WO2010016586A1 - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

　欠陥層の生成をより効果的に促しつつ、表層の酸素濃度を所定以上に保てるシリコンウェーハの製造方法を提供する。これにより、ＣＯＰフリーゾーンを確保しながら通常のアニール品よりもウェーハ表層の強度を高めることができる。 　窒素及び酸素が添加されたシリコンウェーハを製造する方法であって、チョクラルスキー法により窒素を添加したシリコン単結晶を育成し、該育成されたシリコン単結晶をスライスしてシリコン単結晶ウェーハとし、該スライスされたシリコン単結晶ウェーハに、水素ガス、不活性ガスのうちいずれか１以上を含む雰囲気下で熱処理を施した後、該熱処理を施したシリコン単結晶ウェーハに研磨を施し、前記熱処理により得られたＣＯＰ欠陥が排除された表層を、最表面が所定の酸素濃度となるまで研磨することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法を提供する。

Description

半導体ウェーハの製造方法

　本発明は、窒素及び酸素が添加されたシリコンウェーハの製造方法に関し、特に、熱処理後のウェーハ表面の酸素濃度不足による強度低下を防止できるシリコンウェーハの製造方法に関する。

　デバイスプロセスの高集積化・微細化のため、シリコンウェーハに対して、表層のデバイス活性領域の完全性と、その強度の向上が求められている。更には、バルク中における酸素析出物等からなる内部微小欠陥（ＢＭＤ：Bulk Micro Defects）による金属等の不純物を捕獲するゲッタリング能力の向上が求められている。

　このため、チョクラルスキー法により窒素添加したシリコン単結晶インゴットを育成し、ｇｒｏｗｎ－ｉｎ欠陥の成長を抑制して酸素析出が促進されている。このインゴットをスライスし、シリコン単結晶ウェーハを切り出し、これを鏡面研磨する。そして、鏡面研磨したシリコン単結晶ウェーハをアルゴンガスや水素ガスなどを用い、１１００～１３５０℃で長時間の熱処理（高温アニール処理）や、急速加熱・急速冷却装置を用いた熱処理（ＲＴＡ処理）や、これらの熱処理を組み合わせたものを施すことにより、ウェーハの表層を無欠陥層とし、かつバルク部にはＢＭＤを高密度で形成することができる。このようにして、表層の完全性とバルク中のＢＭＤ密度増加の両方を実現させている（例えば、特許文献１参照）。

　ところで、上記熱処理において、熱処理炉内の雰囲気や熱処理炉等から不必要なボロンやリン等がウェーハ表面に付着したり、ウェーハ中に含有されているボロンやリン等がウェーハ表面より気化すると同時にウェーハ表面の別の位置に付着したりしてウェーハ表面から内部に拡散することにより、ウェーハ表面のキャリア濃度が変化してしまうことがある。このため、スライスされたシリコンウェーハに、水素ガス、不活性ガスのうちいずれか１以上を含む雰囲気下で熱処理を施した後、該熱処理後のシリコンウェーハに鏡面研磨を施すことにより、熱処理中にボロンやリン等が気化若しくは付着して表層のボロンやリン等のいわゆるドーパントが拡散した領域をシリコンウェーハ表面から除去する窒素ドープアニールウェーハの製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

　また、ＣＺ法によるシリコンウェーハに水素等の雰囲気下で熱処理を施し、酸化熱処理を行い、酸化膜剥離を行い、次いで最終鏡面研磨を施すシリコンウェーハの製造方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、メモリーＩＣのホールドタイムを向上させるために、１１００℃～１２８０℃で１時間以上熱処理を施し、表面層を０．５μｍ～２０μｍ除去することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。そして、シリコンウェーハ表面の欠陥及び汚損（Surface Particle and Defect）を低減させるために、シリコンウェーハを酸化雰囲気または不活性雰囲気中で１０００℃～１３００℃の温度で０．５～５時間熱処理し、シリコンウェーハ主表面を鏡面研磨することが提案されている（例えば、特許文献５参照）。

