JP2003297840A - シリコンウェーハの熱処理方法及び該方法で処理したシリコンウェーハ - Google Patents
シリコンウェーハの熱処理方法及び該方法で処理したシリコンウェーハInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の技術の欠点を有せず、かつ経済的に実
施され、さらに表面近くの領域においてのみＣＯＰｓ不
含であるのでなく、ウェーハ厚さの主要部分にわたりＣ
ＯＰｓ不含であるシリコンウェーハの熱処理方法及び該
方法により得られたシリコンウェーハを提供する。 【解決手段】 該製造方法は、シリコンウェーハを少な
くとも一時的に酸素含有雰囲気に曝し、その際熱処理
を、請求項１に定義した不等式： 【数１】 を満足するように選択した温度で実施する。該シリコン
ウェーハは、バルク内に少なくとも１０７ｃｍ- ３の酸
素析出のための核形成中心の密度、及びウェーハ表側面
に少なくとも１μｍの厚さを有する核形成中心不含のゾ
ーン並び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ＣＯＰｓ密度を有す
る。
施され、さらに表面近くの領域においてのみＣＯＰｓ不
含であるのでなく、ウェーハ厚さの主要部分にわたりＣ
ＯＰｓ不含であるシリコンウェーハの熱処理方法及び該
方法により得られたシリコンウェーハを提供する。 【解決手段】 該製造方法は、シリコンウェーハを少な
くとも一時的に酸素含有雰囲気に曝し、その際熱処理
を、請求項１に定義した不等式： 【数１】 を満足するように選択した温度で実施する。該シリコン
ウェーハは、バルク内に少なくとも１０７ｃｍ- ３の酸
素析出のための核形成中心の密度、及びウェーハ表側面
に少なくとも１μｍの厚さを有する核形成中心不含のゾ
ーン並び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ＣＯＰｓ密度を有す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
の熱処理方法並びに該方法により製造された、実質的に
空孔凝集体（ＣＯＰｓ：Vakanzenagglomeraten）不含で
あるシリコンウェーハに関する。
の熱処理方法並びに該方法により製造された、実質的に
空孔凝集体（ＣＯＰｓ：Vakanzenagglomeraten）不含で
あるシリコンウェーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にチョクラルスキーるつぼ引上げ法
又はるつぼを使用しないフローティングゾーン法に基づ
き製造されるシリコン単結晶は、一連の不純物及び欠陥
を有する。単結晶はウェーハに分離され、例えば所望の
表面品質を得るために多数の加工ステップで処理され、
かつ最終的に一般に電子素子を製造するために使用され
る。特殊な処置が講じられなければ、前記の欠陥はウェ
ーハの表面にも存在し、そこで該欠陥はその上に製造さ
れる電子素子の機能に不利に影響する恐れがある。
又はるつぼを使用しないフローティングゾーン法に基づ
き製造されるシリコン単結晶は、一連の不純物及び欠陥
を有する。単結晶はウェーハに分離され、例えば所望の
表面品質を得るために多数の加工ステップで処理され、
かつ最終的に一般に電子素子を製造するために使用され
る。特殊な処置が講じられなければ、前記の欠陥はウェ
ーハの表面にも存在し、そこで該欠陥はその上に製造さ
れる電子素子の機能に不利に影響する恐れがある。
【０００３】欠陥の重要な種類は、いわゆるＣＯＰｓ
（crystal originated particles）、典型的には５０〜
１５０ｎｍの寸法を有する小さな中空への空孔の集合で
ある。これらの欠陥は、多数の方法を用いて測定可能で
ある。約８５℃で２０分間ＳＣ１溶液（ＮＨ３／Ｈ２Ｏ
２／Ｈ２Ｏ）を用いた欠陥のエッチング及び引き続いて
の散乱光測定は、ウェーハ表面上のＣＯＰｓを検査する
１つの方法である。約３０μｍのシリコン除去で３０分
間Ｓｅｃｃｏエッチングを用いた欠陥のエッチング及び
引き続いての計数によっても、これらの欠陥を検出する
ことができる。いわゆるベーン（Fahne）を有する欠陥
を数える場合には、これらはＦＰＤ（flowpattern defe
cts）と称される。結果として、単位面積当たりのＦＰ
Ｄ密度が得られ、これらは所定のエッチングにおける材
料除去を考慮して単位体積当たりの密度に換算すること
ができる。同じ欠陥は、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ光をシリコ
ンウェーハ内の欠陥で散乱させかつ散乱光をレーザ光に
対して９０°の角度で検出するＩＲ−ＬＳＴ（赤外線ト
モグラフ：infra-red light scattering tomography）
によっても測定することができる。これらの欠陥は、そ
の測定法に基づきＬＳＴＤ欠陥と称される。
（crystal originated particles）、典型的には５０〜
１５０ｎｍの寸法を有する小さな中空への空孔の集合で
ある。これらの欠陥は、多数の方法を用いて測定可能で
ある。約８５℃で２０分間ＳＣ１溶液（ＮＨ３／Ｈ２Ｏ
２／Ｈ２Ｏ）を用いた欠陥のエッチング及び引き続いて
の散乱光測定は、ウェーハ表面上のＣＯＰｓを検査する
１つの方法である。約３０μｍのシリコン除去で３０分
間Ｓｅｃｃｏエッチングを用いた欠陥のエッチング及び
引き続いての計数によっても、これらの欠陥を検出する
ことができる。いわゆるベーン（Fahne）を有する欠陥
を数える場合には、これらはＦＰＤ（flowpattern defe
cts）と称される。結果として、単位面積当たりのＦＰ
Ｄ密度が得られ、これらは所定のエッチングにおける材
料除去を考慮して単位体積当たりの密度に換算すること
ができる。同じ欠陥は、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ光をシリコ
ンウェーハ内の欠陥で散乱させかつ散乱光をレーザ光に
対して９０°の角度で検出するＩＲ−ＬＳＴ（赤外線ト
モグラフ：infra-red light scattering tomography）
によっても測定することができる。これらの欠陥は、そ
の測定法に基づきＬＳＴＤ欠陥と称される。
【０００４】半導体ウェーハ上に素子を製造する際に
は、多数の素子パラメータがＣＯＰによって不利な影響
を受ける。従って、これらの欠陥を少なくともシリコン
ウェーハの素子活性層において除去することが必要であ
る。従来の技術によれば、この目的を達成するために、
３つの方法が存在する。
は、多数の素子パラメータがＣＯＰによって不利な影響
を受ける。従って、これらの欠陥を少なくともシリコン
ウェーハの素子活性層において除去することが必要であ
る。従来の技術によれば、この目的を達成するために、
３つの方法が存在する。
【０００５】結晶引上げの際に精確に規定されたプロセ
スウインドーを維持することにより、単結晶を空孔不含
で、ひいてはまた空孔凝集（ＣＯＰｓ）不含である単結
晶を製造することが可能である。しかしながら、範囲＜
０．５ｍｍ／分内の低い引上げ速度に基づき、結晶引上
げの際に著しいコストが生じる。さらに、狭いプロセス
ウインドーは低い生産率を生じ、このことは同様に該方
法の経済性に不利に影響する。こうして製造されたシリ
コンのもう１つの欠点は、空孔の不足のためにゲッター
リング能力を有しないことである。空孔、格子間酸素及
びシリコンウェーハのゲッターリング能力の間の関連
は、G. Kissinger et al., Electrochem.Soc. Proc. 98
-1 (1998), 1095に詳細に記載されている。
スウインドーを維持することにより、単結晶を空孔不含
で、ひいてはまた空孔凝集（ＣＯＰｓ）不含である単結
晶を製造することが可能である。しかしながら、範囲＜
０．５ｍｍ／分内の低い引上げ速度に基づき、結晶引上
げの際に著しいコストが生じる。さらに、狭いプロセス
ウインドーは低い生産率を生じ、このことは同様に該方
法の経済性に不利に影響する。こうして製造されたシリ
コンのもう１つの欠点は、空孔の不足のためにゲッター
リング能力を有しないことである。空孔、格子間酸素及
びシリコンウェーハのゲッターリング能力の間の関連
