JP2007149799A - アニールウェーハの製造方法およびアニールウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハ表層部に厚い無欠陥層を有し強力なゲッタリング能力を備えたアニールウェーハを低コストに製造する方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、窒素をドープしたシリコン単結晶ウェーハ１１に、該ウェーハの表面から１．５μｍ以上の深さに炭素イオン濃度のピークを有するように炭素イオン１４をイオン注入した後、該イオン注入したウェーハ１１に、非酸化性雰囲気下で１０００℃以上シリコンの融点未満の温度で１秒以上熱処理を行うことを特徴とするアニールウェーハの製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコン単結晶ウェーハ表層近傍に強力なゲッタリング能力（デバイス工程での重金属汚染物質を捕獲する能力）を有するアニールウェーハ、特に、固体撮像素子を形成するために有用なアニールウェーハの製造方法およびアニールウェーハに関する。

半導体素子を形成するためのシリコン単結晶ウェーハとして、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法やＭＣＺ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ＣＺ）法で成長させたシリコン単結晶ウェーハや、これらのシリコン単結晶ウェーハの表面にエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハ、シリコン単結晶ウェーハに熱処理を施したアニールウェーハ等が従来から用いられている。

一方、半導体素子の形成工程ではクラス１００以下の超クリーンルーム内で行われているが、ガス、水や半導体製造装置等からの不純物によるシリコン単結晶ウェーハの汚染を完全に避けることはできない。これらの不純物がシリコン単結晶ウェーハの素子活性領域に存在していると、半導体素子の品質及び特性が著しく劣化する。そこで、これらの不純物をゲッタリングして素子活性領域から除去するために、イントリンシックゲッタリング（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ：ＩＧ）やエクストリンシックゲッタリング（Ｅｘｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ：ＥＧ）が従来から行われている。さらに、これらの処理を施したウェーハ表面にエピタキシャル層を形成する場合もある。

特に、エピタキシャルウェーハは、半導体素子を製造する観点から見ると、基板ウェーハとは異なる抵抗率を有する電気的活性層を形成することができるので、半導体素子を設計する際の自由度が大きく、また結晶欠陥の原因となる酸素や炭素の濃度が低い高純度の単結晶薄膜を任意の厚さに形成できる等の利点が多いため、高耐圧半導体素子やバイポーラ集積回路素子、固体撮像素子（ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子）等で製品に実用化されている。

実用的なエピタキシャル層の形成方法として、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）が用いられており、以下の主な４種類のソースガスが使用されている。
水素還元法では、ソースガスとしてＳｉＣｌ_４、ＳｉＨＣｌ_３が使用される。
ＳｉＣｌ_４ ＋ ２Ｈ_２ → Ｓｉ ＋ ４ＨＣｌ
ＳｉＨＣｌ_３ ＋ Ｈ_２ → Ｓｉ ＋ ３ＨＣｌ
熱分解法では、ソースガスとしてＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨ_４が使用される。
ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ → Ｓｉ ＋ ２ＨＣｌ
ＳｉＨ_４ → Ｓｉ ＋ ２Ｈ_２
このうち、固体撮像装置としては、ＳｉＨＣｌ_３が、安価であること、成長速度が大きく、厚膜のエピタキシャル成長用に適している等から主に用いられている。

しかし、いずれのソースガスを用いてエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハも、エピタキシャル層の形成中に多くの不純物、特に金属不純物が混入する。このような金属不純物は、固体撮像素子に適用した場合に、暗電流による白傷欠陥が充分に低減できず、特性や歩留りを悪くする原因となっていた。

重金属不純物の発生源としては、エピタキシャル成長装置のベルジャー内のＳＵＳ系部材からのもの、ソースガスの配管からのものが考えられる。ソースガスに塩素系が含まれていると、エピタキシャル成長時に分解してＨＣｌガスが作られる。このＨＣｌガスがベルジャー内のＳＵＳ系部材を腐食して、金属の塩化物としてソースガス中に取り込まれ、この金属塩化物がエピタキシャル層中に取り込まれるものと考えられる。
また、エピタキシャル層形成前に、シリコン単結晶ウェーハ表面を軽くエッチオフするために、ＨＣｌガスを故意に導入する場合もあり、これも腐食の一因となっている。

