JP4107628B2

JP4107628B2 - シリコンウェーハにｉｇ効果を付与するための前熱処理方法

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Publication number: JP4107628B2
Application number: JP33532899A
Authority: JP
Inventors: 幸男室井; 浩小屋
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: JP2001156074A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）により作られた点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハにイントリンシックゲッタリング（以下、ＩＧ）効果を付与するための前熱処理方法に関する。更に詳しくは、酸素析出核を十分に発現し、デバイス製造工程の熱処理でＩＧ効果を発揮するシリコンウェーハにＩＧ効果を付与するための前熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路を製造する工程において、歩留りを低下させる原因として酸化誘起積層欠陥（Oxidation Induced Stacking Fault、以下、ＯＳＦという。）の核となる酸素析出物の微小欠陥や、結晶に起因したパーティクル（Crystal Originated Particle、以下、ＣＯＰという。）や、或いは侵入型転位（Interstitial-type Large Dislocation、以下、ＬＤという。）の存在が挙げられている。ＯＳＦは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。またＣＯＰは、鏡面研磨後のシリコンウェーハをアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄したときにウェーハ表面に出現する結晶に起因したピットである。このウェーハをパーティクルカウンタで測定すると、このピットも本来のパーティクルとともに光散乱欠陥として検出される。このＣＯＰは電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性（Time Dependent dielectric Breakdown、ＴＤＤＢ）、酸化膜耐圧特性（Time Zero Dielectric Breakdown、ＴＺＤＢ）等を劣化させる原因となる。またＣＯＰがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そして素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品の歩留りを低くする。更にＬＤは、転位クラスタとも呼ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハをフッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬するとピットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。このＬＤも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーション特性等を劣化させる原因となる。
【０００３】
以上のことから、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを減少させることが必要となっている。
このＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを有しない無欠陥のシリコンウェーハが特開平１１−１３９３号公報に開示されている。この無欠陥のシリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴット内での空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体がそれぞれ存在しないパーフェクト領域を［Ｐ］とするとき、パーフェクト領域［Ｐ］からなるインゴットから切出されたシリコンウェーハである。パーフェクト領域［Ｐ］は、格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域［Ｉ］と、シリコン単結晶インゴット内で空孔型点欠陥が支配的に存在する領域［Ｖ］との間に介在する。このパーフェクト領域［Ｐ］からなるシリコンウェーハは、インゴットの引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）とし、シリコン融液とインゴットとの界面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦがウェーハ中心部で消滅するように、Ｖ／Ｇ（ｍｍ²／分・℃）の値を決めて作られる。
