JP2016015426A - シリコン単結晶ウェーハの熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウェーハ内部にゲッタリングサイトとなる酸素析出物を均一に形成することができるシリコン単結晶ウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】チョクラルスキー法により作製した、径方向の全面がＮ領域、又は径方向の全面がＯＳＦ領域とＮ領域が混在したシリコン単結晶ウェーハを準備する工程Ｓ１０１、シリコン単結晶ウェーハを１０００−１２７５℃で１０−３０秒間、酸化性雰囲気下で急速熱処理する酸化性熱処理を実施しする工程Ｓ１０２、更に連続して、形成された酸化膜が付いたままのシリコン単結晶ウェーハを、酸化性熱処理における熱処理温度以上の温度で１０−３０秒間、非酸化性雰囲気下で急速熱処理する非酸化性熱処理を実施する工程Ｓ１０３、からなる。【選択図】図１
Description
本発明は、シリコン単結晶ウェーハの熱処理方法に関する。
シリコン単結晶ウェーハの品質評価における一つの指標に、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ：経時絶縁破壊）特性がある。このＴＤＤＢ特性が優れたウェーハを提供する方法として、特許文献１には、ベーカンシー（Ｖａｃａｎｃｙ：以下、Ｖａとも表記する。）と呼ばれる点欠陥である空孔や、インタースティシャルシリコン（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｓｉｌｉｃｏｎ：以下、Ｉ−Ｓｉとも表記する。）と呼ばれる格子間型の点欠陥の過不足が少ないニュートラル（Ｎｅｕｔｒａｌ：以下Ｎともいう）領域を径方向の全面に有するウェーハを、急速熱処理装置を用いて熱処理することが記載されている。
特許文献１によれば、まず、ウェーハを酸化性雰囲気下で急速熱処理（以下、酸化性雰囲気下での急速熱処理を、ＲＴＯと呼称する場合がある）し、その後、酸化膜を除去してから、非酸化性雰囲気下で急速熱処理（以下、非酸化性雰囲気下での急速熱処理を、ここでは単にＲＴＡと呼称する場合がある）する方法が開示されている。しかし、特許文献１等の方法で、空孔や点欠陥の過不足が少ないＮ領域結晶から成るウェーハを熱処理する場合であっても、ウェーハの面内に酸素析出核の不均一部分が存在し、ＲＴＡの酸素析出促進効果で酸素析出が不均一となる現象が顕著化してしまう。その結果、大きな酸素析出物が形成されることによりＴＤＤＢ特性に影響を及ぼすという問題がある。
この現象が起こる主な原因を以下に説明する。
上記の空孔や点欠陥の過不足が少ないＮ領域から成るウェーハであっても、そのＮ領域には、Ｖａが優勢なＮｖ領域とＩ−Ｓｉが優勢なＮｉ領域が存在する。ここで、Ｎｖ領域はＮｉ領域と比較して酸素析出核が多いので、径方向の全面がＮｖ領域からなるシリコン単結晶ウェーハを、非酸化性雰囲気下で急速熱処理すると、径方向の全面がＮｉ領域からなるシリコン単結晶ウェーハを同様に熱処理した場合に比べ酸素析出促進効果が大きくなる。同様に、径方向の全面にＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔｓ：酸化誘起積層欠陥）領域とＮｖ領域が混在しているシリコン単結晶ウェーハを、非酸化性雰囲気下で急速熱処理すると、径方向の全面がＮｉ領域からなるシリコン単結晶ウェーハに比べ酸素析出促進効果が大きくなる。
上記の空孔や点欠陥の過不足が少ないＮ領域から成るウェーハであっても、そのＮ領域には、Ｖａが優勢なＮｖ領域とＩ−Ｓｉが優勢なＮｉ領域が存在する。ここで、Ｎｖ領域はＮｉ領域と比較して酸素析出核が多いので、径方向の全面がＮｖ領域からなるシリコン単結晶ウェーハを、非酸化性雰囲気下で急速熱処理すると、径方向の全面がＮｉ領域からなるシリコン単結晶ウェーハを同様に熱処理した場合に比べ酸素析出促進効果が大きくなる。同様に、径方向の全面にＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔｓ：酸化誘起積層欠陥）領域とＮｖ領域が混在しているシリコン単結晶ウェーハを、非酸化性雰囲気下で急速熱処理すると、径方向の全面がＮｉ領域からなるシリコン単結晶ウェーハに比べ酸素析出促進効果が大きくなる。
さらに、特許文献１のように、ＲＴＯ後に、酸化膜を除去してからＲＴＡを行うと、ＲＴＡにおいて空孔が注入されやすく、過剰に空孔が注入されてしまい、酸素析出促進効果をより加速する作用をもたらす。よって、ウェーハ面内に、酸素析出しやすいＮｖ領域及びＯＳＦ領域と、酸素析出し難いＮｉ領域が混在すると、ウェーハ面内において、酸素析出物密度のばらつきや、大きな酸素析出物が生じてしまい、その結果、優れたＴＤＤＢ特性が得られないと考えられる。
