JP5262021B2 - シリコンウェーハ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に薄膜デバイスに適したシリコンウェーハ及びそれを製造する方法に関する。

半導体集積回路（デバイス）は、シリコンなどからなるインゴット状の単結晶から切り出したウェーハを基板とし、これに回路形成のための多数のプロセスを施し、製品化される。そのプロセスには多くの物理的処理、化学的処理、さらには熱的処理が含まれ、中には１０００℃を超える過酷な条件での処理も含まれる。このため、単結晶の育成時にその原因が形成され、デバイスの製造過程で顕在化してその性能に大きく影響してくる微細欠陥、すなわち“Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥”の問題が浮上してくる。なお、ここでのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は、例えばチョクラルスキー法（ＣＺ法）によるシリコン単結晶を例にとると、赤外線散乱体欠陥またはＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）などと呼ばれる大きさが０．１〜０．２μｍ程度の空孔欠陥や、転位クラスターと呼ばれる大きさが１０μｍ程度の微小転位からなる欠陥のことである。

近年、こうしたＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の問題を解決する技術が幾つか提案されている。例えば特許文献１では、素材となる単結晶引き上げの凝固直後の冷却部分であるホットゾーン構造を改良したＣＺ法による単結晶引き上げ装置（育成装置）を用い、この装置内の雰囲気を水素を含む不活性ガス雰囲気とし、しかも雰囲気中の水素分圧を所定範囲（４０〜４００Ｐａ）に保持しつつ種結晶の引き上げを行い、単結晶を成長させる方法が開示してある。この方法によると、得られる単結晶の直胴部をＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しない無欠陥領域として育成させることができる。こうして育成されたシリコンインゴットから切り出すことにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しないシリコンウェーハを得ることができる。

ところで、近年、ゲッタリング能力が優れたシリコンウェーハを製造するための技術が提案されている。例えば特許文献２では、シリコンインゴットから切り出されたウェーハを、非酸化性雰囲気中で１１００℃以上の温度で熱処理することにより、アニールウェーハ表層近くのＣＯＰを消滅させる技術が開示してある。

しかしながら、この方法によると、酸素の外方拡散も同時に起こるため、この方法により得られるウェーハは、ゲッタリング作用を有する酸素析出物（ＢＭＤ。Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）と呼ばれる欠陥が存在しない領域がウェーハの表層から１０μｍ以上も形成されることになり、十分なゲッタリング能力を備えているとは言えなかった。

近年、半導体デバイス自体の薄膜化が進み、これに伴ってゲッタリング作用を有するＢＭＤがよりデバイス活性層に近い領域に存在するウェーハが求められている。

Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しないシリコンウェーハでは、優勢点欠陥種とその濃度にて酸素析出挙動が大きく異なることが知られている。無欠陥領域は空孔優勢領域と格子間シリコン優勢領域からなる。ゲッタリング作用を有するＢＭＤは空孔優勢領域で形成されるが、８００℃で４時間と１０００℃で１６時間の熱処理を施すと、ＢＭＤはウェーハの表層から１０μｍ以上深い領域に形成され、ウェーハの表層への形成は期待できない。また、格子間シリコン優勢領域では、そもそもＢＭＤの形成は抑制される。

特開２００６−３１２５７５号公報 特開平１０−１４４６９８号公報

本発明が解決しようとする課題は、結晶育成時にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しない無欠陥条件にて育成された結晶から切り出しても、表層から例えば１０μｍ以内までの浅い領域にＢＭＤが高密度で存在するが、デバイス活性層として機能する極表層には欠陥が存在せず、薄膜デバイスに対してもゲッタリング効果を有効に発揮しうるウェーハの製造方法を提供することである。

本発明は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない直胴部を持ち、格子間酸素濃度［Ｏｉ］が１．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 以上のシリコンインゴットから切り出したウェーハに、アルゴンガス、窒素ガス、水素ガスまたはこれらの混合ガスの雰囲気中において、１０００℃以上、シリコン融点以下の熱処理温度で、１０秒以下の急速昇降温熱処理を施し、前記シリコンウェーハの表面から０．４μｍ〜２．４μｍの深さに無欠陥層を形成することを特徴とする。