そこで、エピタキシャルウェーハを用いて固体撮像素子を形成する場合に、上記金属不純物をゲッタリングして除去するためのゲッタリング技術として、シリコンウェーハの一表面から炭素イオンを注入して、炭素イオン注入領域を形成し、この表面にシリコンエピタキシャル層を形成する炭素ゲッタリングエピタキシャルウェーハの製造方法がある（特許文献１参照）。さらにゲッタリング能力を上げるため、シリコンウェーハの一表面に炭素イオン及び窒素イオンを注入してその表面にエピタキシャル層を形成する方法（特許文献２参照）や、窒素を含有するシリコンウェーハの一表面に炭素イオンを注入し、この表面にシリコンエピタキシャル層を形成する方法（特許文献３参照）が提案されている。

しかしながら、デバイス工程が低温プロセスの場合では酸素析出しにくいため、炭素イオンを注入しても、ゲッタリング能力が弱いという問題があった。
また、注入する炭素イオンのドーズ量が高い程、エピタキシャル工程前の回復処理が困難となり、シリコンエピタキシャル層が成長できない場合があり、シリコンエピタキシャル層が成長できた場合であっても、エピ欠陥が発生しやすいという問題があった。

特開平６−３３８５０７号公報 特開平１１−２５１３２２号公報 特開２００２−１３４５１１号公報

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ウェーハ表層部に厚い無欠陥層を有し強力なゲッタリング能力を備えたアニールウェーハを低コストに製造する方法および該アニールウェーハを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、窒素をドープしたシリコン単結晶ウェーハに、該ウェーハの表面から１．５μｍ以上の深さに炭素イオン濃度のピークを有するように炭素イオンをイオン注入した後、該イオン注入したウェーハに、非酸化性雰囲気下で１０００℃以上シリコンの融点未満の温度で１秒以上熱処理を行うことを特徴とするアニールウェーハの製造方法が提供される（請求項１）。

このように、窒素ドープシリコン単結晶ウェーハの表面から１．５μｍ以上の深さに炭素イオン濃度のピークを有するように炭素イオンをイオン注入した後、該ウェーハに非酸化性雰囲気下で１０００℃以上シリコンの融点未満の温度で１秒以上熱処理を行うことによって、ウェーハの表面から１．５μｍ以上という最先端半導体素子の素子活性領域に必要な十分な厚さを有する厚い無欠陥層が形成され、バルク部、特に無欠陥層の直下にある前記炭素イオン注入領域で十分に高密度の内部微小欠陥（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔｓ、以下ＢＭＤと略す）を有する強力なゲッタリング能力を備えた、高集積デバイス用ウェーハとして極めて有用なアニールウェーハを、エピタキシャル成長を行うことなく低コストに製造することができる。

このとき、前記炭素イオンのイオン注入を、１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以上５×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２未満のドーズ量で行うことが好ましく（請求項２）、前記炭素イオンのイオン注入を、１ＭｅＶ以上の加速エネルギーで行うことが好ましい（請求項３）。
このように、炭素イオンのイオン注入を１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以上５×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２未満という低いドーズ量で、および／または、１ＭｅＶ以上の高い加速エネルギーで行うことによって、炭素イオンの投影飛程距離を深くすることができるため、より確実に、ウェーハ表面から１．５μｍ以上という深い位置に炭素イオン濃度のピークを有するように炭素イオンをイオン注入することができる。

さらに、このように炭素イオンのイオン注入を低いドーズ量で高い加速エネルギーで行うことによって、前記炭素イオンのイオン注入を、より深い、前記ウェーハの表面から２．５〜４．０μｍの深さに炭素イオン濃度のピークを有するように行うこともできる（請求項４）。
このように、炭素イオンのイオン注入を、ウェーハの表面から２．５〜４．０μｍの深さに炭素イオン濃度のピークを有するように行うことによって、ウェーハ表層部にさらに厚い無欠陥層を形成することができ、最先端半導体素子の素子活性領域とされるウェーハの表面から１．５μｍの全体を確実に無欠陥層とすることができる。

また、前記シリコン単結晶ウェーハとして、窒素濃度が１×１０^１３〜５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度が１．０〜１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であるものを用いることが好ましい（請求項５）。
このように、シリコン単結晶ウェーハとして、窒素濃度が１×１０^１３〜５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度が１．０〜１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であるものを用いることによって、バルク部、特に無欠陥層の直下にある炭素イオン注入領域で酸素析出を加速して十分に高密度のＢＭＤを有するアニールウェーハを極めて容易に製造することができる。