また、シリコン単結晶ウェーハの径方向の全面がＮｖ領域のみやＮｉ領域のみとなるように、シリコン単結晶インゴットを引き上げることは非常に困難であり、製造歩留の大きな低下を招き、この方法でのシリコン単結晶ウェーハの量産は現実的でない。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ウェーハ内部にゲッタリングサイトとなる酸素析出物を均一に形成することができるシリコン単結晶ウェーハを得ることができるシリコン単結晶ウェーハの熱処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、シリコン単結晶ウェーハの熱処理方法であって、チョクラルスキー法により作製した、径方向の全面がＮ領域、又は径方向の全面がＯＳＦ領域とＮ領域が混在したシリコン単結晶ウェーハを、１０００−１２７５℃で１０−３０秒間、酸化性雰囲気下で急速熱処理する酸化性熱処理を実施し、更に、該酸化性熱処理に連続して、当該酸化性熱処理で形成された酸化膜が付いたままのシリコン単結晶ウェーハを、前記酸化性熱処理における熱処理温度以上の温度で１０−３０秒間、非酸化性雰囲気下で急速熱処理する非酸化性熱処理を実施することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの熱処理方法を提供する。
このように、酸化性雰囲気下でのＲＴＯでは、熱処理温度を１０００℃以上にすることにより、ＯＳＦ領域におけるＯＳＦ核を消滅又は不活性化させたり、格子間シリコンを注入してＮｖ領域をＮｉ領域に変化させたりすることができる。また、ＲＴＯにおける熱処理温度を１２７５℃以下にすることにより、Ｎｉ領域がＩ領域になるのを抑制することができる。また、その後の非酸化性雰囲気下でのＲＴＡでは、熱処理温度をＲＴＯの温度以上にすることにより空孔が注入されるが、このとき酸化膜を介してウェーハ内部に空孔を注入することにより、過剰に空孔が注入されるのを抑制できる。これらの、Ｎｉ領域化や、過剰な空孔注入の抑制によって、酸素析出が不均一となる現象が顕著化するのを防止できる。従って、ウェーハ面内の酸素析出物を均一な分布で形成することができるシリコン単結晶ウェーハを得ることができる。そのため、大きな酸素析出物などが形成されるのを抑制することができ、ＴＤＤＢ特性等に悪影響が及ぶのを防ぐことができる。また、表層にＤＺ層を形成できる。更に、本発明はＲＴＯで形成された酸化膜を除去する工程がないので、シリコン単結晶ウェーハの製造工程を簡略化することができ、高い生産効率を維持することができる。また、連続した急速熱処理のため、熱処理に費やす時間が短時間で済む。
このとき、前記非酸化性熱処理における熱処理温度を、前記酸化性熱処理の熱処理温度より２５℃以上高い温度とすることが好ましい。
本発明では、酸化膜を介してシリコン単結晶ウェーハの内部に空孔を注入するため、このようにＲＴＡの熱処理温度をＲＴＯの熱処理温度より２５℃以上高温とすれば、より効率良く、かつ、面内均一に空孔を注入することができる。
またこのとき、前記酸化性熱処理における熱処理温度を１０２５℃以上とすることができる。
このようにすれば、ＯＳＦ核をより確実に消滅または不活性化させ、かつ、Ｎｖ領域のＮｉ領域化をより一層促進させることができる。
このとき、前記酸化性熱処理における酸化性雰囲気を、酸素を含む雰囲気とすることができる。
このように、酸化性雰囲気として、酸素を含む雰囲気を使用すれば、効率よくシリコン単結晶ウェーハの表面に酸化膜を形成することができる。
またこのとき、前記非酸化性熱処理における非酸化性雰囲気を、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気とすることができる。
非酸化性雰囲気としては、これらのような雰囲気がよく用いられる。
本発明のシリコン単結晶ウェーハの熱処理方法であれば、ウェーハ表面からデバイス活性領域となる一定の深さまで、結晶欠陥の発生がないＤＺ層を形成することができる。また、酸素析出熱処理等によって、ウェーハ内部にはゲッタリングサイトとなる酸素析出物を均一に形成することができるシリコン単結晶ウェーハを得ることができる。
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記のように、従来、二段階の急速熱処理を施す熱処理方法が行われてきたが、酸素析出熱処理等を行うと、特に、ウェーハ面内に酸素析出しやすいＮｖ領域やＯＳＦ領域と、酸素析出し難いＮｉ領域が混在している場合に、酸素析出物の密度のばらつきが生じ易くなり、その結果、優れたＴＤＤＢ特性が得られないという問題があった。
上記のように、従来、二段階の急速熱処理を施す熱処理方法が行われてきたが、酸素析出熱処理等を行うと、特に、ウェーハ面内に酸素析出しやすいＮｖ領域やＯＳＦ領域と、酸素析出し難いＮｉ領域が混在している場合に、酸素析出物の密度のばらつきが生じ易くなり、その結果、優れたＴＤＤＢ特性が得られないという問題があった。