本発明は、結晶育成時にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しない無欠陥条件にて育成された結晶から切り出したウェーハであっても、そのウェーハに対してアルゴンガス、窒素ガス、水素ガスまたはこれらの混合ガスの雰囲気中において、１０００℃以上、シリコン融点以下の熱処理温度で、１０秒以下の急速昇降温熱処理を施し、前記シリコンウェーハの表面から０．４μｍ〜２．４μｍの深さに無欠陥層を形成するので、表層領域ではあるがＣＯＰ及び酸素析出核が消滅し、この領域において高い酸化膜耐圧を示すことになる。また、格子間酸素濃度が高濃度のウェーハを用いるので、ウェーハは表面から１０μｍ程度の領域では酸素安定析出核が存在することになる。

したがって、ウェーハの表層は結晶欠陥が消滅する一方で、デバイス活性領域の直下にゲッタリング源となる安定な酸素析出核が存在するシリコンウェーハを得ることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態では、まず、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない直胴部を持つシリコンインゴット（以下、単結晶とも言うことがある）を製造可能な単結晶引き上げ装置の構成を簡単に説明する。

本実施形態では、例えば図１に示す単結晶引き上げ装置２を用いる。図１に示す引き上げ装置２は、気密性が保持された装置本体の内部に、るつぼ４を有する。るつぼ４は、るつぼ支持軸６に支持されたるつぼ保持容器８の内部に配置してある。るつぼ４の上方には、ホットゾーン構造を形成するための熱遮蔽体１０が配置してある。熱遮蔽体１０は、本実施形態では、外殻を黒鉛で構成し、内部を黒鉛フェルトで充填した構造としてある。

熱遮蔽体１０の開口部には、回転させながら上方に引き上げ自在な引き上げ軸１２が挿入してある。引き上げ軸１２の下端には、シードチャック１４が装着してある。シードチャック１４には、種結晶（図示省略）が取り付けてあり、引き上げ軸１２の上端には、動力源（図示省略）が連結される。

るつぼ保持容器８の外周には、ヒータ１６が配置してあり、このヒータ１６を作動させることによりるつぼ４が加熱され、その結果、るつぼ４中の融液４２は所定温度に維持される。

本実施形態の単結晶引き上げ装置２は、シリコンの融点（１４１０℃）から１２５０℃近傍までの温度域において、引き上げ軸１２方向の結晶内温度勾配が、結晶中心部（Ｇｃ）よりも結晶周辺部（Ｇｅ）の方が小さくなる（Ｇｃ＞Ｇｅ）ように、凝固直後のシリコン単結晶１８の周囲を取り囲む熱遮蔽体１０の部材、寸法、位置などホットゾーン構造を改良してある。これにより、引き上げ中単結晶の融液４２から立ち上がる部分近傍において、表面部はるつぼ４の壁面や融液４２面からの熱輻射により保温するようにし、単結晶の上部を熱遮蔽体１０や冷却部材等を用いてより強く冷却することにより、結晶中心部（Ｇｃ）は熱伝達で冷却し、中心部の方を相対的に温度勾配が大きくなるようにすることができる。

以上の構成の引き上げ装置２を用いて、常法、例えばＣＺ法によりシリコンインゴットを製造する。

（１）まず、高純度シリコンの多結晶を、単結晶引き上げ装置２のるつぼ４内に収容した後、減圧雰囲気下で、るつぼ支持軸６によりるつぼ４を回転させると共に、ヒータ１６を作動させて前記高純度シリコンの多結晶を融解させて融液４２とする。

（２）次に、結晶引き上げ軸１２を下方に移動させることにより、その下端のシードチャック１４に取り付けてある種結晶（図示省略）をるつぼ４中の融液４２に接触させる。

（３）次に、この種結晶を引き上げ軸１２を回転させながら上方に引き上げることにより、種結晶に付着してくる融液４２を凝固させつつ結晶成長させ、シリコンインゴット１８を育成する（シリコン単結晶の引き上げ。図２参照）。本実施形態では、引き上げの際に、結晶無転位化のためのシード絞りを行った後、ショルダー部を形成させ、肩変えして直胴部を形成する。

