JPWO2015107562A1 - シリコンウェーハおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
このシリコンウェーハの製造方法は、シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中でＲＴＰ処理を行う第１熱処理工程と、シリコンウェーハにおいて、第１熱処理工程で酸素濃度が増加した領域を除去する工程と、この除去工程を実施した後、シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、ＲＴＰ処理を行う第２熱処理工程と、第２熱処理工程を実施した後、シリコンウェーハにおいて、第２熱処理工程により酸素濃度が減少した領域を除去する工程とを有する。この方法により、ＯＳＦ核やＰＶ領域に存在する酸素析出核のような潜在的な欠陥が消滅または低減されているとともに、ゲッタリングサイトを有するシリコンウェーハを製造することができる。
Description
本発明は、チョクラルスキー法によって育成され、半導体デバイスの基板等に好適に使用されるシリコンウェーハおよびその製造方法に関する。
半導体デバイスの基板として用いられるシリコンウェーハは、一般にチョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」ともいう）により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出され、研磨等の工程を経て製造される。ＣＺ法は、石英るつぼ内の溶融したシリコンに種結晶を浸漬させて引き上げ、単結晶を育成する方法である。この方法により育成された結晶には、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥と称される結晶欠陥が、通常含まれる。
シリコン単結晶の引き上げ速度をＶ、引き上げ直後の単結晶内の成長方向の温度勾配をＧとすると、シリコン結晶に導入されるｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の種類は、Ｖ／Ｇに依存する。
図１は、引き上げられた単結晶の縦断面図で、欠陥分布とＶ／Ｇとの関係の一例を模式的に示す図である。前記の温度勾配ＧはＣＺ炉のホットゾーン構造の熱的特性により概ね一定とみなされるので、引き上げ速度Ｖを調整することによりＶ／Ｇを制御することができる。なお、この図は、Ｖ／Ｇを徐々に低下させつつ成長させた単結晶を、結晶の中心軸に沿って切断し、その断面にＣｕを付着させ、熱処理後Ｘ線トポグラフ法で観察した結果を模式的に示した図である（後に示す図２も同様の手法で作成した）。図１に示す欠陥分布は、特定の条件で単結晶を育成したときのものであり、ホットゾーンの形状、磁場の有無等により、欠陥分布（各欠陥領域の境界）は変化する。
図１において、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）領域は、単結晶育成時に結晶格子を構成すべき原子の欠けた空孔の凝集体（微小ボイド）であるＣＯＰが存在する領域であり、転位クラスター領域は格子間に過剰に取り込まれた格子間シリコンの凝集体である転位クラスターが存在する領域である。ＣＯＰ領域においてＯＳＦ領域に近づくほど、ＣＯＰの大きさは、小さくなる。
ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は、半導体デバイスの特性に悪影響を与える。たとえば、シリコンウェーハに、ＭＯＳ−ＦＥＴを形成する場合、ゲート酸化膜を形成するために、ウェーハ表面が熱酸化される。この際に、表面近傍に存在するＣＯＰが酸化膜に取り込まれると、半導体素子のＧＯＩ（Ｇａｔｅ Ｏｘｉｄｅ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）特性を劣化させる。また、転位クラスターもデバイスの特性不良の原因となる。そのため、これらのｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が含まれないシリコンウェーハを得るための研究開発がなされてきた。
図１に示すように、Ｖ／Ｇが大きい（引き上げ速度が大きい）場合は、空孔が過剰となってＣＯＰが単結晶内に導入され、Ｖ／Ｇが小さい（引き上げ速度が小さい）場合は、格子間シリコンが過剰となって転位クラスターが発生し易くなる。シリコン単結晶の育成においては、生産性を高くするために、通常は、引き上げ速度を大きくして、Ｖ／Ｇを大きくするので、引き上げられた単結晶から得られるウェーハにはＣＯＰが含まれることとなる。
ＣＯＰおよび転位クラスターが含まれない、全体が無欠陥領域からなる単結晶は、シリコン単結晶の引き上げ速度Ｖと引き上げ直後の単結晶内の成長方向の温度勾配Ｇとの比（Ｖ／Ｇ）を適正に制御して結晶引き上げを行うことにより製造されている。すなわち、図１において、Ｖ／ＧがＡの位置に相当する値とＢの位置に相当する値との間に入るように、引き上げ装置を制御することにより、ＣＯＰ、および転位クラスターの結晶内への導入を排除することができる。
図２は、引き上げられたシリコン単結晶の横断面を模式的に例示した図である。Ｖ／Ｇを、図１に記したＣの位置に相当する値に制御して育成された単結晶から切り出されたウェーハを示したものである。図２に示すように、ウェーハの中心部にＯＳＦ領域があり、その外側にＰＶ領域およびＰＩ領域が順に存在している。
これらの領域は、空孔の凝集体であるＣＯＰが形成される領域と、格子間シリコンの凝集体である転位クラスターが形成される領域との間に挟まれており、空孔の数と格子間シリコンの数とがバランスして合体消滅し易い無欠陥領域とされている。ＰＶ領域は、ＣＯＰが発生する領域に近く、空孔型点欠陥が優勢な無欠陥領域であり、ＰＩ領域は転位クラスターが発生する領域に隣接し、格子間シリコン型点欠陥が優勢な無欠陥領域である。
しかしながら、このように、ＣＯＰおよび転位クラスターを含まない無欠陥領域からなるウェーハであっても、完全な無欠陥ウェーハというわけではない。ＯＳＦ領域は、無欠陥領域ではあるが、ＣＯＰが発生する領域に隣接しており、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で板状酸素析出物（ＯＳＦ核）を含んでいる。ウェーハを高温（一般的には１０００℃ないし１２００℃）で熱酸化処理した場合に、ＯＳＦ核は、ＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）として顕在化してしまう。
また、ＰＶ領域は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で酸素析出核を含んでおり、低温および高温（たとえば、８００℃および１０００℃）の２段階の熱処理を施した場合に、ＰＶ領域には、酸素析出物が発生し易い。なお、ＰＩ領域は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態でほとんど酸素析出核を含んでおらず、熱処理を施しても酸素析出物が発生し難い領域である。
前記のＯＳＦ領域およびＰＶ領域に存在する欠陥は、特定の条件で熱処理等を受けた場合に顕在化する欠陥である。しかし、極微小のＣＯＰ、ならびにａｓ−ｇｒｏｗｎ状態では顕れていないＯＳＦ領域およびＰＶ領域に存在する欠陥がデバイスの歩留りに与える影響が無視できなくなってきている。たとえば、前記の高温で熱酸化した場合に発生するＯＳＦがウェーハの表面に生成し、成長した場合には、リーク電流の原因になりデバイス特性を劣化させることはよく知られている。また、ＰＶ領域に含まれている酸素析出核がデバイスの製造プロセスでの熱処理過程で酸素析出物を生成し、デバイスを構成する素子の活性層に残ってしまうと、デバイスにリーク電流が発生するおそれがある。
このため、シリコンウェーハにおいて、デバイスが形成される表層部のｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥（酸化シリコンを含む）が少なくされていることが重要である。
特許文献１には、シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、径方向の全面がＮ領域（空孔型点欠陥、および格子間シリコン型点欠陥の過不足が少ない領域）のシリコン単結晶ウエーハを酸化性雰囲気下で急速熱処理し、該酸化性雰囲気下の急速熱処理で形成された酸化膜を除去してから、窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下で急速熱処理する製造方法が開示されている。これにより、ＣＯＰがなく、ＯＳＦ密度が低く、かつ、バルク部にＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）を有するシリコンウェーハを製造できるとされている。
ＢＭＤは、半導体基板中に含まれる酸素析出核が成長したものであり、重金属を取り込むゲッタリングサイトとして機能する。半導体デバイスの製造工程において、重金属がＢＭＤに捉えられることにより、シリコンウェーハにおいて、デバイス形成領域が重金属により汚染されてデバイスの特性が劣化することを回避できる。