そこで、本発明者等はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、ＲＴＯに連続して、ＲＴＯで形成された酸化膜が付いたままのシリコン単結晶ウェーハをＲＴＯ以上の温度でＲＴＡすることで、酸素析出熱処理等を施した時に、ウェーハ面内で酸素析出物の密度のばらつきを低減できることに想到し、本発明を完成させた。
図１に示すように、本発明のシリコン単結晶ウェーハの熱処理方法は、まず、チョクラルスキー法により作製した、径方向の全面がＮ領域、又は径方向の全面がＯＳＦ領域とＮ領域が混在したシリコン単結晶ウェーハを準備する（図１のＳ１０１）。次に、準備したシリコン単結晶ウェーハを１０００−１２７５℃で１０−３０秒間、酸化性雰囲気下で急速熱処理する酸化性熱処理を実施する（図２のＳ１０２）。更に、酸化性熱処理に連続して、当該酸化性熱処理で形成された酸化膜が付いたままの状態のシリコン単結晶ウェーハを、前記酸化性熱処理における熱処理温度以上の温度で１０−３０秒間、非酸化性雰囲気下で急速熱処理する非酸化性熱処理を実施する（図１のＳ１０３）。
ここで、上記工程に用いることのできる装置について説明する。
径方向の全面がＮ領域、又は径方向の全面がＯＳＦ領域とＮ領域が混在したシリコン単結晶ウェーハの準備でチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げるにあたっては、例えば図２のような単結晶引き上げ装置を使用することができる。
図２に示すように、この単結晶引き上げ装置１には、引き上げ室２内に、シリコン単結晶インゴット１０の原料となるシリコン融液１１を収容するルツボ３が設けられている。そして、このルツボ３にはルツボ保持軸５及びその回転機構（図示せず）が備えられており、単結晶の育成中にルツボ３を回転できるようになっている。さらに、このルツボ３の周囲には、加熱のためのヒータ４が配設されており、さらにヒータ４の外側周囲には断熱材９が配置されている。そして、ルツボ３内のシリコン融液１１の上方には、シリコンの種結晶６を保持するシードチャック７、シードチャック７を引上げるワイヤ８、ワイヤ８を回転又は巻き取る巻取機構（図示せず）が備えられている。このような装置１により、シリコン単結晶インゴット１０は、原料のシリコン融液１１から、引き上げ速度等を調整してワイヤ８によって引上げられる。このように、本発明の熱処理方法では従来と同様の単結晶引き上げ装置を用いて製造したシリコン単結晶インゴット１０から切り出したシリコン単結晶ウェーハを用いることができる。
径方向の全面がＮ領域、又は径方向の全面がＯＳＦ領域とＮ領域が混在したシリコン単結晶ウェーハの準備でチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引き上げるにあたっては、例えば図２のような単結晶引き上げ装置を使用することができる。
図２に示すように、この単結晶引き上げ装置１には、引き上げ室２内に、シリコン単結晶インゴット１０の原料となるシリコン融液１１を収容するルツボ３が設けられている。そして、このルツボ３にはルツボ保持軸５及びその回転機構（図示せず）が備えられており、単結晶の育成中にルツボ３を回転できるようになっている。さらに、このルツボ３の周囲には、加熱のためのヒータ４が配設されており、さらにヒータ４の外側周囲には断熱材９が配置されている。そして、ルツボ３内のシリコン融液１１の上方には、シリコンの種結晶６を保持するシードチャック７、シードチャック７を引上げるワイヤ８、ワイヤ８を回転又は巻き取る巻取機構（図示せず）が備えられている。このような装置１により、シリコン単結晶インゴット１０は、原料のシリコン融液１１から、引き上げ速度等を調整してワイヤ８によって引上げられる。このように、本発明の熱処理方法では従来と同様の単結晶引き上げ装置を用いて製造したシリコン単結晶インゴット１０から切り出したシリコン単結晶ウェーハを用いることができる。
次に、上記のような単結晶引き上げ装置１によって引き上げられたシリコン単結晶インゴット１０から切り出したシリコン単結晶ウェーハＷに各急速熱処理を施すための装置について述べる。
図３に示す急速熱処理装置１２は、石英からなるチャンバー１３を有し、このチャンバー１３内でシリコン単結晶ウェーハＷを急速熱処理できるようになっている。加熱は、チャンバー１３を上下左右から囲繞するように配置される加熱ランプ１４（例えばハロゲンランプ）によって行う。この加熱ランプ１４はそれぞれ独立に供給される電力を制御できるようになっている。
図３に示す急速熱処理装置１２は、石英からなるチャンバー１３を有し、このチャンバー１３内でシリコン単結晶ウェーハＷを急速熱処理できるようになっている。加熱は、チャンバー１３を上下左右から囲繞するように配置される加熱ランプ１４（例えばハロゲンランプ）によって行う。この加熱ランプ１４はそれぞれ独立に供給される電力を制御できるようになっている。