は、G. Kissinger et al., Electrochem.Soc. Proc. 98
-1 (1998), 1095に詳細に記載されている。
【０００６】ＣＯＰ不含の単結晶の製造に対して選択的
に、ＣＯＰｓを含有するシリコンウェーハの表面に付加
的なシリコン層をエピタキシー堆積させることができ
る。堆積の際の低い成長速度に基づき、エピタキシャル
層は、従来チョクラルスキー法に基づき製造された単結
晶に比較して殆ど完全な結晶構造を有しかつ通常ＣＯＰ
ｓ不含である。エピタキシャル層の堆積は、製品を著し
く高価なものにする費用のかかるプロセスステップであ
る。さらに、多数の素子加工プロセスのためには、少な
くとも１０μｍの深さまでの表面が欠陥不含であるシリ
コンウェーハが必要である。このように厚いエピタキシ
ャル層の堆積は、著しく時間がかかり、ひいては不経済
である。
に、ＣＯＰｓを含有するシリコンウェーハの表面に付加
的なシリコン層をエピタキシー堆積させることができ
る。堆積の際の低い成長速度に基づき、エピタキシャル
層は、従来チョクラルスキー法に基づき製造された単結
晶に比較して殆ど完全な結晶構造を有しかつ通常ＣＯＰ
ｓ不含である。エピタキシャル層の堆積は、製品を著し
く高価なものにする費用のかかるプロセスステップであ
る。さらに、多数の素子加工プロセスのためには、少な
くとも１０μｍの深さまでの表面が欠陥不含であるシリ
コンウェーハが必要である。このように厚いエピタキシ
ャル層の堆積は、著しく時間がかかり、ひいては不経済
である。
【０００７】第３の選択性は、例えばＥＰ８２９５５９
Ａ１に記載されているような、従来の単結晶から製造
し、ポリシングしたシリコンウェーハを１２００℃を越
える温度でアルゴン又は水素雰囲気下に１〜２時間曝す
ことである。多数の実験により、この場合には、ウェー
ハ表面に存在するＣＯＰｓがアニールされ、ひいては表
面近くのＣＯＰ不含の層が生成することが判明した。し
かしながら、該アニールプロセスは、時間がかかりかつ
コスト高である。
Ａ１に記載されているような、従来の単結晶から製造
し、ポリシングしたシリコンウェーハを１２００℃を越
える温度でアルゴン又は水素雰囲気下に１〜２時間曝す
ことである。多数の実験により、この場合には、ウェー
ハ表面に存在するＣＯＰｓがアニールされ、ひいては表
面近くのＣＯＰ不含の層が生成することが判明した。し
かしながら、該アニールプロセスは、時間がかかりかつ
コスト高である。
【０００８】アニールプロセス中にウェーハを保持する
ためには、１２００℃を越える高い温度でシリコンカー
バイドからなるボートが必要である。これは常に金属汚
染の危険を伴う。シリコンカーバイド内に結合されて存
在する金属は、アルゴン又は水素下での１２００℃での
プロセス制御により容易にプロセス室内に分散され、か
つそうしてシリコンウェーハ上に達する。
ためには、１２００℃を越える高い温度でシリコンカー
バイドからなるボートが必要である。これは常に金属汚
染の危険を伴う。シリコンカーバイド内に結合されて存
在する金属は、アルゴン又は水素下での１２００℃での
プロセス制御により容易にプロセス室内に分散され、か
つそうしてシリコンウェーハ上に達する。
【０００９】エピタキシーにおいてもまたアニールにお
いても、高温による酸素析出のための結晶引上げの際に
生成する核形成中心は、後での素子加工プロセスにおい
て不十分に核形成中心が提供され、従ってゲッターリン
グ中心が十分な数で成長することができない程に減少せ
しめられる。
いても、高温による酸素析出のための結晶引上げの際に
生成する核形成中心は、後での素子加工プロセスにおい
て不十分に核形成中心が提供され、従ってゲッターリン
グ中心が十分な数で成長することができない程に減少せ
しめられる。
【００１０】この問題は、例えばＷＯ９８／３８６７５
又はＤＥ１９９２４６４９Ａ１に記載されているよう
に、ＲＴＡ処理（短時間アニール：rapid thermal anne
aling）により解消される。この場合には、高温で大多
数の空孔が形成され、これらは引き続いての高速冷却の
際に表面近くの領域においてのみ表面に対して拡散する
ことができるが、それに対してシリコンウェーハの残り
の部分（バルク：bulk）内ではそのまま維持される。従
って、引き続いての素子加工プロセスにおいて、再びを
ゲッターリング中心を提供する異常な酸素析出を行うこ
とができる。しかしながら、この付加的なＲＴＡ処理も
またシリコンウェーハの製造コストを高める。
又はＤＥ１９９２４６４９Ａ１に記載されているよう
に、ＲＴＡ処理（短時間アニール：rapid thermal anne
aling）により解消される。この場合には、高温で大多
数の空孔が形成され、これらは引き続いての高速冷却の
際に表面近くの領域においてのみ表面に対して拡散する
ことができるが、それに対してシリコンウェーハの残り
の部分（バルク：bulk）内ではそのまま維持される。従
って、引き続いての素子加工プロセスにおいて、再びを
ゲッターリング中心を提供する異常な酸素析出を行うこ
とができる。しかしながら、この付加的なＲＴＡ処理も
またシリコンウェーハの製造コストを高める。
【００１１】特許ＵＰ６,２４５,３１１には、多段階Ｒ
ＴＡプロセスによりシリコンウェーハの表面のＣＯＰ密
度を低下させる方法が記載されている。ＲＴＡ処理は、
時間の消費及び処理量に関してはバッチ法よりも勝って
いる。異なる温度でかつ異なる雰囲気で実施される種々
のステップは、水素含有雰囲気の使用によるウェーハ表
面の粗面化に反作用させるために必要である。
ＴＡプロセスによりシリコンウェーハの表面のＣＯＰ密
度を低下させる方法が記載されている。ＲＴＡ処理は、
時間の消費及び処理量に関してはバッチ法よりも勝って
いる。異なる温度でかつ異なる雰囲気で実施される種々
のステップは、水素含有雰囲気の使用によるウェーハ表
面の粗面化に反作用させるために必要である。
【００１２】ＥＰ１０８７０４２Ａ１には、ＣＯＰｓが
特殊な形を有する窒素ドープされた単結晶が記載されて
いる。該ＣＯＰｓは、大きな面積／体積比に基づき、結
晶から製造されたシリコンウェーハの表面近くの層内の
ＲＴＡステップにより約０．５μｍの深さまで排除され
るので、表面層内のＣＯＰ密度はバルク内のＣＯＰ密度
の約５０％又はそれ以下に低下せしめられる。
特殊な形を有する窒素ドープされた単結晶が記載されて
いる。該ＣＯＰｓは、大きな面積／体積比に基づき、結
晶から製造されたシリコンウェーハの表面近くの層内の
ＲＴＡステップにより約０．５μｍの深さまで排除され
るので、表面層内のＣＯＰ密度はバルク内のＣＯＰ密度
の約５０％又はそれ以下に低下せしめられる。
【００１３】ＥＰ９２６７１８Ａ２には、表面近くのＣ
ＯＰｓの消滅のために、還元性雰囲気内、例えば水素含
有雰囲気内での１２００℃を越える温度での従来のＲＴ
Ａ法が記載されている。しかしながら、出発物質とし
て、特殊な条件下でチョクラルスキー法に基づき引上げ
られた単結晶から製造されたシリコンウェーハが使用さ
れる。該単結晶は、少なくとも０．６ｍｍ／分の速度で
引上げられかつ最大１６ｐｐｍａ（６．４・１０１７ａ
ｔ／ｃｍ３に相当）の酸素濃度を有する。結晶引上げの
際に生じるＣＯＰｓは、選択されたプロセスパラメータ
に基づき比較的小さく、従ってＲＴＡステップ中に容易
に消滅させることができる。
ＯＰｓの消滅のために、還元性雰囲気内、例えば水素含
有雰囲気内での１２００℃を越える温度での従来のＲＴ
Ａ法が記載されている。しかしながら、出発物質とし
て、特殊な条件下でチョクラルスキー法に基づき引上げ
られた単結晶から製造されたシリコンウェーハが使用さ
れる。該単結晶は、少なくとも０．６ｍｍ／分の速度で
引上げられかつ最大１６ｐｐｍａ（６．４・１０１７ａ
ｔ／ｃｍ３に相当）の酸素濃度を有する。結晶引上げの
際に生じるＣＯＰｓは、選択されたプロセスパラメータ
に基づき比較的小さく、従ってＲＴＡステップ中に容易
に消滅させることができる。
【００１４】ＣＯＰ除去の目的のための従来公知の全て
の熱処理方法は、シリコンウェーハの表面層からの酸素
の外方拡散に基づいている。ＣＯＰｓの酸化物皮膜の酸
素原子は、結晶格子内に導入された格子間酸素原子と平
衡状態にあり、かつ該格子間酸素原子はまたシリコンウ
ェーハの表面の自然の酸化物層と平衡状態にある。ＣＯ
