JP2011134935A - シリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハ、並びにそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンウェーハにおける微細ダメージの直接的な抑制によって、ミリセックアニールによる熱応力にも耐えうる機械的強度を有するシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハ、並びにそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のシリコンウェーハの製造方法は、両面を鏡面研磨したシリコンウェーハ（１０）の端面を含む表面全体に、膜厚が１０ｎｍ以上の酸化膜（２０）を形成する工程と、該酸化膜（２０）を除去して表面に存在する微細ダメージを低減する工程とを含む。また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、両面を鏡面研磨したシリコンウェーハ（１０）の端面を含む表面全体に、膜厚が８ｎｍ以上の酸化膜（２０）を形成する工程と、該酸化膜（２０）を除去して表面に存在する微細ダメージを低減する工程と、酸化膜（２０）を除去したシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層（３０）を形成する工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハの機械的強度を増大させる技術に関し、特に、半導体デバイスの製造プロセスで高温且つ極短時間の熱処理が要求されるシリコンウェーハに対して、予め機械的強度を増大させたシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハ、並びにそれらの製造方法に関する。

従来から直径３００ｍｍ未満のシリコンウェーハに対する半導体デバイス製造の熱プロセスでは、ＲＴＡ（急速加熱アニール）が多用されてきた。

近年では、半導体デバイスの高集積化及びシリコンウェーハの大口径化（直径３００ｍｍ以上）により、半導体デバイスの製造プロセスにて、極めて高い熱応力が負荷されるようになってきている。

例えば、ＲＴＡに代わって、半導体デバイスの高集積化のために極浅接合の実現を目指した、フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）、レーザスパイクアニール（ＬＳＡ）等の様々な極短時間の熱処理が行われる。ここで、ＲＴＡはハロゲンランプの光照射によるアニールで、その処理時間は数ｓｅｃ（秒）であったが、極短時間の熱処理は数ｍｓｅｃであり、「ミリセックアニール」とも称される。

フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）は、キセノンランプで、短時間（ｍｓｅｃオーダー）で照射して、シリコンウェーハの表層だけ１２００〜１３００℃に上昇させ、ｍｓｅｃオーダーで所定温度に下げるという熱処理である。

ＬＳＡ（レーザスパイクアニール）は、レーザの幅を細くして、シリコンウェーハに対して斜めからほぼ全反射する角度で照射させることで、シリコンウェーハの表層（レーザ照射した部分の表層）のみを高温にして、ｍｓｅｃオーダーで所定温度に下げるという熱処理である。

これらの極短時間の熱処理（ミリセックアニール）では、ウェーハ表面にフラッシュランプあるいはレーザ光の照射が施され、熱が与えられて急速な昇降温がなされるために、熱応力（又は熱衝撃）に起因した結晶欠陥、特にスリップ転位が発生してウェーハ割れが生じ易くなってくる。極短時間の熱処理（ミリセックアニール）では、ウェーハの厚さ方向において温度差が生じ、この温度差による熱応力が発生し易くなるためである。また、ウェーハ面内での温度差による熱応力の発生も起こる。特に、ウェーハが例えば直径３００ｍｍ（１２インチ）以上と大口径化すると、この熱応力に起因した結晶欠陥が顕著に発生する傾向がある。

このような短時間でも表裏面の温度差が大きくなるとウェーハ表層近傍に存在する酸素析出物からスリップ転位が発生し、ウェーハ表層（デバイス活性層側）に伝播して表面に貫通する場合がある。スリップ転位とは、熱処理工程中の熱応力により結晶がすべり変形することによりウェーハ表面に段差を生ずる欠陥であり、このようなスリップ転位がウェーハ表面に発生すると、ウェーハの機械的強度が低下するだけでなく、接合リーク等、デバイス特性に悪影響を及ぼす。

従って、これらの熱応力によるシリコンウェーハのスリップ転位等の結晶欠陥に起因したウェーハ割れは、半導体デバイスの製造歩留まりを低下させるため極力低減することが望ましい。

従来から、熱応力に起因したスリップ転位を低減させる方法として、半導体基板としてのシリコンウェーハに高濃度の不純物（例えばボロン、リンなどのドーパント）を添加する方法などがあるが、ミリセックアニールによって生じる熱応力に起因したシリコンウェーハのスリップ転位の発生に対しては十分な対策とはなっていないことが分かっている。

