JP4617751B2 - シリコンウェーハおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、チョクラルスキー法により製造されたシリコン単結晶インゴットをスライスしたシリコンウェーハの製造方法に関し、スリップ転位を抑制してウェーハの強度を改善する際に用いて好適な技術に関するものである。

半導体デバイスなどの基板として用いられる単結晶シリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴットをスライスして、熱処理や鏡面加工等を行うことにより製造される。こうしたシリコン単結晶インゴットの製造方法としては、例えば、チョクラルスキー法（ＣＺ法）やが挙げられる。このＣＺ法は、大口径の単結晶インゴットを得やすいことや、欠陥の制御が比較的容易であるなどの理由により、シリコン単結晶インゴットの製造の大部分を占める

単結晶シリコンウェーハに半導体デバイスを形成するには、デバイス形成領域に結晶欠陥がないことが求められる。回路を形成する面に結晶欠陥が存在すると、その欠陥部分から回路破壊等を引き起こす原因となる。ＣＺ法によって引上げられたシリコン単結晶は、酸素を格子間に過飽和に取り込んでいるが、こうした過飽和酸素は、その後のウェーハ加工工程でのアニール処理において、ＢＭＤ（Balk Micro Defect）と称される微小欠陥を誘起する原因となる。

一方、こうしたＢＭＤは、結晶欠陥の原因となる金属不純物などをゲッターする作用があるため、シリコンウェーハのアニールを行うことによって、シリコンウェーハの内部にＢＭＤを誘起してＩＧ（Intrinsic Gettering）層を形成し不純物ゲッターとするとともに、シリコンウェーハの表面に結晶欠陥の限りなく少ないＤＺ（Denuded Zone）層を形成するＤＺ−ＩＧ法等が知られている。
特開２００２−１３４５２１号公報

ところが、こうしたＤＺ（Denuded Zone）層を形成したシリコンウェーハは、その後のデバイス製作時などのアニール工程において、ウェーハ内に転位欠陥（Slip）が発生し易いという課題があった。特に、熱処理ボート等によって支持した状態でアニールをおこなうと、ウェーハの裏面周辺の支持されている部分からslip転位が伸展することがあり、製造工程中にウェーハが損傷したり、ウェーハの破壊といった事態が生じる懸念がある。このため、例えば、特許文献１ではＤＺ層形成熱処理時に熱処理ボートとシリコンウェーハとの接触によって生じるウェーハ裏面のダメージ（接触傷）を、エッチングあるいは機械加工により除去することにより、転位欠陥（Slip）の発生を抑制する方法が提案されている。

ところがＤＺ層を形成したシリコンウェーハは、酸素の外方拡散によりＤＺ層内の酸素濃度が非常に低い状態になっていることから、根本的にウェーハの強度が低く、デバイス製作時などのアニール工程において微少傷、転位などが発生した場合にslip転位が容易に伸展してしまい、ウェーハ裏面のダメージ層を除去するだけでは転位欠陥（Slip）の発生を十分に抑制できない問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、結晶欠陥の極めて少ないＤＺ層を備えつつ、強度特性に優れたシリコンウェーハおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、シリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハをアニールして、シリコンウェーハの中心部にＢＭＤ層を形成するとともに、前記シリコンウェーハの第１面側と第２面側に該ＢＭＤ層を覆うＤＺ層を形成する工程と、前記第２面側のＤＺ層だけを除去して、前記第２面側でＢＭＤ層を露出させる工程と、を備えたことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法が提供される。

前記シリコンウェーハの周縁に形成されたＤＺ層を除去する工程を更に備えていてもよい。前記シリコンウェーハのアニールは、非酸化性雰囲気で少なくとも１０００℃以上の環境下で行うのが好ましい。
前記シリコンウェーハの前記第２面側のＤＺ層だけを除去する工程により、前記第２面側の酸素濃度を１０×１０^１７ａｔｍｓ／ｃｍ^３以上にするのが好ましい。

