JP2013163597A - シリコンウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーマルドナーからＢＭＤ核を析出させる低温熱処理を必要とせず、また、熱処理時間が短時間でも、表層部に無欠陥層を形成でき、バルク部のＢＭＤ密度を高められ、表層部の酸素濃度低下を抑制できる、生産性が高いシリコンウェーハ製造方法の提供。
【解決手段】シリコン融液１６に窒素を添加するＣＺ法により、水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中で、空孔型点欠陥が存在する領域が形成されるようにＶ／Ｇ（Ｖ：引上速度、Ｇ：単結晶の引上軸方向の温度勾配）を制御し、更に、冷却段階における１１００℃〜１０００℃の温度帯通過時間を２０分〜３５分に制御し、酸素濃度が０．８×１０^１８〜１．２×１０^１８atoms/cm³であるシリコン単結晶を育成し、該シリコン単結晶を切断して鏡面研磨処理されたシリコンウェーハに対して、酸化性ガス雰囲気中、１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で１秒〜６０秒間保持する急速昇降温熱処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン融液に窒素を添加するチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法ともいう）により、水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中で育成されたシリコン単結晶から切断されたシリコンウェーハに対して、熱処理を行うシリコンウェーハの製造方法に関する。

半導体デバイス形成用基板として用いられるシリコンウェーハ（以下、単に、ウェーハともいう）は、デバイス活性領域となるウェーハの表層部（特に、ウェーハ表面から深さ２μｍ〜５μｍの領域）において、ＣＯＰ（Crystal Originated Particle）等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しないことが要求されている。加えて、半導体デバイスプロセス中に混入する金属不純物等に対するゲッタリング能力向上のために、ウェーハの表層部より内層のバルク部では、ＢＭＤ（Bulk Micro Defect）密度を高めることが要求されている。

このようなＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しないシリコンウェーハを製造する方法として、ＣＺ法により、無欠陥領域が形成されるようにＶ／Ｇ（Ｖ：引上速度、Ｇ：シリコン単結晶の引上軸方向の温度勾配）を制御してシリコン単結晶を育成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
また、ウェーハを不活性ガスや還元性ガス雰囲気中、１２５０℃以上の高温下で１時間以上熱処理することによってウェーハの表層部のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させて無欠陥層とし、バルク部ではＢＭＤを析出させる技術が知られている（例えば、特許文献２）。

しかしながら、特許文献１に示すような無欠陥領域の育成は、ＢＭＤの析出核の少ないＮi（Ｐｉ）領域と析出核の多いＮｖ（Ｐｖ）領域が混在しやすいことから、ウェーハ全面に渡って、ＢＭＤの析出核を高めることが難しいという問題がある。また、特許文献２に示すような技術は、熱処理が長時間となるため生産性が低下すると共にウェーハにスリップが発生しやすく、また、ウェーハの表層部の酸素が外方拡散されてしまい、該表層部の酸素濃度が低下する。従って、このようなウェーハを半導体デバイスプロセスで使用した場合、該プロセスで生じる応力や歪の印加によって発生した転位が伸長しやすくなるため、半導体デバイスでの歩留が低下するという問題がある。

そこで、特許文献３には、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成を水素原子含有物質の気体を含む不活性雰囲気中で行うことで、ａｓ−ｇｒｏｗｎの状態でサーマルドナー（TD）をバルク結晶中に高密度に形成させ、更に、サーマルドナーが高温アニール（非酸化雰囲気（Ａｒ／Ｈ_２アニール）中、１０００℃以上１３００℃以下での熱処理）によって消滅する前に、低温熱処理（４００℃〜６５０℃）を施すことで、小サイズの酸素析出核をバルク中に高密度に形成させる技術が開示されている。

また、特許文献４には、シリコンウェーハに対して、１１５０℃以上の高温下で秒単位の急速昇降温熱処理を施すことにより、ウェーハの表層部に無欠陥層を形成する技術が開示されている。

更に、特許文献５には、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成において、育成装置内の不活性雰囲気中の水素分圧を４０Ｐａ以上、４００Ｐａ以下とし、単結晶直胴部をＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しない無欠陥領域として育成して、全面をＰ_Ｉ領域とし酸素濃度を高くしたウェーハをラピッドサーマルアニーリング処理を施すことで、無欠陥の表面活性化領域と内部のＢＭＤ生成とを両立させることができる技術が開示されている。

特開平８−３３０３１６号公報 特開２００６−２６１６３２号公報 国際公開２００７／０１３１８９号パンフレット 特表２００１−５０９３１９号公報 特開２００６−３１２５７５号公報

