JP2005311200A - シリコン半導体基板の熱処理方法及び同方法で処理されたシリコン半導体基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 窒素含有雰囲気におけるＲＴＡ後のＢＭＤ密度のウェーハ深さ方向Ｍ字分布形態を任意に制御し、デバイスメーカー毎に要求が異なる近接ゲッタリング構造を自在に制御出来る方法を提供する。
【解決手段】 表面近傍に無欠陥層を有するシリコンウェーハを製造するために所定のシリコンウェーハを熱処理する方法であって、該熱処理用シリコンウェーハの深さ方向の窒素濃度分布を制御することにより所望の内部欠陥密度分布を形成させる熱処理方法を提供する。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、シリコン単結晶から得られる集積回路等を形成させるためのシリコン半導体用基板に関し、シリコン半導体基板の深さ方向の欠陥密度分布を制御する熱処理方法に関する。

半導体の集積回路などデバイスに用いられるシリコン半導体用基板（ウェーハ）は、主にチョクラルスキー法（ＣＺ法）によるシリコン単結晶から製造されている。ＣＺ法は、石英るつぼ内の溶融シリコンに種結晶を浸けて引上げ、単結晶を成長させるもので、このシリコン単結晶には溶融シリコンを保持した石英るつぼから酸素が混入してくる。この酸素は、結晶凝固直後の高温では十分結晶に固溶しているが、結晶が冷却されるにつれて溶解度が急速に減少するので、通常単結晶中には過飽和な状態で存在している。

この単結晶から採取したウェーハ中で過飽和に固溶した酸素は、その後のデバイスの製造工程における熱処理により酸化物として析出してくるが、その析出物がウェーハ表層のデバイス作製領域に生じると、デバイスの性能を阻害する。しかしながらその反面、シリコン基板内部に生じた析出物はＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）とも呼ばれ、デバイスの製造過程でウェーハに侵入しその性能を劣化させる重金属不純物を捕獲するゲッタリング源として有効に作用する。このＢＭＤを利用したゲッタリングは特にイントリンシックゲッタリングと呼ばれ、有害な重金属のゲッタリング方法として広く採用されている。ＢＭＤがゲッタリング源として効果的に作用するためには、ある程度以上の密度でウェーハ中に存在する必要があるが、その存在密度が高くなり過ぎると基板の機械的強度が低下するなどの難点が生じてくる。

このようなデバイス製造過程に対して、ウェーハ表層のデバイス作製領域は無欠陥とし、内部にはゲッタリング源のＢＭＤを有効な密度で生じさせる熱処理サイクルが提案されている。その代表的なものは（ａ）酸化性雰囲気中にて、１１００℃以上の高温で５〜１００時間加熱する酸素の外方拡散処理を行って表面に低酸素層、すなわちＤｅｎｕｔｅｄ Ｚｏｎｅ（以下ＤＺという）と呼ばれる無欠陥層となる部分を形成させ、次いで（ｂ）６００〜７５０℃の低温で加熱することにより、ウェーハ内部に有効な析出核を形成させた後、（ｃ）１０００〜１１５０℃の中温あるいは高温で熱処理し前記析出核にＢＭＤを成長させてゲッタリング源を確保するという高−低−高（または中）サイクルと呼ばれている処理方法である。しかし、この処理方法は多くの時間を要し、生産性が必ずしも良いわけではない。

近年、このような複雑かつ長時間に及ぶ熱処理を行わなくとも、同様なＢＭＤのウェーハ深さ方向構造を付与することが出来る急速昇降温熱処理技術（ＲＴＡ；Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）が提案されている。これらの技術は、秒オーダーという非常に短時間で熱処理が終了するだけでなく、ＢＭＤ密度のバラツキの原因となっていた結晶の熱履歴や酸素濃度などのバラツキによる析出の不均一さを抑制することができる。このＲＴＡにアルゴン（Ａｒ）雰囲気（以下「Ａｒ雰囲気」という）を用いて、この後ＢＭＤ成長熱処理を行うことにより、表層には十分な深さのＤＺを確保し、内部は高密度のＢＭＤを発生させ得ることが知られている。このＢＭＤの分布形態は、その形状から逆Ｕ字分布と呼ぶことができる。このようなＡｒ雰囲気ＲＴＡにより得られるＢＭＤ分布に関し、ＲＴＡにおける保持温度、保持時間および保持温度からの冷却速度を制御することにより、ＤＺの深さと内部ＢＭＤの密度を制御できることが示されている（例えば、特許文献１）。しかし、この技術では、表層のデバイス作製領域に近い領域のＢＭＤ密度が高いわけではなく、有害な重金属のゲッタリング源となるＢＭＤが高密度に存在する領域が表層から離れて存在するため、近年デバイスメーカーからの要望が大きい近接ゲッタリング効果が得られ難い。この要望とは、デバイスプロセスの低温化によりデバイス作成領域を汚染した重金属の拡散速度が遅くなるため、表層のデバイス作製領域からなるべく近い領域にゲッタリング源となるＢＭＤを作り込みたいという要望である。

このための理想のＢＭＤ分布は、表面には十分な深さの無欠陥層が形成されかつ、表層に近い位置にゲッタリング源となるＢＭＤが高密度に形成されたシリコンウェーハである。加えて前述のように、ウェーハ内部においてＢＭＤの密度が高くなり過ぎると基板の機械的強度が低下するなどの難点が生ずるため、内部のＢＭＤ密度は高くなりすぎないことが望まれる。このような理想的ＢＭＤ分布は、Ａｒ雰囲気ＲＴＡによる逆Ｕ字に対しＭ字分布と呼ぶことができる。このＢＭＤのＭ字分布は、窒化ガス、例えばＮ_２、ＮＨ_３等や、これらの窒化ガスとＡｒ（アルゴン）、Ｏ_２（酸素）、Ｈ_２（水素）等との混合ガス雰囲気でのＲＴＡにより得ることができる。例えば、８００℃から１２８０℃までの範囲のＲＴＡ保持温度、かつ１秒から５分までの範囲のＲＴＡ保持時間で、急速加熱・冷却（例えば、５０℃／ｓｅｃの昇温または降温）のＲＴＡ後、酸素析出熱処理（例えば８００℃で４時間＋１０００℃で１６時間）を行うことにより、ウェーハ表層にＤＺが形成されるとともに、ＤＺに近接する内部に最高ＢＭＤ密度を有する高密度層が形成され、さらにこれらの高密度層の内側に最低ＢＭＤ密度を有する低密度層が形成される（例えば、特許文献２）。そして、特許文献２では、前記最高ＢＭＤ密度を３．５×１０^９ｃｍ^−３以上、また、前記最低ＢＭＤ密度を２.５×１０^８ｃｍ^−３以下とすることが記載されている。さらに、酸素濃度が１１〜１７×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の基板用素材を用い、窒素を含む雰囲気中で昇温速度を１０〜３０℃／ｓｅｃとして１１００〜１３００℃に加熱し、１〜２５℃／ｓｅｃの冷却速度にてＲＴＡ処理を行うことにより、表面に深さ１０μｍ以上の無欠陥層を有し、かつＢＭＤ密度がウェーハ深さ中心部では低く、表面の無欠陥層に近い方は高いシリコン半導体用基板を作製し得る（例えば、特許文献１又は２）。
特開２００２−１１０６８３号公報 特開２００３−７７１１号公報

