(57)【要約】【課題】シリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハにおいて、セコエッチング法では検出できない点欠陥の凝集体をさらに低減すること。【解決手段】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の数がセコエッチング法で検出下限値以下である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から切り出されたシリコンウェーハＷを、雰囲気ガスＧ１中で熱処理する熱処理工程を有し、前記雰囲気ガスを、不活性ガス及び還元性ガスの少なくとも一方とし、前記熱処理の温度を、１１００℃以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の数がセコエッチング法で検出下限値以下である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から切り出されたシリコンウェーハを、雰囲気ガス中で熱処理する点欠陥凝集体消滅熱処理工程と、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程後に、ＮＨ３ を含む雰囲気ガス中で前記シリコンウェーハをＲＴＡ処理してシリコンウェーハの表面窒化により窒化膜を形成して内部に新たに空孔を形成する空孔形成工程と、を有し、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程において、前記雰囲気ガスを、不活性ガス及び還元性ガスの少なくとも一方とするとともに、前記点欠陥凝集体消滅熱処理の温度を１１００℃以上と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】
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の数がセコエッチング法で検出下限値以下である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から切り出されたシリコンウェーハを、雰囲気ガス中で熱処理する点欠陥凝集体消滅熱処理工程と、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程前に、ＮＨ３ を含む雰囲気ガス中で前記シリコンウェーハをＲＴＡ処理してシリコンウェーハの表面窒化により窒化膜を形成して内部に新たに空孔を形成する空孔形成工程と、を有し、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程において、前記雰囲気ガスを、不活性ガス及び還元性ガスの少なくとも一方とするとともに、前記点欠陥凝集体消滅熱処理の温度を１１００℃以上と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、
前記空孔形成工程のＲＴＡ処理条件が確実にスリップの発生を抑制する１１００℃から１１８０℃までの熱処理温度かつ３０ｓｅｃ以下の熱処理時間とされ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４】
請求項３に記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記空孔形成工程のＲＴＡ処理条件を降温速度５０℃／秒と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、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程の条件を、熱処理温度を１１００℃以上かつ１２８０℃以下、熱処理時間を１時間にし、前記熱処理温度までの昇温速度を１０℃／分以下に設定し、雰囲気ガスとして還元性ガスである水素ガスを用い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５に記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程の条件を、熱処理温度１２００℃、昇温速度５℃／分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７】
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、
前記空孔形成工程の熱処理よりも低い温度で前記シリコンウェーハを熱処理して表層では空孔の外方拡散と酸化膜形成に伴う格子間Ｓｉの注入による空孔と格子間Ｓｉによる対消滅によって表層に無欠陥層を形成すると共に内部の空孔に酸素を析出させ酸素析出核の安定を図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。
【請求項８】
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の数がセコエッチング法で検出下限値以下の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から切り出されたシリコンウェーハであって、
請求項１から７のいずれかに記載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シリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＳＦ、ＣＯＰ等を有しないシリコンウェーハ、そしてその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層にＤＺ(Denuded Zone)層を形成するシリコンウェーハの製造方法及びこの方法で製造されたシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高品質なシリコンウェーハとして、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の数がセコエッチング法で検出下限値以下である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から切り出されたシリコンウェーハが開発されている。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。
【０００３】
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、例えば特許文献１に提案されているように、ＣＺ（チョクラルスキー）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。