前記ＤＺ層を除去する工程は、鏡面研磨によってＤＺ層の厚みを減じる工程であればよい。そして、上述したシリコンウェーハの製造方法により加工されたシリコンウェーハが提供される。

また、本発明によれば、シリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハの第１面側または第２面側のいずれか一方に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を形成したシリコンウェーハをアニールする工程とを備えたことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法が提供される。

前記シリコンウェーハのアニールは、非酸化性雰囲気で少なくとも１１５０℃以上の環境下で行うのが好ましい。そして、上述したシリコンウェーハの製造方法により加工されたシリコンウェーハが提供される。

さらに、本発明によれば、シリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハを少なくとも１１５０℃以上で非酸化性雰囲気から酸化雰囲気に変化させてアニールし、前記シリコンウェーハの第１面側と第２面側に酸化膜を形成する工程と、前記第１面側と第２面側にそれぞれ形成された酸化膜のうち、いずれか一方の面の酸化膜または、両方の面の酸化膜を除去する工程とを備えたことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法が提供される。
前記酸化膜は、少なくとも２０ｎｍ以上の厚みになるように形成されればよい。そして、上述したシリコンウェーハの製造方法により加工されたシリコンウェーハが提供される。

本願発明者らは、ウェーハをアニール処理する際、ウェーハ裏面を支持した部分から熱応力によりSlip転位が発生することあるが、このslip転位の伸展度合いが、ウェーハに形成されたＤＺ層の厚み寸法、すなわち、ウェーハ裏面（アニール時の支持面）におけるＯｉ濃度に依存することを見出した。これは、Slip転位が発生したした際に、転位付近において形成する酸素析出物がSlip転位を固着することで、転位の伸張を止めることができるが、発生したslip転位を止めるために必要な析出物の密度及び大きさが充分でないとslip転位の伸展が抑制されないためであると考えられる。したがって、ウェーハの強度を低下するおそれのあるslip転位の伸展を抑制するためには、ウェーハ裏面（被支持面）表面におけるslip転位発生位置付近に充分な充分なＯｉ濃度を有するように構成すればよい。

このため、本願発明者らはウェーハの強度を維持するために、ウェーハ裏面（支持面）における酸素濃度を所定の状態にする、すなわち、ウェーハ裏面のＤＺ層を除去してバルク層（ＢＭＤ層）を露出させる手段か、ウェーハ裏面（支持面）における酸素濃度を、slip転位固着に必要な密度・大きさを有する析出物を生じる酸素濃度になるように設定する、すなわち、ウェーハ裏面に酸化膜のある状態でアニールをおこなうよう設定する手段を採用したものである。

ここで、酸化膜を積層することでSlip転位を抑制することができることを説明する。
図７はＯｉ濃度とウェーハ厚み方向との関係を示す模式グラフである。
図７にＳで示すように、スライスされたウェーハ（鏡面研磨後のウェーハ）におけるＯｉ濃度は、ほぼ一定である。ＤＺ層形成時のアニール時において、酸化膜がない状態では、図７にＡで示すように、ウェーハ表面から格子間酸素が外方拡散（Out-diffusion）して、ウェーハ表面付近でＯｉ濃度が低下してしまう。これに対し、酸化膜を積層した状態でアニールすると、図７にＹで示すように、ウェーハ表面付近におけるＯｉ濃度の低下が抑制される。その結果、slip転位固着に必要な密度・大きさを有する析出物を生じる酸素濃度になり、Slip転位を抑制するに充分な状態を維持することが可能となると考えられる。なお、図７は、アニール時においては、ＢＭＤ層にあたる部分のＯｉ濃度の挙動に関しては詳細に示すものではない。なお、本発明で採用する酸素濃度は全てASTM-F121-1979による値である。