Ｐアニールにおいて通常であるように、ウェーハを高温
で還元性雰囲気に曝すと、表面酸化物層は還元的に除去
される。記載の平衡に基づき、格子間酸素原子は結晶か
ら酸素原子は表面の方向に、同時にＣＯＰｓの酸化物皮
膜からの酸素原子は結晶格子内に拡散するので、ＣＯＰ
ｓの酸化物皮膜は消滅する。酸化物皮膜が除去されたＣ
ＯＰｓは、また、同様にウェーハ表面に向かって拡散す
る、結晶格子内の空孔と平衡になる。このことは結果と
してＣＯＰｓを消滅させる。
の熱処理方法は、シリコンウェーハの表面層からの酸素
の外方拡散に基づいている。ＣＯＰｓの酸化物皮膜の酸
素原子は、結晶格子内に導入された格子間酸素原子と平
衡状態にあり、かつ該格子間酸素原子はまたシリコンウ
ェーハの表面の自然の酸化物層と平衡状態にある。ＣＯ
Ｐアニールにおいて通常であるように、ウェーハを高温
で還元性雰囲気に曝すと、表面酸化物層は還元的に除去
される。記載の平衡に基づき、格子間酸素原子は結晶か
ら酸素原子は表面の方向に、同時にＣＯＰｓの酸化物皮
膜からの酸素原子は結晶格子内に拡散するので、ＣＯＰ
ｓの酸化物皮膜は消滅する。酸化物皮膜が除去されたＣ
ＯＰｓは、また、同様にウェーハ表面に向かって拡散す
る、結晶格子内の空孔と平衡になる。このことは結果と
してＣＯＰｓを消滅させる。
【００１５】前記の拡散プロセスは極めて緩慢に進行す
るので、適切な時間帯では表面層のみからＣＯＰｓを除
去できるにすぎない。このことは、特にシリコンウェー
ハ上に、いわゆる“ディープ・トレン（deep-trenc
h）”技術が使用される素子の場合に、表面で特に深い
ＣＯＰ不含の層を必要とする素子を製造する際には欠点
である。従来、素子の最大深さはＣＯＰ不含の層の厚さ
に制限されている。
るので、適切な時間帯では表面層のみからＣＯＰｓを除
去できるにすぎない。このことは、特にシリコンウェー
ハ上に、いわゆる“ディープ・トレン（deep-trenc
h）”技術が使用される素子の場合に、表面で特に深い
ＣＯＰ不含の層を必要とする素子を製造する際には欠点
である。従来、素子の最大深さはＣＯＰ不含の層の厚さ
に制限されている。
【００１６】さらに、酸素の外方拡散は還元性雰囲気内
でのみ達成され、しかし該雰囲気は、上記に述べたよう
に、表面を粗面化しかつ汚染の問題を生じる。
でのみ達成され、しかし該雰囲気は、上記に述べたよう
に、表面を粗面化しかつ汚染の問題を生じる。
【００１７】
【特許文献１】ＥＰ８２９５５９Ａ１
【特許文献２】ＷＯ９８／３８６７５
【特許文献３】ＤＥ１９９２４６４９Ａ１
【特許文献４】ＵＰ６,２４５,３１１
【特許文献５】ＥＰ１０８７０４２Ａ１
【特許文献６】ＥＰ９２６７１８Ａ２
【非特許文献１】G. Kissinger et al., Electrochem.
Soc. Proc. 98-1 (1998), 1095
Soc. Proc. 98-1 (1998), 1095
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】本発明が基礎とした課
題は、従来の技術の前記欠点を回避し、かつ特に、表面
近くの層においてだけでなく、ウェーハ厚さの主要部分
にわたってＣＯＰｓ不含である、シリコンウェーハを製
造するための経済的に実施される方法を提供することで
ある。
題は、従来の技術の前記欠点を回避し、かつ特に、表面
近くの層においてだけでなく、ウェーハ厚さの主要部分
にわたってＣＯＰｓ不含である、シリコンウェーハを製
造するための経済的に実施される方法を提供することで
ある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】前記課題は、熱処理を、
格子間に溶解した酸素の濃度がその飽和濃度と同じであ
る温度よりも高い温度で実施し、その際飽和濃度は、格
子間に溶解した酸素がＣＯＰｓの酸化物皮膜と平衡状態
で存在する場合に生じる酸素濃度であることを特徴とす
る、シリコンウェーハの熱処理方法により解決される。
格子間に溶解した酸素の濃度がその飽和濃度と同じであ
る温度よりも高い温度で実施し、その際飽和濃度は、格
子間に溶解した酸素がＣＯＰｓの酸化物皮膜と平衡状態
で存在する場合に生じる酸素濃度であることを特徴とす
る、シリコンウェーハの熱処理方法により解決される。
【００２０】本発明によれば、熱処理を実施する温度を
不等式：
不等式：
【００２１】
【数２】
【００２２】に基づき選択する。この場合、［Ｏｉ］
は、シリコンウェーハ内の酸素濃度、正確に言及すれ
ば、一般にＦＴＩＲ分光分析により測定される格子間に
溶解した酸素の濃度を意味する。［Ｏｉ］ｅｑ（Ｔ）
は、与えられた温度Ｔにおけるシリコン内の酸素の縁部
溶解度（Randloeslichkeit）である。このような関数
は、Hull, R. (Ed.), “Properties of Crystalline Si
licon”, The Institution of Electrical Engineers,
London, 1999, p. 489ffに記載されている。σＳｉＯ２
は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）の表面エネルギーであ
り、これはHuff, H. R., Fabry, L., Kishino, S (Ed
s), “Semiconductor Silicon 2002”, Band 2, The El
ectrochemical Society, Pennington, 2002, p. 547に
３１０ｅｒｇ／ｃｍ２で記載されている。Ωは、関係式
Ω＝ＭＳｉＯ２／（２ρＳｉＯ２ ＮＡ）により二酸化
シリコンのモル質量ＭＳｉＯ２及び密度ρＳｉＯ２並び
にアボガドロ数Ｎ Ａから計算される析出した酸素原子の
体積である。ｒは平均ＣＯＰ半径、ｋはボルツマン定数
及びＴは温度（Ｋ）を表す。
は、シリコンウェーハ内の酸素濃度、正確に言及すれ
ば、一般にＦＴＩＲ分光分析により測定される格子間に
溶解した酸素の濃度を意味する。［Ｏｉ］ｅｑ（Ｔ）
は、与えられた温度Ｔにおけるシリコン内の酸素の縁部
溶解度（Randloeslichkeit）である。このような関数
は、Hull, R. (Ed.), “Properties of Crystalline Si
licon”, The Institution of Electrical Engineers,
London, 1999, p. 489ffに記載されている。σＳｉＯ２
は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）の表面エネルギーであ
り、これはHuff, H. R., Fabry, L., Kishino, S (Ed
s), “Semiconductor Silicon 2002”, Band 2, The El
ectrochemical Society, Pennington, 2002, p. 547に
３１０ｅｒｇ／ｃｍ２で記載されている。Ωは、関係式
Ω＝ＭＳｉＯ２／（２ρＳｉＯ２ ＮＡ）により二酸化
シリコンのモル質量ＭＳｉＯ２及び密度ρＳｉＯ２並び
にアボガドロ数Ｎ Ａから計算される析出した酸素原子の
体積である。ｒは平均ＣＯＰ半径、ｋはボルツマン定数
及びＴは温度（Ｋ）を表す。
【００２３】本発明による方法の成果にとって決定的な
ことは、温度を、ＣＯＰ表面の皮膜と平衡である酸素濃
度（即ち、不等式の右側）が格子間に溶解した酸素原子
の濃度［Ｏｉ］を越えるような高さに選択することであ
る。それに伴い、格子間酸素の濃度はその飽和濃度の下
にあるので、ＣＯＰｓの酸化物皮膜は結晶格子内への酸
素原子の拡散により消滅することができる。ＣＯＰｓの
酸化物皮膜は、温度に関する前記条件が満足されるあら
ゆる場所で酸素原子の結晶格子内への拡散により消滅す
る。酸化物皮膜の喪失後に、ＣＯＰｓは空孔もしくは格
子間シリコン原子の拡散により収縮を開始するので、Ｃ
ＯＰｓは消散する。
ことは、温度を、ＣＯＰ表面の皮膜と平衡である酸素濃
度（即ち、不等式の右側）が格子間に溶解した酸素原子
の濃度［Ｏｉ］を越えるような高さに選択することであ
る。それに伴い、格子間酸素の濃度はその飽和濃度の下
にあるので、ＣＯＰｓの酸化物皮膜は結晶格子内への酸
素原子の拡散により消滅することができる。ＣＯＰｓの
酸化物皮膜は、温度に関する前記条件が満足されるあら
