JP2005057295A - 単結晶シリコンウェーハの製造方法、この種のシリコンウェーハおよびその使用 - Google Patents

Abstract

【課題】実質的に空所の集合体を含まないシリコンウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】エピタキシー析出によりシリコンウェーハの表側に層を製造するかまたはシリコンウェーハの表側にシリコンウェーハの残りの電気抵抗と電気抵抗が異なる層を製造するかまたはシリコンウェーハの裏側に外部ゲッター層を製造し、
不等式（１）が満たされるように選択される温度でシリコンウェーハを熱処理し、その際シリコンウェーハが熱処理の間少なくとも一時的に酸素含有雰囲気にさらされる。
【選択図】なし

Description

本発明はシリコンウェーハおよびシリコンウェーハの熱処理を含むシリコンウェーハの製造方法に関する。

シリコンウェーハの表側または裏側に種々の目的で層が設けられているシリコンウェーハは技術水準で公知である。例えばシリコンウェーハの表側に垂直方向の抵抗特性を調節するために少なくともドーピング物質に関してシリコンウェーハの残りと比較して異なる濃度を有するエピタキシー層を備える。例えば水素雰囲気での熱処理によるシリコンウェーハに含まれるドーピング物質の拡散が同じ目的を満たす。ウェーハ裏側に、特に電子部品の製造の経過中にシリコンウェーハを汚染する種々の種類の不純物、例えば金属のための外部ゲッターとして用いられる層を形成する。例えば二酸化珪素、窒化珪素または多結晶シリコンからなる層は格子欠陥調節によりゲッター中心として作用し、すなわち不純物を形成する構造的に妨害する領域を形成する。

シリコンウェーハはシリコン単結晶から製造する。シリコン単結晶はウェーハに分離され、例えば所望の表面特性を得るために多くの処理工程で処理される。

一般にチョクラルスキー坩堝引き上げ法または坩堝のない帯域浮遊法により製造されるシリコン単結晶は多くの欠陥を有する。特別な措置がない場合は、欠陥はウェーハの表面に存在し、ここでその上に製造される電子部品の機能に不利に作用する。

重要な種類の欠陥はいわゆるＣＯＰ（ｃｒｙｓｔａｌ ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ）であり、空所が典型的に５０〜１５０ｎｍの大きさを有する小さい空間に結合する。これらの欠陥は多くの方法で測定できる。約８５℃で２０分間のＳＣｌ溶液（ＮＨ_３／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏ）を用いる欠陥のエッチングおよび引き続く散乱光測定はウェーハ表面上のＣＯＰを検査する１つの方法である。約３０μｍにシリコンを切除する３０分間のセコ（Ｓｅｃｃｏ）エッチングによる欠陥のエッチングおよび引き続く数の計算はこの欠陥の測定を可能にする。いわゆる旗を有する欠陥を数える場合は、これはＦＰＤ（ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｒｎ ｄｅｆｅｃｔ）と呼ばれる。結果として単位面積当たりのＦＰＤ密度が得られ、これは準備されたエッチングで材料の切除を考慮して単位体積当たりの密度に換算できる。同じ欠陥はＩＲ−ＬＳＴ（赤外線走査トモグラフィー）により測定することができ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー光線がシリコンウェーハ内の欠陥で散乱し、散乱光がレーザー光線に対して９０°の角度で検出される。これらの欠陥は測定法によりＬＳＴＤ欠陥と呼ばれる。

半導体ウェーハに部品を製造する場合に、多くの部品パラメーターがＣＯＰに不利に作用する。従ってこれらの欠陥を少なくともシリコンウェーハの部品活性層で除去することが必要である。

裏側に多結晶シリコンからなる外部ゲッター層を有する単結晶シリコンウェーハを、シリコンウェーハの表面のＣＯＰを除去するために、１１５０〜１３５０℃の温度で、水素含有雰囲気中で熱処理することが公知である（特許文献１参照）。

水素含有雰囲気中の熱処理により表面に近い層のドーピング物質濃度を変動させ、垂直方向の抵抗特性を形成することが公知である（特許文献２参照）。シリコンウェーハの表側のドーピング物質濃度を変動したこの種の層は多くの部品処理に必要である。

シリコンウェーハの表側のエピタキシー析出により一方で異なるドーピング物質濃度を有し、他方でＣＯＰを含まない層を形成できることが同様に公知である。

従って表側または裏側に少なくとも１個の前記層を有し、シリコンウェーハの表面が少なくとも表側で実質的にＣＯＰを含まないシリコンウェーハは技術水準で公知である。しかしシリコンウェーハの残り、いわゆるバルクはＣＯＰを含む。これは、表面に特に深いＣＯＰ不含の層が必要である部品をシリコンウェーハに製造する場合に、例えばいわゆるディープトレンチ技術を使用する部品の場合に特に不利である。従来は部品の最大深さはＣＯＰ不含の層の厚さに限定される。ディープトレンチ技術に適した厚さのエピタキシー層の成長は更にきわめて時間がかかり、同時に費用がかかる。
欧州特許第９７３１９０号明細書 米国特許第６４２３６１５号明細書

