる値を示すことがある。そのため、本明細書において、「点欠陥の凝集体が存在しない」の意味は、鏡面加工されたシリコン単結晶を無攪拌セコエッチングを施した後に光学顕微鏡により、観察面積とエッチング取り代との積を検査体積として観察した際に、フローパターン（空孔型欠陥）及び転位クラスタ（格子間シリコン型点欠陥）の各凝集体が１×１０-3ｃｍ3の検査体積に対して１個欠陥が検出された場合を検出下限値（１×１０3個／ｃｍ3）とするとき、点欠陥の凝集体の数が上記検出下限値以下であることをいう。
【００２６】
次に、ラッピング工程Ｓ３によって、図２の（ｃ）に示すように、上記スライスウェーハＷ１をラップ加工してラップウェーハＷ２とし、スライシングにより生じた凹凸層が削除される。このラッピング工程Ｓ３は、既知のラッピング装置を用いて行われるもので、砥粒と加工液とを混ぜたスラリーをラップ定盤とスライスウェーハＷ１との間に入れて両方に圧力を加えながら相対運動させて機械的な研磨を行うものである。
【００２７】
次に、エッチング工程Ｓ４によって、図２の（ｄ）に示すように、ラップウェーハＷ２をエッチング液によりエッチング処理してエッチウェーハＷ３とし、機械研磨（ラッピング加工および面取り加工）による加工ダメージを除去する。
このエッチング工程Ｓ４では、エッチング液としてフッ酸と硝酸との混合酸を用い、ウェーハ表面の平均粗さＲａが０．１〜０．２μｍのエッチウェーハＷ２を作製する。なお、このような酸エッチングの場合、最大の表面粗さＲａが０．６μｍ程度である。
【００２８】
また、エッチング液としてＫＯＨ等のアルカリ性エッチャントを用いたアルカリエッチング処理を施してもよい。この場合、ウェーハ表面の平均粗さＲａが０．３〜０．４μｍのエッチウェーハＷ２を作製することができ、その最大表面粗さが０．４程度となる。すなわち、これらのエッチングによってエッチウェーハＷ２の表面粗さＲａを０．１μｍ以上にしておくことにより、鏡面研磨されたポリッシュウェーハに比べて、表面積を大幅に増大させておく。
【００２９】
次に、熱処理工程（空孔注入熱処理工程）Ｓ５によって、図２の（ｅ）に示すように、上記エッチウェーハＷ３に対し、熱処理炉において空孔を注入するためのＲＴＡ処理を施して空孔注入ウェーハＷ４を作製する。図４は、上記ＲＴＡ処理を行うための枚葉式の熱処理炉を示すものである。該熱処理炉は、図４に示すように、エッチウェーハＷ３を載置可能な円環状のサセプタ１と、該サセプタ１を内部に収納した反応室２とを備えている。なお、反応室２の外部には、エッチウェーハＷ３を加熱するランプ（図示略）が配置されている。
【００３０】
サセプタ１は、シリコンカーバイト等で形成されており、内側に段部１ａが設けられ、該段部１ａ上にエッチウェーハＷ３の周縁部を載置するようになっている。
反応室２には、シリコンウェーハＷの表面に雰囲気ガスＧを供給する供給口２ａ及び供給された雰囲気ガスＧを排出する排出口２ｂが設けられている。
また、供給口２ａは、雰囲気ガスＧの供給源（図示略）に接続されている。
【００３１】
本実施形態では、雰囲気ガスＧとして例えばＮ2とＡｒとの混合ガスを用いる。
なお、雰囲気ガスＧとして、Ｎ2が分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガス、例えばＮＨ3、ＮＯ、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ2、ヒドラジン、ジメチルヒドラジン等やこれらの混合ガス又はこれらの窒化ガスとＡｒ（アルゴン）、Ｎ2（窒素）、Ｈ2（水素）等との混合ガスを用いてもよい。この場合、雰囲気ガスＧが、Ｎ2が分解可能な温度よりも低い分解温度のＮＨ3等の窒化ガスであるので、ＲＴＡ処理における熱処理温度の低温化及び熱処理時間の短縮化を図ることができる。特に、ＮＨ3を主とした雰囲気ガスＧを用いることにより、ＮＨ3が分解して発生したＨがエッチウェーハＷ３表面の酸化膜等を除去するクリーニング効果を有しているため、さらに表面の窒化及び空孔Ｖの注入が促進される。また、ＮＨ3には酸化膜を窒化させる効果があり、空孔Ｖの注入が促進される。