尚、シリコンウェーハの最外周のエッジ部分に、シリコンウェーハのスリップ転位が発生するのを抑制するアルゴンアニールの昇温工程として、所定の昇温停止温度で１０秒以上昇温を停止し、転位の運動を抑制するとともに、その昇温停止時間の間にシリコンウェーハに生じた転位をアニールして、この転位にシリコンウェーハ内の酸素原子を集積させる技術がある（例えば、特許文献１参照）。

また、ミリセックアニールの熱応力に起因したエピタキシャルウェーハのスリップ転位あるいはウェーハ割れに対する抑制方法として、下地シリコンウェーハの内部からその表面および裏面に向かって高くなる抵抗率の分布をもつ下地シリコンウェーハと、この下地シリコンウェーハの表面に形成されたエピタキシャル層と、を有する構成にする技術がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−５３５２１号公報 特開２００７−２６６１２５号公報

上記の特許文献１，２の技術は、主に、ＲＴＡを含む熱処理の熱応力に起因するスリップ転位の直接的な抑制によって、シリコンウェーハの機械的強度を向上させる技術と云える。即ち、下地のシリコンウェーハにおけるスリップ転位によって生じたズレによって上層にもズレを発生させて、シリコンウェーハの割れへとつながるのを防止する技術である。

しかしながら、近年における半導体デバイスの高集積化及びシリコンウェーハの大口径化（直径３００ｍｍ以上）では、極短時間の熱処理（ミリセックアニール）による熱応力にも耐えうる機械的強度の向上が要求されている。

本発明者らは、ミリセックアニールによる熱応力によって生じるシリコンウェーハの割れの発生原因について検討した結果、シリコンウェーハの表面・裏面・端面（シリコンの外面）の傷をきっかけにして割れることを見出し、さらに、シリコンウェーハの表面等の傷を低減するために、シリコンウェーハを研磨、特に、シリコンウェーハの両面を鏡面研磨することで傷の数や規模を低減させたとしても、研磨後においても、微細な傷や加工歪み等の傷（以下、「微細ダメージ」と称する）が残存しており、この微細ダメージを有効に除去することが、シリコンウェーハの割れを抑制できることを見出した。

本発明の目的は、ウェーハにおける微細ダメージを有効に除去することによって、ミリセックアニールによる熱応力にも耐えうる機械的強度を有するシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハ、並びにそれらの製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、微細ダメージの有効な除去によって、シリコンウェーハの機械的強度を向上させるものであり、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、両面を鏡面研磨したシリコンウェーハの端面を含む表面全体に、膜厚が１０ｎｍ以上の酸化膜を形成する工程と、該酸化膜を除去して表面に存在する微細ダメージを低減する工程と、を含むことを特徴とする。また、酸化膜の形成にあたって、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧１．０×１０^７で表される形成条件に従って酸化膜を形成することで、所望の機械的強度を有するシリコンウェーハを得ることができる。特に、前記酸化膜は、酸素含有雰囲気中にて９００℃以上１１００℃以下の温度範囲で加熱することによって形成するのが好適である。

これにより、ウェーハの表面・裏面・端面（シリコンの外面）の微細ダメージをきっかけにして割れることを低減させることができる。

また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、ミリセックアニールの耐性用にシリコンウェーハを製造するのに適している。

また、本発明のシリコンウェーハの製造方法において、前記酸化膜の膜厚を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とするのが好適である。より好適には、前記酸化膜の膜厚を２０ｎｍ以上とする。

これにより、酸化膜厚を規定して所望の強度を得ることができるようになる。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、両面を鏡面研磨したシリコンウェーハの端面を含む表面全体に、膜厚が８ｎｍ以上の酸化膜を形成する工程と、該酸化膜を除去して表面に存在する微細ダメージを低減する工程と、酸化膜を除去したシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。また、酸化膜の形成にあたって、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧５．０×１０^６で表される形成条件に従って酸化膜を形成することで、所望の機械的強度を有するエピタキシャルウェーハを得ることができる。

