JP2006004983A - シリコンウエーハの製造方法及びシリコンウエーハ - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域が十分に確保されており、またウエーハ表面にヘイズや異物の焼き付きが無く、さらにウエーハ裏面に治具との接触痕も無い高品質のシリコンウエーハを製造することのできるシリコンウエーハの製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン単結晶からシリコンウエーハを製造する方法であって、前記シリコン単結晶から切り出されたウエーハに、少なくとも、ウエーハの両面を鏡面研磨する両面研磨工程と、該鏡面研磨されたウエーハを熱処理する熱処理工程と、該熱処理されたウエーハの表面または両面を再度研磨する再研磨工程とを行うことを特徴とするシリコンウエーハの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウエーハの製造方法及びシリコンウエーハに関し、特に、シリコンウエーハを研磨する研磨工程とシリコンウエーハに熱処理を行う熱処理工程とを有するシリコンウエーハの製造方法に関する。

近年、半導体回路の高集積化に伴う回路素子の微細化に伴い、その基板となるＣＺ法を利用して作製されたシリコンウエーハに対する品質要求が高まってきている。特に、シリコンウエーハにはＦＰＤ（Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｆｅｃｔ）、ＬＳＴＤ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｄｅｆｅｃｔ）、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）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。

そこで、上記のようなグローンイン欠陥の少ないウエーハとして、例えば、通常のシリコンウエーハ上に新たにシリコン層をエピタキシャル成長させたエピタキシャルウエーハや、水素及び／又はアルゴン雰囲気中で高温にて熱処理を施したアニールウエーハ、またＣＺ法でシリコン単結晶を育成する際の結晶成長条件を制御して製造された全面Ｎ領域（ＯＳＦリングの外側で、転位クラスターの無い領域）のウエーハ等が開発されている。

その中で、窒素をドープした基板にアニールを加えたウエーハ（以下、窒素ドープアニールウエーハと呼ぶことがある）は、窒素ドープによるグローンイン欠陥凝集抑制効果と酸素析出促進効果を利用して開発された基板である。この窒素ドープアニールウエーハは、窒素ドープの効果により通常の結晶よりも欠陥のサイズが小さく、アニールによる表層欠陥の消滅効率が良くなるため、ウエーハ表層部のグローンイン欠陥が低減されており、かつ、ウエーハバルク中のＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）密度も高いため、有効なゲッタリング能力を有する非常に有益なウエーハであることが知られている。また一方で、シリコン単結晶中の窒素濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３を超えると、ウエーハ面内にいわゆるＯＳＦ領域を含むことが多くなり（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）、ウエーハ面内でのグローンイン欠陥分布が一様とならず、デバイスを形成した際にデバイス特性にもバラツキが生じ、歩留まりを低下させるという問題があった。

さらに、ウエーハへの窒素ドープについては、例えば１０００℃以上の高温領域における熱処理の際にシリコン単結晶基板に発生する熱応力による転位発生の抑制、あるいは単結晶育成時における結晶欠陥の発生を防止する目的で、シリコン単結晶の育成時に窒素を添加することが知られている。

ところで、近年のデバイスの集積度向上に伴い、一般にシリコンウエーハに要求される平坦度は厳しくなっており、平坦度向上施策として、シリコンウエーハの両面を鏡面化することが考えられ、一部実用化もされている。特に、近年需要の高まっている直径３００ｍｍあるいはそれ以上の大口径シリコンウエーハでは平坦度が非常に重要視され、ウエーハの平坦度を向上させるために両面研磨を行うことが必須とされるようになってきている。

しかしながら、このような両面研磨を行ったシリコンウエーハに、例えば前述のようにグローンイン欠陥を低減することを目的として高温で熱処理を施した場合、熱処理の際にウエーハは熱処理装置の治具に保持されている為、シリコンウエーハの裏面にはウエーハと治具との接触痕（裏面キズ）が形成されてしまう。このようなウエーハ裏面の接触痕は、外観上好ましくないばかりでなく、デバイス作製時の露光工程においてデフォーカス不良を引き起こす要因となる。

また、上記のような熱処理は、通常、鏡面研磨が施されたウエーハに行われているが、このように鏡面ウエーハに対して熱処理を行った場合、ウエーハ表面のシリコン原子が再配列して、ステップやテラスといった微小段差が形成されてしまい、熱処理後のウエーハ表面にヘイズが発生し、熱処理前の鏡面ウエーハよりも表面状態が悪化することがあった。また、熱処理前にウエーハ表面に異物が付着した場合、その異物が熱処理によってウエーハ表面に焼き付いてしまい、その後ウエーハを洗浄しても除去することができず、外観上好ましくないだけでなく、デバイスを形成する際に歩留まりの低下を引き起こす要因の一つにもなっていた。さらに、シリコンウエーハとしてボロンをドープしたｐ型のシリコンウエーハを製造する場合に、例えば水素ガス雰囲気中で熱処理を行うと、シリコンウエーハ表層近傍（およそ、ウエーハ表面から５μｍまでの領域）のボロンが蒸発し、ウエーハ表面に近いほどボロン濃度が低下してウエーハの抵抗値が変化するという問題もあった。