本発明のシリコンウェーハの製造方法によれば、第２面（アニール時支持面）のＤＺ層を除去することによって第２面にＢＭＤ層が露出しているため、転位が格子間酸素に起因した析出物によって固着されて転位の伸展が抑制されるので、ＤＺ層が露出した第１面にデバイスを形成する前に所望の特性を持たせるなどの際にアニール処理を行う場合、アニール処理中にSlip転位が発生したとしても、Slip転位付近における酸素析出物の形成により転位の伸張が止まり、Slip転位に起因するウェーハ強度の低下が抑制される。これにより、デバイス形成に不可欠なＤＺ層を備え、かつ強度が大きいシリコンウェーハを実現することができる。

また、本発明のシリコンウェーハの製造方法によれば、少なくとも第２面に酸化膜を形成することによって第２面に酸化膜が露出しているため、酸化膜によってアニール時におけるウェーハの酸素濃度低下が抑制され、その結果、slip転位の伸張を抑制するのに充分な酸素濃度を維持して、後工程でアニール処理を行う際に、アニール時におけるslip転位の伸展を抑制することができる。これにより、Slip転位によるウェーハ強度の低下が抑制され、デバイス形成に不可欠なＤＺ層を備え、かつ強度が大きいシリコンウェーハを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明のシリコンウェーハを示す模式図である。なお、図示したシリコンウェーハは説明のため、実際よりも厚みを誇張して描かれていることに留意されたい。本発明のシリコンウェーハ１０は、後工程でデバイスを形成する第１面１１にＤＺ（Denuded Zone）層１２が露出しており、同様に、周縁面１５および面取り面１６，１７にＤＺ（Denuded Zone）層１２が露出している。また、アニール時に被支持面となるとともにデバイス形成面の裏面となる第２面１３にはＢＭＤ（Balk Micro Defect）層１４が露出している。

ＤＺ層１２は結晶欠陥が存在しない層とされ、後工程において、表面にデバイスが形成される。ＢＭＤ層１４は、第２面１３近傍における酸素濃度が、例えば１０×１０^１７ａｔｍｓ／ｃｍ^３ 以上とされており、ゲッタリング層（ＩＧ層）とされる。本発明のシリコンウェーハ１０では、こうしたＢＭＤ層１４がデバイス形成面の裏面となる第２面１３に露出していることが特徴とされる。
後述するアニール時に熱処理治具等によって支持される第２面１３における酸素濃度は、８×１０^１７ａｔｍｓ／ｃｍ^３ 以上とされることが好ましく、１０×１０^１７ａｔｍｓ／ｃｍ^３ 以上とされることがより好ましい。ここで、上記の値が、８×１０^１７ａｔｍｓ／ｃｍ^３ より小さい場合には、充分な析出物が形成されず、slip転位が伸展してしましウェーハ強度が低下するため好ましくない。また、１０×１０^１７ａｔｍｓ／ｃｍ^３ より小さい場合には、Slip転位伸展を抑制する析出物は一応できるが、ウェーハ面内方向において、この析出物形成が不充分な部分が生じるような密度分布を生じる可能性があるため好ましくない。

本発明のシリコンウェーハ１０によれば、第２面１３にＢＭＤ層１４が露出していることにより、後工程の熱処理において、第２面１３に転位欠陥（Slip）が発生した場合でも伸展することが抑制される。これは、シリコン中の転位の運動は格子間酸素濃度に大きく依存することに起因する。酸素濃度の高いシリコンウェーハでは転位線上に微小な析出物が形成することで転位が固着され、転位が運動するには大きな熱応力が必要となる。ところが、酸素濃度が低いＤＺ層で転位が発生した場合には、格子間酸素による転位の固着効果が期待できない。ＤＺ層で運動を始めた転位はＤＺ層より深く酸素濃度が高いＢＭＤ層（バルク領域）においてもその運動を止めることはなくSlip転位は伸展する。したがって第２面１３にＢＭＤ層１４が充分露出していることが必要である。

アニール時にslip転位の発生しやすい第２面１３にＢＭＤ層１４を露出させることで、転位の伸展が第２面１３表面近傍に位置する格子間酸素による析出物によって抑制されるので、シリコンウェーハ１０は後工程の熱処理を経ても強度の低下が抑制される。これにより、ＤＺ層１２を備え、かつ強度が大きいシリコンウェーハ１０を実現することができる。