【０００４】
上記ボロンコフ理論では、図４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４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の数がセコエッチング法の検出下限値以下であるパーフェクト領域（（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。
【０００５】
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。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。
【０００６】
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、パーフェクト領域〔Ｐ〕は、鏡面加工されたシリコン単結晶をセコエッチング法、すなわち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領域をいう。
【０００７】
一方、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。
【０００８】
このため、シリコンウェーハ表面に対し、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、内部に高濃度の熱平衡の原子空孔（Vacancy：以下、単に空孔と称す）を形成し、急冷により凍結するとともに、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、特許文献２に記載の技術）。そして、上記ＤＺ層形成後に、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層を形成する工程が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１−１３９３号公報
【特許文献２】国際公開第98/38675号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記シリコンウェーハでは、以下のような課題が残されている。
パーフェクト領域〔Ｐ〕といっても、上述したようにセコエッチング法の検出下限値以下の領域であって、検出下限値以下の点欠陥の凝集体が存在する場合がある。すなわち、上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ウェーハであっても、Ｖ／Ｇ比を臨界点に完全に一致させることは困難であり、無欠陥結晶が得られる条件範囲が狭いため、上記セコエッチングの手法で点欠陥の凝集体が検出されなくても、例えば、別の検出法によるＬＳＴＤ（レーザ・スキャタリング・トモグラフ・デフェクト）を検査すると、点欠陥の凝集体が検出される場合があった。また、このようなパーフェクト領域のウェーハは、面内に空孔領域と格子間Ｓｉ領域が混在して、その後の熱処理により空孔に酸素を析出させた場合にゲッタリング能力の不均一性が生じていた。また、これに対する対策としてＲＴＡ処理により空孔を注入したウェーハであっても、その後のデバイス製造工程中の熱処理によって析出の形成に使われる空孔が消滅して、析出させることができないこともあった。
【００１１】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、セコエッチング法では検出できない点欠陥の凝集体をさらに低減することができ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提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、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の数がセコエッチング法で検出下限値以下である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から切り出されたシリコンウェーハを、雰囲気ガス中で熱処理する点欠陥凝集体消滅熱処理工程と、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程後に、ＮＨ３ を含む雰囲気ガス中で前記シリコンウェーハをＲＴＡ処理してシリコンウェーハの表面窒化により窒化膜を形成して内部に新たに空孔を形成する空孔形成工程と、を有し、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程において、前記雰囲気ガスを、不活性ガス及び還元性ガスの少なくとも一方とするとともに、前記点欠陥凝集体消滅熱処理の温度を１１００℃以上とすることを特徴とする。
本発明は、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の数がセコエッチング法で検出下限値以下である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から切り出されたシリコンウェーハを、雰囲気ガス中で熱処理する点欠陥凝集体消滅熱処理工程と、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程前に、ＮＨ３ を含む雰囲気ガス中で前記シリコンウェーハをＲＴＡ処理してシリコンウェーハの表面窒化により窒化膜を形成して内部に新たに空孔を形成する空孔形成工程と、を有し、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程において、前記雰囲気ガスを、不活性ガス及び還元性ガスの少なくとも一方とするとともに、前記点欠陥凝集体消滅熱処理の温度を１１００℃以上とすることを特徴とする。
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、
前記空孔形成工程のＲＴＡ処理条件が確実にスリップの発生を抑制する１１００℃から１１８０℃までの熱処理温度かつ３０ｓｅｃ以下の熱処理時間とされることができる。
本発明は、上述したシリコンウェーハの製造方法において、
前記空孔形成工程のＲＴＡ処理条件を降温速度５０℃／秒とすることができる。
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、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程の条件を、熱処理温度を１１００℃以上かつ１２８０℃以下、熱処理時間を１時間にし、前記熱処理温度までの昇温速度を１０℃／分以下に設定し、雰囲気ガスとして還元性ガスである水素ガスを用いることができる。