しかしながら、特許文献３に記載の技術は、水素原子含有物質の添加によりサーマルドナー濃度は高くなるものの、最終的にＢＭＤ密度を高めるためには、サーマルドナーをＢＭＤの析出核に成長させるための前述したような低温熱処理が必要となるため、工程数が増加し、生産性が低下するという問題がある。
また、特許文献４に記載の技術は、ＢＭＤ密度を高めることを目的とするものではなく、また、熱処理時間が短時間であるため、この熱処理のみでは、バルク部のＢＭＤ密度を高めるには限界がある。
更に、特許文献５に記載の技術は、Ｖ／Ｇを制御して無欠陥領域であるシリコン単結晶を育成するため、Ｖ（引上速度）を低く制御する必要があり、生産性が低下するという問題がある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、サーマルドナーをＢＭＤの析出核に成長させるための低温熱処理を必要とせず、また、熱処理時間が短時間であっても、表層部においては無欠陥層を形成することができ、バルク部においてはＢＭＤ密度を高めることができ、更に、ウェーハの表層部の酸素濃度の低下を抑制し、生産性が高いシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、シリコン融液に窒素を添加するチョクラルスキー法により、水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中で、空孔型点欠陥が存在する領域が形成されるようにＶ／Ｇ（Ｖ：引上速度、Ｇ：シリコン単結晶の引上軸方向の温度勾配）を制御し、更に、冷却段階における１１００℃〜１０００℃の温度帯を通過する通過時間を２０分〜３５分となるように制御し、酸素濃度が０．８×１０^１８〜１．２×１０^１８atoms/cm³であるシリコン単結晶を育成する工程と、前記育成されたシリコン単結晶を切断してシリコンウェーハとした後、平坦化処理し、かつ、鏡面研磨処理する工程と、前記鏡面研磨処理されたシリコンウェーハに対して、酸化性ガス雰囲気中、１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で１秒〜６０秒間保持する急速昇降温熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、シリコン融液に窒素を添加するチョクラルスキー法により、水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中で、空孔型点欠陥が存在する領域が形成されるようにＶ／Ｇ（Ｖ：引上速度、Ｇ：シリコン単結晶の引上軸方向の温度勾配）を制御し、更に、冷却段階における１１００℃〜１０００℃の温度帯を通過する通過時間を２０分〜３５分となるように制御し、酸素濃度が０．８×１０^１８〜１．２×１０^１８atoms/cm³であるシリコン単結晶を育成する工程と、前記育成されたシリコン単結晶を切断してシリコンウェーハとした後、平坦化処理し、かつ、鏡面研磨処理する工程と、前記鏡面研磨処理されたシリコンウェーハに対して、不活性ガス雰囲気中、１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で１秒〜６０秒間保持する第１の急速昇降温熱処理を行う工程と、前記第１の急速昇降温熱処理後、酸化性ガス雰囲気中、１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で１秒〜６０秒間保持する第２の急速昇降温熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とする。

前記育成するシリコン単結晶の窒素濃度は５×１０^１３〜５×１０^１５atoms/cm³であることが好ましい。

前記水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中に含まれる水素ガスの分圧は３％以下であることが好ましい。

本発明によれば、サーマルドナーをＢＭＤの析出核に成長させるための低温熱処理を必要とせず、また、熱処理時間が短時間であっても、表層部においては無欠陥層を形成することができ、バルク部においてはＢＭＤ密度を高めることができ、更に、ウェーハの表層部の酸素濃度の低下を抑制し、生産性が高いシリコンウェーハの製造方法が提供される。

本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法のシリコン単結晶の育成段階において適用されるシリコン単結晶引上装置の一例を示す断面概念図である。 第１のＲＴＰと第２のＲＴＰを連続して行う場合の当該ＲＴＰにおける熱処理シーケンスの一例を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態について図面等を参照して詳細に説明する。
本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、シリコン融液に窒素を添加するＣＺ法により、水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中で、空孔型点欠陥が存在する領域が形成されるようにＶ／Ｇ（Ｖ：引上速度、Ｇ：シリコン単結晶の引上軸方向の温度勾配）を制御し、更に、冷却段階における１１００℃〜１０００℃の温度帯を通過する通過時間を２０分〜３５分となるように制御し、酸素濃度が０．８×１０^１８〜１．２×１０^１８atoms/cm³であるシリコン単結晶を育成する工程と、前記育成されたシリコン単結晶を切断してシリコンウェーハとした後、平坦化処理し、かつ、鏡面研磨処理する工程と、前記鏡面研磨処理されたシリコンウェーハに対して、酸化性ガス雰囲気中、１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で１秒〜６０秒間保持する急速昇降温熱処理(以下、単にＲＴＰ（Rapid Thermal Process）ともいう）を行う工程と、を備える。

このように、本発明は、シリコン単結晶の育成において、空孔型点欠陥が存在する領域が形成されるようにＶ／Ｇを制御するため、無欠陥領域を形成する場合よりも引上速度（Ｖ）を高めることができる。
更に、水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中でシリコン単結晶を育成し、かつ、冷却段階における１１００℃〜１０００℃の温度帯を通過する通過時間を２０分〜３５分となるように制御することで、前述したようなサーマルドナーをＢＭＤの析出核に成長させるための低温熱処理を行わなくとも、シリコン単結晶内にＢＭＤの析出核を増加させることができ、ＲＴＰ後、ＢＭＤ密度を高めることができる。