ガスの排気側は、オートシャッター１５が装備され、外気を封鎖している。オートシャッター１５は、ゲートバルブによって開閉可能に構成される不図示のウェーハ挿入口が設けられている。また、オートシャッター１５にはガス排気口２０が設けられており、炉内雰囲気を調整できるようになっている。
そして、シリコン単結晶ウェーハＷは石英トレイ１６に形成された３点支持部１７の上に配置される。トレイ１６のガス導入口側には、石英製のバッファ１８が設けられており、酸化性ガスや窒化性ガス、Ａｒガス等の導入ガスがシリコン単結晶ウェーハＷに直接当たるのを防ぐことができる。
また、チャンバー１３には不図示の温度測定用特殊窓が設けられており、チャンバー１３の外部に設置されたパイロメータ１９により、その特殊窓を通してシリコン単結晶ウェーハＷの温度を測定することができる。
急速熱処理装置１２もまた、従来と同様のものを用いることができる。
そして、シリコン単結晶ウェーハＷは石英トレイ１６に形成された３点支持部１７の上に配置される。トレイ１６のガス導入口側には、石英製のバッファ１８が設けられており、酸化性ガスや窒化性ガス、Ａｒガス等の導入ガスがシリコン単結晶ウェーハＷに直接当たるのを防ぐことができる。
また、チャンバー１３には不図示の温度測定用特殊窓が設けられており、チャンバー１３の外部に設置されたパイロメータ１９により、その特殊窓を通してシリコン単結晶ウェーハＷの温度を測定することができる。
急速熱処理装置１２もまた、従来と同様のものを用いることができる。
以下、図２、３の各装置を用いて行う本発明の熱処理方法における各工程について説明する。
（シリコン単結晶ウェーハの準備）
この工程では、後に二段階の急速熱処理（酸化性雰囲気下の急速熱処理（初段のＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）処理）、非酸化性雰囲気下の急速熱処理（二段目のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理））を施す、径方向の全面がＮ領域、又は径方向の全面がＯＳＦ領域とＮ領域が混在したシリコン単結晶ウェーハＷを準備する。
（シリコン単結晶ウェーハの準備）
この工程では、後に二段階の急速熱処理（酸化性雰囲気下の急速熱処理（初段のＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）処理）、非酸化性雰囲気下の急速熱処理（二段目のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理））を施す、径方向の全面がＮ領域、又は径方向の全面がＯＳＦ領域とＮ領域が混在したシリコン単結晶ウェーハＷを準備する。
すなわち、まず、図２の単結晶引き上げ装置１を用い、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴット１０を引き上げる。このとき、この引き上げたシリコン単結晶インゴット１０から径方向の全面がＮ領域、又は径方向の全面がＯＳＦ領域とＮ領域が混在したシリコン単結晶ウェーハＷを切り出せるように、例えば引き上げ速度などを適当に調整して、シリコン単結晶インゴット１０の内部の欠陥領域が目的に沿った分布となるように引き上げを行う。
このようにしてシリコン単結晶インゴット１０を引き上げた後、例えばワイヤソー等のインゴットの切断装置を用いてウェーハ状に切り出し、径方向の全面がＮ領域、又は径方向の全面がＯＳＦ領域とＮ領域が混在したシリコン単結晶ウェーハＷを得る。
このようにしてシリコン単結晶インゴット１０を引き上げた後、例えばワイヤソー等のインゴットの切断装置を用いてウェーハ状に切り出し、径方向の全面がＮ領域、又は径方向の全面がＯＳＦ領域とＮ領域が混在したシリコン単結晶ウェーハＷを得る。
（酸化性雰囲気下の急速熱処理）
次に、準備したシリコン単結晶ウェーハＷに対し、図３の急速熱処理装置１２を用いて、酸化性雰囲気下で急速熱処理（ＲＴＯ）を施す。なお、この酸化性雰囲気下の急速熱処理によって、シリコン単結晶ウェーハＷの表面には熱酸化膜が形成される。
次に、準備したシリコン単結晶ウェーハＷに対し、図３の急速熱処理装置１２を用いて、酸化性雰囲気下で急速熱処理（ＲＴＯ）を施す。なお、この酸化性雰囲気下の急速熱処理によって、シリコン単結晶ウェーハＷの表面には熱酸化膜が形成される。
このときの熱処理条件としては、１０００〜１２７５℃の温度範囲で１０〜３０秒間保持し、熱処理する。この酸化性雰囲気下の急速熱処理では、熱処理温度を１０００℃以上にすることにより、ＯＳＦ核を消滅または不活性化させたり、格子間シリコンを注入してシリコン単結晶ウェーハＷのＮｖ領域をＮｉ領域に変化させたりすることができる。また、熱処理温度を１２７５℃以下にすることにより、シリコン単結晶ウェーハＷにＮｉ領域が存在している場合に、Ｎｉ領域がＩ領域になることを抑制することができる。
またこのとき、酸化性熱処理における熱処理温度を１０２５℃以上とすることができる。このようにすれば、ＯＳＦ核をより確実に消滅または不活性化させ、Ｎｖ領域のＮｉ領域化をより一層促進させることができる。
