JP6555217B2 - シリコンウェーハの熱処理方法及びシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウェーハの熱処理方法、具体的には水素（Ｈ２）ガスあるいはアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気下でのシリコンウェーハの熱処理方法、及びこれを用いたシリコンウェーハの製造方法に関するものである。
ＤＺ（Ｄｅｎｕｄｅｄ Ｚｏｎｅ）層及びその直下のＢＭＤ（Ｂａｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）層を形成するために、従来は水素、アルゴンによる高温熱処理が行われていた。しかし、酸素の外方拡散より、ＤＺ層直下のＢＭＤ密度はバルク中に比較して低密度になっていた。そのため、近年ではＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）による、空孔注入及びその降温中の空孔の外方拡散によりＤＺ層、及びＤＺ層直下のＢＭＤ密度をコントロールする技術が数多く提案されてきた。しかし、ＲＴＡによるＤＺ層及びＤＺ層直下のＢＭＤ核形成プロセスでは、プロセス直後にはＢＭＤが十分なサイズに成長しておらず、ＢＭＤ核成長には、８００℃４時間＋１０００℃１６時間というような、現在のデバイスプロセスでは期待できない高温長時間の熱処理を必要としていた。
また、従来の水素、アルゴンによる高温熱処理と同じような熱処理方法として、特許文献１の熱処理方法のように、シリコンウェーハを熱処理炉内に投入後、炉内が９５０℃の温度まで昇温される昇温期間の一部又は全部の期間にわたり、炉内を窒素ガスあるいは窒素ガスと非酸化性ガスとの混合ガス雰囲気で昇温した後、炉内をアルゴンガス雰囲気に置換してシリコンウェーハを９００℃〜１３５０℃の温度範囲で１時間以上熱処理する方法が報告されている。しかしながら、特許文献１の熱処理方法は、シリコンウェーハをアルゴン雰囲気下で熱処理した場合に、シリコンウェーハ表面上で観察されるピット及びヒロック状の欠陥の発生を抑制するものであり、この熱処理方法では、ＤＺ層直下のＢＭＤ密度を高密度にコントロールすることはできない。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、例えばＲＴＡによるＢＭＤ核形成及びその後に行うＢＭＤ核成長熱処理のプロセスのように、高温長時間の熱処理を行うことなく、ＤＺ層直下のＢＭＤ密度を１×１０９／ｃｍ３以上という高密度にコントロールすることができるシリコンウェーハの熱処理方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では、シリコンウェーハを熱処理炉内に投入し、１０００℃以上１３５０℃以下の温度まで昇温して、該昇温した温度において、窒素ガス以外の非酸化性ガス雰囲気中で３０分以上の第１の熱処理を行った後、該第１の熱処理を行った温度からの降温開始前あるいは前記第１の熱処理を行った温度から降温する途中の温度で第２の熱処理を行い、前記第２の熱処理の一部又は全部を、前記熱処理炉内を窒素ガス雰囲気あるいは窒素ガスと非酸化性ガスとの混合ガス雰囲気にして行うシリコンウェーハの熱処理方法を提供する。
このようなシリコンウェーハの熱処理方法であれば、例えばＲＴＡによるＢＭＤ核形成及びその後に行うＢＭＤ核成長熱処理のプロセスのように、高温長時間の熱処理を行うことなく、ＤＺ層直下のＢＭＤ密度を１×１０９／ｃｍ３以上という高密度にコントロールすることができる。
このとき、前記第２の熱処理を、１０００〜１２００℃の温度領域の温度において行うことが好ましい。
本発明のシリコンウェーハの熱処理方法では、第２の熱処理をこのような温度領域の温度において行うことで、熱処理後のシリコンウェーハにおけるＤＺ層直下のＢＭＤ密度をより確実に１×１０９／ｃｍ３以上という高密度にコントロールすることができる。
またこのとき、前記第２の熱処理を行った後、窒素ガス雰囲気あるいは窒素ガスと非酸化性ガスとの混合ガス雰囲気で１〜５０℃／ｍｉｎの速度範囲で降温を行い、前記シリコンウェーハに施される酸素析出物成長のための熱処理時間を、前記第１の熱処理を行った時間及び前記第２の熱処理を行った時間を含め、トータルで１２時間以内にすることが好ましい。
このように、本発明では、シリコンウェーハに施される酸素析出物成長のための熱処理時間をトータルで１２時間以内にすることができる。