また、シリコン融液に窒素を添加してシリコン単結晶を育成するため、空孔型点欠陥が存在する領域を形成した場合でも当該領域に含まれるＣＯＰのサイズを小さくすることができる。従って、後のＲＴＰにおいて、ウェーハの表層部のＣＯＰを消滅させることができる。
なお、シリコン融液に窒素を添加する方法は、例えば、シリコン単結晶の育成開始前において、石英ルツボ内に原料となる多結晶シリコンを充填する時に窒化膜を被膜させたウェーハ片を同時に充填する方法や、前記不活性ガス雰囲気中に水素ガスと同時に窒素ガスを添加する方法等の周知の方法により行うことができる。
加えて、育成するシリコン単結晶の酸素濃度を０．８×１０^１８〜１．２×１０^１８atoms/cm³とすることで、前記増加させたＢＭＤの析出核を、後の工程であるＲＴＰで消滅させることなく、ＢＭＤとして析出させることができる。
なお、前記酸素濃度を調整する方法は、シリコン単結晶育成時において、石英ルツボの回転数や炉内圧を調整する等の周知の方法により行うことができる。

更に、ＲＴＰを酸化性ガス雰囲気中で行うため、不活性ガス雰囲気のみ（例えば、Ａｒ１００％）で行うよりも、表層部からの酸素の外方拡散を抑制することができる。従って、酸素濃度の低下に伴うスリップ転位のピンニング力の低下を抑制することができる。
なお、ここでいう酸化性ガス雰囲気とは、酸素１００％ガスに加え、不活性ガス雰囲気（好ましくはアルゴンガス雰囲気）中に分圧で２０％〜１００％の酸素ガス（１００％は除く）が含まれた混合ガス雰囲気である場合も含まれる。
更に、前記ＲＴＰを１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で行うため、表層部に存在するＣＯＰの内壁酸化膜を溶解させやすくなり、加えて、酸化性ガス雰囲気中で行うため、不活性ガス雰囲気よりも大量の格子間シリコンを前記表層部に導入させることができる。従って、熱処理時間が短時間（１秒〜６０秒）であっても表層部のＣＯＰを消滅させることができる。

前記通過時間が２０分未満である場合は、結晶を急速に冷却する必要があることから、育成中にシリコン単結晶にクラックが発生する可能性があり、仮に、クラックが発生するとウェーハに加工できないばかりか、シリコン単結晶の落下等の重大事故が発生する場合がある。前記通過時間が３５分を超える場合には、シリコン単結晶内に水素起因の欠陥（水素欠陥）が発生するため好ましくない。
前記酸素濃度が０．８×１０^１８atoms/cm³未満である場合には、後のＲＴＰにおいて前記発生させたＢＭＤの析出核が消滅しやすくなるため好ましくない。前記酸素濃度が１．２×１０^１８atoms/cm³を超える場合には、表層部の酸素濃度が高くなるため、後のＲＴＰにおいて、表層部に存在するＣＯＰの内壁酸化膜が溶解されにくくなり、酸化性ガス雰囲気により、大量の格子間シリコンが導入されても、ＣＯＰ内に埋まることが出来なくなるため、該表層部にＣＯＰが残存してしまう場合がある。

前記ＲＴＰにおける最高到達温度が１２５０℃未満である場合には、表層部に存在するＣＯＰの内壁酸化膜が溶解されにくくなるため表層部のＣＯＰを消滅させることが難しい場合がある。前記最高到達温度が１３８０℃を超える場合には、温度が高くなるためウェーハにスリップ転位が発生する可能性が高くなり、また、使用するＲＴＰ装置としての寿命の観点からも好ましくない場合がある。

前記ＲＴＰにおける最高到達温度の保持時間が１秒未満である場合には、熱処理時間が少ないため、十分に表層部のＣＯＰを消滅、かつ、バルク部のＢＭＤを析出させることが難しい場合がある。前記保持時間が６０秒を超える場合には、生産性が低下する場合がある。

図１は、本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法のシリコン単結晶の育成段階において適用されるシリコン単結晶引上装置の一例を示す断面概念図である。
本発明に係わるシリコンウェーハの製造方法のシリコン単結晶の育成段階において適用されるシリコン単結晶引上装置１０は、図１に示すように、炉体１２と、炉体１２内に配置され、シリコン原料（主に、ポリシリコン）を保持するルツボ１４と、ルツボ１４の外周囲に設けられ、ルツボ１４を加熱し、ルツボ１４内に保持されたシリコン原料を溶融してシリコン融液１６とするヒータ１８と、シリコン融液１６の上方に配置され、ＣＺ法によりシリコン融液１６から引上げたシリコン単結晶（不図示）への輻射熱を遮断する円筒形状の熱遮蔽体２０を備える。

ルツボ１４は、シリコン融液１６を保持する石英ルツボ１４ａと、石英ルツボ１４ａを収容するカーボンルツボ１４ｂとを備える。
ヒータ１８の外周囲には第１保温部材２２が設けられ、第１保温部材２２の上部には、ヒータ１８と一定の間隔を有して第２保温部材２４が設けられている。
熱遮蔽体２０の上方には、熱遮蔽体２０の内周側、熱遮蔽体２０とシリコン融液１６との間を通って、ルツボ１４の下方に位置する排出口２６から炉体１２外に排出されるキャリアガス（水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気）Ｇ１を供給するキャリアガス供給口２８が設けられている。
ルツボ１４の上方には、シリコン単結晶（不図示）を育成するために用いられる種結晶５０を保持するシードチャック３２が取り付けられた引上用ワイヤ３４が設けられている。引上用ワイヤ３４は、炉体１２外に設けられた回転昇降自在なワイヤ回転昇降機構３６に取り付けられている。