ゆる場所で酸素原子の結晶格子内への拡散により消滅す
る。酸化物皮膜の喪失後に、ＣＯＰｓは空孔もしくは格
子間シリコン原子の拡散により収縮を開始するので、Ｃ
ＯＰｓは消散する。
【００２４】それに対して、従来の技術に基づくアニー
ルプロセスは、シリコンウェーハの表面での酸素の外方
拡散を基礎とする。表面から、格子間に溶解した酸素は
外方拡散する。約２ｎｍの厚さを有する薄い酸化物皮膜
で覆われたＣＯＰｓは、最小束縛の原理に基づきそれら
の酸化物皮膜を失う。それに引き続き、これらは益々さ
らに収縮する。それというのも、シリコンウェーハは熱
力学的に開放系であるので、ＣＯＰｓと平衡状態にある
空孔は表面で外方拡散することができるからである。ウ
ェーハのバルク内では、酸素は外方拡散することができ
ない。この代わりに、ＣＯＰｓはこの領域内で酸化物と
共に成長し、かつそれに引き続き拡大を開始する。
ルプロセスは、シリコンウェーハの表面での酸素の外方
拡散を基礎とする。表面から、格子間に溶解した酸素は
外方拡散する。約２ｎｍの厚さを有する薄い酸化物皮膜
で覆われたＣＯＰｓは、最小束縛の原理に基づきそれら
の酸化物皮膜を失う。それに引き続き、これらは益々さ
らに収縮する。それというのも、シリコンウェーハは熱
力学的に開放系であるので、ＣＯＰｓと平衡状態にある
空孔は表面で外方拡散することができるからである。ウ
ェーハのバルク内では、酸素は外方拡散することができ
ない。この代わりに、ＣＯＰｓはこの領域内で酸化物と
共に成長し、かつそれに引き続き拡大を開始する。
【００２５】従来の技術に基づくアニールプロセスとは
異なり、本発明による方法においてはＣＯＰｓはバルク
内でも消滅する。それというのも、酸素の外方拡散は、
本発明に基づき選択された、酸素の不飽和（Untersaett
igung）を生じる高い温度に基づき不必要であるからで
ある。
異なり、本発明による方法においてはＣＯＰｓはバルク
内でも消滅する。それというのも、酸素の外方拡散は、
本発明に基づき選択された、酸素の不飽和（Untersaett
igung）を生じる高い温度に基づき不必要であるからで
ある。
【００２６】従って、本発明は、表面近くの層において
だけでなく、ウェーハの厚さの主要部分、即ちウェーハ
厚さの少なくとも５０％を越えてＣＯＰ不含であるシリ
コンウェーハの製造を可能にする。用語“ＣＯＰ不含”
とは、ＣＯＰ密度が１００００ｃｍ- ３未満であると理
解されるべきである。このようなシリコンウェーハは、
熱処理後に問題なくポリシングすることができ、しかも
それにより、従来の技術に基づき熱処理されたウェーハ
において生ずるような、ＣＯＰ不含の層の主要部分は除
去されない。さらに、本発明に基づき処理したシリコン
ウェーハは、特に、例えば“ディープ・トレンチ”技術
に基づく、“深い”素子を製造するためにも適当であ
る。
だけでなく、ウェーハの厚さの主要部分、即ちウェーハ
厚さの少なくとも５０％を越えてＣＯＰ不含であるシリ
コンウェーハの製造を可能にする。用語“ＣＯＰ不含”
とは、ＣＯＰ密度が１００００ｃｍ- ３未満であると理
解されるべきである。このようなシリコンウェーハは、
熱処理後に問題なくポリシングすることができ、しかも
それにより、従来の技術に基づき熱処理されたウェーハ
において生ずるような、ＣＯＰ不含の層の主要部分は除
去されない。さらに、本発明に基づき処理したシリコン
ウェーハは、特に、例えば“ディープ・トレンチ”技術
に基づく、“深い”素子を製造するためにも適当であ
る。
【００２７】しかしながら、本発明は、プロセスパラメ
ータを適当に選択すると、シリコンウェーハのバルク内
のＣＯＰ密度をもっぱら、熱処理後に１００００ｃｍ-
３よりも高いＣＯＰ密度が維持されるように減少させる
ためにも利用することができる。このことは、ウェーハ
表側とウェーハ裏側の異なるプロセス雰囲気により生じ
る同時の非対称の点欠陥プロフィールにおいて相応して
短いプロセス時間により達成することができる。このオ
プションは、プロセス時間のさらなる低下に利用するこ
とができ、このことはまた該方法の経済性を高める。
ータを適当に選択すると、シリコンウェーハのバルク内
のＣＯＰ密度をもっぱら、熱処理後に１００００ｃｍ-
３よりも高いＣＯＰ密度が維持されるように減少させる
ためにも利用することができる。このことは、ウェーハ
表側とウェーハ裏側の異なるプロセス雰囲気により生じ
る同時の非対称の点欠陥プロフィールにおいて相応して
短いプロセス時間により達成することができる。このオ
プションは、プロセス時間のさらなる低下に利用するこ
とができ、このことはまた該方法の経済性を高める。
【００２８】従来の技術に対するもう１つの重要な差異
は、ＣＯＰｓの消滅が従来の技術に基づくように酸素の
外方拡散に基づいているのでなく、本発明に基づき選択
された高い温度により酸素の不飽和に基づいているの
で、シリコンウェーハを本発明によれば表面近くで酸素
不足にする必要がないことである。従って、本発明によ
る方法は、少なくとも一時的に酸素をも含有する任意の
雰囲気下で実施することができる。それに対して、従来
の技術に基づく方法は、水素又はアルゴンの特殊な雰囲
気に制限される。従って、本発明による方法では、水素
又はアルゴン含有雰囲気で発生するウェーハ表面の粗面
化を回避することが可能である。
は、ＣＯＰｓの消滅が従来の技術に基づくように酸素の
外方拡散に基づいているのでなく、本発明に基づき選択
された高い温度により酸素の不飽和に基づいているの
で、シリコンウェーハを本発明によれば表面近くで酸素
不足にする必要がないことである。従って、本発明によ
る方法は、少なくとも一時的に酸素をも含有する任意の
雰囲気下で実施することができる。それに対して、従来
の技術に基づく方法は、水素又はアルゴンの特殊な雰囲
気に制限される。従って、本発明による方法では、水素
又はアルゴン含有雰囲気で発生するウェーハ表面の粗面
化を回避することが可能である。
【００２９】さらに、水素を回避することは、危険ポテ
ンシャルの明らかな軽減を意味する。さらに、容易に酸
化する雰囲気の使用により、水素雰囲気に比較して金属
による汚染の危険を軽減させることができる。
ンシャルの明らかな軽減を意味する。さらに、容易に酸
化する雰囲気の使用により、水素雰囲気に比較して金属
による汚染の危険を軽減させることができる。
【００３０】本発明による熱処理のための出発物質とし
ては、低い酸素濃度を有するシリコンウェーハを使用す
るのが有利である。それというのも、この場合には不等
式（１）を満足するために必要な温度は、以下の表に示
されているように、低下せしめられるからである。特に
有利であるのは、［Ｏｉ］＜７．１０１７ａｔ／ｃｍ ３
の酸素濃度である。これはチョクラルスキー法において
例えばるつぼ回転のような変化したプロセスパラメータ
により達成することができる。シリコン結晶内の酸素濃
度が低下すればするほど、益々熱処理のための本発明に
よる方法のための最低温度は低くなる。プロセス温度の
低下もまた、装置費用及び加熱もしくは冷却のために必
要な時間、ひいてはプロセスコストを低下せしめる。
ては、低い酸素濃度を有するシリコンウェーハを使用す
るのが有利である。それというのも、この場合には不等
式（１）を満足するために必要な温度は、以下の表に示
されているように、低下せしめられるからである。特に
有利であるのは、［Ｏｉ］＜７．１０１７ａｔ／ｃｍ ３
の酸素濃度である。これはチョクラルスキー法において
例えばるつぼ回転のような変化したプロセスパラメータ
により達成することができる。シリコン結晶内の酸素濃
度が低下すればするほど、益々熱処理のための本発明に
よる方法のための最低温度は低くなる。プロセス温度の
低下もまた、装置費用及び加熱もしくは冷却のために必
要な時間、ひいてはプロセスコストを低下せしめる。
【００３１】ＣＯＰｓの酸化物皮膜の消滅のために必要
な時間はまた酸化物皮膜の厚さに依存する（表参照）の
で、本発明による方法の範囲内では、そのＣＯＰｓが可
能な限り薄い酸化物皮膜を有する出発物質を使用するの
が有利である。有利には、酸化物皮膜の厚さは、４ｎｍ
未満、特に有利には２ｎｍ未満である。これは１２００
℃から６００℃までの温度インターバルにおける結晶引
上げの際の低い酸素濃度及び高速の冷却速度により達成
される。
な時間はまた酸化物皮膜の厚さに依存する（表参照）の