　更に、鏡面研磨されたシリコンウェーハを熱処理し、熱処理後のウェーハの表面を再度研磨することにより、熱処理工程でウェーハ表面に生じたヘイズや異物の焼き付きやシリコンウェーハ裏面に形成された治具との接触痕を除去するシリコンウェーハの製造方法が開示されている（例えば、特許文献６参照）。また、ＣＯＰフリー領域を拡大し、平坦度を向上し、キズをなくし、シリコンウェーハ表面のヘイズを小さくし、シリコンウェーハ表面に異物が残存しないようにし、Ｂを添加したＰタイプウェーハにおいてはＢ濃度の低下が抑制されて基板抵抗値がシリコンウェーハ深さ方向に一定となるようにするために、表面をエッチングし、そのシリコンウェーハを１２００～１３００℃で１～２４時間熱処理し、シリコンウェーハの片面もしくは両面を鏡面研磨する、シリコンウェーハの製造方法が開示されている（例えば、特許文献７参照）。更に、熱処理中のドーパント汚染を効果的に除去するために、シリコンウェーハに、水素ガスを含む雰囲気下での熱処理後、そのシリコンウェーハに鏡面研磨を施す、シリコンウェーハの製造方法が開示されている（例えば、特許文献８参照）。
特開２００２－４３３１８号公報 特開２００７－２４２９２０号公報 特開平１１－２６０６７７号公報 特公平３－１９６８７号公報 特開平５－１４４８２７号公報 特開２００６－４９８３号公報 特開２００３－２５７９８１号公報 特開２００７－２４２９２０号公報

　しかしながら、上述のような熱処理工程においては、主に、ＣＯＰの消滅（無欠陥層の生成）やドーパントの表層拡散の問題として認識されてきた。或いは、熱処理後の表層のコンタミ、キズ、ヘイズ等をなくすために、表層を除去することが検討されてきた。更に、このような表層の欠陥除去の結果としてＩＣのホールドタイムの向上等に寄与することができた。一方、シリコンウェーハ中の酸素については、ゲッタリングサイトとしてバルク部にある程度以上の酸素濃度を維持することは重要であると認識されているが、表層の酸素濃度については、無欠陥層の生成をより効果的に促し、無欠陥層をより深くするため、少ない方がより好ましいことであると信じられてきた。実際、熱処理工程における雰囲気は、水素及び／又は不活性ガスが好ましいことが知られており、酸素を含まない雰囲気で熱処理を行えば、表層の酸素は気相に拡散する。従って、表層の酸素濃度は著しく低下するが、このような表層近傍の酸素濃度の低下は欠陥の消滅に寄与し、シリコンウェーハに好ましい影響を及ぼすと考えられてきた。ところが、酸素濃度が及ぼすその他の影響については十分に研究されていない。

　以上のような問題点に鑑み、本発明者は、酸素濃度がシリコンウェーハに及ぼす影響を鋭意研究したところ、特に表層の酸素濃度の低下に伴って、シリコンウェーハの強度（例えば、転位抑制能）が低下することを新たに見出した。例えば、表層の酸素濃度が特に低く表面の無欠陥層が十分深いシリコンウェーハであっても、強度が十分でないため、結果として転位欠陥等が表面近傍で発生してしまうシリコンウェーハもあった。そこで、無欠陥層が十分深いシリコンウェーハであって、かつ、シリコンウェーハの強度を担保可能な酸素濃度（以下、「臨界酸素濃度」という）を有するシリコンウェーハの製造方法を提供する。

　また、表面の無欠陥層の深さ（以下、「無欠陥深さ」という）は、表面酸素濃度よりも熱処理の温度条件や時間によってより大きな影響を受けることを見出し、これを利用した最適な熱処理条件の決定方法を提供する。ここで、インゴットから切り出されたシリコンウェーハの酸素濃度は、表面からバルク部においてほぼ均一と考えられる。シリコンウェーハを不活性雰囲気で熱処理をすれば、酸素は表面から気相中に拡散するが、シリコンウェーハ内の酸素濃度は、酸素濃度分布に基づく拡散により変化すると考えられ、その濃度分布は比較的予測しやすい。不活性雰囲気での相当な条件での熱処理により、シリコンウェーハの最表面の酸素濃度は、実質０となり、上述の臨界酸素濃度を得ることは困難であるが、この表面の境界条件を用いて、所定の拡散シミュレーション等により、かかる臨界酸素濃度となる表面からの距離（深さ）（以下、「臨界深さ」という）を求めることができる。従って、その臨界深さ分だけ表面研磨して削除すれば、研磨後のシリコンウェーハの表面の酸素濃度は、上記臨界酸素濃度となる。