本発明の課題は、表面に近い層でＣＯＰを含まないだけでなく、ウェーハ厚さの主要部分にわたりＣＯＰを含まない、表側または裏側に公知の層を有するシリコンウェーハを提供することである。

前記課題は、以下の工程：
エピタキシー析出によりシリコンウェーハの表側に層を製造するかまたはシリコンウェーハの表側にシリコンウェーハの残りの電気抵抗と電気抵抗が異なる層を製造するかまたはシリコンウェーハの裏側に外部ゲッター層を製造する工程、および
不等式：

が満たされるように選択される温度でシリコンウェーハを熱処理し、その際シリコンウェーハが熱処理の間少なくとも一時的に酸素含有雰囲気にさらされる工程、
を有する単結晶シリコンウェーハを製造する方法により解決される。

上記式中、［Ｏｉ］はシリコンウェーハ中の酸素濃度、正確には介在して溶解した酸素の濃度を表し、一般にＦＴＩＲ分光法により測定する。［Ｏｉ］^ｅｑ（Ｔ）は所定の温度Ｔでのシリコン内の酸素の周辺溶解度である。この種の係数は、例えばＨｕｌｌ、Ｒ.（Ｅｄ.）、Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ、Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ、Ｌｏｎｄｏｎ、１９９９、４８９頁以降に記載されている。σ_ＳｉＯ２は二酸化珪素（ＳｉＯ_２）の表面エネルギーであり、Ｈｕｆｆ、Ｈ.Ｒ.、Ｆａｂｒｙ、Ｌ.、キシノ、Ｓ（Ｅｄｓ.）Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ２００２、第２巻、Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｐｅｎｎｉｎｇｔｏｎ、２００２、５４５頁に３１０エルグ／ｃｍ^２として記載されている。Ωは沈殿した酸素原子の体積であり、二酸化珪素の分子量Ｍ_ＳｉＯ２および密度ρ_ＳｉＯ２およびアボガドロ数Ｎ_Ａから
Ω＝Ｍ_ＳｉＯ２／（２ρ_ＳｉＯ２Ｎ_Ａ）により示される。ｒはＣＯＰ平均半径であり、ｋはボルツマン定数であり、ＴはＫで示される温度である。

シリコンウェーハの表側に、すなわち部品の製造に用意されるウェーハの面に、当業者に知られた方法を使用して前記層を製造する。

例えばシリコンからなるエピタキシー層を、ＣＶＤ法を使用して表面に析出することができる。その際プロセスガスに適当なドーピングガスを混合し、このガスが析出したシリコンの結晶格子に所望の濃度でドーピング物質を導入する。これにより電気抵抗を所望の値に調節する。エピタキシー層の抵抗はシリコンウェーハの残りの抵抗と異なっているかまたは同じであってもよい。更に一般にエピタキシー析出した層の機械的特性とシリコンウェーハの残りの機械的特性が異なる。エピタキシー層はその好ましい機械的特性により部品を製造する際に高い収率を生じる。

他の層、例えばシリコン−ゲルマニウム層またはシリコン層とシリコン−ゲルマニウム層の組み合わせ、例えば英語でストレインド・シリコン（ｓｔｒａｉｎｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ）として知られているいわゆる張設したシリコンをエピタキシー析出することもできる。これは一般に基板と呼ばれるシリコンウェーハの残りと比較して異なる電気抵抗値または異なる機械的特性を有する。

エピタキシー層を析出する代わりに、シリコンウェーハの表側にシリコンウェーハの残りと異なる電気抵抗を有する層を、シリコンウェーハに含まれるドーピング物質が表面に拡散する適当な雰囲気での熱処理により製造することができる。ホウ素、燐、砒素、ガリウム、アルミニウムまたはアンチモンをシリコンウェーハにドーピングする場合は、これを例えば水素含有雰囲気での熱処理により行うことができる。

しかしウェーハの表側の表面層に所望の形式および方法でシリコンウェーハの残りと異なる電気抵抗値を取得する任意の他の方法を使用することができる。

シリコンウェーハの裏側に外部ゲッター層、例えば酸化珪素、窒化珪素、オキシ窒化珪素または多結晶シリコンを有する層を被覆するために、有利に技術水準による適当なＣＶＤ法を使用する。酸化珪素の場合は表面の熱的酸化または湿式化学的酸化も可能である。この場合に外部ゲッターは規則的なシリコン−結晶構造に対して構造的に妨害すると見られる裏側ウェーハ表面の層である。この構造的妨害はウェーハ裏側の機械的損傷または裏側の表面層へのイオン注入、例えばヘリウムイオンの注入、引き続く注入アニーリングにより生じることができる。