そこで、例えば特許文献１では、ウエーハ裏面に形成される接触痕等を除去するために、半導体基板の少なくとも表面を鏡面研磨する工程と、この後、半導体基板を熱処理装置を用いて熱処理する工程と、この熱処理された半導体基板の裏面を所定量だけ除去する工程とを備えた半導体基板の製造方法を開示している。この特許文献１によれば、既存のエッチング装置または研磨装置などを使用し、熱処理後の半導体基板の裏面を若干量だけ除去することにより、基板保持治具に起因した半導体基板の裏面に焼き付いたパーティクルおよび傷などが除去されるため、半導体基板の不良品やデバイスの不良品の発生を低減することができるとしている。

しかしながら、この特許文献１は、上記のように熱処理後に基板の裏面を除去することによって熱処理時にウエーハ裏面に発生した傷を除去することはできるものの、ウエーハ表面側で生じるヘイズや異物の焼き付きといった問題を依然解決することはできなかった。

またその他に、例えば特許文献２では、チョクラルスキー法で育成したシリコン単結晶から所定の厚さのウェーハを切り出すウェーハ切出工程と、この切り出されたウェーハの表面を機械的加工するラッピング工程と、この機械的加工されたウェーハの表面を化学的腐食法により表面処理するエッチング工程と、このエッチング工程後のウェーハを１２００〜１３００℃の温度において、１〜２４時間加熱する熱処理工程と、この熱処理後のウェーハの片面もしくは両面を化学機械研磨方法により鏡面研磨する研磨工程とを有するシリコンウェーハの製造方法が開示されている。

この特許文献２によれば、熱処理工程後の研磨工程においてウエーハを片面５〜１５μｍ研磨することにより、熱処理工程でボロン抜けを起こし低ボロン濃度になった表層近傍を除去して研磨後の新たな表層近傍のボロン濃度を一定にすることができ、さらに、熱処理工程で発生した微小段差に起因するヘイズも除去できるとしている。また、熱処理工程後に両面研磨する場合、支持具との接触跡を完全に除去できるし、さらにウエーハ表面に焼き付いた付着物も除去できるとしている。

しかしながら、実際に特許文献２のようにしてシリコンウエーハに高温熱処理を行った後、その熱処理したウエーハに片面５〜１５μｍの研磨量で鏡面研磨を行った場合、せっかく熱処理により形成された表面のＤＺ層（無欠陥層）を全部削り落としてしまうことになりかねず、作製したシリコンウエーハの表層部に、ＣＯＰが存在しないＣＯＰフリー領域を十分に確保することができず、ウエーハの酸化膜耐圧特性やデバイス特性を悪化させるという問題があった。

特開２００４−７１８３６号公報 特開２００３−２５７９８１号公報 飯田他、第４６回応用物理学関係連合講演会 ２９ａ−ＺＢ−９ 井上他、第４７回応用物理学関係連合講演会 ３０ａ−ＹＭ−８

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域が十分に確保されており、またウエーハ表面にヘイズや異物の焼き付きが無く、さらにウエーハ裏面に治具との接触痕も無い高品質のシリコンウエーハを製造することのできるシリコンウエーハの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、シリコン単結晶からシリコンウエーハを製造する方法であって、前記シリコン単結晶から切り出されたウエーハに、少なくとも、ウエーハの両面を鏡面研磨する両面研磨工程と、該鏡面研磨されたウエーハを熱処理する熱処理工程と、該熱処理されたウエーハの表面または両面を再度研磨する再研磨工程とを行うことを特徴とするシリコンウエーハの製造方法が提供される（請求項１）。

このようにシリコン単結晶から切り出されたウエーハに、少なくとも、両面研磨工程、熱処理工程、及びウエーハの表面または両面を再度研磨する再研磨工程を行ってシリコンウエーハを製造することにより、両面研磨工程においてウエーハの平坦度を向上させることができ、その後再研磨工程において、熱処理工程でウエーハ表面に生じたヘイズや異物の焼き付きを除去でき、さらにウエーハ裏面に形成された治具との接触痕も容易に除去することが可能となる。さらに、上記のように熱処理工程前に両面研磨工程を行うため、再研磨工程での研磨量を少なくしてもウエーハ表面を再び容易に鏡面化することができ、再研磨工程での研磨量を少なくできることによって、熱処理工程でウエーハ表層部に形成されたＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域等の無欠陥層を再研磨工程で消滅させず、十分に確保することができる。

このとき、前記シリコン単結晶に窒素をドープすることが好ましく（請求項２）、特に、前記シリコン単結晶にドープする窒素の濃度を１×１０^１３〜１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とすることが好ましい（請求項３）。

このようにシリコン単結晶に窒素をドープすることにより、グローンイン欠陥凝集抑制効果と酸素析出促進効果を得ることができるので、熱処理工程を行った際に表層欠陥の消滅効率が良くなり、ウエーハ表層部のより深い位置までＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域を容易に形成することができるし、また、ウエーハバルク部に酸素析出物を高密度に形成して優れたゲッタリング能力を有するシリコンウエーハを安定して製造することができる。特に、シリコン単結晶にドープする窒素の濃度を１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とすれば、グローンイン欠陥凝集抑制効果と酸素析出促進効果を顕著に得ることができるのでＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域を非常に安定して形成することができ、また窒素濃度を１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることにより、ウエーハ面内にＯＳＦ領域が形成されず、ウエーハ面内のグローンイン欠陥の分布を一様にすることができる。