またこのとき、前記第１の熱処理及び前記第２の熱処理における非酸化性ガスを、Ｈ２ガス又はＡｒガスあるいはこれらの混合ガスとすることが好ましい。
このように、本発明では、第１の熱処理及び第２の熱処理における非酸化性ガスとして、上記のようなものを好適に用いることができる。
また、本発明では、シリコンウェーハの製造方法であって、
結晶成長時の酸素濃度が１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）以下であるシリコンウェーハを用い、上述のシリコンウェーハの熱処理方法により熱処理を行って、２０ｎｍ以上のサイズのＢＭＤが表面から１０μｍ以内の深さに１×１０９／ｃｍ３以上の密度で存在し、かつ、５０ｎｍ以上のサイズの欠陥が２×１０２／ｃｍ３以下の密度である無欠陥層（ＤＺ層）が表面から２μｍ以上の厚さで存在するシリコンウェーハを製造するシリコンウェーハの製造方法を提供する。
結晶成長時の酸素濃度が１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）以下であるシリコンウェーハを用い、上述のシリコンウェーハの熱処理方法により熱処理を行って、２０ｎｍ以上のサイズのＢＭＤが表面から１０μｍ以内の深さに１×１０９／ｃｍ３以上の密度で存在し、かつ、５０ｎｍ以上のサイズの欠陥が２×１０２／ｃｍ３以下の密度である無欠陥層（ＤＺ層）が表面から２μｍ以上の厚さで存在するシリコンウェーハを製造するシリコンウェーハの製造方法を提供する。
このようなシリコンウェーハの製造方法であれば、例えばＲＴＡによるＢＭＤ核形成及びその後に行うＢＭＤ核成長熱処理のプロセスのように、高温長時間の熱処理を行うことなく、ＤＺ層直下のＢＭＤ密度が１×１０９／ｃｍ３以上という高密度であるシリコンウェーハを製造することができる。
本発明のシリコンウェーハの熱処理方法であれば、例えばＲＴＡによるＢＭＤ核形成及びその後に行うＢＭＤ核成長熱処理のプロセスのように、高温長時間の熱処理を行うことなく、ＤＺ層直下のＢＭＤ密度を１×１０９／ｃｍ３以上という高密度にコントロールすることができる。また、本発明のシリコンウェーハの製造方法であれば、例えばＲＴＡによるＢＭＤ核形成及びその後に行うＢＭＤ核成長熱処理のプロセスのように、高温長時間の熱処理を行うことなく、ＤＺ層直下のＢＭＤ密度が１×１０９／ｃｍ３以上という高密度であるシリコンウェーハを製造することができる。
以下、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法及びシリコンウェーハの製造方法について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法について説明する。
まず、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法について説明する。
本発明のシリコンウェーハの熱処理方法は、シリコンウェーハを熱処理炉内に投入し、１０００℃以上１３５０℃以下の温度まで昇温して、該昇温した温度において、窒素ガス以外の非酸化性ガス雰囲気中で３０分以上の第１の熱処理を行った後、該第１の熱処理を行った温度からの降温開始前あるいは前記第１の熱処理を行った温度から降温する途中の温度で第２の熱処理を行い、前記第２の熱処理の一部又は全部を、前記熱処理炉内を窒素ガス雰囲気あるいは窒素ガスと非酸化性ガスとの混合ガス雰囲気にして行う。以下、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法についてより詳細に説明する。
まず、シリコンウェーハを熱処理炉内に投入する。熱処理炉としては、ＲＴＡ炉よりも通常の横型拡散炉あるいは縦型拡散炉等のいわゆるバッチ炉を用いることが好ましい。
次に、第１の熱処理（高温熱処理）を行う。第１の熱処理は、１０００℃以上１３５０℃以下の温度まで昇温して、昇温した温度において、窒素ガス以外の非酸化性ガス雰囲気中で３０分以上行う。
第１の熱処理は、酸素系ガスではなく、窒素ガス以外の非酸化性ガス雰囲気中で行うが、この非酸化性ガスとしては、汎用的に、Ｈ２ガス（１００％）又はＡｒガス（１００％）あるいはこれらの混合ガスとすることが好ましい。
また、第１の熱処理は、１０００℃以上１３５０℃以下の温度において３０分以上、好ましくは１０００℃以上１３００℃以下の温度で１〜１０時間程度行う。