シリコンウェーハの表側または裏側での前記層の製造は本発明による不等式（１）に従う熱処理の前または後に行うことができる。

熱処理中の温度をＣＯＰ表面の酸化物皮膜と平衡の酸素濃度（すなわち不等式（１）の右側）が介在する溶解した酸素濃度［Ｏｉ］を上回るほど高く選択することが本発明の方法の成功に決定的である。従って介在する酸素濃度は飽和濃度より低く、ＣＯＰの酸化物皮膜が結晶格子への酸素原子の拡散により分解することがある。ＣＯＰの酸化物皮膜は温度に関する前記条件が満たされるすべての所で結晶格子への酸素原子の拡散により分解する。酸化物皮膜の損失後にＣＯＰが空所または介在する珪素原子の拡散により収縮を開始し、ＣＯＰが分解する。

これに対して技術水準による熱処理はシリコンウェーハ表面での酸素の拡散にもとづく。表面で介在して溶解する酸素が拡散する。約２ｎｍの厚さの薄い酸化物皮膜で覆われているＣＯＰはきわめて小さい圧力の原理により酸化物皮膜を失う。これに続いてＣＯＰがどんどん収縮し、それはシリコンウェーハが熱力学的に開いた系を形成し、ＣＯＰと平衡にある空所が表面に拡散できるためである。ウェーハのバルクでは酸素が拡散できない。その代わりにＣＯＰはこの領域で酸化物でふさがり、これに続いて拡大する。

技術水準による熱処理と異なり、本発明の方法においてはＣＯＰはバルクでも分解し、それは酸素の拡散が酸素の低い飽和を生じる本発明により選択される高い温度により必要でないからである。従って本発明の方法は少なくとも一時的に酸素を有する雰囲気で行うことができる。これにより金属の汚染に対して拡散バリアとして作用する表面酸化物層が維持され、これにより水素またはアルゴンの特定の雰囲気に限定される技術水準の方法に比べて金属汚染に関してかなりの利点が生じる。

本発明はウェーハ厚さの少なくとも５０％に相当する深さまで１００００ｃｍ^−３未満のＣＯＰ密度を有し、裏側に外部ゲッター層を有する単結晶シリコンウェーハに関する。

公知の外部ゲッター層は、例えば酸化珪素、窒化珪素、オキシ窒化珪素または多結晶シリコン、イオン注入により導入されたドーピング物質原子または機械的損傷により生じた層を有する。

本発明は更にウェーハ厚さの少なくとも５０％に相当する深さまで１００００ｃｍ^−３未満のＣＯＰ密度を有し、表側にエピタキシー析出した層または電気抵抗がシリコンウェーハの残りの電気抵抗と異なる層を有する単結晶シリコンウェーハに関する。

シリコンウェーハの表側の層は有利にシリコンからなるかまたはシリコン−ゲルマニウムを有するエピタキシー析出層である。同様に英語でストレインド・シリコンとして知られている張設したシリコンを有する層が有利である。張設したシリコンを製造する場合に、一般にＳｉ_１−ｘＧｅ_ｘからなる層を析出し、ｘは徐々に上昇する。これにより結晶格子が拡大する。後者の層としてすでにシリコンを析出したＳｉ_１−ｘＧｅ_ｘ層の最も上の部分の増加した格子定数を有する純粋シリコンを再び析出する。この張設したシリコン層の拡大した格子定数は増加した電子の運動性を生じ、これが部品製造の際に利点を生じる。

適当な雰囲気、例えば水素含有雰囲気での熱処理によるドーピング物質の拡散により生じた層が同様に有利である。

技術水準による相当するウェーハに対する本発明のシリコンウェーハの利点は電子部品を製造する場合にＣＯＰを十分に含まないことによりいわゆるＧＯＴ欠陥が生じないことにある。基板に比べて異なる電気抵抗を有する層の場合は、本発明のシリコンウェーハの利点は、垂直方向の広がりが被覆した層より大きい構造（例えばいわゆるディープトレンチ）の場合に、特にＣＯＰのような格子欠陥を有する基板材料を使用する場合に部品の故障を生じることがあるトレンチからトレンチへの短絡または漏れ電流の問題を生じないことにある。