本発明者らは、特許文献１に記載の製造方法により、ウェーハにどのような欠陥が生じるかを、実験で検証した。当該製造方法における「酸化性雰囲気下での急速熱処理」の条件は、１２５０℃×１０秒とした。この製造方法によりＯＳＦ欠陥を不活性化できることを確認できた。
しかし、このような処理を施したウェーハに、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を施すと、ＯＳＦ領域の板状酸素析出物（ＯＳＦ核）、およびＰＶ領域の酸素析出核であって９ｎｍ以上の大きさを有するもの（以下「酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥」という）が、エッチング面上の突起として観察された。すなわち、１２５０℃×１０秒の酸化熱処理によっては、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は消去できないことが判明した。したがって、このようなウェーハは、デバイス工程（デバイス製造プロセス）での熱処理過程等で欠陥が顕在化し、デバイスの特性に悪影響を及ぼすおそれがあり、今後のデバイスの微細化に対応することができない。
酸化熱処理の温度を、より高くすると、ＯＳＦ核、およびＰＶ領域の酸素析出核は、ウェーハ内部まで消滅できるが、ウェーハの表面近傍には、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が残存する（特許文献２参照）。
また、酸素が導入されることにより、デバイス工程における低温（たとえば、４００〜５００℃）での熱処理で、酸素濃度が増加した領域であって酸素ドナーが発生しやすい領域が生じ、その領域の抵抗率を変動させるおそれがある。抵抗が変動すると、デバイスの動作電圧がシフトし動作不良が生じるおそれがある。特に、近年のデバイス製造工程では微細化の進展により、熱処理の低温・短時間化が進展し、デバイス工程での熱処理によっては初期の酸素濃度分布は変化しにくくなっており、表層酸素濃度変動の影響が顕在化する可能性がより高くなっている。
さらに、特許文献１の製造方法では、「酸化性雰囲気下での急速熱処理」の後に実施される「窒化性雰囲気、Ａｒ雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下での急速熱処理」により、酸素が外方拡散し、ウェーハ最表層の酸素濃度は低下する。酸素濃度が低下すると、その部分の機械的強度は低下する（特許文献３参照）。
以上のように、特許文献１に記載の製造方法では、酸素濃度が増加および減少する領域が生じることによる様々な問題が生じ得る。
特許文献２には、「シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中で１２５０℃以上、１０秒以上のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理を行う熱処理工程と、ＲＴＡ処理後のウェーハの表層部近傍の酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥領域を除去する工程とを含むシリコンウェーハの製造方法」が開示されている。この方法により、「ＣＯＰ、および転位クラスターが含まれず、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態では顕在化していないＯＳＦ核、およびＰＶ領域に存在する酸素析出核のような欠陥が消滅もしくは低減されているシリコンウェーハを製造することができる」とされている。
しかし、この方法によっては、ウェーハに対して、さらに、所定の処理を施さなければ、ＢＭＤを形成することができず、重金属汚染が生じ得る環境下で使用することはできない。
本発明は、酸素濃度の増加または減少に起因する上述の問題を解消できるとともに、デバイス工程において重金属に対するゲッタリング能力を有するシリコンウェーハ、およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、下記（１）のシリコンウェーハ、ならびに下記（２）および（３）のシリコンウェーハの製造方法を要旨とする。
（１）深さ方向に関して酸素濃度の変動率の絶対値が１０％未満であり、
表面から少なくとも２μｍまでの深さ領域の表層部において、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の密度が、１×１０６／ｃｍ３以下であり、
バルク部の酸素析出物密度が、１×１０８／ｃｍ３以上である、シリコンウェーハ。
（１）深さ方向に関して酸素濃度の変動率の絶対値が１０％未満であり、
表面から少なくとも２μｍまでの深さ領域の表層部において、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の密度が、１×１０６／ｃｍ３以下であり、
バルク部の酸素析出物密度が、１×１０８／ｃｍ３以上である、シリコンウェーハ。
以下の説明において、特に断らない限り、シリコンウェーハについての「酸素濃度」は「格子間酸素濃度」を意味する。
本発明において、「酸素濃度の変動率」は、熱処理によって酸素濃度が変動した最表層部の酸素濃度の平均値（以下、「最表層酸素濃度平均値」という）と、熱処理によって酸素濃度が実質的に変動しないバルク部の一部についての酸素濃度の平均値（以下、「バルク酸素濃度平均値」という）との対比で定義する。「最表層部」、および「バルク部」は、具体的には、それぞれ、「表面から１μｍまでの深さ領域（表面と、表面から１μｍの深さ位置との間の領域）」、および「表面から１０μｍの深さ位置より深い領域」とする。ただし、酸素濃度をＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ−Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により実測する場合は、表面と、表面から０．２μｍ未満の深さ位置との間の領域については、正確に測定できないため、表面から０．２μｍの深さ位置と表面から１μｍの深さ位置との間の領域を、最表層部とする。酸素濃度の変動率は、具体的には、下記のように定義する。
酸素濃度の変動率＝（最表層酸素濃度平均値−バルク酸素濃度平均値）／バルク酸素濃度平均値×１００ （％）
本発明において、「酸素濃度の変動率」は、熱処理によって酸素濃度が変動した最表層部の酸素濃度の平均値（以下、「最表層酸素濃度平均値」という）と、熱処理によって酸素濃度が実質的に変動しないバルク部の一部についての酸素濃度の平均値（以下、「バルク酸素濃度平均値」という）との対比で定義する。「最表層部」、および「バルク部」は、具体的には、それぞれ、「表面から１μｍまでの深さ領域（表面と、表面から１μｍの深さ位置との間の領域）」、および「表面から１０μｍの深さ位置より深い領域」とする。ただし、酸素濃度をＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ−Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により実測する場合は、表面と、表面から０．２μｍ未満の深さ位置との間の領域については、正確に測定できないため、表面から０．２μｍの深さ位置と表面から１μｍの深さ位置との間の領域を、最表層部とする。酸素濃度の変動率は、具体的には、下記のように定義する。
酸素濃度の変動率＝（最表層酸素濃度平均値−バルク酸素濃度平均値）／バルク酸素濃度平均値×１００ （％）
（２）チョクラルスキー法により、ＣＯＰおよび転位クラスターを含まないシリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、
前記シリコン単結晶インゴットから、シリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中で１２５０℃を超える温度で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第１熱処理工程と、
前記第１熱処理工程で前記シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記酸化膜除去工程を実施した後、前記シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第２熱処理工程と、
前記第２熱処理工程を実施した後、前記シリコンウェーハにおいて、前記第１および第２熱処理工程により酸素濃度が変動した領域を除去する酸素濃度変動領域除去工程と、
を有する、シリコンウェーハの製造方法。
前記シリコン単結晶インゴットから、シリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中で１２５０℃を超える温度で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第１熱処理工程と、