これにより、エピタキシャル成長を施す際の熱処理の効果で、より薄い酸化膜厚で強度を高めることができ、酸化膜の除去工程に要する時間を削減することができる。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、前記酸化膜の形成工程にて形成する酸化膜の膜厚は、下限値を上記シリコンウェーハの製造方法のときよりも薄い８ｎｍ以上とすることが可能であり、前記酸化膜の膜厚の上限値を１００ｎｍとするのが好適である。より好適には、前記酸化膜の膜厚を１６ｎｍ以上とする。

これにより、エピタキシャル層を形成する際の昇温の効果で、より薄い酸化膜厚で強度を高めることができる。

また、本発明の方法に従って製造されたウェーハは、ウェーハの３点曲げ強度による破壊応力として、９３０ＭＰａ以上となり、特に、直径３００ｍｍ以上のウェーハに対しても十分な機械的強度が得られている。

本発明の方法により製造したシリコンウェーハによれば、ミリセックアニールの耐性に優れた強度を有することができる。

本発明によれば、ウェーハにおける微細ダメージの有効な除去によって、ミリセックアニールによる熱応力にも耐えうる機械的強度を有するシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法、並びにシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハを提供することができるようになる。

（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明による第１の実施形態のシリコンウェーハの製造方法における主要工程の一例を示すフロー図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、本発明による第２の実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法における主要工程の一例を示すフロー図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明による各実施例で用いた３点曲げ試験装置の概略図である。 本発明による第１の実施形態のシリコンウェーハの実施例及び比較例の結果を示すグラフである。 本発明による第２の実施形態のエピタキシャルウェーハの実施例及び比較例の結果を示すグラフである。 本発明による第１の実施形態のシリコンウェーハにおいて、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３と破壊荷重（Ｎ）の関係をプロットした図である。 本発明による第２の実施形態のエピタキシャルウェーハにおいて、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３と破壊荷重（Ｎ）の関係をプロットした図である。

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。

図１は、本発明に係る第１の実施形態のシリコンウェーハの製造方法を示す図である。図示の方法は、シリコンウェーハ１０の両面を鏡面研磨する工程（図１（Ａ））と、該鏡面研磨後に、両面を鏡面研磨したシリコンウェーハの端面を含む表面全体に、酸素含有雰囲気中にて９００℃以上１１００℃以下の熱処理を施して、所定の膜厚の酸化膜２０を形成する工程（図１（Ｂ））と、ウェーハ表面全体に形成した酸化膜を除去して表面に存在する微細ダメージを低減する工程（図１（Ｃ））とを含む。このようにして、両面を鏡面研磨した後で微細ダメージＤが残存していたとしても、所定の膜厚の酸化膜２０の形成によって微細ダメージＤが酸化膜２０内に収まり、その後除去することで、微細ダメージを低減又は治癒させる。

図２は、本発明に係る第２の実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法を示す図である。図示の方法は、シリコンウェーハ１０の両面を鏡面研磨する工程（図２（Ａ））と、該鏡面研磨後に、両面を鏡面研磨したシリコンウェーハの端面を含む表面全体に、酸素含有雰囲気中にて９００℃以上１１００℃以下の熱処理を施して、所定の膜厚の酸化膜２０を形成する工程（図２（Ｂ））と、ウェーハ表面全体に形成した酸化膜を除去して表面に存在する微細ダメージを低減する工程（図２（Ｃ））と、シリコンウェーハ１０の表面にエピタキシャル層を形成してエピタキシャル層を形成する工程（図２（Ｄ））と、を含む。このようにして、第１の実施形態の場合と同様に、両面を鏡面研磨した後で微細ダメージＤが残存していたとしても、所定の膜厚の酸化膜２０の形成によって微細ダメージＤが酸化膜２０内に収まり、その後除去することで、微細ダメージを低減又は治癒させる。

尚、図１及び図２では、説明の便宜上、酸化膜２０やエピタキシャル層３０の膜厚を誇張して厚く示している。

本発明に係る第１の実施形態のシリコンウェーハの製造方法及び第２の実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、シリコンウェーハ１０の表面・裏面・端面（シリコンの外面）の微小ダメージを酸化膜２０の形成及び除去によって治癒ないし低減させることができ、微小ダメージに起因にして生じるウェーハ割れによる歩留りの悪化を防止することができる。