で、本発明による方法の範囲内では、そのＣＯＰｓが可
能な限り薄い酸化物皮膜を有する出発物質を使用するの
が有利である。有利には、酸化物皮膜の厚さは、４ｎｍ
未満、特に有利には２ｎｍ未満である。これは１２００
℃から６００℃までの温度インターバルにおける結晶引
上げの際の低い酸素濃度及び高速の冷却速度により達成
される。
【００３２】酸化物皮膜を除去したＣＯＰｓの消滅のた
めに必要になる時間は、著しくＣＯＰｓの大きさに依存
する（表参照）。従って、本発明による熱処理のための
出発物質としては、製造する際に引上げプロセスを、極
めて小さいＣＯＰｓが高い濃度で生じるように制御した
単結晶から得られたシリコンウェーハを使用するのが有
利である。直径３００ｍｍを有するシリコン結晶の場合
には、平均ＣＯＰ直径は、１６０ｎｍ未満、有利には１
５０ｎｍ未満、特に有利には１２０ｎｍ未満であるべき
である。直径２００ｍｍを有するシリコン結晶のために
は、＜１００ｎｍ、有利には＜８０ｎｍ、特に有利には
＜６０ｎｍのＣＯＰ寸法を選択すべきである。このこと
は引上げ法において、結晶を１２００℃〜９００℃の温
度範囲内において可能な限り急速に冷却することにより
達成される。このためには、前記温度範囲内において１
〜２０Ｋ／分、有利には２〜１５Ｋ／分、特に有利には
５〜１５Ｋ／分の冷却速度に設定しなければならない。
生じるＣＯＰｓの小さい寸法の他に、このような引上げ
プロセスは、比較的高い引上げ速度と結び付いており、
このことはプロセス時間を短縮するという利点を有す
る。さらに、この種の引上げプロセスは原則的に高い生
産率を提供し、このことは経済性を一層高める。
めに必要になる時間は、著しくＣＯＰｓの大きさに依存
する（表参照）。従って、本発明による熱処理のための
出発物質としては、製造する際に引上げプロセスを、極
めて小さいＣＯＰｓが高い濃度で生じるように制御した
単結晶から得られたシリコンウェーハを使用するのが有
利である。直径３００ｍｍを有するシリコン結晶の場合
には、平均ＣＯＰ直径は、１６０ｎｍ未満、有利には１
５０ｎｍ未満、特に有利には１２０ｎｍ未満であるべき
である。直径２００ｍｍを有するシリコン結晶のために
は、＜１００ｎｍ、有利には＜８０ｎｍ、特に有利には
＜６０ｎｍのＣＯＰ寸法を選択すべきである。このこと
は引上げ法において、結晶を１２００℃〜９００℃の温
度範囲内において可能な限り急速に冷却することにより
達成される。このためには、前記温度範囲内において１
〜２０Ｋ／分、有利には２〜１５Ｋ／分、特に有利には
５〜１５Ｋ／分の冷却速度に設定しなければならない。
生じるＣＯＰｓの小さい寸法の他に、このような引上げ
プロセスは、比較的高い引上げ速度と結び付いており、
このことはプロセス時間を短縮するという利点を有す
る。さらに、この種の引上げプロセスは原則的に高い生
産率を提供し、このことは経済性を一層高める。
【００３３】平均ＣＯＰ寸法をさらに縮小させるために
は、引上げプロセス中に窒素を添加するのが有利であ
る。単結晶もしくはそれから製造されたシリコンウェー
ハ内の酸素濃度は、１・１０１３〜７・１０１５ａｔ／
ｃｍ３の範囲内にあるのが特に有利である。刊行物ＵＳ
６,２２８,１６４Ｂ１及びＤＥ１９９４１９０２Ａ１
に、技術的背景が記載されている。
は、引上げプロセス中に窒素を添加するのが有利であ
る。単結晶もしくはそれから製造されたシリコンウェー
ハ内の酸素濃度は、１・１０１３〜７・１０１５ａｔ／
ｃｍ３の範囲内にあるのが特に有利である。刊行物ＵＳ
６,２２８,１６４Ｂ１及びＤＥ１９９４１９０２Ａ１
に、技術的背景が記載されている。
【００３４】以下の表には、酸素濃度［Ｏｉ］、ＣＯＰ
直径２ｒ及びＣＯＰ酸化物皮膜の厚さｄの、本発明によ
る方法のために必要な温度Ｔ及びＣＯＰｓの消滅のため
に必要な時間ｔに対する作用効果がまとめられている。
直径２ｒ及びＣＯＰ酸化物皮膜の厚さｄの、本発明によ
る方法のために必要な温度Ｔ及びＣＯＰｓの消滅のため
に必要な時間ｔに対する作用効果がまとめられている。
【００３５】
【表１】
【００３６】ＣＯＰｓの消滅のために必要な時間をさら
に短縮するために、出発物質として本発明による方法の
ために、ＣＯＰｓが大きな面積／体積比を有するモルホ
ルジー（形態）を有するシリコンウェーハを使用するの
が有利である。これらの要求は、扁平な又は細長いＣＯ
Ｐｓが満足する。このような出発物質を製造する方法
は、例えばＥＰ１０８７０４２Ａ１に記載されている。
に短縮するために、出発物質として本発明による方法の
ために、ＣＯＰｓが大きな面積／体積比を有するモルホ
ルジー（形態）を有するシリコンウェーハを使用するの
が有利である。これらの要求は、扁平な又は細長いＣＯ
Ｐｓが満足する。このような出発物質を製造する方法
は、例えばＥＰ１０８７０４２Ａ１に記載されている。
【００３７】本発明による方法の範囲内では、処理すべ
きシリコンウェーハを従来の技術に基づくＲＴＡ反応器
内でまず所定の速度で、不等式（１）によって与えられ
る温度範囲が達成されるまで加熱する。引き続き、シリ
コンウェーハを所定の時間この温度範囲内に保ち、その
後再び所定の速度で冷却する。全てのプロセスは、熱処
理されたシリコンウェーハの所望の特性により決定され
る雰囲気下で行う。
きシリコンウェーハを従来の技術に基づくＲＴＡ反応器
内でまず所定の速度で、不等式（１）によって与えられ
る温度範囲が達成されるまで加熱する。引き続き、シリ
コンウェーハを所定の時間この温度範囲内に保ち、その
後再び所定の速度で冷却する。全てのプロセスは、熱処
理されたシリコンウェーハの所望の特性により決定され
る雰囲気下で行う。
【００３８】有利には、ＣＯＰｓの酸化物皮膜を加熱中
に成長させないために、出来るだけ高い加熱速度、即ち
２Ｋ／秒より高い加熱速度、有利には１０Ｋ／秒より高
い加熱速度、特に有利には５０Ｋ／秒より高い加熱速度
を選択する。
に成長させないために、出来るだけ高い加熱速度、即ち
２Ｋ／秒より高い加熱速度、有利には１０Ｋ／秒より高
い加熱速度、特に有利には５０Ｋ／秒より高い加熱速度
を選択する。
【００３９】シリコンウェーハの温度を不等式（１）に
より予め決められた範囲内に保つ時間は、使用する出発
物質に左右される。表から明らかなように、アニール時
間は小さいＣＯＰｓ及び薄いＣＯＰ酸化物皮膜を有する
出発物質を使用することにより短縮することができる。
典型的な時間は、１０秒〜１５分間、有利には３０秒〜
５分間、特に有利には３０秒〜４分間である。
より予め決められた範囲内に保つ時間は、使用する出発
物質に左右される。表から明らかなように、アニール時
間は小さいＣＯＰｓ及び薄いＣＯＰ酸化物皮膜を有する
出発物質を使用することにより短縮することができる。
典型的な時間は、１０秒〜１５分間、有利には３０秒〜
５分間、特に有利には３０秒〜４分間である。
【００４０】設定すべき冷却速度は、最終製品、即ち熱
処理後のシリコンウェーハの所望の特性によって決ま
る。後続の素子加工プロセス中に酸素析出を示さないゲ
ッター特性を有しないシリコンウェーハを製造したい場
合には、緩慢な冷却過程が有利である。緩慢な冷却の際
には、空孔濃度を実際の温度に合わせることができる、
即ち高い温度で高い空孔濃度は、冷却の際に空孔の外方
拡散により低下する。従って、冷却過程後に低い濃度の
空孔が存在するので、後続の熱処理において、例えば素
子製造の範囲内で異常な酸素析出物／核形成は行われ得
ない。従って、酸素析出は行われないか又は僅かに行わ
れるにすぎない。このように処理したシリコンウェーハ
は、緩慢に引上げられた、空孔及びＣＯＰ不含の単結晶
（パーフェクトシリコン：perfect silicon）から製造
されたシリコンウェーハに匹敵する特性を有する。
処理後のシリコンウェーハの所望の特性によって決ま
る。後続の素子加工プロセス中に酸素析出を示さないゲ
ッター特性を有しないシリコンウェーハを製造したい場
合には、緩慢な冷却過程が有利である。緩慢な冷却の際
には、空孔濃度を実際の温度に合わせることができる、
即ち高い温度で高い空孔濃度は、冷却の際に空孔の外方
拡散により低下する。従って、冷却過程後に低い濃度の
空孔が存在するので、後続の熱処理において、例えば素
子製造の範囲内で異常な酸素析出物／核形成は行われ得
ない。従って、酸素析出は行われないか又は僅かに行わ