さらに、本発明によれば、上記のアニールウェーハの製造方法により製造されたアニールウェーハが提供される（請求項６）。
このように上記のアニールウェーハの製造方法により製造されたアニールウェーハは、ウェーハ表層部において厚い無欠陥層が形成され、バルク部、特に無欠陥層の直下にある前記炭素イオン注入領域で高密度のＢＭＤを有する強力なゲッタリング能力を備えており、高集積デバイス用ウェーハとして極めて有用で低コストなアニールウェーハである。

また、本発明によれば、炭素イオンがイオン注入された窒素ドープシリコン単結晶ウェーハに熱処理が施されたアニールウェーハであって、前記イオン注入された炭素イオンは該イオン注入されたウェーハの表面から１．５μｍ以上の深さに１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の炭素イオン濃度のピークを有し、該炭素イオンが注入された表面には無欠陥層が形成されたものであることを特徴とするアニールウェーハが提供される（請求項７）。

このように、イオン注入された炭素イオンは該イオン注入されたウェーハの表面から１．５μｍ以上の深さに１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の炭素イオン濃度のピークを有し、該炭素イオンが注入された表面には無欠陥層が形成されたアニールウェーハとすれば、素子活性領域となるウェーハの表面に形成された無欠陥層が厚く、バルク部、特に無欠陥層の直下にある前記１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の高濃度のピークを有する炭素イオン注入領域で、十分に高密度のＢＭＤを有する強力なゲッタリング能力を備えた、高集積デバイス用ウェーハとして極めて有用なアニールウェーハとなる。また、エピタキシャル層の成長を行う必要もないので、製造コストが低い。

さらに、前記イオン注入された炭素イオンは、該イオン注入されたウェーハの表面から２．５〜４．０μｍの深さに濃度のピークを有するものであることが好ましい（請求項８）。
このように、イオン注入された炭素イオンは、該イオン注入されたウェーハの表面から２．５〜４．０μｍの深さに濃度のピークを有するものとすれば、ウェーハ表層部にさらに厚い無欠陥層を形成することができ、最先端半導体素子の素子活性領域とされるウェーハの表面から１．５μｍの全体を確実に無欠陥層とすることができる。

また、前記炭素イオン濃度のピークは、５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であるものであることが好ましい（請求項９）。
このように、炭素イオン濃度のピークは、５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上のより高濃度のピークを有するものとすれば、炭素イオン注入領域で、十分に高密度のＢＭＤを有するより強力なゲッタリング能力を備えたアニールウェーハとなる。

さらに、前記シリコン単結晶ウェーハは、窒素濃度が１×１０^１３〜５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度が１．０〜１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であるものであることが好ましい（請求項１０）。
このように、シリコン単結晶ウェーハは、窒素濃度が１×１０^１３〜５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度が１．０〜１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であるものとすれば、バルク部、特に無欠陥層の直下にある炭素イオン注入領域で酸素析出を加速して十分に高密度のＢＭＤを有する極めて高品質で低コストなアニールウェーハとすることができる。

また、前記無欠陥層は、２．５μｍ以上の厚さを有するものであることが好ましい（請求項１１）。
このように、無欠陥層は２．５μｍ以上の厚さを有するものとすれば、素子活性領域となるウェーハ表層全体をより確実に無欠陥層とすることができる。

このように、本発明により、エピタキシャル成長を行う必要がなく、ウェーハ表層部に厚い無欠陥層を有し強力なゲッタリング能力を備えたアニールウェーハを低コストに製造することが可能となった。
特に、本発明のアニールウェーハにより、優れた品質特性や高い歩留まりを有する最先端半導体素子、特に固体撮像素子を低コストで製造することが可能となった。

従来、炭素イオン注入により、酸素析出層を形成して高いゲッタリング能力を有するウェーハを製造する方法があるが、炭素イオンの注入深さが通常０．５μｍ以下であり、最大でも１．３μｍであるため、イオン注入後、ウェーハ表層に素子形成に必要な所定の厚さの無欠陥層を形成するために、エピタキシャル成長をさせる必要があった。
さらに、通常の基板を用いた場合、酸素析出を促進するためにはイオン注入のドーズ量は最低５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以上必要とされ、イオン注入で非晶質化されたミラー表面の近傍部における結晶性を回復させるために、長時間の回復熱処理が必要となり、製造コストが高くなってしまうという問題があった。