一方、半導体デバイスメーカーの中には、ＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを有しない上に、デバイス工程で生じる金属汚染をゲッタリングする能力を有するシリコンウェーハを求めるメーカーがある。ゲッタリング能力が十分に備わっていないウェーハでは、デバイス工程で金属により汚染されると、接合リークや、金属不純物によるトラップ準位によるデバイスの動作不良等を生じ、これにより製品の歩留りが低下する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記パーフェクト領域［Ｐ］からなるインゴットから切出されたシリコンウェーハは、ＯＳＦ、ＣＯＰ及びＬＤを有しないけれども、デバイス製造工程の熱処理において、必ずしもウェーハ内部で酸素析出が起らず、これによりＩＧ効果が十分に得られないおそれがある。
本発明の目的は、領域［Ｐ_V］と領域［Ｐ_I］の混合領域からなる酸素濃度が０．８×１０¹⁸〜１．４×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（旧ＡＳＴＭ）のインゴットから切出されたシリコンウェーハであっても、点欠陥の凝集体の存在しないことに加えて、酸素析出核を十分に発現し、デバイス製造工程の熱処理によってＩＧ効果を発揮するシリコンウェーハにＩＧ効果を付与するための前熱処理方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、酸素ドナーキラー処理工程を不要とするシリコンウェーハにＩＧ効果を付与するための前熱処理方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、酸素濃度０．８×１０¹⁸〜１．４×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（旧ＡＳＴＭ）を有しかつ［Ｐ_V］と［Ｐ_I］の混合領域を有するようにＶ／Ｇを制御してチョクラルスキー法により引上げられたシリコン単結晶インゴットから切出されたシリコンウェーハに対して、９００℃で２時間第１熱処理した後、１０００℃で０．５時間第２熱処理し、更に８００℃で１．５時間第３熱処理する際の前熱処理方法において、第１熱処理の前に、窒素ガス雰囲気下、６００〜８５０℃で３０〜９０分間保持することを特徴とするシリコンウェーハにＩＧ効果を付与するための前熱処理方法である。
但し、［Ｐ_V］は空孔型点欠陥が支配的に存在する領域［Ｖ］に隣接しかつ格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域［Ｐ］に属しＣＯＰ又はＦＰＤを形成し得る空孔濃度以下の領域であり、［Ｐ_I］は格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域［Ｉ］に隣接しかつ前記領域［Ｐ］に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域であり、Ｖはインゴットの引上げ速度であり、Ｇはシリコン融液とインゴットとの界面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配である。
【０００６】
請求項１に係る発明では、インゴットの酸素濃度が０．８×１０¹⁸〜１．４×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（旧ＡＳＴＭ）である場合であって、シリコンウェーハが領域［Ｐ_V］と領域［Ｐ_I］の混合領域からなるときには、このインゴットから切出されたシリコンウェーハを上記条件で前熱処理すると、結晶成長時に酸素析出核が導入されない領域［Ｐ_I］にも酸素析出核が発現し、同時に結晶成長時に酸素析出核が導入されている領域［Ｐ_V］ではその酸素析出核の密度が高まる。従って、上記前熱処理を行ったウェーハを半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱処理、具体的には、９００℃で２時間第１熱処理した後、１０００℃で０．５時間第２熱処理し、更に８００℃で１．５時間第３熱処理すると、上記酸素析出核が酸素析出物（Bulk Micro Defect、以下、ＢＭＤＤという。）に成長し、領域［Ｐ_V］と領域［Ｐ_I］の混合領域からなるウェーハであっても、ウェーハ全面にわたってＩＧ効果を有するようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のシリコンウェーハは、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からインゴットをボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルで引上げた後、このインゴットをスライスして作製される。