特に、ミリセックアニールの耐性用として、シリコンウェーハ１０を製造するのが好適である。これは、ミリセックアニールによる熱応力によってシリコンウェーハの割れを検討した結果、シリコンウェーハ１０の両面を鏡面研磨し、更に、表面全体に所定の膜厚以上の酸化膜２０を形成し、その後、この酸化膜２０を除去することで、極めて高い機械的強度を有するシリコンウェーハを製造することができたことによる。酸化膜の形成及び除去が機械的強度を高めることのメカニズムとして次のように考えられる。鏡面研磨後のウェーハであっても生じるウェーハの破壊（割れ）は、極めて微細な表面欠陥（微細ダメージ）を起点に発生することが分かったが、この微細ダメージはウェーハ表面上の微細な凹形状であることが想定される。このような微細ダメージの微細凹形状が残ったウェーハに対して外的な応力が負荷されると、この微細凹形状に応力が集中してウェーハの破壊の起点となりうる。そこで、そのウェーハ表面上に酸化膜２０を形成すると、これら微細ダメージ（微細凹形状）は、この凹部先端の曲率半径が変化し、ウェーハの破壊（割れ）に対して鈍感になるものと考えられる。特に、酸素を包含するウェーハ中の格子間酸素は、酸化膜成長時の酸素供給源となるために、格子間酸素濃度が高いほど、凹部部分の局所的な酸化の加速に寄与するものと考えられる。また、エピタキシャル工程は、高温（７００℃以上１１００℃以下）であり、この凹部部分の残留応力の開放効果に寄与すると見込まれる。従って、エピタキシャル工程前の酸化による上記凹部先端の曲率半径の変化が十分でなく、このままでは破壊荷重の増大が望めない膜厚であっても、エピタキシャル工程における高温工程による残留応力の低減効果と相乗して破壊荷重が増大するものと考えられる。

また、後述する実施例から明らかとなるが、本発明に係る第１の実施形態のシリコンウェーハの製造方法では、酸化膜２０の膜厚を１０ｎｍ以上とするのが好適である。更には、酸化膜２０の膜厚を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とするのが好適である。より好適には、酸化膜２０の膜厚を２０ｎｍ以上とするのが好適である。また、本発明に係る第１の実施形態のシリコンウェーハの製造方法において、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧１．０×１０^７で表される形成条件に従って酸化膜２０を形成することで、更に高い機械的強度を有するシリコンウェーハを得ることができる。特に、第１の実施形態のシリコンウェーハの製造方法では、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧３．０×１０^７で表される形成条件に従って酸化膜２０を形成することが望ましい。

更に、本発明に係る第２の実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法では、酸化膜２０の膜厚を８ｎｍ以上とするのが好適である。更には、酸化膜２０の膜厚を８ｎｍ以上１００ｎｍ以下とするのが好適である。より好適には、酸化膜２０の膜厚を１６ｎｍ以上とする。また、本発明に係る第２の実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法において、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧５．０×１０^６で表される形成条件に従って酸化膜２０を形成することで、更に高い機械的強度を有するエピタキシャルウェーハを得ることができる。特に、第２の実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法では、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧２．０×１０^７で表される形成条件に従って酸化膜２０を形成することが望ましい。尚、格子間酸素濃度は、ｏｌｄ‐ＡＳＴＭ値である。

〔実施例〕
以下、本発明の実施例及び比較例をあげて更に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。

まず、本実施例のウェーハの３点曲げ試験による強度を試験する装置について概略的に説明する。図３は、ウェーハの３点曲げ試験装置を概略示したものであり、図示（Ａ）が平面図、同図（Ｂ）が側面図である。この３点曲げ試験装置は、支持部材１ａ，１ｂ及び押圧部材２を備える。支持部材１ａ，１ｂ及び押圧部材２は互いに平行に配置される。また、支持部材１ａ，１ｂ及び押圧部材２はそれぞれライン状（棒状）の形状を有し、これらの長手方向の寸法はウェーハｗの直径よりも長く設計されている。支持部材１ａ，１ｂの少なくとも一方は水平方向に移動可能に構成され、支持部材１ａ，１ｂの間隔がウェーハｗの直径に応じて変更可能な構成とされている。尚、本実施例における３点曲げ試験では、支持部材１ａ，１ｂ及び押圧部材２の長手方向の寸法をウェーハｗの直径の約１．１倍に設定し、支持部材１ａ，１ｂの間隔をウェーハｗの直径の約０．７倍、支持部材１ａ，１ｂと押圧部材２の間隔をウェーハｗの直径の約０．３５倍に設定した。また、ウェーハを、代表的には直径３００ｍｍ、且つ厚さ０．７７５ｍｍのものを作製した。尚、破壊時の荷重（破壊荷重）［Ｎ］は、押圧部材２によってウェーハｗの表面に対して垂直に与える荷重であり、後述する表１に示すように応力値［ＭＰａ］に換算することもできる。尚、ここで云う実施例及び比較例の破壊荷重は、図３に示す３点曲げ試験装置で測定した２５枚のウェーハの平均値である。また、各実施例及び比較例における３００ｍｍウェーハ厚は、０．７７５ｍｍである。また、４５０ｍｍウェーハ厚は、０．９２５ｍｍである。