　一方、欠陥がない又は欠陥が消滅した無欠陥層の深さである無欠陥深さは、種々の要素が複雑に絡み合うので、予測は容易ではない。しかし、結晶育成の際の冷却速度や窒素濃度等が一定の範囲内であれば、熱処理の雰囲気及び温度並びに熱処理時間により、この無欠陥深さは、ある程度一義的に決定される。上記臨界深さは、上記臨界酸素濃度を表面に露出するために研磨により削除されるが、上記無欠陥層はデバイス加工のため後に使用される。従って、上記無欠陥深さは上記臨界深さよりも大きいことが望まれる。

　ここで、熱処理温度及び熱処理時間が、上記臨界深さ並びに上記無欠陥深さに及ぼす影響を調べたところ、上記無欠陥深さに及ぼす影響の方が顕著であることがわかった。つまり、上記臨界深さがほぼ同じであっても、熱処理温度及び／又は熱処理時間を少し変えることにより、上記無欠陥深さを上記臨界深さよりずっと深く（大きく）することができる。従って、研磨後のシリコンウェーハの表面の酸素濃度を上記臨界酸素濃度以上としつつ、更に研磨後の表面から必要な深さの無欠陥層（例えば、デバイス加工のための層）を確保することができる。更に、望ましくは、ゲッタリングサイトとして、所定濃度の酸素析出欠陥（ＢＭＤ：Bulk Micro Defects）が、この無欠陥層の奥（又は下）に存在することが望ましい。

　以上より、種々の係数や境界条件などを実験的に求め、拡散シミュレーションを行って、所定の臨界深さを得ることができる熱処理条件（主に、温度及び時間並びにこれらの組合せパターン）を得る。このとき、上記臨界酸素濃度は、転位の発生を実質的に防止できる程の濃度であってよい。また、求める熱処理条件は、上記臨界深さを得るために最低必要な条件であることが好ましい。つまり、熱処理温度は必要最低の温度であり及び熱処理時間は必要最短の時間であることが好ましい。このような熱処理条件を以下「臨界熱処理条件」という。尚、拡散シミュレーションを行うとしたが、もちろん、シミュレーションを一切行わず、試行錯誤等を繰返し、或いは、実験等により求めることもできる。

　次に、上記無欠陥深さが、上記臨界深さより大きく、かつ、その深さの差が、後工程で必要とされる無欠陥層の深さと同じ若しくはそれ以上となる熱処理条件を決定する。熱処理温度がより高温で及び／又はより長時間で、一般に上記臨界深さはより深くなる傾向がある。表面拡散及びバルク内拡散は、高温又は長時間でより大きくなるからである。一方、上記無欠陥深さも、熱処理として適当な温度範囲及び時間範囲内において、一般に高温又は長時間でより大きくなるが、その影響の度合いは上述するように、上記臨界深さへの影響の度合いに比べて顕著に高い。そのため、上記臨界熱処理条件よりも、より高温及び／又は長時間となる所定の熱処理条件（以下、「本熱処理条件」という）で熱処理を施せば、上記無欠陥深さが、上記臨界深さより大きく、かつ、その深さの差が、後工程で必要とされる無欠陥層の深さと同じ若しくはそれ以上となることが期待される。

　このようにして、本熱処理条件を決定した後、もう一度シミュレーション若しくは実験を行い、上記臨界酸素濃度となる深さ（以下、「再算出深さ」という）を求め、表面研磨により削除する取り代とする。そして、上記無欠陥深さがこの取り代よりも大きく、かつ、取り代を除去した後であっても、後工程で必要とされる無欠陥層の深さが十分確保できることを確認することが好ましい。これが十分でない場合は、上記本熱処理条件をより高温及び／又は長時間にして、再度上述の本熱処理条件の算出を繰り返す。これにより、最適の熱処理条件である本熱処理条件が決定され、この方法により、シリコンウェーハを大量に製造することができる。また、この製造方法により、望ましい欠陥密度分布を有するシリコンウェーハを製造し提供することができる。