また、チャンバー１３内の酸化性雰囲気としては、例えば酸素を含む雰囲気を使用することができる。好ましくは、１００％酸素雰囲気とする。
酸化性雰囲気として、酸素を含む雰囲気を使用すれば、効率よくシリコン単結晶ウェーハＷの表面に酸化膜を形成することができる。
酸化性雰囲気として、酸素を含む雰囲気を使用すれば、効率よくシリコン単結晶ウェーハＷの表面に酸化膜を形成することができる。
（非酸化性雰囲気下での急速熱処理）
ここでは、前工程のＲＴＯにて形成した酸化膜を除去することなく、連続して、図３の急速熱処理装置１２を用い、非酸化性雰囲気下での急速熱処理（ＲＴＡ）をシリコン単結晶ウェーハＷに施す。このとき、ＲＴＯの熱処理温度以上の温度で１０−３０秒間熱処理することにより、シリコン単結晶ウェーハの表面に形成された酸化膜を介して、シリコン単結晶ウェーハＷの内部に空孔を注入する。また、このときのチャンバー１３内の雰囲気は、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気とすることができる。窒化性雰囲気としては、例えばＮＨ３、Ｎ２等の雰囲気が挙げられる。
ここでは、前工程のＲＴＯにて形成した酸化膜を除去することなく、連続して、図３の急速熱処理装置１２を用い、非酸化性雰囲気下での急速熱処理（ＲＴＡ）をシリコン単結晶ウェーハＷに施す。このとき、ＲＴＯの熱処理温度以上の温度で１０−３０秒間熱処理することにより、シリコン単結晶ウェーハの表面に形成された酸化膜を介して、シリコン単結晶ウェーハＷの内部に空孔を注入する。また、このときのチャンバー１３内の雰囲気は、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気とすることができる。窒化性雰囲気としては、例えばＮＨ３、Ｎ２等の雰囲気が挙げられる。
このＲＴＡでは、上述のように、熱処理温度をＲＴＯの温度より高温にすることにより空孔が注入されるが、ＲＴＯで形成された酸化膜を介して空孔を注入することにより、後に酸素析出熱処理等を施した際に、ウェーハ面内の酸素析出物の形成をより均一にすることができる。
更に、本発明はＲＴＯによる酸化膜を除去しないので、熱処理工程をより簡略化することができ、効率の面でも好ましい熱処理方法となる。
更に、本発明はＲＴＯによる酸化膜を除去しないので、熱処理工程をより簡略化することができ、効率の面でも好ましい熱処理方法となる。
また、本発明は、ＲＴＡの熱処理温度をＲＴＯの熱処理温度より２５℃以上高温とすることができる。具体的には、１０２５−１３００℃の温度範囲とすることが好ましい。このような熱処理温度であれば、酸化膜を介して空孔を注入する場合であっても、より効率よく空孔を注入することができるので、より一層好ましい。
以上のように、本発明の熱処理方法は、まず、一段目のＲＴＯにより、ＯＳＦ領域におけるＯＳＦ核の消滅又は不活性化を促進、及び格子間シリコンを注入してＮｖ領域のＮｉ領域化を促進させる。また、酸化膜を除去せず、酸化膜をつけたまま、ＲＴＯに連続して二段目のＲＴＡを行うことで、酸化膜を介して空孔を注入する。これらによって、Ｎｉ領域及びＮｖ領域が混在するウェーハであっても、酸素析出熱処理等で、面内均一に酸素析出物を形成することができ、さらにはＮ領域とＯＳＦ領域が混在するシリコン単結晶ウェーハであっても優れたＴＤＤＢ特性を得ることが可能である
また、連続した急速熱処理のため、熱処理に費やす時間が短時間で済む。このため、表層にＤＺ層を有し、ＴＤＤＢ特性が優れ、かつ、酸素析出熱処理等によってバルク領域内に十分なＢＭＤを形成することが可能なシリコン単結晶ウェーハを、効率的にコストをかけずに製造することが可能である。このとき、ＲＴＯ後、シリコン単結晶ウェーハを一旦冷却してからＲＴＡを行ってもよいし、ＲＴＯ後、シリコン単結晶ウェーハを冷却せずに熱処理雰囲気を切り替えてＲＴＡを行ってもよい。
尚、シリコン単結晶ウェーハの面内の酸素析出物を面内均一に形成するにはシリコン単結晶ウェーハの酸素濃度が低い方が容易となるが、酸素濃度が高い場合であっても、本発明ではＲＴＯ及びＲＴＡの熱処理条件を制御することにより、酸素析出物を面内均一に形成することが可能であるので、シリコン単結晶ウェーハの酸素濃度は特に限定されない。
以下、本発明の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）
まず、直径が２００ｍｍ、酸素濃度が１２ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興協会による換算係数を使用）、欠陥領域として最外周部にＯＳＦ領域を含むＣＯＰフリーのシリコン単結晶ウェーハを実施例１用に準備した。すなわち、最外周部にＯＳＦ領域を有するＮ領域ウェーハである。