また、前記熱処理工程において、前記鏡面研磨されたウエーハをＡｒ雰囲気下、１１００℃以上１３００℃以下の温度で３０分以上２４時間以下熱処理することが好ましい（請求項４）。
熱処理工程において、鏡面研磨されたウエーハをＡｒ雰囲気下で熱処理することにより、例えばシリコンウエーハにボロンがドープされている場合であれば熱処理中にボロンが蒸発するのを防止することができるので、ウエーハにボロン抜けが起こることは無くなり、その後の再研磨工程で研磨量を決定する際にボロン抜けを考慮する必要が無くなる。すなわち、例えば特許文献２のように熱処理後の研磨工程での研磨量を片面５〜１５μｍと多くしなくても、研磨後のシリコンウエーハにおける表層近傍のボロン濃度を一定にすることができる。また、鏡面研磨されたウエーハを１１００℃以上１３００℃以下の温度で３０分以上２４時間以下熱処理することにより、シリコンウエーハの表層部に例えば５μｍ程度以上のＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域を安定して効率的に形成することができる。

さらに、前記再研磨工程におけるウエーハの研磨量を一方の面で１．５ｎｍ以上４μｍ以下とすることが好ましい（請求項５）。
このように再研磨工程におけるウエーハの研磨量を一方の面で１．５ｎｍ以上とすることにより、熱処理後のウエーハの表面または両面を確実に鏡面化することができる。また、一般的にシリコンウエーハに熱処理を行った際にウエーハ表面に生じるヘイズはＰ−Ｖ値で１．５ｎｍ程度であるため、一方の面におけるウエーハの研磨量を１．５ｎｍ以上とすることにより、ヘイズを確実に取り除くことができるし、また熱処理工程でウエーハ表面に焼き付いた異物も容易に除去することが可能となる。さらに、ウエーハの裏面に形成される治具との接触痕はおよそ３００ｎｍ程度であることが多いため、治具との接触痕も確実に除去するには、一方の面での研磨量を３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。

また、上記のようにウエーハの研磨量を一方の面で４μｍ以下、さらには３μｍ以下とすることにより、熱処理工程でシリコンウエーハに形成されたＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域を安定して確保することが可能となる。例えば、前記のように熱処理工程で５μｍ程度以上のＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域を形成した場合であれば、再研磨工程におけるウエーハの研磨量を一方の面で４μｍ以下とすることにより、再研磨工程後のシリコンウエーハに少なくとも１μｍ程度以上のＣＯＰフリー領域及び酸素析出物フリー領域を確実に確保することができる。

この場合、前記製造するシリコンウエーハを、直径３００ｍｍ以上のものとすることができる（請求項６）。
特に近年需要が高まっている直径３００ｍｍ以上のシリコンウエーハでは高い平坦度を要求されており、本発明のシリコンウエーハの製造方法は、３００ｍｍ以上の直径を有する大口径のシリコンウエーハを製造する場合に非常に有効であり、本発明によれば、このような大口径のシリコンウエーハを製造する時でも、ＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域を十分に確保し、またウエーハ表面に生じるヘイズや異物の焼き付き、ウエーハ裏面に形成される治具との接触痕を除去して、高い平坦度を有する高品質のウエーハを製造することができる。

そして、本発明によれば、前記本発明の製造方法により製造されたシリコンウエーハを提供することができる（請求項７）。
このように本発明により製造されたシリコンウエーハは、ＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域が十分に確保されており、またウエーハ表面にヘイズや異物の焼き付きが無く、さらにウエーハ裏面に治具との接触痕も無い高い平坦度を有する高品質のウエーハとすることができるし、さらには、ウエーハ面内のグローンイン欠陥分布が一様となるウエーハとすることも可能となる。

以上のように、本発明によれば、両面研磨工程、熱処理工程、再研磨工程を順に行うことによって、熱処理工程前に行う両面研磨工程でウエーハの平坦度を向上させることができ、また熱処理工程後に行う再研磨工程でウエーハ表面のヘイズや異物の焼き付き、またウエーハ裏面の治具との接触痕を少ない研磨量で除去してウエーハ表面を容易に鏡面化することができるので、ウエーハの表面または両面にヘイズや異物の焼き付き、さらに治具との接触痕が全く無く、またウエーハ表層部にＣＯＰフリー領域及び酸素析出物フリー領域が十分に確保されており、さらに高い平坦度を有する高品質のシリコンウエーハを安定して製造することができる。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
従来のシリコンウエーハの製造では、シリコンウエーハに熱処理を施した際にウエーハ表面に生じるヘイズや異物の焼き付き、またウエーハ裏面に形成される治具との接触痕を除去するために、さらには、ボロンをドープしたシリコンウエーハに熱処理を行った際に生じたボロン濃度低下の影響を除くために、例えば特許文献２のように、熱処理工程後のシリコンウエーハに片面もしくは両面を化学機械研磨方法により鏡面研磨する研磨工程が行われていた。