以下、本発明に係るシリコンウェーハの各実施例及び比較例を説明する。

［実施例１］
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を０．２５時間施して、膜厚１１．５ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を溶剤で除去したシリコンウェーハを作製した。この場合の破壊荷重は、３８８．９Ｎであった。

［実施例２］
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を０．５時間施して、膜厚２１．２ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を溶剤で除去したシリコンウェーハを作製した。この場合の破壊荷重は、４０４．７Ｎであった。

［実施例３］
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を１．５時間施して、膜厚６８．８ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を溶剤で除去したシリコンウェーハを作製した。この場合の破壊荷重は、４０３．３Ｎであった。

［実施例４］
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて１１００℃の熱処理を０．０５時間施して、膜厚１０ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を溶剤で除去したシリコンウェーハを作製した。この場合の破壊荷重は、３９１．５Ｎであった。

（比較例１）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）され、その後、酸化膜の形成及び除去工程を省略したシリコンウェーハについても強度試験を行っている。この場合の破壊荷重は、３６１．５Ｎであった。

（比較例２）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、１０体積％の酸素と９０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を０．１時間施して、膜厚５．２ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を溶剤で除去したシリコンウェーハを作製した。この場合の破壊荷重は、３６５．３Ｎであった。

（比較例３）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、１０体積％の酸素と９０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を０．２時間施して、膜厚８．７ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を溶剤で除去したシリコンウェーハを作製した。この場合の破壊荷重は、３６２．３Ｎであった。

上記実施例及び比較例から、酸化膜の形成及び除去工程を省略時の破壊荷重（約３６０Ｎ）を基準にして、膜厚１０ｎｍ以上の酸化膜を形成させた後、除去することで、破壊荷重が明確に増大する（３８０Ｎ以上となる）ことが確認され、特に、膜厚２０ｎｍ以上の酸化膜を形成させた後、除去することで、高い値で飽和傾向を示す破壊荷重の値が得られることを確認した。

後述する実施例からも明らかとなるが、酸化膜を形成することなく１１００℃の熱処理で作製したエピタキシャルウェーハよりも、膜厚８ｎｍ以上の酸化膜を形成し、その後、酸化膜を溶剤で除去したシリコンウェーハのほうが、破壊荷重が増大することから、酸化膜を形成する熱処理条件として、１１００℃以下とするのが好適であることが分かる。また、９００℃から１１００℃まで、ほとんど破壊荷重に差がなく、膜厚に依存した破壊荷重となることが分かる。

酸化膜除去後のラフネスへの影響を低減するには、均一な酸化膜を得ることができる低い熱処理温度が好ましく、９００℃で形成するのが好ましい。従って、安定した酸化膜を形成するには、９００℃以上とするのが好ましく、熱処理時のスリップ転位の発生をも抑圧するには１１００℃以下とするのが好適である。そこで、以下では、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を施したエピタキシャルウェーハの実施例について説明する。

［実施例５］
直径４５０ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を０．５時間施して、膜厚２０ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を溶剤で除去したシリコンウェーハを作製した。この場合の破壊荷重は、５７６．３Ｎであった。

以下、エピタキシャルウェーハの実施例及び比較例について説明する。

［実施例６］
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を０．２時間施して、膜厚８．５ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を除去し、次いでエピタキシャル装置にてモノシランガスを用いて膜厚４μｍのエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウェーハを作製した。成長温度は、１０５０℃である。この場合の破壊荷重は、３９８．１Ｎであった。

［実施例７］
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を０．２５時間施して、膜厚１０．２ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を除去し、次いでエピタキシャル装置にてモノシランガスを用いて膜厚４μｍのエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウェーハを作製した。成長温度は、１０５０℃である。この場合の破壊荷重は、３９４．７Ｎであった。

