(57)【要約】【課題】酸素析出核の大きさを微調整することができるプレ熱処理及びそのプレ熱処理で得られたＢＭＤ密度が均質なシリコンウェーハを得る。【解決手段】窒素をドープした一本のシリコン単結晶インゴットからスライスされた各ウェーハのインゴット上の位置を、そこに含まれる窒素濃度及び酸素濃度と関連して特徴付け、インゴット上の各位置における各ウェーハに対して上記処理温度未満の温度で滞留させる工程を行わないもの、１条件でのみこの工程を行うもの、そして、少なくとも２以上の条件でこの工程を行うものに分類する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の窒素濃度を含むシリコン融液から引上げ成長させたシリコン単結晶インゴットから、成長方向において第１の位置でスライスして得た第１のウェーハ、及び、第２の位置でスライスして得た第２のウェーハを、非酸化性の雰囲気中で１１００℃以上の所定の温度で高温熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法において、
前記第１のウェーハは、前記高温熱処理前に１１００℃未満の所定温度でプレ熱処理を所定時間施し、
前記第２のウェーハは、上記プレ熱処理を施さないで、
前記第１及び第２のウェーハを同一の条件で前記高温熱処理を施す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】
所定の窒素濃度を含むシリコン融液から引上げ成長させたシリコン単結晶インゴットから、成長方向において所定の位置でスライスしてウェーハを得、非酸化性の雰囲気中で１１００℃以上の所定の温度で高温熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法において、
前記高温熱処理前に行う１１００℃未満のプレ熱処理を所定温度及び所定時間で行い、
高温熱処理後のシリコンウェーハのＢＭＤ値を求め、
前記スライスされたウェーハの酸素濃度と、前記スライスされたウェーハの窒素濃度と、前記所定温度、及び所定時間と、高温熱処理後のシリコンウェーハのＢＭＤ値を関連づけて記憶し、
上記工程を繰り返すことにより、多数のシリコンウェーハのＢＭＤ値に対する前記酸素濃度と、前記所定温度、及び前記所定時間と、ウェーハの前記窒素濃度を記憶させたデータベースを作り、記憶手段に記憶させ、
新たに成長させたシリコン単結晶インゴットから所望のＢＭＤ値を有するシリコンウェーハを製造するために、該ウェーハの前記酸素濃度と、ウェーハの前記窒素濃度に基づき、前記プレ熱処理の温度及び時間を決定する、プレ熱処理条件決定方法。
【請求項３】
所定の窒素濃度を含むシリコン融液から引上げ成長させたシリコン単結晶インゴットから、成長方向において所定の位置でスライスしてウェーハを得、非酸化性の雰囲気中で１１００℃以上の所定の温度で高温熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法において、
前記高温熱処理前に行う１１００℃未満のプレ熱処理を所定温度及び所定時間で行い、
高温熱処理後のシリコンウェーハのＢＭＤ値を求め、
前記スライスされたウェーハの酸素濃度と、前記所定の位置及び前記所定の窒素濃度と、前記所定温度、及び所定時間と、高温熱処理後のシリコンウェーハのＢＭＤ値を関連づけて記憶し、
上記工程を繰り返すことにより、多数のシリコンウェーハのＢＭＤ値に対する前記酸素濃度と、前記所定温度、及び前記所定時間と、前記所定位置及び所定の窒素濃度を記憶させたデータベースを作り、記憶手段に記憶させ、
新たに成長させたシリコン単結晶インゴットから所望のＢＭＤ値を有するシリコンウェーハを製造するために、該ウェーハの前記酸素濃度と、スライス位置及び所定の窒素濃度に基づき、前記プレ熱処理の温度及び時間を決定する、プレ熱処理条件決定方法。
【請求項４】
所定の窒素濃度を含むシリコン融液から引上げ成長させたシリコン単結晶インゴットから、成長方向において所定の位置でスライスしてウェーハを得、非酸化性の雰囲気中で１１００℃以上の所定の温度で高温熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法において、
前記所定の窒素濃度及び前記所定の位置と、前記スライスされたウェーハの窒素濃度及び酸素濃度とを関連づけて記憶し、
前記高温熱処理前に行う１１００℃未満のプレ熱処理を所定温度及び所定時間で行い、これら所定温度及び所定時間を、前記所定の窒素濃度、前記所定位置、ウェーハの前記窒素濃度、及び前記酸素濃度と関連付けて記憶し、