ここで問題は、前述の特許文献１及び２では、Ｍ字分布の形態、すなわち、ＢＭＤ密度の最大値やそれを示す位置のウェーハ表面からの距離、さらにウェーハ内部でのＢＭＤ密度を任意の値に制御する具体的な方法が明示されていないことである。この不具合は、Ｍ字を決定する最も重要なファクターを的確に制御することが欠けていたことによる。従って、これらの技術では、ＢＭＤ分布を任意の形状に制御する方法が示されておらず、よって、これらの技術をもってデバイスメーカー毎に要求が異なるシリコンウェーハの近接ゲッタリング機能を個々に満たしていくことは困難であった。

本発明の目的は、窒素含有雰囲気を用いた急速昇降温熱処理で得られるウェーハ深さ方向のＢＭＤ密度のＭ字分布において、その分布形態が任意に制御されたシリコンウェーハを提供すること、及びそのようなシリコンウェーハを安定して得るための熱処理方法の提供にある。

本発明者らは、窒素雰囲気ＲＴＡによるＭ字型ＢＭＤ分布付与効果につき種々の検討を行った。これより、表面付近のＢＭＤ分布が、ＲＴＡ中雰囲気からシリコンウェーハ中に内方拡散した窒素の濃度プロファイルに相似していることに気づき、よって、この窒素がＢＭＤのＭ字分布の形成に寄与していることを見いだした。まず、ＲＴＡ雰囲気の違いによるウェーハ深さ方向ＢＭＤ分布形態の違いを説明する。図１は窒素雰囲気ＲＴＡによるＢＭＤ分布の一例である。表層に近い領域に高密度のＢＭＤが形成され、内部のＢＭＤ密度は低い典型的なＭ字分布を示している。これに対し、雰囲気にＡｒを使用すると図２のような分布となる。窒素の場合とは対照的に、内部のＢＭＤ密度が高く、表層に向かい密度は徐々に低下する典型的な逆Ｕ字分布を示している。このように、ＲＴＡ雰囲気の違いはＢＭＤ分布に大きく影響し、特に、窒素を用いると表層近傍のＢＭＤ密度を大きく増加させ得ることがわかる。

次に、ＲＴＡ中雰囲気からシリコンウェーハ中に内方拡散する窒素とＢＭＤ密度の関係について説明する。図３は、窒素雰囲気ＲＴＡによりシリコンウェーハ内に拡散した窒素の濃度と、窒素雰囲気ＲＴＡ後のＢＭＤ密度（ＢＭＤ_Ｎ２）とＡｒ雰囲気ＲＴＡ後のＢＭＤ密度（ＢＭＤ_Ａｒ）の各シリコンウェーハ深さ方向位置における差（ＢＭＤ_Ｎ２−ＢＭＤ_Ａｒ）の関係を示す。図３（ａ）に示したデータは、酸素濃度１３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のウェーハに対し、保持温度（保持温度範囲という概念を含む）１１５０〜１２５０℃、保持時間１０〜９０ｓｅｃの範囲のＲＴＡ処理を行って得ており、これらの関係に対するＲＴＡの冷却速度依存性を調査するためいくつかの保持温度及び保持時間条件に対し、２通りの冷却速度水準（９０℃／ｓｅｃと１０℃／ｓｅｃ）の実験を行った。また、ウェーハ酸素濃度の影響を調査するため、図３（ｂ）に保持温度１２５０℃、保持時間３０ｓｅｃ、冷却速度９０℃／ｓｅｃの条件に対し、酸素濃度を３通り（１５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３,１３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３,１１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）変えた実験を行った。ＢＭＤ密度差におけるそれぞれのＢＭＤ密度は同一のＲＴＡ条件から求めた。また、窒素雰囲気ＲＴＡによりウェーハ内に拡散した窒素の濃度は、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により測定した。図３に示したＢＭＤ密度差（ＢＭＤ_Ｎ２−ＢＭＤ_Ａｒ）は、シリコンウェーハの表面から４０μｍは除外したウェーハ内部のＢＭＤの値より求めた。これは、後に詳細に説明するが、ＲＴＡの急冷中に空孔の外方拡散により空孔濃度が低くなったウェーハ表層では、ＢＭＤの発生に大きく影響する窒素の空孔捕獲効果が急激に減少し、よって、ＢＭＤ密度に冷却速度依存性が現れるからである。図３より、窒素が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上注入されるとＢＭＤ密度差が増加し、また窒素濃度とＢＭＤ密度差との間に相関が認められることがわかる。さらに、この関係はＲＴＡの冷却速度や、ウェーハ酸素濃度に依存しないことがわかる。これらは窒素雰囲気ＲＴＡによるＢＭＤ密度のウェーハ表面付近での増加は、窒素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上浸透した部分で現れ、また、窒素濃度のみに依存していることを示している。ＲＴＡの保持温度や保持時間は雰囲気からウェーハ内に内方拡散する窒素の濃度分布を決定するので、よって、図３に示したＢＭＤ密度差と窒素濃度の関係に対するこれらのＲＴＡ条件の影響は窒素濃度へ反映される。従って、窒素雰囲気ＲＴＡにおける表層近傍のＢＭＤ密度制御は、ＲＴＡの保持温度、保持時間及び雰囲気窒素分圧等でウェーハ内に内方拡散する窒素濃度分布を制御することにより、冷却速度によらず任意の値に制御することができる。