本発明は、上記のシリコンウェーハの製造方法において、
前記点欠陥凝集体消滅熱処理工程の条件を、熱処理温度１２００℃、昇温速度５℃／分に設定することができる。
本発明は、上記のシリコンウェーハの製造方法において、
前記空孔形成工程の熱処理よりも低い温度で前記シリコンウェーハを熱処理して表層では空孔の外方拡散と酸化膜形成に伴う格子間Ｓｉの注入による空孔と格子間Ｓｉによる対消滅によって表層に無欠陥層を形成すると共に内部の空孔に酸素を析出させ酸素析出核の安定を図る析出処理工程を有するができる。
本発明の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の数がセコエッチング法で検出下限値以下の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から切り出されたシリコンウェーハであって、
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より作製されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、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の数がセコエッチング法で検出下限値以下である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から切り出されたシリコンウェーハを、雰囲気ガス中で熱処理する熱処理工程を有し、前記雰囲気ガスを、不活性ガス及び還元性ガスの少なくとも一方とし、前記熱処理の温度を、１１００℃以上とすることを特徴とする。
【００１４】
このシリコンウェーハの製造方法では、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シリコンウェーハを、雰囲気ガス中で熱処理する熱処理工程を有し、前記雰囲気ガスを、不活性ガス及び還元性ガスの少なくとも一方とし、前記熱処理の温度を、１１００℃以上とするので、ＣＯＰやＬＳＴＤ等の点欠陥の凝集体が僅かに残存していても、後述するように、これらの空洞欠陥を溶解・収縮させて消滅させることができ、点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハを得ることができる。
【００１５】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記熱処理工程後に、窒化ガスを含む雰囲気ガス中で前記シリコンウェーハを熱処理して内部に新たに空孔を形成する空孔形成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、空孔形成工程において、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新たに空孔を形成するので、内部に形成された高濃度の空孔に酸素析出物を析出させる熱処理を施せば、高いゲッタリング効果を有するシリコンウェーハ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シリコンウェーハが、予め窒化ガスを含む雰囲気中で熱処理されて内部に新たに空孔が形成されたシリコン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、予め窒化ガスを含む雰囲気中で熱処理されて内部に新たに空孔が形成されたシリコンウェーハであるので、内部に形成された高濃度の空孔に酸素析出物を析出させる熱処理を施せば、高いゲッタリング効果を有するシリコンウェーハを得ることができる。
【００１７】
さらに、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記熱処理の温度を１２８０℃以下とすると共に、該温度までの昇温速度を１０℃／分以下と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、熱処理の温度を１２８０℃以下とするので、高温による酸素析出物の再溶解を防ぐことができると共に、スリップの発生を抑制することができる。さらに、熱処理温度までの昇温速度を１０℃／分以下とするので、酸素析出物の消滅を防いで析出物分布を維持することができる。また、析出核の安定化を図る効果もあり、その後のデバイス製造工程中における熱処理で空孔が消滅することによるゲッタリング能力の低下を防ぐこともできる。
【００１８】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、前記空孔を形成するための熱処理よりも低い温度で前記シリコンウェーハを熱処理して表層に無欠陥層を形成すると共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、析出処理工程において、空孔を形成するための熱処理よりも低い温度でシリコンウェーハを熱処理して表層に無欠陥層を形成すると共に内部の空孔に酸素を析出させるので、デバイス形成に好適なＤＺ層を表層に有する共に近接ゲッタリング効果を有する高ＢＭＤ密度領域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。
【００１９】
本発明の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の数がセコエッチング法で検出下限値以下の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から切り出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、ＬＳＴＤ等の点欠陥の凝集体が存在しない非常に高品質なシリコンウェーハであり、デバイス作製において高い歩留まりを得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
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、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シリコンウェーハを、雰囲気ガス中で熱処理する熱処理工程を有し、雰囲気ガスを、不活性ガス及び還元性ガスの少なくとも一方とし、熱処理の温度を、１１００℃以上とするので、ＣＯＰやＬＳＴＤ等の点欠陥の凝集体が僅かに残存していても、これらの空洞欠陥を溶解・収縮させて消滅させることができ、点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハを得ることができる。また、このシリコンウェーハを熱処理して内部に新たに空孔を形成する、若しくは上記熱処理前に予め熱処理して内部に空孔を形成すれば、酸素析出核形成の元になる高濃度の空孔を有し、この空孔に、酸素析出物を析出させる熱処理により高いゲッタリング効果を有するシリコンウェーハを得ることができる。