高温熱処理後のシリコンウェーハのＢＭＤ値を求め、前記所定の窒素濃度、前記所定位置、前記窒素濃度、前記酸素濃度、前記所定温度、及び前記所定時間と関連付けて記憶し、
上記工程を繰り返すことにより、多数のシリコンウェーハのＢＭＤ値に対する前記所定の窒素濃度、前記所定位置、前記窒素濃度、前記酸素濃度、前記所定温度、及び前記所定時間を記憶させたデータベースを作り、記憶手段に記憶させ、
新たに成長させたシリコン単結晶インゴットから所望のＢＭＤ値を有するシリコンウェーハを製造するために、該ウェーハのスライス位置及び窒素濃度及び酸素濃度に基づき、前記プレ熱処理の温度及び時間を決定する、プレ熱処理条件決定方法。
【請求項５】
請求項２から４のいずれかのプレ熱処理条件決定方法によって決定された前記所定温度及び前記所定時間を持つプレ熱処理前の複数のシリコンウェーハについて、それぞれの識別情報と関連付けて、前記所定温度を基準に温度毎のクラスに分類し、
各クラスにおいて、所定時間の長さに従ってそれぞれの識別情報毎にプレ熱処理炉を準備し、
前記分類された複数のシリコンウェーハをプレ熱処理し、
その後に前記高温熱処理を行うシリコンウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により製造された窒素を添加したシリコン単結晶インゴットからスライスして切り出し、熱処理を施してシリコンウェーハを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デバイスプロセスの高集積化・微細化が促進されており、シリコンウェーハは、表層のデバイス活性領域の完全性が望まれると同時に、バルク中における酸素析出物（核）からなる内部微小欠陥（ＢＭＤ）の増加等による金属などの不純物を捕獲するゲッタリング能力の向上が求められている。
【０００３】
このため、ＣＺ法（ＭＣＺ法を含む）によってシリコン単結晶を育成する際に、窒素をドープされ、それにより、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の成長の抑制及び酸素析出の促進がなされたシリコン単結晶インゴットを製造すること行われている。そして、この窒素をドープしたシリコン単結晶からスライスされ、研磨された鏡面ウェーハに対してアルゴンガスや水素ガスなどを用いて高温（１１００〜１３５０℃）で長時間熱処理を施す高温アニールを行うことにより、表層の完全性とバルク中の酸素析出核密度増加の両方を実現させたウェーハ（アニールウェーハ）が製造されている。
【０００４】
ＣＺ法により窒素をドープしたシリコン単結晶を育成する場合、窒素はシリコン融液中より偏析しながら結晶に取り込まれる。このとき、単結晶インゴット中の窒素濃度は肩部近傍では低く、尾部近傍では高い。そのため、結晶中に存在する酸素析出核のサイズにもスライスされる単結晶部位でばらつきが発生し、低窒素濃度であるインゴット肩部近傍からスライスされたウェーハでは酸素析出核のサイズが小さく、また高窒素濃度の尾部近傍では比較的サイズの大きい酸素析出核を有している。即ち、酸素析出核の平均サイズは、窒素濃度によって変化しないが、窒素濃度が高くなると、酸素析出核の数が増える。酸素析出核のサイズは正規分布若しくは他の分布を維持しつつ、酸素析出核全体の数が増える。従って、所定のサイズ以上の酸素析出核の数の絶対値が増える。このような酸素析出核は、高温熱処理により消失しないので、高温熱処理後の酸素析出核の数の絶対値が増加する。
【０００５】
上述するような高温熱処理を鏡面ウェーハに施す場合、比較的サイズの大きい酸素析出核は熱処理後も残存するが、サイズの小さい酸素析出核は溶解する。そのため、窒素をドープした一本のシリコン単結晶インゴットからスライスされた各結晶部位のアニールウェーハのＢＭＤ密度を比較すると、スライスされる単結晶インゴット位置でばらつきが生じ易い。このように、窒素ドープアニールウェーハのＢＭＤ密度がばらつくと、ウェーハのゲッタリング能力に差が生じ、結果的にデバイスの歩留り、生産性を低下させる原因の一つになる。一般に、酸素濃度が低くなるとＢＭＤ密度が低くなる傾向があり、逆に酸素濃度が高くなるととＢＭＤ密度が高くなる傾向があるが、酸素濃度が所定の範囲内である限りは、このような影響は少ない。このため、窒素濃度及び酸素濃度は、各インゴット単位で所定の範囲になるように厳密にコントロールされる。
【０００６】