前記第１熱処理工程で前記シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記酸化膜除去工程を実施した後、前記シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第２熱処理工程と、
前記第２熱処理工程を実施した後、前記シリコンウェーハにおいて、前記第１および第２熱処理工程により酸素濃度が変動した領域を除去する酸素濃度変動領域除去工程と、
を有する、シリコンウェーハの製造方法。
（３）チョクラルスキー法により、ＣＯＰおよび転位クラスターを含まないシリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、
前記シリコン単結晶インゴットから、シリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中で１２５０℃を超える温度で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第１熱処理工程と、
前記シリコンウェーハにおいて、前記第１熱処理工程で酸素濃度が増加した領域を除去する酸素濃度増加領域除去工程と、
前記酸素濃度増加領域除去工程を実施した後、前記シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第２熱処理工程と、
前記第２熱処理工程を実施した後、前記シリコンウェーハにおいて、前記第２熱処理工程により酸素濃度が減少した領域を除去する酸素濃度減少領域除去工程と、
を有する、シリコンウェーハの製造方法。
前記シリコン単結晶インゴットから、シリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中で１２５０℃を超える温度で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第１熱処理工程と、
前記シリコンウェーハにおいて、前記第１熱処理工程で酸素濃度が増加した領域を除去する酸素濃度増加領域除去工程と、
前記酸素濃度増加領域除去工程を実施した後、前記シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第２熱処理工程と、
前記第２熱処理工程を実施した後、前記シリコンウェーハにおいて、前記第２熱処理工程により酸素濃度が減少した領域を除去する酸素濃度減少領域除去工程と、
を有する、シリコンウェーハの製造方法。
本発明のシリコンウェーハによれば、深さ方向に関する酸素濃度の変動率の絶対値が１０％未満であることにより、酸素濃度が高い部分においても、デバイス工程における低温熱処理で、抵抗値の変動が問題になる程度の酸素ドナーが発生しないようにすることができる。また、酸素濃度が低い部分においても、当該ウェーハの強度を高くすることができる。さらに、深さ方向に関する酸素濃度の変動率が少ないことにより、本発明のシリコンウェーハは、デバイス工程での様々な熱処理条件に対応することができる。
表面から少なくとも２μｍまでの深さ領域の表層部において、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度が、１×１０６／ｃｍ３以下であることにより、この表層部を含む領域に形成されるデバイスの特性を良好なものとすることができ、デバイスの微細化にも対応できる。
バルク部の酸素析出物密度が、１×１０８／ｃｍ３以上であることにより、デバイス工程において、重金属に対する十分なゲッタリング効果を奏することができる。
本発明のシリコンウェーハの製造方法により、本発明の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製造方法により、本発明の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は、深さ方向に関して酸素濃度の変動率の絶対値が１０％未満であり、表面から少なくとも２μｍまでの深さ領域の表層部において、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度が、１×１０６／ｃｍ３以下であり、バルク部の酸素析出物密度が、１×１０８／ｃｍ３以上であることを特徴とする。
深さ方向に関する酸素濃度の変動率の絶対値が１０％未満であることにより、酸素濃度が高い部分においても、デバイス工程における低温熱処理で、抵抗値の変動が問題になる程度の酸素ドナーが発生しないようにすることができる。したがって、抵抗値の変動によりデバイスの動作電圧がシフトしないようにすることができる。また、深さ方向に関する酸素濃度の変動率の絶対値が１０％未満であることにより、酸素濃度が低い部分においても、当該ウェーハの強度を高くすることができる。
さらに、デバイスメーカーごとに、そして、最終デバイス製品ごとに、デバイス熱プロセスは異なっている。このため、シリコンウェーハの深さ方向の酸素濃度が変動していると、特性に対するデバイス熱プロセスの影響は予測し難くなる。本発明のシリコンウェーハでは、深さ方向に関して酸素濃度の変動率の絶対値が１０％未満であることにより、このような影響を予測し易い。
上述の効果を十分に得るためには、深さ方向に関する酸素濃度の変動率の絶対値は、５％未満であることが、望ましい。
表面から２μｍまでの深さ領域の表層部において、シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度が１×１０６／ｃｍ３以下であることにより、この表層部を含む領域に形成されるデバイスの特性を良好なものとすることができ、デバイスの微細化にも対応できる。
より深い領域までデバイスが形成されても、上記効果と同様の効果が得られるようにするために、上記表層部（シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度が１×１０６／ｃｍ３以下である領域）は、表面から５μｍまでの深さ領域とすることが望ましく、表面から１０μｍまでの深さ領域とすることがさらに望ましい。上記表層部の深さ領域は、デバイスにおいて空乏層が形成される領域を含むように設定することが望ましい。
バルク部の酸素析出物（ＢＭＤ）密度が、１×１０８／ｃｍ３以上であることにより、このウェーハは、デバイス工程において重金属に対する十分なゲッタリング能力を有する。バルク部の酸素析出物密度は、以下のようにして測定することができる。まず、シリコンウェーハに対して、評価用の熱処理を行う。評価用の熱処理としては、８００℃×４時間の熱処理と、それに続く１０００℃×１６時間の熱処理との２段熱処理を行うものとすることができる。その後、このシリコンウェーハを、壁開して、セコ(Secco)エッチングを２分間室温で行う。セコエッチングに用いるエッチング液は、酸素析出物（ＢＭＤ）に対して選択性のあるものである。そして、この処理が施された壁開面を光学顕微鏡で観察し、エッチピットの密度を測定する。この密度を酸素析出物密度とすることができる。
本発明のシリコンウェーハにおいて、酸素濃度は、８×１０１７〜１４×１０１７／ｃｍ３とすることが望ましい。これにより、デバイス活性領域となる表層部でｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を抑制でき、かつ表層部の強度を保った上で、酸素ドナーの発生を最小限に抑えつつ、バルク部に重金属不純物を捕獲するために十分な量のＢＭＤを形成することが可能となる。
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記本発明のシリコンウェーハを製造することができるものであり、下記（Ａ）または（Ｂ）の特徴を有する。
（Ａ）チョクラルスキー法により、ＣＯＰおよび転位クラスターを含まないシリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、
前記シリコン単結晶インゴットから、シリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中で１２５０℃を超える温度で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第１熱処理工程と、
前記第１熱処理工程で前記シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記酸化膜除去工程を実施した後、前記シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第２熱処理工程と、
前記第２熱処理工程を実施した後、前記シリコンウェーハにおいて、前記第１および第２熱処理工程により酸素濃度が変動した領域を除去する酸素濃度変動領域除去工程と、
を有する。
前記シリコン単結晶インゴットから、シリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中で１２５０℃を超える温度で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第１熱処理工程と、