そこで、本発明者等は、炭素イオン注入後、エピタキシャル成長をさせずに、ウェーハ表面に所定深さの無欠陥層を形成し、その下に高密度の酸素析出層を形成する方法を鋭意検討した結果、少なくとも、窒素をドープしたシリコン単結晶ウェーハに、該ウェーハの表面から１．５μｍ以上の深さに炭素イオン濃度のピークを有するように炭素イオンを低ドーズ量でイオン注入した後、該イオン注入したウェーハに、非酸化性雰囲気下で１０００℃以上シリコンの融点未満の温度で１秒以上熱処理を行うことにより、エピタキシャル成長を行わず、ウェーハ表層部に厚い無欠陥層を有し、かつ強力なゲッタリング能力を備えたアニールウェーハを低コストに製造できることに想到し、本発明を完成させた。

具体的には、高酸素濃度で、かつ窒素ドープしたシリコン単結晶ウェーハを用い、さらにこれらのウェーハの表層に高エネルギーで低ドーズ量の炭素イオンの注入を行えば、ウェーハ表面から１．５μｍ以上の深い位置に炭素イオンのピークを有するように注入でき、その後、エピタキシャル成長をさせなくても、アルゴン雰囲気で熱処理を行うだけで、表層に所定の厚さの無欠陥層を形成し、その直下に高密度の酸素析出物を形成できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明に係るアニールウェーハの製造方法の一例を示すフロー図である。図２は、本発明のアニールウェーハの厚さ方向に対するＢＭＤ密度分布を示す図である。

本発明は、少なくとも、窒素をドープしたシリコン単結晶ウェーハ１１に、該ウェーハの表面から１．５μｍ以上の深さに炭素イオン濃度のピークを有するように炭素イオン１４をイオン注入した後、該イオン注入したウェーハ１１に、非酸化性雰囲気下で１０００℃以上シリコンの融点未満の温度で１秒以上熱処理を行うアニールウェーハの製造方法である（図１）。

これによって、ウェーハの表面から１．５μｍ以上という最先端半導体素子の素子活性領域を作成するのに必要な十分な厚さを有する厚い無欠陥層１６が形成され、図２に示すように、バルク部、特に無欠陥層の直下にある前記炭素イオン注入領域１５で十分に高密度の内部微小欠陥（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔｓ、以下ＢＭＤと略す）を有する強力なゲッタリング能力を備えた、高集積デバイス用ウェーハ１１として極めて有用なアニールウェーハを、エピタキシャル成長を行うことなく低コストに製造することができる。

なお、ＢＭＤは、ＣＺ法等により育成されたシリコン単結晶中に不純物として含まれる格子間酸素が、結晶育成工程中の固化してから室温まで冷却されるまでの熱履歴や半導体素子の作製工程における熱処理工程において過飽和状態となるために析出して、シリコン酸化物の析出物（酸素析出物）により形成される内部微小欠陥であり、デバイスプロセスにおいて混入する重金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトとして有効に働き、デバイス特性や歩留りを向上させることができる。そのため、ＢＭＤが高密度なウェーハほど、強力ゲッタリング能力を有するものとなる。

以下、本発明の方法につき工程順に説明する。
例えばまず、図１（ａ）に示すように、ＣＺ法で成長させたシリコン単結晶インゴットからスライスし、鏡面研磨したシリコン単結晶ウェーハ１１を準備する。
ここで、シリコン単結晶ウェーハ１１は、窒素濃度が１×１０^１３〜５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で、酸素濃度１．０〜１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であるものを上記ＣＺ法で育成し、これをスライスしたものを用いることが好ましく、これによって、バルク部、特に炭素が低ドーズ量であっても炭素イオン注入領域１５で酸素析出を加速することができるので、十分に高密度のＢＭＤを有するアニールウェーハを極めて容易に製造することができる。
このシリコン単結晶ウェーハ１１は、まずＮＨ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液で洗浄し、さらにＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液で洗浄したものであることが好ましい。

次に、９５０℃の温度で１５０分間ドライ酸化を行って、図１（ｂ）に示すように膜厚が３０ｎｍ程度のＳｉＯ_２膜１３をシリコン単結晶ウェーハ１１のミラー表面１２に形成することが好ましい。これにより、イオン注入の際の不純物の混入を防止することができる。