そのため、窒素ドープしたシリコン単結晶からスライスされ、研磨されたウェーハに、アルゴン、水素またはこれらの混合ガス雰囲気中で１１００〜１３５０℃の高温熱処理を施す前に、この高温熱処理の処理温度未満の温度で滞留させる工程を行なうことにより、この高温熱処理では消滅するサイズの酸素析出核を消滅しないサイズに成長させ、その後この高温熱処理を行うことを特徴とする窒素ドープアニールウェーハの製造方法が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−３５３２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記処理温度未満の温度で滞留させる工程は、窒素をドープした一本のシリコン単結晶インゴットからスライスされた全ての結晶部位に対して画一的に行われるため、十分サイズの大きい酸素析出核の数が不均一となり、所望の析出量の制御が出来ない問題もあり、より細かい制御が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明において、窒素をドープした一本のシリコン単結晶インゴットからスライスされた各結晶部位を、そこに含まれる窒素濃度及び酸素濃度と関連して特徴付け、各結晶部位に対して上記処理温度未満の温度で滞留させる工程を行わないもの、１条件でのみこの工程を行うもの、そして、少なくとも２以上の条件でこの工程を行うことを特徴とする。
【０００９】
より具体的には、以下のものを提供する。
（１）所定の窒素濃度を含むシリコン融液から引上げ成長させたシリコン単結晶インゴットから、成長方向において第１の位置でスライスして得た第１のウェーハ、及び、第２の位置でスライスして得た第２のウェーハを、非酸化性の雰囲気中で１１００℃以上の所定の温度で高温熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法において、前記第１のウェーハは、前記高温熱処理前に１１００℃未満の所定温度でプレ熱処理を所定時間施し、前記第２のウェーハは、上記プレ熱処理を施さないで、前記第１及び第２のウェーハを同一の条件で前記高温熱処理を施すことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法を提供できる。
【００１０】
ここで、窒素濃度とは、製品としてのシリコンウェーハの中にボイド欠陥が十分に少なく、半導体デバイスとして適用可能となる量の窒素濃度を意味してよい。第１の位置は、第２の位置に比べて、後端側に位置してもよい。非酸化性の雰囲気中は、酸素又は酸素と同様に酸化能力のあるガス成分を含まない雰囲気を意味してよく、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス単体若しくは混合物を含んでよい。また、水素等の還元性の雰囲気を含んでよい。更にこれらの不活性ガス及び還元性ガスの混合物を含んでよい。プレ熱処理の所定温度は、予め決められた温度でよく、好ましくは６００℃から９００℃の一定の温度である。また、所定の時間は、予め決められた時間でよく、例えば、６０分から３００分の間の時間が好ましい。それより短いと効果が十分でないおそれがあり、長くなると生産性が低下するおそれがある。そして、上記所定の温度で所定の時間プレ熱処理をすることにより、ＢＭＤに及ぼす効果が期待される。
【００１１】
（２）所定の窒素濃度を含むシリコン融液から引上げ成長させたシリコン単結晶インゴットから、成長方向において所定の位置でスライスしてウェーハを得、非酸化性の雰囲気中で１１００℃以上の所定の温度で高温熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法において、前記高温熱処理前に行う１１００℃未満のプレ熱処理を所定温度及び所定時間で行い、高温熱処理後のシリコンウェーハのＢＭＤ値を求め、前記スライスされたウェーハの酸素濃度と、前記スライスされたウェーハの窒素濃度と、前記所定温度、及び所定時間と、高温熱処理後のシリコンウェーハのＢＭＤ値を関連づけて記憶し、上記工程を繰り返すことにより、多数のシリコンウェーハのＢＭＤ値に対する前記酸素濃度と、前記所定温度、及び前記所定時間と、ウェーハの前記窒素濃度を記憶させたデータベースを作り、記憶手段に記憶させ、新たに成長させたシリコン単結晶インゴットから所望のＢＭＤ値を有するシリコンウェーハを製造するために、該ウェーハの前記酸素濃度と、ウェーハの前記窒素濃度に基づき、前記プレ熱処理の温度及び時間を決定する、プレ熱処理条件決定方法を提供できる。
【００１２】