一般的に、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からシリコン単結晶のインゴットを引上げたときには、シリコン単結晶における欠陥として、点欠陥（point defect）と点欠陥の凝集体（agglomerates：三次元欠陥）が発生する。点欠陥は空孔型点欠陥と格子間シリコン型点欠陥という二つの一般的な形態がある。空孔型点欠陥は一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常的な位置の一つから離脱したものである。このような空孔が空孔型点欠陥になる。一方、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置（インタースチシャルサイト）で発見されるとこれが格子間シリコン点欠陥になる。
【０００８】
点欠陥は一般的にシリコン融液（溶融シリコン）とインゴット（固状シリコン）の間の接触面で形成される。しかし、インゴットを継続的に引上げることによって接触面であった部分は引上げとともに冷却し始める。冷却の間、空孔型点欠陥又は格子間シリコン型点欠陥は拡散により互いに合併して、空孔型点欠陥の凝集体（vacancy agglomerates）又は格子間シリコン型点欠陥の凝集体（interstitial agglomerates）が形成される。言い換えれば、凝集体は点欠陥の合併に起因して発生する三次元構造である。
空孔型点欠陥の凝集体は前述したＣＯＰの他に、ＬＳＴＤ（Laser Scattering Tomograph Defects）又はＦＰＤ（Flow Pattern Defects）と呼ばれる欠陥を含み、格子間シリコン型点欠陥の凝集体は前述したＬＤと呼ばれる欠陥を含む。ＦＰＤとは、インゴットをスライスして作製されたシリコンウェーハを３０分間セコエッチング（Secco etching、ＨＦ：Ｋ₂Ｃｒ₂Ｏ₇(0.15mol/l)＝２：１の混合液によるエッチング）したときに現れる特異なフローパターンを呈する痕跡の源であり、ＬＳＴＤとは、シリコン単結晶内に赤外線を照射したときにシリコンとは異なる屈折率を有し散乱光を発生する源である。
【０００９】
ボロンコフの理論は、欠陥の数が少ない高純度インゴットを成長させるために、インゴットの引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、インゴットとシリコン融液の界面近傍のインゴット中の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするときに、Ｖ／Ｇ（ｍｍ²／分・℃）を制御することである。この理論では、図１に示すように、Ｖ／Ｇをよこ軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型点欠陥濃度を同一のたて軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説明している。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される反面、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される。図１において、［Ｉ］は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン型点欠陥が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)₁以下）を示し、［Ｖ］はインゴット内での空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)₂以上）を示し、［Ｐ］は空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域（(Ｖ／Ｇ)₁〜(Ｖ／Ｇ)₂）を示す。領域［Ｐ］に隣接する領域［Ｖ］にはＯＳＦ核を形成する領域［ＯＳＦ］（(Ｖ／Ｇ)₂〜(Ｖ／Ｇ)₃）が存在する。
【００１０】
このパーフェクト領域［Ｐ］は更に領域［Ｐ_I］と領域［Ｐ_V］に分類される。［Ｐ_I］はＶ／Ｇ比が上記(Ｖ／Ｇ)₁から臨界点までの領域であり、［Ｐ_V］はＶ／Ｇ比が臨界点から上記(Ｖ／Ｇ)₂までの領域である。即ち、［Ｐ_I］は領域［Ｉ］に隣接し、かつ侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン型点欠陥濃度未満の格子間シリコン型点欠陥濃度を有する領域であり、［Ｐ_V］は領域［Ｖ］に隣接し、かつＯＳＦを形成し得る最低の空孔型点欠陥濃度未満の空孔型点欠陥濃度を有する領域である。
本発明の所定の引上げ速度プロファイルは、インゴットがホットゾーン炉内のシリコン溶融物から引上げられる時、温度勾配に対する引上げ速度の比（Ｖ／Ｇ）が格子間シリコン型点欠陥の凝集体の発生を防止する第１臨界比（(Ｖ／Ｇ)₁）以上であって、空孔型点欠陥の凝集体をインゴットの中央にある空孔型点欠陥が支配的に存在する領域内に制限する第２臨界比（(Ｖ／Ｇ)₂）以下に維持されるように決められる。
【００１１】
この引上げ速度のプロファイルは、実験的に基準インゴットを軸方向にスライスすることで、又はこれらの技術を組合わせることで、シミュレーションによって上記ボロンコフの理論に基づき決定される。即ち、この決定は、シミュレーションの後、軸方向にスライスしたインゴットを横断方向にスライスしてウェーハ状態で確認し、更にシミュレーションを繰り返すことによりなされる。シミュレーションのために複数種類の引上げ速度が所定の範囲で決められ、複数個の基準インゴットが成長される。図２に示すように、シミュレーションのための引上げ速度プロファイルは１．２ｍｍ／分のような高い引上げ速度（a）から０．５ｍｍ／分の低い引上げ速度（c）及び再び高い引上げ速度（d）に調整される。上記低い引上げ速度は０．４ｍｍ／分又はそれ以下であることもあってもよく、引上げ速度（b）及び（d）での変化は線形的なものが望ましい。