以下に本発明の方法の個々の工程の有利な実施態様を記載する。

本発明の方法の出発物質として有利に低い酸素濃度を有するシリコンウェーハを使用するが、それはこの場合に不等式（１）を満たすために必要な温度が以下の表に示されるように低下するからである。７×１０^１７ａｔ／ｃｍ^３より低い酸素濃度［Ｏｉ］が特に有利である。これはチョクラルスキー法の場合に例えば坩堝の回転のような処理パラメーターの変動により達成できる。シリコン結晶中の酸素濃度が低いほど、熱処理のための本発明の方法の最低温度が低い。処理温度の低下は再び装置の費用および加熱または冷却に必要な時間、従って処理費用を減少する。

ＣＯＰの酸化物皮膜を分解するために必要な時間が酸化物皮膜の厚さに依存する（表参照）ので、本発明の方法の枠内で有利にＣＯＰができるだけ薄い酸化物皮膜を有する出発物質を使用する。有利には酸化物皮膜の厚さは４ｎｍ未満、特に有利に２ｎｍである。これは低い酸素濃度および結晶引き出しの際の１２００℃から６００℃までの温度間隔の早い冷却速度により達成される。

酸化物皮膜から除去したＣＯＰの分解に必要な時間はＣＯＰの大きさにかなり依存する（表参照）。従って本発明の熱処理の出発物質として、有利に製造の際にきわめて小さいＣＯＰが高い濃度で生じるように引き上げ工程を調節した単結晶から得られたシリコンウェーハを使用する。３００ｍｍの直径を有するシリコン結晶の場合は、ＣＯＰ平均直径は１６０ｎｍ未満、有利に１５０ｎｍ未満、特に有利に１２０ｎｍ未満であるべきである。２００ｎｍの直径を有するシリコン結晶に関しては１００ｎｍ未満、有利に８０ｎｍ未満、特に有利に６０ｎｍ未満のＣＯＰ大きさを選択すべきである。これは引き上げ法において結晶を１２００〜９００℃の温度範囲にできるだけ早く冷却することにより達成される。このために前記温度範囲で１〜２０Ｋ／分、有利に２〜１５Ｋ／分、特に有利に５〜１５Ｋ／分の冷却速度を調節しなければならない。この種の引き上げ法は生じるＣＯＰの小さい大きさのほかにかなり高い引き上げ速度と結びつき、これにより処理時間が短縮する利点を有する。更にこの種の引き上げ法は原則的に高い収率を生じ、これが経済性を再び高める。

ＣＯＰ平均直径を更に減少するために、引き上げ工程中の窒素の添加が有利である。特に有利には単結晶もしくはこれから製造されるシリコンウェーハ内の窒素濃度が１×１０^１３〜７×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３の範囲内にある。この技術的背景が米国特許第６２２８１６４号およびドイツ特許第１９９４１９０２号に記載される。

以下の表には本発明の方法に必要な温度ＴおよびＣＯＰの分解に必要な時間ｔでの酸素濃度［Ｏｉ］、ＣＯＰ直径２ｒおよびＣＯＰ酸化物皮膜の厚さｄを記載する。

ＣＯＰの分解に必要な時間を更に減少するために、本発明の方法の出発物質として有利にＣＯＰが大きい平面／体積比を有する形状を有するシリコンウェーハを使用する。平坦なまたは縦に伸びたＣＯＰがこの要求を満たす。この種の出発物質を製造する方法は、例えば欧州特許第１０８７０４２号に記載される。

出発物質としてすべての導体タイプの物質、特に有利にはｐ型導体およびｎ型導体の物質を使用することができ、同様に任意の結晶学的配列、有利には１１１、１１０、１１５および１１３の配列を有するシリコンウェーハを使用することができる。更に出発物質としていわゆる環状ウェーハを使用することも可能である。その際ウェーハ半径より小さい半径を有する平面にのみＣＯＰを有し、いわゆるＯＳＦ領域（酸化により生じるスタック欠陥）が接続されているシリコンウェーハを使用する。

本発明の方法の範囲で処理すべきシリコンウェーハは有利にＲＴＡ（急速熱アニーリング）反応器中で技術水準によりまず所定の速度で、不等式（１）により決定される温度範囲が達成されるまで加熱する。引き続きシリコンウェーハをこの温度範囲に所定の時間維持し、その後再び所定の速度で冷却する。ＲＴＡ反応器中のシリコンウェーハの加熱は抵抗加熱、ランプ、誘導加熱またはレーザーにより行うことができる。

処理室にシリコンウェーハを保存する場合に高い処理温度で重力により引き起こされるすべり（スリップ）が形成されないことが保証されなければならない。この目的のために、処理室の構成に応じてウェーハを適当に形成された台構造に配置し、留め具内で垂直に配置するかまたは適当な、当業者に知られた装置によりガスパッド上を浮遊することができる。ウェーハ台構造のそれぞれの形状に適合した形状パラメーター、ワープおよびバウによりウェーハを予め選別することが有利である。

