JP4699675B2 - アニールウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた酸化膜耐圧特性を有するウェーハ表層と、優れたゲッタリング能力を有するバルク層を兼ね備えたアニールウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
近年は、半導体回路の高集積化に伴う素子の微細化に伴い、その基板となるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と略記する）で作製されたシリコン単結晶に対する品質要求が高まってきている。特に、ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローンイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥と呼ばれる酸化膜耐圧特性やデバイスの特性を悪化させる、単結晶成長起因の欠陥が存在しその密度とサイズの低減が重要視されている。
【０００３】
これらの欠陥を説明するに当たって、先ず、シリコン単結晶に取り込まれるベイカンシイ（Ｖａｃａｎｃｙ、以下Ｖと略記することがある）と呼ばれる空孔型の点欠陥と、インタースティシアル−シリコン（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｓｉ、以下Ｉと略記することがある）と呼ばれる格子間型シリコン点欠陥のそれぞれの取り込まれる濃度を決定する因子について、一般的に知られていることを説明する。
【０００４】
シリコン単結晶において、Ｖ領域とは、Ｖａｃａｎｃｙ、つまりシリコン原子の不足から発生する凹部、穴のようなものが多い領域であり、Ｉ領域とは、シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことであり、そしてＶ領域とＩ領域の間には、原子の不足や余分が無い（少ない）ニュートラル（Ｎｅｕｔｒａｌ、以下Ｎと略記することがある）領域が存在していることになる。そして、前記グローンイン欠陥（ＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等）というのは、あくまでもＶやＩが過飽和な状態の時に発生するものであり、多少の原子の偏りがあっても、飽和以下であれば、欠陥としては存在しないことが判ってきた。
【０００５】
この両点欠陥の濃度は、ＣＺ法における結晶の引上げ速度（成長速度）と結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの関係から決まり、Ｖ領域とＩ領域との境界近辺にはＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）と呼ばれる欠陥が、結晶成長軸に対する垂直方向の断面で見た時に、リング状に分布（以下、ＯＳＦリングということがある）していることが確認されている。
【０００６】
これら結晶成長起因の欠陥は、通常の結晶中固液界面近傍の温度勾配Ｇが大きい炉内構造（ホットゾーン：ＨＺということがある）を使用したＣＺ引上げ機で結晶軸方向に成長速度を高速から低速に変化させた場合、図９に示したような欠陥分布図として得られる。
【０００７】
そしてこれら結晶成長起因の欠陥を分類すると、例えば成長速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ前後以上と比較的高速の場合には、空孔タイプの点欠陥が集合したボイド起因とされているＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰ等のグローンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はＶ領域と呼ばれている（図９のライン（Ａ））。
【０００８】
また、成長速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ以下の場合は、成長速度の低下に伴い、ＯＳＦリングが結晶の周辺から発生し、このリングの外側に転位ループ起因と考えられているＬ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：格子間型転位ループの略号、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等）の欠陥が低密度に存在し、これら欠陥が存在する領域はＩ領域（Ｌ／Ｄ領域ということがある）と呼ばれている。さらに、成長速度を０．４ｍｍ／ｍｉｎ前後以下と低速にすると、ＯＳＦリングがウェーハの中心に凝集して消滅し、全面がＩ領域となる（図９のライン（Ｃ））。
【０００９】
また、近年Ｖ領域とＩ領域の中間でＯＳＦリングの外側に、Ｎ領域と呼ばれる、空孔起因のＦＰＤ、ＬＳＴＤ、ＣＯＰも、転位ループ起因のＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤも存在しない領域の存在が発見されている。この領域はＯＳＦリングの外側にあり、そして、酸素析出熱処理を施し、Ｘ−ｒａｙ観察等で析出のコントラストを確認した場合に、酸素析出がほとんどなく、かつ、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤが形成されるほどリッチではないＩ領域側であると報告されている。
【００１０】
これらのＮ領域は、通常の方法では、成長速度を下げた時に成長軸方向に対して斜めに存在するため、ウェーハ面内では一部分にしか存在しなかった（図９のライン（Ｂ））。このＮ領域について、ボロンコフ理論（非特許文献１）では、引上げ速度（Ｆ）と結晶固液界面軸方向温度勾配（Ｇ）の比であるＦ／Ｇというパラメータが点欠陥のトータルな濃度を決定すると唱えている。このことから考えると、面内で引上げ速度は一定のはずであるから、面内でＧが分布を持つために、例えば、ある引上げ速度では中心がＶ領域でＮ領域を挟んで周辺でＩ領域となるような結晶しか得られなかった。
【００１１】
そこで最近、面内のＧの分布を改良して、この斜めでしか存在しなかったＮ−領域を、例えば、引上げ速度Ｆを徐々に下げながら引上げた時に、ある引上げ速度でＮ領域が横全面に広がった結晶が製造できるようになった。また、この全面Ｎ領域の結晶を長さ方向へ拡大するには、このＮ領域が横に広がった時の引上げ速度を維持して引上げればある程度達成できる。また、結晶が成長するに従ってＧが変化することを考慮し、それを補正して、あくまでもＦ／Ｇが一定になるように、引上げ速度を調節すれば、それなりに成長方向にも、全面Ｎ領域となる結晶が拡大できるようになった（例えば、特許文献１）。
【００１２】
このＮ領域をさらに分類すると、ＯＳＦリングの外側に隣接するＮｖ領域（空孔の多い領域）とＩ領域に隣接するＮｉ領域（格子間シリコンが多い領域）とがあり、Ｎｖ領域では、熱酸化処理した際に酸素析出量が多く、Ｎｉ領域では酸素析出が殆ど無いことがわかっている（例えば、特許文献２）。
【００１３】
ところが上記のように、全面Ｎ領域であり、熱酸化処理した際にＯＳＦリングを発生せず、かつ全面にＦＰＤ、Ｌ／Ｄが存在しない単結晶であるにもかかわらず酸化膜欠陥が著しく発生する場合があることがわかった。そして、これが酸化膜耐圧特性のような電気特性を劣化させる原因となっており、従来の全面がＮ領域であるというだけでは不十分であり、さらなる改善が望まれていた。
【００１４】
そこで本発明者らの一部は、Ｃｕデポジション法によりＮ領域についてさらに詳細に調査したところ、ＯＳＦ領域の外側のＮ領域であって、析出熱処理後酸素析出が発生し易いＮｖ領域の一部にＣｕデポジション処理で検出される欠陥が著しく発生する領域Ｄｎがあることを発見し（図１０）、そして、これが酸化膜耐圧特性のような電気特性を劣化させる原因となっていることをつきとめ、既に教示してある（特許文献３）。
【００１５】
そこで、このＯＳＦの外側のＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域Ｄｎのない領域をウェーハ全面に広げることができれば、前記種々のグローンイン欠陥がないとともに、確実に酸化膜耐圧特性等を向上することができるウェーハが得られることになる。
【００１６】
Ｃｕデポジション法は、半導体ウェーハの欠陥の位置を正確に測定し、半導体ウェーハの欠陥に対する検出限度を向上させ、より微細な欠陥に対しても正確に測定し、分析できるウェーハの評価法である。
【００１７】
具体的なウェーハの評価方法は、ウェーハ表面上に所定の厚さの絶縁膜を形成させ、前記ウェーハの表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を破壊して欠陥部位にＣｕ等の電解物質を析出（デポジション）するものである。つまり、Ｃｕデポジション法は、Ｃｕイオンが溶存する液体の中で、ウェーハ表面に形成した酸化膜に電位を印加すると、酸化膜が劣化している部位に電流が流れ、ＣｕイオンがＣｕとなって析出することを利用した評価法である。酸化膜が劣化し易い部分にはＣＯＰ等の欠陥が存在していることが知られている。
【００１８】
Ｃｕデポジションされたウェーハの欠陥部位は、集光灯下や直接的に肉眼で分析してその分布や密度を評価することができ、さらに顕微鏡観察、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）または走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等でも確認することができる。