《シリコンインゴットの育成》
本実施形態では、第１に、シリコンインゴット１８の育成を、格子間酸素濃度［Ｏｉ］の値が大きく（高酸素濃度）なる条件で行う。具体的には、１．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 以上となる条件で行う。育成後のシリコンインゴット１８の酸素濃度が１．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 未満であると、薄膜デバイス活性層の直下に、ゲッタリング源となる安定な酸素析出物が有効数、存在しないからである。

第２に、シリコンインゴット１８の育成を、その直胴部がＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を有しない無欠陥領域となる条件で行う。例えば、水素原子含有物質を不活性ガスに含ませて、これを雰囲気ガスとして装置２内に導入した状態で、種結晶の引き上げを行う。

不活性ガスとしては、安価なＡｒガスが好ましく、これ以外にもＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅなどの各種希ガス単体、あるいはこれらの混合ガスを用いることができる。

水素原子含有物質は、融液４２に溶け込んだ際に熱分解されて、融液４２中に水素原子を供給できる物質をいい、この水素原子含有物質を不活性ガスに含ませて、これを雰囲気ガスとして装置２内に導入することにより、融液４２中の水素濃度を向上させることができる。水素原子含有物質としては、水素ガス、Ｈ_２ Ｏ、ＨＣｌなどの水素原子を含む無機化合物や、シランガス、ＣＨ_４ 、Ｃ_２ Ｈ_２ などの炭化水素、アルコール、カルボン酸などの水素原子を含む各種物質が挙げられる。中でも、水素ガスを用いることが好ましい。

本実施形態では、装置２内の雰囲気を、水素分圧が４０Ｐａ以上１６０Ｐａ以下の不活性ガス雰囲気下に制御する。装置２内雰囲気の水素分圧をこの範囲で制御し、引き上げ速度を例えば０．４〜０．６ｍｍ／分、好ましくは０．４３〜０．５６ｍｍ／分の範囲内で選定することで、切り出し後のウェーハ全面をＰ_Ｖ 領域（酸素析出促進領域あるいは空孔優勢無欠陥領域）としたシリコンインゴットを容易に育成させることができる。水素分圧を４０Ｐａ以上とすることで、空孔優勢無欠陥領域を得るための引き上げ速度範囲が狭くなることを防止できる。一方、水素分圧を１６０Ｐａ以下とすることで、切り出し後のウェーハに対してＰ_Ｉ 領域（酸素析出抑制領域あるいは格子間シリコン優勢無欠陥領域）が混在することを効果的に防止できる。Ｐ_Ｖ 領域のウェーハではＢＭＤを形成しやすく、例えば、表面にいわゆるＤＺ（Ｄｅｎｕｄｅｄ Ｚｏｎｅ）層形成処理を施したとき、内部にゲッタリング作用を有するＢＭＤを容易に形成する。Ｐ_Ｉ 領域では、ＢＭＤの形成が困難である。

装置２内の雰囲気ガスの圧力は、水素分圧が上記所定範囲であれば特に限定されず、通常適用される条件であればよい。

本実施形態では、不活性雰囲気中に酸素ガス（Ｏ_２ ）が存在する場合には、気体の水素分子換算での濃度と、酸素ガスの濃度の２倍との、濃度差が３体積％以上となるように雰囲気を制御することが好ましい。水素原子含有ガスの水素分子換算での濃度と酸素ガスの濃度の２倍の濃度差を３体積％以上に制御することで、シリコンインゴット中に取り込まれた水素原子により、インゴットに対して、ＣＯＰおよび転位クラスターなどのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の生成を抑制する効果が得られる。

本実施形態では、通常の炉内圧が１．３〜１３．３ｋＰａ（１０〜１００Ｔｏｒｒ）の範囲にあっては、不活性雰囲気中の窒素濃度を２０体積％以下に制御することが好ましい。雰囲気中での窒素濃度を２０体積％以下に制御することで、シリコン単結晶の有転位化を防止できる。

水素原子含有物質の気体として水素ガスを添加する場合には、市販の水素ガスボンベ、水素ガス貯蔵タンク、水素吸蔵合金を充填したタンクなどから、専用の配管を通じて装置２内の不活性雰囲気に供給することができる。