一般にＲＴＡ反応器中で１個のみのシリコンウェーハを熱処理する。しかし平面で積み重ねられている複数のシリコンウェーハのパケット（スタックＲＴＡ）を処理することができる。この場合の利点は単位時間当たりの高いウェーハ処理量にある。この変形のために有利に熱処理中にウェーハの結合を妨げる表面の粗さを有するシリコンウェーハを使用する。

シリコン単結晶の棒片の熱処理も同様に可能であり、それは不等式（１）を満たす熱処理の場合に表面層からの酸素の拡散が行われないからである。棒片は熱処理の直後にウェーハに分離し、技術水準により更に処理する。この場合も単位時間当たりのシリコンウェーハの高い処理量が利点である。有利には棒片を直接ウェーハ台に配置せず、ウェーハ台の上に配置されたシリコンの厚いウェーハに配置する。これにより棒片でのすべりの発生が抑えられ、それは台形状の不均一性に帰因する圧力が厚いウェーハに吸収されるからである。

処理室の加熱により引き起こされる熱的不均一性を回避するために、処理すべきシリコンウェーハの上に第２シリコンウェーハを配置することができ、このウェーハが例えばランプからの直接の放射線の遮蔽板および熱分配器として作用する。

有利に熱処理の開始時に、ＣＯＰの酸化物皮膜が加熱中に膨張しないために、できるだけ高い加熱速度、すなわち２Ｋ／ｓより高い加熱速度、有利に１０Ｋ／ｓより高い加熱速度、特に有利に５０Ｋ／ｓの加熱速度を選択する。

シリコンウェーハの温度が不等式（１）により決定される範囲に維持される時間は使用される出発物質に依存する。表に示されるように、小さいＣＯＰおよび薄いＣＯＰ酸化物皮膜を有する出発物質の使用により熱処理の時間を減少することができる。典型的な時間は１０秒〜１５分、有利には３０秒〜５分、特に有利に３０秒〜４分である。

処理室内の圧力は熱処理の間大気圧より低くてよいが、同様にシリコンウェーハは例えば表面を平滑にするために、熱処理の間付加的にＵＶ範囲の電磁線、プラズマおよび電離放射線にさらされてもよい。

調節すべき冷却速度は熱処理後の最終生成物、すなわちシリコンウェーハの所望の特性により決定する。引き続く部品の処理の間に酸素の沈殿を示さない付加的な内部ゲッター特性を有しないシリコンウェーハを製造する場合は、遅い冷却速度が有利である。他方で良好な内部ゲッター特性を有するシリコンウェーハを製造する場合は、例えばＷＯ９８／３８６７５号に記載されるような、ＲＴＡ効果が生じるように、冷却速度を有利に高く調節する。ＲＴＡ効果として所定のはがされた帯域を有する決められた酸素沈殿特性の調節およびシリコンウェーハのバルクでの相当する沈殿特性が示される。

熱処理中にシリコンウェーハは少なくとも一時的に酸素を有する雰囲気にさらされる。これにより処理環境によるウェーハの金属汚染の不安を減少できる。シリコンウェーハは単一の雰囲気でも、処理中に変動する雰囲気でも熱処理できる。ウェーハの表側および裏側は同じ雰囲気または異なる雰囲気にさらすことができる。最終生成物の所望の特性に依存して希ガス（有利にアルゴン）、窒素、酸素および前記元素を有する化合物およびこれらのガス（元素または化合物）から製造できるすべての混合物を使用することができる。しかし必要な高い温度で制御されずに互いに反応する成分を有する混合物は除外される。

有利にシリコンウェーハは本発明による不等式（１）に従う熱処理の間、シリコンウェーハの表面が熱処理の全部の時間の間酸化物層で覆われることを生じる雰囲気にさらされる。酸素とアルゴンを有する雰囲気が特に有利である。その際シリコンウェーハのバルクはＣＯＰを含まない。しかしこの場合にこれは表面に適用されないが、それはこの場合に酸素が拡散し、表面に近いＣＯＰは酸化物皮膜から除去されず、その結果分解しない。表面は引き続き、例えば研磨または化学機械的研磨により機械的または化学的に切除することができ、最終的にＣＯＰ不含のシリコンウェーハが得られる。本発明による不等式（１）に従う熱処理に続いてシリコンウェーハを還元雰囲気、例えば水素含有雰囲気で他の熱処理を行うことができ、まず酸化物層および引き続き表面に近いＣＯＰを除去する。この工程は同時にドーピング物質の拡散および異なる抵抗を有する層の製造に利用することができる。