【００１９】
以下、各用語について解説する。
１）ＦＰＤ（Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｆｅｃｔ）とは、成長後のシリコン単結晶棒からウェーハを切り出し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングして取り除いた後、Ｋ₂Ｃｒ₂Ｏ₇と弗酸と水の混合液で表面をエッチング（Ｓｅｃｃｏエッチング）することによりピットおよびさざ波模様（流れ模様：Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ）が生じる。この流れ模様をＦＰＤと称し、ウェーハ面内のＦＰＤ密度が高いほど酸化膜耐圧の不良が増える（特許文献４参照）。
【００２０】
２）ＳＥＰＤ（Ｓｅｃｃｏ Ｅｔｃｈ Ｐｉｔ Ｄｅｆｅｃｔ）とは、ＦＰＤと同一のＳｅｃｃｏエッチングを施した時に、流れ模様を伴うものをＦＰＤと呼び、流れ模様を伴わないものをＳＥＰＤと呼ぶ。この中で１０μｍ以上の大きいＳＥＰＤ（ＬＳＥＰＤ）は転位クラスターに起因すると考えられ、デバイスに転位クラスターが存在する場合、この転位を通じて電流がリークし、Ｐ−Ｎジャンクションとしての機能を果たさなくなる。
【００２１】
３）ＬＳＴＤ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｄｅｆｅｃｔ）とは、成長後のシリコン単結晶棒からウェーハを切り出し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングして取り除いた後、ウェーハを劈開する。この劈開面（またはウェーハ表面）より赤外光を入射し、ウェーハ表面（または劈開面）から出た光を検出することでウェーハ内に存在する欠陥による散乱光を検出することができる。ここで観察される散乱体については学会等ですでに報告があり、酸素析出物とみなされている（非特許文献２参照）。また、最近の研究では、八面体のボイド（穴）であるという結果も報告されている。
【００２２】
４）ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）とは、ウェーハの中心部の酸化膜耐圧を劣化させる原因となる欠陥で、Ｓｅｃｃｏ エッチではＦＰＤになる欠陥が、ＳＣ−１洗浄（ＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１０の混合液による洗浄）では選択エッチング液として働き、ＣＯＰになる。このピットの直径は１μｍ以下で光散乱法で調べる。
【００２３】
５）Ｌ／Ｄ（Ｌａｒｇｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：格子間型転位ループの略号）には、ＬＳＥＰＤ、ＬＦＰＤ等があり、転位ループ起因と考えられている欠陥である。ＬＳＥＰＤは、上記したようにＳＥＰＤの中でも１０μｍ以上の大きいものをいう。また、ＬＦＰＤは、上記したＦＰＤの中でも先端ピットの大きさが１０μｍ以上の大きいものをいい、こちらも転位ループ起因と考えられている。
【００２４】
一方、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶中には、およそ１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で格子間酸素が不純物として含まれる。この格子間酸素は、結晶育成工程中の固化してから室温まで冷却されるまでの熱履歴（以下、結晶熱履歴と略すことがある。）や半導体素子の作製工程における熱処理工程において過飽和状態となるために析出して、シリコン酸化物の析出物（以下、酸素析出物または単に析出物と呼ぶことがある。）が形成される。
【００２５】
その酸素析出物は、デバイスプロセスにおいて混入する重金属不純物を捕獲するサイトとして有効に働き（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ：ＩＧ）、デバイス特性や歩留まりを向上させる。このことから、シリコンウェーハの品質の１つとして、ＩＧ能力が重要視されている。
【００２６】
酸素析出の過程は、析出核形成とその成長の過程から成る。通常のＡｓ−ｇｒｏｗｎウェーハの場合、結晶熱履歴において核形成が進行し、その後のデバイスプロセス等の熱処理により大きく成長し、酸素析出物として検出されるようになる。従って、デバイスプロセス投入前の段階で存在している酸素析出物は極めて小さく、ＩＧ能力を持たない。しかし、デバイスプロセスを経ることにより、大きな酸素析出物に成長してＩＧ能力を有するようになる。
【００２７】
一方、近年のデバイスプロセスは使用するウェーハの大口径化に伴い、低温化短時間化が進行しており、例えば、一連のデバイスプロセスが全て１０００℃以下で行われたり、数十秒程度の熱処理時間しか必要としないＲＴＰ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が頻繁に用いられるようになってきている。このようなデバイスプロセスは、全ての熱処理をトータルしても１０００℃、２時間程度の熱処理にしか相当しない場合があるため、従来のように、デバイスプロセス中での酸素析出物の成長が期待できない。そのようなことから、低温化短時間化されたデバイスプロセスに対しては、デバイスプロセス投入前の段階で優れたＩＧ能力を有することが必要である。すなわち、デバイスプロセス投入前の段階で検出可能な大きな酸素析出物が高密度で形成されていることが望ましい。
【００２８】
一方、酸素析出物がウェーハ表面近傍のデバイス作製領域に存在すると、デバイス特性を劣化させる。そのことから、ウェーハ表面近傍には酸素析出物が存在しないことが望ましい。
【００２９】
また、一般的なＣＺウェーハでは、結晶引上げ時の熱履歴により導入される、いわゆるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥として、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ酸素析出核の他に、原子空孔の凝集により形成されたボイド（空洞）欠陥が存在する。このボイドが鏡面研磨されたウェーハの表面に露出した場合は、ＣＯＰと呼ばれる表面ピットとなる。このＣＯＰ及びボイドもデバイス作製領域に存在すると、デバイス特性を劣化させる。特に、重要な特性である酸化膜耐圧特性を劣化させることが知られている。そのことから、ウェーハ表層のデバイス作製領域（通常は表面から数μｍ程度）には、酸素析出物と同様に、ＣＯＰ及びボイドも存在しないことが望ましい。
【００３０】
ウェーハ表層のＣＯＰ及びボイドを消滅させるために、水素あるいはアルゴンなどの不活性雰囲気下で１２００℃程度の高温熱処理を施す場合がある。また、このような場合もＩＧ能力が付加されることが好ましい。そこで、ＣＯＰ及び表面近傍のボイドを消滅させることと、内部に酸素析出物を形成することを同時に実現する方法として、結晶育成時に窒素を添加する方法がある（例えば、特許文献５、６、７など）。
【００３１】
窒素が添加されたウェーハでは、ボイドのサイズが小さくなることによりウェーハ表面近傍では高温熱処理で消滅しやすくなり、また、結晶熱履歴で形成されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が大きくなることによりバルク中では高温熱処理においても消滅せずに成長して酸素析出物が形成され、ＩＧ能力が付加される。
【００３２】
しかし、窒素が添加されたウェーハを用いた場合でも、表層のボイドを消滅させるためには、１２００℃程度の高温の熱処理が必要であり、場合によっては、検出できない程度の小さなボイドが残存する恐れがある。また、大きなＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核は、熱的に安定なためにウェーハ表層でも消滅しにくく、表層に残留する恐れがある。これらの欠陥が表層に残留すると、デバイス特性が劣化する問題が生ずる。
【００３３】
さらに、結晶育成時に窒素を添加する場合は、結晶製造工程が複雑になると共に、窒素濃度の管理などに手間がかかることになる。
【００３４】
【特許文献１】
特開平８−３３０３１６号公報
【特許文献２】
特開２００１−１３９３９６号公報
【特許文献３】
特開２００２−２０１０９３号公報
【特許文献４】
特開平４−１９２３４５号公報
【特許文献５】
特開平１１−３２２４９０号公報
【特許文献６】
特開平１１−３２２４９１号公報
【特許文献７】
特開２０００−２１１９９５号公報
【特許文献８】
特開平１１−１４７７８６号公報
【特許文献９】
特開平１１−１５７９９６号公報
【非特許文献１】
Ｖ．Ｖ．Ｖｏｒｏｎｋｏｖ；Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，５９（１９８２）６２５〜６４３
【非特許文献２】
Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．３２，ｐ．３６７９，１９９３
