(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引き上げ法により成長した単結晶シリコンインゴットから切り出したシリコンウェーハに酸素析出核形成熱処理と塩素を含むガスを用いる酸素析出核成長熱処理により内部欠陥を形成するシリコンウェーハの製造方法において、
前記酸素析出核成長熱処理の塩素を含むガスとして、塩化水素ガスの雰囲気中で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２】
引き上げ法により成長した単結晶シリコンインゴットから切り出したシリコンウェーハに、酸素の外方拡散熱処理と酸素析出核形成熱処理と塩素を含むガスを用いる酸素析出核成長熱処理により内部欠陥を形成するシリコンウェーハの製造方法において、
前記酸素析出核成長熱処理の塩素を含むガスとして、塩化水素ガスの雰囲気中で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３】
前記塩化水素ガスを含む雰囲気は塩化水素を０．５％〜５％含む水素ガスである請求項１又は２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記酸素析出核成長熱処理が急速加熱及び急速冷却を含む熱処理であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記シリコンウェーハの導電型がｐ型であり、抵抗率が０．００５Ω・ｃｍ〜０．０２Ω・ｃｍの範囲にあることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に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】
本発明は、重金属を捕獲するゲッタリングサイトとしての結晶欠陥をウェーハ内部に有するシリコンウェーハの製造方法に関し、より詳しくは内部欠陥としての酸素析出核の成長熱処理の短縮に関する。
【０００２】
【関連技術】
半導体素子を製造する場合に鉄や銅等の重金属不純物が存在すると、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすので、半導体素子が形成されるウェーハ表面及びその近傍に上記重金属不純物を存在させないようにする方法としてゲッタリング技術がある。ゲッタリング技術としては、ウェーハ外部に重金属不純物のゲッターサイトを形成するエキストリンシック又はエキスターナルゲッタリングと、ウェーハ内部に重金属不純物のゲッターサイトを形成するイントリンシックゲッタリング又はインターナルゲッタリング（以下ＩＧと言うことがある。）とが知られている。
【０００３】
特にシリコンウェーハのＩＧとしては、ウェーハ内に過飽和に存在する格子間酸素を熱処理により部分的に析出させて析出核を形成し、その周囲に発生する歪場を重金属不純物のゲッターサイトとする方法がある。この方法では、ウェーハ表面付近に無欠陥層を形成させるためシリコンウェーハに過飽和に存在する格子間酸素を外方拡散させる外方拡散熱処理、シリコンウェーハ内部に酸素析出核を形成する酸素析出核形成熱処理、酸素析出核を成長させるための酸素析出核成長熱処理の三段階の熱処理が行われる。
【０００４】
外方拡散熱処理は、１１００℃以上の高温で２時間から５時間程度行われ、酸素析出核形成熱処理は、５００℃〜７００℃の比較的低温で数時間〜５０時間程度行われ、酸素析出核成長熱処理は、９００℃〜１０５０℃の中温で３時間〜１０時間程度行われ、これらの熱処理は、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気で行われる。なお、ＩＧ処理に続いてエピタキシャル成長を行う場合には、エピタキシャル成長工程でウェーハが１１００℃以上の高温に加熱されることより、外方拡散層がエピタキシャル層の下部に形成されるので、外方拡散熱処理を省略することもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＧの熱処理は、シリコンウェーハの初期酸素濃度や所望の無欠陥層深さ内部欠陥密度によって熱処理時間が決定されるが、ウェーハの入出炉時間や炉内での昇降温時間を含めると、最低でも半日程度は必要であり、熱処理時間の短縮が望まれている。