このような第１の熱処理を経たシリコンウェーハには、中心部にゲッタリング領域を成す高密度な酸素析出核を有するＢＭＤ層が形成されるとともに、表面にはＤＺ層が形成される。
この後、第２の熱処理を行う。第２の熱処理は、第１の熱処理を行った温度からの降温開始前あるいは第１の熱処理を行った温度から降温する途中の温度で行う。特に、第２の熱処理は、１０００〜１２００℃の温度領域の温度において行うことが好ましい。
ここで、第２の熱処理の一部又は全部を、熱処理炉内を窒素ガス雰囲気あるいは窒素ガスと非酸化性ガスとの混合ガス雰囲気にして行う。熱処理炉内を窒素ガス雰囲気あるいは窒素ガスと非酸化性ガスとの混合ガス雰囲気にして熱処理する時間は、好ましくは５分以上である。また、第２の熱処理における非酸化性ガスとしては、上述の第１の熱処理と同様に、Ｈ２ガス又はＡｒガスあるいはこれらの混合ガスとすることが好ましい。
一般的なシリコンウェーハの熱処理（アニール）方法においては、非酸化性雰囲気、例えばＡｒガス雰囲気で１０００〜１３００℃で１〜１０時間程度シリコンウェーハをアニール（Ａｒアニール）することによって酸素析出の制御を行う。また、別の熱処理方法としては、Ａｒガス雰囲気でシリコンウェーハをアニールする前に、ＲＴＡ装置による高速昇降温プロセスによって、シリコンウェーハに高密度のＢＭＤ核を形成し、それに引き続き、高温長時間でＡｒガス雰囲気でシリコンウェーハをアニールすることにより、ＤＺ層及びＢＭＤ層の形成を行っている。
これに対し、本発明においては、第１の熱処理（例えばＡｒガス雰囲気中、１０００〜１３００℃において１〜１０時間程度行う熱処理）を行った後、第１の熱処理を行った温度からの降温開始前及び第１の熱処理を行った温度から降温する途中の温度で、窒素ガス雰囲気あるいは窒素ガスと非酸化性ガスとの混合ガス雰囲気で第２の熱処理を行い、その後降温を実施する。
一般的には、Ｈ２アニールやＡｒアニールを経たシリコンウェーハには、その表面に自然酸化膜がないため、アニール時の雰囲気中の窒素ガスによる表面からの窒素原子の拡散がおきやすい。また、拡散された窒素原子はＤＺ層直下に形成されるＢＭＤ核の成長を促進し、Ａｒアニールのみで得られる低密度のＢＭＤ層を高密度ＢＭＤ層に改善することが可能となる。
本発明のように、第１の熱処理を行った温度からの降温開始前（特に降温開始の直前）あるいは第１の熱処理を行った温度から降温する途中の温度において、窒素ガスを付与して第２の熱処理を行うことにより、ＢＭＤ層に２０ｎｍ以上のサイズの酸素析出核が１×１０９／ｃｍ３以上の高密度で形成され、高密度に酸素析出核を含むＢＭＤ層が形成される。なお、このＢＭＤ密度は、本発明の熱処理方法による熱処理を行った直後に得られるものであり、ＲＴＡによる熱処理の場合に必要とされる、例えば８００℃４時間、１０００℃１６時間というようなＢＭＤを顕在化させる熱処理を必要としない。
また、本発明のように、第１の熱処理を行った温度からの降温開始前あるいは第１の熱処理を行った温度から降温する途中の温度において、本発明のような窒素ガスを付与した第２の熱処理を行わないシリコンウェーハの熱処理を行った場合、特に、特許文献１のように、熱処理炉にシリコンウェーハを投入し、高温熱処理温度に昇温する途中の過程においてのみ窒素ガスを導入した場合は、ＤＺ層を得ることができず、また、窒素原子の拡散を促進することができないため、本発明と同様の効果を得ることはできない。
また、第２の熱処理を行った後、窒素ガス雰囲気あるいは窒素ガスと非酸化性ガスとの混合ガス雰囲気で１〜５０℃／ｍｉｎの速度範囲で降温を行い、シリコンウェーハに施される酸素析出物成長のための熱処理（追加熱処理）時間を、第１の熱処理を行った時間及び第２の熱処理を行った時間を含め、トータルで１２時間以内にすることが好ましい。ここで、酸素析出物成長のための熱処理とは、ＣＺプロセスにて製造されたシリコンウェーハに付与される熱処理であって、ＣＺプロセス直後においてはゲッタリング効果を持つのに不十分な大きさのＢＭＤ核をゲッタリング効果を持つのに十分な大きさ（例えば本発明の実施例であれば直径換算２０ｎｍ以上）にまで成長させる熱処理を指す。具体的には、図１の第２の熱処理後の降温過程がそれに該当する。
このようなシリコンウェーハの熱処理方法であれば、例えばＲＴＡによるＢＭＤ核形成及びその後に行うＢＭＤ核成長熱処理のプロセスのように、高温長時間の熱処理を行うことなく、ＤＺ層直下のＢＭＤ密度を１×１０９／ｃｍ３以上という高密度にコントロールすることができる。