［実施例８］
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を０．５時間施して、膜厚２０．５ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を除去し、次いでエピタキシャル装置にてモノシランガスを用いて膜厚４μｍのエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウェーハを作製した。成長温度は、１０５０℃である。この場合の破壊荷重は、４２１．６Ｎであった。

［実施例９］
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を１．２５時間施して、膜厚５６．２ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を除去し、次いでエピタキシャル装置にてモノシランガスを用いて膜厚４μｍのエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウェーハを作製した。成長温度は、１０５０℃である。この場合の破壊荷重は、４２２．４Ｎであった。

（比較例４）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハに、エピタキシャル装置にてモノシランガスを用いて膜厚４μｍのエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウェーハを作製した。成長温度は、１０５０℃である。この場合の破壊荷重は、３７１．１Ｎであった。

（比較例５）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、１０体積％の酸素と９０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃の熱処理を０．１時間施して、膜厚４．９ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を除去し、次いでエピタキシャル装置にてモノシランガスを用いて膜厚４μｍのエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウェーハを作製した。成長温度は、１０５０℃である。この場合の破壊荷重は、３６９．３Ｎであった。

以上のように、鏡面研磨後に、ウェーハ端面を含むウェーハ表面全面に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて９００℃以上１１００℃以下の熱処理を施して、１０ｎｍ以上の膜厚（エピタキシャル成長の工程が予定されている場合には８ｎｍ以上の膜厚）の酸化膜を形成して除去することで、３点曲げ強度として、９３０ＭＰａ以上のシリコンウェーハを提供することができるようになる。

上述の実施例から、「シリコンウェーハ」及び「エピタキシャルウェーハ」の場合について、酸化膜形成時の温度９００℃における酸化膜厚と破壊時の応力との関係を、それぞれ図４及び図５に示す。エピタキシャルウェーハの場合においても、酸化膜の形成及び除去工程について省略時の破壊荷重（約３７０Ｎ）を基準にして、膜厚８ｎｍ以上の酸化膜を形成させた後、除去することで、破壊荷重が明確に増大する（３８０Ｎ以上となる）ことが確認された。上述の実施例から、「シリコンウェーハ」に対して酸化膜を形成する場合は、１０ｎｍ以上の膜厚が必要であるが、「エピタキシャルウェーハ」の例では、膜厚の下限値を８ｎｍまで小さくできることが分かる。また、エピタキシャル層形成時の高温処理でも強度増大に対して一定の効果があることが分かる。尚、自然酸化膜は、通常、１ｎｍ以下である。また、後の除去工程の工程時間と強度を考慮して、酸化膜厚２０ｎｍが最も好適であり、最大でも１００ｎｍの酸化膜厚とすることが実施コストの観点から好ましい。また、上記の実施例は、主に、直径３００ｍｍのウェーハについて確認しているが直径４５０ｍｍのウェーハについても同様の結果が得られる。

以下、上記実施例及び比較例をまとめた結果を表１に示す。

更に、本願発明による製造方法で製作したシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハに関して、酸化膜と格子間酸素濃度の関係でウェーハの破壊強度をプロットした特性例をそれぞれ図６及び図７に示す。

［実施例１０］
図６では、直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたシリコンウェーハを準備した。シリコンウェーハの格子間酸素濃度は、４×１０^１７〜１６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、このウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて、或いは９０体積％の酸素と１０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて、９００℃の熱処理を０．１〜０．７５時間施して、膜厚３〜２５ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を除去したシリコンウェーハを作製した。酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧１．０×１０^７で表される形成条件に従って酸化膜２０を形成することで、破壊荷重として３８０（Ｎ）以上（応力として９３０ＭＰａ以上）の機械的強度を有するシリコンウェーハを得ることができた。また、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧３．０×１０^７で表される形成条件に従って酸化膜２０を形成することで、破壊荷重として４００（Ｎ）（応力として９８０ＭＰａ以上）を安定的に越える機械的強度を有するシリコンウェーハを得ることができた。