異なった速度で引上げられた複数個の基準インゴットは各別に軸方向にスライスされる。最適のＶ／Ｇが軸方向のスライス、ウェーハの確認及びシミュレーションの結果の相関関係から決定され、続いて最適な引上げ速度プロファイルが決定され、そのプロファイルでインゴットが製造される。実際の引上げ速度プロファイルは所望のインゴットの直径、使用される特定のホットゾーン炉及びシリコン融液の品質等を含めてこれに限定されない多くの変数に依存する。
【００１２】
引上げ速度を徐々に低下させてＶ／Ｇを連続的に低下させたときのインゴットの断面図を描いてみると、図３に示される事実が分かる。図３には、インゴット内での空孔型点欠陥が支配的に存在する領域が［Ｖ］、格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域が［Ｉ］、及び空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域が［Ｐ］としてそれぞれ示される。前述したようにパーフェクト領域［Ｐ］は更に領域［Ｐ_I］と領域［Ｐ_V］に分類される。領域［Ｐ_V］はパーフェクト領域［Ｐ］の中でも凝集体にならない空孔型点欠陥が存在する領域であり、領域［Ｐ_I］はパーフェクト領域［Ｐ］の中でも凝集体にならない格子間シリコン型点欠陥が存在する領域である。
図３に示すように、インゴットの軸方向位置Ｐ₁は、中央に空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を含む。位置Ｐ₃は格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在するリング領域及び中央のパーフェクト領域を含む。また位置Ｐ₂は、本発明に関連する中央に空孔型点欠陥の凝集体もなく、縁部分に格子間シリコン型点欠陥の凝集体もないので全てパーフェクト領域である。
【００１３】
図３から明らかなように、位置Ｐ₁に対応したウェーハＷ₁は、中央に空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を含む。位置Ｐ₃に対応したウェーハＷ₃は、格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在するリング及び中央のパーフェクト領域を含む。また位置Ｐ₂に対応したウェーハＷ₂は、本発明に係るウェーハであって、中央に空孔型点欠陥の凝集体もないし、縁部分に格子間シリコン型点欠陥の凝集体もないので全てパーフェクト領域であって、領域［Ｐ_V］と領域［Ｐ_I］とが混在する領域である。この空孔型点欠陥が支配的に存在する領域のパーフェクト領域に接する僅かな領域（図１の(Ｖ／Ｇ)₂〜(Ｖ／Ｇ)₃）は、ウェーハ面内でＣＯＰもＬＤも発生していない領域である。しかしこのシリコンウェーハＷ₁に対して、従来のＯＳＦ顕在化熱処理に従った、酸素雰囲気下、１０００℃±３０℃の温度で２〜５時間熱処理し、引続き１１３０℃±３０℃の温度で１〜１６時間熱処理すると、ＯＳＦを生じる。図４Ａに示すように、ウェーハＷ₁ではウェーハの半径の１／２付近にＯＳＦリングが発生する。このＯＳＦリングで囲まれた空孔型点欠陥が支配的に存在する領域はＣＯＰが出現する傾向がある。
【００１４】
なお、ＣＯＰやＬＤなどの点欠陥の凝集体は検出方法によって検出感度、検出下限値が異なる値を示すことがある。そのため、本明細書において、「点欠陥の凝集体が存在しない」の意味は、鏡面加工されたシリコン単結晶を無攪拌セコエッチングを施した後に光学顕微鏡により、観察面積とエッチング取り代との積を検査体積として観察した際に、フローパターン（空孔型欠陥）及び転位クラスタ（格子間シリコン型点欠陥）の各凝集体が１×１０^-3ｃｍ³の検査体積に対して１個欠陥が検出された場合を検出下限値（１×１０³個／ｃｍ³）とするとき、点欠陥の凝集体の数が上記検出下限値以下であることをいう。
【００１５】
本発明のシリコンウェーハは上述したウェーハＷ₂であって、その平面図は図４Ｂに示される。ウェーハＷ₂は本発明の前熱処理によりこのウェーハＷ₂に所望の密度以上の酸素析出核を発生させるために、その酸素濃度が０．８×１０¹⁸〜１．４×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（旧ＡＳＴＭ）であることが必要である。
【００１６】
次に上記シリコンウェーハＷ₂の前熱処理について説明する。