（３）所定の窒素濃度を含むシリコン融液から引上げ成長させたシリコン単結晶インゴットから、成長方向において所定の位置でスライスしてウェーハを得、非酸化性の雰囲気中で１１００℃以上の所定の温度で高温熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法において、前記高温熱処理前に行う１１００℃未満のプレ熱処理を所定温度及び所定時間で行い、高温熱処理後のシリコンウェーハのＢＭＤ値を求め、前記スライスされたウェーハの酸素濃度と、前記所定の位置及び前記所定の窒素濃度と、前記所定温度、及び所定時間と、高温熱処理後のシリコンウェーハのＢＭＤ値を関連づけて記憶し、上記工程を繰り返すことにより、多数のシリコンウェーハのＢＭＤ値に対する前記酸素濃度と、前記所定温度、及び前記所定時間と、前記所定位置及び所定の窒素濃度を記憶させたデータベースを作り、記憶手段に記憶させ、新たに成長させたシリコン単結晶インゴットから所望のＢＭＤ値を有するシリコンウェーハを製造するために、該ウェーハの前記酸素濃度と、スライス位置及び所定の窒素濃度に基づき、前記プレ熱処理の温度及び時間を決定する、プレ熱処理条件決定方法を提供できる。
【００１３】
ここで、スライス位置は、シリコンウェーハを採取可能なショルダー部から成長方向に沿って決められる位置を意味してよい。例えば、データベースで、所望のＢＭＤ値（ＢＭＤ密度に相当）を得るために、好ましいプレ熱処理の温度及び時間の組合せを、インゴットの位置との関係（即ち、窒素及び酸素濃度との関係）でピックアップする。
【００１４】
（４）所定の窒素濃度を含むシリコン融液から引上げ成長させたシリコン単結晶インゴットから、成長方向において所定の位置でスライスしてウェーハを得、非酸化性の雰囲気中で１１００℃以上の所定の温度で高温熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法において、
前記所定の窒素濃度及び前記所定の位置と、前記スライスされたウェーハの窒素濃度及び酸素濃度とを関連づけて記憶し、前記高温熱処理前に行う１１００℃未満のプレ熱処理を所定温度及び所定時間で行い、これら所定温度及び所定時間を、前記所定の窒素濃度、前記所定位置、ウェーハの前記窒素濃度、及び前記酸素濃度と関連付けて記憶し、高温熱処理後のシリコンウェーハのＢＭＤ値を求め、前記所定の窒素濃度、前記所定位置、前記窒素濃度、前記酸素濃度、前記所定温度、及び前記所定時間と関連付けて記憶し、上記工程を繰り返すことにより、多数のシリコンウェーハのＢＭＤ値に対する前記所定の窒素濃度、前記所定位置、前記窒素濃度、前記酸素濃度、前記所定温度、及び前記所定時間を記憶させたデータベースを作り、記憶手段に記憶させ、新たに成長させたシリコン単結晶インゴットから所望のＢＭＤ値を有するシリコンウェーハを製造するために、該ウェーハのスライス位置及び窒素濃度及び酸素濃度に基づき、前記プレ熱処理の温度及び時間を決定する、プレ熱処理条件決定方法を提供できる。
【００１５】
（５）上記（２）から（４）のいずれかのプレ熱処理条件決定方法によって決定された前記所定温度及び前記所定時間を持つプレ熱処理前の複数のシリコンウェーハについて、それぞれの識別情報と関連付けて、前記所定温度を基準に温度毎のクラスに分類し、各クラスにおいて、所定時間の長さに従ってそれぞれの識別情報毎にプレ熱処理炉を準備し、前記分類された複数のシリコンウェーハをプレ熱処理し、その後に前記高温熱処理を行うシリコンウェーハの製造方法を提供できる。
【００１６】
上記識別情報は、各シリコンウェーハを特定する情報であって、例えば、該シリコンウェーハを保持する保持台に刻印される連番であってもよい。所望のＢＭＤ値の許容範囲内に収まるウェーハを選別し、プレ熱処理に投入すれば、これらのプレ熱処理を適度に施したシリコンウェーハを同時に取り出すことができるため、生産性が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明では、窒素をドープした一本のシリコン単結晶インゴットからスライスされた各結晶部位を、そこに含まれる窒素濃度及び酸素濃度と関連して特徴付けることにより、酸素析出核の大きさについて細かく把握できる。このため、酸素析出核が十分大きいため、上記処理温度未満の温度で滞留させる工程を行わないもの、また、酸素析出核の大きさが比較的均一のため１条件でのみこの工程を行うもの、そして、酸素析出核の大きさが少しばらつくため、少なくとも２以上の条件でこの工程を行うことができる。このようにして、ＢＭＤ密度の各結晶部位での均一化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施例について、図面に基づいてより詳しく説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１９】
一般に、窒素添加のシリコンウェーハにおけるＢＭＤ密度は、窒素濃度及び酸素濃度によって大きく支配される。上述するように、窒素濃度が低くなると高温熱処理後のＢＭＤ密度が低くなる傾向があり、逆に窒素濃度が高くなるとＢＭＤ密度が高くなる傾向がある。一方、所定範囲をはずれて、酸素濃度が低くなるとＢＭＤ密度が低くなる傾向があり、逆に酸素濃度が高くなるとＢＭＤ密度が高くなる傾向がある。このため、窒素濃度及び酸素濃度は、各インゴット単位で厳密にコントロールされる。