以下に本発明のすべての方法の有利な実施およびこれにより製造される有利な生成物を記載する。

第１の有利な実施態様において、まずシリコンウェーハの表側および裏側に、例えば多結晶シリコン、窒化珪素、オキシ窒化珪素、熱による酸化物またはＣＶＤ酸化物からなる外部ゲッター層を設ける。酸素含有ゲッター層が特に有利であり、それはこの場合に層の外部ゲッター作用に対して付加的に金属汚染のための拡散バリアが形成され、これによりシリコンウェーハが熱処理中に場合により存在する金属汚染に反応しない。その後シリコンウェーハを不等式（１）を満たす熱処理で処理する。熱処理の後に公知方法によりウェーハ表側の外部ゲッター層をはがす。

これに続いて露出したウェーハの表側に技術水準に相当する方法を使用して、シリコンウェーハが予定されている使用に依存する厚さを有するエピタキシー層を析出する。この層の厚さは０.１μｍ〜１０μｍの範囲内であってもよい。この方法により本発明の熱処理の間に拡散バリアにより保護され、付加的に外部ゲッター層を有するシリコンウェーハが得られ、この層は場合によりウェーハ裏側の外部ゲッター層の拡散バリアを通過してウェーハ表面に到達する金属汚染と結合し、部品の関係する層から離れている。

本発明の第２の有利な実施態様において、被覆されていない空白のシリコンウェーハを本発明により熱処理し、これに続いて前記のように外部ゲッター層を被覆する。その後ウェーハ表側のゲッター層をはがし、ウェーハ表側に所望の厚さのエピタキシー層を被覆する。

本発明の第３の有利な実施態様において、第１の有利な実施態様による外部ゲッター層を完全に備えたシリコンウェーハを本発明により熱処理し、これに続いてウェーハ表側のゲッター層を水素含有雰囲気で分解し、表面層のＣＯＰを除去する目的で水素含有雰囲気で他の熱処理を行う。適当な選択されたウェーハ台の場合に水素含有雰囲気はウェーハ裏側に浸食せず、ウェーハ表側のゲッター層のみをはがすことができる。片側でゲッター層を除去されたウェーハにその後エピタキシー層を設ける。

第４の有利な実施態様において、第１実施態様による外部ゲッター層を完全に備えたシリコンウェーハを本発明により熱処理し、これに続いてウェーハ表側のゲッター層を水素含有雰囲気で分解する目的で、水素含有雰囲気で他の熱処理を行う。適当な選択されたウェーハ台の場合に、水素含有雰囲気がウェーハ裏側に浸食せず、ウェーハ表側のゲッター層のみをはがすことができる。その後水素含有雰囲気でシリコンウェーハの熱処理を継続する。これは外部ゲッター層を除去したウェーハ表側にドーピング物質の拡散を使用することができ、基板に比べて変動した電気抵抗を有する層を生じる結果を生じる。

本発明の第５の有利な実施態様において、第１の有利な実施態様による外部ゲッター層を備えた表側のシリコンウェーハを当業者に知られた方法により外部ゲッター層を除去し、その後本発明により熱処理する。その後場合により表側に熱処理により形成される酸化物を除去し、ウェーハの表側にエピタキシー析出する。

本発明の第６の有利な実施態様において、第１の有利な実施態様による外部ゲッター層を備えた表側のシリコンウェーハを当業者に知られた方法により外部ゲッター層を除去し、その後本発明により熱処理する。その後水素含有雰囲気で他の熱処理を行い、その進行中に場合により本発明の熱処理中に形成されるウェーハ表側の表面酸化物が分解し、これに続いて表面層からドーピング物質が拡散することができる。最終生成物は外部ゲッターおよびシリコンウェーハの残りと異なる電気抵抗を有する部品に関係する層を有するウェーハである。

本発明の第７の有利な実施態様において、被覆されていないシリコンウェーハを本発明により熱処理する。その後当業者に知られた方法を使用して外部ゲッター層としてウェーハに多結晶シリコンを析出するために他の熱処理を行う。シリコンウェーハの表側にこうして得られた多結晶シリコン層を、例えば研磨または化学機械的研磨により機械的または化学的に切除する。その後表側にエピタキシー層を析出する。

本発明の第８の有利な実施態様において、研磨され、エッチングされたシリコンウェーハに当業者に知られた方法を使用して拡散バリアとして酸化物層を設け、その後本発明により熱処理する。酸化物を引き続き例えばエッチングのような標準的方法を使用してウェーハから除去する。引き続きウェーハを両面研磨する。他の熱処理において、研磨したウェーハに多結晶シリコン層を析出し、表側のこの層を当業者に知られた方法を使用して除去する。最終生成物は両面研磨により改良されたナノトポロジーを有し、部品に関係する層からはるかに離れた帯域に金属汚染を結合するために外部ゲッター層が備えられている両面研磨したウェーハである。