［実施例１１］
図７では、直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスし、両面研磨（ＤＳＰ）されたシリコンウェーハを準備した。シリコンウェーハの格子間酸素濃度は、４×１０^１７〜１６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、このウェーハ表面全体（ウェーハの表面・裏面・端面を含む）に、８０体積％の酸素と２０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて、或いは９０体積％の酸素と１０体積％のアルゴンからなる雰囲気中にて、９００℃の熱処理を０．１〜０．７５時間施して、膜厚３〜２５ｎｍの酸化膜を形成し、その後、酸化膜を除去し、次いでエピタキシャル装置にてモノシランガスを用いて膜厚４μｍのエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウェーハを作製した。成長温度は、１０５０℃である。酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧５．０×１０^６で表される形成条件に従って酸化膜２０を形成することで、破壊荷重として３８０（Ｎ）以上（応力として９３０ＭＰａ以上）の機械的強度を有するシリコンウェーハを得ることができた。また、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧２．０×１０^７で表される形成条件に従って酸化膜２０を形成することで、破壊荷重として４００（Ｎ）（応力として９８０ＭＰａ以上）を安定的に越える機械的強度を有するエピタキシャルウェーハを得ることができた。

尚、両面研磨後の自然酸化膜のレベルは、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３の範囲は、１×１０^６〜２×１０^６程度であり、自然酸化膜では上記の所望される機械的強度は得られない。また、上記の実施例は、主に、直径３００ｍｍのウェーハについて確認しているが直径４５０ｍｍのウェーハについても同様の結果が得られる。上述の実施例１２及び１３においても、「シリコンウェーハ」に対して酸化膜を形成するよりも、酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３で規定される下限値を小さくすることができ、これは一定の格子間酸素濃度に対して、膜厚の下限値をより小さくできることを意味する。このように、エピタキシャル層形成時の高温処理でも強度増大に対して一定の効果があることが分かる。

以上、具体例を挙げて本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明の特許請求の範囲から逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能であることは当業者に明らかである。従って、本発明は上記の実施例に限定されるものではない。

本発明によれば、ウェーハにおける微細ダメージを有効に除去する用途に有用である。

１０ シリコンウェーハ
２０ 酸化膜
３０ エピタキシャル層

Claims (9)

1. 両面を鏡面研磨したシリコンウェーハの端面を含む表面全体に、膜厚が１０ｎｍ以上の酸化膜を形成する工程と、
   該酸化膜を除去して表面に存在する微細ダメージを低減する工程と、
   を含むことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
2. 両面を鏡面研磨したシリコンウェーハの端面を含む表面全体に、酸素膜厚と格子間酸素濃度で規定される形成条件に従って酸化膜を形成する工程と、
   該酸化膜を除去して表面に存在する微細ダメージを低減する工程と、
   酸化膜を除去したシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層を形成する工程とを含み、
   前記形成条件が、
   酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧１．０×１０^７
   で表されることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
3. 前記酸化膜は、酸素含有雰囲気中にて９００℃以上１１００℃以下の温度範囲で加熱することによって形成することを特徴とする、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。
4. 当該シリコンウェーハは、ミリセックアニールの耐性用のシリコンウェーハであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
5. 前記シリコンウェーハの直径が３００ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
6. 両面を鏡面研磨したシリコンウェーハの端面を含む表面全体に、膜厚が８ｎｍ以上の酸化膜を形成する工程と、
   該酸化膜を除去して表面に存在する微細ダメージを低減する工程と、
   酸化膜を除去したシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする、エピタキシャルウェーハの製造方法。
7. 両面を鏡面研磨したシリコンウェーハの端面を含む表面全体に、酸素膜厚と格子間酸素濃度で規定される形成条件に従って酸化膜を形成する工程と、
   該酸化膜を除去して表面に存在する微細ダメージを低減する工程と、
   酸化膜を除去したシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層を形成する工程とを含み、
   前記形成条件が、
   酸素膜厚（ｎｍ）×格子間酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）^１／３≧５．０×１０^６
   で表されることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
8. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの製造方法によって製造されたシリコンウェーハであって、
   前記シリコンウェーハの３点曲げ強度による破壊応力が、９３０ＭＰａ以上であることを特徴とする、シリコンウェーハ。
9. 請求項７に記載の方法によって製造されたエピタキシャルウェーハであって、
   前記エピタキシャルウェーハの３点曲げ強度による破壊応力が、９３０ＭＰａ以上であることを特徴とする、エピタキシャルウェーハ。

Images