また、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法を用いたシリコンウェーハの製造方法は、一態様として以下のように例示できる。
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、結晶成長時の酸素濃度（初期酸素濃度）が１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）以下であるシリコンウェーハを用い、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法により熱処理を行って、（直径換算）２０ｎｍ以上のサイズのＢＭＤが表面から１０μｍ以内の深さに１×１０９／ｃｍ３以上の密度で存在し、かつ、（直径換算）５０ｎｍ以上のサイズの欠陥が２×１０２／ｃｍ３以下の密度である無欠陥層（ＤＺ層）が表面から２μｍ以上の厚さで存在するシリコンウェーハを製造することができる。
以下、本発明のシリコンウェーハの製造方法の一例について説明する。
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、結晶成長時の酸素濃度（初期酸素濃度）が１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）以下であるシリコンウェーハを用い、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法により熱処理を行って、（直径換算）２０ｎｍ以上のサイズのＢＭＤが表面から１０μｍ以内の深さに１×１０９／ｃｍ３以上の密度で存在し、かつ、（直径換算）５０ｎｍ以上のサイズの欠陥が２×１０２／ｃｍ３以下の密度である無欠陥層（ＤＺ層）が表面から２μｍ以上の厚さで存在するシリコンウェーハを製造することができる。
以下、本発明のシリコンウェーハの製造方法の一例について説明する。
本発明のシリコンウェーハの製造方法では、結晶成長時の酸素濃度が１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）以下（好ましくは１６ｐｐｍａ以下１０ｐｐｍａ以上）の比較的低酸素濃度であるシリコンウェーハを用いる。このシリコンウェーハとしては、例えば、ＣＺ法によって１６ｐｐｍａ以下の所定酸素濃度で引上げられたシリコン単結晶インゴットから切り出して得られたものを用意する。具体的には、ＣＺ法によって引上げられたシリコン単結晶インゴットに対し、その一部を円筒状に切り出すことで、周縁部を除去する。こうした円筒状のシリコン単結晶インゴットを所定の厚みにスライスすることで、多数のシリコンウェーハを形成する。これらのシリコンウェーハに対し、両面のラッピング工程（Ｌａｐｐｉｎｇ）、面取り工程（Ｂｅｖｅｌｉｎｇ）、エッチング（Ｅｔｃｈｉｎｇ）等の平坦化工程、及びダメージ層除去工程等を行って、熱処理を行うためのシリコンウェーハを用意する。
次に、シリコンウェーハに対して熱処理を行う。例えば上記のように用意したシリコンウェーハに対し、熱処理（アニール）工程を行うことによって酸素析出の制御が行われる。ここで、本発明のシリコンウェーハの製造方法では、前述した本発明のシリコンウェーハの熱処理方法により熱処理を行う。この熱処理によってシリコンウェーハの表面にＤＺ層を形成する。
さらにＤＺ層を完全に除去しない範囲において、熱処理後鏡面研磨する事により、熱処理による表面粗さを改善することができる。この際の研磨量は、用いたシリコンウェーハの酸素濃度、熱処理前表面状態、熱処理温度、時間により形成されたＤＺ層の厚さによるが、０．１〜１０μｍの範囲で行うのが一般的である。
上記のような製造方法により、２０ｎｍ以上のサイズのＢＭＤが表面から１０μｍ以内の深さ（即ち、ＤＺ層直下の部分）に１×１０９／ｃｍ３以上の密度で存在し、かつ、５０ｎｍ以上のサイズの欠陥が２×１０２／ｃｍ３以下の密度である無欠陥層（ＤＺ層）が表面から２μｍ以上の厚さで存在するシリコンウェーハを製造することができる。
製造されたシリコンウェーハの表面には、ＤＺ層が形成されている。こうしたＤＺ層は、結晶欠陥が極めて少ない層とされ、後工程において表面に半導体デバイスが形成される。
ＤＺ層で覆われたシリコンウェーハの内部には、酸素析出核を高密度に付与したＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）層となるＢＭＤ層が形成されている。酸素析出核を高密度に付与したＢＭＤ層には、２０ｎｍ以上のサイズの酸素析出核が１×１０９／ｃｍ３以上形成されている。