しかしながら、このように熱処理工程後に鏡面研磨を行う場合、ウエーハの平坦度を向上させてウエーハ表面を鏡面化するために、さらには上記のようなボロン濃度低下の影響を除くために、ウエーハの一方の面での研磨量を５μｍ以上にする必要があるが、本発明者の実験によれば、このように熱処理工程後に５μｍ以上の研磨量で研磨を行ってしまうと、熱処理によってウエーハ表面に形成したＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域がその研磨により除去されてしまう場合があることがわかった。特に、窒素をドープしたシリコンウエーハに熱処理を行う場合、ウエーハ面内のグローンイン欠陥分布を一様にするためには単結晶中の窒素濃度を１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にする必要があることから、熱処理工程でウエーハ表層部に形成されるＣＯＰフリー領域はウエーハ表面からせいぜい５μｍ程度しか得られない。そのため、熱処理工程後に特許文献２のように５〜１５μｍ程度の研磨量で研磨を行ってしまうと、最終的に得られるシリコンウエーハのＣＯＰフリー領域も研磨されて十分な深さを確保できなかったり、また完全に除去されてしまうことがあることがわかった。

そこで、本発明者は、ウエーハ表面に生じるヘイズや異物の焼き付き、またウエーハ裏面に形成される治具との接触痕を容易に除去でき、かつ、ウエーハ表層部に最終的に形成されるＣＯＰフリー領域及び酸素析出物フリー領域を十分に確保できるシリコンウエーハの製造方法について鋭意実験及び検討を重ねた。その結果、熱処理後のウエーハに生じるヘイズや治具との接触痕等を除去するためには、数ｎｍ〜３００ｎｍ程度の研磨量で研磨を行えば十分であることが明らかとなったが、また一方で、この程度の研磨量ではウエーハ表面を十分に鏡面化することができないし、またウエーハの平坦度もユーザーから要求されるレベルを満足することができないことが判った。そこで、本発明者は、シリコンウエーハに熱処理工程を行う前に予め鏡面研磨を施してウエーハの平坦度を向上させるとともにウエーハの両面を一旦鏡面化しておき、そして熱処理工程後に再びウエーハの両面または表面を研磨すれば良いと考え、それによって、熱処理工程後に行う研磨の研磨量を少なくすることが可能となり、結果として、シリコンウエーハに最終的に形成されるＣＯＰフリー領域及び酸素析出物フリー領域を十分に確保でき、さらに、ウエーハ表面に生じるヘイズ及び異物の焼き付きやウエーハ裏面に形成される治具との接触痕も容易に除去してウエーハ表面または両面を鏡面化できることを見出して、本発明を完成させた。

以下に、本発明のシリコンウエーハの製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに何ら限定されるものではない。ここで、図１は、本発明に係るシリコンウエーハの製造方法の一例を示すフロー図である。
図１に示したように、先ず、単結晶育成工程（工程Ａ）でＣＺ法によりシリコン単結晶を育成し、その育成したシリコン単結晶をスライス工程（工程Ｂ）において内周刃切断機やワイヤーソー等を用いて薄板状にスライスしてウエーハを作製した後、ウエーハの割れ・欠けを防止するためにウエーハ外周部を面取りする面取り工程（工程Ｃ）、ウエーハを機械的に加工してその平坦度を向上させるラッピング工程（工程Ｄ）、ウエーハの加工歪みや汚染物を除去するためにウエーハをエッチングするエッチング工程（工程Ｅ）、エッチング処理されたウエーハを洗浄する洗浄工程（工程Ｆ）が順次施される。尚、これらの工程は例示列挙したに過ぎないものであり、本発明を何ら限定するものではなく、工程順の変更、一部追加や省略など、目的に応じ適宜変更して行うことができる。

この場合、上記単結晶育成工程（工程Ａ）においてシリコン単結晶を育成する際に、シリコン単結晶に窒素をドープすることが好ましい。窒素をドープしたシリコン単結晶の育成は、例えば、従来一般的に用いられている単結晶引上げ装置を使用して行うことができる。具体的に説明すると、先ず、単結晶引上げ装置に設置されている石英ルツボに原料多結晶シリコンをチャージし、これに窒化膜付きシリコンウエーハを所定量投入しておく。そして、この石英ルツボ内の原料をヒータにより加熱して原料融液とした後、石英ルツボの上方から種ホルダに保持した種結晶を原料融液に浸漬し、その後種結晶を回転させながら静かに引き上げることにより、窒素をドープしたシリコン単結晶を育成することができる。

このようにシリコン単結晶に窒素をドープすることにより、単結晶育成時におけるグローンイン欠陥の発生を抑制することができるとともに、酸素析出核をシリコン単結晶中に高密度に形成することができる。したがって、この窒素をドープした単結晶からウエーハをスライスした後、以下で説明する熱処理工程（工程Ｈ）で熱処理を行うことによって、ウエーハ表層部に存在する欠陥を効率的に消滅させることができるため、ウエーハ表層部のより深い位置までＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域を容易に形成することができるし、またウエーハバルク部に酸素析出物を高密度に形成できるので、優れたゲッタリング能力を有するシリコンウエーハを安定して製造することが可能となる。