前記第１熱処理工程で前記シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記酸化膜除去工程を実施した後、前記シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第２熱処理工程と、
前記第２熱処理工程を実施した後、前記シリコンウェーハにおいて、前記第１および第２熱処理工程により酸素濃度が変動した領域を除去する酸素濃度変動領域除去工程と、
を有する。
（Ｂ）チョクラルスキー法により、ＣＯＰおよび転位クラスターを含まないシリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、
前記シリコン単結晶インゴットから、シリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中で１２５０℃を超える温度で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第１熱処理工程と、
前記シリコンウェーハにおいて、前記第１熱処理工程で酸素濃度が増加した領域を除去する酸素濃度増加領域除去工程と、
前記酸素濃度増加領域除去工程を実施した後、前記シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第２熱処理工程と、
前記第２熱処理工程を実施した後、前記シリコンウェーハにおいて、前記第２熱処理工程により酸素濃度が減少した領域を除去する酸素濃度減少領域除去工程と、
を有する。
前記シリコン単結晶インゴットから、シリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中で１２５０℃を超える温度で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第１熱処理工程と、
前記シリコンウェーハにおいて、前記第１熱処理工程で酸素濃度が増加した領域を除去する酸素濃度増加領域除去工程と、
前記酸素濃度増加領域除去工程を実施した後、前記シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第２熱処理工程と、
前記第２熱処理工程を実施した後、前記シリコンウェーハにおいて、前記第２熱処理工程により酸素濃度が減少した領域を除去する酸素濃度減少領域除去工程と、
を有する。
以下、各工程について詳細に説明する。
（ａ）シリコン単結晶インゴットの育成工程
ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程である。育成においては、引き上げ直後の単結晶の成長方向における適正な温度勾配が得られるように構成されたホットゾーン構造を備えた単結晶引き上げ装置を用いることが望ましい。この場合、適正な引き上げ速度で結晶育成を行うことにより、結晶欠陥を制御することができる。温度勾配、および引き上げ速度により結晶欠陥を制御する具体的な方法については、たとえば、上記特許文献２に開示されている方法を採用することができる。
（ａ）シリコン単結晶インゴットの育成工程
ＣＺ法によりシリコン単結晶インゴットを育成する工程である。育成においては、引き上げ直後の単結晶の成長方向における適正な温度勾配が得られるように構成されたホットゾーン構造を備えた単結晶引き上げ装置を用いることが望ましい。この場合、適正な引き上げ速度で結晶育成を行うことにより、結晶欠陥を制御することができる。温度勾配、および引き上げ速度により結晶欠陥を制御する具体的な方法については、たとえば、上記特許文献２に開示されている方法を採用することができる。
（ｂ）シリコンウェーハの切り出し工程
前記シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハを切り出す工程である。この工程では、通常、インゴットが、その電気抵抗によって、幾つかのブロックに分けられ、そのブロックごとに切断された後、スライシング、ラッピング、化学エッチング、鏡面研磨その他の処理を経てウェーハとなる。いずれの処理も従来行われている方法に準じて行えばよい。
前記シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハを切り出す工程である。この工程では、通常、インゴットが、その電気抵抗によって、幾つかのブロックに分けられ、そのブロックごとに切断された後、スライシング、ラッピング、化学エッチング、鏡面研磨その他の処理を経てウェーハとなる。いずれの処理も従来行われている方法に準じて行えばよい。
（ｃ）第１熱処理工程
前記切り出し工程で切り出された前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中、１２５０℃を超える温度で、１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う工程である。
前記切り出し工程で切り出された前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中、１２５０℃を超える温度で、１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う工程である。
酸化性雰囲気中でこのＲＴＰ処理を行うのは、ＯＳＦ領域に存在する板状酸素析出物（ＯＳＦ核）、およびＰＶ領域に存在する酸素析出核のような欠陥を、消滅または低減させるためである。ＲＴＰ処理の作用効果を以下に説明する。
通常、ＣＺ法により育成したシリコン単結晶には、１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の酸素が不純物として含まれている。この酸素は、シリコンの融点付近では、シリコン結晶中に固溶、具体的には、シリコンの結晶格子間に存在しているが、シリコン単結晶から切り出され室温付近の温度にあるウェーハでは、酸素の一部が酸化シリコン（ＳｉＯ２）として析出し、ＯＳＦ核、またはＰＶ領域の酸素析出核のような結晶欠陥を形成する。
このウェーハに酸化性雰囲気中でＲＴＰ処理を施すと、ウェーハ内部の結晶欠陥中の酸化シリコンは、それを構成する酸素原子が結晶格子内に移動することによって消滅する。酸化シリコンが消滅した後には空孔が残る。ＲＴＰ処理を酸化性雰囲気中で行っているため、ウェーハの表面側から格子間シリコンが注入され、前記の空孔が埋められる。この一連の過程は、溶解（固溶）現象として認識される。その結果、ＯＳＦ核、またはＰＶ領域の酸素析出核のような酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が消滅または低減する。極微小のＣＯＰ等、ＣＯＰが含まれている場合は、それらも消滅または低減する。
酸化性雰囲気としては、たとえば、Ｏ２、Ｏ３、およびＨ２Ｏ（水蒸気）からなる群から選択される１種以上を含むガスの雰囲気を採用することができる。結晶欠陥中のＳｉＯ２の除去効果を高めるために、酸化性雰囲気は、Ｏ２、Ｏ３、およびＨ２Ｏからなる群から選択される１種以上が１００％とすることが望ましい。しかし、これに限定されることはなく、酸化性雰囲気は、たとえば、Ｏ２、Ｏ３、およびＨ２Ｏからなる群から選択される１種以上と不活性ガスとの混合ガスの雰囲気であってもよい。
ＲＴＰ処理温度を１２５０℃を超える温度で行うのは、処理温度が１２５０℃以下では前記結晶欠陥の消滅除去ないしは低減効果が十分ではないからである。シリコンの融点（１４１０℃）を超えるとウェーハが溶融するので、処理温度の上限は、１４００℃とすることが望ましい。処理温度が１４００℃以下であっても、温度が高すぎると、ウェーハへスリップ転位が導入されやすくなり、また、装置に対する負荷が大きいので、温度の上限は、１３５０℃とすることが望ましい。
前記処理温度（１２５０℃を超える温度）での保持時間を１秒以上とするのは、１秒に満たないと結晶欠陥の除去効果が十分ではないからである。処理時間の上限は、処理温度にもよるが、スリップ発生を低減する観点からは６０秒とすることが望ましい。
また、前記ＲＴＰ処理時の昇降温速度は、１０℃／秒〜３００℃／秒の範囲内に設定される。１０℃／秒未満では生産性が著しく低下してしまい、３００℃／秒が現状のＲＴＰ装置の加熱限界である。ウェーハのスリップ発生を抑制し、温度制御の再現性を確保するために、昇降温速度は、１５０℃／秒以内に抑えることが、より望ましい。ＲＴＰ処理には、急速に昇温・降温を行えるランプアニール炉を使用することが望ましい。ランプアニール炉を使用することにより、ウェーハに過大な熱量を与えることなく処理を行える。
（ｄ）酸化膜除去工程
第１熱処理工程でシリコンウェーハの表面に形成された酸化膜を除去する工程である。第１熱処理工程は酸化性雰囲気中で実施されるので、シリコンウェーハの表面近傍の領域で酸素濃度が増加する。このような領域には、ウェーハ最表層の酸化膜と、酸化膜より下層で、酸素がシリコンの結晶に固溶しているか析出した酸化物として存在している領域とが含まれる。これらのうち、本工程で除去するのは、酸化膜である。