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、より短い時間での内部欠陥形成が可能なＩＧ処理を含むシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため本願の請求項１に記載の発明は、引き上げ法により成長した単結晶シリコンインゴットから切り出したシリコンウェーハに酸素析出核形成熱処理と塩素を含むガスを用いる酸素析出核成長熱処理により内部欠陥を形成するシリコンウェーハの製造方法において、前記酸素析出核成長熱処理の塩素を含むガスとして、塩化水素ガスの雰囲気中で行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法、である。
【０００８】
また、本願の請求項２に記載の発明は、引き上げ法により成長した単結晶シリコンインゴットから切り出したシリコンウェーハに、酸素の外方拡散熱処理と酸素析出核形成熱処理と塩素を含むガスを用いる酸素析出核成長熱処理により内部欠陥を形成するシリコンウェーハの製造方法において、前記酸素析出核成長熱処理の塩素を含むガスとして、塩化水素ガスの雰囲気中で行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法、である。
【０００９】
前記塩素を含むガスとして、塩化水素ガスを用いる場合は、塩化水素を０．５％〜５％含む水素ガスであることが好ましい。
【００１０】
また、前記酸素析出核成長熱処理は、急速加熱及び急速冷却を含む熱処理であるのが好ましい。さらに、前記酸素析出核成長熱処理は、エピタキシャル成長工程であってもよい。
【００１１】
さらに、本発明に用いるシリコンウェーハとしては、導電型がｐ型で抵抗率が０．００５Ω・ｃｍ〜０．０２Ω・ｃｍのものが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、ＩＧ熱処理時間の短縮について検討した結果、塩素を含む雰囲気中で酸素析出核成長熱処理を行うことによって酸素析出核成長の速度が極めて速くなることを発見し、ＩＧ熱処理時間の短縮が可能なことを確認して本発明を完成させた。
【００１３】
本発明では、従来のＩＧ熱処理と同様に、酸化炉のようなバッチ式の熱処理炉を用い、初段の外方拡散熱処理を１１００℃以上、好ましくは１１００℃〜１２００℃で２〜５時間程度行い、次いで５００℃〜７００℃で数時間〜５０時間の酸素析出核形成熱処理を行う。外方拡散熱処理は比較的高温であるので、シリコン窒化膜の形成を防止するために薄い酸化膜を形成する必要があり、外方拡散熱処理の入炉から昇温工程を経て所定の熱処理温度になってから１０分程度まで酸素雰囲気とし、その後窒素雰囲気とするか、外方拡散熱処理工程の入炉から出炉若しくは所定温度の熱処理完了までを、酸素を１％〜５％程度含む窒素雰囲気として行う。酸素析出核形成熱処理は窒素雰囲気で行うが、外方拡散熱処理に引き続いて炉内に挿入したまま行ってもよいし、別の炉を用いてもよい。
【００１４】
次いで、外方拡散熱処理と酸素析出核形成熱処理の終了したウェーハに酸素析出核成長熱処理を行うが、本発明では従来の窒素やアルゴン等のガス雰囲気に替えて、塩素を含む雰囲気で行う。塩素を含む雰囲気としては、塩化水素ガス、塩化シリコンガス等が挙げられる。
【００１５】
前記塩化水素ガスや塩化シリコンガスは、水素との混合ガスとして用いることが好ましい。塩化水素ガスの場合には、水素ガスに対して０．５％〜５％の濃度であることが好ましい。塩化水素ガスの濃度が下限より少ないと酸素析出核の成長が不十分となることがある。一方、上限より多いとシリコン表面のエッチオフ量が大となり、表面に微小な凹凸が形成されることがある。また、塩化シリコンガスとしては、トリクロルシランやジクロルシランを用いることができ、いずれも水素ガスに対して０．１％〜１０％の濃度であることが好ましい。塩化シリコンガスの濃度が下限より少ないと酸素析出核の成長が不十分となることがある。一方、上限より多いとシリコン表面のエッチオフ量が大となり、表面に微小な凹凸が形成されるとともに、エピタキシャル成長したエピタキシャル層にマウンドや積層欠陥等の欠陥が発生し、質の低下が生じる恐れがある。