このとき、上記のような窒素ドープによるグローンイン欠陥凝集抑制効果及び酸素析出促進効果は、単結晶中の窒素濃度が１×１０^１２〜５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となる場合に得られるが、特に窒素濃度が１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の場合に顕著となる。したがって、シリコン単結晶にドープする窒素の濃度は１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上となるようにすることが好ましく、それによって、その後の熱処理工程においてウエーハ表層部にＣＯＰフリー領域及び酸素析出物フリー領域を例えば深さが５μｍ以上となるように安定して形成することが可能となる。

一方、単結晶中の窒素濃度を１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることによって、シリコンウエーハを製造した際に、ウエーハ面内にＯＳＦ領域が形成されずにウエーハ面内のグローンイン欠陥の分布を一様にすることができ、デバイス作製時における歩留りの向上を図ることができる。したがって、シリコン単結晶にドープする窒素の濃度は、１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となるようにすることが好ましい。尚、単結晶中の窒素濃度を５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすれば、面内のグローンイン欠陥の分布をより均一にできるので、より好ましい。

次に、上記で説明した洗浄工程まで施したシリコンウエーハに対して、ウエーハの両面を研磨する両面研磨工程を行う（図１の工程Ｇ）。このとき、シリコンウエーハに両面研磨を行う方法については特に限定されないが、例えば図２及び図３に示すような遊星歯車機構を有するいわゆる４ウェイ方式の両面研磨装置５０を用いることによって、シリコンウエーハＷに両面研磨を行うことができる。

図２及び図３に示すような両面研磨装置５０によりシリコンウエーハＷを研磨する場合、キャリア５１に複数形成されたウエーハ保持孔５８にウエーハＷを挿入して保持する。そして、保持孔内のウエーハＷを研磨布５７ａ，５７ｂがそれぞれ貼付された上定盤５６ａ及び下定盤５６ｂで挟み込み、スラリー供給孔５３を通じて研磨スラリーを供給するとともに、キャリア５１をサンギヤ５４とインターナルギヤ５５との間で自転公転させる。これにより、各保持孔内のウエーハＷの両面を同時に研磨することができる。

このようにしてシリコンウエーハに両面研磨を行うことによって、ウエーハの平坦度を向上させるとともに、ウエーハの表面及び裏面を鏡面にすることができる。特に、ウエーハの両面を同時に研磨する両面研磨方法は、直径が３００ｍｍ以上となる大口径シリコンウエーハに対して有効であり、このような直径３００ｍｍ以上の大口径ウエーハに両面研磨を行うことによって、ウエーハ外周端近傍まで優れた平坦度を有する大口径の鏡面研磨ウエーハを安定して得ることができる。

上記のようにして両面研磨工程を行った後、その鏡面研磨されたシリコンウエーハを熱処理する熱処理工程を行う（図１の工程Ｈ）。
このように両面が鏡面研磨されたシリコンウエーハに熱処理を行うことによって、シリコンウエーハのウエーハ表層部に存在する結晶欠陥を消滅させて、ウエーハ表層部にＣＯＰフリー領域及び酸素析出物フリー領域を形成できるとともに、ウエーハバルク部に高密度の酸素析出物を形成することができる。

このとき、熱処理工程において、鏡面研磨されたウエーハをＡｒ雰囲気下、１１００℃以上１３００℃以下の温度で３０分以上２４時間以下熱処理することが好ましい。
例えばシリコンウエーハにボロンがドープされている場合、ウエーハを水素雰囲気中で熱処理すると、ウエーハ表面で「２Ｂ＋３Ｈ_２→Ｂ_２Ｈ_６」の反応が進んでＢ_２Ｈ_６が生成されるが、このＢ_２Ｈ_６は蒸気圧が高く、蒸発し易い物質であるため、熱処理中に前記で説明したようにウエーハ表面近傍からボロンが抜けてしまいウエーハの抵抗値が変化するという問題があった。しかしながら、上記のように鏡面研磨されたウエーハをＡｒ雰囲気下で熱処理することにより、シリコンウエーハにボロンがドープされている場合であっても、熱処理中にボロンが蒸発するのを防止してウエーハの抵抗値を均一に維持することができるので、その後の再研磨工程で研磨量を決定する際に、ボロン抜けを考慮して研磨量を必要以上に増加させる必要がなくなる。

また、熱処理工程における熱処理温度を１１００℃以上とすることにより、ウエーハ表層部の結晶欠陥を非常に効果的に消滅させてＣＯＰフリー領域及び酸素析出物フリー領域を効率的に形成することができるが、一方熱処理温度が１３００℃を超えると、ウエーハの変形や金属汚染等の問題が生じる恐れがあるので、熱処理温度は１１００℃以上１３００℃以下にすることが好ましい。さらに、熱処理時間を３０分以上とすることにより、例えばウエーハ表面から５μｍまたはそれ以上の領域に存在する結晶欠陥を消滅させて、ウエーハ表層部にＣＯＰフリー領域を５μｍ程度以上、また酸素析出物フリー領域を２０μｍ程度以上安定して形成することができる。一方、熱処理を２４時間を超えて行うと、酸素析出効果によるウエーハの変形が起こり易くなることが考えられ、また、熱処理時間を長引かせてコストへの負担を大きくし経済的でないため、熱処理時間は２４時間以内とすることが好ましい。
尚、この熱処理工程を行うことによって、従来と同様に、シリコンウエーハの表面ではヘイズや異物の焼き付きが生じたり、またウエーハ裏面では熱処理装置の治具との接触部に接触痕が形成される。