ルツボ１４は、炉体１２の底部を貫通し、炉体１２外に設けられたルツボ回転昇降機構３８によって回転昇降可能なルツボ回転軸４０に取付けられている。
熱遮蔽体２０は、第２保温部材２４の上面に取付けられた熱遮蔽体支持部材４２を介してルツボ１４の上方に保持されている。
キャリアガス供給口２８には、マスフローコントローラ４３を介して、炉体１２内にキャリアガスＧ１を供給するキャリアガス供給部４４が接続されている。排出口２６には、バタフライ弁４６を介して、熱遮蔽体２０の内周側、熱遮蔽体２０とシリコン融液１６との間を通ったキャリアガスＧ１を排出するキャリアガス排出部４８が接続されている。マスフローコントローラ４３を調整することで炉体１２内に供給するキャリアガスＧ１の供給量を、バタフライ弁４６を調整することで炉体１２内から排出する排出ガス（キャリアガスＧ１及びシリコン融液１６から発生したＳｉＯｘガス等も含む）の排出量をそれぞれ制御する。
また、炉体１２に設けられた監視窓１２Ａから撮像手段６０（ＣＣＤカメラ）により、シリコン単結晶（不図示）を育成する様子やシリコン融液１６の液面温度等を測定することができる。

前記育成されたシリコン単結晶を切断してシリコンウェーハとする方法は、ワイヤソーや内周刃を用いて、周知の方法により行う。
前記平坦化処理は、前記シリコン単結晶を切断して得られたシリコンウェーハを、遊離砥粒を用いて両面をラッピングするラッピング処理、ダイヤモンド砥粒が電着されたダイヤモンド砥石を用いて片面又は両面を研削する研削処理、フッ酸、硝酸及び酢酸の混合溶液や、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムの水溶液を用いて主に両面をケミカルポリッシングするケミカルポリッシング処理等を用いて、周知の方法により行う。
前記鏡面研磨処理は、枚葉式又はバッチ式にて、半導体デバイスが形成される表面又は両面を研磨布に押圧し、回転させながら研磨剤を供給する周知の方法により行う。

なお、本願発明にいうＲＴＰとは、例えば、特開２０１１−２３３５５６号の図１に記載されているような周知のＲＴＰ装置を用いて、所定の投入温度（例えば４００℃〜６００℃）で保持された反応管内に、前記鏡面研磨処理されたシリコンウェーハを投入し、前記最高到達温度まで１℃／秒以上の昇温速度で急速昇温し、前記最高到達温度を１秒以上６０秒以下保持した後、前記所定の投入温度まで１℃／秒以上の降温速度で急速降温する熱処理のことを示す。

前記昇温速度及び降温速度は５℃／秒〜２００℃／秒であることが好ましい。
このような速度とすることで、生産性が高く、かつ、昇温及び降温時の急激な温度変化によるスリップの発生を抑制することができる。
前記昇温速度及び降温速度は１０℃／秒〜１５０℃／秒であることがより好ましい。

前記育成するシリコン単結晶の窒素濃度は５×１０^１３〜５×１０^１５atoms/cm³であることが好ましい。
このような窒素濃度とすることで、シリコン単結晶育成中のシリコン融液に窒素の析出物が生じて結晶の有転位化が発生することなく、ＣＯＰのサイズを十分に小さくすることができるため好ましい。

前記水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中に含まれる水素ガスの分圧は３％以下であることが好ましい。
このような水素ガス分圧とすることで、シリコン単結晶への急激な水素添加を抑制することができるため、シリコン単結晶内の水素欠陥の発生を抑制することができる。

前記ＲＴＰにおける最高到達温度は、１２５０℃〜１３００℃であることがより好ましい。
前記最高到達温度が高ければ高いほど、シリコン単結晶育成時に発生したＢＭＤの析出核がＢＭＤとはならずに消滅する傾向があるため、この温度範囲とすることで、更に、ＢＭＤ密度を高めることができる。