　より具体的には、以下のようなものを提供することができる。
（１）窒素及び酸素が添加されたシリコンウェーハを製造する方法であって、チョクラルスキー法により窒素を添加したシリコン単結晶を育成し、該育成されたシリコン単結晶をスライスしてシリコン単結晶ウェーハとし、該スライスされたシリコン単結晶ウェーハに、水素ガス及び／又は不活性ガスを含む雰囲気下で熱処理を施した後、該熱処理を施したシリコン単結晶ウェーハに研磨を施し、前記熱処理により得られたＣＯＰ欠陥が排除された表層を、最表面が所定の酸素濃度となるまで研磨することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

　ここで、所定の酸素濃度とは、シリコンウェーハの表層が十分な強度（例えば、耐転位性）を有する濃度を意味することができる。酸素を含まない雰囲気で熱処理を行った場合、所定の温度以上では酸素の表面からの外方拡散が生じ、表面の酸素濃度は実質ゼロとなる。そのため、シリコンウェーハ内部で酸素の拡散による移動が生じる。この拡散は、１方向で非定常の拡散方程式により比較的容易にシミュレーションにより求めることができる。また、必要に応じて予備実験を繰り返すことにより、シミュレーションに必要な係数、境界条件等を求めることができ、また、実際とのズレを補正することもできる。一般には、高温になると、また、長時間になると、研磨すべき深さが深くなる。一方、無欠陥層深さは、温度及び時間、更に、窒素濃度に大きく依存し、所定の酸素濃度となる深さの変化よりも、より鋭敏に温度及び時間に影響を受ける。つまり、高温になると、そして、長時間になると、無欠陥層はより深くなり、その深くなる度合いは、所定の酸素濃度となる深さの度合いよりも大きい。また、水素ガス及び／又は不活性ガスを含む雰囲気下での熱処理は、より好ましくは水素ガス及び／又は不活性ガスのみからなる雰囲気下での熱処理であり、好ましくは水素ガスのみからなる雰囲気下での熱処理である。そして、最表面が所定の酸素濃度となるまで研磨するとは、研磨した結果現れる表面の酸素濃度が実質的に所定の濃度若しくはおよそ所定の濃度となるまで研磨することを意味してよい。また、所定の濃度若しくはそれ以上の濃度となるまで研磨することを含んでよい。

（２）前記研磨は、前記熱処理を施したシリコン単結晶ウェーハの両面に対して行うことを特徴とする上記（１）記載のシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

（３）前記所定の酸素濃度は、１×１０^１７atoms／cm^３以上であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

（４）前記熱処理は、１１００℃以上で行うことを特徴とする上記（１）から（３）のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。この熱処理温度は、シリコンの融点未満である。好ましくは、１３００℃以下である。

（５）更に、前記熱処理を施す前に、スライスしたシリコン単結晶ウェーハの表面をエッチングすることを特徴とする上記（１）から（４）のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

（６）所定濃度の窒素及び酸素が添加されたシリコンウェーハを製造する方法であって、該シリコンウェーハを、非酸化性雰囲気下で熱処理を施した場合に、表面からの所定の深さＤにおいて酸素濃度が臨界濃度となる熱処理条件を予め求め、この予め求めた熱処理条件以上の高温若しくは長時間の熱処理（以下「高／長熱処理」という）を行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

　ここで、酸素の臨界濃度とは、シリコンウェーハの表層が十分な強度（例えば、耐転位性）を有する濃度を意味することができる。

（７）前記臨界濃度が、１×１０^１７atoms／cm^３以上であることを特徴とする上記（６）に記載のシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

（８）前記高／長熱処理により熱処理を行った場合、無欠陥層深さが前記所定の深さＤよりも深いことを特徴とする上記（６）又は（７）に記載のシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