れるにすぎない。このように処理したシリコンウェーハ
は、緩慢に引上げられた、空孔及びＣＯＰ不含の単結晶
（パーフェクトシリコン：perfect silicon）から製造
されたシリコンウェーハに匹敵する特性を有する。
【００４１】他面、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したい場合には、冷却速度を有利
には、例えばＷＯ９８／３８６７５に記載されているよ
うに、ＲＴＡ効果が生じるように設定する。急速な冷却
の際には、先に支配する高い温度で存在する高い空孔濃
度は閉じこめられる（eingefroren）。それというの
も、空孔は冷却過程中に外方拡散することができないか
らである。高い空孔濃度は、後続の熱的プロセス中、例
えば素子製造中に異常な酸素析出物／核形成を惹起す
る。従って、十分に酸素析出のための核形成中心（少な
くとも１０７ｃｍ- ３の濃度を有する）が存在する。同
時に、ウェーハ表面に少なくとも１μｍの厚さを有する
空孔不含の層（デヌーデッドゾーン：denuded zone、Ｄ
Ｚ）が形成される。従って、この層もまた酸素析出のた
めの核形成中心を含有せず、このことは、核形成中心の
濃度が１０７ｃｍ- ３の値を上回らないことを意味す
る。設定すべき冷却速度は、この場合には、１０Ｋ／秒
〜１２０Ｋ／秒、有利には２０Ｋ／秒〜１２０Ｋ／秒、
特に有利には４０Ｋ／秒〜１２０Ｋ／秒の範囲内にあ
る。
リコンウェーハを製造したい場合には、冷却速度を有利
には、例えばＷＯ９８／３８６７５に記載されているよ
うに、ＲＴＡ効果が生じるように設定する。急速な冷却
の際には、先に支配する高い温度で存在する高い空孔濃
度は閉じこめられる（eingefroren）。それというの
も、空孔は冷却過程中に外方拡散することができないか
らである。高い空孔濃度は、後続の熱的プロセス中、例
えば素子製造中に異常な酸素析出物／核形成を惹起す
る。従って、十分に酸素析出のための核形成中心（少な
くとも１０７ｃｍ- ３の濃度を有する）が存在する。同
時に、ウェーハ表面に少なくとも１μｍの厚さを有する
空孔不含の層（デヌーデッドゾーン：denuded zone、Ｄ
Ｚ）が形成される。従って、この層もまた酸素析出のた
めの核形成中心を含有せず、このことは、核形成中心の
濃度が１０７ｃｍ- ３の値を上回らないことを意味す
る。設定すべき冷却速度は、この場合には、１０Ｋ／秒
〜１２０Ｋ／秒、有利には２０Ｋ／秒〜１２０Ｋ／秒、
特に有利には４０Ｋ／秒〜１２０Ｋ／秒の範囲内にあ
る。
【００４２】従って、本発明はまた、バルク内に少なく
とも１０７ｃｍ- ３の酸素析出のための核形成中心の密
度、及びウェーハ表側面に少なくとも１μｍの厚さを有
する核形成中心不含のゾーン並び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密度を有するシリコンウェーハに関する。
とも１０７ｃｍ- ３の酸素析出のための核形成中心の密
度、及びウェーハ表側面に少なくとも１μｍの厚さを有
する核形成中心不含のゾーン並び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密度を有するシリコンウェーハに関する。
【００４３】高速の冷却プロセスにより前記のような空
孔プロフィールを形成する場合には、このプロセスに引
き続きシリコンウェーハをいわゆる核形成アニール処理
し、該処理において空孔プロフィールを酸素析出のため
の核形成中心の相応するプロフィールに変換させるのが
特に有利である。この場合には、シリコンウェーハを４
５０℃〜８００℃の温度で１分〜５時間、有利には５分
〜２時間、特に有利には１０分〜２時間曝す。
孔プロフィールを形成する場合には、このプロセスに引
き続きシリコンウェーハをいわゆる核形成アニール処理
し、該処理において空孔プロフィールを酸素析出のため
の核形成中心の相応するプロフィールに変換させるのが
特に有利である。この場合には、シリコンウェーハを４
５０℃〜８００℃の温度で１分〜５時間、有利には５分
〜２時間、特に有利には１０分〜２時間曝す。
【００４４】雰囲気としては、本発明による方法の範囲
内では目的製品の所望の特性に依存して希ガス（有利に
はアルゴン）、水素、窒素、酸素並びに前記元素を含有
する化合物及びこれらのガス（元素又は化合物）から製
造可能な混合物を使用する。しかしながら、成分が必要
な高い温度で制御不能に相互に反応すると見なされる混
合物、例えば同時に水素と酸素を含有する混合物は除か
れる。ウェーハを一層汚染されにくくするために、少な
くとも一時的に非還元性雰囲気を使用すべきである。シ
リコンウェーハは、単一の雰囲気でも、またプロセス中
変化される雰囲気内でも熱処理することができる。ウェ
ーハの表側面と裏側面を、同じ雰囲気に又は異なる雰囲
気に曝すことができる。表側面とは、その上に後で電子
素子が製造されるシリコンウェーハの面であると理解さ
れるべきである。
内では目的製品の所望の特性に依存して希ガス（有利に
はアルゴン）、水素、窒素、酸素並びに前記元素を含有
する化合物及びこれらのガス（元素又は化合物）から製
造可能な混合物を使用する。しかしながら、成分が必要
な高い温度で制御不能に相互に反応すると見なされる混
合物、例えば同時に水素と酸素を含有する混合物は除か
れる。ウェーハを一層汚染されにくくするために、少な
くとも一時的に非還元性雰囲気を使用すべきである。シ
リコンウェーハは、単一の雰囲気でも、またプロセス中
変化される雰囲気内でも熱処理することができる。ウェ
ーハの表側面と裏側面を、同じ雰囲気に又は異なる雰囲
気に曝すことができる。表側面とは、その上に後で電子
素子が製造されるシリコンウェーハの面であると理解さ
れるべきである。
【００４５】本発明による熱処理中には、水素、アルゴ
ン又はアルゴンと水素の混合物を含有する雰囲気を使用
するのが有利である。しかしまた、汚染の危険を軽減す
るために、ウェーハを少なくとも一時的に非還元性雰囲
気に曝すべきである。この場合には、ウェーハ表面は、
熱処理後に、従来の水素又はアルゴンアニール後と同じ
特性を有する。しかしながら、この有利な実施態様に基
づき製造されたシリコンウェーハは、従来に基づき製造
されたウェーハとは異なり薄いＣＯＰ不含の表面層だけ
を有するのではない。ＣＯＰ不含の層（即ち、１０００
０ｃｍ- ３未満のＣＯＰ密度を有する層）は、本発明に
よればウェーハ厚さの少なくとも５０％を越えて広が
る。このことは、例えば、この本発明による実施態様に
基づき処理されたシリコンウェーハは問題なく表面の平
滑化のためにポリシング処理することができ、しかもそ
の際、ポリシングで完全なＣＯＰ不含層を除去する危険
が生じないという利点を有する。
ン又はアルゴンと水素の混合物を含有する雰囲気を使用
するのが有利である。しかしまた、汚染の危険を軽減す
るために、ウェーハを少なくとも一時的に非還元性雰囲
気に曝すべきである。この場合には、ウェーハ表面は、
熱処理後に、従来の水素又はアルゴンアニール後と同じ
特性を有する。しかしながら、この有利な実施態様に基
づき製造されたシリコンウェーハは、従来に基づき製造
されたウェーハとは異なり薄いＣＯＰ不含の表面層だけ
を有するのではない。ＣＯＰ不含の層（即ち、１０００
０ｃｍ- ３未満のＣＯＰ密度を有する層）は、本発明に
よればウェーハ厚さの少なくとも５０％を越えて広が
る。このことは、例えば、この本発明による実施態様に
基づき処理されたシリコンウェーハは問題なく表面の平
滑化のためにポリシング処理することができ、しかもそ
の際、ポリシングで完全なＣＯＰ不含層を除去する危険
が生じないという利点を有する。
【００４６】本発明のもう１つの有利な実施態様におい
ては、シリコンウェーハを熱処理中に、熱処理の全時間
中にシリコンウェーハの表面の酸化物層での被覆を惹起
する雰囲気に曝す。特に有利であるのは、酸素及びアル
ゴンを含有する雰囲気である。それにより、金属汚染の
危険を軽減させることができる。本発明による熱処理を
酸素含有雰囲気下で実施すると、シリコンウェーハのバ
ルクからＣＯＰｓが除去される。しかしこの場合には、
このことは表面のためには当てはまらない。それという
のも、この場合には酸素は拡散侵入するので、表面近く
のＣＯＰｓからその酸化物皮膜は除去されず、従って該
ＣＯＰｓは消滅されないからである。しかし、表面は、