なお、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成においては、その育成環境（ヒータ出力や引上速度等）のバラツキ（変化）によっては、育成されるシリコン単結晶の空孔型点欠陥が存在する領域内に発生するＣＯＰのサイズが大きくなる場合がある。この場合、前述した酸化性ガス雰囲気中でのＲＴＰだけでは、表層部のＣＯＰを消滅させることが難しい場合がある。
その場合には、前述した酸化性ガス雰囲気中でのＲＴＰ前に、不活性ガス雰囲気中でのＲＴＰを更に加えることが好ましい。
すなわち、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、シリコン融液に窒素を添加するチョクラルスキー法により、水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中で、空孔型点欠陥が存在する領域が形成されるようにＶ／Ｇ（Ｖ：引上速度、Ｇ：シリコン単結晶の引上軸方向の温度勾配）を制御し、更に、冷却段階における１１００℃〜１０００℃の温度帯を通過する通過時間を２０分〜３５分となるように制御し、酸素濃度が０．８×１０^１８〜１．２×１０^１８atoms/cm³であるシリコン単結晶を育成する工程（以下、第１工程という）と、前記育成されたシリコン単結晶を切断してシリコンウェーハとした後、平坦化処理し、かつ、鏡面研磨処理する工程（以下、第２工程という）と、前記鏡面研磨処理されたシリコンウェーハに対して、不活性ガス雰囲気中、１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で１秒〜６０秒間保持する第１のＲＴＰを行う工程（以下、第３工程という）と、前記第１のＲＴＰ後、酸化性ガス雰囲気中、１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で１秒〜６０秒間保持する第２のＲＴＰを行う工程（以下、第４工程という）と、を備えることを特徴とする。
なお、前記第１工程、第２工程及び第４工程は、前述したものと同様であるため、説明を省略する。

以上より、ＣＺ法によるシリコン単結晶育成時において、育成環境のバラツキによりシリコン単結晶の空孔型点欠陥が存在する領域内に発生するＣＯＰのサイズが大きくなった場合でも、前記第３工程を行うことによって、該ＣＯＰの内壁酸化膜を溶解させ、ＣＯＰサイズを小さくすることができる。従って、表層部においてより確実に無欠陥層を形成することができる。また、前記第３工程は、熱処理時間が短時間（１秒〜６０秒）であるため、この工程の追加による生産性の低下も最小限に抑えることができる。
なお、前記第３工程は、不活性ガス雰囲気で行われるため、表層部の酸素が外方拡散し、当該表層部の酸素濃度が低下する場合がある。しかしながら、後の第４工程において、当該表層部に酸素を内方拡散させることができるため、前記第３工程で低下した酸素濃度を前記第４工程で補うことができる。従って、ウェーハの表層部の酸素濃度の低下を抑制することができる。

前記第３工程における第１のＲＴＰは、不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
前記第１のＲＴＰが窒素ガス雰囲気である場合には、当該ＲＴＰにおいてウェーハの表面に窒化膜が形成され、この窒化膜の除去のために、新たにエッチング工程等を増やさなければならす生産性が大きく低下するため好ましくない。
前記第１のＲＴＰが水素ガス雰囲気である場合には、後の第４の工程で、酸化性ガスが導入される関係上、爆発等の危険性があるため好ましくない。
また、前記第１のＲＴＰが酸化性ガス雰囲気である場合には、前記第２のＲＴＰを実質的に２回行うことになるが、この場合、酸化性ガス雰囲気による熱処理時間が長くなるため、熱処理後半において表層部の酸素濃度が高くなり、その段階でシリコン単結晶育成時に発生したＣＯＰのサイズが大きいため消滅しきれずに残存しているＣＯＰ内に、逆に内壁酸化膜が形成されてしまうため、酸化性ガス雰囲気により、大量の格子間シリコンが導入されても、表層部にＣＯＰが残存してしまう場合がある。

前記不活性ガスは、アルゴンガスであることが好ましい。 アルゴンガスを用いることにより、窒化膜等の他の膜の形成や化学的反応等が生じることがなく、前記第１のＲＴＰを行うことができる。

前記第３工程における第１のＲＴＰは、１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で行うことが好ましい。
前記第１のＲＴＰを前記最高到達温度で行うことで、表層部に存在するＣＯＰの内壁酸化膜を溶解させやすく、表層部のＣＯＰのサイズを小さく又は消滅させることができる。従って、熱処理時間が短時間（１秒〜６０秒）であっても表層部のＣＯＰを低減させることができる。
前記第１のＲＴＰにおける最高到達温度が１２５０℃未満である場合には、表層部に存在するＣＯＰの内壁酸化膜が溶解されにくくなるため表層部のＣＯＰを低減させることが難しい場合がある。前記最高到達温度が１３８０℃を超える場合には、温度が高くなるためウェーハにスリップ転位が発生する可能性が高くなり、また、使用するＲＴＰ装置としての寿命の観点からも好ましくない場合がある。

前記第１のＲＴＰと前記第２のＲＴＰは、それぞれ個別に行ってもよく、連続して行ってもよい。
図２は、第１のＲＴＰと第２のＲＴＰを連続して行う場合の当該ＲＴＰにおける熱処理シーケンスの一例を示す概念図である。
前記第１のＲＴＰと第２のＲＴＰを連続して行う場合は、図２に示すように、所望の温度Ｔ０（例えば、４００℃）で保持された周知のＲＴＰ装置の反応管内に前記鏡面研磨処理されたシリコンウェーハを設置し、不活性ガス雰囲気中、第１の昇温速度ΔＴｕ１で、第１の温度（１２５０℃〜１３８０℃）Ｔ１まで急速昇温し、前記第１の温度Ｔ１を所定時間（１秒〜６０秒）ｔ１保持した後、第１の降温速度ΔＴｄ１で、前記第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２まで急速降温し、前記第２の温度Ｔ２を所定時間ｔ２保持する（第１のＲＴＰ）。その後、この第１のＲＴＰに続いて、前記第２の温度Ｔ２で前記不活性ガス雰囲気から酸化性ガス雰囲気に切り替えて、更に、前記第２の温度Ｔ２を所定時間ｔ３保持した後、第２の昇温速度ΔＴｕ２で前記第２の温度Ｔ２から第３の温度（１２５０℃〜１３８０℃）Ｔ３まで急速昇温し、前記第３の温度Ｔ３を所定時間（１秒〜６０秒）ｔ４保持した後、第２の降温速度ΔＴｄ２で前記第３の温度Ｔ３からウェーハ搬出温度（例えば、Ｔ０）まで急速降温する（第２のＲＴＰ）。