（９）前記高／長熱処理後のシリコンウェーハの表層から前記所定の深さＤだけ除去することを特徴とする上記（６）から（８）のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

　以上のように、予測がより容易な表面酸素濃度及び表層酸素濃度に基づく熱処理条件での熱処理を施し、該表面酸素濃度又は表層酸素濃度に基づく取り代を研磨により取り除いて、最表面の酸素濃度を所定の範囲にすることにより、表層の十分な深さの無欠陥層を確保すると伴に、転位等の抑制能が十分な強いシリコンウェーハを製造することができる。

本発明の実施例のシリコンウェーハのＳＩＭＳによる酸素濃度デプスプロファイル結果を示すグラフである。 ＳＩＲＤで測定した転位発生レベルを表層酸素濃度でプロットしたグラフである。 比較例と参照しつつ、本発明の実施例の加工工程のフローを示す図である。 本発明の実施例において、酸素濃度とウェーハの深さの関係を示すグラフである。 本発明の実施例において、欠陥密度とウェーハの深さの関係を示すグラフである。 本発明の実施例において、ウェーハの換算深さと酸素濃度との関係を実験値及びシミュレーション値において示すグラフである。 図６のグラフの換算深さが０．２までを拡大したグラフである。

　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について詳しく説明するが、以下の記載は、本発明の実施例を説明するためになされたもので、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。また、同一若しくは同種類の要素については、同一若しくは関連性のある符号を用い、重複する説明は省略する。

［酸素濃度］
　一般に、ＣＺ法で製造されたシリコンウェーハ中の酸素濃度は、結晶引上げによる単結晶インゴットの製造過程で決定され、スライスされるインゴットの部位（ショルダー部等）によりその濃度は変化するが、１枚のシリコンウェーハ中における酸素濃度は、ほぼ一定と考えられる。この酸素濃度は、例えば、サンプル検査等により求めることができる。熱処理におけるシリコンウェーハの酸素の主な拡散は、表面及び裏面からの気相拡散と、シリコンウェーハ内部の酸素濃度分布をドライビングフォースとする固体内拡散とからなる。従って、比較的初期の段階では、スライスしたときの酸素濃度を無限大位置での酸素濃度とおき、一方、所定の温度で熱処理を開始してからの表面の酸素濃度を０（若しくは実質的に０に相当する実験値）と置いた、一次元非定常の拡散モデルを仮定することができる。例えば、バルク内（無限大位置）の酸素濃度をＣ１：１×１０^１８atoms／cm^３とし、表面の酸素濃度をＣ０：１×１０^１６atoms／cm^３とし、拡散係数Ｄが一定であると仮定する。そして、臨界酸素濃度として、１×１０^１７atoms／cm^３が所定深さ（例えば、４μｍ）で得られる熱処理条件を求めることになる。この臨界深さは、正確な取り代とすることができるかを考慮した研磨の容易性から考えられる深さ、表面にできやすいキズ、コンタミ等の他の表面特異要因を取り除くのに好ましい深さ等を考慮して予め決定される。一般に好ましくは、４μｍ以上であり、より好ましくは、６μｍ以上である。また、取り代が多すぎると生産性が低下するので、１２μｍ以下が好ましく、より好ましくは、１０μｍ以下である。具体的には、例えば、次の拡散方程式を上述のような境界条件で解くことができる。
　　　　∂Ｃ／∂ｔ＝Ｄ（∂^２Ｃ／∂×^２）　　　　　　（式１）
　ここで、Ｃ＝（Ｃ（ｘ）－Ｃ０）／Ｃ１　であり、ｚ＝ｘ／（２×（Ｄ・ｔ）^０．５）　である。ここで、ｘの単位はμｍである。約１２００℃の酸素の拡散係数Ｄは、３．６７×１０^－１０　（ｃｍ^２／ｓｅｃ）と見積もることができる（参照：図６．５（第２４７頁）「半導体シリコン結晶工学」志村史夫著　丸善株式会社発行）。従って、ｚ＝２．６１・ｘ／√ｔ　とすることができる。