ここで一例として、ＲＴＡ雰囲気にＡｒと窒素の混合ガスを用いこの混合ガスの窒素分圧を変えて、ウェーハに内方拡散する窒素の濃度分布を制御した実験結果を示す。窒素の分圧は、０％，０．２％，０．５％，１％，１００％とした。また、ＲＴＡの保持温度は１２５０℃、保持時間は３０ｓ、保持温度からの冷却速度は６０℃／ｓで統一した。窒素濃度はＲＴＡ後にＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により測定した。結果を図４に示す。これより、窒素を含んだ雰囲気では、表層側で窒素濃度が高く内部に向かい徐々に減少していることがわかる。また、表面から１００μｍの範囲では、窒素分圧が高いほど窒素濃度は高くなる。これらは、ＲＴＡ中に雰囲気からウェーハ内部に窒素が拡散するとともに、窒素分圧の増加とともにウェーハ表層近傍へ拡散する窒素量が増加していることを示し、よって、窒素分圧により窒素濃度を実質的に任意に制御できることを表している。最表面で窒素濃度が減少するのは、ＲＴＡ急冷中の窒素の外方拡散による。一方、窒素を含まない（窒素分圧０％）雰囲気では、ＲＴＡ後、窒素は検出されていない。この例は、雰囲気の窒素分圧により表層近傍の窒素濃度を制御した例であるが、この窒素濃度は後述するように拡散方程式による計算結果と良く一致する。すなわち、窒素の移動は拡散律則であるため、ＲＴＡの保持温度や保持時間などでも容易に制御できる。

以下に、ＲＴＡにより内方拡散する窒素濃度を計算で求めた例について説明する。まず、境界条件として表面の窒素濃度を決める必要がある。図５に本発明者らが決定したシリコン結晶中の窒素の熱平衡濃度とＲＴＡ雰囲気窒素分圧及び温度の関係を示す。図５中のプロットは、Ａｒ及び窒素混合ガス雰囲気下で、窒素分圧を変化させたＲＴＡ処理後(保持温度１２５０℃，１２００℃，１１００℃，保持時間いずれも３０ｓｅｃ)、ＳＩＭＳにより評価したシリコンウェーハ表面近傍の窒素濃度である。計算の境界条件として図５中に示したライン、すなわち（１）式及び（２）式で示す熱平衡濃度Ｃｅｑを与えることが出来る。

ここで、各変数は以下のように規定される。

Ｐは、窒素分圧であり、窒素（Ｎ_２）が１００％の時、Ｐ＝１．０となる。また、ｋはボルツマン定数であり、具体的には、８．６１７１×１０^−５ ［ｅＶ／Ｋ］である。更に、Ｔは絶対温度［Ｋ］である。

次に、計算には拡散定数が必要であるが、これは文献［Ｔ. Ｉｔｏｈ、Ｔ. Ａｂｅ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５３（１９８８）ｐａｇｅ ３９］に示された(３)式を使用した。

これらを用いて計算したＲＴＡ窒素雰囲気からウェーハ内に拡散する窒素濃度分布と実測窒素濃度分布（ＳＩＭＳにより測定）を図６に示す。ＲＴＡ条件は、保持温度１２５０℃、保持時間３０ｓ、保持温度からの冷却速度は６０℃／ｓ、雰囲気窒素分圧１％である。これより、計算による窒素の内方拡散挙動が実測値を良く再現できていることがわかる。このように、ＲＴＡ雰囲気からウェーハ内へ拡散する窒素濃度はＲＴＡ保持温度、保持時間、雰囲気窒素分圧から計算でも容易に予測でき、従って、その推定は容易で実プロセスでも精度良く制御可能である。

次に、窒素雰囲気ＲＴＡにより内方拡散する窒素濃度とそれに対応するＢＭＤ密度の関係について説明する。窒素雰囲気ＲＴＡ後のＢＭＤ密度（ＢＭＤ_Ｎ２）とＡｒ雰囲気ＲＴＡ後のＢＭＤ密度（ＢＭＤ_Ａｒ）の各シリコンウェーハ深さ方向位置における差（ＢＭＤ_Ｎ２−ＢＭＤ_Ａｒ）は、図３に示したように、窒素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上浸透した部分で現れ、また、窒素濃度のみに依存していた。ＲＴＡの保持温度や保持時間は雰囲気からウェーハ内に内方拡散する窒素の濃度分布を決定するので、よって、図３に示したＢＭＤ密度差と窒素濃度の関係に対するこれらのＲＴＡ条件の影響は窒素濃度として反映された。一方、Ａｒ雰囲気によるＢＭＤ密度（ＢＭＤ_Ａｒ）は、次に述べるように、ＲＴＡ後にウェーハ内に残留する空孔濃度（Ｃ_Ｖ）と強い相関があることが知られている。例えば、特表２００２−５２４８５２号公報（ＭＥＭＣ特許）やＲ．Ｆａｌｓｔｅｒ ｅｔ ａｌ．， Ｐｈｙｓ． Ｓｔａｔ． ｓｏｌ．（ｂ）２２２，２１９（２０００）では、Ｃ_Ｖを白金拡散法により実験的に求め、これとＢＭＤ密度を関係づけた。また、文献Ｍ．Ａｋａｔｓｕｋａ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｖｏｌ． ４０（２００１)ｐｐ．３０５５や文献Ｒ．Ｆａｌｓｔｅｒ ｅｔ ａｌ．， Ｐｈｙｓ． Ｓｔａｔ． ｓｏｌ．（ｂ）２２２，２１９（２０００）では、空孔や格子間シリコン原子の拡散・対消滅挙動を数値計算することによりＣ_Ｖを求め、これとＢＭＤ密度の関係を整理した。数値計算によるＣ_Ｖの導出は白金拡散法等の実験的手法と比較して簡便であるが、使用する物性値により計算結果は変化し、よって計算精度を大きく左右する。本発明では、本発明者らの一部によるＫ．Ｎａｋａｍｕｒａ、 Ｔ．Ｓａｉｓｈｏｊｉ、 Ｊ．Ｔｏｍｉｏｋａ、 Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ８２−８４ （２００２）２５に示した点欠陥物性値を使用して数値計算を行うことで、精度の良いＲＴＡ後の残留空孔濃度Ｃ_Ｖを得ることが出来る。以下にその方法について説明する。まず、境界条件として、ＲＴＡプロセス中、シリコンウェーハ表面には、熱平衡濃度の空孔及び格子間シリコン原子が導入されるとした。これらの熱平衡濃度は温度のみに依存する関数であり、空孔（Ｃ_Ｖ， ^ｅｑ）及び格子間シリコン原子（Ｃ_Ｉ， ^ｅｑ）の熱平衡濃度は、それぞれ、(4)式、(5)式で表されるとした。