【００２１】
また、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、空孔を形成するための熱処理よりも低い温度でシリコンウェーハを熱処理して表層に無欠陥層を形成すると共に内部の空孔に酸素を析出させるので、デバイス形成に好適なＤＺ層を表層に有する共に近接ゲッタリング効果を有する高ＢＭＤ密度領域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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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第１実施形態におけるバッチ式の熱処理炉を示す概略的な全体断面図である。
【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第１実施形態における枚葉式の熱処理炉を示す概略的な全体断面図である。
【図３】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第１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。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、シリコンウェーハＷを複数枚載置可能なＳｉＣ又はシリコンのボート１を用いたバッチ式の縦型熱処理炉を示すものである。この熱処理炉は、ボート１を下方から内部に挿入可能な円筒状の石英反応管２と、該石英反応管２の周囲を覆うように配置され石英反応管２内のシリコンウェーハＷを加熱するヒータ３と、石英反応管２内に接続されて水素ガス等の雰囲気ガスＧ１を供給するガス供給源４と、ボート１を支持すると共に上下動させて石英反応管２に挿入及び石英反応管２下方に抜き出すエレベータ機構５とを備えている。
【００２５】
上記シリコンウェーハＷは、上述した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から切り出されたシリコンウェーハである。
【００２６】
このシリコンウェーハＷを、上記熱処理炉を用いて雰囲気ガスＧ１中で熱処理し、残存する点欠陥の凝集体を消滅させる方法について、以下に説明する。
【００２７】
まず、ボート１にシリコンウェーハＷを載置し、これをエレベータ機構５により上昇させて石英反応管２内に挿入し配置する。そして、ヒータ３により所定の温度まで石英反応管２内を加熱するとともに、ガス供給源４から不活性ガス及び還元性ガスの少なくとも一方の雰囲気ガスＧ１を石英反応管２内に供給して還元性雰囲気又は不活性ガス雰囲気とし、所定時間だけシリコンウェーハＷを熱処理することにより行われる。
【００２８】
この際、上記熱処理の温度を１１００℃以上かつ１２８０℃以下に設定し、熱処理時間を例えば１時間にし、また上記温度までの昇温速度を１０℃／分以下とする。なお、本実施形態では、熱処理温度１２００℃で昇温速度５℃／分に設定している。また、雰囲気ガスＧ１として還元性ガスである水素ガスを用いている。
【００２９】
この熱処理により、上記パーフェクト領域〔Ｐ〕のシリコンウェーハＷにＣＯＰやＬＳＴＤ等の点欠陥の凝集体が僅かに残存していても、これらの空洞欠陥を溶解・収縮させて消滅させることができ、点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハを得ることができる。すなわち、残存している点欠陥の凝集体は空洞欠陥であることから、上記水素ガス又はアルゴンガス中の熱処理により、酸素の外方拡散が生じて表面の酸素濃度が低下し、空洞の内壁酸化膜が除去されて空洞欠陥が溶解する。さらに、溶解により活性化した空洞欠陥内に格子間シリコンが入り込んで、凝集体が収縮し、消滅するためである。
【００３０】
なお、１１００℃以上の上記熱処理としたのは、少なくとも表面から５μｍの厚さ範囲内で５×１０１７ｃｍ−３以下の酸素濃度が得られ、空洞欠陥を収縮させることができるためである。また、不活性ガス及び還元性ガスの少なくとも一方の雰囲気ガスＧ１としたのは、酸素や窒素を含む雰囲気ガスでは、表面が酸化又は窒化されてしまい酸素の外方拡散を妨げてしまうためである。
【００３１】
次に、上記熱処理を行ったシリコンウェーハＷを、さらに内部に空孔形成のための熱処理（ＲＴＡ処理）を行う方法について、さらにこのウェーハＷの表層にＤＺ層を形成すると共に内部にＢＭＤ層を形成する熱処理を施す方法について、図２及び図３を参照して説明する。
【００３２】
図２は、枚葉式のＲＴＡ処理用熱処理炉を示すものである。該熱処理炉は、図２に示すように、シリコンウェーハＷを載置可能な円環状のサセプタ１１と、該サセプタ１１を内部に収納した反応室１２とを備えている。なお、反応室１２の外部には、シリコンウェーハＷを加熱するランプ（図示略）が配置されている。
【００３３】
サセプタ１１は、シリコンカーバイト等で形成されており、内側に段部１１ａが設けられ、該段部１１ａ上にシリコンウェーハＷの周縁部を載置するようになっている。反応室１２には、シリコンウェーハＷの表面に雰囲気ガスＧ２を供給する供給口１２ａ及び供給された雰囲気ガスＧ２を排出する排出口１２ｂが設けられている。また、供給口１２ａは、雰囲気ガスＧ２の供給源（図示略）に接続されている。
【００３４】
雰囲気ガスＧ２は、窒化ガス、例えばＮ２（窒素）、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、Ｏ２（酸素）、Ｈ２（水素）等との混合ガスである。なお、これらのガスの組み合わせは、爆発や燃焼などの危険性がないように行われる。また、本実施形態では、Ｎ２ よりも分解温度が低く、熱処理温度を低く設定可能なＮＨ３を主とした雰囲気ガスＧ２を用いている。
【００３５】
この熱処理炉により上記熱処理したシリコンウェーハＷにＲＴＡ処理（急加熱及び急冷却の熱処理）を施すには、サセプタ１１にシリコンウェーハＷを載置した後、供給口１２ａから上記雰囲気ガスＧ２をシリコンウェーハＷの表面に供給した状態で、９００℃から１２５０℃までの範囲の熱処理温度かつ６０ｓｅｃ以下の熱処理時間で、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。なお、この熱処理は、上記熱処理温度での熱処理時間が短時間（１ｓｅｃ未満）であるスパイクアニールを含むものである。