なお、水素原子含有物質を含有させた不活性ガスを装置２内の雰囲気に導入するのは、本実施形態では、少なくとも、単結晶の所要径となっている直胴部を引き上げる間、不活性ガスに水素原子含有物質を含有させて、これを装置２に導入すればよい。水素は短時間で容易に融液４２に溶け込む性質を有するので、直胴部を引き上げる間だけ雰囲気に含有させれば、その効果が十分に得られるからである。また、水素の取り扱いの安全確保の観点からも、必要以上に使用しない方が好ましい。したがって、るつぼ４内の多結晶融解、脱ガス、種結晶浸漬、ネッキング、ショルダー部形成の段階では、装置２に導入する不活性ガス中に、必ずしも水素原子含有物質を含有させる必要はない。また育成が終了し、径を小さくしてコーンを形成させ、融液４２から引き離す段階でも同様である。

以上の工程を経て育成されるシリコンインゴット１８には、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在せず、しかも格子間酸素濃度［Ｏｉ］が１．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 以上の高濃度である。ここでの［Ｏｉ］の値は、ＡＳＴＭ Ｆ−１２１（１９７９）に規格されたフーリエ変換赤外分光光度法による測定値を意味する。

本実施形態では、装置２内の雰囲気を特定雰囲気にして単結晶の引き上げを行うので、得られるインゴット中の酸素濃度が高くなっても、切り出し後のウェーハ中のデバイス活性領域での酸素析出を抑制でき、回路の特性を劣化させることがない。ただし、酸素濃度が高くなりすぎると、この析出抑制効果はなくなるので、酸素濃度は、多くても１．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ までに制御することが望ましい。

（４）次に、育成したシリコンインゴット１８からウェーハを切り出す（ウェーハ加工。図２参照）。このウェーハへの切り出し加工は、特に限定されず、一般的な切り出し加工法を採用することができる。ここでのウェーハは、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しないシリコンインゴット１８から切り出されるので、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は生成しない。

なお、単結晶引き上げの際の装置２内雰囲気に、水素原子含有物質を不活性ガスに含ませて、これを雰囲気ガスとして導入することなく、あるいはこれとともに、育成されたシリコンインゴット１８をウェーハに切り出す前に、そのインゴットに対して、結晶内に、窒素を１×１０^１２〜５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ の濃度範囲で、および／または、炭素を５×１０^１５〜２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ の濃度範囲でドープさせてもよい。こうすることによっても、ＢＭＤが多く発生する無欠陥領域、すなわちＰ_Ｖ 領域を拡大することができる。

ここでの窒素及び炭素のドープ濃度の値は、ＡＳＴＭ Ｆ−１２３（１９８１）に準じて測定された値を意味する。

（５）次に、切り出したウェーハに、１０００℃以上で１０秒以下の急速昇降温熱処理を施す（急速昇降温熱処理。図２参照）。

ウェーハに１０００℃以上で１０秒以下の急速昇降温熱処理を施すことで、ウェーハ表面に無欠陥層が形成されると同時に、デバイス活性層の直下（ウェーハ表面から１０〜２０μｍ）にゲッタリング源となる酸素析出物が存在するウェーハを得ることができる。

本実施形態では、急速昇降温熱処理は、１０００℃以上、シリコンの融点（１４１０℃）以下の温度で行うことが好ましい。１０００℃以上とすることで、ウェーハ表面に無欠陥層を形成することができる。

本実施形態では、急速昇降温熱処理は、非酸化性雰囲気、例えばアルゴンガス、窒素ガス、水素ガスまたはこれらの混合ガスの雰囲気中で行うことが好ましい。

本実施形態では、急速昇降温熱処理は、ハロゲンランプを熱源としたハロゲンランプ熱処理炉、キセノンランプを熱源としたフラッシュランプ熱処理炉またはレーザを熱源としたレーザ熱処理炉などを用いて行うことができる。熱処理時間は、ハロゲンランプ熱処理炉を用いる場合は０．１〜１０秒とすることが好ましい。フラッシュランプ熱処理炉を用いる場合は０．１秒以下とすることが好ましい。レーザ熱処理炉を用いる場合は０．１秒以下とすることが好ましい。