なお、図２に示すように、シリコンウェーハ２０の周縁面２５もＢＭＤ層２４が露出する構造であってもよい。
このシリコンウェーハ２０は、後工程でデバイスを形成する第１面２１にＤＺ層２２が露出しており、同様に、面取り面２６にＤＺ（Denuded Zone）層２２が露出している。また、デバイス形成面の裏面となる第２面２３にはＢＭＤ層２４が露出しており、同様に、周縁面２５および面取り面２７にＤＺ（Denuded Zone）層１２が露出している。ここで、シリコンウェーハ２０の周縁面２５の第１面２１側にはＤＺ層２２が露出している。

このようなシリコンウェーハ２０においては、第２面２３にＢＭＤ層２４を露出させることで、転位の伸展が析出物によって抑制され、さらにシリコンウェーハ２０の周縁面２５もＢＭＤ層２４が露出していることで、シリコンウェーハ２０の周縁面２５および面取り面１７における転位の伸張をも抑制されているので、後工程において衝撃を受けやすいシリコンウェーハ２０の周縁面２５や面取り面２７付近において必要充分な強度を維持し、破損等の危険性を低減して、シリコンウェーハ２０の強度をより一層強く保つことが可能になる。

次に、上述した構成のシリコンウェーハを形成するための、本発明のシリコンウェーハの製造方法を説明する。
図３は本発明のシリコンウェーハの製造方法の概要を示す説明図である。ＣＺ法によって引上げられたシリコン単結晶Ｃは、その一部が円柱状のインゴットＮに切り出され、周縁部が除去される（図３ｂ）。こうした筒状のインゴットＮを所定の厚みにスライスし、多数のウェーハ素材（シリコンウェーハ）３０ａが形成される（図３ｃ）。ウェーハ素材３０ａは第１面３１と第２面３３とがラッピング工程（Lapping）、面取り工程（Beveling）、エッチング（Etching）等の平坦化工程およびダメージ層除去工程などを経て鏡面研磨される（図３ｄ）。なお、図３では面取り状態を省略して記載してある。

鏡面研磨されたウェーハ素材３０ａは、次にアニール工程によって酸素析出の制御が行われる。こうした工程は、例えば非酸化性雰囲気で少なくとも１０００℃以上のアニールを行えばよい。この熱処理を経たウェーハ素材３０ａは、図３ｅに示すように、中心部にゲッタリング（ＩＧ（Intrinsic Gettering））領域を成すＢＭＤ層３４が形成されるとともに、第１面３１、第２面３３、および周縁面３５にはＤＺ（Denuded Zone）層３２が形成される。

そして、図３ｆに示すように、このようなウェーハ素材３０ａのうち、デバイスを形成しない第２面３３に鏡面研磨を行い、第２面３３側のＤＺ層３２を除去し、第２面３３側にＢＭＤ層３４を露出させる。ＤＺ層３２の除去は、第２面３３の表面の酸素濃度が少なくとも８×１０^１７ａｔｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは１０×１０^１７ａｔｍｓ／ｃｍ^３ 以上になるまでＤＺ層３２の厚みを減じる研磨を行うようにすればよい。以上のようなＤＺ層の除去工程によって、第１面３１にＤＺ層３２が露出するとともに第２面３３にＢＭＤ層３４が露出した本発明のシリコンウェーハ３０が形成される。

こうしたシリコンウェーハ３０は、ＤＺ層３４が露出した第１面３１にデバイスを形成する以前で、所望の特性を持たせるためにアニール処理を行う際に、第２面３３にＢＭＤ層３４が露出しているため、転位の伸展がＢＭＤ層３４中の析出物によって抑制されるので、Slip転位によるウェーハ強度の低下が抑制される。これにより、デバイス形成に不可欠なＤＺ層３４を備え、かつ強度が大きいシリコンウェーハ３０を実現することができる。
上述の説明では省略したが、さらに面取り工程を施すことで、このような製造方法により、上述した図１に示すような面取り面１６，１７を有するシリコンウェーハ１０と同等な構造のシリコンウェーハが製造される。