前記第２の温度Ｔ２は、６００℃〜８００℃であることが好ましい。
前記第２の温度Ｔ２が６００℃未満である場合には、ＲＴＰとしての生産性が悪くなる場合がある。前記第２の温度Ｔ２が８００℃を超える場合には、不活性ガス雰囲気から酸化性ガス雰囲気に切り替える際に表面荒れが発生する場合がある。

前記第２の温度Ｔ２を保持する保持時間ｔ２、ｔ３は、各々１秒〜３０秒であることが好ましい。これにより生産性が高いＲＴＰを実現できる。前記保持時間ｔ２、ｔ３は、各々１秒〜１５秒であることが更に好ましい。

前記昇温速度ΔＴｕ１、ΔＴｕ２及び降温速度ΔＴｄ１、ΔＴｄ２は５℃／秒〜２００℃／秒であることが好ましい。
このような速度とすることで、生産性が高く、かつ、昇温及び降温時の急激な温度変化によるスリップの発生を抑制することができる。
前記昇温速度ΔＴｕ１、ΔＴｕ２及び降温速度ΔＴｄ１、ΔＴｄ２は１０℃／秒〜１５０℃／秒であることがより好ましい。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により限定解釈されるものではない。
［試験１］
図１に示すようなシリコン単結晶引上装置１０を用いて、直径３２インチの石英ガラスルツボ１４ａにシリコン原料及び窒化膜を被膜させたウェーハ片を充填し、ヒータ１８により溶解させてシリコン融液１６とした。
次に、水素ガスをガス分圧で３％添加した不活性ガス雰囲気をキャリアガスＧ１として炉体１２内に供給し、種結晶５０をシリコン融液１６に浸漬させた後、前記種結晶５０を引き上げて、ダッシュネッキング法により直径４ｍｍから５ｍｍのネック部を２００ｍｍ育成後、結晶径を３１０ｍｍまで拡径させる拡径部を育成し、更に、直径を３１０ｍｍで維持しながら、長さが１８００ｍｍの直胴部を有するシリコン単結晶を育成した。

この際、直胴部に空孔型点欠陥が存在する領域が形成されるようにＶ／Ｇ（Ｖ：引上速度、Ｇ：シリコン単結晶の引上軸方向の温度勾配）を０．２０〜０．３５ｍｍ²／（℃・ｍｉｎ．）に制御すると共に、酸素濃度を０．８×１０^１８atoms/cm³に、かつ、評価部分の窒素濃度が５×１０^１４atoms/cm^３になるように制御して、更に、シリコン単結晶育成後の冷却段階における１１００℃〜１０００℃の温度帯を通過する通過時間を変化させてそれぞれシリコン単結晶を育成した。
その他の具体的な製造条件は下記の通りである。
・キャリアガスＧ１の供給量：５０Ｌ／ｍｉｎ
・炉内圧：９０〜１００ｍｂａｒ
・種結晶５０の回転数：１０ｒｐｍ
・ルツボ１４の回転数：１〜５ｒｐｍ
・種結晶５０及びルツボ１４の回転方向：逆方向

得られた各々のシリコン単結晶の直胴部を、ワイヤソーを用いてウェーハ状に切断してシリコンウェーハとした後、ラッピング処理、両面研削処理及びフッ酸、硝酸及び酢酸の混合溶液による両面ケミカルエッチング処理を行い、更に、両面を鏡面研磨して、各々直径３００ｍｍ、厚さ７５０μｍの両面研磨されたシリコンウェーハを作製した。

次に、周知のＲＴＰ装置を用いて、４００℃で保持された反応管内に、前記両面研磨されたシリコンウェーハを投入し、酸素１００％ガス雰囲気中、昇温速度１０℃／秒にて最高到達温度を１２５０℃、１３００℃、１３５０℃と変化させて急速昇温し、前記最高到達温度を３０秒間保持した後、４００℃まで降温速度５０℃／秒にて急速降温して、前記シリコン単結晶の育成条件ごとにアニールウェーハを作製した。

得られたアニールウェーハに対して、レイテックス社製ＬＳＴＤスキャナＭＯ６０１を用いて、表面から深さ５μｍ領域までの表層部の欠陥密度を評価した。
更に、得られたアニールウェーハに対して、１０００℃で１６時間熱処理を行った後のバルク部（深さ５μｍ以降）のＢＭＤ密度をＩＲトモグラフィ（株式会社レイテックス製 ＭＯ−４１１）にて評価した。
加えて、得られたアニールウェーハに対して、ウェーハ裏面に発生するスリップ長をＸ線トポグラフィ（株式会社リガク製 ＸＲＴ３００）にて測定し、面内に発生しているスリップ長の最大値を評価した。
表１に、試験１における試験条件及び試験結果を示す。