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、デバイス作製領域であるウェーハ表層の酸化膜耐圧特性が優れており、且つ、バルク層にデバイスプロセス投入前の段階で酸素析出物が高密度に存在し、優れたＩＧ能力を有するアニールウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本アニールウェーハは、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から製造されたシリコンウェーハに熱処理を施したアニールウェーハであって、前記シリコンウェーハは、前記シリコン単結晶を育成する際に、ウェーハ全面が熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であってＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在しない条件で育成されたシリコン単結晶から製造されたものであり、ウェーハ表面から少なくとも深さ５μｍまでの領域における酸化膜耐圧特性の良品率が９５％以上であり、且つ、デバイスプロセス投入前の段階で、ウェーハ内部において検出されるゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物の密度が１×１０^９／ｃｍ^３以上であることを特徴とする。
【００３７】
ここで、本発明における酸化膜耐圧特性とは、ＴＺＤＢ（Ｔｉｍｅ ＺｅｒｏＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）特性のことであり、その良品率とは、判定電流値を１ｍＡ／ｃｍ²として、絶縁破壊電界が８ＭＶ／ｃｍ以上となるものの割合である。
【００３８】
このように、ウェーハ表面のみならず、ウェーハ表面から少なくとも深さ５μｍまでの深い領域まで酸化膜耐圧特性が優れた無欠陥層が形成されているので、深い領域まで使用するデバイスにおいても、その特性を劣化させることがない。
【００３９】
ウェーハ表層の欠陥を検出する簡便な方法として、パーティクルカウンターや選択エッチング法がある。しかし、これらの方法により検出されない場合でも、検出下限以下の小さいサイズの欠陥が存在し、酸化膜耐圧特性を劣化させる場合がある。このことから、酸化膜耐圧特性が優れている特徴を有することは極めて重要である。良品率としては１００％であることが好ましいのはもちろんである。
【００４０】
また、デバイスプロセス投入前の段階で、上記無欠陥層を除いたウェーハ内部において検出される酸素析出物の密度が１×１０⁹／ｃｍ³以上であると、近年の低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいても、酸素析出物がデバイスプロセスの初期段階からゲッタリングサイトとして働き、十分なゲッタリング能力を発揮できる。ウェーハの機械的強度を考慮すると酸素析出物の密度は１×１０¹³／ｃｍ³以下とすることが好ましい。
【００４１】
ここで、ＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもＩＧ能力を有すると考えられているので、実験的に検出可能なサイズであれば十分なＩＧ能力を有すると判断できる。従って、ゲッタリング能力を有するサイズとしては、直径約４０ｎｍ以上であることが好ましい。そのような酸素析出物は、例えば、光散乱法の１つである赤外散乱トモグラフ法により検出可能である。
【００４２】
さらに、本アニールウェーハの原料として熱処理が加えられるシリコンウェーハは、そのシリコンウェーハを製造するためのシリコン単結晶を育成する際に、ウェーハ全面が熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であってＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在しない条件で育成されたシリコン単結晶から製造されたシリコンウェーハとすることが必要である。
【００４３】
Ｃｕデポジションでは、ＣＯＰやボイドを高感度で検出できる。従って、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在しないシリコンウェーハでは、ボイドが存在しないと判断して良い。そのようなＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在しないシリコンウェーハに熱処理を施したアニールウェーハでは、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥が存在しない上にアニールが加えられているため、ウェーハ表層の酸化膜耐圧特性がより優れている。
【００４４】
さらに、本発明のアニールウェーハの原料として熱処理が加えられるシリコンウェーハは、そのシリコンウェーハを製造するためのシリコン単結晶を育成する際に、窒素を添加せずに育成されたシリコン単結晶から製造されたウェーハが好適に用いられる。
【００４５】
窒素が添加されていないことにより、熱的に安定な大きなＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核（例えば、直径４０ｎｍ以上）が存在しないので、熱処理（アニール）後においてそのＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が表層に残留する恐れがなくなる。また、窒素を添加する必要がないので、結晶育成工程が複雑にならず、管理なども容易になるという利点がある。
【００４６】
さらに、本発明のアニールウェーハの原料となる熱処理が加えられるシリコンウェーハとしては、シリコン単結晶の育成の際にボイド欠陥の発生を抑制した条件で引上げられたシリコン単結晶から作製された、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない低欠陥ウェーハを用いることもできる。
【００４７】
ここで、上記低欠陥ウェーハは、たとえば特許文献８及び９などに記載されているように、結晶の引上げ速度Ｆと引上げ結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの比Ｆ／Ｇを制御して引上げる公知技術を用いて得ることができる、全面Ｎ領域からなるシリコンウェーハのことである。
【００４８】
本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する場合において、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を漸減した場合、ＯＳＦリング消滅後に残存するＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間型転移ループが発生する境界の成長速度との間の成長速度に制御して結晶を育成することによって得られたシリコン単結晶をシリコンウェーハに加工し、該シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハに対し、５００℃〜７００℃の範囲内の温度Ｔ_４℃で所定時間ｔ_１保持し、ついで５℃／分以下の昇温速度で１１００℃〜１２３０℃の範囲内の温度Ｔ_５℃まで昇温し、この温度Ｔ_５℃で所定時間ｔ_２保持し、前記Ｔ _５ ℃での保持時間ｔ _２ を３０分以上とすることにより、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させることを特徴とする。
【００４９】
このように、低温（Ｔ₄℃）から高温（Ｔ₅℃）まで５℃／分以下の昇温速度でゆっくりと昇温して高温で所定時間保持することにより、バルク中のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させることなく効率的にゲッタリング能力を有するサイズ以上に成長させることができる。また、それと同時にウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させることにより、酸素析出核を消滅させることができるので、ウェーハ表面近傍には酸素析出物のないＤＺ層が形成される。しかも、Ｃｕデポジション法により検出される欠陥も存在しない高品質のＤＺ層となる。すなわち、本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様によれば、簡便な１ステップの熱処理のみで極めて高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【００５０】
ここで、前述の通りＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。従って、ゲッタリング能力を有するサイズとしては、直径約４０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、酸素析出物サイズの上限は問わないが、大きく成長させるには熱処理時間が長くかかるので直径１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００５１】
前記温度Ｔ₅℃が約１０００℃よりも低くなると、大きな酸素析出物に成長させるための時間が長くなり、全体の工程時間が長くなってしまう。Ｔ₅℃が高いほど大きな酸素析出物に成長させるための時間が短くなり、全体の工程時間を短くすることができるが、約１２３０℃を超える高温では熱処理炉からの金属汚染が顕著になるため、１２３０℃以下とすることが好ましい。