【００１６】
なお、酸素析出核成長熱処理は、従来と同様にバッチ式の処理を行うことも可能であるが、ウェーハの受ける熱履歴の個体差を小さくするためには、急速加熱及び急速冷却を含む熱処理により行うことが好ましい。具体的には、昇降温速度を３０℃／分〜１００℃／分で行うのが好ましい。また、急速加熱及び急速冷却を含む熱処理を行う装置の方式としては、赤外線ランプによる加熱方式、抵抗加熱方式、高周波加熱方式のいずれの方式のものでも使用することができる。塩素を含むガスが供給可能になっていれば、シリコンのエピタキシャル成長装置を熱処理に用いてもかまわない。
【００１７】
酸素析出核成長熱処理は、エピタキシャル成長工程によっても行うことができる。この場合、通常のランプ加熱方式又は高周波加熱の方式のエピタキシャル成長装置を用いて行う。なお、ＩＧ処理に続いてエピタキシャル成長を行う場合には、外方拡散熱処理を省略することも可能である。
【００１８】
本発明の酸素析出核成長熱処理の温度は９００℃〜１２００℃で行うことが好ましく、熱処理時間は１分〜６０分程度行うことが好ましい。
【００１９】
本発明においては、上述のように塩素を含むガスが熱処理雰囲気に存在したときに、酸素析出核の成長が増速される。例えば、従来のように酸素又は窒素の雰囲気下酸化炉を用いて酸素析出核成長熱処理を行った場合には５時間程度を要していたものが、急速加熱及び急速冷却を含む熱処理により塩化水素ガス或いは塩化シリコンガスを含む雰囲気で酸素析出核成長熱処理を行う場合は、例えば５分程度の熱処理で同等の内部欠陥密度を得ることができる。
【００２０】
【実施例】
（酸素析出核が形成されたウェーハの作製）
結晶方位が＜１００＞で、酸素濃度が１５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ〜０．０２Ω・ｃｍのボロンドープｐ型シリコンウェーハ（直径１５０ｍｍ）を用い、バッチ式の熱処理炉を用いて１１００℃２時間の外方拡散熱処理を行い、次いで炉内を降温して６５０℃２０時間の酸素析出核形成熱処理を行った。外方拡散熱処理の入炉温度を９００℃とし、入炉から１１００℃到達後１０分までは酸素雰囲気とし、以後酸素析出核形成熱処理の終了までは窒素雰囲気とした。
【００２１】
（実施例１）
上記熱処理により内部に酸素析出核が形成されたウェーハを、１％のフッ酸により上記熱処理で表面に形成された酸化膜を除去した後、赤外線ランプ加熱炉（バレル型サセプタを使用したバッチ式のエピタキシャル成長装置）に入れ、３％の塩化水素ガスを含む水素ガスを流しながら１１５０℃で５分間熱処理した後、ウェーハを取り出した。昇温速度は７０℃／分、降温速度は５０℃／分とした。この熱処理に要した時間は３０分であり、１回の熱処理で１５枚の処理が可能であった。
取り出したウェーハをへき開してＷｒｉｇｈｔ液にて選択エッチングを行い、内部欠陥をエッチピットとして顕在化させた。エッチング量はウェーハ両面で５μｍとした。へき開面を光学顕微鏡で観察して、ウェーハ中心、Ｒ／２、周辺から１０ｍｍの面内３点のウェーハの厚さ方向中心部のエッチピットの密度を測定したところ、７×１０8個／ｃｍ2〜９×１０8個／ｃｍ2であった。なお、ウェーハの表面から深さ２０μｍまではエッチピットがほとんど観察されず、無欠陥層が形成されていた。
【００２２】
（実施例２）
実施例１と同様に、上記熱処理により内部に酸素析出核が形成されたウェーハを、１％のフッ酸により上記熱処理で表面に形成された酸化膜を除去した後、高周波加熱型のエピタキシャル成長炉を用いて厚さ１０μｍのエピタキシャル層を成長した。原料ガスとしてトリクロルシランを０．３％含む水素ガスを用い、１１５０℃でエピタキシャル成長を行った。昇温速度は３０℃／分、降温速度は４０℃／分とした。なお、エピタキシャル層の抵抗率が１０Ω・ｃｍとなるようジボランガスを原料ガスに混合した。エピタキシャル成長に要した時間は５０分であり、１回のエピタキシャル成長で１５枚の処理が可能であった。