第１熱処理工程でシリコンウェーハの表面に形成された酸化膜を除去する工程である。第１熱処理工程は酸化性雰囲気中で実施されるので、シリコンウェーハの表面近傍の領域で酸素濃度が増加する。このような領域には、ウェーハ最表層の酸化膜と、酸化膜より下層で、酸素がシリコンの結晶に固溶しているか析出した酸化物として存在している領域とが含まれる。これらのうち、本工程で除去するのは、酸化膜である。
第１熱処理工程を実施することにより酸素濃度が増加する領域の全体に比して、酸化膜は、極めて薄い。このため、当該領域の全体の厚さは、酸化膜除去工程を実施することによっては、実質的に変わらない。
酸化膜は、たとえば、ふっ酸（ＨＦ）水溶液によりエッチングして除去することができる。
（ｅ）酸素濃度増加領域除去工程
シリコンウェーハにおいて、第１熱処理工程で酸素濃度が増加した領域（以下、「酸素濃度増加領域」という）を除去する工程である。本工程では、酸化膜を含め、酸素濃度増加領域の全体を除去する。
シリコンウェーハにおいて、第１熱処理工程で酸素濃度が増加した領域（以下、「酸素濃度増加領域」という）を除去する工程である。本工程では、酸化膜を含め、酸素濃度増加領域の全体を除去する。
酸素濃度増加領域を除去することにより、ウェーハの残余の部分は、ウェーハの深さ方向に関して、酸素濃度がほぼ一定になる。ウェーハの表面付近で、どの範囲の領域が第１熱処理工程により酸素濃度が増加したとみなすかは、ウェーハの残余の部分において、深さ方向の酸素濃度の変動率（酸素濃度が実質的に変動していないバルク部（表面から１０μｍの深さ位置より深い領域）の酸素濃度に対する、最表層部（表面と、表面から１μｍの深さ位置との間の領域）の酸素濃度の変動率）の絶対値が、たとえば、１０％未満（必要により、たとえば、５％未満）になるように決定することができる。
酸素濃度増加領域の酸化膜は、上記酸化膜除去工程と同様の方法により、除去することができる。
酸素濃度増加領域の酸化膜は、上記酸化膜除去工程と同様の方法により、除去することができる。
酸素濃度増加領域は、機械加工または化学反応によって除去する。ウェーハの平坦度に影響を与えず、加工ダメージを十分に小さくして、この領域を除去できる方法であれば、いずれの方法も適用可能である。機械加工としては、研削加工、研磨加工などを採用することができる。加工ダメージを最小限にする観点からは、研磨加工を採用することが望ましい。また、化学反応としては、酸エッチング、アルカリエッチングなどを採用することができる。また、機械加工と化学反応とを組み合わせてもよい。
（ｆ）第２熱処理工程
酸化膜除去工程、または酸素濃度増加領域除去工程を実施した後、シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で、１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う工程である。
酸化膜除去工程、または酸素濃度増加領域除去工程を実施した後、シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で、１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う工程である。
この工程により、ＢＭＤ核が形成される。処理温度が、１１００℃未満であると、ＢＭＤ核が十分に高い密度では形成されない。処理温度が高温であるほど、ＢＭＤ核が高密度に形成されるため、重金属不純物の捕獲には好適である。一方、処理温度が、１３００℃を超えると、第１熱処理工程で表層に拡散した格子間酸素が、ウェーハにおいてより深くまで拡散し、後の酸素濃度変動領域除去工程における除去領域の幅が広くなることがあり、この場合、生産性を低下させる。また、処理温度が１３００℃を超えると、表層２μｍの領域において、酸素析出物が発生し、デバイス工程において、当該領域に酸化膜を形成すると、その酸化膜の絶縁耐圧が低くなる。このため、処理温度の上限は、１３００℃とすることが望ましい。
窒化性雰囲気としては、たとえば、窒素（Ｎ２）、およびアンモニア（ＮＨ３）からなる群から選択される１種以上を含むガスの雰囲気を採用することができる。窒化性雰囲気は、Ｎ２、およびＮＨ３からなる群から選択される１種以上が１００％であってもよく、Ｎ２、およびＮＨ３からなる群から選択される１種以上と不活性ガス（たとえば、Ａｒ）との混合ガスの雰囲気であってもよい。
第２熱処理工程の降温速度は、たとえば、１０℃／秒以上、より望ましくは、５０℃／秒以上とする。これにより、ＢＭＤ密度を高くすることができる。降温速度が、１０℃／秒未満であると、ＢＭＤ核を効率的に形成できない。
（ｇ）酸素濃度変動領域除去工程
酸化膜除去工程が実施された（酸素濃度増加領域除去工程が実施されなかった）シリコンウェーハについて、第２熱処理工程を実施した後、シリコンウェーハにおいて、第１および第２熱処理工程により酸素濃度が変動した領域（以下、「酸素濃度変動領域」という）を除去する工程である。
酸化膜除去工程が実施された（酸素濃度増加領域除去工程が実施されなかった）シリコンウェーハについて、第２熱処理工程を実施した後、シリコンウェーハにおいて、第１および第２熱処理工程により酸素濃度が変動した領域（以下、「酸素濃度変動領域」という）を除去する工程である。
第１熱処理工程を実施することにより、ウェーハの表面付近の酸素濃度は増加する。一方、第２熱処理工程を実施することにより、ウェーハの表面付近の酸素濃度は減少する。このように、第１および第２熱処理工程を実施することにより、第１熱処理工程を実施する前に比して、酸素濃度が変動した領域が生じる。このような領域を、本工程により、除去する。
酸素濃度変動領域を除去することにより、ウェーハの残余の部分は、ウェーハの深さ方向に関して、酸素濃度がほぼ一定になる。ウェーハの表面付近で、どの範囲の領域が第１および第２熱処理工程により酸素濃度が変動したとみなすかは、ウェーハの残余の部分の酸素濃度の変動率の絶対値が１０％未満、より望ましくは、５％未満になるように決定することができる。
酸素濃度変動領域の除去は、機械的研磨により、実施することができる。
第２熱処理工程を実施することにより、ウェーハの最表層部に、ウェーハの深部に比して酸素濃度が低下した領域が生じる。このような領域は、機械的強度が低下しており、酸素濃度変動領域除去工程を実施することで、ウェーハの残余の部分の機械的強度を熱処理前と同等に維持することができる。
第２熱処理工程を実施することにより、ウェーハの最表層部に、ウェーハの深部に比して酸素濃度が低下した領域が生じる。このような領域は、機械的強度が低下しており、酸素濃度変動領域除去工程を実施することで、ウェーハの残余の部分の機械的強度を熱処理前と同等に維持することができる。
（ｈ）酸素濃度減少領域除去工程
酸素濃度増加領域除去工程が実施されたシリコンウェーハについて、第２熱処理工程を実施した後、シリコンウェーハにおいて、第２熱処理工程により酸素濃度が減少した領域（以下、「酸素濃度減少領域」という）を除去する工程である。第２熱処理工程は、窒化雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で実施されるので、第２熱処理工程を実施することにより、ウェーハの表面付近の酸素濃度は減少する。
酸素濃度増加領域除去工程が実施されたシリコンウェーハについて、第２熱処理工程を実施した後、シリコンウェーハにおいて、第２熱処理工程により酸素濃度が減少した領域（以下、「酸素濃度減少領域」という）を除去する工程である。第２熱処理工程は、窒化雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で実施されるので、第２熱処理工程を実施することにより、ウェーハの表面付近の酸素濃度は減少する。
上述のように、酸素濃度増加領域除去工程を実施した後で、第２熱処理工程を実施する前は、ウェーハの深さ方向に関して、酸素濃度はほぼ一定である。したがって、酸素濃度減少領域を除去することによりウェーハの残余の部分の酸素濃度は、ウェーハの深さ方向に関して、ほぼ一定になる。ウェーハの表面付近で、どの範囲の領域が第２熱処理工程により酸素濃度が減少したとみなすかは、ウェーハの残余の部分の酸素濃度の変動率が１０％未満、より望ましくは、５％未満になるように決定することができる。
酸素濃度減少領域の除去は、機械的研磨により、実施することができる。
第２熱処理工程を実施することにより生ずる酸素濃度が低下した領域は、機械的強度が低下していることがある。このような領域は、酸素濃度減少領域除去工程を実施することにより、除去されるので、ウェーハの残余の部分は、機械的強度が高い。
第２熱処理工程を実施することにより生ずる酸素濃度が低下した領域は、機械的強度が低下していることがある。このような領域は、酸素濃度減少領域除去工程を実施することにより、除去されるので、ウェーハの残余の部分は、機械的強度が高い。
図３は、本発明のシリコンウェーハの製造方法であって上記（Ａ）の特徴を有する方法を実施するときのウェーハの酸素濃度プロファイルの変化を示したものである。図３において、横軸は、ウェーハの表面からの深さを示し、縦軸は、酸素濃度を示す。図３を参照して、上記（Ａ）の特徴を有する本発明のシリコンウェーハの製造方法を実施する際の酸素濃度プロファイル（表面からの深さと酸素濃度との関係）の変化について説明する。