【００５２】
前記温度Ｔ₄℃は低いほど析出物密度が高くなるが、工程時間が長くなってしまうので、約５００℃以上とするのが好ましい。また、約７００℃を越える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。同様に、昇温速度Ｒ℃／分が低速であるほど析出物密度が高くなるが、あまり低速すぎると工程時間が長くなってしまうので、約１℃／分以上とするのが好ましい。昇温速度Ｒ℃／分が約５℃／分を越える高速になるとＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が成長できず消滅してしまう割合が高くなり、析出物密度が十分に得られない場合がある。
【００５３】
前記Ｔ₄℃からＴ₅℃への昇温速度Ｒ℃／分を５℃／分以下とすることにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させることができる。すなわち、結晶育成工程で形成された既存のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるので、酸素析出核を新たに形成するための熱処理工程が無くても析出物密度を十分に高くすることができ、しかも、全体の工程時間を短くすることができる。
【００５４】
また、本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様において、前記Ｔ₄℃からＴ₅℃まで昇温する前に、Ｔ₄℃における保持時間ｔ₁は０分でも構わないが１５分以上とすることがより好ましい。これにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核がより消滅しにくくなり、さらにＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核に加えて新たな酸素析出核を発生させることができ、より高密度の酸素析出核を形成することができる。また、保持時間ｔ₁を長くすると工程時間が長くなってしまうことから、約６０分以下とするのが好ましい。
【００５５】
なお、前記温度Ｔ₄℃が低いほど、またＴ₄℃での保持時間ｔ₁が長いほど、また昇温速度が遅いほど、昇温工程中に新たな析出核が形成され、析出物密度が高くなる。
【００５６】
前記温度Ｔ₅℃での保持時間ｔ₂は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズに確実に成長させるため、また、十分な幅をもつＤＺ層を形成するため約３０分以上であることが好ましい。保持時間ｔ₂が長いほどバルク中の酸素析出物のサイズが大きくなり、表面近傍のＤＺ幅を広げることができるが、工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましく、約２時間以下とするのがより好ましい。一方、保持時間ｔ₂が約３０分より短くなると、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの酸素析出物やＤＺ幅が得られなくなる可能性が生ずることになる。
【００５７】
本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１４ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程昇温開始温度Ｔ₄℃を低くしたり、Ｔ₅℃での保持時間を長くすることにより、本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様の効果が得られる。従って、本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様において酸素濃度の上限は問わないが、シリコン単結晶製造の容易性を考慮すると約２３ｐｐｍａ以下が好ましい。好適な酸素濃度の範囲は１４〜１７ｐｐｍａである。
【００５８】
また、本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様によれば、デバイスプロセス中の熱応力によるスリップ転位の発生を抑制する効果が得られる。スリップを構成している転位は酸素析出物によりピンニングされることが知られている。従って、本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様により、ある程度の大きなサイズを有する酸素析出物が高密度で形成されれば、転位がピンニングされる確率が高くなりスリップ転位の発生が抑制される。すなわち、本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様は、熱処理によりスリップ転位の発生し易い直径３００ｍｍ以上の大口径ウェーハに特に好適に用いることができる。スリップ転位の発生を抑制するためには前記温度Ｔ₅℃を１２００℃以下とすることが好ましく、約１１５０℃以下とするのがより好ましい。
【００５９】
さらに、本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様によれば、１２００℃程度の高温熱処理を施すことなしに、酸素析出物だけでなくＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない極めて高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。これは、スリップの発生を抑制するという観点から、今後の主流となる３００ｍｍウェーハにおいて特に有効である。
【００６０】
本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する場合において、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を漸減した場合、ＯＳＦリング消滅後に残存するＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間型転移ループが発生する境界の成長速度との間の成長速度に制御して結晶を育成することによって得られたシリコン単結晶をシリコンウェーハに加工し、該シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハにゲッタリング能力を付加するため当該シリコンウェーハに熱処理を施すアニールウェーハの製造方法であって、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させる昇温工程Ａ_１と、より高温の保持温度まで昇温する昇温工程Ｂ_１と、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させる等温保持工程Ｃ_１の少なくとも３つの工程を有し、前記昇温工程Ａ _１ はＴ _６ ℃からＴ _７ ℃までＲ _３ ℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ _６ ℃が７００℃以下であり、Ｔ _７ ℃が８００℃〜１０００℃であり、Ｒ _３ ℃／分が３℃／分以下であり、かつ前記昇温工程Ｂ _１ はＴ _７ ℃からＴ _８ ℃までＲ _４ ℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ _７ ℃が８００℃〜１０００℃であり、Ｔ _８ ℃が１０５０℃〜１２３０℃であり、Ｒ _４ ℃／分が５℃／分以上であり、前記等温保持工程Ｃ _１ はＴ _８ ℃でｔ _４ 時間保持する工程であって、Ｔ _８ ℃が１０５０℃〜１２３０℃であり、ｔ _４ 時間が３０分以上であることを特徴とする。上記昇温工程Ａ_１と昇温工程Ｂ_１と等温保持工程Ｃ_１を工程順に行うことが望ましい。
【００６１】
本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様において、上記昇温工程Ａ₁はＴ₆℃からＴ₇℃までＲ₃℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ₆℃が７００℃以下であり、Ｔ₇℃が８００℃〜１０００℃であり、Ｒ₃℃／分が３℃／分以下であることが好適である。
【００６２】
Ｔ₆℃は低いほど成長可能なＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることにより析出物密度が高くなるが、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるのに必要な工程時間が長くなってしまうので、５００℃以上とすることが好ましい。また、７００℃を越える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。
【００６３】
Ｔ₇℃が８００℃未満であると前記昇温工程Ａ₁においてＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が十分に成長できず、その後の昇温工程Ｂ₁で消滅する割合が高くなり、析出物密度が十分に得られない場合がある。Ｔ₇℃が１０００℃を越える温度であると、表面近傍のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核も大きく成長してしまい、その後の昇温工程Ｂ₁及び等温保持工程Ｃ₁を経ても表面近傍に残存して、ＤＺ層中の析出物密度が増加してしまう場合がある。