この前熱処理はウェーハＷ₂を窒素ガス雰囲気下、６００〜８５０℃で３０〜９０分間保持することにより行われる。加熱は６００〜８５０℃に維持された熱処理炉にウェーハを導入してウェーハを５０〜１００℃／分の速度で昇温するようにすることが好ましい。保持温度が６００℃未満又は保持時間が３０分未満の場合には、酸素析出核が十分に増加せず、半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程で熱処理、具体的には、９００℃で２時間第１熱処理した後、１０００℃で０．５時間第２熱処理し、更に８００℃で１．５時間第３熱処理を行ったときに、ＩＧ効果を奏するのに必要なＢＭＤ密度が得られない。保持温度が８５０℃を越える場合には、領域［Ｐ_I］の酸素析出核密度が低いため、デバイス製造工程で熱処理を行ったときにＩＧ効果を奏するに必要なＢＭＤ密度が得られない。保持温度が６００〜８５０℃で保持温度が９０分を越える場合には、酸素析出核形成に伴う格子間型点欠陥の過多によって、酸素析出核の析出量の抑制を生じる。保持時間が２５０分以上では生産性が低下する。
【００１７】
この前熱処理の条件は、ウェーハの裏面に化学気相堆積法（ＣＶＤ法、Chemical Vapor Deposition法）でポリシリコン層を形成するときの熱処理条件（保持温度６５０℃±３０℃、保持時間５〜３００分）に含まれるため、このＣＶＤ法によるウェーハ裏面へのポリシリコン層の形成を請求項１に係る前熱処理条件に従って行えば、ポリシリコン層の形成によって、本発明の目的を達成することができる。このときのポリシリコン層の厚さは０．１〜２．０μｍである。ポリシリコン層をウェーハ裏面に形成することにより、ポリシリコン層に接するウェーハ裏面近傍に酸素析出核がより一層増大するようになる。なお、このウェーハの形態は、ポリシリコン層をそのまま残存させてもよいし、或いはフッ酸及び硝酸の混酸を水又は酢酸で希釈した酸エッチング液、又はＫＯＨ若しくはＮａＯＨを水に希釈したアルカリエッチング液によりポリシリコン層を除去してもよい。
更に上記前熱処理を行うことにより、ウェーハプロセスのうちの酸素ドナーキラー処理が不要となる。
【００１８】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１＞
シリコン単結晶引上げ装置を用いて直径８インチのボロン（Ｂ）がドープされたｐ型のシリコンインゴットを引上げた。このインゴットは直胴部の長さが１２００ｍｍ、結晶方位が（１００）、抵抗率が約１０Ωｃｍ、酸素濃度が１．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（旧ＡＳＴＭ）であった。インゴットは、引上げ時のＶ／Ｇを０．２４ｍｍ²／分℃から０．１８ｍｍ²／分℃まで連続的に減少させながら、同一条件で２本育成した。そのうちの１本のインゴットは図３に示すように引上げ方向にインゴット中心を切断し、各領域の位置を調べ、別の１本から図３のＰ₂に対応する位置のシリコンウェーハＷ₂を切出し、試料とした。この例では試料となるウェーハは、中心部に領域［Ｐ_V］を有し、その周囲に領域［Ｐ_I］を有し、更にその周囲に領域［Ｐ_V］を有する図４Ｂに示すウェーハＷ₂である。
インゴットから切出し鏡面研磨したこのウェーハＷ₂を窒素雰囲気下、６５０℃で３０分間保持する前熱処理を行った。
【００１９】
＜実施例２＞
実施例１と同じインゴットから切出し鏡面研磨したウェーハＷ₂の前熱処理温度を６５０℃、保持時間を９０分とした以外は、実施例１と同様に前熱処理した。
＜実施例３＞
実施例１と同じインゴットから切出し鏡面研磨したウェーハＷ₂の前熱処理温度を７５０℃、保持時間を６０分とした以外は、実施例１と同様に前熱処理した。
【００２０】
＜実施例４＞
実施例１と同じインゴットから切出し鏡面研磨したウェーハＷ₂の前熱処理温度を７５０℃、保持時間を９０分とした以外は、実施例１と同様に前熱処理した。
＜実施例５＞
実施例１と同じインゴットから切出し鏡面研磨したウェーハＷ₂の前熱処理温度を８５０℃、保持時間を３０分とした以外は、実施例１と同様に前熱処理した。
【００２１】
＜比較例１＞
実施例１と同じインゴットから切出し鏡面研磨したウェーハＷ₂の前熱処理を行わなかった。
＜比較例２＞
実施例１と同じインゴットから切出し鏡面研磨したウェーハＷ₂の前熱処理温度を６５０℃、保持時間を１００分とした以外は、実施例１と同様に前熱処理した。
＜比較例３＞
実施例１と同じインゴットから切出し鏡面研磨したウェーハＷ₂の前熱処理温度を７５０℃、保持時間を２０分とした以外は、実施例１と同様に前熱処理した。
＜比較例４＞
実施例１と同じインゴットから切出し鏡面研磨したウェーハＷ₂の前熱処理温度を８００℃、保持時間を１００分とした以外は、実施例１と同様に前熱処理した。
【００２２】
＜比較評価＞
実施例１〜５及び比較例１〜４のウェーハＷ₂を各４枚用意し、これら４枚のウェーハＷ₂の表面にＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕの金属元素をそれぞれ含む４種類の溶液を各別に滴下し、スピンコートすることにより、４枚のウェーハ全面をそれぞれＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕで強制的に汚染した。汚染した全てのウェーハＷ₂を９００℃で２時間熱処理した後、１０００℃で０．５時間、更に８００℃で１．５時間熱処理して、それぞれの金属元素をウェーハのバルク中に拡散させた。この汚染後の熱処理は、半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程の熱処理に相応する。