（６）なお、本実施形態では、急速昇降温熱処理後のウェーハの表面に、シリコンエピタキシャル層を成長させることもできる（エピタキシャル成長。図２参照）。急速昇降温熱処理を施したウェーハ表面は無欠陥層が形成されているので、ここにエピタキシャル層を形成することで無欠陥層をさらに拡大または無欠陥層の厚さを調整することができる。

本実施形態では、急速昇降温熱処理後のウェーハを、非酸化性雰囲気、例えばアルゴンガス、窒素ガス、水素ガスまたはこれらの混合ガスの雰囲気中で、追加熱処理してもよい（追加熱処理。図２参照）。急速昇降温熱処理後のウェーハに追加熱処理を施すことで、デバイス活性層の直下に存在する酸素析出物のサイズを増大させることができ、また無欠陥層の厚さも調整することができる。

この場合の追加熱処理の温度は、１０００〜１３００℃程度であり、熱処理時間は、３０〜６０分程度である。

（７）以上の工程を経て、本実施形態のシリコンウェーハは製造される。こうして得られるシリコンウェーハは、ウェーハ表面付近のデバイス活性領域にはＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在しない。すなわち無欠陥である。また、本実施形態で得られるシリコンウェーハは、格子間酸素濃度［Ｏｉ］が１．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 以上のシリコンインゴット１８から切り出されるので、前記デバイス活性領域の直下には５×１０^４ 個／ｃｍ^２ 以上のＢＭＤを有する。すなわち、本実施形態の工程を経て製造されるシリコンウェーハは、ＢＭＤが必要な無欠陥ウェーハに対応する。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

次に、本発明の実施の形態をより具体化した実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

図１に示す単結晶引き上げ装置２を準備した。熱遮蔽体１０としては、外殻を黒鉛で構成し、内部を黒鉛フェルトで充填した構造のものを用いた。

こうした単結晶引き上げ装置２を用い、まず、高純度シリコンの多結晶を、単結晶引き上げ装置２のるつぼ４内に収容した後、減圧雰囲気下で、るつぼ支持軸６によりるつぼ４を回転させると共に、ヒータ１６を作動させて前記高純度シリコンの多結晶を融解させて融液４２とした。

次に、結晶引き上げ軸１２を下方に移動させることにより、その下端のシードチャック１４に取り付けてある種結晶（図示省略）をるつぼ４中の融液４２に接触させた。

次に、この種結晶を引き上げ軸１２を回転させながら上方に引き上げ、結晶無転位化のためのシード絞りを行った後、ショルダー部を形成させ、肩変えして直胴部（シリコンインゴット１８）を形成した。

本実施例では、直胴部の目標直径（Ｄｃ。図１参照）を２００ｍｍとし、育成中単結晶内部の軸方向温度勾配を融点から１３７０℃までの範囲で、結晶中心部（Ｇｃ）は３．０〜３．２℃／ｍｍ、結晶周辺部（Ｇｅ）は２．３〜２．５℃／ｍｍとした。また、装置２内の雰囲気の圧力を４０００Ｐａとし、引き上げ速度を０．５２ｍｍ／分として単結晶を育成した。その場合に、装置２内の雰囲気の水素分圧を２５０Ｐａに制御し、シリコン単結晶の育成を行った。

その結果、表１に示す格子間酸素濃度［Ｏｉ］の値で、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない直胴部（約２００ｍｍ）を持つシリコンインゴット（比抵抗が１０〜２０Ωｃｍ，窒素ドープなし）が得られた。なお、ここでの［Ｏｉ］の値は、ＡＳＴＭ Ｆ−１２１（１９７９）に規格されたフーリエ変換赤外分光光度法による測定値を意味する。

次に、得られたシリコンインゴットからウェーハを切り出し、これに鏡面加工を施した。

次に、得られた複数のシリコンウェーハに、表１に示す熱源を用いて、アルゴンガスの雰囲気中で、表１に示す温度と時間で、急速昇降温熱処理を施し、ウェーハ試料（試料１〜１１）を得た。また、別の試料１〜３及び１１の各ウェーハを準備し、これらに堆積温度が１１５０℃の条件で、シリコンエピタキシャル層を成長させて、シリコンエピタキシャルウェーハ試料（試料１２〜１５）を得た。