【００２０】
図１は、窒素をドープした一本のシリコン単結晶インゴット１０から切り出される各結晶部位の窒素濃度及び酸素濃度を模式的に示す図である。インゴット１０は、先端部１２から順次成長育成され、所定の一定の径となるショルダー部１４から、ウェーハとして切り出すことが可能となる。しかしながら、実際には、所定の距離が離れたウェーハ切出開始位置から実質的にスライスされる。そして、第１のウェーハ１６は、より先端部１２に近い距離で切り出され、第２のウェーハ１８はより尾部２０に近いところから切り出される。このため、第１のウェーハ１６は、第２のウェーハ１８に比べて窒素濃度は低いが、酸素濃度は高い。この図からわかるように、シリコンインゴット中の窒素濃度及び酸素濃度は、その成長方向において徐々に変化する傾向があり、結晶部位にかかわらず、均一な窒素濃度及び酸素濃度を得ることは、実質的にきわめて困難である。即ち、第１のウェーハ１６は、通常の高温熱処理のみを施すと、第２のウェーハ１８に比べて、ＢＭＤ密度は低くなる傾向がある。
【００２１】
ここで、ＢＭＤ密度を決定する別の条件を考えると、スライス後の１１００℃以上の所定の温度での高温熱処理が上げられる。この熱処理は、温度及び保持時間によりその効果が大きく異なることが多く、工業的に安定的に製造するためには、大容量のバッチ炉を備え、多くのウェーハを同時に均一に熱処理することが好ましい。逆に言えば、このようにして決定される熱処理条件は、大量のウェーハを製造する工場生産効率及び安定性を考慮すれば容易に変更することができない。従って、上述のようにして結晶部位、酸素及び窒素濃度を把握し、酸素析出核の大きさを予測したとしても、個別な条件による酸素析出核の大きさの均一化を図ることが難しい。
【００２２】
このように単結晶引き上げ条件、高温熱処理条件等の変更が容易でないことに鑑みて、既に把握した結晶部位、酸素及び窒素濃度から、酸素析出核の大きさを予測できたとしても、単結晶引き上げ条件及び高温熱処理条件以外の条件により、酸素析出核の大きさの均一化を図ることが望ましい。ここで、上記処理温度未満の温度で滞留させる工程は、逆に、個別のウェーハに対しても容易に滞留温度及び時間を変化させることが工業生産性を落とさないようにして容易にできる。１つの選択は、所定の結晶部位のウェーハについては、そこに含まれる窒素濃度及び酸素濃度と関連して特徴付け、その結晶部位に対して上記処理温度未満の温度で滞留させる工程を行わず、その他の結晶部位のウェーハに対しては、１つの条件でこの上記処理温度未満の温度で滞留させる工程を行うようにするものである。また、更にもう１つの条件で別の結晶部位のウェーハに上記処理温度未満の温度で滞留させる工程を施してもよい。このようにすれば、より細かい酸素析出核の大きさの制御が可能である。また、これらの条件は、上記処理温度未満の温度で滞留させる工程であるため、その他のウェーハの特性を劣化させることもなく、また、たとえ多少条件が合わなくとも、影響の度合いが、窒素濃度等の条件に比べてマイルドなため、致命傷となることは少ない。
【００２３】
表１は、あるインゴットにおける結晶部位による酸素濃度及び窒素濃度をまとめたものである。表２は、行った各結晶部位におけるプレアニール条件をしめす。表３は、得られた結果のＢＭＤの規格に合致したかどうかの評価結果を示す。
【００２４】
【表１】
2009088240.tif 000002
【００２５】
【表２】
2009088240.tif 000003
【００２６】
【表３】
2009088240.tif 000004
【００２７】
これらの表からわかるように、本発明では、窒素をドープした一本のシリコン単結晶インゴットからスライスされた各結晶部位を、そこに含まれる窒素濃度及び酸素濃度と関連して特徴付けることにより、プレ熱処理（プレアニール）の条件を種々対応させることにより、ＢＭＤ密度の各結晶部位での均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】窒素をドープした一本のシリコン単結晶インゴットから切り出される各結晶部位の窒素濃度及び酸素濃度を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０    インゴット
１２    先端部
１４    ショルダー部
１６    第１のウェーハ
１８    第２のウェーハ
２０    尾部
【図１】
2009088240.tif 000005