　また、計算では必ずしも実際の濃度分布を正確に求めることはできないので、実験により、臨界熱処理条件を決定することもできる。例えば、種々の条件（例えば、１１５０℃以上、１２５０℃以下の温度で、０．５時間以上、１０時間以下の範囲で数種類の組合せ条件）を用いて、表面からの酸素濃度分布を調べ、一覧表若しくはグラフにプロットすることにより、臨界酸素濃度を上記所定の臨界深さで得られる熱処理条件を選出する。

［実施例］
　実験用試料としてφ３００ｍｍ窒素ドープ結晶（窒素ドープ量：６×１０^１３～１×１０^１４atoms／cm^３）を準備し、スライス後、アルカリエッチングを行った。尚、窒素ドープ結晶は、水冷パイプによる強制冷却機構付結晶引き上げ機による急冷タイプ結晶であり、本結晶に含まれるボイド欠陥サイズは約７０～１００ｎｍに制御されたものである。

　アルカリエッチング後、アルゴン雰囲気下で１２００℃で２時間アニール処理を行った。アニール処理後、両面で８～１２μｍ（片面４～６μｍ）取り代条件で研磨（粗研磨及び仕上げ研磨）を行い、更に最終洗浄を行った。最終洗浄後のウェーハについてＳＩＭＳによる酸素濃度デプスプロファイル測定と表面強度測定評価を行った。

　ＳＩＭＳによる酸素濃度デプスプロファイル結果を図１に示す。図１では、片面４μｍ研磨したものを実施例（１）として、片面７μｍ研磨したものを実施例（２）とした。通常アニール品（比較例）では表層酸素濃度が１×１０^１６atoms／cm^３程度まで落ち込んでいるのに対して、アニール後、４又は７μｍ研磨処理を行うことで、表層酸素濃度が１×１０^１７atoms／cm^３又は２×１０^１７atoms／cm^３程度まで上昇していることが分かる。尚、バルクの酸素濃度は、約１２×１０^１７atoms／cm^３であった。

　次に表層強度評価を行った。手順としては、試料をエピ炉に投入し、最高温度１１８０℃での急速昇降温熱処理を施した。その後、ＳＩＲＤ（Scanning Infrared Depolarization）を用いて、エピ炉内のウェーハ保持サセプターとウェーハとの接触部に生じる微小ストレスの発生レベルを測定するという手法をとった。尚、実験用のリファレンス試料として、アニール処理を行っていないアニール用サブストレートと通常のアニール品（研磨後にアニール処理）を使用した。実験に使用した試料水準は下記のようになる。
水準（１）［実施例（１）］
アニール後研磨品（研磨取り代：片面４μｍ、表層酸素濃度：１×１０^１７atoms／cm^３）
水準（２）［実施例（２）］
アニール後研磨品（研磨取り代：片面７μｍ、表層酸素濃度：２×１０^１７atoms／cm^３）
水準（３）［比較例ＰＷ（ポリッシュド・ウェーハ）］
アニールサブストレート（リファレンス、表層酸素濃度：１３×１０^１７atoms／cm^３）
水準（４）［比較例ＡＮ］
通常アニール品（リファレンス、表層酸素濃度：０．１×１０^１７atoms／cm^３）

　結果を図２に示す。図２の横軸は表層酸素濃度、縦軸はＳＩＲＤで測定した転位発生レベルである。この図より、アニール後研磨により表層酸素濃度を高めることで、通常のアニール品に比べ転位の発生量は低減しており、表層強度がＰＷ品同等レベルにまで向上したことが確認できる。尚、水準（１）と水準（２）のＣＯＰフリーゾーンはそれぞれ１０μｍと８μｍ確保できていることを確認した。