本発明は結晶直径またはウェーハ直径に依存しない単結晶シリコンウェーハに使用できる。１５、２０または３０ｃｍまたはそれ以上の直径を有するウェーハに有利に使用する。大きい直径を有するシリコンウェーハに製造する部品はシリコンの欠陥不在性の明らかに高い要求を有するので、大きい直径を有するシリコンウェーハに本発明を使用することが特に有利である。

本発明のシリコンウェーハの結晶欠陥の不在により前記シリコンウェーハは、部品に関係する上側の層が結晶欠陥を有していない、いわゆるＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハを製造するために特に適しており、それはその他の欠陥はその下に存在する電気的絶縁層（埋め込まれた酸化物）にまで続くからである。本発明のシリコンウェーハは層移動技術を使用してＳＯＩウェーハの部品に関係する薄いシリコン層を製造するためのドナーウェーハとして特に適している。

本発明のシリコンウェーハは表面層の分離後に層移動法の範囲内で完全な欠陥不在性によりドナーウェーハとして２回以上再使用できる（ＳＯＩ−ｒｅｗｏｒｋ）。

本発明のシリコンウェーハは廉価な粒子としてモニターウェーハに使用できる。前記ウェーハは場合により生じる粒子負荷の後に再び洗浄し、場合によりもう一度研磨することができ、研磨によりウェーハ表面に結晶欠陥が認められない。

本発明のシリコンウェーハの他の使用分野はいわゆるＭＥＭＳまたはＲＦＩＤの使用である。その際しばしば高い品質および欠陥不在性のシリコン基材から製造されなければならない使い捨て製品（ＲＦＩＤ：例えばＣＤケースの盗難保険）である。本発明は出発物質を製造する廉価な方法を提供する。

Claims (25)

1. 以下の工程：
   エピタキシー析出によりシリコンウェーハの表側に層を製造するかまたはシリコンウェーハの表側にシリコンウェーハの残りの電気抵抗と電気抵抗が異なる層を製造するかまたはシリコンウェーハの裏側に外部ゲッター層を製造する工程、および
   不等式：
   

   