このようなシリコンウェーハであれば、ＢＭＤ層に１×１０９／ｃｍ３以上といった高密度で２０ｎｍ以上のサイズの酸素析出核が付与されていることにより、デバイス作製プロセスにおいて、後工程の熱処理の際に、多数の酸素析出核により有害な重金属不純物をＢＭＤ層に拡散させることができる。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を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・比較例］
（実施例１）
ＣＺ法にて窒素ドープなしで直径３００ｍｍ、Ｐ型、方位＜１００＞、酸素濃度１５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）のシリコン単結晶棒を製造し、このシリコン単結晶棒からワイヤーソーを用いてシリコンウェーハを切り出し、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨加工を施して、直径３００ｍｍのシリコン単結晶鏡面ウェーハ（熱処理に用いるシリコンウェーハ）を用意した。
（実施例１）
ＣＺ法にて窒素ドープなしで直径３００ｍｍ、Ｐ型、方位＜１００＞、酸素濃度１５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）のシリコン単結晶棒を製造し、このシリコン単結晶棒からワイヤーソーを用いてシリコンウェーハを切り出し、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨加工を施して、直径３００ｍｍのシリコン単結晶鏡面ウェーハ（熱処理に用いるシリコンウェーハ）を用意した。
このシリコンウェーハを用い、図１に示す熱処理の条件（Ａｒガス雰囲気）にて、１１５０℃１時間の熱処理（第１の熱処理を５０分、第２の熱処理を１０分）を行った。なお、第１の熱処理はＡｒガス雰囲気にて１１５０℃で５０分行い、第２の熱処理はＡｒガス９５％と窒素（Ｎ２）ガス５％（Ａｒガス：窒素ガス＝１９Ｌ／ｍｉｎ：１Ｌ／ｍｉｎ）との混合ガス雰囲気にして１１５０℃で１０分間行った。
次に、熱処理後、ウェーハ表面の粗さを改善するため、０．１μｍの鏡面研磨を行ったのち、シリコンウェーハの評価を行った。具体的には、熱処理後のシリコンウェーハを、中心を通る［１１０］方向に劈開し、赤外散乱トモグラフィー法にて、シリコンウェーハの中心（中心から０ｍｍ）、中心から７０ｍｍ、及び中心から１４０ｍｍの３点についてＢＭＤ密度測定を行った。この結果を図２に示した。また、赤外散乱トモグラフィー装置から得られたＢＭＤの深さ方向分布を表す散乱体イメージ像（欠陥の散乱像）を図４に示した。
（実施例２）
実施例１と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガス９０％と窒素ガス１０％（Ａｒガス：窒素ガス＝１８Ｌ／ｍｉｎ：２Ｌ／ｍｉｎ）との混合ガス雰囲気にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図２及び図４に示した。
実施例１と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガス９０％と窒素ガス１０％（Ａｒガス：窒素ガス＝１８Ｌ／ｍｉｎ：２Ｌ／ｍｉｎ）との混合ガス雰囲気にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図２及び図４に示した。
（実施例３）
実施例１と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガス７５％と窒素ガス２５％（Ａｒガス：窒素ガス＝１５Ｌ／ｍｉｎ：５Ｌ／ｍｉｎ）との混合ガス雰囲気にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図２及び図４に示した。
実施例１と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガス７５％と窒素ガス２５％（Ａｒガス：窒素ガス＝１５Ｌ／ｍｉｎ：５Ｌ／ｍｉｎ）との混合ガス雰囲気にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図２及び図４に示した。
（実施例４）