切り出し工程実施後、かつ第１熱処理工程実施前は、酸素濃度は、ウェーハの深さ方向に関してほぼ一定（酸素濃度の変動率の絶対値は、１０％未満、望ましくは、５％未満）であり、たとえば、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。第１熱処理工程を、たとえば、Ｏ２雰囲気中で、１３５０℃×１０秒の条件で実施することにより、シリコンウェーハの表面からウェーハ内に酸素が導入され、図３に曲線（実線）Ｌ１で示すように、ウェーハの表面付近の酸素濃度が増加する。
本発明の製造方法では、その後、酸化膜を除去する（酸化膜除去工程）。酸化膜の厚さは１００〜３００Åであり、第１熱処理工程を実施することにより酸素濃度が増加する領域全体の厚さである３〜１０μｍに比して、極めて薄い。このため、酸化膜を除去しても、当該領域全体の厚さは、実質的に変化しない。
次に、第２熱処理工程を、たとえば、ＮＨ３およびＡｒの混合ガス雰囲気中で、１１５０℃×１０秒の条件で実施することにより、図３に曲線（破線）Ｌ２で示すように、ウェーハの表面付近の酸素濃度が低下する。ウェーハの最表層部では、第１熱処理工程を実施する前より酸素濃度が低下した領域が生じる。第２熱処理工程を、第１熱処理工程に比して、低い温度で実施した場合は、第２熱処理工程で酸素濃度が減少する領域の厚さは、第１熱処理工程で酸素濃度が増加する領域の厚さに比して、薄くなる。したがって、酸素濃度変動領域の厚さは、実質的に、酸素濃度増加領域の厚さに等しくなる。第２熱処理工程を、第１熱処理工程に比して、高い温度で実施した場合は、第１熱処理工程で拡散した格子間酸素がより深く拡散するため、酸素濃度増加領域は第１熱処理工程実施後の厚さよりも厚くなる。
次に、酸素濃度変動領域（図３において一点鎖線Ｐ１で示す深さ位置より浅い領域）を除去する（酸素濃度変動領域除去工程）。これにより、ウェーハの残余の部分の酸素濃度は、ウェーハの深さ方向に関して、ほぼ一定になる。ウェーハ表層部の除去厚さ（ウェーハ表層部において、除去すべき領域の厚さ）は、下記(i)〜(iii)のいずれかの方法により、予め、決定しておくことができる。
(i) ウェーハ表層部の除去を、除去厚さを変えて行い、ウェーハの残部の酸素濃度変動率を測定する実験を行う。
(ii) 第１および第２熱処理工程の熱プロファイル（昇降温プロファイルを含む）に基づき、酸素の深さ方向プロファイルを計算し、酸素濃度変動領域の厚さを求める。
(iii) 第１および第２熱処理工程それぞれの最高温度、およびその温度での保持時間に基づき、酸素の拡散長を計算し、酸素濃度変動領域の厚さを求める（上記(ii)の計算を簡易的に行うもの）。
図３の曲線Ｌ２の酸素濃度プロファイルは、上記(ii)の方法により決定したものである。
(ii) 第１および第２熱処理工程の熱プロファイル（昇降温プロファイルを含む）に基づき、酸素の深さ方向プロファイルを計算し、酸素濃度変動領域の厚さを求める。
(iii) 第１および第２熱処理工程それぞれの最高温度、およびその温度での保持時間に基づき、酸素の拡散長を計算し、酸素濃度変動領域の厚さを求める（上記(ii)の計算を簡易的に行うもの）。
図３の曲線Ｌ２の酸素濃度プロファイルは、上記(ii)の方法により決定したものである。
図４は、本発明のシリコンウェーハの製造方法であって上記（Ｂ）の特徴を有する方法を実施するときのウェーハの酸素濃度プロファイルの変化を示したものである。図４において、横軸は、ウェーハの表面からの深さを示し、縦軸は、酸素濃度を示す。図４を参照して、上記（Ｂ）の特徴を有する本発明のシリコンウェーハの製造方法を実施する際の酸素濃度プロファイルについて説明する。
切り出し工程実施後、かつ第１熱処理工程実施前は、酸素濃度は、ウェーハの深さ方向に関してほぼ一定（酸素濃度の変動率の絶対値は、１０％未満、望ましくは、５％未満）である。第１熱処理工程を、たとえば、Ｏ２雰囲気中、１３５０℃×１０秒の条件で実施することにより、シリコンウェーハの表面からウェーハ内に酸素が導入され、図４に曲線（実線）Ｌ３で示すように、ウェーハの表面付近の酸素濃度が増加する。
本発明の製造方法では、その後、酸素濃度増加領域（図４において一点鎖線Ｐ２で示す深さ位置より浅い深さ領域）を除去する（酸素濃度増加領域除去工程）。これにより、ウェーハの残余の部分の酸素濃度は、ウェーハの深さ方向に関して、ほぼ一定（たとえば、変動が１０％未満）になる。ウェーハの除去厚さは、下記(iv)〜(vi)のいずれかの方法により、予め、決定しておくことができる。
(iv) ウェーハ表層部の除去を、除去厚さを変えて行い、ウェーハの残部の酸素濃度変動率を測定する実験を行う。
(v) 第１熱処理工程の熱プロファイル（昇降温プロファイルを含む）に基づき、酸素の深さ方向プロファイルを計算し、酸素濃度増加領域の厚さを求める。
(vi) 第１熱処理工程の最高温度、およびその温度での保持時間に基づき、酸素の拡散長を計算し、酸素濃度増加領域の厚さを求める（上記(v)の計算を簡易的に行うもの）。
図４の曲線Ｌ３の酸素濃度プロファイルは、上記(v)の方法により決定したものである。
(v) 第１熱処理工程の熱プロファイル（昇降温プロファイルを含む）に基づき、酸素の深さ方向プロファイルを計算し、酸素濃度増加領域の厚さを求める。
(vi) 第１熱処理工程の最高温度、およびその温度での保持時間に基づき、酸素の拡散長を計算し、酸素濃度増加領域の厚さを求める（上記(v)の計算を簡易的に行うもの）。
図４の曲線Ｌ３の酸素濃度プロファイルは、上記(v)の方法により決定したものである。
次に、第２熱処理工程を、たとえば、ＮＨ３およびＡｒの混合ガス雰囲気中で、１１５０℃×１０秒の条件で実施することにより、図４に曲線（点線）Ｌ４で示すように、ウェーハの表面付近の酸素濃度が低下する。第１熱処理工程で酸素濃度が増加した領域がすでに除去されていることにより、第２熱処理工程を実施した後には、第１熱処理工程を実施する前より酸素濃度が高い領域は、実質的に存在しない。
次に、酸素濃度減少領域（図４において、一点鎖線Ｐ２で示す深さ位置（表面）と一点鎖線Ｐ３で示す深さ位置との間の領域）を除去する（酸素濃度減少領域除去工程）。これにより、ウェーハの残余の部分の酸素濃度は、ウェーハの深さ方向に関して、ほぼ一定になる。ウェーハの除去厚さは、下記(vii)〜(ix)のいずれかの方法により、予め、決定しておくことができる。
(vii) ウェーハ表層部の除去を、除去厚さを変えて行い、ウェーハの残部の酸素濃度変動率を測定する実験を行う。
(viii) 第２熱処理工程の熱プロファイル（昇降温プロファイルを含む）に基づき、酸素の深さ方向プロファイルを計算し、酸素濃度減少領域の厚さを求める。
(ix) 第２熱処理工程の最高温度、およびその温度での保持時間に基づき、酸素の拡散長を計算し、酸素濃度減少領域の厚さを求める（上記(viii)の計算を簡易的に行うもの）。
図４の曲線Ｌ４の酸素濃度プロファイルは、上記(viii)の方法により決定したものである。
(viii) 第２熱処理工程の熱プロファイル（昇降温プロファイルを含む）に基づき、酸素の深さ方向プロファイルを計算し、酸素濃度減少領域の厚さを求める。
(ix) 第２熱処理工程の最高温度、およびその温度での保持時間に基づき、酸素の拡散長を計算し、酸素濃度減少領域の厚さを求める（上記(viii)の計算を簡易的に行うもの）。
図４の曲線Ｌ４の酸素濃度プロファイルは、上記(viii)の方法により決定したものである。
酸素濃度変動領域除去工程、酸素濃度増加領域除去工程、および酸素濃度減少領域除去工程において、生産性を高くするため、除去後の残余の部分の酸素濃度の変動が許容レベルに入る限り、ウェーハの除去量を可能な限り少なくして、これらの除去工程に要する時間を短くすることが望ましい。
第２熱処理工程での処理温度を同一にして、ＢＭＤ評価用熱処理後のＢＭＤ密度プロファイルの最大値を比較すると、上記（Ａ）の特徴を有する製造方法により得られるウェーハでは、たとえば、６．１×１０９／ｃｍ３となるのに対して、上記（Ｂ）の特徴を有する製造方法により得られるウェーハでは、たとえば、１．２×１０１０／ｃｍ３となる。すなわち、上記（Ａ）の特徴を有する製造方法に比べて、上記（Ｂ）の特徴を有する製造方法による方が、ＢＭＤ密度が高いウェーハを得ることができる。ＢＭＤ密度をより高くすることが必要な場合、または、デバイス活性領域により近い位置で近接ゲッタリングが必要な場合は、上記（Ｂ）の特徴を有する製造方法を用いると、より効果的である。
本発明のシリコンウェーハの製造方法により、本発明の上記シリコンウェーハを製造することができる。
〈実施例Ａ〉
上記（Ａ）の特徴を有する本発明の製造方法により、シリコンウェーハを製造し、ウェーハの深さ方向の酸素濃度プロファイル、および酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の密度を調査した。ウェーハの製造条件は、以下の通りである。
上記（Ａ）の特徴を有する本発明の製造方法により、シリコンウェーハを製造し、ウェーハの深さ方向の酸素濃度プロファイル、および酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の密度を調査した。ウェーハの製造条件は、以下の通りである。