まず、直径が２００ｍｍ、酸素濃度が１２ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興協会による換算係数を使用）、欠陥領域として最外周部にＯＳＦ領域を含むＣＯＰフリーのシリコン単結晶ウェーハを実施例１用に準備した。すなわち、最外周部にＯＳＦ領域を有するＮ領域ウェーハである。
そして、本発明の熱処理方法にあたる実施例１として、まず、図３に示すような急速熱処理装置１２を用い、上記準備したウェーハに、１００％酸素雰囲気中で、１２２５℃、１０秒の急速熱処理（一段目のＲＴＯ処理）を施した。このとき、シリコン単結晶ウェーハには、膜厚が１１〜１２．２ｎｍの酸化膜が形成された。
その後、この酸化膜をつけたまま、ＡｒとＮＨ３の混合雰囲気下で１２２５℃、１０秒の急速熱処理（二段目のＲＴＡ処理）を施した。このように、二段目の熱処理であるＲＴＡの熱処理温度は、一段目の熱処理であるＲＴＯの熱処理温度と同じとした。
その後、この酸化膜をつけたまま、ＡｒとＮＨ３の混合雰囲気下で１２２５℃、１０秒の急速熱処理（二段目のＲＴＡ処理）を施した。このように、二段目の熱処理であるＲＴＡの熱処理温度は、一段目の熱処理であるＲＴＯの熱処理温度と同じとした。
ＲＴＡ処理後、酸素析出熱処理等（条件：６００℃で６時間、８００℃で４時間、１０００℃で１６時間）を施し、シリコン単結晶ウェーハのＴＤＤＢ評価及びＢＭＤの評価を行った。
尚、ＢＭＤ評価は、シリコン単結晶ウェーハを劈開面に沿って分割し、その断面をエッチングした後に、観察することでＢＭＤの単位体積当たりの密度を測定した。
尚、ＢＭＤ評価は、シリコン単結晶ウェーハを劈開面に沿って分割し、その断面をエッチングした後に、観察することでＢＭＤの単位体積当たりの密度を測定した。
図４に、実施例１及び後述する実施例２−４のＴＤＤＢの評価結果を、図５に実施例１及び後述する実施例２−４のＢＭＤの評価結果を示す。
図５に示すように、上記のような本発明の熱処理方法に従って、熱処理を施すことで、特に、ウェーハ表面から深さ１００μｍの位置で、体積密度が７．０×１０８／ｃｍ３となり、ＢＭＤを十分に形成することができ、後述する比較例１、２よりも効率よく十分なＢＭＤを形成することができた。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、図４に示すように、その良品率は後述する比較例よりも良好な９７．８％となった。本発明によって、シリコン単結晶ウェーハ内部にＢＭＤを均一に形成でき、大きな酸素析出物が形成されるのを防ぎ、優れたＴＤＤＢ特性が得られたものと考えられる。
図５に示すように、上記のような本発明の熱処理方法に従って、熱処理を施すことで、特に、ウェーハ表面から深さ１００μｍの位置で、体積密度が７．０×１０８／ｃｍ３となり、ＢＭＤを十分に形成することができ、後述する比較例１、２よりも効率よく十分なＢＭＤを形成することができた。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、図４に示すように、その良品率は後述する比較例よりも良好な９７．８％となった。本発明によって、シリコン単結晶ウェーハ内部にＢＭＤを均一に形成でき、大きな酸素析出物が形成されるのを防ぎ、優れたＴＤＤＢ特性が得られたものと考えられる。
（実施例２）
ＲＴＯ及びＲＴＡの熱処理温度をいずれも１２５０℃に設定したこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
ＲＴＯ及びＲＴＡの熱処理温度をいずれも１２５０℃に設定したこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
その結果、図５に示すように、ウェーハ表面から深さ１００μｍの位置で、体積密度が６．０×１０８／ｃｍ３となり、十分なＢＭＤを形成でき、後述する比較例１、２よりも効率よく十分なＢＭＤを形成することができた。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、図４に示すように、その良品率は後述する比較例よりも良好な９８．０％となり、このことから、シリコン単結晶ウェーハ内部にＢＭＤを均一に形成できたと考えられる。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、図４に示すように、その良品率は後述する比較例よりも良好な９８．０％となり、このことから、シリコン単結晶ウェーハ内部にＢＭＤを均一に形成できたと考えられる。
（実施例３）
ＲＴＯの熱処理温度を１２２５℃、ＲＴＡの熱処理温度を１２５０℃、即ち、ＲＴＡの熱処理温度をＲＴＯの熱処理温度より２５℃高くしたこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
ＲＴＯの熱処理温度を１２２５℃、ＲＴＡの熱処理温度を１２５０℃、即ち、ＲＴＡの熱処理温度をＲＴＯの熱処理温度より２５℃高くしたこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