ＣＺ法にて窒素を１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３台になるようにドープして直径３００ｍｍ、Ｐ型、方位＜１００＞、酸素濃度１５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）のシリコン単結晶棒を製造し、このシリコン単結晶棒からワイヤーソーを用いてシリコンウェーハを切り出し、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨加工を施して、窒素のドープの有無以外は実施例１とほぼ同一の条件とした直径３００ｍｍのシリコン単結晶鏡面ウェーハ（熱処理に用いるシリコンウェーハ）を用意した。
ＣＺ法にて窒素を１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３台になるようにドープして直径３００ｍｍ、Ｐ型、方位＜１００＞、酸素濃度１５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）のシリコン単結晶棒を製造し、このシリコン単結晶棒からワイヤーソーを用いてシリコンウェーハを切り出し、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨加工を施して、窒素のドープの有無以外は実施例１とほぼ同一の条件とした直径３００ｍｍのシリコン単結晶鏡面ウェーハ（熱処理に用いるシリコンウェーハ）を用意した。
この窒素をドープしたシリコンウェーハを用い、実施例１と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。また、熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図３及び図５に示した。
（実施例５）
実施例４と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガス９０％と窒素ガス１０％（Ａｒガス：窒素ガス＝１８Ｌ／ｍｉｎ：２Ｌ／ｍｉｎ）との混合ガス雰囲気にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図３及び図５に示した。
実施例４と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガス９０％と窒素ガス１０％（Ａｒガス：窒素ガス＝１８Ｌ／ｍｉｎ：２Ｌ／ｍｉｎ）との混合ガス雰囲気にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図３及び図５に示した。
（実施例６）
実施例４と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガス７５％と窒素ガス２５％（Ａｒガス：窒素ガス＝１５Ｌ／ｍｉｎ：５Ｌ／ｍｉｎ）との混合ガス雰囲気にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図３及び図５に示した。
実施例４と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガス７５％と窒素ガス２５％（Ａｒガス：窒素ガス＝１５Ｌ／ｍｉｎ：５Ｌ／ｍｉｎ）との混合ガス雰囲気にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図３及び図５に示した。
（比較例１）
実施例１と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガスのみ（Ａｒガス：２０Ｌ／ｍｉｎ）の雰囲気（即ち、窒素ガスを含まない雰囲気）にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図２及び図４に示した。
実施例１と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガスのみ（Ａｒガス：２０Ｌ／ｍｉｎ）の雰囲気（即ち、窒素ガスを含まない雰囲気）にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図２及び図４に示した。
（比較例２）