なお、図３ｆに示す鏡面研磨による第２面３３側のＤＺ層３４を除去するとともに、ウェーハ素材３０ａの周縁面３５に位置するＤＺ層３２を除去し、周縁面３５にもＢＭＤ層３４を露出させることで、シリコンウェーハ３０の周縁面３５からの転位の伸展を抑制し、シリコンウェーハ３０の強度を更に高めるようにするのも好ましい。
上述の説明では省略したが、さらに面取り工程を施すことで、このような製造方法により、上述した図２に示すような面取り面２６，２７を有するシリコンウェーハ２０と同等な構造のシリコンウェーハが製造される。
また、ＤＺ層３５を除去するためには、最終的に鏡面研磨された表面状態とされていればよく、レーザーエッチ、表面研削、ウエットエッチなどの工程を経た上で鏡面研磨するというように、鏡面研磨にそれ以外の手段を併用する、あるいは、それ以外の手段でおこなうことも可能である。

次に、本発明に係るシリコンウェーハの第２実施形態図面に基づいてを説明する。

図４は、本発明のシリコンウェーハの第２実施形態における製造方法の概要を示す模式図である。
本実施形態のシリコンウェーハ５０は、図３ｄおよび図３ｅに示す第１実施形態におけるＤＺ層３４を形成する際の工程に対応した工程において、デバイス形成面の裏面となる第２面４３には酸化膜５８が形成されている点が上記の第１実施形態と異なっている。

図３に示す第１実施形態と同様に、ＣＺ法によって引上げられたシリコン単結晶インゴットを所定の厚みにスライスして形成されたウェーハ素材（シリコンウェーハ）５０ａは、第１面５１と第２面５３とに鏡面研磨等の表面処理が施される（図４ａ）。
次いで、図４ｂに示すように、熱処理をおこなう前に第２面５３に酸化膜５８を積層する。こうした酸化膜５８は、例えば厚みが２０ｎｍ以上に形成されるのが好ましい。酸化膜５８の形成は、ウェーハ素材５０ａを酸化雰囲気で加熱して、ウェーハ素材５０ａ全体に酸化膜を形成した後、第１面５１側の酸化膜だけをフッ化水素酸等によって選択的に除去してもよく、その他、選択的に第２面５３側だけに酸化膜５８を形成してもよい。

こうして、第２面５３側だけに酸化膜５８を形成したウェーハ素材５０ａをアニール工程によってＩＧ（Intrinsic Gettering）が行われる。こうしたＩＧは、例えば非酸化性雰囲気で少なくとも１１５０℃以上のアニールを行えばよい。こうしたアニール工程を経て、図４ｄに示すように、第１面５１およｈび周縁面５５にＤＺ層５２が形成されるとともに、内部にＩＧにおけるゲッタリング層とされるＢＭＤ（Balk Micro Defect）層５４が広がり、第２面５３に酸化膜５８が積層された状態のウェーハ素材５０ａが形成される。

次いで、第２面５３側の酸化膜５８を鏡面研磨して除去する。ここで、酸化膜５８をフッ化水素酸等によって選択的に除去することも可能である。
これにより、上述した図１に示すような実施形態１と同様の構成とされるシリコンウェーハ５０が製造される。
このシリコンウェーハ５０は、図４ｄに示すように、後工程でデバイスを形成する第１面５１にＤＺ（Denuded Zone）層５２が露出している。そして、熱処理時に支持具等によって支持される第２面５３には、ＩＧにおけるゲッタリング層とされるＢＭＤ（Balk Micro Defect）層５４が露出している。