まず、ＣＺ法により育成したシリコン単結晶インゴットを、スライスして、ウェーハを得た。得られたウェーハは、ＣＯＰおよび転位クラスターを含まない無欠陥領域からなり、ＯＳＦ（Ｃ−ＯＳＦ３）欠陥を含むものであった。ウェーハとして、酸素濃度が異なる２種類のものを用意した。酸素濃度は、一方のウェーハ（以下、「ウェーハＡ」という。）が、９．９×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、他方のウェーハ（以下、「ウェーハＢ」という。）が、１２．１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。以下の工程は、この２種類のウェーハのそれぞれについて実施した。
これらのウェーハを、ラッピングし、面取り加工をした後、表面を研削してから、歪み除去のためのエッチングを行った。
このウェーハに対して、第１熱処理工程として、Ｏ２１００％雰囲気中で、１３２５℃×１０秒、ＲＴＡ処理を施した。この処理により形成された酸化膜厚は１７３Åであった。酸化膜除去工程として、この酸化膜を、ふっ酸水溶液を用いたエッチングにより除去した。
このウェーハに対して、第１熱処理工程として、Ｏ２１００％雰囲気中で、１３２５℃×１０秒、ＲＴＡ処理を施した。この処理により形成された酸化膜厚は１７３Åであった。酸化膜除去工程として、この酸化膜を、ふっ酸水溶液を用いたエッチングにより除去した。
次に、このウェーハに対して、第２熱処理工程として、窒化性雰囲気中で、具体的には、ＮＨ３とＡｒとを、それぞれ３ｓｌｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎｕｔｅ）、および１７ｓｌｍの流量で流しながら、１１７５℃×１０秒、ＲＴＡ処理を施した。その際、昇温速度は、５０℃／秒とし、降温速度は、７０℃／秒とした。降温速度を変更すると、ＢＭＤ密度が変化することを確認した。具体的には、降温速度を１０℃／秒未満にすると、ＢＭＤ密度が低下した。
その後、酸素濃度変動領域除去工程として、第１および第２熱処理工程で酸素濃度が変動した領域を、両面研磨、および片面研磨により除去した。除去する領域の厚さを６μｍ以上とすることにより、酸素濃度が変動した領域を、実質的に全て除去できた。
図５に、このようにして得られたウェーハの酸素濃度プロファイルを示す。酸素濃度は、ＳＩＭＳにより測定した。酸素濃度は、深さ方向に関してほぼ一定であり、その変動率の絶対値は、１０％未満であった。
より詳細には、ウェーハＡを処理したものは、表面から０．１〜１．０μｍの深さ領域（最表層部）で、酸素濃度の平均値は、１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、表面から１０μｍ以上深い領域（バルク部）の酸素濃度の平均値は、９．９×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。したがって、ウェーハＡを処理することによる酸素濃度の変動率（最表層酸素濃度平均値−バルク酸素濃度平均値）／バルク酸素濃度平均値×１００ （％））は、１％であった。
ウェーハＢを処理したものは、表面から０．１〜１．０μｍの深さ領域で、酸素濃度の平均値は、１．２２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、表面から１０μｍ以上深い領域の酸素濃度の平均値は、１．２１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。したがって、ウェーハＢを処理することによる酸素濃度の変動率は、０．８％であった。
上記第１熱処理工程のＲＴＡ処理条件である１３２５℃×１０秒に対して、熱処理温度が高い場合や、熱処理時間が長い場合は、除去する領域の厚さを、より厚く（６μｍより大きく）することにより、酸素濃度が変動した領域を、実質的に全て除去できた。
以上の処理により得られたウェーハを評価したところ、ウェーハの表面から５μｍまでの表層領域で、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の密度は、検出限界（１×１０５／ｃｍ３）以下であった。また、このウェーハを、評価用の熱処理として、３％Ｏ２／９７％Ｎ２の雰囲気で８００℃×４時間熱処理し、さらにＮ２雰囲気で１０００℃×１６時間熱処理した。この評価用熱処理後のウェーハ全面のＢＭＤ密度は、ウェーハＡを処理したものでは、約６×１０９／ｃｍ３であり、ウェーハＢを処理したものでは、約６×１０１０／ｃｍ３であった。ＧＯＩ特性を、ＴＺＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）試験により評価したところ、１００％であり、良好であった。
除去する領域の厚さを変えて、それぞれの場合に、反応性イオンエッチングによりウェーハ表面に顕在化する「酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥」の有無を調査した。その結果、酸素濃度が変動した領域を実質的に全て除去できなかった場合は、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が残存する（１×１０５／ｃｍ３以上である）ことが多かった。
たとえば、ウェーハＡについては、上記研磨工程で除去する領域の厚さを２μｍとした場合は、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の密度は、４．５×１０６／ｃｍ３であった。また、この場合、表面から０．１〜１．０μｍの深さ領域の酸素濃度の平均値は、１４．１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、表面から１０μｍ以上深い領域の酸素濃度に比して高くなっていた。
また、第２熱処理工程を実施した後、研磨を行わなかった場合は、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低減できないばかりでなく、第２熱処理工程での窒化の影響により、ＧＯＩ特性が劣化した。
上記調査により、酸化性雰囲気での熱処理、および窒化性雰囲気での熱処理を行っても、適当な研磨量を選択することにより、ウェーハの深さ方向の酸素濃度をほぼ一定にできるとともに、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を大きく低減できることが確認できた。
〈実施例Ｂ〉
表１の実施例３、４、５に示す条件で、シリコンウェーハを作製した。
表１の実施例３、４、５に示す条件で、シリコンウェーハを作製した。
処理を施す対象としたウェーハ（素材ウェーハ）は、含まれる結晶欠陥に基づき、ＰＶ領域、およびＰＩ領域を含むもの（ＰＶ／ＰＩ混合）、または、ＯＳＦ領域、ＰＶ領域、およびＰＩ領域を含むもの（ＯＳＦ／ＰＶ／ＰＩ混合）とした。また、素材ウェーハは、酸素濃度（格子間酸素濃度Ｏｉ）が、９．６０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のもの、９．９０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のもの、１．２１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のもの、または１．３５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のものとした。
表１の「除去１」は、第１熱処理工程実施後にウェーハ表層部を除去する工程を表しており、この工程を実施したものは、「除去１」の欄に、この工程での除去厚さを記載している。ただし、「除去１」を「なし」としたものでも、酸化膜の除去は行ってから、第２熱処理工程を実施した。表１の「除去２」は、第２熱処理工程実施後にウェーハ表層部を除去する工程を表しており、「除去２」の欄に、この工程での除去厚さを記載している。
表１に、得られたウェーハの評価結果として、
(a) 表面から５μｍまでの深さ領域の表層部における、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の密度の最大値（ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度(最大値)）、
(b) バルク部の酸素析出物密度の最大値（ＢＭＤ密度(最大値)）、および
(c) 酸素濃度の変動率の絶対値（表面酸素濃度変化率（絶対値））
を示す。
(a) 表面から５μｍまでの深さ領域の表層部における、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の密度の最大値（ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度(最大値)）、
(b) バルク部の酸素析出物密度の最大値（ＢＭＤ密度(最大値)）、および
(c) 酸素濃度の変動率の絶対値（表面酸素濃度変化率（絶対値））
を示す。