ここで、Ｔは絶対温度［Ｋ］，Ｔ_ｍｐはシリコンの融点（１６８５ ［Ｋ］）を表す。ＲＴＡの各温度において、ウェーハ表面に熱平衡濃度で導入された空孔と格子間シリコン原子は、ウェーハ内部で生じるそれぞれの濃度勾配に応じて拡散移動する。この拡散挙動は、空孔（Ｄ_Ｖ）と格子間シリコン原子（Ｄ_Ｉ）の拡散定数により支配され、これらはそれぞれ（６）式、（７）式で表されるものを使用した。

さらに、導入された空孔と格子間シリコン原子は、対消滅により互いの濃度を減少する。この対消滅反応は、(8)式により表される対消滅反応の反応定数で示されるとした。

ここで、ａ_ｃは、対消滅反応が生じる臨界距離、ΔＧ_ＩＶは、対消滅の障壁エネルギーである。これらの式を基にして、ＲＴＡにおける点欠陥の拡散及び対消滅反応は以下の式で表される。

Ａｒ雰囲気によるＲＴＡプロセス後にウェーハ内に残留する空孔濃度Ｃ_Ｖは、初期状態としてウェーハ深さ方向に均一にＲＴＡ初期温度に対応する空孔と格子間シリコン原子の熱平衡濃度を与え、ＲＴＡプロセスの進行、つまりウェーハ温度の変化に応じて（９）式を数値計算することにより導出可能である。このような数値計算により求めたＣ_Ｖと対応するＡｒ雰囲気による実測ＢＭＤ密度の関係の一例を図７に示す。図７に示したＢＭＤ密度は、保持温度（１１５０，１２００，１２５０℃）、保持時間（１０，２０，３０ｓｅｃ）、冷却速度（９０，１０℃／ｓｅｃ）を変えたＲＴＡ処理から得たデータである。これより、Ａｒ雰囲気によるＢＭＤ密度は計算で求めたＣ_Ｖと強い相関があり、よって、ＲＴＡの保持温度、保持時間、冷却速度に対するＢＭＤ密度は予測できることになる。

ここまでに述べたＢＭＤ_ＡｒとＣ_Ｖの関係と、先に述べたＢＭＤ_Ｎ２−ＢＭＤ_Ａｒと窒素濃度の関係から、窒素雰囲気によるＢＭＤ密度（ＢＭＤ_Ｎ２）と窒素濃度の関係は１：１で結びつけられる。そして、窒素はＲＴＡ中に雰囲気からウェーハ内に内方拡散するため、前述のようにＲＴＡ保持温度、保持時間、雰囲気の窒素分圧から計算で求まり、よってウェーハ深さ方向任意位置のＢＭＤ密度を容易に制御できることになる。特に、ウェーハ表面付近ではＡｒ雰囲気によるＢＭＤ密度は非常に低くなるので、窒素雰囲気によるＢＭＤ密度は窒素濃度のみで決まる。

以上のことから、ウェーハ表層近傍のＢＭＤ密度分布を厳密に制御するには、ウェーハに内方拡散する窒素濃度を制御することで可能であることが明らかになった。そして、この窒素濃度分布はＲＴＡの保持温度、保持時間及び雰囲気窒素分圧等で容易に制御できるため、窒素雰囲気ＲＴＡによる表層近傍のＢＭＤ密度を実質的に任意の形状に制御できることになる。

次に、本発明におけるシリコンウェーハ内部のＢＭＤ密度の制御について説明する。図３からは、窒素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下では、窒素雰囲気ＲＴＡによるＢＭＤ密度とＡｒ雰囲気によるそれとの差が無くなっていることがわかる。これは、ＲＴＡという短時間処理において窒素の内方拡散がウェーハ内部まで及ばない領域では、窒素起因のＢＭＤが生じないことを示す。よって、この領域のＢＭＤ密度は、Ａｒ雰囲気によるそれと同じになる。これらは、後述するようにＲＴＡの高温保持中に導入された熱平衡濃度の空孔と格子間シリコン原子の、急冷中の外方拡散と対消滅により決まる残留空孔濃度に支配される。従って、ウェーハ内部のＢＭＤ密度は、ＲＴＡの保持温度及び冷却速度により制御すればよい（特開２００２−１１０６８３号公報参照）。

次に、ＤＺの深さの制御について説明する。ＤＺは、特開２００２−１１０６８３号公報に記されているようにＲＴＡの冷却速度により制御すればよい。後述するようにウェーハ表層近傍のＢＭＤ密度は、ＲＴＡにおける急冷中の窒素による空孔捕獲状態に大きく依存する。従って、ＲＴＡの冷却速度は表層近傍のＢＭＤ密度、よって、ＤＺの深さを制御する重要な制御パラメータとなる。ここで、冷却速度により、ＤＺを制御した例を図８に示す。ＲＴＡの条件は、保持温度１２５０℃、保持時間３０ｓｅｃである。雰囲気にはＡｒと窒素の混合雰囲気を用い、窒素の分圧を０．２％〜１００％の範囲で変えて実験を行った。これより、窒素分圧別に冷却速度の増加によりＤＺが縮小していることがわかる。よって、ＤＺの制御は雰囲気の窒素分圧が決定されるとＲＴＡの冷却速度により可能であることがわかる。ここで、請求項７の発明において、窒素濃度のウェーハ深さ方向限定位置を表面から１０μｍとした理由は以下のようである。つまり、窒素濃度評価の簡便性から考えるとウェーハ最表面で窒素濃度を限定したいが、最表面の窒素濃度はＲＴＡ冷却中窒素の外方拡散によりに濃度が変化し制御が困難となるため、冷却中の変化が少ない１０μｍの位置が窒素濃度限定位置としては適当だからである。また、本発明において、使用するシリコンウェーハの酸素濃度を９〜１７×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^−３としたのは、酸素濃度が９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^−３を下回ってはウェーハの機械的強度が低下しＲＴＡ処理中ウェーハにスリップが導入され、酸素濃度が１７×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^−３を上回っては発生するＢＭＤ密度が過多となりＤＺの確保が困難になるためである。さらに、窒素含有雰囲気を用いたＲＴＡにおいてＢＭＤ分布を制御するため、以下の制御因子は次のような範囲で設定することが望ましい。まず、ＲＴＡ保持温度は、１１００〜１３００℃の範囲が望ましい。これは、保持温度が１１００℃未満では、空孔の導入量がきわめて低いためＢＭＤが形成されにくく、１３００℃を越えると、基板にスリップが発生することを避けがたくなるためである。