実施例１と同様にしてシリコンウェーハを用意し、特許文献１の請求項１の記載に従って、図７に示す熱処理条件（窒素ガスを５％混合した混合ガス雰囲気で昇温した後、Ａｒガス雰囲気に置換して高温熱処理を行う熱処理条件）にて熱処理を行った（即ち、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法における第２の熱処理は行っていない）。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図２及び図４に示した。
実施例１と同様にしてシリコンウェーハを用意し、特許文献１の請求項１の記載に従って、図７に示す熱処理条件（窒素ガスを５％混合した混合ガス雰囲気で昇温した後、Ａｒガス雰囲気に置換して高温熱処理を行う熱処理条件）にて熱処理を行った（即ち、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法における第２の熱処理は行っていない）。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図２及び図４に示した。
（比較例３）
実施例１と同様にしてシリコンウェーハを用意し、Ａｒガス中にアンモニアガスを３％混合した混合ガス雰囲気で１１７５℃１０秒のＲＴＡによる熱処理を施した。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図２及び図４に示した。また、図６に図４中の比較例３における欠陥の散乱像の写真を拡大した写真を示した。
実施例１と同様にしてシリコンウェーハを用意し、Ａｒガス中にアンモニアガスを３％混合した混合ガス雰囲気で１１７５℃１０秒のＲＴＡによる熱処理を施した。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図２及び図４に示した。また、図６に図４中の比較例３における欠陥の散乱像の写真を拡大した写真を示した。
（比較例４）
実施例４と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガスのみ（Ａｒガス：２０Ｌ／ｍｉｎ）の雰囲気（即ち、窒素ガスを含まない雰囲気）にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図３及び図５に示した。
実施例４と同様にしてシリコンウェーハの用意及び熱処理を行った。ただし、第２の熱処理は、Ａｒガスのみ（Ａｒガス：２０Ｌ／ｍｉｎ）の雰囲気（即ち、窒素ガスを含まない雰囲気）にして１１５０℃で１０分間行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図３及び図５に示した。
（比較例５）
実施例４と同様にしてシリコンウェーハを用意し、特許文献１の請求項１の記載に従って、図７に示す熱処理条件（窒素ガスを５％混合した混合ガス雰囲気で昇温した後、Ａｒガス雰囲気に置換して高温熱処理を行う熱処理条件）にて熱処理を行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図３及び図５に示した。
実施例４と同様にしてシリコンウェーハを用意し、特許文献１の請求項１の記載に従って、図７に示す熱処理条件（窒素ガスを５％混合した混合ガス雰囲気で昇温した後、Ａｒガス雰囲気に置換して高温熱処理を行う熱処理条件）にて熱処理を行った。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図３及び図５に示した。
（比較例６）
実施例４と同様にしてシリコンウェーハを用意し、Ａｒガス中にアンモニアガスを３％混合した混合ガス雰囲気で１１７５℃１０秒のＲＴＡによる熱処理を施した。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図３及び図５に示した。また、図６に図５中の比較例６における欠陥の散乱像の写真を拡大した写真を示した。
実施例４と同様にしてシリコンウェーハを用意し、Ａｒガス中にアンモニアガスを３％混合した混合ガス雰囲気で１１７５℃１０秒のＲＴＡによる熱処理を施した。
熱処理後のシリコンウェーハについて、実施例１と同様の評価を行い、得られた結果を図３及び図５に示した。また、図６に図５中の比較例６における欠陥の散乱像の写真を拡大した写真を示した。
［評価結果］
図２，３に示されるように、窒素ドープなしのシリコンウェーハ及び窒素ドープありのシリコンウェーハのどちらのウェーハにおいても、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法で熱処理を行った実施例１〜６においてのみ、ＢＭＤ測定を行った３点全てにおいてＢＭＤ密度が１×１０９／ｃｍ３以上となることが明らかとなった。