得られたウェーハ試料（試料１〜１５）について、欠陥フリー深さと、酸素析出物（ＢＭＤ）密度を評価した。

「欠陥フリー深さ」は、次のようにして求めた。まず、上述した急速昇降温熱処理後のウェーハ試料（試料１〜１１）またはエピタキシャル成長後のウェーハ試料（試料１２〜１５）に対して、８００℃で４時間と１０００℃で１６時間の熱処理を施し、この熱処理後の複数のウェーハのそれぞれを、０．２μｍ程度ずつ再研磨し、表面からの再研磨量が異なるウェーハを複数枚準備した。次に、これら表面からの再研磨量が異なるウェーハに膜厚が２５ｎｍの酸化膜と、面積が８ｍｍ^２ の測定電極（リンをドープしたポリシリコン電極）としたＭＯＳキャパシタを形成し、１１ＭＶ／ｃｍの判定電界の条件（電流値が１０^−３Ａを超えるとブレイクダウンとみなす。）で酸化膜耐圧特性（ＴＺＤＢ法）を測定し、判定電界をクリアしたＭＯＳキャパシタを良品とした。良品率が９０％以上となった最大の再研磨量を求め、これを欠陥フリー深さ（μｍ）とした。

「ＢＭＤ密度」は、次のようにして求めた。まず、上述した急速昇降温熱処理後のウェーハ試料（試料１〜１１）またはエピタキシャル成長後のウェーハ試料（試料１２〜１５）に対して、８００℃で４時間と１０００℃で１６時間の熱処理を施し、この熱処理後の複数のウェーハのそれぞれを劈開し、２μｍのライトエッチング（ｗｒｉｇｈｔ ｅｔｃｈｉｎｇ）を実施した。次に、このウェーハ表面から３〜１０μｍの位置に存在するエッチングピットを光学顕微鏡で測定し、ＢＭＤ密度（×１０^５ 個／ｃｍ^２ ）を算出した。

これら欠陥フリー深さとＢＭＤ密度の結果を、格子間酸素濃度［Ｏｉ］及び急速昇降温熱処理条件とともに表１に示す。

表１から以下のことが理解される。

（１）Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない直胴部を持ち、格子間酸素濃度［Ｏｉ］が１．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 以上のシリコンインゴットから切り出したウェーハ試料（試料１〜６）では、第１に、２μｍ以下の欠陥フリー深さ（無欠陥層）が形成されていることが分かる。これは急速昇降温熱処理で、極めて表層領域のみではあるがＣＺ引き上げ時に形成した酸素析出核が消滅し、この領域では高い酸化膜耐圧を示したものと推測される。なお、試料１〜６のウェーハ試料は、ＣＯＰや転位クラスターが存在しない無欠陥ウェーハなので、結晶育成後に存在する欠陥は酸素析出核のみである。

第２に、ウェーハ表面から３μｍから深い位置では、ＢＭＤ密度が高いことが分かる。これは結晶育成時に高酸素であったために成長した酸素安定析出核が急速昇降温処理で消滅せず存在しており、８００℃で４時間と１０００℃で１６時間の熱処理で顕在化したものと推測される。

このように、試料１〜６によれば、デバイス活性領域に相当する２μｍ以下の領域は欠陥フリーであり、デバイス活性層直下には不純物ゲッタリングに有効な酸素析出物（ゲッタリング源）が高密度で存在するウェーハを製造可能であることが確認できた。

（２）これに対し、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない直胴部を持っていても、格子間酸素濃度［Ｏｉ］が１．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 未満の低酸素濃度のシリコンインゴットから切り出したウェーハ試料（試料７，８）では、５μｍ以上の欠陥フリー深さ（無欠陥層）が形成されていることが分かる。しかしながら、結晶育成時に形成された酸素析出物の熱安定性が低く、ウェーハ表面から３μｍから深い位置では、ＢＭＤ密度が低いことが分かる。