【００６４】
また、Ｒ₃℃／分が低速であるほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が消滅せずに成長する割合が高くなることにより析出物密度が高くなるため、十分な析出物密度を得るためには３℃／分以下が好ましいが、あまり低速すぎると工程時間が長くなってしまい効率的でなくなるので、０．５℃／分以上とすることが好ましい。
【００６５】
この昇温工程Ａ₁により、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させることができる。すなわち、結晶育成工程で形成された既存のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるので、酸素析出核を新たに形成するための熱処理工程が無くても析出物密度を十分に高くすることができ、しかも、全体の工程時間を短くすることができる。
【００６６】
また、前記昇温工程Ａ₁のＴ₆℃からＴ₇℃まで昇温する前に、Ｔ₆℃における保持時間ｔ₃は０分でも構わないが、３０分以上とすることがより好ましい。これにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核がより消滅しにくくなり、さらにＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核に加えて新たな酸素析出核を発生させることができ、より高密度の酸素析出核を形成することができる。また、保持時間ｔ₃を長くすると工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましい。
【００６７】
上記昇温工程Ｂ₁はＴ₇℃からＴ₈℃までＲ₄℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ₇℃が８００℃〜１０００℃であり、Ｔ₈℃が１０５０℃〜１２３０℃であり、Ｒ₄℃／分が５℃／分以上であることが好適である。この昇温工程Ｂ₁において、単時間で高温まで昇温することにより表面近傍における酸素析出物の成長を抑えることができ、その後の等温保持工程Ｃ₁において表面近傍の酸素析出物を消滅しやすくすることができる。
【００６８】
Ｔ₈℃を１０５０℃以上とすることにより、効率的にバルク中の酸素析出物を十分な大きさに成長させるとともに、表面近傍の酸素を外方拡散させることにより、表面近傍の酸素析出物を消滅させることができる。また、Ｔ₈℃が高いほどバルク中の析出物が大きくなり、またＤＺ幅が広くなるが、約１２３０℃を超える高温では熱処理炉からの金属汚染が顕著になるので１２３０℃以下とすることが好ましい。
【００６９】
Ｒ₄℃／分が５℃／分未満であると表面近傍の酸素析出物が大きく成長してしまい、その後の等温保持工程Ｃ₁において消滅しにくくなる。しかし、Ｒ₄℃／分が高速すぎるとバルク中の酸素析出物も消滅する割合が高くなり析出物密度が低下してしまうので、１０℃／分以下であることが望ましい。
【００７０】
前記等温保持工程Ｃ₁はＴ₈℃でｔ₄時間保持する工程であって、Ｔ₈℃が１０５０℃〜１２３０℃であり、ｔ₄時間が３０分以上であることが好ましい。この等温保持工程Ｃ₁により、その前の昇温工程Ａ₁及び昇温工程Ｂ₁において成長した微小な酸素析出物を、バルク中ではＩＧ能力を有する大きな酸素析出物に成長させることができ、表面近傍では消滅させることができる。また、原料ウェーハにはＣｕデポジション法により検出される欠陥は存在しないので、熱処理後にも当然ながら存在しない。従って、無欠陥のＤＺ層と優れたＩＧ能力を有するＩＧ層を兼ね備えた高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【００７１】
前記Ｔ₈℃での保持時間ｔ₄が長いほどバルク中の酸素析出物のサイズが大きくなり、またＤＺ幅が広くなるが、工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましい。一方、保持時間ｔ₄が約３０分より短くなると、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの酸素析出物やＤＺ幅が得られなくなる可能性が生ずることになる。
【００７２】
さらに、保持温度Ｔ₈℃や保持時間ｔ₄を変えることにより、酸素析出物のサイズやＤＺ幅を容易に変えることができる。酸素析出物のサイズを大きくするほどＩＧ能力が高くなると考えられるが、工程時間が長くなる。従って、必要な酸素析出物のサイズやＤＺ幅を効率的に得るために、酸素析出物のサイズやＤＺ幅を容易に変えることができる効果も重要である。
【００７３】
昇温工程Ａ₁と昇温工程Ｂ₁の間、及び昇温工程Ｂ₁と等温保持工程Ｃ₁の間においてウェーハを炉外に取り出すこともできるが、上記３工程を連続して行うことにより全体の工程時間を短縮することができる。
【００７４】
前記等温保持工程Ｃ₁の後、ウェーハを熱処理炉外に出す際の熱処理炉内温度やその温度までの降温速度は問わないが、熱応力によるスリップが発生しないように決定することが望ましい。たとえば、熱処理炉内温度をＴ₈℃から７００℃まで３℃／分で降温した後、ウェーハを熱処理炉外に取り出すことができる。
【００７５】
本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１４ｐｐｍａ〜１７ｐｐｍａであることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができるが、酸素濃度が高すぎると表面近傍の析出物が消滅しにくくなってしまう。また、酸素濃度が低くなるとシリコン単結晶の育成工程で形成されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が低くなり、析出物密度が低くなってしまう。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程Ａ₁の昇温開始温度Ｔ₆℃を低くしたり、Ｒ₃℃／分を低速にすることにより、本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様の効果が得られる。
【００７６】
また、本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様によれば、デバイスプロセス中の熱応力によるスリップ転位の発生を抑制する効果が得られる。スリップを構成している転位は酸素析出物によりピンニングされることが知られている。従って、本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様により、大きなサイズを有する酸素析出物が高密度で形成されれば、転位がピンニングされる確率が高くなりスリップ転位の発生が抑制される。すなわち、本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様は、熱処理によりスリップ転位の発生し易い直径３００ｍｍ以上の大口径ウェーハに特に好適に用いることができる。
【００７７】
スリップ転位の発生を抑制するためには前記温度Ｔ₈℃を１２００℃以下とすることが好ましく、約１１５０℃以下とするのがより好ましい。
【００７８】
さらに、本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様によれば、酸素析出物だけでなくＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない極めて高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。これは、スリップの発生を抑制するという観点から、今後の主流となる３００ｍｍウェーハにおいて特に有効である。
【００７９】
このような熱処理を施すことにより、十分な深さの無欠陥層（ボイド欠陥フリーかつ酸素析出物フリー）を得ることができると同時に、Ｎｖ領域はもちろん、酸素析出がしにくいとされるＮｉ領域においても、上記熱処理後に特別な熱処理を追加することなく（すなわち、デバイスプロセス投入前の段階で）、ウェーハ内部において検出されるゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物を十分に得ることができる。
【００８０】
本発明方法において用いられるシリコンウェーハは、前記した特許文献３に開示された単結晶育成方法のうちの一つの方法、即ちチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する場合において、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を漸減した場合、ＯＳＦリング消滅後に残存するＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間型転移ループが発生する境界の成長速度との間の成長速度に制御して結晶を育成することによって得られたシリコン単結晶をシリコンウェーハに加工することによって得られるものである。
【００８１】
この方法により育成された単結晶棒から切り出されたウェーハは、ウェーハ全面が、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域が全く存在しない無欠陥シリコン単結晶ウェーハとなる。