【００３２】
上記熱処理炉を用いて雰囲気ガスＧ中でエッチウェーハＷ３をＲＴＡ処理し、内部に新たに空孔を形成する熱処理工程Ｓ５について、以下に説明する。
【００３３】
まず、空孔を注入するためのＲＴＡ処理を行う前に、エッチウェーハＷ３の表面に形成されている自然酸化膜や他の処理などによる酸化膜を除去しておく。すなわち、熱処理前のエッチウェーハＷ３をフッ酸（ＨＦ）で洗浄し、表面の酸化膜を予め除去しておくと共に、表面のダングリングボンドを水素終端して新たな自然酸化膜の形成を抑制する。
【００３４】
このフッ酸洗浄したエッチウェーハＷ３をＲＴＡ処理（急加熱及び急冷却の熱処理）するには、サセプタ１にエッチウェーハＷ３を載置した後、供給口２ａから上記雰囲気ガスＧをエッチウェーハＷ３の表面に供給した状態で、１２００℃から１２２０℃までの範囲の熱処理温度かつ１ｓｅｃから６０ｓｅｃまでの範囲の熱処理時間で熱処理し、さらに降温速度を従来の３０℃／秒から５０〜１００℃／秒に設定する。本実施形態では、例えば熱処理温度１２２０℃、熱処理時間１０ｓｅｃかつ降温速度７０℃／秒とした。
【００３５】
なお、ＮＨ3を主とした雰囲気ガスＧを用いる場合は、９００℃から１２００℃までの範囲の熱処理温度かつ１ｓｅｃから６０ｓｅｃまでの範囲の熱処理時間で、短時間の急速加熱・急冷（例えば、５０℃／秒の昇温又は降温）の熱処理を行う。この熱処理温度及び熱処理時間の範囲であれば、確実にスリップの発生を抑制すると共に、後述するその後の２段階熱処理により十分なＤＺ層及びＢＭＤ密度を得ることができる。
【００３６】
なお、上記ＲＴＡ処理の降温時に一旦８００℃で温度を保持し、この後ウェーハを熱処理炉から取り出すことにより室温まで急冷する。この際、上記保持温度（８００℃）での熱処理及び取り出し時の急冷効果により、内部の酸素ドナーを消去することができる。
上記ＲＴＡ処理により、エッチウェーハＷ３には、窒化ガスを含む雰囲気ガスＧの表面窒化効果及び表面荒れによる表面積増大より、図５の（ａ）に示すように、内部に空孔（Vacancy）Ｖが高効率に注入されて空孔注入ウェーハＷ４となる。
【００３７】
次に、研磨工程Ｓ６によって空孔注入ウェーハＷ４を、少なくともその表面を、図２の（ｆ）に示すように、機械的化学的研磨を施して鏡面研磨してポリッシュウェーハＷ５とする。
この研磨工程Ｓ６は、例えば、表面に研磨布を貼った上定盤と下定盤とをそれぞれ上下から回転させて空孔注入ウェーハＷ４の表裏両面に当接させると共に、アルカリ性研磨液を供給しながらメカノケミカル研磨を行うものである。この研磨工程Ｓ６により、ポリッシュウェーハＷ５の表面粗さは、０．２ｎｍ程度となる。
【００３８】
なお、上記熱処理（ＲＴＡ処理）後に該熱処理より低い温度で、空孔Ｖへの酸素析出を行うために熱処理（例えば、８００℃４時間の熱処理）を熱処理炉等で施すことにより、図４の（ｂ）に示すように、表面にＤＺ層ＤＺを形成すると共に、酸素析出核の安定を図り、さらに長時間の熱処理（例えば、１０００℃１６時間行う熱処理）を施すことにより、析出物の成長を行い、内部に高ＢＭＤ密度のＢＭＤ層ＢＭＤを形成してもよい。