引き続いてのポリシングにより除去することができ、そ
れにより最終的にまたＣＯＰ不含のシリコンウェーハが
達成される。
ては、シリコンウェーハを熱処理中に、熱処理の全時間
中にシリコンウェーハの表面の酸化物層での被覆を惹起
する雰囲気に曝す。特に有利であるのは、酸素及びアル
ゴンを含有する雰囲気である。それにより、金属汚染の
危険を軽減させることができる。本発明による熱処理を
酸素含有雰囲気下で実施すると、シリコンウェーハのバ
ルクからＣＯＰｓが除去される。しかしこの場合には、
このことは表面のためには当てはまらない。それという
のも、この場合には酸素は拡散侵入するので、表面近く
のＣＯＰｓからその酸化物皮膜は除去されず、従って該
ＣＯＰｓは消滅されないからである。しかし、表面は、
引き続いてのポリシングにより除去することができ、そ
れにより最終的にまたＣＯＰ不含のシリコンウェーハが
達成される。
【００４７】同様に、本発明の範囲内では、ウェーハの
表側面を熱処理中に少なくとも一時的に、シリコン中間
格子原子（interstitials）を導入する（initiate）ガ
ス（有利には酸素又は酸素と希ガス、有利にはアルゴン
の混合物）に、それに対して裏側面を空孔を形成するガ
ス（有利には窒素又は窒素と希ガス、有利にはアルゴン
の混合物）に曝すのが有利である。この処理は、非対称
の空孔プロフィール、ひいては、ＤＥ１９９２５０４４
Ａ１に記載されているように、後続の熱的プロセスにお
いて非対称の酸素析出プロフィールを生じる。非対称の
空孔プロフィールとは、空孔濃度がウェーハ面に対して
垂直な任意のグレードに沿って一定でなく同時にウェー
ハ面の間の中心における仮想の中心面に対して非対称で
あることを意味する。同様なことは、“非対称の酸素析
出プロフィール”に関しても当てはまる。ＤＥ１９９２
５０４４Ａ１に記載されたシリコンウェーハに対する差
異は、この場合も、本発明に基づき処理されたシリコン
ウェーハはウェーハ厚さの少なくとも５０％のＣＯＰ不
含の層を有することにある。シリコンウェーハの表側面
及び裏側面のための雰囲気としての前記ガスの使用は、
ＣＯＰ密度の非対称プロフィールを有するウェーハを製
造するためにも使用することができる。その際には、表
側面近くのＣＯＰｓが裏側面近くのＣＯＰｓよりも小さ
い直径を有する、ウェーハ厚さにわたるＣＯＰの寸法の
プロフィールが生じる。異なるプロセスガスの使用の他
に、プロセス温度も、このようなプロフィールが生じる
ように適合させねばならない。この効果は、全プロセス
時間を短縮するために利用することでき、このことはま
た本方法の経済性を高める。
表側面を熱処理中に少なくとも一時的に、シリコン中間
格子原子（interstitials）を導入する（initiate）ガ
ス（有利には酸素又は酸素と希ガス、有利にはアルゴン
の混合物）に、それに対して裏側面を空孔を形成するガ
ス（有利には窒素又は窒素と希ガス、有利にはアルゴン
の混合物）に曝すのが有利である。この処理は、非対称
の空孔プロフィール、ひいては、ＤＥ１９９２５０４４
Ａ１に記載されているように、後続の熱的プロセスにお
いて非対称の酸素析出プロフィールを生じる。非対称の
空孔プロフィールとは、空孔濃度がウェーハ面に対して
垂直な任意のグレードに沿って一定でなく同時にウェー
ハ面の間の中心における仮想の中心面に対して非対称で
あることを意味する。同様なことは、“非対称の酸素析
出プロフィール”に関しても当てはまる。ＤＥ１９９２
５０４４Ａ１に記載されたシリコンウェーハに対する差
異は、この場合も、本発明に基づき処理されたシリコン
ウェーハはウェーハ厚さの少なくとも５０％のＣＯＰ不
含の層を有することにある。シリコンウェーハの表側面
及び裏側面のための雰囲気としての前記ガスの使用は、
ＣＯＰ密度の非対称プロフィールを有するウェーハを製
造するためにも使用することができる。その際には、表
側面近くのＣＯＰｓが裏側面近くのＣＯＰｓよりも小さ
い直径を有する、ウェーハ厚さにわたるＣＯＰの寸法の
プロフィールが生じる。異なるプロセスガスの使用の他
に、プロセス温度も、このようなプロフィールが生じる
ように適合させねばならない。この効果は、全プロセス
時間を短縮するために利用することでき、このことはま
た本方法の経済性を高める。
【００４８】本発明のもう１つの有利な実施態様におい
ては、冷却段階の間だけシリコンウェーハ表側面と裏側
面のために異なるプロセスガス、特に有利には表側面の
ためには酸素含有雰囲気をかつ裏側面では窒素含有雰囲
気を使用する。この有利な実施態様においても、前記の
非対称の空孔プロフィールが生じる。
ては、冷却段階の間だけシリコンウェーハ表側面と裏側
面のために異なるプロセスガス、特に有利には表側面の
ためには酸素含有雰囲気をかつ裏側面では窒素含有雰囲
気を使用する。この有利な実施態様においても、前記の
非対称の空孔プロフィールが生じる。
【００４９】上記に詳細に説明した窒素ドープされた単
結晶から製造されたシリコンウェーハを処理のために使
用すれば、それにより本発明による方法の適用分野を拡
大することができる：熱処理中に、空孔はウェーハ表面
からもはや拡散する必要はなく、ウェーハ内の溶解した
窒素と反応して窒素／空孔錯体（complex）を形成する
ことができる。このことは、ＣＯＰｓを消滅させるため
に必要である時間を短縮する。さらに、窒素は表面近く
で外方拡散する。ウェーハの冷却後に、ＣＯＰｓは消滅
しており、一方ウェーハの表面には結合した空孔は存在
しない。それというのも、そこで窒素は外方拡散されて
いるからである。従って、本発明による熱処理中には、
窒素濃度プロフィールが生じる、即ち窒素濃度はウェー
ハ面に対して垂直に任意のグレードに沿って一定でな
い。また、窒素／空孔錯体も、後続の熱的プロセスにお
いて、例えば素子製造の範囲内で、異常な酸素析出を惹
起するので、本発明による方法の前記の有利な実施態様
に基づき処理されたウェーハは、ウェーハ厚さの少なく
とも５０％のＣＯＰ不含の層を有しかつ付加的にシリコ
ンウェーハのバルク内に少なくとも１０７ｃｍ- ３の酸
素析出のための核形成中心の密度並びに少なくともウェ
ーハの表側面に少なくとも１μｍの厚さを有する核形成
中心不含のゾーンを有する。
結晶から製造されたシリコンウェーハを処理のために使
用すれば、それにより本発明による方法の適用分野を拡
大することができる：熱処理中に、空孔はウェーハ表面
からもはや拡散する必要はなく、ウェーハ内の溶解した
窒素と反応して窒素／空孔錯体（complex）を形成する
ことができる。このことは、ＣＯＰｓを消滅させるため
に必要である時間を短縮する。さらに、窒素は表面近く
で外方拡散する。ウェーハの冷却後に、ＣＯＰｓは消滅
しており、一方ウェーハの表面には結合した空孔は存在
しない。それというのも、そこで窒素は外方拡散されて
いるからである。従って、本発明による熱処理中には、
窒素濃度プロフィールが生じる、即ち窒素濃度はウェー
ハ面に対して垂直に任意のグレードに沿って一定でな
い。また、窒素／空孔錯体も、後続の熱的プロセスにお
いて、例えば素子製造の範囲内で、異常な酸素析出を惹
起するので、本発明による方法の前記の有利な実施態様
に基づき処理されたウェーハは、ウェーハ厚さの少なく
とも５０％のＣＯＰ不含の層を有しかつ付加的にシリコ
ンウェーハのバルク内に少なくとも１０７ｃｍ- ３の酸
素析出のための核形成中心の密度並びに少なくともウェ
ーハの表側面に少なくとも１μｍの厚さを有する核形成
中心不含のゾーンを有する。
【００５０】シリコンウェーハを熱処理するための本発
明による方法は、一連の生産プロセスの種々の位置に組
み入れることができる：該熱処理を、例えばポリシング
後に行うことができる。このことは、特に、熱処理を、
ウェーハ表面を粗面化しないか又は僅かに粗面化するに
すぎない雰囲気下で、例えば酸素含有雰囲気下で実施す
る際に適当である。
明による方法は、一連の生産プロセスの種々の位置に組
み入れることができる：該熱処理を、例えばポリシング
後に行うことができる。このことは、特に、熱処理を、
ウェーハ表面を粗面化しないか又は僅かに粗面化するに
すぎない雰囲気下で、例えば酸素含有雰囲気下で実施す
る際に適当である。
【００５１】別の可能性は、まず本発明による熱処理を
実施しかつウェーハを引き続き、場合によっては洗浄ス