次に、ＲＴＡ保持時間は短時間処理というＲＴＡの長所を生かしつつ、窒素の拡散距離を決定するため１〜３００ｓｅｃの範囲が好ましい。雰囲気窒素の分圧は、図８に示したように分圧が高くなりすぎるとＤＺの確保が困難となる。また、分圧が高くなりすぎるとウェーハ表面に窒化膜が形成されウェーハ表面の面荒れがひどくなるので、０．１〜１％の範囲が望ましい。さらに冷却速度は、図８に示したように冷却速度が小さいと深いＤＺが確保出来、かつ、冷却速度を大きくしすぎるとウェーハ面内温度差が多大になり熱応力によるスリップが発生しやすくなるため、１〜１００℃／ｓの範囲が望ましい。

次に、窒素雰囲気でＲＴＡを行うことによりＢＭＤがＭ字分布になる理由をＡｒ雰囲気の場合と比較しながら図を使って説明する。図９（ａ）は、Ａｒ雰囲気ＲＴＡにおける高温保持時のシリコン結晶の原子空孔濃度（Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｃａｎｃｙ；以下Ｃ_Ｖという）と格子間シリコン原子濃度（Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｔｏｍ；以下Ｃ_Ｉという）のウェーハ深さ方向分布（表面から中心まで）を示す。高温保持中のＣ_Ｖ、Ｃ_Ｉは、保持時間が十分に長ければ、その温度におけるそれぞれの熱平衡濃度に保たれ、図９（ａ）に示すようにウェーハ深さ方向に均一な分布となる。高温保持が終了するとウェーハは数十℃／ｓｅｃという冷却速度で急冷されるが、急冷中空孔と格子間シリコン原子は対消滅と外方拡散によりそれぞれの濃度を減少する。格子間シリコン原子は拡散が速いためウェーハ内部まで外方拡散効果がおよび、よってその濃度は著しく低下する。逆に空孔は拡散が遅いため表層近傍では外方拡散により濃度は低下するがウェーハ内部では高濃度に残留する。従って、ＲＴＡ後は図９（ｂ）に示すような分布形態で空孔がウェーハ内に残留する。この後の熱処理により発生するＢＭＤの発生核は、この残留空孔（ｖ）と酸素原子（Ｏ）２個で構成されるＯ_２Ｖという化学種であると考えられている［Ｖ．Ｖ． Ｖｏｒｏｎｋｏｖ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂ７３（２０００） ６９−７６］。よって、Ａｒ雰囲気ＲＴＡにおけるＢＭＤ分布は、図１０に示すようにＲＴＡ後のＣ_Ｖ分布を反映した逆Ｕ字となる。

一方、窒素雰囲気の場合は以下のようになる。高温保持時、Ｃ_Ｖ、Ｃ_Ｉ分布は温度のみで決まるためＡｒの場合と同様となる。しかし、雰囲気に窒素を用いるとこの窒素がシリコンウェーハ内に内方拡散するので、図１１（ａ）に示すようなＣ_Ｖ、Ｃ_Ｉ及び窒素濃度分布となる。この状態から急冷すると、冷却中に窒素が空孔を捕獲し、Ｎ_２Ｖを形成する。Ｎ_２ＶはＯ_２Ｖへの空孔の供給源として働くため、ＢＭＤ密度を支配する重要な化学種となる。しかしながら、Ｃ_Ｖが非常に低いウェーハの極表面近傍ではＮ_２Ｖとしての空孔の保持が困難（Ｎ_２Ｖの乖離）となり、Ｎ_２Ｖ濃度は低下する。窒素とは無関係の空孔の濃度分布（Ｃ_Ｖ）はＡｒの場合と同じになる。よって、Ｃ_Ｖ、Ｎ_２Ｖ及び窒素濃度分布は図１１（ｂ）に示す形となる。表面極近傍の窒素濃度の局所的な低下は、冷却中の外方拡散による。この後の熱処理によるＢＭＤの核発生はＮ_２Ｖ分布を反映し、Ｎ_２Ｖ分布は、概略冷却開始直前の窒素濃度分布を反映するので、ＢＭＤ分布は図１２に示すようなＭ字分布となる。

次に、窒素雰囲気ＲＴＡによるＤＺの形成を以下に説明する。ウェーハの極表層では、ＲＴＡの急冷中、空孔は直ちに外方拡散によりウェーハ外へ消滅する。このため、空孔濃度が低下した極表層近傍では窒素による空孔の捕獲効果が弱まり、Ｎ_２Ｖ濃度も低下する。この空孔の外方拡散量は前述のように冷却速度に大きく依存する。急冷だと空孔の外方拡散量が小さくなるので、ウェーハ極表層までＮ_２Ｖが生成されてＤＺは浅くなる。一方、徐冷では、空孔の外方拡散量が大きくなるので、Ｎ_２Ｖの生成領域はウェーハ内部にとどまりＤＺは深くなる。このように、窒素雰囲気ＲＴＡによるＤＺは、冷却速度により制御できる。

従来は、窒素雰囲気でのＲＴＡ処理により表層付近のＢＭＤ密度が増加する理由は、ウェーハ表面の窒化により空孔の注入がおこり、この空孔がＢＭＤの核形成に寄与するためと考えられていた。しかしながら、ここまで説明してきたとおり、本発明においてＭ字分布の主因はＲＴＡ雰囲気からウェーハ中に拡散する窒素であることが明らかになった。従って、ＤＺ直下のＢＭＤ密度分布の制御は、シリコンウェーハに内方拡散する窒素濃度を制御することで可能となる。そして、この窒素濃度分布はＲＴＡの保持温度、保持時間及び雰囲気窒素分圧等で容易に制御できる。また、ウェーハ表層のＤＺの深さは、前述のように最表層近傍のＮ_２Ｖ濃度に対応すると考えられ、よって、ＲＴＡの冷却速度や雰囲気窒素分圧により制御出来る。また、窒素の内方拡散が及ばないシリコンウェーハ内部のＢＭＤ密度は、ＲＴＡ後にシリコンウェーハ内に凍結される空孔濃度により決まるので、ＲＴＡ保持温度、冷却速度により制御可能となる。