なお、この上記ＤＺ層形成又は酸素析出のための上記の２段熱処理を特に行わず、その後のデバイス作製工程に伴って行われる熱処理で行っても構わない。
【００３９】
このように本実施形態では、熱処理工程Ｓ５前にシリコンウェーハの表面粗さＲａを０．１μｍ以上にしておくので、鏡面研磨により高平坦度化された後に熱処理する場合に比べて、熱処理時の表面粗さが大きく表面積が増えるため、表面窒化領域が増加して空孔注入効率を増大させることができ、熱処理の低温化を図ることが可能になる。
【００４０】
また、熱処理工程を、ラッピング工程Ｓ３後かつ研磨工程Ｓ６前のいずれかのときに行うので、研磨工程Ｓ６前の表面が荒れている状態で熱処理が施されるため、特に表面粗しのための工程を別個に設ける必要がないと共に、熱処理で荒れた表面を最終的にポリッシングで鏡面化することができる。さらに、熱処理工程Ｓ５をエッチング工程Ｓ４後に行うので、表面粗さの面内均一性が高くなり、空孔注入量の面内分布を均一化することができる。
【００４１】
また、スライスウェーハＷ１がパーフェクト領域〔Ｐ〕で作製されたウェーハであり、ＯＳＦ、ＣＯＰ等を有しない無欠陥のウェーハであるが、逆にＩＧ効果が低いため、上記実施形態の熱処理工程Ｓ５により、十分な密度の空孔が注入され、酸素析出のための熱処理を施せば、十分に高密度なＢＭＤ層を内部に形成でき、近接ゲッタリング効果を備えることができる。
【００４２】
なお、エッチング工程Ｓ４後にエッチウェーハＷ３の表面を研削して平坦度を高める研削工程を加え、熱処理工程Ｓ５を、研削工程後に行ってもよい。この場合、熱処理工程Ｓ５を研削工程後に行うので、エッチング工程Ｓ４直後よりも表面粗さが大きくなり、さらに空孔注入効率を高めることができる。
また、Ｎ2が分解可能な温度よりも低い分解温度のＮＨ3等の窒化ガスを雰囲気ガスＧとして用いた場合、ＲＴＡ処理における熱処理温度の低温化等を図ることができ、熱処理時のスリップ発生を抑制することができる。
また、ＮＨ3を主とした雰囲気ガスＧを用いた場合、ＮＨ3が分解して発生したＨがシリコンウェーハＷ表面の酸化膜等を除去するクリーニング効果を有しているため、さらに表面の窒化及び空孔Ｖの注入が促進される。また、ＮＨ3には酸化膜を窒化させる効果があり、空孔Ｖの注入が促進される。
【００４３】
また、１２００℃を越えた高温熱処理では、結晶中にフレンケルペアと呼ばれる空孔（Vacancy）と格子間Ｓｉとが同時に発生し、ＲＴＡ処理で注入される空孔が格子間Ｓｉと対消滅してしまい、実際に析出に貢献する空孔の密度が低下してしまう。これに対して、ＮＨ3を主とした雰囲気ガスＧを用いた場合では、フレンケルペアの発生が少ない低温、すなわち１２００℃以下で熱処理が可能であるため、結晶中に形成される格子間Ｓｉが少なく、表面の窒化膜により注入される空孔Ｖが格子間Ｓｉと対消滅せず、注入効率を高めることができると共に従来より深く内部に注入することができる。
【００４４】
さらに、ＲＴＡ処理よりも低い温度で空孔注入ウェーハＷ４又はポリッシュウェーハＷ５を熱処理して表面にＤＺ層ＤＺを形成すると共に内部の空孔Ｖに酸素を析出させＢＭＤ層ＢＭＤを形成するので、デバイス形成に好適なＤＺ層ＤＺを表面に有する共に近接ゲッタリング効果を有する高ＢＭＤ密度のＢＭＤ層ＢＭＤを内部に有する高機能シリコンウェーハを作製することができる。
【００４５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、熱処理工程において上記窒化ガスをそのままウェーハ表面に供給したが、プラズマ化させた上記窒化ガスとしてもよい。この場合、上記窒化ガスがプラズマ化して活性化されているため、さらに表面の窒化及び空孔の注入が促進される。すなわち、上記窒化ガスをクラッキング（予備加熱）すること、あるいは、プラズマ化してガスの反応活性を高めることができ、減圧下で１１００℃を下回る温度でＲＴＡ処理が可能となり、空孔注入が可能になる。