【００８２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００８３】
本発明のアニールウェーハは、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から製造されたシリコンウェーハに熱処理を施したアニールウェーハであって、ウェーハ表面から少なくとも深さ５μｍまでの領域における酸化膜耐圧特性の良品率が９５％以上であり、且つ、デバイスプロセス投入前の段階で、ウェーハ内部において検出されるゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物の密度が１×１０⁹／ｃｍ³以上であるものである。
【００８４】
上記シリコンウェーハとしては、上記シリコン単結晶を育成する際に、ウェーハ全面が熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であってＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在しない条件で育成されたシリコン単結晶から製造されたものが好適に用いられる。このシリコンウェーハは後述する本発明方法において用いられる単結晶育成方法によって製造可能である。
【００８５】
また、上記シリコンウェーハとしては、シリコン単結晶の育成の際にボイドの発生を抑制した条件で引上げられたシリコン単結晶から作製された、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない低欠陥ウェーハ（すなわち、全面がＮ領域からなるウェーハ）を用いることもできる。この低欠陥ウェーハは、たとえば、特許文献８及び９など等に記載されているように、結晶の引上げ速度Ｆと引上げ結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの比Ｆ／Ｇを制御して引上げる公知技術を用いて得ることができる。
【００８６】
次いで、本発明のアニールウェーハの製造方法について説明する。図１は本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図２は図１の工程順の要部を模式的に示す説明図である。図１に示したように、まず熱処理を施す対象となるＧｒｗｏｎ−ｉｎ析出核を有するウェーハを準備する（ステップ２００）。
【００８７】
前記ウェーハは、ウェーハ全面が熱酸化処理をした際にＯＳＦがリング状に発生する領域の外側のＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在しないウェーハであることが好適である。つまり、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する場合において、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を漸減した場合、ＯＳＦリング消滅後に残存するＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間転移ループが発生する境界の成長速度との間の成長速度に制御して結晶を育成することによって得られたシリコン単結晶をシリコンウェーハに加工したものが用いられる。
【００８８】
上記したシリコン単結晶を引上げるための装置の構成例を図５及び図６によって説明する。図５に示すように、この単結晶引上げ装置３０は、引上げ室３１と、引上げ室３１中に設けられたルツボ３２と、ルツボ３２の周囲に配置されたヒータ３４と、ルツボ３２を回転させるルツボ保持軸３３及びその回転機構（図示せず）と、シリコンの種結晶を保持するシードチャック６と、シードチャック６を引上げるワイヤ７と、ワイヤ７を回転又は巻き取る巻取機構（図示せず）を備えて構成されている。ルツボ３２は、その内側のシリコン融液（湯）２を収容する側には石英ルツボが設けられ、その外側には黒鉛ルツボが設けられている。また、ヒータ３４の外側周囲には断熱材３５が配置されている。
【００８９】
また、上記単結晶育成方法についての育成条件を設定するために、環状の黒鉛筒（遮熱板）９を設けている。また、図６に示したものは、結晶の固液界面４の外周に環状の外側断熱材１０を設けている。この外側断熱材１０は、その下端とシリコン融液２の湯面３との間に２〜２０ｃｍの間隔を設けて設置されている。さらに、冷却ガスを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する筒状の冷却装置を設けることもある。別に、最近では引上げ室３１の水平方向の外側に、図示しない磁石を設置し、シリコン融液２に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加することによって、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはかる、いわゆるＭＣＺ法が用いられることも多い。なお、図５及び図６において、４はシリコン単結晶とシリコン融液の境界を示す固液界面である。
【００９０】
次に、上記の単結晶引上げ装置３０による単結晶育成方法について説明する。まず、ルツボ３２内でシリコンの高純度多結晶原料を融点（約１４２０℃）以上に加熱して融解する。次に、ワイヤ７を巻き出すことにより融液２の表面略中心部に種結晶の先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸３３を適宜の方向に回転させるとともに、ワイヤ７を回転させながら巻き取り種結晶を引上げることにより、単結晶育成が開始される。以後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形状の単結晶棒１を得ることができる。
【００９１】
この場合、特に重要であるのは、図５又は図６に示したように、引上げ室３１の湯面上の単結晶棒１中の液状部分の外周空間において、湯面近傍の結晶の融点から１４００℃までの温度域が制御できるように環状の黒鉛筒（遮熱板）９や外側断熱材１０を設けたことである。
【００９２】
すなわち、この炉内温度を制御するために、例えば図６に示したように、引上げ室３１内に外側断熱材１０を設け、この下端と融液表面との間隔を２〜２０ｃｍに設定すればよい。こうすれば、結晶中心部分の温度勾配Ｇｃ［℃／ｃｍ］と結晶周辺部分の温度勾配Ｇｅとの差が小さくなり、例えば結晶周辺の温度勾配の方が結晶中心より低くなるように炉内温度を制御することもできる。この外側断熱材１０は黒鉛筒１２の外側にあり、黒鉛筒１２の内側にも断熱筒１１を設けている。また、黒鉛筒１２の上は金属筒１３につながり、その上には冷却筒１４があって冷却媒体を流して強制冷却している。
【００９３】
このようにして得られたシリコン単結晶をスライスして得られるシリコン単結晶ウェーハは、ウェーハに熱酸化処理をした際に、リング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であって、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在しない無欠陥ウェーハである。そのようなウェーハであれば、熱処理後ウェーハ表層の酸化膜耐圧特性がより良好となる。
【００９４】
また、前記ウェーハは、結晶育成工程において窒素が添加されていないことが好ましい。このことにより、熱処理後ウェーハ表層に酸素析出物が残存する可能性が低くなり、また、窒素を添加する必要がないので、結晶製造工程が複雑にならず、管理なども容易になる。
【００９５】
上述した方法によって製造されたウェーハを熱処理炉に挿入する（ステップ２０２）。この熱処理炉はＴ₄℃（５００℃〜７００℃）に維持されており、次の昇温工程を行う前に、挿入されたウェーハはＴ₄℃において所定時間（ｔ₁時間）、好ましくは１５分以上保持される（昇温前保持工程：ステップ２０４）。
【００９６】
次に、図２によく示されているように、炉内温度をＴ₄℃から１０００℃〜１２３０℃の間に設定されたＴ₅℃まで５℃／分以下の昇温速度Ｒ℃／分で昇温する（昇温工程：ステップ２０６）。この昇温工程（ステップ２０６）において、高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させずに効率的に成長させることができる。
【００９７】
デバイスプロセスの汚染の程度に合わせて酸素析出物の密度を変えたい場合は、たとえば、Ｔ₅℃を約１１００℃とし、昇温速度Ｒ℃／分を約３℃／分に固定して、Ｔ₄℃を変えることにより密度を容易に変えることができる。
【００９８】
次に、Ｔ₅℃において所定時間（ｔ₂時間）保持する（昇温後保持工程：ステップ２０８）。ここで、保持時間を約３０分以上とするのが好適である。この昇温後保持工程（ステップ２０８）において、その前の昇温工程（ステップ２０６）で成長したバルク中の微小な酸素析出物を所望のサイズである直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度、好ましくは約５０ｎｍ以上のサイズを有する酸素析出物に成長させると同時に、表面近傍の酸素を外方拡散させることにより酸素析出核を消滅させ、酸素析出物のないＤＺ層を形成することができる。
【００９９】