そして、ＳｉＯ_２膜１３を介して、高エネルギーイオンインプラ装置により、炭素イオン１４のイオン注入をたとえば１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以上５×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２未満という低いドーズ量で、および／または、１ＭｅＶ以上の高い加速エネルギーで行うことによって、炭素イオン１４の投影飛程距離（炭素イオン濃度のピークの深さ２２）を深くすることができる。

この炭素イオン注入領域１５中における炭素イオン１４のピーク濃度は、１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であればよいが、５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上がより好ましい。５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であれば、十分に高密度のＢＭＤを形成することができるからである。

炭素イオン１４のイオン注入は、ウェーハ表面から１．５μｍ以上であればよいが、ウェーハの表面から２．５〜４．０μｍの深さに炭素イオン濃度のピークを有するように行うことによって、ウェーハ表層部にさらに厚い無欠陥層１６を形成することができ、最先端半導体素子の素子活性領域とされるウェーハ１１の表面から１．５μｍの全体をより、確実に無欠陥層とすることができる。

ここで、一般に、イオン注入の深さは、加速エネルギーで制御され、イオン粒子（不純物）の注入量（ドーズ量）は、ビーム電流と注入時間の積で制御される。
そして、１ＭｅＶを超えるような高加速エネルギーのイオン注入装置は、ビーム電流が低いため、高いドーズ量を注入することができないが、１〜５×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の低ドーズ量であれば、投影飛程距離を上記のように深くすることができることが判った。

この結果、図１（ｃ）に示すように、シリコン単結晶ウェーハ１１のミラー表面１２から１．５μｍ以上も深い位置にピーク濃度を有する炭素イオン注入領域１５が形成される。
従来は炭素のドーズ量は、析出を促進するために最低でも５×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２必要と考えられていたため、せいぜい注入深さは１μｍ以下、特には０．５μｍであったが、本発明は低ドーズ量、高加速エネルギーとすることで、１．５μｍ以上の深さに炭素を注入することを可能とした。

その後、図１（ｄ）に示すように、ＨＦ／ＮＨ_４Ｆ水溶液または、ＨＦでＳｉＯ_２膜１３を除去する。
そして、図１（ｅ）に示すように、非酸化性雰囲気下で１０００℃以上シリコンの融点未満の温度で１秒以上熱処理を行う。これにより、イオン注入で非晶質化されたミラー表面１２の結晶性を回復させるとともに素子活性領域となるウェーハ表面近傍の領域に厚い無欠陥層１６を形成し、図２に示すように、その直下の炭素イオン領域１５に高密度の酸素析出物を形成したアニールウェーハを完成させることができる。
特に、アルゴン雰囲気で１２００℃、１時間、熱処理をすることが好ましい。これにより、より確実に厚い無欠陥層１６を形成し、十分に高密度の酸素析出物を形成したアニールウェーハを低コストで製造することができる。
ここで用いられる熱処理炉としては特に限定されず、たとえば、急速加熱炉で１秒〜１０分、抵抗加熱炉（バッチ炉）では、１分〜１２０分の熱処理とすることができる。

このようにして製造した本発明のアニールウェーハは、ウェーハ表層部において厚い無欠陥層が形成され、バルク部、特に前記無欠陥層の直下にある炭素イオン注入領域１５で高密度のＢＭＤが有する強力なゲッタリング能力を備えており、高集積デバイス用ウェーハとして極めて有用でエピタキシャル成長を行わずに製造されるため低コストなアニールウェーハである。

具体的には、本発明のアニールウェーハは、炭素イオンがイオン注入された窒素ドープシリコン単結晶ウェーハに熱処理が施されたアニールウェーハであって、前記イオン注入された炭素イオンは該イオン注入されたウェーハの表面から１．５μｍ以上の深さに１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、より好ましくは５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の炭素イオン濃度のピークを有し、該炭素イオンが注入された表面に無欠陥層１６が形成されたアニールウェーハである。このアニールウェーハは、バルク部、特に無欠陥層の直下にある前記１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の高濃度のピークを有する炭素イオン注入領域で、十分に高密度のＢＭＤを有する強力なゲッタリング能力を備えた、有用性が高い低コストなアニールウェーハとなる。
特に、無欠陥層１６は、２．５μｍ以上の厚さを有するものであることが好ましい。これにより、素子活性領域となるウェーハ表層全体をより確実に無欠陥層１６とすることができる。

以上のような本発明のアニールウェーハの無欠陥層に、高いゲッタリング能力が要求される最先端半導体素子、特に固体撮像素子を形成すれば、優れた品質特性を有して高歩留まりで低コストな素子を製造することができる。