テップ後に、ポリシング処理することにある。この実施
態様は、特に、熱処理を、シリコンウェーハの表面粗さ
を高める雰囲気、例えば水素又はアルゴン雰囲気下で少
なくとも一時的に見て部分的に酸素含有雰囲気を使用し
て行う場合に有利である。本発明に基づき処理されたシ
リコンウェーハは、その厚さがウェーハ厚さの少なくと
も５０％に相当するＣＯＰ不含の層を有するので、熱処
理後にもポリシングが可能である。それに対して、熱処
理されたシリコンウェーハのＣＯＰ除去の目的のための
従来の技術に基づくポリシングは、ＣＯＰ不含の層の厚
さが極めて薄いために問題である。引き続いて非還元性
雰囲気、一般には酸素含有雰囲気を使用する際にも、こ
の処理は、プロセス制御から生じることがある表面近く
の欠陥を除去することができる特に有利な実施態様であ
る。
実施しかつウェーハを引き続き、場合によっては洗浄ス
テップ後に、ポリシング処理することにある。この実施
態様は、特に、熱処理を、シリコンウェーハの表面粗さ
を高める雰囲気、例えば水素又はアルゴン雰囲気下で少
なくとも一時的に見て部分的に酸素含有雰囲気を使用し
て行う場合に有利である。本発明に基づき処理されたシ
リコンウェーハは、その厚さがウェーハ厚さの少なくと
も５０％に相当するＣＯＰ不含の層を有するので、熱処
理後にもポリシングが可能である。それに対して、熱処
理されたシリコンウェーハのＣＯＰ除去の目的のための
従来の技術に基づくポリシングは、ＣＯＰ不含の層の厚
さが極めて薄いために問題である。引き続いて非還元性
雰囲気、一般には酸素含有雰囲気を使用する際にも、こ
の処理は、プロセス制御から生じることがある表面近く
の欠陥を除去することができる特に有利な実施態様であ
る。
【００５２】ウェーハを熱処理後にポリシングする前記
の有利な実施態様の範囲内に、また多数の可能性が存在
する：例えば、ポリシングしたウェーハを本発明による
熱処理、引き続いての仕上げポリシング（ファイナルポ
リシング又はミラーポリシング）で処理することも可能
である。その他に、エッチングしたウェーハを本発明に
よる熱処理、引き続いての仕上げポリシングで処理する
ことが可能である。しかし、シリコンウェーハを本発明
による熱処理後に両面ポリシング（及びその後場合によ
っては仕上げポリシング）で処理するのが特に有利であ
る。それというのも、それにより本発明に基づくＣＯＰ
不含性と組み合わせた完全な表面特性が達成されるから
である。
の有利な実施態様の範囲内に、また多数の可能性が存在
する：例えば、ポリシングしたウェーハを本発明による
熱処理、引き続いての仕上げポリシング（ファイナルポ
リシング又はミラーポリシング）で処理することも可能
である。その他に、エッチングしたウェーハを本発明に
よる熱処理、引き続いての仕上げポリシングで処理する
ことが可能である。しかし、シリコンウェーハを本発明
による熱処理後に両面ポリシング（及びその後場合によ
っては仕上げポリシング）で処理するのが特に有利であ
る。それというのも、それにより本発明に基づくＣＯＰ
不含性と組み合わせた完全な表面特性が達成されるから
である。
【００５３】本発明は、結晶直径もしくはウェーハ直径
に左右されずに単結晶のシリコンウェーハに適用可能で
ある。１５、２０又は３０ｃｍ又はそれ以上の直径を有
するウェーハに適用するのが有利である。大きな直径を
有するシリコンウェーハ上に製造される素子は、シリコ
ンの欠陥不含性に対して明らかに高い要求を課するの
で、本発明は大きな直径を有するシリコンウェーハに適
用するのが特に有利である。
に左右されずに単結晶のシリコンウェーハに適用可能で
ある。１５、２０又は３０ｃｍ又はそれ以上の直径を有
するウェーハに適用するのが有利である。大きな直径を
有するシリコンウェーハ上に製造される素子は、シリコ
ンの欠陥不含性に対して明らかに高い要求を課するの
で、本発明は大きな直径を有するシリコンウェーハに適
用するのが特に有利である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 クリストフ ゾイリング
ドイツ連邦共和国 ブルクハウゼン ヴェ
ーラー シュトラーセ 32
(72)発明者 ラインホルト ヴァーリヒ
ドイツ連邦共和国 ティットモーニング
ブルーメンシュトラーセ 10
(72)発明者 ヴィルフリート フォン アモン
オーストリア国 ホッホブルク／アッハ
ヴァングハウゼン 111
Claims (11)
- 【請求項１】 シリコンウェーハを少なくとも一時的に
酸素含有雰囲気に曝し、その際熱処理を、不等式： 【数１】 ［式中、［Ｏｉ］はシリコンウェーハ内の酸素濃度、
［Ｏｉ］ｅｑ（Ｔ）は温度Ｔにおけるシリコン内の酸素
の縁部溶解度、σＳｉＯ２は二酸化シリコンの表面エネ
ルギー、Ωは析出した酸素原子の体積、ｒは平均ＣＯＰ
半径及びｋはボルツマン定数を表す］が満足されるよう
に選択した温度で行うことを特徴とする、シリコンウェ
ーハの熱処理方法。 - 【請求項２】 前記方法のための出発物質として、酸素
濃度［Ｏｉ］＜７・１０１７ａｔ／ｃｍ３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。 - 【請求項３】 前記方法のための出発物質として、１６
０ｎｍ未満の平均ＣＯＰ直径を有するシリコンウェーハ
を使用する、請求項１又は２記載の方法。 - 【請求項４】 シリコンウェーハを所定の加熱速度で、
温度が不等式（１）を満足する範囲内になるまで加熱
し、引き続き温度を所定の時間この範囲内に保ちかつそ
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。 - 【請求項５】 温度が不等式（１）を満足する範囲内に
ある間の時間が１０秒間〜１５分間である、請求項４記
載の方法。 - 【請求項６】 シリコンウェーハを１０Ｋ／秒〜１２０
Ｋ／秒の冷却速度で冷却する、請求項４又は５記載の方
法。 - 【請求項７】 シリコンウェーハの裏側面を少なくとも
冷却過程中、窒素含有雰囲気に曝す、請求項４から６ま
でのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項８】 シリコンウェーハを熱処理後にポリシン
グする、請求項１から７までのいずれか１項記載の方
法。 - 【請求項９】 バルク内に少なくとも１０７ｃｍ- ３の
酸素析出のための核形成中心の密度、及びウェーハ表側
面に少なくとも１μｍの厚さを有する核形成中心不含の
ゾーン、並び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
することを特徴とするシリコンウェーハ。 - 【請求項１０】 空孔濃度の非対称プロフィールを有す
る、請求項９記載のシリコンウェーハ。 - 【請求項１１】 窒素を含有し、その際窒素濃度がウェ
ーハ面に対して垂直な任意のグレードに沿って一定でな
い、請求項９記載のシリコンウェーハ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10205084A DE10205084B4 (de) | 2002-02-07 | 2002-02-07 | Verfahren zur thermischen Behandlung einer Siliciumscheibe sowie dadurch hergestellte Siliciumscheibe |
| DE10205084.8 | 2002-02-07 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008005928A Division JP5171277B2 (ja) | 2002-02-07 | 2008-01-15 | シリコンウェーハの熱処理方法及び該方法で処理したシリコンウェーハ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003297840A true JP2003297840A (ja) | 2003-10-17 |
Family
ID=27618401
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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