そして、上記熱処理工程を行った後、その熱処理されたウエーハの表面または両面を再度研磨する再研磨工程を行う（図１の工程Ｉ）。
このとき、シリコンウエーハは熱処理工程前に予めウエーハ両面が鏡面研磨されて平坦度が向上しているので、再研磨工程における研磨量を少なくすることができ、また、熱処理されたウエーハの表面または両面を少ない研磨量で再度鏡面研磨することにより、上記の熱処理工程で万一ウエーハ表面に生じたヘイズや異物の焼き付き、あるいはウエーハ裏面に形成された接触痕が生じたとしても、これらを容易に除去することができるので、ウエーハ表面を鏡面化できる。さらに、本発明では、このように再研磨工程における研磨量を少なくすることができるので、熱処理工程でウエーハ表層部に形成したＣＯＰフリー領域及び酸素析出物フリー領域を研磨で消滅させずに十分に確保することができる。

この場合、再研磨工程におけるウエーハの研磨量を一方の面で１．５ｎｍ以上４μｍ以下とすることが好ましい。
本発明では予め両面研磨が施されているので、再研磨工程におけるウエーハの研磨量を一方の面で１．５ｎｍ以上とすることにより、ウエーハの表面または両面を確実に鏡面化することができる。さらに、前記のようにシリコンウエーハに熱処理を行った際にウエーハ表面に生じるヘイズは、通常Ｐ−Ｖ値で１．５ｎｍ程度であるため、一方の面での研磨量を１．５ｎｍ以上とすることにより、熱処理工程でウエーハ表面に生じたヘイズを確実に取り除くことができるし、また熱処理工程でウエーハ表面に焼き付いた異物も容易に除去することが可能となる。さらに、熱処理工程でウエーハの裏面に形成される治具との接触痕はおよそ３００ｎｍ程度であることが多いため、再研磨工程において両面研磨する場合は、ウエーハの研磨量を一方の面で３００ｎｍ以上とすることにより、ウエーハ裏面に形成される接触痕を確実に除去することができる。

また一方、熱処理工程で形成されるＣＯＰフリー領域及び酸素析出物フリー領域は、例えば上記のように５μｍ程度以上となるため、再研磨工程におけるウエーハの研磨量を一方の面で４μｍ以下、さらには３μｍ以下とすることにより、再研磨工程後のシリコンウエーハに残留するＣＯＰフリー領域及び酸素析出物フリー領域を少なくとも１μｍ以上、さらには２μｍ以上の深さで確実に確保することができる。

以上のようにしてシリコンウエーハを製造することにより、ＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域が十分に確保されており、またウエーハ表面にヘイズや異物の焼き付きが無く、さらにウエーハ裏面に治具との接触痕も無い高平坦度で高品質の鏡面研磨ウエーハを安定して製造することができる。さらに、本発明のシリコンウエーハは、窒素を所定の濃度でドープされているものとすることができるので、ウエーハ面内のグローンイン欠陥分布が一様となるウエーハとすることができる。

特に、本発明の製造方法は、３００ｍｍ以上の直径を有する大口径のシリコンウエーハを製造する場合に非常に有効であり、本発明によれば、ＣＯＰフリー領域や酸素析出物フリー領域が十分に確保されており、またヘイズ、異物の焼き付き、治具との接触痕が無く、さらに高い平坦度を有する高品質の大口径シリコンウエーハを安定して製造することができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示したフロー図に基づいてシリコンウエーハの製造を行った。
先ず、単結晶育成工程（工程Ａ）でＣＺ法により直径３００ｍｍで窒素濃度５×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のシリコン単結晶を育成し、その育成したシリコン単結晶をスライス工程（工程Ｂ）においてワイヤーソーを用いてスライスすることによってウエーハを複数枚作製した。このうち、互いに隣接する３枚のウエーハを選択し、これら３枚のウエーハに、面取り工程、ラッピング工程、エッチング工程、洗浄工程（工程Ｃ〜Ｆ）を順次施した。次いで、得られた３枚のシリコンウエーハに図２に示した両面研磨装置５０を用いて両面研磨工程（工程Ｇ）を行った後、鏡面研磨された３枚のシリコンウエーハを縦型熱処理炉にセットしてＡｒ雰囲気下、１２００℃で１時間の熱処理を施した（工程Ｈ）。

その後、得られた３枚のウエーハのうちの１枚（ウエーハａ）については、ウエーハ表面のＣＯＰをパーティクルカウンターＳＰ−１（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）にて測定した。次に、このウエーハａの表面を１μｍ研磨し、研磨後のウエーハ表面のＣＯＰを再度測定した。このようなＣＯＰの測定を、ウエーハａの総研磨量が１０μｍとなるまで繰り返し行って、ウエーハ表面から１０μｍまでの範囲のＣＯＰの深さ分布を得た。なお、ウエーハの研磨量は、静電容量式非接触厚さ計ＣＬ−２５０（小野測器社製）により測定した研磨前後でのウエーハ厚さの差から見積もった。