エピタキシャル成長が終了したウェーハを成長炉から取り出し、取り出したウェーハをへき開してＷｒｉｇｈｔ液にて選択エッチングを行い、内部欠陥をエッチピットとして顕在化させた。エッチング量はウェーハ両面で５μｍとした。へき開面を光学顕微鏡で観察して、ウェーハ中心、Ｒ／２、周辺から１０ｍｍの面内３点のウェーハの厚さ方向中心部のエッチピットの密度を測定したところ、８×１０8個／ｃｍ2〜１×１０9個／ｃｍ2であった。エピタキシャル層中にはエッチピットは観察されなかった。
【００２３】
（実施例３）
結晶方位が＜１００＞で、酸素濃度が１５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ〜０．０２Ω・ｃｍのボロンドープｐ型シリコンウェーハ（直径１５０ｍｍ）を用い、バッチ式の熱処理炉を用いて６５０℃、２０時間の酸素析出核形成熱処理のみを窒素雰囲気で行った。上記熱処理により内部に酸素析出核が形成されたウェーハをバレル型サセプタを使用したバッチ式のエピタキシャル成長炉を用いて厚さ１０μｍのエピタキシャル層を成長した。原料ガスとしてトリクロルシランを０．３％含むガスを用い、１１５０℃でエピタキシャル成長を行った。昇温速度は７０℃／分、降温速度は５０℃／分とした。なお、エピタキシャル層の抵抗率が１０Ω・ｃｍとなるようにジボランガスを原料ガスに混合した。エピタキシャル成長に要した時間は４０分間であり、１回のエピタキシャル成長で１５枚の処理が可能であった。
取り出したウェーハをへき開してＷｒｉｇｈｔ液にて選択エッチングを行い、内部欠陥をエッチピットとして顕在化させた。エッチング量はウェーハ両面で５μｍとした。へき開面を光学顕微鏡で観察して、ウェーハ中心、Ｒ／２、周辺から１０ｍｍの面内３点のウェーハの厚さ方向中心部のエッチピットの密度を測定したところ、５×１０8個／ｃｍ2〜８×１０9個／ｃｍ2であった。エピタキシャル層中にはエッチピットは観察されなかった。
【００２４】
（比較例）
上記熱処理により内部に酸素析出核が形成されたウェーハを、フッ酸処理を行わずに酸化膜を残したまま用いて、バッチ式の熱処理炉を用いて窒素雰囲気下１０００℃１０時間の熱処理を行った。入出炉時間も含め、熱処理に要した時間は１３時間であった。１バッチの熱処理で処理したウェーハの枚数は１２０枚であった。
熱処理の終了したウェーハの酸化膜を１％フッ酸で除去し、ウェーハをへき開してＷｒｉｇｈｔ液にて選択エッチングを行い、内部欠陥をエッチピットとして顕在化させた。エッチング量はウェーハ両面で５μｍとした。へき開面を光学顕微鏡で観察して、ウェーハ中心、Ｒ／２、周辺から１０ｍｍの面内３点のウェーハの厚さ方向中心部のエッチピットの密度を測定したところ、８×１０8個／ｃｍ2〜１×１０9個／ｃｍ2であった。なお、ウェーハの表面から深さ１５μｍまではエッチピットがほとんど観察されず、無欠陥層が形成されていた。
【００２５】
（酸素析出核成長熱処理に要する時間の検討）
実施例と比較例とで同一枚数のウェーハの酸素析出核成長熱処理をするのに要する時間を比較すると、まず比較例は１２０枚のウェーハを処理するのに１３時間を要していたのに対し、実施例１では１５枚のウェーハを処理するのに３０分を要していたので、比較例と同様の１２０枚の処理を行うのに必要な時間は４時間となる。また、実施例２では１５枚のウェーハを処理するのに５０分を要していたので、比較例と同様の１２０枚のウェーハを処理するのに必要な時間は６．７時間となる。したがって、同一枚数のウェーハの酸素析出核成長熱処理をする場合は、実施例は比較例に比べて１／２から１／３の処理時間で済むことになり、大幅な時間短縮が可能となる。また、上記各実施例では１度に処理する枚数が１５枚と比較的少ないが、これを増加させれば時間短縮効果が更に大きくなる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、ＩＧ熱処理の時間を大幅に短縮することが可能となる。