より具体的には、以下のようなものを提供する。

（１） 表面近傍に無欠陥層を有するシリコンウェーハにあって、窒素若しくは窒素を含んだ雰囲気ガスを用いた熱処理後に、該シリコンウェーハ表面から１０μｍの位置で窒素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であることを特徴とするシリコンウェーハ。

また、表面近傍とは、例えば、表面から約２０μｍ以内を意味することができ、より好ましくは、約１５μｍ以内、さらにより好ましくは、約１０μｍ以内であるとよい。深さの基準となる表面は、当該ウェーハの研磨された研磨シリコンウェーハの場合は、研磨前のシリコンウェーハの表面であってよい。また、当該ウェーハのエピタキシャル成長後のシリコンウェーハの場合は、エピタキシャル成長前の当該シリコンウェーハの表面であってよい。また、上記シリコンウェーハは、主にいわゆるＣＺ法により、或いは、ＭＣＺ法により製造されたシリコンから取り出すことができる。また、無欠陥層とは、ＬＳＴ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）法やエッチング後顕微鏡による観察方法等において欠陥が検出されない層ということができる。すなわち、実質的に無欠陥の層ということができる。無欠陥層より深い側であって近接するところは、無欠陥層には入らないが、無欠陥層に十分近く、特に、後工程での加工・処理によりデバイス製作領域を汚染した重金属不純物等がこの領域のＢＭＤまで移動できる範囲内であってよい。この無欠陥層より深い側であって近接するところに高い窒素濃度が存在することが好ましい。更に、後に述べる実施例では直径２００ｍｍのシリコンウェーハが例示されているが、それより直径が小さなものや大きなものに対しても同様に本発明が適用可能であることはいうまでもない。例えば、直径３００ｍｍのシリコンウェーハへの適用は可能である。

（２） 表面近傍に無欠陥層を有するシリコンウェーハを製造するために所定のシリコンウェーハを熱処理する方法であって、該熱処理用シリコンウェーハの深さ方向の窒素濃度分布を制御することにより所望の内部欠陥密度分布を形成させる熱処理方法。

ここで、所定のシリコンウェーハとは、無欠陥層を有するシリコンウェーハを製造する原料として適切なシリコンウェーハであればよく、ＣＺ法又はＭＣＺ法で作成されたインゴットよりスライス等を行なって得られたものを含む。

（３） 前記熱処理方法は、所定の分圧を有する窒素成分を含むガスを少なくとも含む雰囲気ガス中で行うものであり、所定の昇温速度で昇温し、所定の保持温度範囲で所定の保持時間保持した後、所定の降温速度で降温する上記（２）記載の熱処理方法。

ここで、窒素成分とは、窒素元素を含む化合物を含むことができる。例えば、窒素ガス、アンモニア（ＮＨ３）、その他の化合物、又はこれらの混合物を含んでよい。また、保持温度範囲は、ある一定の温度を保持したものであってもよく、周期的に又はランダムに変化する温度をこの保持温度範囲内に保持しているものでもよい。また、昇温速度又は降温速度（冷却速度を含む）は、ほぼ一定であってもよく、ある範囲内で変動するものであってもよい。

（４） 前記熱処理方法は、予め深さ方向の所望の内部欠陥密度分布を決定し、該内部欠陥密度分布と前記窒素濃度分布をマッチングさせた後、前記窒素濃度分布を達成するように、前記窒素分圧、前記昇温速度、前記保持温度範囲、前記保持時間、前記降温速度を決定する上記（３）記載の熱処理方法。

所望の欠陥密度分布は、後工程のシリコンウェーハの加工・処理における仕様に従って決定することができる。この決定された欠陥密度分布に従って、対応する窒素濃度分布を決定することができる。この対応関係は、予め種々の実験及び／又は理論或いは計算により求めることができる。窒素濃度分布は、より直接的に熱処理中の窒素分圧、昇温する温度勾配、保持温度範囲と時間、降温する温度勾配によって規定されるため、欠陥密度分布を制御するよりも容易となる。

（５） 前記窒素濃度の分布は、深さ方向においてほぼＭ字型となる上記（２）から（４）いずれか記載の熱処理方法。

（６） 表面付近には十分な深さの無欠陥層が形成され、かつ表面に近い位置に高密度の欠陥が形成されたシリコンウェーハであって、前記無欠陥層の深さやこれに近接するウェーハ内部の深さ方向欠陥密度分布を任意に制御することを特徴とする熱処理方法。

（７） 少なくとも窒素成分を含んだ雰囲気ガスを用いた熱処理後に、該シリコンウェーハ表面から１０μｍの位置で窒素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上となるように窒素を浸透させることを特徴とする上記（６）に記載の熱処理方法。

（８） 酸素濃度が９〜１７×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のシリコン単結晶より採取したシリコンウェーハを用いて行なう熱処理であって、急速昇降温熱処理工程を含み、該急速昇降温熱処理工程は所定の保持温度に所定の保持時間保持する保持工程を含み、前記所定の保持温度は１１００〜１３００℃であり、前記保持時間は１〜３００秒であり、前記雰囲気ガス中の窒素の分圧が０.１〜１％であり、前記保持温度範囲からの降温速度が１〜１００℃／秒である上記（７）記載の熱処理方法。

（９） 上記（２）から（８）いずれか記載の熱処理方法により処理されたシリコンウェーハ。

本発明よれば、窒素の濃度分布を所定の分布に制御することにより、所望のＢＭＤ分布を得ることができることになる。また、窒素含有雰囲気におけるＲＴＡ後のＢＭＤ密度のウェーハ深さ方向Ｍ字分布形態を任意に制御できるため、デバイスメーカー毎に要求が異なる近接ゲッタリング構造を自在に制御出来るようになる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