また、上記で作製した３枚のウエーハのうちの別の１枚（ウエーハｂ）については、８００℃で４時間＋１０００℃で１６時間の酸素析出熱処理を行った後、Ｘ線トポグラフによりウエーハ面内の酸素析出特性を評価した。さらにその後、ウエーハｂに斜め研磨及びエッチングを行ってＢＭＤ密度と酸素析出物フリー領域の深さを求めた。

さらに、上記で作製した３枚のウエーハのうちの残りの１枚（ウエーハｃ）については、ウエーハ表面の研磨量が４μｍ、ウエーハ裏面の研磨量が５００ｎｍとなるようにして再研磨工程を行った（工程Ｉ）。

ここで、ウエーハａのＣＯＰ深さ分布を測定した測定結果を以下の表１に示す。表１に示したように、ウエーハａのＣＯＰ数は、ウエーハ表面から５μｍまでの領域では１０個未満であるが、ウエーハ表面からの深さが５μｍを超えると急激にＣＯＰ数が増加した。この結果から、実施例１の熱処理工程まで行ったシリコンウエーハに形成されているＣＯＰフリー領域は、ウエーハ表面から５μｍの範囲であると見積もった。

次に、ウエーハｂのＸ線トポグラフによる評価結果から、そのＢＭＤ密度はウエーハ面内で一様であることが確認された。さらに、斜め研磨及びエッチングを行って求めたウエーハ中心部でのＢＭＤ密度は、５．４×１０^５／ｃｍ^２（体積密度に換算すると、５．４×１０^９／ｃｍ^３）であり、またウエーハ表層部に形成されたＢＭＤフリー領域の深さは２４μｍであることがわかった。

これらのウエーハａ及びｂの結果から、再研磨工程を行って得られた最終製品としてのシリコンウエーハｃのＣＯＰフリー領域は１μｍ、ＢＭＤフリー領域は２０μｍであることが分かった。さらに、最終製品となるウエーハｃの表面及び裏面をパーティクルカウンターＳＰ−１で測定したところ、ウエーハｃの表面におけるヘイズは鏡面ウエーハと同程度であること、またウエーハ裏面では熱処理装置の冶具との接触痕が観察されず、完全に除去されていることが確認できた。しかも、実施例１のシリコンウエーハｃは、熱処理前に両面を鏡面研磨したことにより、ウェーハ裏面の再研磨量が５００ｎｍと少ないにも関わらず、裏面も鏡面となっていた。

以上の結果より、実施例１で作製したシリコンウエーハｃは、ウエーハ表層部にＣＯＰ、ＢＭＤともに無欠陥のデバイス活性領域が１μｍ確保されていること、およびウエーハバルク部に酸素析出物が高密度に形成されているゲッタリング能力に優れた領域が確保されていることを確認することができ、デバイス作製に適したウエーハに供することができるものであることがわかった。

（実施例２）
単結晶育成工程（工程Ａ）でＣＺ法によりシリコン単結晶を育成する際に、ドープする窒素の濃度を２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とすること以外は上記実施例１と同様にして３枚のシリコンウエーハに熱処理工程（工程Ｈ）まで行った後、これらの３枚のシリコンウエーハを使用して、上記実施例１同様に、ＣＯＰの深さ分布、ＢＭＤ特性、及び最終製品となるウエーハの表裏両面の表面状態について評価した。

その結果、実施例２の熱処理工程まで行ったウエーハにおけるＣＯＰフリー領域はウエーハ表面から１５μｍの範囲であったため、最終製品となるシリコンウエーハのＣＯＰフリー領域は１１μｍとなり、実施例１よりも広くなっていることがわかった。また、最終製品となるシリコンウエーハの表面におけるヘイズは鏡面ウエーハと同程度であること、またウエーハ裏面では熱処理装置の冶具との接触痕が完全に除去されて鏡面となっていることも確認できた。

一方、実施例２で熱処理まで行ったウエーハのＢＭＤ密度及びＢＭＤフリー領域を測定した結果、ウエーハ中心部でのＢＭＤ密度は２．４ｘ１０^１０／ｃｍ^３程度、ＢＭＤフリー領域は２０μｍ（最終製品で１６μｍ）であったが、Ｘ線トポグラフの結果から酸素析出が少ないと判明したウエーハ周辺部では２．８ｘ１０^７／ｃｍ^３程度であり、ウエーハ面内の欠陥分布に若干の偏りがあることが確認された。これは、単結晶にドープする窒素の濃度が若干高いために生じたもの考えられる。

（比較例１）
上記実施例１と同様の条件で単結晶育成工程（工程Ａ）でＣＺ法によりシリコン単結晶を育成した後、スライス工程（工程Ｂ）を行い、その後互いに隣接する２枚のウエーハを選択し、これら２枚のウエーハに、面取り工程、ラッピング工程、エッチング工程、洗浄工程（工程Ｃ〜Ｆ）を順次施した。
次に、得られた２枚のシリコンウエーハを研磨することなく縦型熱処理炉にセットしてＡｒ雰囲気下、１２００℃で１時間の熱処理を施した後、この熱処理したウエーハに片面５μｍずつの鏡面研磨をウエーハの両面に行った。