表１に示すように、１１００〜１０００℃の温度帯の通過時間が２０分から３５分である場合（実施例１から９）には、表層部の欠陥密度が１．０個/cm²未満であり、スリップ長も短く、かつ、ＢＭＤ密度が高まることが認められる。前記通過時間が４０分以上である場合（比較例２、３、５、６、８、９）には、表層部の欠陥密度が悪化する傾向が認められる。これは、シリコン単結晶の冷却段階において、１１００℃〜１０００℃の滞在時間が長いため、シリコン単結晶内に多く水素が添加されたことにより発生した水素欠陥を含む結晶欠陥（ＣＯＰを含む）が表層部に残存しているものと考えられる。
なお、前記通過時間が１５分である場合（比較例１、４、７）は、表層部の欠陥密度が１．０個/cm²未満であり、スリップ長も短く、ＢＭＤ密度も高いものの、シリコン単結晶育成後、直胴部の後半部分からクラックの発生が認められた。

なお、表１から、前記ＲＴＰにおける最高到達温度を高くすればするほど、ＢＭＤ密度が低下する傾向が認められる。これは、ＲＴＰにおいて、最高到達温度が高ければ高いほど、シリコン単結晶育成時に形成したＢＭＤの析出核がＢＭＤとはならずに消滅してしまっていると考えられる。従って、ＢＭＤ密度をより高める観点から、前記ＲＴＰにおける最高到達温度は、１２５０℃〜１３００℃であることがより好ましいと認められる。

［試験２］
シリコン単結晶育成時の酸素濃度を１．２×１０^１８atoms/cm³に制御して、その他は試験１と同様な方法により、条件ごとにアニールウェーハを作製した。
得られたアニールウェーハに対して、試験１と同様な方法により、表面から深さ５μｍ領域までの表層部の欠陥密度、バルク部（深さ５μｍ以降）のＢＭＤ密度及びスリップ長の最大値をそれぞれ評価した。
表２に、試験２における試験条件及び試験結果を示す。

表２に示すように、シリコン単結晶の酸素濃度を１．２×１０^１８atoms/cm³とした場合でも、試験１と同様に、１１００〜１０００℃の温度帯の通過時間が２０分から３５分である場合（実施例１０から１８）には、表層部の欠陥密度が１．０個/cm²未満であり、スリップ長も短く、かつ、ＢＭＤ密度が高まることが認められる。前記通過時間が４０分以上である場合（比較例１１、１２、１４、１５、１７、１８）には、表層部の欠陥密度が悪化する傾向が認められる。
なお、本試験においても、前記通過時間が１５分の場合（比較例１０、１３、１６）は、表層部の欠陥密度が１．０個/cm²未満であり、スリップ長も短く、ＢＭＤ密度も高いものの、シリコン単結晶育成後、直胴部の後半部分からクラックの発生が認められた。
また、試験１と同様に、ＲＴＰにおける最高到達温度を高くすればするほど、ＢＭＤ密度が低下する傾向が認められ、ＢＭＤ密度をより高める観点から、前記ＲＴＰにおける最高到達温度は、１２５０℃〜１３００℃であることがより好ましいと認められる。

［試験３］
シリコン単結晶育成時の酸素濃度を０．６×１０^１８atoms/cm³に制御して、ＲＴＰにおける最高到達温度を１２５０℃として、その他は試験１と同様な方法により、条件ごとにアニールウェーハを作製した。
得られたアニールウェーハに対して、試験１と同様な方法により、表面から深さ５μｍ領域までの表層部の欠陥密度、バルク部（深さ５μｍ以降）のＢＭＤ密度及びスリップ長の最大値をそれぞれ評価した。
表３に、試験３における試験条件及び試験結果を示す。

表３に示すように、シリコン単結晶育成時の酸素濃度を０．６×１０^１８atoms/cm³とした場合は、１１００〜１０００℃の温度帯の通過時間が２０分から３５分であっても、ＲＴＰ後において、試験１や２と比較してＢＭＤ密度が高くならないことが認められる。これは、シリコン単結晶育成時において発生させたＢＭＤの析出核が相対的に小さく、後のＲＴＰにおいてＢＭＤに成長する前に消滅してしまうものと考えられる。