また、Ｎ2が分解可能な温度よりも低い分解温度の窒化ガスを雰囲気ガスに含ませている場合、雰囲気ガスが三種類以上の混合ガスであるときは、そのうちの一種類以上がＮＨ3等の上記窒化ガスであればよい。
【００４７】
また、雰囲気ガスが二種類以上の混合ガスである場合は、含まれる窒化ガスは０．５％以上又は１００ｓｃｃｍ以上で絶対量の少ない方の量とされることが好ましい。すなわち、この範囲での窒化反応は反応律速であり、この最低限以上の窒化性のガスを含んでいれば、ウェーハ表面に形成される窒化膜厚は同じであり、その結果、導入される原子空孔濃度は同じで、析出量は同じである。なお、これ以下の０．０５％以上０．５％未満、又は１ｓｃｃｍを越えて１００ｓｃｃｍ以下の範囲では、窒化膜厚は同一温度及び時間であれば、窒化ガスの分圧により、窒化量が変化する。したがって、この領域は、拡散律速であり、窒素量により析出量をコントロールすることができる。
【００４８】
また、上記雰囲気ガスの圧力は、減圧、常圧又は加圧のいずれの状態でもよい。
また、上記実施形態によりウェーハ表面に形成される窒化膜、酸窒化膜（シリコン酸化窒化膜）は、Ｓｉ3Ｎ4を代表とするＳｉxＮyである。また、酸化膜をＮＨ3などにより窒化した場合には、Ｓｉ2Ｎ2Ｏを代表とするＳｉ2ＮxＯ4-1.5xが形成される。すなわち、シリコン酸化窒化膜が形成される。
また、これらの窒化膜は、さらに膜中に水素が含まれていても構わない。
【００４９】
【実施例】
次に、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハを実施例により具体的に説明する。
【００５０】
上記実施形態に基づいて実際に作製したシリコンウェーハについて、空孔濃度測定を行った。この空孔濃度測定は、７００℃〜８００℃の温度で白金拡散を行い、空孔と結合することで格子位置を占めた白金の濃度を、ＤＬＴＳ(Deep-level Transient Spectroscopy)法を用いて測定し、白金濃度から空孔濃度から算出した。すなわち、白金拡散温度における白金平衡濃度Ｃｐｔ’と空孔の平衡濃度Ｃｖ’とを用いて、白金拡散前の空孔濃度Ｃｖ０を、Frank-Trunbull拡散機構(Physical Review Vol.104,No.3,p617,(1956),F.C.Frank and D.Turnbull)に基づき次の式から求めた。
Ｃｖ０＝Ｃｐｔ（１＋Ｃｖ’／Ｃｐｔ’）
ここで、Ｃｐｔは、ＤＬＴＳで測定された格子位置を占めた白金濃度である。
【００５１】
白金の深さ方向分布は、試料を０．５７°に斜め研磨した面上にＡｌ電極を真空蒸着したショットキー電極を形成してＤＬＴＳ測定をした。他方、８００℃４時間に続き１０００℃１６時間の２段酸素析出熱処理を行い、酸素析出物（ＢＭＤ）に選択性のあるエッチングであるセコエッチングを２分間室温で行った。そして、劈開面を光学顕微鏡で観察し、エッチピット密度を酸素析出物密度とし、表面から数えて酸素析出物が３個目までの距離をＤＺ幅とした。
【００５２】
なお、ＲＴＡの熱処理温度を変更したシリコンウェーハでは、熱処理温度の上昇と共に空孔濃度が増大することがＤＬＴＳ測定からわかっている。また、このシリコンウェーハに酸素析出熱処理を施すと、高密度の酸素析出物が形成されるが、ＤＺ幅が小さくなり、酸素析出物密度とＤＺ幅とが逆相関の関係であることがわかっている。さらに、ＲＴＡの熱処理温度を低温化しても、空孔濃度は降温速度を上昇させれば増大し、それと共に酸素析出物密度も増加することがわかっている。