その後、得られた２枚のウエーハのうちの一方のウエーハについては、８００℃で４時間＋１０００℃で１６時間の酸素析出熱処理を行った後、上記実施例１と同様にしてＢＭＤ密度と酸素析出物フリー領域の深さを求めた。
また、残るもう一方のウエーハについては、パーティクルカウンターＳＰ−１による測定によりウエーハの表裏両面の表面状態について評価した後、そのシリコンウエーハのウエーハ表面から１０μｍまでの範囲のＣＯＰの深さ分布を上記実施例１と同様にして測定した。

その結果、比較例１で作製したシリコンウエーハ（鏡面研磨後のウエーハ）は、そのＢＭＤ密度がウエーハ面内で一様であり、ウエーハ中心部でのＢＭＤ密度は５．４×１０^９／ｃｍ^３、ＢＭＤフリー領域の大きさは１９μｍであることがわかった。また、この比較例１のシリコンウエーハについては、ウエーハ表面におけるヘイズが鏡面ウエーハと同程度であること、またウエーハ裏面では熱処理装置の冶具との接触痕が完全に除去されて鏡面となっていることも確認できた。しかしながら、ＣＯＰの深さ分布を測定した結果、比較例１のシリコンウエーハには、ＣＯＰフリー領域が全く存在せず、またウエーハ表面の表面状態もユーザーから要求されるレベルに達しておらず、デバイス作製に適さないウエーハであることがわかった。

（比較例２）
上記比較例１において、熱処理後に行う鏡面研磨の研磨量を片面４μｍずつとすること以外は、上記比較例１と同様にして２枚のシリコンウエーハを作製した。
その後、得られた２枚のウエーハのうちの一方のウエーハについては、上記比較例１と同様にしてＢＭＤ密度と酸素析出物フリー領域の深さを求め、また、残るもう一方のウエーハについては、ウエーハの表裏両面の表面状態について評価した後、そのシリコンウエーハのウエーハ表面から１０μｍまでの範囲のＣＯＰの深さ分布を測定した。

その結果、比較例２で作製したシリコンウエーハ（鏡面研磨後のウエーハ）は、そのＢＭＤ密度がウエーハ面内で一様であり、ウエーハ中心部でのＢＭＤ密度は５．４×１０^９／ｃｍ^３、ＢＭＤフリー領域の大きさは２０μｍであり、さらにＣＯＰフリー領域は１μｍ確保されていることがわかった。さらに、この比較例２のシリコンウエーハについては、ウエーハ表面におけるヘイズが鏡面ウエーハと同程度であること、またウエーハ裏面では熱処理装置の冶具との接触痕が完全に除去されていることも確認できたが、ウエーハ表面の表面状態を測定したところユーザーから要求されるレベルに達してなく、デバイス作製に適さないウエーハであることがわかった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、上記実施例においては、直径３００ｍｍのシリコンウエーハを製造する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、直径が１００〜４００ｍｍ、あるいはそれ以上となるシリコンウエーハを製造する場合にも同様に適用することができる。また、熱処理工程の説明では、縦型炉を用いてウエーハを熱処理する場合を例に挙げているが、本発明は横型炉を用いる場合にも同様に適用できることは言うまでもない。さらに上記では、窒素をドープしたシリコンウエーハを製造する場合について説明を行っているが、本発明は窒素をドープせずにシリコンウエーハを製造する場合にも同様に適用できる。

本発明のシリコンウエーハの製造方法の一例を示すフロー図である。 ４ウェイ方式の両面研磨装置の一例を示す概略構成図である。 遊星歯車構造を示す概略平面図である。

符号の説明

５０…両面研磨装置、 ５１…キャリア、
５３…スラリー供給孔、 ５４…サンギヤ、 ５５…インターナルギヤ、
５６ａ…上定盤、 ５６ｂ…下定盤、 ５７ａ，５７ｂ…研磨布、
５８…ウエーハ保持孔、 Ｗ…シリコンウエーハ。

Claims (7)

1. シリコン単結晶からシリコンウエーハを製造する方法であって、前記シリコン単結晶から切り出されたウエーハに、少なくとも、ウエーハの両面を鏡面研磨する両面研磨工程と、該鏡面研磨されたウエーハを熱処理する熱処理工程と、該熱処理されたウエーハの表面または両面を再度研磨する再研磨工程とを行うことを特徴とするシリコンウエーハの製造方法。
2. 前記シリコン単結晶に窒素をドープすることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエーハの製造方法。
3. 前記シリコン単結晶にドープする窒素の濃度を１×１０^１３〜１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とすることを特徴とする請求項２に記載のシリコンウエーハの製造方法。
4. 前記熱処理工程において、前記鏡面研磨されたウエーハをＡｒ雰囲気下、１１００℃以上１３００℃以下の温度で３０分以上２４時間以下熱処理することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のシリコンウエーハの製造方法。
5. 前記再研磨工程におけるウエーハの研磨量を一方の面で１．５ｎｍ以上４μｍ以下とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のシリコンウエーハの製造方法。
6. 前記製造するシリコンウエーハを、直径３００ｍｍ以上のものとすることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のシリコンウエーハの製造方法。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたシリコンウエーハ。
   

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