以上のように、本発明により、エピタキシャル成長を行う必要がなく、ウェーハ表層部に厚い無欠陥層を有し強力なゲッタリング能力を備えたアニールウェーハを低コストに製造することが可能となった。
特に、本発明のアニールウェーハにより、優れた品質特性や高い歩留まりを有する最先端半導体素子、特に固体撮像素子を低コストで製造することが可能となった。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより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１）
図１の工程に従い、単結晶成長速度０．８２ｍｍ／ｍｉｎ、酸素濃度が１．１２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、窒素濃度が３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の直径２００ｍｍ、Ｐ型８〜１２Ω・ｃｍのシリコン単結晶ウェーハを１０枚準備し、加速エネルギー１．２ＭｅＶ、ドーズ量３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２として、炭素イオンを注入した。

そして、ウェーハ表面の酸化膜をエッチング除去した後、バッチ炉を用いてＡｒ雰囲気で１２００℃、１ｈｒの熱処理を行った。そして、５枚のウェーハについて、投影飛程距離（炭素イオン濃度のピークの深さ２２）（計算値）、炭素イオンピーク濃度（測定器：ＳＩＭＳ）、無欠陥層厚さ（ポリッシュ後パーティクルカウンタ（ＳＰ１）で測定）、表層から５μｍのＢＭＤ密度（測定器：ＭＯ６０１、三井金属鉱業社製）を評価した。
その結果、評価したウェーハの平均値は投影飛程距離が３．５μｍ、炭素イオンピーク濃度が５．０×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、無欠陥層厚さが２．８μｍ、ＢＭＤ密度が１．１２×１０^９／ｃｍ^３となった。また、残りの５枚についてはレーザー顕微鏡（ＭＡＧＩＣＳ、レーザーテック社製）で３５μｍ以上のウェーハ表面の欠陥分布を観察した。その結果、ウェーハ表面の欠陥分布の観察では１００〜１５０個／２００ｍｍφウェーハの欠陥が観察された。

（実施例２）
実施例１と同じシリコン単結晶ウェーハを５枚準備し、加速エネルギー１．０ＭｅＶ、ドーズ量３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２として炭素イオンを注入した。そして、ウェーハ表面の酸化膜をエッチング除去した後、Ａｒ雰囲気で１２００℃、１ｈｒの熱処理を行った。そして、投影飛程距離（計算値）、炭素イオンピーク濃度（ＳＩＭＳ）、無欠陥層厚さ（ポリッシュ後ＳＰ１）、表層から５μｍのＢＭＤ密度（ＭＯ６０１）を評価した。
その結果、評価したウェーハの平均値は投影飛程距離が３．０μｍ、炭素イオンピーク濃度が８．０×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、無欠陥層の厚さが２．５μｍ、ＢＭＤ密度が１．０×１０^９／ｃｍ^３となった。

（比較例１）
実施例１と同じシリコン単結晶ウェーハを５枚準備し、加速エネルギー８００ｋｅＶ、ドーズ量３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２として炭素イオンを注入した。そして、ウェーハ表面の酸化膜をエッチング除去した後、Ａｒ雰囲気で１２００℃、１ｈｒの熱処理を行った。そして、投影飛程距離（計算値）、炭素イオンピーク濃度（ＳＩＭＳ）、無欠陥層厚さ（ポリッシュ後ＳＰ１）、表層から５μｍのＢＭＤ密度（ＭＯ６０１）を評価した。
その結果、評価したウェーハの平均値は投影飛程距離が１．３μｍ、炭素イオンピーク濃度が３．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、無欠陥層厚さが０．５μｍ、ＢＭＤ密度が３．５×１０^７／ｃｍ^３となった。

（比較例２）
実施例１と同じシリコン単結晶ウェーハを１０枚準備し、加速エネルギー６００ｋｅＶ、ドーズ量５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２を狙って炭素イオンを注入した。そして、ウェーハ表面の酸化膜をエッチング除去した後、Ａｒ雰囲気で１２００℃、１ｈｒの熱処理を行った。そして、そのうち５枚について、投影飛程距離（計算値）、炭素イオンピーク濃度（ＳＩＭＳ）、無欠陥層厚さ（ポリッシュ後ＳＰ１）、表層から５μｍのＢＭＤ密度（ＭＯ６０１）を評価した。
その結果、評価したウェーハの平均値は投影飛程距離が０．８μｍ、炭素イオンピーク濃度が５．０×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、無欠陥層厚さが０．１μｍ、ＢＭＤ密度が＜２．０×１０^７／ｃｍ^３（検出限界値）となった。