その結果、図５に示すように、特に、ウェーハ表面から深さ７５μｍの位置で、体積密度が２．６×１０９／ｃｍ３となり、十分な密度のＢＭＤを形成することができた。このように、非酸化性熱処理（ＲＴＡ）における熱処理温度を、酸化性熱処理（ＲＴＯ）の熱処理温度より２５℃以上高い温度とすることで、前述の実施例１、２よりも更に、高密度でＢＭＤを形成できることが確認された。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、図４に示すように、その良品率は１００％となり、このことから、ＲＴＡにおける熱処理温度を、ＲＴＯの熱処理温度より２５℃以上高い温度とすることで、シリコン単結晶ウェーハ内部にＢＭＤをより均一に形成できたと考えられる。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、図４に示すように、その良品率は１００％となり、このことから、ＲＴＡにおける熱処理温度を、ＲＴＯの熱処理温度より２５℃以上高い温度とすることで、シリコン単結晶ウェーハ内部にＢＭＤをより均一に形成できたと考えられる。
（実施例４）
ＲＴＯの熱処理温度を１２５０℃、ＲＴＡの熱処理温度を１２７５℃、即ち、ＲＴＡの熱処理温度をＲＴＯの熱処理温度より２５℃高くしたこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
ＲＴＯの熱処理温度を１２５０℃、ＲＴＡの熱処理温度を１２７５℃、即ち、ＲＴＡの熱処理温度をＲＴＯの熱処理温度より２５℃高くしたこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
その結果、図５に示すように、特に、ウェーハ表面から深さ７５μｍの位置で、体積密度が２．３×１０９／ｃｍ３となり、十分にＢＭＤを形成することができた。このように、非酸化性熱処理（ＲＴＡ）における熱処理温度を、酸化性熱処理（ＲＴＯ）の熱処理温度より２５℃以上高い温度とすることで、前述の実施例１、２よりも更に、高密度でＢＭＤを形成できることが確認された。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、図４に示すように、その良品率は１００％となり、このことから、ＲＴＡにおける熱処理温度を、ＲＴＯの熱処理温度より２５℃以上高い温度とすることで、シリコン単結晶ウェーハ内部にＢＭＤをより均一に形成できたと考えられる。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、図４に示すように、その良品率は１００％となり、このことから、ＲＴＡにおける熱処理温度を、ＲＴＯの熱処理温度より２５℃以上高い温度とすることで、シリコン単結晶ウェーハ内部にＢＭＤをより均一に形成できたと考えられる。
（比較例１）
ＲＴＯを熱処理温度９８０℃、熱処理時間２０秒とし、ＲＴＡ熱処理温度１１７５℃、熱処理時間１０秒としたこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
ＲＴＯを熱処理温度９８０℃、熱処理時間２０秒とし、ＲＴＡ熱処理温度１１７５℃、熱処理時間１０秒としたこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
その結果、図６に示すように、体積密度がピーク値で１．０５×１０８／ｃｍ３となり、前述の実施例１−４と比較すると、ＢＭＤの体積密度が低くなることが確認された。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、その良品率は６５．２％と前述の実施例１−４に大幅に劣っていた。これは、ＲＴＯにおける熱処理温度を１０００℃未満としたことで、シリコン単結晶ウェーハのＮｉ領域化が促進されず、面内でＢＭＤの密度にばらつきが生じたためと考えられる。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、その良品率は６５．２％と前述の実施例１−４に大幅に劣っていた。これは、ＲＴＯにおける熱処理温度を１０００℃未満としたことで、シリコン単結晶ウェーハのＮｉ領域化が促進されず、面内でＢＭＤの密度にばらつきが生じたためと考えられる。
（比較例２）
ＲＴＯの熱処理温度を１２２５℃、ＲＴＡの熱処理温度を１２００℃としたこと、即ち、ＲＴＡの熱処理温度をＲＴＯの熱処理温度未満としたこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
ＲＴＯの熱処理温度を１２２５℃、ＲＴＡの熱処理温度を１２００℃としたこと、即ち、ＲＴＡの熱処理温度をＲＴＯの熱処理温度未満としたこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