   （上記式中、［Ｏｉ］はシリコンウェーハ中の酸素濃度であり、［Ｏｉ］^ｅｑ（Ｔ）は温度Ｔでのシリコン内の酸素の周辺溶解度であり、σ_ＳｉＯ２は二酸化珪素の表面エネルギーであり、Ωは沈殿した酸素原子の体積であり、ｒはＣＯＰ平均半径であり、ｋはボルツマン定数である）が満たされるように選択される温度でシリコンウェーハを熱処理し、その際シリコンウェーハが熱処理の間少なくとも一時的に酸素含有雰囲気にさらされる工程、
   を有する単結晶シリコンウェーハを製造する方法。
2. 前記方法の出発物質として７×１０^１７ａｔ／ｃｍ^３より低い酸素濃度［Ｏｉ］を有するシリコンウェーハを使用する請求項１記載の方法。
3. 前記方法の出発物質として１６０ｎｍ未満のＣＯＰ平均直径を有するシリコンウェーハを使用する請求項１または２記載の方法。
4. シリコンウェーハを所定の加熱速度で不等式（１）が満たされる範囲にある温度まで加熱し、引き続きこの範囲に所定の時間温度を維持し、その後シリコンウェーハを所定の冷却速度で冷却する請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 温度が不等式（１）が満たされる範囲にある時間が１０秒〜１５分の間である請求項４記載の方法。
6. シリコンを有する層のエピタキシー析出によりシリコンウェーハの表側に層を製造する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 少なくとも１種のドーピング物質の拡散を生じる雰囲気での熱処理によりシリコンウェーハの表側に層を製造する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
8. 酸化珪素、窒化珪素または多結晶シリコンの析出によりシリコンウェーハの裏側に層を製造する請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 以下の工程：
   シリコンウェーハの表側および裏側に請求項８記載の外部ゲッター層を被覆する工程、
   酸素含有雰囲気で不等式（１）が満たされるようにシリコンウェーハを熱処理する工程、
   シリコンウェーハの表側の外部ゲッター層をはがす工程、および
   シリコンウェーハの表側に請求項６記載の層をエピタキシー析出する工程
   を、記載された順序で実施する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
10. 以下の工程：
    酸素含有雰囲気で不等式（１）が満たされるようにシリコンウェーハを熱処理する工程、
    シリコンウェーハの表側および裏側に請求項８記載の外部ゲッター層を被覆する工程、
    シリコンウェーハの表側の外部ゲッター層をはがす工程、および
    シリコンウェーハの表側に請求項６記載の層をエピタキシー析出する工程
    を、記載された順序で実施する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
11. 以下の工程：
    シリコンウェーハの表側および裏側に請求項８記載の外部ゲッター層を被覆する工程、
    酸素含有雰囲気で不等式（１）が満たされるようにシリコンウェーハを熱処理する工程、
    シリコンウェーハの表側の外部ゲッター層をはがすためにおよび表側に存在するＣＯＰを分解するために水素含有雰囲気でシリコンウェーハを熱処理する工程、および
    シリコンウェーハの表側に請求項６記載の層をエピタキシー析出する工程
    を、記載された順序で実施する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
12. 以下の工程：
    シリコンウェーハの表側および裏側に請求項８記載の外部ゲッター層を被覆する工程、
    酸素含有雰囲気で不等式（１）が満たされるようにシリコンウェーハを熱処理する工程、および
    シリコンウェーハの表側の外部ゲッター層をはがすために、表側に存在するＣＯＰを分解するためにおよび請求項７記載の表側に層を製造するためにシリコンウェーハを水素含有雰囲気で熱処理する工程、
    を、記載された順序で実施する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
13. 以下の工程：
    シリコンウェーハの表側および裏側に請求項８記載の外部ゲッター層を被覆する工程
    シリコンウェーハの表側の外部ゲッター層をはがす工程
    酸素含有雰囲気で不等式（１）が満たされるようにシリコンウェーハを熱処理する工程、および
    シリコンウェーハの表側に請求項６記載の層をエピタキシー析出する工程
    を、記載された順序で実施する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
14. 以下の工程：
    シリコンウェーハの表側および裏側に請求項８記載の外部ゲッター層を被覆する工程
    シリコンウェーハの表側の外部ゲッター層をはがす工程
    酸素含有雰囲気で不等式（１）が満たされるようにシリコンウェーハを熱処理する工程、および
    シリコンウェーハの表側の外部ゲッター層をはがすために、表側に存在するＣＯＰを分解するためにおよび請求項７記載の表側に層を製造するためにシリコンウェーハを水素含有雰囲気で熱処理する工程、
    を、記載された順序で実施する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
15. 以下の工程：
    酸素含有雰囲気で不等式（１）が満たされるようにシリコンウェーハを熱処理する工程、
    シリコンウェーハの表側および裏側に請求項８記載の外部ゲッター層を被覆する工程、
    シリコンウェーハの表側の外部ゲッター層を機械的または化学的切除により除去する工程
    および
    シリコンウェーハの表側に請求項６記載の層をエピタキシー析出する工程
    を、記載された順序で実施する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
16. 以下の工程：
    酸化珪素層を製造するために、研磨され、エッチングされたシリコンウェーハの表側および裏側を酸化する工程、
    酸素含有雰囲気で不等式（１）が満たされるようにシリコンウェーハを熱処理する工程、
    酸化珪素層を除去する工程、
    同時にシリコンウェーハの表側および裏側を研磨する工程、
    シリコンウェーハの表側および裏側に請求項８記載の外部ゲッター層を被覆し、外部ゲッター層が多結晶シリコンからなる工程、および
    シリコンウェーハの表側の外部ゲッター層を機械的または化学的切除により除去する工程
    を、記載された順序で実施する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法
17. ウェーハ厚さの少なくとも５０％に相当する深さまで１００００ｃｍ^−３未満のＣＯＰ密度を有し、裏側に外部ゲッター層を有する単結晶シリコンウェーハ。
18. 外部ゲッター層が酸化珪素、窒化珪素または多結晶シリコンを有する層である請求項１７記載のシリコンウェーハ。
19. ウェーハ厚さの少なくとも５０％に相当する深さまで１００００ｃｍ^−３未満のＣＯＰ密度を有し、表側にエピタキシー析出した層または電気抵抗がシリコンウェーハの残りの電気抵抗と異なる層を有する単結晶シリコンウェーハ。
20. 前記層がエピタキシー析出したシリコン層である請求項１９記載のシリコンウェーハ。
21. 前記層がシリコン−ゲルマニウムを含有する請求項１９記載のシリコンウェーハ。
22. 前記層が張設したシリコンを有する請求項１９記載のシリコンウェーハ。
23. ＳＯＩウェーハを製造するためのドナーウェーハとしての請求項１７から２２までのいずれか１項記載のシリコンウェーハの使用。
24. 不等式（１）を満たす熱処理を、平面で積み重ねられている複数のシリコンウェーハのパケットで行う請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
25. 不等式（１）を満たす熱処理を、シリコン単結晶の棒片で行う請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。