また、残りの５枚のウェーハについては、熱処理後、ウェーハ表面に３μｍのエピタキシャル層を成長させ、レーザー顕微鏡（ＭＡＧＩＣＳ、レーザーテック社製）で３５ｎｍ以上のウェーハ表面の欠陥分布を観察した。
その結果、ウェーハ表面の欠陥分布の観察では６００〜１２００個／２００ｍｍφウェーハの欠陥が確認された。これは、１２００℃、１ｈｒの回復熱処理を施しても結晶性の回復が不十分のため、ウェーハ表面に存在していた欠陥がエピタキシャル層に転写され、エピ欠陥が発生すると考えられる。

表１は、実施例１、２および比較例１，２の条件および結果をまとめたものである。

実施例１、２のように、１ＭｅＶ以上の高い加速エネルギーで行うことによって、炭素イオンの投影飛程距離を２．５〜４．０μｍと深くすることができ、ウェーハ表面から２．５〜４．０μｍという深い位置に炭素イオン濃度のピークを有する炭素イオン注入領域１５が形成される。

その結果、熱処理により、２．５μｍ以上の厚さを有する厚い無欠陥層を形成することができ、バルク部、特に前記炭素イオン注入領域で高密度のＢＭＤが有する強力なゲッタリング能力を備えており、高集積デバイス用、特に固体撮影素子用のウェーハとして極めて有用でエピタキシャル成長を行う必要もないため低コストなアニールウェーハが製造できることが確かめられた。

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。

本発明に係るアニールウェーハの製造方法の一例を示すフロー図である。 本発明のアニールウェーハの厚さ方向に対するＢＭＤ密度分布を示す図である。

符号の説明

１１…シリコン単結晶ウェーハ、 １２…ミラー表面、 １３…ＳｉＯ_２膜、
１４…炭素イオン、 １５…炭素イオン注入領域、 １６…無欠陥層、
２１…無欠陥層の厚さ、 ２２…炭素イオン濃度のピークの深さ。

Claims (11)

1. 少なくとも、窒素をドープしたシリコン単結晶ウェーハに、該ウェーハの表面から１．５μｍ以上の深さに炭素イオン濃度のピークを有するように炭素イオンをイオン注入した後、該イオン注入したウェーハに、非酸化性雰囲気下で１０００℃以上シリコンの融点未満の温度で１秒以上熱処理を行うことを特徴とするアニールウェーハの製造方法。
2. 前記炭素イオンのイオン注入を、１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以上５×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２未満のドーズ量で行うことを特徴とする請求項１に記載のアニールウェーハの製造方法。
3. 前記炭素イオンのイオン注入を、１ＭｅＶ以上の加速エネルギーで行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアニールウェーハの製造方法。
4. 前記炭素イオンのイオン注入を、前記ウェーハの表面から２．５〜４．０μｍの深さに炭素イオン濃度のピークを有するように行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のアニールウェーハの製造方法。
5. 前記シリコン単結晶ウェーハとして、窒素濃度が１×１０^１３〜５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度が１．０〜１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であるものを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のアニールウェーハの製造方法。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のアニールウェーハの製造方法により製造されたアニールウェーハ。
7. 炭素イオンがイオン注入された窒素ドープシリコン単結晶ウェーハに熱処理が施されたアニールウェーハであって、前記イオン注入された炭素イオンは該イオン注入されたウェーハの表面から１．５μｍ以上の深さに１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の炭素イオン濃度のピークを有し、該炭素イオンが注入された表面には無欠陥層が形成されたものであることを特徴とするアニールウェーハ。
8. 前記イオン注入された炭素イオンは、該イオン注入されたウェーハの表面から２．５〜４．０μｍの深さに濃度のピークを有するものであることを特徴とする請求項７に記載のアニールウェーハ。
9. 前記炭素イオン濃度のピークは、５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であるものであることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のアニールウェーハ。
10. 前記シリコン単結晶ウェーハは、窒素濃度が１×１０^１３〜５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度が１．０〜１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であるものであることを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載のアニールウェーハ。
11. 前記無欠陥層は、２．５μｍ以上の厚さを有するものであることを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれか一項に記載のアニールウェーハ。

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