本発明のシリコンウェーハ５０によれば、第２面５３に酸化膜５８が積層されていることにより、酸素濃度の極めて高い酸化膜５８で第２面４３を覆うことで、ＤＺ層５２を形成する際の熱処理において第２面４３における充分なＯｉ濃度を維持して、転位の伸展を抑制するために充分な密度・大きさを有する析出物をSlip転位近傍に得ることができる。その結果、後工程の熱処理において、第２面５３に転位欠陥（Slip）が発生しても転位線近傍に酸素析出物が形成され、その伸展が抑制される。つまり、酸化膜５８を積層することによって転位の伸展が抑制されることになる。このように、シリコンウェーハ５０における転位の伸展が抑制されるので、シリコンウェーハ５０は後工程の熱処理等を経ても強度の低下が抑制される。これにより、ＤＺ層５４を備え、かつ強度が大きいシリコンウェーハ５０を実現することができる。

図５は、本発明のシリコンウェーハの第２実施形態における他の例を示す模式図である。
本実施形態のシリコンウェーハ６０は、図５に示すように、シリコンウェーハ６０の第１面６１には、ＤＺ層６２が露出しているが、第２面６３、周縁面６５および面取り面６６，６７にはＢＭＤ層５４が露出される構成とされる。このように、周縁面６５および面取り面６６，６７にもＢＭＤ層６４を露出させることで、シリコンウェーハ３０の周縁面３５および面取り面６６，６７からの転位の伸展を抑制し、シリコンウェーハ６０の強度を更に高めるようにするのも好ましい。

上述したシリコンウェーハを形成するための、本発明のシリコンウェーハの第２の実施形態である製造方法を説明する。図６は本発明のシリコンウェーハの製造方法の概要を示す説明図である。
図３に示す第１実施形態と同様に、ＣＺ法によって引上げられたシリコン単結晶インゴットを所定の厚みにスライスして形成されたウェーハ素材（シリコンウェーハ）６０ａは第１面６１、第２面６３、周縁面６５および図５に示した面取り面６６，６７に対応する面が鏡面研磨等の表面処理が施される（図６ａ）。図６においては、面取り面は図示していない。

鏡面研磨されたウェーハ素材６０ａは、次に図６ｂに示すように、第２面６３、周縁面６５、および、面取り面６６，６７に対応した位置に酸化膜６８が形成される。こうした酸化膜６８は、例えば厚みが２０ｎｍ以上に形成されるのが好ましい。酸化膜６８の形成は、ウェーハ素材６０ａを酸化雰囲気で加熱して、ウェーハ素材６０ａ全体に酸化膜を形成した後、第１面６１に対応した位置の酸化膜だけをフッ化水素酸によって選択的に除去してもよく、その他、選択的に第２面６３、周縁面６５，および面取り面６６，６７に対応する位置だけに酸化膜６８を形成してもよい。

こうして、第２面６３、周縁面６５，および面取り面６６，６７に対応する位置だけに酸化膜６８を形成したウェーハ素材６０ａをアニール工程によって、酸化膜６８のある表面部分およびウェーハ深部においてＩＧ（Intrinsic Gettering）となりうる析出核を析出するとともに、酸化膜６８のない表面部分では格子間酸素を外方拡散してＤＺ層６２を形成する。ここでのアニールは、例えば非酸化性雰囲気で少なくとも１１５０℃以上のアニールを行えばよい。第２面６３、周縁面６５，および面取り面６６，６７に対応する位置では、酸化膜６８があることにより、いわば酸素供給源となる酸化膜６８からウェーハ表面内に酸素が内方拡散（in-diffuse）するため酸素濃度の低下がＤＺ層６２を形成する部分よりも穏やかになる。
その結果、こうしたアニール工程を経て、図６ｃに示すように、第１面６１にのみＤＺ層６２が形成されるとともに、内部および第２面６３、周縁面６５，および面取り面６６，６７に対応する位置にＢＭＤ（Balk Micro Defect）層６４を有するウェーハ素材６０ａが形成される。
次いで、酸化膜６８を除去して第１面６１のみにＤＺ層６２が露出した状態のシリコンウェーハ６０が形成される。