　更に、従来のアニール品の加工フロー（図３参照）によれば、まず、単結晶インゴットを引上げ、これをスライスしてウェーハを得て（Ｓ１０）、このウェーハの表面を研削し（Ｓ１２）、更にエッチングし（Ｓ１４）、そして、粗研磨し（Ｓ１２０）、仕上げ研磨し（Ｓ１２２）、表面性状（含む形状）の検査をし（Ｓ１２３）、表面等を洗浄した後（Ｓ１２４）、アニール処理をして（Ｓ１２５）、再度洗浄し（Ｓ１２６）、検査工程（最終品質チェック）を経て（Ｓ１２８）、シリコンウェーハ製品として出荷する。一方、本発明では、スライスからエッチングまで（Ｓ１０～Ｓ１４）は、同様であるが、その次に、アニール前の洗浄をし（Ｓ１６）、アニールして（Ｓ１８）、アニール後に粗研磨（Ｓ２０）及び仕上げ研磨（Ｓ２２）を実施する。尚、取り代により、粗研磨（Ｓ２０）を割愛することもできる。このようにアニール後に研磨工程を設け、表層を削除することにより、表層（及び表面）の酸素濃度を高めてウェーハ表層の強度を上げて転位発生を抑制し、リーク不良発生を減らすことができる。その後に、洗浄し（Ｓ２４）、検査をして（Ｓ２６）、出荷される。本発明では、例えば、単結晶インゴットを引上げ、これをスライスしてウェーハを得て、このウェーハの表面をエッチングした後に、アニール処理をして、研磨して表面性状（含む形状）や最終品質を調べる検査工程を経てシリコンウェーハ製品を出荷するため、検査工程を減らし生産性を向上することが可能である（図３参照）。

　上述の実施例１及び２と同様な方法で試料を準備し、熱処理の条件を、１１５０℃×１時間、１１７５℃×１時間、１２００℃×１時間、１２００℃×２時間とした実施例３～６（表１参照）を準備した。これらの酸素濃度の深さ方向のプロファイルを図４に示す。図４から分かるように、熱処理条件が１１５０℃で１時間のものは、他に比べ酸素濃度が全深さで高く、酸素の気相拡散が他の条件よりも少なく、バルク内の酸素拡散による酸素濃度の減少も緩やかである。一方、１１７５℃、１２００℃で熱処理した試料では、酸素濃度の差が比較的小さく、特に、１２００℃では、１時間行ったものの方が、２時間行ったものよりも酸素濃度が低い傾向にあり、実験誤差による影響を必ずしも無視できないと考えられる。従って、臨界酸素濃度を得るための熱処理条件はばらつきも考慮して決定されることが好ましい。逆に言えば、臨界酸素濃度をばらつきを考慮し、少し高めに設定すれば、温度や時間等の熱処理条件を多少変えて、下記の無欠陥深さを変えることを行ってもあまり問題にならないことが推定される。

　図５に欠陥密度の深さ方向のプロファイルを示す。この図から、処理温度が高くなると欠陥フリーの深さが深くなり、同じ１２００℃では、時間が長くなると欠陥フリーの深さが深くなることがわかる。図４の結果と合わせて考えれば、１２００℃で１時間及び２時間行った熱処理では、酸素濃度は実質変化しないのに、無欠陥深さが大きく変化することが明らかとなった。これらの結果を下の表にまとめる。

　この表１、及び図４及び図５からわかるように、アニール条件を大きく変えても表面酸素濃度はあまり変わらないが、無欠陥層の深さは大きく変化することが分かる。即ち、所定の深さで所定の酸素濃度となるように、シリコンウェーハの初期条件（例えば、酸素濃度、窒素濃度等）を決定し、予備実験若しくはシミュレーションによりアニールによる酸素濃度変化を予測し、アニール条件を好ましい無欠陥深さとなるように設定することにより、無欠陥層が十分深く、機械的強度が十分高いシリコンウェーハを製造することが可能となる。