以下に、本発明によるＢＭＤ密度のＭ字分布形態を設計する具体的な方法を説明する。以下に説明する手順からなる方法は、本発明を利用してＢＭＤ密度のＭ字分布形態を作成する一例であるが、本発明による方法は、これに限定されるものではない。論理的に若しくは実質的に類似する別の方法も全て本発明に含むことができる。図１３は、上述の一例を流れ図で示している。まず、デバイスに要求されるスペックから次の４項目を設定する（Ｓ１１０）。（ｉ）ＤＺ深さ（Ｘｄｚ）、（ｉｉ）表面付近のピークＢＭＤ密度(ＢＭＤ_ｍａｘ)、（ｉｉｉ）ＢＭＤ_ｍａｘの表面からの深さ（Ｘｍａｘ）、及び（ｉｖ）内部ＢＭＤ密度（ＢＭＤ_ｉｎ）である。

次に、ＤＺ深さ（Ｘｄｚ）から、図１４に示したＤＺ深さと冷却速度及び窒素分圧の関係を用いて、窒素分圧と冷却速度を決定する（Ｓ１２０）。図１４は、ＤＺ深さ（Ｘｄｚ）を１０μｍとした場合、例えば、窒素分圧０．５％とすれば、冷却速度が６０℃／ｓｅｃと決定されることを例示している。このとき、窒素分圧の異なるものを幾つか用意しておけば、あるＤＺ深さに対して、窒素分圧と冷却速度との複数の組合せを得ることができる。

次にＢＭＤ_ｍａｘであるが、これはウェーハの表面付近での設定項目なのでＡｒ雰囲気によるＢＭＤ密度は非常に低く、窒素雰囲気によるＢＭＤ密度は窒素濃度のみで決まる。よって、図３からこれに対応する窒素濃度が決定される（Ｓ１３０）。この窒素濃度と（ｉｉｉ）のＸｍａｘから、これらを満足するＲＴＡ保持温度と保持時間の組み合わせが窒素の拡散数値計算により求められる（Ｓ１４０）。さらに、（ｉｖ）のＢＭＤ_ｉｎを満足する空孔濃度（Ｃ_Ｖ）を図7に示した関係から求める。そして、前もって求めたＲＴＡ保持温度と保持時間の組み合わせの中から、この空孔濃度（Ｃ_Ｖ）を満足するＲＴＡ保持温度と保持時間を決定する。本発明により、このような設計手順でＢＭＤ密度のＭ字分布形態を任意に作り込むことが可能となる。

［実施例］本実施例では直径２００ｍｍのシリコンウェーハを用いているが、同様にして直径３００ｍｍのシリコンウェーハを用いることが可能である。以下、上記にて説明したデバイスに要求されるスペック４項目を表１のように設定し、これらを具体的に実施した例を示す。

ここでは、ＲＴＡ雰囲気として窒素とＡｒの混合雰囲気の実施例を説明するが、雰囲気ガスはこれらに限定されるものではなく、窒素をウェーハ内に拡散し得るガスを含んでいればよい。本発明で用いられるシリコン基板の急速昇降温装置は、熱放射によるランプ加熱器のような装置や、高周波加熱方式等が一般的に用いられるが、加熱方式はこれらに限るものでは無い。

［実験例１］ＲＴＡ雰囲気に窒素とＡｒ混合ガスを用い、窒素分圧によりＭ字形状を制御した例を示す。以下にその方法を説明する。使用したシリコンウェーハの仕様は、直径２００ｍｍ、導電型p型、抵抗率２０Ω−ｃｍ、結晶方位＜１００＞、初期酸素濃度１４×１０^１７atom／ｃｍ^３，（旧ＡＳＴＭ）である。雰囲気の窒素分圧は、０．２％，０．５％，１％とした。ＲＴＡの保持温度は１２５０℃、保持時間は３０ｓ、保持温度からの冷却速度は６０℃／ｓで統一している。このＲＴＡ処理後、８００℃×４Ｈ＋１０００℃×１６Ｈの熱処理を行い、選択エッチング法によりＢＭＤ密度を計測した。得られたＢＭＤ密度のシリコンウェーハ深さ方向プロファイルを図１５（ａ）に示す。これより、窒素分圧の上昇とともにＢＭＤ密度の最大値は上昇していることがわかる。これらのシリコンウェーハの深さ方向窒素濃度分布をＳＩＭＳにより測定した結果を図１５（ｂ）に示す。これより、ピーク近傍のＢＭＤ密度の深さ方向プロファイルが、雰囲気から内方拡散した窒素濃度のプロファイルに酷似していることがわかる。このように、雰囲気からウェーハに内方拡散する窒素濃度を窒素の分圧で制御することにより、ＢＭＤ密度分布を任意に変化させ、ＤＺ近傍のＢＭＤ密度最大値を制御することができる。これより、近接ゲッタリング効果を任意に変化させたシリコンウェーハを製造することが可能となる。

［実験例２］続いて、ＲＴＡ雰囲気に窒素とＡｒの混合ガスを用い、ＲＴＡ保持時間によりＭ字形状を制御した例を示す。以下にその方法を説明する。使用したシリコンウェーハの仕様は、実験例１で使用したものと同一である。ＲＴＡ処理時間を、６０ｓ，３０ｓ，１０ｓと変えて雰囲気からウェーハ内に拡散する窒素濃度を制御した。ＲＴＡの保持温度は１２５０℃、保持温度からの冷却速度は６０℃／ｓで統一している。雰囲気の窒素分圧は１％に固定した。このＲＴＡ処理後、８００℃×４Ｈ＋１０００℃×１６Ｈの熱処理を行い、選択エッチング法によりＢＭＤ密度を計測した。得られたＢＭＤ密度のシリコンウェーハ深さ方向プロファイルを図１６（ａ）に示す。これより、保持時間の上昇とともにＤＺ近傍のＢＭＤ密度最大値は増加していることがわかる。また、保持時間の上昇とともに、ＢＭＤ密度最大値を示す位置からウェーハ内部に向かうＢＭＤ密度の勾配は減少していることがわかる。この時のシリコンウェーハの深さ方向の窒素濃度分布を計算により求めた結果を図１６（ｂ）に示す。計算に用いたウェーハ表面窒素濃度は（２）式に示した熱平衡濃度、また、窒素の拡散係数Ｄは（３）式を用いた。これより、ウェーハ表面から中心に向かうＢＭＤ密度の勾配は、計算窒素濃度プロファイルに酷似していることがわかる。このように、雰囲気からウェーハに内方拡散する窒素濃度をＲＴＡ保持時間で制御することにより、ＢＭＤ密度分布を任意に変化させ、ＤＺ近傍のＢＭＤ密度最大値や内部に向かうＢＭＤ分布を制御することができる。これより、近接ゲッタリング効果を任意に変化させつつ、機械的強度を任意に変化させたシリコンウェーハを製造することが可能となる。