【００５３】
上記実施形態に基づく実施例のうち、表面積の大きい平均粗さが０．１〜０．４μｍであるエッチウェーハを、熱処理温度１２２０℃で降温速度７０℃／秒としてＲＴＡ処理し、さらにポリッシング工程によりポリッシュ研磨したウェーハについて上記測定を行った。また、同じＲＴＡ処理条件のシリコンウェーハに上記２段の酸素析出熱処理を行い、酸素析出物密度とＤＺ幅とを求めた。
これらの測定の結果、本実施例では、表面窒化で注入された空孔濃度が従来のポリッシュウェーハをＲＴＡ処理する場合に比べて高く、酸素析出物密度は約２倍に向上し、ＤＺ層は同程度の厚さを得ることができた。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハによれば、熱処理工程前にシリコンウェーハの表面粗さＲａを０．１μｍ以上にしておくので、鏡面研磨後に熱処理する場合に比べて、表面粗さが大きく表面積が増えて空孔注入効率を増大させることができ、熱処理の低温化を図ることが可能になる。したがって、スリップの発生が抑制されていると共に空孔が高効率に注入された高品質なシリコンウェーハを得ることができる。そして、酸素析出熱処理により、十分なＤＺ層と内部に高いＢＭＤ密度のＢＭＤ層とを有した高品質なウェーハを得ることができる。特に、２００ｍｍよりも大きい径の３００ｍｍのウェーハにおいて、さらに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの一実施形態における製造工程のフローチャートである。
【図２】  本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの一実施形態におけるウェーハ状態を製造工程順に示す説明図である。
【図３】  ボロンコフ理論に基づいた、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔豊富インゴットが形成され、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン豊富インゴットが形成され、パーフェクト領域が第１臨界比（（Ｖ／Ｇ）1）以上第２臨界比（（Ｖ／Ｇ）2）以下であることを示す図である。
【図４】  本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの一実施形態における熱処理炉を示す概略的な全体断面図である。
【図５】  本発明に係るシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハの一実施形態におけるＲＴＡ処理後及びその後の酸素析出のための熱処理後のウェーハを示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１  サセプタ
２  反応室
ＢＭＤ  ＢＭＤ層
ＤＺ  ＤＺ層（無欠陥層）
Ｇ  雰囲気ガス
Ｖ  空孔(Vacancy)
Ｗ１  スライスウェーハ
Ｗ２  ラップウェーハ
Ｗ３  エッチウェーハ
Ｗ４  空孔注入ウェーハ
Ｗ５  ポリッシュウェーハ
【図１】
0004078822.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004078822.tif 000005
【図５】
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