このようにＴ₅℃での昇温後保持工程（ステップ２０８）は昇温工程（ステップ２０６）で成長したバルク中の酸素析出物をさらに成長させること、および表面近傍の酸素の外方拡散を目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、一定温度に保持することだけに限らず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。さらに、昇温後保持工程（ステップ２０８）におけるＴ₅℃及び保持時間ｔ₂を変えることにより、酸素析出物のサイズを容易に変えることができる。
【０１００】
上記熱処理後、例えば、熱処理炉内温度をＴ₅℃から７００℃まで２℃／分で降温した（降温工程：ステップ２１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ２１２）。なお、上記降温速度及び降温後到達温度については特別の限定はない。
【０１０１】
上記熱処理の雰囲気は問わない。例えば、酸素雰囲気、酸素と窒素の混合雰囲気、アルゴン雰囲気、水素雰囲気などがある。アルゴンや水素の非酸化性雰囲気の場合は、ウェーハ表面に酸化膜が形成されないので、酸化性雰囲気の場合と比べると酸素の外方拡散が促進され、より好ましい場合がある。
【０１０２】
本発明の熱処理方法の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１４〜１７ｐｐｍａであることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。
【０１０３】
図３は本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図４は図３の工程順の要部を模式的に示す説明図である。本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様は、図３及び図４に示したように、シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させる昇温工程Ａ₁（ステップ３０４）と、より高温の保持温度まで効率的に昇温する昇温工程Ｂ₁（ステップ３０６）と、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させる等温保持工程Ｃ₁（ステップ３０８）の３つの工程を必須の工程とするものである。なお、図３及び図４には好ましい例として、昇温工程Ａ₁（ステップ３０４）と昇温工程Ｂ₁（ステップ３０６）と等温保持工程Ｃ₁（ステップ３０８）を連続して行う場合が示されている。
【０１０４】
図３に示したように、まず熱処理を施す対象となるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するウェーハを準備する（ステップ３００）。このウェーハとしては、前述した本発明のアニールウェーハの製造方法の第１の態様において用いられるシリコンウェーハが同様に用いられる。そのウェーハをＴ₆℃に保持されている熱処理炉内に挿入する（ステップ３０２）。ここで、Ｔ₆℃を７００℃以下とするのが好ましい。
【０１０５】
次に、図４に良く示されているように、炉内温度をＴ₆℃からＴ₇℃までＲ₃℃／分の速度で昇温する（昇温工程Ａ₁：ステップ３０４）。ここで、Ｔ₇℃を８００℃〜１０００℃とし、Ｒ₃℃／分を３℃／分以下とするのが好ましい。また、昇温工程Ａ₁（ステップ３０４）のＴ₆℃からＴ₇℃まで昇温する前に、Ｔ₆℃における保持時間ｔ₃は０分でも構わないが、３０分以上とすることがより好ましい。この昇温工程Ａ₁（ステップ３０４）において、高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させずに効率的に成長させることができる。
【０１０６】
次に、熱処理炉内温度をＴ₇℃からＴ₈℃までＲ₄℃／分の速度で昇温する（昇温工程Ｂ₁：ステップ３０６）。ここで、Ｔ₈℃を１０５０℃〜１２３０℃とし、Ｒ₄℃／分を５℃／分以上とするのが好ましい。この昇温工程Ｂ₁（ステップ３０６）において、より高温の保持温度まで短時間で昇温させることにより、必要以上に析出物が成長することを避けて表面近傍の析出物を消滅しやすくさせることができる。
【０１０７】
次に、Ｔ₈℃においてｔ₄時間保持する（等温保持工程Ｃ₁：ステップ３０８）。ここで、Ｔ₈℃を１０５０℃〜１２３０℃とし、ｔ₄時間を約３０分以上とするのが好適である。この等温保持工程Ｃ₁（ステップ３０８）において、その前の昇温工程（ステップ３０４及び３０６）で成長したバルク中の微小な酸素析出物を所望のサイズである直径約４０ｎｍ以上、好ましくは約５０ｎｍ以上のサイズを有する酸素析出物に成長させると同時に、表面近傍の酸素を外方拡散させることにより酸素析出物を消滅させ、酸素析出物のないＤＺ層を形成することができる。
【０１０８】
この場合、表面近傍の酸素析出物をより完全に消滅させることができるので、極めて高品質のＤＺ層を効率的に得ることができる。
【０１０９】
このようにＴ₈℃での等温保持工程Ｃ₁（ステップ３０８）は昇温工程（ステップ３０４及び３０６）で成長したバルク中の酸素析出物をさらに成長させること、及び表面近傍の酸素の外方拡散を目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、一定温度に保持することだけに限らず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。さらに、等温保持工程Ｃ₁（ステップ３０８）におけるＴ₈℃及び保持時間ｔ₄を変えることにより、酸素析出物のサイズやＤＺ幅を容易に変えることができる。
【０１１０】
上記熱処理後、例えば、熱処理炉内温度をＴ₈から７００℃まで３℃／分で降温した（降温工程Ｄ₁：ステップ３１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ３１２）。なお、上記降温速度及び降温後到達温度については特別の限定はない。
【０１１１】
上記熱処理の雰囲気は問わない。例えば、酸素雰囲気、酸素と窒素の混合雰囲気、アルゴン雰囲気、水素雰囲気などがある。アルゴンや水素の非酸化性雰囲気の場合は、ウェーハ表面に酸化膜が形成されないので、酸化性雰囲気の場合と比べると酸素の外方拡散が促進され、より好ましい場合がある。
【０１１２】
本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１４ｐｐｍａ〜１７ｐｐｍａであることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができるが、酸素濃度が高すぎると表面近傍の析出物が消滅しにくくなってしまう。また、酸素濃度が低くなるとシリコン単結晶の育成工程で形成されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が低くなり、析出物の密度が低くなってしまう。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程Ａ₁の昇温開始温度Ｔ₆℃を低くしたり、Ｒ₃℃／分を低速にすることにより、本発明のアニールウェーハの製造方法の第２の態様の効果が得られる。
【０１１３】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【０１１４】
（実施例１）
チョクラルスキー法により、図１０（特許文献３）の（Ｎｖ-Ｄｎ）+Ｎｉの領域（引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を漸減した場合、ＯＳＦリング消滅後に残存するＣｕデポジションにより検出される欠陥領域（Ｄｎ）が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間転移ループが発生する境界（Ｎ領域とＩ領域との境界）の成長速度との間の成長速度に制御した条件）で引上げることにより、ボイドの発生を抑制した条件で引上げられたシリコン単結晶から作製された鏡面研磨シリコンウェーハを準備した。
【０１１５】
結晶育成の際、窒素は添加しなかった。直径は８インチ、結晶方位は＜１００＞、抵抗率は約１０Ω・ｃｍ（ボロン添加）である。酸素濃度の異なる２種類のウェーハを準備し、その酸素濃度は約１５及び１７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）である。尚、ＪＥＩＤＡは日本電子工業振興協会（現在は、ＪＥＩＴＡ：日本電子情報技術産業協会に改称された。）の略称である。そのウェーハをＣｕデポジションにより評価したところ、欠陥は検出されなかった。
【０１１６】
次に、そのウェーハに対して、アルゴン雰囲気下で熱処理を施した。すなわち、ウェーハを７００℃の熱処理炉内に挿入し、３０分間保持した後、９００℃まで３℃／分の速度で昇温し、さらに１１５０℃まで５℃／分の速度で昇温し、１１５０℃で４時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで３℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。
【０１１７】
熱処理後のウェーハ（アニールウェーハ）において、機械的化学的研磨により表面から約３〜１３μｍの深さまで研磨加工し、それぞれの深さにおける酸化膜耐圧特性［ＴＺＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｚｅｒｏ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）良品率］を測定した。ＴＺＤＢ良品率の測定にあたっては、ウェーハ表面に膜厚約２５ｎｍの熱酸化膜を形成し、その上にリン添加ポリシリコン電極（電極面積：８ｍｍ²）を作製した。そして、判定電流値を１ｍＡ／ｃｍ²として、絶縁破壊電界が８ＭＶ／ｃｍ以上のものを良品として、ウェーハ面内１００点を測定することにより、良品率を算出した。その結果を図７に示した。