［試験４］
試験１と同様な条件にて得られた直径３００ｍｍ、厚さ７５０μｍの両面研磨されたシリコンウェーハを、周知のＲＴＰ装置を用いて、４００℃で保持された反応管内に、前記両面研磨されたシリコンウェーハを投入し、第１の温度Ｔ１（第１のＲＴＰにおける最高到達温度）を１２５０℃、１３００℃、１３５０℃と変化させて、図２に示すような熱処理シーケンスにて、第１のＲＴＰ及び第２のＲＴＰを行った。
第１のＲＴＰ及び第２のＲＴＰにおけるその他の具体的な製造条件は下記の通りである。
（ａ）第１のＲＴＰ
・不活性ガス雰囲気：アルゴン１００％ガス
・昇温速度ΔＴｕ１：１０℃／秒
・第１の温度Ｔ１の保持時間ｔ１：３０秒
・降温速度ΔＴｄ１：５０℃／秒
・第２の温度Ｔ２：８００℃
・第２の温度Ｔ２の保持時間ｔ２：１５秒
（ｂ）第２のＲＴＰ
・酸化性ガス雰囲気：酸素１００％ガス
・第２の温度Ｔ２の保持時間ｔ３：１５秒
・昇温速度ΔＴｕ２：１０℃／秒
・第３の温度Ｔ３：１２５０℃
・第３の温度Ｔ３の保持時間ｔ４：３０秒
・降温速度ΔＴｄ２：５０℃／秒

得られたアニールウェーハに対して、試験１と同様な方法により、表面から深さ５μｍ領域までの表層部の欠陥密度、バルク部（深さ５μｍ以降）のＢＭＤ密度及びスリップ長の最大値をそれぞれ評価した。
また、得られたアニールウェーハに対して、表面から５μｍまでの深さ方向の酸素濃度プロファイルを二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ；カメカ社製 Ｉｍｓ−６ｆ）にて測定し、この酸素濃度プロファイルにおける酸素濃度の最小値を評価した。
表４に、試験４における試験条件及び試験結果を示す。

表４に示すように、酸化性ガス雰囲気によるＲＴＰ（第２のＲＴＰ）の前に、不活性ガス雰囲気によるＲＴＰ（第１のＲＴＰ）を行うことで、表１と比較すると、表層部の欠陥密度が若干低下することが認められる（比較例２４、２５、２７、２８、３０、３１）。
しかしながら、バルク部のＢＭＤ密度は、表１と比較すると、第１のＲＴＰでは増加せず、むしろ低下する傾向があることが認められる。これは、第１のＲＴＰにおける熱処理温度が１２５０℃以上と高温であるため、シリコン単結晶育成時において発生させたＢＭＤの析出核が当該第１のＲＴＰで消滅してしまうものと考えられる。しかしながら、この場合であっても、実施例１９〜２７については、比較例２４、２５、２７、２８、３０、３１よりもＢＭＤ密度が高まることが認められる。
なお、本試験においても、前記通過時間が１５分の場合（比較例２３、２６、２９）は、表層部の欠陥密度が１．０個/cm²未満であり、スリップ長も短く、ＢＭＤ密度も高いものの、シリコン単結晶育成後、直胴部の後半部分からクラックの発生が認められた。
また、得られたアニールウェーハの表面から５μｍまでの深さ方向の酸素濃度プロファイルにおける酸素濃度の最小値は、０．８〜１．０×１０^１８atoms/cm³であり、ウェーハの表層部の酸素濃度の低下は認められなかった。

１０ シリコン単結晶引上装置
１４ ルツボ
１８ ヒータ
Ｇ１ キャリアガス

Claims (4)

1. シリコン融液に窒素を添加するチョクラルスキー法により、水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中で、空孔型点欠陥が存在する領域が形成されるようにＶ／Ｇ（Ｖ：引上速度、Ｇ：シリコン単結晶の引上軸方向の温度勾配）を制御し、更に、冷却段階における１１００℃〜１０００℃の温度帯を通過する通過時間を２０分〜３５分となるように制御し、酸素濃度が０．８×１０^１８〜１．２×１０^１８atoms/cm³であるシリコン単結晶を育成する工程と、
   前記育成されたシリコン単結晶を切断してシリコンウェーハとした後、平坦化処理し、かつ、鏡面研磨処理する工程と、
   前記鏡面研磨処理されたシリコンウェーハに対して、酸化性ガス雰囲気中、１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で１秒〜６０秒間保持する急速昇降温熱処理を行う工程と、
   を備えることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
2. シリコン融液に窒素を添加するチョクラルスキー法により、水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中で、空孔型点欠陥が存在する領域が形成されるようにＶ／Ｇ（Ｖ：引上速度、Ｇ：シリコン単結晶の引上軸方向の温度勾配）を制御し、更に、冷却段階における１１００℃〜１０００℃の温度帯を通過する通過時間を２０分〜３５分となるように制御し、酸素濃度が０．８×１０^１８〜１．２×１０^１８atoms/cm³であるシリコン単結晶を育成する工程と、
   前記育成されたシリコン単結晶を切断してシリコンウェーハとした後、平坦化処理し、かつ、鏡面研磨処理する工程と、
   前記鏡面研磨処理されたシリコンウェーハに対して、不活性ガス雰囲気中、１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で１秒〜６０秒間保持する第１の急速昇降温熱処理を行う工程と、
   前記第１の急速昇降温熱処理後、酸化性ガス雰囲気中、１２５０℃〜１３８０℃の最高到達温度で１秒〜６０秒間保持する第２の急速昇降温熱処理を行う工程と、
   を備えることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
3. 前記育成するシリコン単結晶の窒素濃度は５×１０^１３〜５×１０^１５atoms/cm³であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
4. 前記水素ガスを添加した不活性ガス雰囲気中に含まれる水素ガスの分圧は３％以下であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法。

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