こうしたシリコンウェーハ６０は、上記のアニール処理を行う際に、第２面６３、周縁面６５，および面取り面６６，６７に酸化膜６８が積層されているため、ＤＺ層６２を形成する際の熱処理において第２面６３、周縁面６５，および面取り面６６，６７における充分な酸素濃度を維持して、転位の伸展を抑制するために充分な密度・大きさを有する析出物を得ることができる。その結果、この析出物によって第２面６３、周縁面６５，および面取り面６６，６７における転位の伸展を抑制することができるので、Slip転位によるウェーハ強度の低下が抑制される。これにより、デバイス形成に不可欠なＤＺ層６２を備え、かつ強度が大きいシリコンウェーハ６０を実現することができる。

なお、酸化膜の形成は、アニール処理を行う際に、例えば１１５０℃以上で非酸化性雰囲気から酸化雰囲気に変化させてアニールして、シリコンウェーハの第１面側と第２面側に酸化膜を形成してもよい。そして、この後、デバイスを形成する第１面側の酸化膜のみを除去すればよい。
さらに、製品の規格によっては、アニール時に積層した酸化膜を除去しないことも可能である。すなわち、ＤＺ層以外の部分、または、第２面のみ、あるいは少なくともデバイス領域となるＤＺ層の部分を除いて酸化膜を有するシリコンウェーハとすることができる。

本願発明者は、ウェーハの強度(Slip)に与えるＤＺ層の影響をを検証した。検証に当たっては、アニール前の鏡面研磨ウェーハ（Sample1）、Ａｒアニール1200℃/1hr後のウェーハ（Sample2）、Ａｒアニール後に裏面（第２面）を１０μｍ研磨したウェーハ（Sample３）、Ａｒアニール後に裏面を３０μｍ研磨したウェーハ（Sample4）を準備した。

すべてのウェーハの抵抗率は3〜11Ωcmの範囲である。これらのウェーハに縦型炉にて熱応力を負荷する熱処理（900℃投入→ramping up 10℃/min→1150℃/30min→ramping down 3℃/min→900℃取り出し）を行なった。熱処理ボートと接する面はウェーハ裏面である。熱処理後にX-rayトポグラフィー観察すると、ウェーハボート痕よりSlip転位が伸展していた。この伸展したSlip転位発生状況と各サンプルの関係を表１に示す。また表１には熱応力負荷試験前の各サンプルのバルク酸素濃度と、SIMS測定の結果、同定したウェーハ裏面側の表面近傍の酸素濃度も示す。ここで、表明近傍とはコンタミネーションの影響が少なくなる深さ０．５μｍ程度を意味しているが、コンタミネーションの影響が少ない程度であれば、必ずしも０．５μｍでなくともよい。

表１に示す検証結果によれば、裏面（第２面）側の表面酸素濃度が高いほどSlip転位の発生が無く、本発明のように、シリコンウェーハの第２面側に酸素濃度の高いＢＭＤ層や酸化膜を露出させることで、Slip転位を抑えてシリコンウェーハの強度を大幅に高められることが確認された。

次に、本願発明者は、酸化膜の形成によるSlip転位の抑制を検証した。アニール工程前にウェーハ裏面を酸化膜にて保護することでもアニール工程における酸素の外方拡散を防止できる。これは常に酸化膜／シリコン表面界面における酸素濃度が熱平衡濃度に保たれるからである。1150℃以上の温度であれば、格子間酸素の熱平衡濃度は8x1017atoms/cc程度でありSlip転位の伸展を防止する効果が期待できる。アニール工程前に形成する酸化膜は20nm以上が望ましいが、これはＡｒやＨ_２ のような非酸化性雰囲気での熱処理では酸化膜厚が薄いと酸化膜が表面より簡単に乖離するためでり、20nm以上であればアニールプロセスで十分安定な酸化膜と成り得るからである。