その結果、図６に示すように、体積密度がピーク値で３．５×１０７／ｃｍ３となり、前述の実施例１−４と比較すると、ＢＭＤの体積密度が大幅に低くなることが確認された。このように、ＲＴＡの熱処理温度をＲＴＯの熱処理温度未満とすると、空孔が注入されず、ＢＭＤが十分に形成されない。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、その良品率は８８．６％と実施例１−４に大幅に劣っていた。これは、ＲＴＯで残存した大きいサイズの酸素析出物が、その後のＲＴＡにおいて、周りの酸素を吸収し、大きなＢＭＤに成長したことが原因と考えられる。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、その良品率は８８．６％と実施例１−４に大幅に劣っていた。これは、ＲＴＯで残存した大きいサイズの酸素析出物が、その後のＲＴＡにおいて、周りの酸素を吸収し、大きなＢＭＤに成長したことが原因と考えられる。
（比較例３）
ＲＴＯ後に酸化膜を除去してから、ＲＴＡを行ったこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
ＲＴＯ後に酸化膜を除去してから、ＲＴＡを行ったこと以外は、実施例１と同様な条件で熱処理し、実施例１と同様な方法でＴＤＤＢ及びＢＭＤを評価した。
その結果、図６に示すように、体積密度がピーク値で１．０×１０９／ｃｍ３となり、前述の実施例１、２と同等の、体積密度となることが確認された。これは、酸化膜を除去したため、ＲＴＡにおいて空孔の注入が効率よくでき、ＢＭＤを十分に形成できたためである。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、良品率は８０．９％と実施例１−４に大幅に劣っていた。これは、前述の実施例１−４のように酸化膜を介して空孔を注入していないため、面内でＢＭＤの密度にばらつきが生じたことが原因と考えられる。
また、ＴＤＤＢのＣモード（真性故障）の評価を行ったところ、良品率は８０．９％と実施例１−４に大幅に劣っていた。これは、前述の実施例１−４のように酸化膜を介して空孔を注入していないため、面内でＢＭＤの密度にばらつきが生じたことが原因と考えられる。
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。
１…単結晶引き上げ装置、 ２…引き上げ室、 ３…ルツボ、 ４…ヒータ、
５…ルツボ保持軸、 ６…種結晶、 ７…シードチャック、
８…ワイヤ、 ９…断熱材、 １０…シリコン単結晶インゴット、
１１…シリコン融液、 １２…急速熱処理装置、 １３…チャンバー、
１４…加熱ランプ １５…オートシャッター、 １６…石英トレイ、
１７…３点支持部、 １８…バッファ、 １９…パイロメータ、
２０…ガス排気口、 Ｗ…シリコン単結晶ウェーハ。
５…ルツボ保持軸、 ６…種結晶、 ７…シードチャック、
８…ワイヤ、 ９…断熱材、 １０…シリコン単結晶インゴット、
１１…シリコン融液、 １２…急速熱処理装置、 １３…チャンバー、
１４…加熱ランプ １５…オートシャッター、 １６…石英トレイ、
１７…３点支持部、 １８…バッファ、 １９…パイロメータ、
２０…ガス排気口、 Ｗ…シリコン単結晶ウェーハ。
Claims (5)
- シリコン単結晶ウェーハの熱処理方法であって、
チョクラルスキー法により作製した、径方向の全面がＮ領域、又は径方向の全面がＯＳＦ領域とＮ領域が混在したシリコン単結晶ウェーハを、１０００−１２７５℃で１０−３０秒間、酸化性雰囲気下で急速熱処理する酸化性熱処理を実施し、
更に、該酸化性熱処理に連続して、当該酸化性熱処理で形成された酸化膜が付いたままのシリコン単結晶ウェーハを、前記酸化性熱処理における熱処理温度以上の温度で１０−３０秒間、非酸化性雰囲気下で急速熱処理する非酸化性熱処理を実施することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの熱処理方法。 - 前記非酸化性熱処理における熱処理温度を、前記酸化性熱処理の熱処理温度より２５℃以上高い温度とすることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶ウェーハの熱処理方法。
- 前記酸化性熱処理における熱処理温度を１０２５℃以上とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコン単結晶ウェーハの熱処理方法。
- 前記酸化性熱処理における酸化性雰囲気を、酸素を含む雰囲気とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のシリコン単結晶ウェーハの熱処理方法。
- 前記非酸化性熱処理における非酸化性雰囲気を、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のシリコン単結晶ウェーハの熱処理方法。
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