図２，３に示されるように、窒素ドープなしのシリコンウェーハ及び窒素ドープありのシリコンウェーハのどちらのウェーハにおいても、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法で熱処理を行った実施例１〜６においてのみ、ＢＭＤ測定を行った３点全てにおいてＢＭＤ密度が１×１０９／ｃｍ３以上となることが明らかとなった。
一方、第２の熱処理をＡｒガスのみ（Ａｒガス１００％）で行った比較例１及び比較例４では、ＢＭＤ密度が１×１０９／ｃｍ３未満となる測定点があった。また、窒素ガスを５％混合した混合ガス雰囲気で昇温した後、Ａｒガス雰囲気に置換して高温熱処理を行った比較例２及び比較例５では、ＢＭＤ測定を行った３点全てにおいてＢＭＤ密度が１×１０９／ｃｍ３未満となった。さらに、１１７５℃１０秒のＲＴＡによる熱処理を施した比較例３及び比較例６では、ＢＭＤを検出することができなかった。
また、図４〜６に示した欠陥の散乱像を詳細に検討したところ、比較例１〜６ではＤＺ層直下に１×１０９／ｃｍ３以上の高密度のＢＭＤが形成されておらず、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法で熱処理を行った実施例１〜６においてのみ、ＤＺ層直下に１×１０９／ｃｍ３以上の高密度のＢＭＤが形成されていることが確認できた。
上記の結果より、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法であれば、ＤＺ層直下に１×１０９／ｃｍ３以上の高密度のＢＭＤを形成できることが確認できた。また、特許文献１の熱処理方法では、本発明の課題であるＤＺ層直下への１×１０９／ｃｍ３以上の高密度のＢＭＤ形成を達成することはできないものであることも、本発明者らの実験により確認された。
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。
Claims (4)
- シリコンウェーハを熱処理炉内に投入し、１０００℃以上１３５０℃以下の温度まで昇温して、該昇温した温度において、窒素ガス以外の非酸化性ガス雰囲気中で３０分以上の第１の熱処理を行った後、該第１の熱処理を行った温度からの降温開始前あるいは前記第１の熱処理を行った温度から降温する途中の温度で第２の熱処理を行い、前記第２の熱処理の一部又は全部を、前記熱処理炉内を窒素ガス雰囲気あるいは窒素ガスと非酸化性ガスとの混合ガス雰囲気にして行い、前記第２の熱処理を行った後、窒素ガス雰囲気あるいは窒素ガスと非酸化性ガスとの混合ガス雰囲気で１〜５０℃／ｍｉｎの速度範囲で降温を行い、前記シリコンウェーハに施される酸素析出物成長のための熱処理時間を、前記第１の熱処理を行った時間及び前記第２の熱処理を行った時間を含め、トータルで１２時間以内にすることを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法。
- 前記第２の熱処理を、１０００〜１２００℃の温度領域の温度において行う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熱処理方法。
- 前記第１の熱処理及び前記第２の熱処理における非酸化性ガスを、Ｈ２ガス又はＡｒガスあるいはこれらの混合ガスとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコンウェーハの熱処理方法。
- シリコンウェーハの製造方法であって、
結晶成長時の酸素濃度が１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）以下であるシリコンウェーハを用い、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの熱処理方法により熱処理を行って、２０ｎｍ以上のサイズのＢＭＤが表面から１０μｍ以内の深さに１×１０９／ｃｍ３以上の密度で存在し、かつ、５０ｎｍ以上のサイズの欠陥が２×１０２／ｃｍ３以下の密度である無欠陥層（ＤＺ層）が表面から２μｍ以上の厚さで存在するシリコンウェーハを製造することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
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