酸化膜の形成はアニールプロセス途中でも有効である。アニールプロセス途中にてガス雰囲気を非酸化生雰囲気から若干の酸素ガスを含む雰囲気に切り替えることでウェーハ表面を酸化させる。この際に形成させる熱酸化膜からは格子間酸素がIn-diffusionし、ウェーハ表面の格子間酸素濃度を上昇させることができる。

アニールウェーハの強度（Slip)に与える酸化膜の影響を調査するために、アニール前の鏡面研磨ウェーハに1000℃にて20nm程度に酸化膜を成長させ、表面側のみ酸化膜を希ＨＦ溶液で剥離したウェーハを1200℃/1hr（Sample5)、1150℃/2hr（Sample6)、それぞれＡｒアニールした。また1200℃/1hrのＡｒアニールプロセス後に炉内の温度を1150℃に変化させＡｒ95%+Ｏ_２ 5%にて3hr, 5hrそれぞれ保持し、酸化膜厚を成長させたウェーハ （Sample7, 8)を準備した。またアニールに裏面に成長した酸化膜厚を測定後、酸化膜を希ＨＦ溶液にて剥離し、以下のテストを行った。

すべてのウェーハの抵抗率は3〜11Ωcmの範囲である。これらのウェーハに縦型炉にて熱応力を負荷する熱処理（900℃投入→ramping up 10℃/min→1150℃/30min→ramping down 3℃/min→900℃取り出し)を行なった。熱処理ボートと接する面はウェーハ裏面（第２面）である。熱処理後にX-rayトポグラフィー観察すると、ウェーハボート痕よりSlip転位が伸展していた。この伸展したSlip転位発生状況と各サンプルの関係を表２に示す。また表２には熱応力負荷試験前の各サンプルのバルク酸素濃度と、SIMS測定の結果同定したウェーハ裏面側の表面近傍の酸素濃度も示している。

表２に示す検証結果によれば、すべての水準でSample1と比較して大幅にSlip転位の発生が抑制された。また高温アニールは表面近傍のCOPや微小酸素析出物を消滅させることを目的に行うが、MO601(三井金属製)を用いて表面近傍の微小欠陥を観察したところ、Sample5〜8の欠陥個数はSample1と同等であり、優れた結晶完全性を有することが確認された。

図１は、本発明の第１実施形態に係るシリコンウェーハを示す模式図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る別のシリコンウェーハを示す模式図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係るシリコンウェーハの製造方法を示す説明図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係るシリコンウェーハの別の製造方法を示す説明図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る別のシリコンウェーハを示す模式図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係るシリコンウェーハの他の製造方法を示す説明図である。 図６は、本発明に係るシリコンウェーハにおける酸化膜の作用について説明するためのＯｉ濃度とウェーハ深さ方向との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０，２０，３０，５０，６０ シリコンウェーハ
１１，２１，３１，５１，６１ 第１面
１２，２２，３２，５２，６２ ＤＺ層
１３，２３，３３，５３，６３ 第２面
１４，２４，３４，５４，６４ ＢＭＤ層
５８，６８ 酸化膜

Claims (6)

1. シリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハをアニールして、シリコンウェーハの中心部にＢＭＤ層を形成するとともに、前記シリコンウェーハの第１面側と第２面側に該ＢＭＤ層を覆うＤＺ層を形成する工程と、
   前記第２面側のＤＺ層だけを除去して、前記第２面側でＢＭＤ層を露出させる工程と、を備えたことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
2. 前記シリコンウェーハの周縁に形成されたＤＺ層を除去する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法。
3. 前記シリコンウェーハのアニールは、非酸化性雰囲気で少なくとも１０００℃以上の環境下で行う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. 前記シリコンウェーハの前記第２面側のＤＺ層だけを除去する工程により、前記第２面側の酸素濃度を１０×１０^１７ａｔｍｓ／ｃｍ^３以上にすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
5. 前記ＤＺ層を除去する工程は、鏡面研磨によってＤＺ層の厚みを減じる工程であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
6. 請求項１から５のいずれか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ことを特徴とするシリコンウェーハ。

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