【００３６】
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。なお、本実施形態では、よりスリップの発生抑制に好適な条件、１１００℃から１１８０℃までの熱処理温度かつ３０ｓｅｃ以下の熱処理時間でＲＴＡ処理を行う。上記熱処理により、雰囲気ガス中の窒化ガスがシリコンウェーハＷの表面を窒化、すなわち窒化膜を形成して、図３の（ａ）に示すように、内部に空孔（Vacancy）Ｖを十分に注入することができる。
【００３７】
さらに、上記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３の（ｂ）に示すように、表層では、空孔の外方拡散と酸化膜形成に伴う格子間Ｓｉの注入による空孔と格子間Ｓｉによる対消滅によって表層に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を形成する。なお、この上記ＤＺ層形成又は酸素析出のための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。
【００３８】
このようにＲＴＡ熱処理後に、該熱処理よりも低い温度でシリコンウェーハＷを熱処理して表層に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を表層に有すると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。
【００３９】
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の第２実施形態を説明する。
【００４０】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、残存する点欠陥の凝集体を消滅させる熱処理を行った後に、空孔形成のためのＲＴＡ処理を行うのに対し、第２実施形態では、上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シリコンウェーハＷを空孔形成のための上記ＲＴＡ処理を行った後に、残存する点欠陥の凝集体を消滅させる上記熱処理を行う点である。
【００４１】
すなわち、本実施形態では、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予めＲＴＡ処理により内部に空孔が新たに注入されたシリコンウェーハＷに対して、残存する点欠陥の凝集体を消滅させる熱処理を行うので、酸素析出核形成の元である高濃度の空孔を有すると共に、無欠陥な高品質シリコンウェーハを得ることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、残存する点欠陥の凝集体を消滅させる熱処理の温度を１２８０℃以下とすると共に、該温度までの昇温速度を１０℃／分以下とすることが好ましい。すなわち、熱処理の温度を１２８０℃以下とすることにより、高温による酸素析出物の再溶解を防ぐことができると共に、スリップの発生を抑制することができる。さらに、熱処理温度までの昇温速度を１０℃／分以下とすることにより、酸素析出物の消滅を防いで析出物分布を維持することができる。なお、本実施形態では、昇温速度を５℃／分に設定している。
【００４３】
また、ＲＴＡ処理後に点欠陥の凝集体を消滅させる上記熱処理は、酸素析出核の安定化を図る効果もあり、デバイス製造工程中における熱処理で空孔が消滅することを防ぐこともできる。したがって、第１実施形態では、ＲＴＡ処理後に析出核安定化のための熱処理を別途行うか、デバイス製造工程中の熱処理により、析出核安定化を行うこととしているが、第２実施形態では、残存する点欠陥の凝集体を消滅させる熱処理により、酸素析出核が安定化するため、析出核安定化の熱処理工程を省略することが可能であると共に、後のデバイス作製工程中の熱処理において空孔が消滅してしまうことを防ぐことができる。
【００４４】
また、本実施形態においても第１実施形態と同様に、空孔を形成するための上記ＲＴＡ処理よりも低い温度でシリコンウェーハＷを熱処理して表層に無欠陥層ＤＺを形成すると共に、内部の空孔に酸素を析出させれば、デバイス形成に好適なＤＺ層ＤＺを表層に有する共に、近接ゲッタリング効果を有する高ＢＭＤ密度領域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、上記各実施形態では、プラズマ化した上記窒化ガスを雰囲気ガスとしてもよい。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。また、雰囲気ガスが三種類以上の混合ガスである場合は、そのうちの一種類以上がＮ２やＮＨ３等の窒化ガスであればよい。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。
【００４７】
また、上記各実施形態によりウェーハ表面にＲＴＡ処理で形成される窒化膜、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。このシリコン酸化窒化膜は、自然酸化膜、ケミカル酸化膜又は熱酸化膜を昇華させずに窒化させたものである。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。なお、効率的に空孔の注入を行うためには、なるべく表面に酸化膜が存在しない方が好ましい。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明に係る実施例により具体的に説明する。上記パーフェクト領域〔Ｐ〕のシリコンウェーハＷを、上記第１実施形態及び上記第２実施形態に基づいて実際に点欠陥の凝集体を消滅させる上記熱処理を施した場合について、点欠陥の凝集体の数を処理前後で測定した。その結果、上記第１実施形態及び上記第２実施形態に基づいて処理し作製したシリコンウェーハでは、上記処理を施す前において点欠陥の凝集体がＬＳＴＤで１０個／ｃｍ2 だけ検出されていたのに対し、上記処理後は点欠陥の凝集体が検出されず、完全に点欠陥の凝集体が消滅していることがわかった。
【符号の説明】
【００４９】
１、１１ サセプタ
２ 石英反応管（反応室）
１２ 反応室
ＢＭＤ ＢＭＤ層
ＤＺ ＤＺ層（無欠陥層）
Ｇ１、Ｇ２ 雰囲気ガス
Ｖ 空孔(Vacancy)
Ｗ シリコンウェーハ
【図１】
2009224810.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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