この結果から、第１および第２熱処理工程での処理温度に対応して除去１および除去２における適切な除去厚さを選択することにより、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度が１×１０６／ｃｍ３（検出限界；D.L.）以下で、表面酸素濃度変化率が、１０％未満のウェーハが得られることがわかる。また、処理条件を適切に選択することにより、素材ウェーハがＯＳＦ領域を含むものであっても、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度を１×１０６／ｃｍ３以下にすることができることがわかる。
本発明のシリコンウェーハは、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が極めて少ないので、半導体デバイスの基板として使用した場合に、デバイスの特性不良などの悪影響を与えるおそれがない。また、このウェーハは、デバイス工程で重金属を取り込むのに十分な密度のＢＭＤを有する。したがって、このウェーハは、デバイスの基板等に好適である。したがって、本発明は、シリコンウェーハおよび半導体デバイスの製造において広く利用することができる。
表面から２μｍまでの深さ領域の表層部において、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度が１×１０6／ｃｍ3以下であることにより、この表層部を含む領域に形成されるデバイスの特性を良好なものとすることができ、デバイスの微細化にも対応できる。
より深い領域までデバイスが形成されても、上記効果と同様の効果が得られるようにするために、上記表層部（酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度が１×１０6／ｃｍ3以下である領域）は、表面から５μｍまでの深さ領域とすることが望ましく、表面から１０μｍまでの深さ領域とすることがさらに望ましい。上記表層部の深さ領域は、デバイスにおいて空乏層が形成される領域を含むように設定することが望ましい。
ＲＴＰ処理を１２５０℃を超える温度で行うのは、処理温度が１２５０℃以下では前記結晶欠陥の消滅除去ないしは低減効果が十分ではないからである。シリコンの融点（１４１０℃）を超えるとウェーハが溶融するので、処理温度の上限は、１４００℃とすることが望ましい。処理温度が１４００℃以下であっても、温度が高すぎると、ウェーハへスリップ転位が導入されやすくなり、また、装置に対する負荷が大きいので、温度の上限は、１３５０℃とすることが望ましい。
（ｈ）酸素濃度減少領域除去工程
酸素濃度増加領域除去工程が実施されたシリコンウェーハについて、第２熱処理工程を実施した後、シリコンウェーハにおいて、第２熱処理工程により酸素濃度が減少した領域（以下、「酸素濃度減少領域」という）を除去する工程である。第２熱処理工程は、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で実施されるので、第２熱処理工程を実施することにより、ウェーハの表面付近の酸素濃度は減少する。
酸素濃度増加領域除去工程が実施されたシリコンウェーハについて、第２熱処理工程を実施した後、シリコンウェーハにおいて、第２熱処理工程により酸素濃度が減少した領域（以下、「酸素濃度減少領域」という）を除去する工程である。第２熱処理工程は、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で実施されるので、第２熱処理工程を実施することにより、ウェーハの表面付近の酸素濃度は減少する。
〈実施例Ａ〉
上記（Ａ）の特徴を有する本発明の製造方法により、表１の実施例１、２に示す条件でシリコンウェーハを製造し、ウェーハの深さ方向の酸素濃度プロファイル、および酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の密度を調査した。ウェーハの製造条件は、以下の通りである。
上記（Ａ）の特徴を有する本発明の製造方法により、表１の実施例１、２に示す条件でシリコンウェーハを製造し、ウェーハの深さ方向の酸素濃度プロファイル、および酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の密度を調査した。ウェーハの製造条件は、以下の通りである。
〈実施例Ｂ〉
本発明の実施例として、表１の実施例３、４、５に示す条件で、シリコンウェーハを作製した。併せて、本発明の要件を満たさない製造方法として、表１の比較例１に示す条件で、シリコンウェーハを作製した。
本発明の実施例として、表１の実施例３、４、５に示す条件で、シリコンウェーハを作製した。併せて、本発明の要件を満たさない製造方法として、表１の比較例１に示す条件で、シリコンウェーハを作製した。
この結果から、第１および第２熱処理工程での処理温度に対応して除去１および除去２における適切な除去厚さを選択することにより、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度が１×１０ 5 ／ｃｍ3（検出限界；D.L.）以下で、表面酸素濃度変化率が、１０％未満のウェーハが得られることがわかる。また、処理条件を適切に選択することにより、素材ウェーハがＯＳＦ領域を含むものであっても、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥密度を１×１０6／ｃｍ3以下にすることができることがわかる。
Claims (8)
- 深さ方向に関して酸素濃度の変動率の絶対値が１０％未満であり、
表面から少なくとも２μｍまでの深さ領域の表層部において、酸化シリコンを含むｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の密度が、１×１０６／ｃｍ３以下であり、
バルク部の酸素析出物密度が、１×１０８／ｃｍ３以上である、シリコンウェーハ。 - 請求項１に記載のシリコンウェーハであって、
深さ方向に関して酸素濃度の変動率が５%未満である、シリコンウェーハ。 - 請求項１に記載のシリコンウェーハであって、
酸素濃度が、８×１０１７〜１４×１０１７／ｃｍ３である、シリコンウェーハ。 - チョクラルスキー法により、ＣＯＰおよび転位クラスターを含まないシリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、
前記シリコン単結晶インゴットから、シリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中で１２５０℃を超える温度で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第１熱処理工程と、
前記第１熱処理工程で前記シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記酸化膜除去工程を実施した後、前記シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第２熱処理工程と、
前記第２熱処理工程を実施した後、前記シリコンウェーハにおいて、前記第１および第２熱処理工程により酸素濃度が変動した領域を除去する酸素濃度変動領域除去工程と、
を有する、シリコンウェーハの製造方法。 - チョクラルスキー法により、ＣＯＰおよび転位クラスターを含まないシリコン単結晶インゴットを育成する育成工程と、
前記シリコン単結晶インゴットから、シリコンウェーハを切り出す切り出し工程と、
前記シリコンウェーハに対して、酸化性雰囲気中で１２５０℃を超える温度で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第１熱処理工程と、
前記シリコンウェーハにおいて、前記第１熱処理工程で酸素濃度が増加した領域を除去する酸素濃度増加領域除去工程と、
前記酸素濃度増加領域除去工程を実施した後、前記シリコンウェーハに対して、窒化性雰囲気中、またはＡｒ雰囲気中で、１１００℃以上で１秒以上保持するＲＴＰ処理を行う第２熱処理工程と、
前記第２熱処理工程を実施した後、前記シリコンウェーハにおいて、前記第２熱処理工程により酸素濃度が減少した領域を除去する酸素濃度減少領域除去工程と、
を有する、シリコンウェーハの製造方法。 - 請求項４または５に記載のシリコンウェーハの製造方法であって、
前記第１熱処理工程が、Ｏ２、Ｏ３、およびＨ２Ｏからなる群から選択される１種以上からなるガスの雰囲気で実施される、シリコンウェーハの製造方法。 - 請求項４〜６のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法であって、
前記第２熱処理工程における保持温度は、前記第１熱処理工程における保持温度より低い、シリコンウェーハの製造方法。 - 請求項４〜７のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法であって、
前記第２熱処理工程の降温速度が、１０℃／秒以上である、シリコンウェーハの製造方法。
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