汚染した金属のＩＧ効果を確かめるため、これらのウェーハをセコエッチング溶液で厚さ約２μｍだけエッチングし、集光燈下でヘイズの有無を観察した。実施例１〜５及び比較例１〜４のヘイズの有無の状況を表１に示す。また実施例１の光学顕微鏡写真を図５に、比較例１の光学顕微鏡写真を図６にそれぞれ示す。図５Ａ及び図６ＡはＦｅ汚染した実施例１及び比較例１のウェーハの４分の１をそれぞれ示す。以下同様に、図５Ｂ及び図６ＢはＣｒ汚染、図５Ｃ及び図６ＣはＮｉ汚染、図５Ｄ及び図６ＤはＣｕ汚染した実施例１及び比較例１のウェーハの４分の１をそれぞれ示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１、図５及び図６から明らかなように、比較例１〜４のウェーハの領域［Ｐ_I］にのみヘイズが現れた。これは比較例１〜４の熱処理条件ではウェーハの酸素析出核密度が低いため、汚染後の熱処理によってＩＧ効果を発現していないためと考えられる。これに対して実施例１〜５のウェーハではヘイズが現れず、領域［Ｐ_V］及び領域［Ｐ_I］の全面にわたって酸素析出核密度が高く、ＩＧ効果を有していることが判った。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の前熱処理方法によれば、領域［Ｐ_V］と領域［Ｐ_I］の混合領域からなりかつ酸素濃度が０．８×１０¹⁸〜１．４×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（旧ＡＳＴＭ）であるシリコンウェーハに対して、９００℃で２時間第１熱処理した後、１０００℃で０．５時間第２熱処理し、更に８００℃で１．５時間第３熱処理する際の前熱処理方法の改良であり、第１熱処理の前に、窒素ガス雰囲気下、６００〜８５０℃で３０〜９０分間保持することにより、点欠陥の凝集体が存在しないことに加えて、領域［Ｐ_I］にも所望の密度以上の酸素析出核が形成される。この前熱処理を終了したウェーハは半導体デバイスメーカーのデバイス製造工程の熱処理を行うことによってＩＧ効果を発揮することができる。
更に本発明の前熱処理を行うことにより、従来行われていた酸素ドナーキラー処理が不要となる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボロンコフの理論を基づいた、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔豊富インゴットが形成され、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン豊富インゴットが形成されることを示す図。
【図２】所望の引上げ速度プロファイルを決定するための引上げ速度の変化を示す特性図。
【図３】本発明による基準インゴットの空孔が支配的に存在する領域、格子間シリコンが支配的に存在する領域及びパーフェクト領域を示すＸ線トポグラフィの概略図。
【図４】Ａ図３の位置Ｐ₁に対応するシリコンウェーハＷ₁にＯＳＦリングが出現する状況を示すウェーハＷ₁の平面図。
Ｂ図３の位置Ｐ₂に対応するシリコンウェーハＷ₂の平面図。
【図５】実施例１のウェーハＷ₂を金属汚染させ、金属をバルク中に拡散させた後のヘイズの有無を示す光学顕微鏡写真図。
【図６】比較例１のウェーハＷ₂を金属汚染させ、金属をバルク中に拡散させた後のヘイズの有無を示す光学顕微鏡写真図。

Claims

酸素濃度０．８×１０¹⁸〜１．４×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（旧ＡＳＴＭ）を有しかつ［Ｐ_V］と［Ｐ_I］の混合領域を有するようにＶ／Ｇを制御してチョクラルスキー法により引上げられたシリコン単結晶インゴットから切出されたシリコンウェーハに対して、９００℃で２時間第１熱処理した後、１０００℃で０．５時間第２熱処理し、更に８００℃で１．５時間第３熱処理する際の前熱処理方法において、
前記第１熱処理の前に、窒素ガス雰囲気下、６００〜８５０℃で３０〜９０分間保持することを特徴とするシリコンウェーハにＩＧ効果を付与するための前熱処理方法。
但し、［Ｐ_V］は空孔型点欠陥が支配的に存在する領域［Ｖ］に隣接しかつ格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域［Ｐ］に属しＣＯＰ又はＦＰＤを形成し得る空孔濃度以下の領域であり、［Ｐ_I］は格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域［Ｉ］に隣接しかつ前記領域［Ｐ］に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域であり、Ｖはインゴットの引上げ速度であり、Ｇはシリコン融液とインゴットとの界面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配である。
前熱処理が化学気相堆積法によりシリコンウェーハの裏面にポリシリコン層を形成する工程中に行われる請求項１記載の前熱処理方法。