（３）Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない直胴部を持ち、格子間酸素濃度［Ｏｉ］が１．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 以上のシリコンインゴットから切り出したものであっても、急速昇降温熱処理を施さないウェーハ試料（試料９）では、結晶育成時に形成した酸素析出核が存在している影響で欠陥フリー幅が得られないことが分かる。

（４）Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない直胴部を持ち、格子間酸素濃度［Ｏｉ］が１．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 以上のシリコンインゴットから切り出し、しかも急速昇降温熱処理を施したものであっても、この急速昇降温熱処理の処理時間が長いウェーハ試料（試料１０）では、５μｍ以上の欠陥フリー深さ（無欠陥層）が形成されており、ウェーハ表面から３μｍから深い位置ではＢＭＤ密度が低くなる傾向があり、処理温度が比較的低いウェーハ試料（試料１１）では、欠陥フリー幅が得られにくい傾向があることが分かる。なお、ここでの処理温度がシリコンの融点（１４１０℃）を超える場合には、ウェーハは溶融する。

（５）Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない直胴部を持ち、格子間酸素濃度［Ｏｉ］が１．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 以上のシリコンインゴットから切り出したウェーハ試料（試料１２〜１５）では、急速昇降温熱処理後にエピタキシャル層を成長させても、得られたウェーハには約６μｍ以下の欠陥フリー深さ（無欠陥層）が形成されており、しかもウェーハ表面から７〜１５μｍ深い位置では、ＢＭＤ密度が高いことが分かる。すなわち、このようにエピタキシャル成長を組み合わせることで、任意の無欠陥層幅を持つウェーハが作製できることが確認できた。

なお、急速昇降温熱処理の処理温度が比較的低いウェーハ試料（試料１５）では、試料１２〜１４のウェーハと比較して、よりウェーハ表面付近へ欠陥フリー深さ（無欠陥層）が形成され、しかもそのデバイス活性層直下に十分な密度のＢＭＤが存在することが確認できた。

図１は本発明の一実施形態に係るシリコンウェーハの製造方法を実現するために用いる単結晶引き上げ装置の一例を示す概略断面図である。 図２は本発明の一実施形態に係るシリコンウェーハの製造方法を示す工程図である。

符号の説明

２… 単結晶引き上げ装置
４… るつぼ
４２… 融液
６… るつぼ支持軸
８… るつぼ保持容器
１０… 熱遮蔽体
１２… 引き上げ軸
１４… シードチャック
１６… ヒータ
１８… シリコンインゴット（シリコン単結晶）

Claims (7)

1. Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない直胴部を持ち、格子間酸素濃度［Ｏｉ］が１．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ 以上のシリコンインゴットから切り出したウェーハに、
   アルゴンガス、窒素ガス、水素ガスまたはこれらの混合ガスの雰囲気中において、１０００℃以上、シリコン融点以下の熱処理温度で、１０秒以下の急速昇降温熱処理を施し、前記シリコンウェーハの表面から０．４μｍ〜２．４μｍの深さに無欠陥層を形成することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
2. 前記シリコンウェーハの格子間酸素濃度が１９．７×１０ ^１７ 〜２０．８×１０ ^１７ ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ Ｆ−１２１，１９７９）である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製造方法。
3. 前記急速昇降温熱処理を、熱源としてのハロゲンランプを用いた急速昇降温炉にて、０．１〜１０秒で行う請求項１又は２記載のシリコンウェーハの製造方法。
4. 前記急速昇降温熱処理を、熱源としてのキセノンランプを用いたフラッシュランプアニール炉にて、０．１秒以下で行う請求項１又は２記載のシリコンウェーハの製造方法。
5. 前記急速昇降温熱処理を、熱源としてのレーザーを用いたレーザースパイクアニール炉にて、０．１秒以下で行う請求項１又は２記載のシリコンウェーハの製造方法。
6. 前記急速昇降温熱処理後にエピタキシャル成長させる請求項１〜５の何れかに記載のシリコンウェーハの製造方法。
7. 請求項１〜６の何れかに記載の方法により製造されたシリコンウェーハであって、
   ウェーハ表面付近のデバイス活性領域には欠陥がなく、
   前記デバイス活性領域の直下には５×１０^４ 個／ｃｍ^２ 以上の酸素析出物を有するシリコンウェーハ。

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