　次に、シミュレーションの例を示す。上述した式１は、解析的に求めることができて、Ｃ＝ｅｒｆ（ｚ）と誤差関数で表現できる。これを図１の従来のアニール品と比較して検討する（図６及び７）。アニール品においては、深さ０で測定ができないため異常値を示しているので、深さ０μｍにおいて酸素濃度が１×１０^１６atoms／cm^３としてプロットする。図６は換算深さｚ（横軸）が０．８となるまでの換算酸素濃度を縦軸にとったものである。図中菱形のものが実験値であり、白抜きの三角形は、誤差関数に基づく理論値である。理論値と実験値がｚの小さいところでよく一致することが分かる。ここで、臨界酸素濃度として、１×１０^１７atoms／cm^３となる酸素濃度を持つ臨界深さを求める。換算深さｚが０．２までの図７において、臨界酸素濃度となる換算酸素濃度は、（１×１０^１７－１×１０^１６）／１×１０^１８＝０．０９であるので、対応する臨界換算深さは、０．０８である。すなわち、臨界深さは、ｘ＝（３６００×２）^０．５×０．０８／２．６１＝２．６０μｍである。図７からわかるように、シミュレーション値と実験値とはよく対応しており、何れを用いても同じ結果になる。但し、実験で求められない場合、実験が未実施の場合等では、実験値との違いを認識しつつ、シミュレーション値を用いて臨界深さを求めることができる。例えば、初期条件等を同じにして４時間熱処理を行ったとすると、シミュレーション値を用いれば換算深さはやはり０．０８であるので、臨界深さは、ｘ＝（３６００×４）^０．５×０．０８／２．６１＝３．６８μｍとなる。このように重要な酸素濃度となる深さを容易にシミュレーション若しくは実験値により求めることができ、安定性に優れるシリコンウェーハを製造することができる。

　また、アニールウェーハをアニール処理後に両面８～２０μｍ（片面４～１０μｍ）研磨することで、アニール処理時の酸素外方拡散により酸素濃度が低下した領域を除去し、最表層の酸素濃度を１×１０^１７atoms／cm^３以上にすることで、ＣＯＰフリーゾーンを確保しながら通常のアニール品よりもウェーハ表層の強度を高めることができる。

　例えば、アニール後に表面及び裏面側をそれぞれ４～１０μｍの範囲で研磨することで、ＣＯＰフリーゾーンを少なくとも３μｍ以上確保しながら、ウェーハ表層の酸素濃度を１～５×１０^１７atoms／cm^３以上とすることができ、従来のアニール品の１０倍以上の表層酸素濃度を確保することができる。これによりウェーハ表層の機械的強度を高めることができる。更に、表層ドーパント汚染除去による表層抵抗の安定化を図ることができる。そして、裏面ボート接触部の突起及びキズ等の除去ができる。また、検査工程をアニール後のみとすることができるので、生産性が向上する。

Claims (9)

1. 　窒素及び酸素が添加されたシリコンウェーハを製造する方法であって、
   　チョクラルスキー法により窒素を添加したシリコン単結晶を育成し、
   　該育成されたシリコン単結晶をスライスしてシリコン単結晶ウェーハとし、
   　該スライスされたシリコン単結晶ウェーハに、水素ガス及び／又は不活性ガスを含む雰囲気下で熱処理を施した後、
   　該熱処理を施したシリコン単結晶ウェーハに研磨を施し、前記熱処理により得られたＣＯＰ欠陥が排除された表層を、最表面が所定の酸素濃度となるまで研磨することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
2. 　前記研磨は、前記熱処理を施したシリコン単結晶ウェーハの両面に対して行うことを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。
3. 　前記所定の酸素濃度は、１×１０^１７atoms／cm^３以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
4. 　前記熱処理は、１１００℃以上で行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法。
5. 　更に、前記熱処理を施す前に、スライスしたシリコン単結晶ウェーハの表面をエッチングすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法。
6. 　所定濃度の窒素及び酸素が添加されたシリコンウェーハを製造する方法であって、
   　該シリコンウェーハを、非酸化性雰囲気下で熱処理を施した場合に、表面からの所定の深さＤにおいて酸素濃度が臨界濃度となる熱処理条件を予め求め、
   　この予め求めた熱処理条件以上の高温若しくは長時間の熱処理（以下「高／長熱処理」という）を行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
7. 　前記臨界濃度が、１×１０^１７atoms／cm^３以上であることを特徴とする請求項６に記載のシリコンウェーハの製造方法。
8. 　前記高／長熱処理により熱処理を行った場合、無欠陥層深さが前記所定の深さＤよりも深いことを特徴とする請求項６又は７に記載のシリコンウェーハの製造方法。
9. 　前記高／長熱処理後のシリコンウェーハの表層から前記所定の深さＤだけ除去することを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法。

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