図１７は、上述のように設定された（ｉ）ＤＺ深さ（Ｘｄｚ）、（ｉｉ）表面付近のピークＢＭＤ密度(ＢＭＤ_ｍａｘ)、（ｉｉｉ）ＢＭＤ_ｍａｘの表面からの深さ（Ｘｍａｘ）、及び（ｉｖ）内部ＢＭＤ密度（ＢＭＤ_ｉｎ）の４項目を図解している。図中のグラフの上にはシリコンウェーハ１０がその深さ方向を横軸にとって模式的に表されている。シリコンウェーハ１０の厚みＬは、横軸に左側の面１２を基準にしたときに、右側の面１４のＸ座標としてＬとして表現されている。グラフの縦軸は、ＢＭＤ密度をとっている。

窒素雰囲気によるウェーハ深さ方向のＢＭＤ密度分布の典型例を示す図である。 Ａｒ雰囲気によるウェーハ深さ方向のＢＭＤ密度分布の典型例を示す図である。 窒素雰囲気ＲＴＡによりシリコンウェーハ内に拡散した窒素の濃度と、窒素雰囲気ＲＴＡ後のＢＭＤ密度（ＢＭＤ_Ｎ２）とＡｒ雰囲気ＲＴＡ後のＢＭＤ密度（ＢＭＤ_Ａｒ）の各シリコンウェーハ径方向位置における差との関係を示す図である。 ＳＩＭＳにより測定した窒素分圧を変化させた時のウェーハ深さ方向の窒素濃度分布を示す図である。 シリコン結晶中の窒素の熱平衡濃度と温度の関係を示す図である。 窒素雰囲気ＲＴＡによるシリコンウェーハ深さ方向窒素濃度の計算値と実測値とを比較して示した図である。 数値計算により求めたウェーハ深さ方向中心部の空孔濃度とＡｒ雰囲気ＲＴＡによるＢＭＤ密度の関係を示す図である。 ＤＺ深さと冷却速度及び窒素分圧の関係を示す図である。 Ａｒ雰囲気での、ＲＴＡ中及びＲＴＡ後のウェーハ深さ方向空孔欠陥及び格子間シリコン原子密度分布を示す図である。 Ａｒ雰囲気での、ＲＴＡ中及びＲＴＡ後のウェーハ深さ方向空孔欠陥及びＢＭＤ密度分布を示す図である。 窒素雰囲気での、ＲＴＡ中及びＲＴＡ後のウェーハ深さ方向空孔欠陥、格子間シリコン原子、Ｎ_２、及びＮ_２Ｖ密度分布を示す図である。 窒素雰囲気での、ＲＴＡ中及びＲＴＡ後のウェーハ深さ方向Ｎ_２及びＢＭＤ密度分布を示す図である。 ＢＭＤ密度分布の設計手順を示すフローチャートである。 ＤＺ深さと冷却速度及び窒素分圧の関係を示す図である。 窒素分圧を変化させてＤＺ近傍のＢＭＤ密度の最大値を任意に制御したＭ字分布とＳＩＭＳによるウェーハ深さ方向の窒素濃度分布を示す図である。 保持時間を変化させてＤＺ直下からウェーハ内部においてＢＭＤ密度の深さ方向勾配を任意に制御したＭ字分布と計算によるウェーハ深さ方向の窒素濃度分布を示す図である。 シリコンウェーハに設定するスペックを説明する図である。

符号の説明

１０ シリコンウェーハ
１２ 表面
１４ 表面

Claims (9)

1. 表面近傍に無欠陥層を有するシリコンウェーハにあって、
   窒素若しくは窒素を含んだ雰囲気ガスを用いた熱処理後に、該シリコンウェーハ表面から１０μｍの位置で窒素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であることを特徴とするシリコンウェーハ。
2. 表面近傍に無欠陥層を有するシリコンウェーハを製造するために所定のシリコンウェーハを熱処理する方法であって、
   該熱処理用シリコンウェーハの深さ方向の窒素濃度分布を制御することにより所望の内部欠陥密度分布を形成させる熱処理方法。
3. 前記熱処理方法は、
   所定の分圧を有する窒素若しくは窒素を含む雰囲気ガス中で行うものであり、
   所定の昇温速度で昇温し、
   所定の保持温度範囲で所定の保持時間保持した後、
   所定の降温速度で降温する請求項２記載の熱処理方法。
4. 前記熱処理方法は、
   予め深さ方向の所望の内部欠陥密度分布を決定し、
   該内部欠陥密度分布と前記窒素濃度分布をマッチングさせた後、前記窒素濃度分布を達成するように、前記窒素分圧、前記昇温速度、前記保持温度範囲、前記保持時間、前記降温速度を決定する請求項３記載の熱処理方法。
5. 前記窒素濃度の分布は、深さ方向においてほぼＭ字型となる請求項２から４いずれか記載の熱処理方法。
6. 表面付近には十分な深さの無欠陥層が形成され、かつ表面に近い位置に高密度の欠陥が形成されたシリコンウェーハであって、前記無欠陥層の深さやこれに近接するウェーハ内部の深さ方向欠陥密度分布を任意に制御することを特徴とする熱処理方法。
7. 窒素若しくは窒素を含む雰囲気ガスを用いた、熱処理後に該シリコンウェーハ表面から１０μｍの位置で窒素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上浸透させることを特徴とする請求項６に記載の熱処理方法。
8. 酸素濃度が９〜１７×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のシリコン単結晶より採取したシリコンウェーハを用いて行なう熱処理であって、急速昇降温熱処理工程を含み、該急速昇降温熱処理工程は所定の保持温度に所定の保持時間保持する保持工程を含み、前記所定の保持温度は１１００〜１３００℃であり、前記保持時間は１〜３００秒であり、前記雰囲気ガス中の窒素の分圧が０.１〜１％であり、前記保持温度範囲からの降温速度が１〜１００℃／秒である請求項７記載の熱処理方法。
9. 請求項２から８いずれか記載の熱処理方法により処理されたシリコンウェーハ。

Images