【０１１８】
図７からわかるように、何れの酸素濃度の場合も、少なくとも深さ約５μｍまでの良品率はほぼ１００％に近く、深さ約６〜７μｍまでの領域においても９５％以上であった。
【０１１９】
さらに、熱処理後のウェーハにおいて、他の熱処理を追加することなくウェーハ内部の酸素析出物密度を赤外散乱トモグラフ法により測定した。この赤外散乱トモグラフ法によれば、直径４０ｎｍ以上のサイズを有する酸素析出物を検出することができる。その結果、酸素濃度が約１５ｐｐｍａの場合で約５×１０⁹／ｃｍ³、約１７ｐｐｍａの場合で約９×１０⁹／ｃｍ³となり、デバイスプロセスを経なくても高密度の酸素析出物が検出されることがわかった。
【０１２０】
（実施例２）
実施例１と同一条件で作製されたシリコン鏡面ウェーハに対し、アルゴン雰囲気下において次の熱処理を施した。すなわち、７００℃で１時間保持し、ついで９００℃まで３℃／分の速度で昇温し、９００℃から１２００℃まで５℃／分の速度で昇温し、１２００℃で１時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで３℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。
【０１２１】
熱処理後のウェーハ（アニールウェーハ）に対して、実施例１と同一条件でＴＺＤＢの良品率および酸素析出物密度を測定した。その結果、何れの酸素濃度の場合も実施例１同様に、少なくとも深さ約５μｍまでの良品率はほぼ１００％に近く、深さ約６〜７μｍまでの領域においても９５％以上であった。また、酸素析出物密度についても、酸素濃度が約１５ｐｐｍａの場合で約４×１０⁹／ｃｍ³、約１７ｐｐｍａの場合で約８×１０⁹／ｃｍ³となり、デバイスプロセスを経なくても高密度の酸素析出物が検出されることがわかった。
【０１２２】
（比較例１）
実施例１の場合よりも僅かに速い速度で引上げられたシリコン単結晶から作製された鏡面研磨シリコンウェーハを準備した。結晶育成の際、窒素は添加しなかった。直径は８インチ、面方位は＜１００＞、抵抗率は約１０Ω・ｃｍ（ボロン添加）である。酸素濃度は約１５ｐｐｍａである。そのウェーハをＣｕデポジションにより評価したところ、欠陥が検出された。
【０１２３】
次に、そのウェーハに対して、実施例１と同じ条件で熱処理を施し、同じ評価を行った。図８にＴＺＤＢ良品率を示した。この結果から、深さ約６μｍまでの良品率は約９０％以上であり高いレベルではあるが、実施例１の場合（図７）と比較すると、劣っていることがわかる。ウェーハ内部の酸素析出物密度は約５×１０⁹／ｃｍ³であり、実施例１の場合と同レベルであった。
【０１２４】
以上のように、Ｃｕデポジションにより検出される欠陥領域が存在しないシリコンウェーハに熱処理を施した場合には、ウェーハ表面から少なくとも深さ５μｍまでの領域における酸化膜耐圧特性の良品率が９５％以上であり、且つ、デバイスプロセス投入前の段階で、ウェーハ内部において検出される欠陥密度が１×１０⁹／ｃｍ³以上となる。すなわち、優れた酸化膜耐圧特性を有するウェーハ表層と、優れたゲッタリング能力を有するバルク層を兼ね備えたアニールウェーハとなる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、デバイス作製領域であるウェーハ表層の酸化膜耐圧特性が優れており、且つ、バルク層にデバイスプロセス投入前の段階で酸素析出物が高密度に存在し、優れたＩＧ能力を有するアニールウェーハの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図２】 図１の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図３】 本発明のシリコンウェーハの製造方法の第２の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図４】 図３の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図５】 本発明方法における単結晶引上げ工程において用いられる単結晶引上げ装置の１例を示す概略説明図である。
【図６】 本発明方法における単結晶引上げ工程において用いられる単結晶引上げ装置の他の例を示す概略説明図である。
【図７】 実施例１におけるアニールウェーハの表面からの深さとＴＺＤＢ良品率の関係を示すグラフである。
【図８】 比較例１におけるアニールウェーハの表面からの深さとＴＺＤＢ良品率の関係を示すグラフである。
【図９】 単結晶成長速度と結晶欠陥分布の関係の１例を表す説明図である。
【図１０】 単結晶成長速度と結晶欠陥分布の関係の他の例を表す説明図である。
【符号の説明】
１：成長単結晶棒、２：シリコン融液、３：湯面、４：固液界面、６：シードチャック、７：ワイヤ、９：黒鉛筒、１０：外側断熱材、１１：内側断熱筒、１２：黒鉛筒、１３：金属筒、１４：冷却筒、３０：単結晶引上げ装置、３１：引上げ室、３２：ルツボ、３３：ルツボ保持軸、３４：ヒータ、３５：断熱材。Ｖ：Ｖ領域、Ｎ：Ｎ領域、ＯＳＦ：ＯＳＦリング及びＯＳＦ領域、Ｉ：Ｉ領域、Ｎｖ：Ｎｖ領域、Ｎｉ：Ｎｉ領域、Ｄｎ：Ｃｕデポジション欠陥領域。

Claims (5)

1. チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する場合において、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を漸減した場合、ＯＳＦリング消滅後に残存するＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間型転移ループが発生する境界の成長速度との間の成長速度に制御して結晶を育成することによって得られたシリコン単結晶をシリコンウェーハに加工し、該シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハに対し、５００℃〜７００℃の範囲内の温度Ｔ_４℃で所定時間ｔ_１保持し、ついで５℃／分以下の昇温速度で１１００℃〜１２３０℃の範囲内の温度Ｔ_５℃まで昇温し、この温度Ｔ_５℃で所定時間ｔ_２保持し、前記Ｔ _５ ℃での保持時間ｔ _２ を３０分以上とすることにより、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させることを特徴とするアニールウェーハの製造方法。
2. 前記Ｔ_４℃での保持時間ｔ_１が１５分以上であることを特徴とする請求項１に記載されたアニールウェーハの製造方法。
3. チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する場合において、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を漸減した場合、ＯＳＦリング消滅後に残存するＣｕデポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間型転移ループが発生する境界の成長速度との間の成長速度に制御して結晶を育成することによって得られたシリコン単結晶をシリコンウェーハに加工し、該シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハにゲッタリング能力を付加するため当該シリコンウェーハに熱処理を施すアニールウェーハの製造方法であって、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させる昇温工程Ａ_１と、より高温の保持温度まで昇温する昇温工程Ｂ_１と、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させる等温保持工程Ｃ_１の少なくとも３つの工程を有し、前記昇温工程Ａ_１はＴ_６℃からＴ_７℃までＲ_３℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ_６℃が７００℃以下であり、Ｔ_７℃が８００℃〜１０００℃であり、Ｒ_３℃／分が３℃／分以下であり、かつ前記昇温工程Ｂ_１はＴ_７℃からＴ_８℃までＲ_４℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ_７℃が８００℃〜１０００℃であり、Ｔ_８℃が１０５０℃〜１２３０℃であり、Ｒ_４℃／分が５℃／分以上であり、前記等温保持工程Ｃ_１はＴ_８℃でｔ_４時間保持する工程であって、Ｔ_８℃が１０５０℃〜１２３０℃であり、ｔ_４時間が３０分以上であることを特徴とするアニールウェーハの製造方法。
4. 前記昇温工程Ａ_１と昇温工程Ｂ_１と等温保持工程Ｃ_１を連続して行うことを特徴とする請求項３記載のアニールウェーハの製造方法。
5. 前記昇温工程Ａ_１のＴ_６℃からＴ_７℃まで昇温する前に、Ｔ_６℃において３０分以上保持することを特徴とする請求項３又は４に記載されたアニールウェーハの製造方法。

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