JP2007180427A - エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低温短時間熱処理化の進んだデバイスプロセスでも高いゲッタリング能力を発揮し得るエピタキシャルシリコンウェーハを実現する。
【解決手段】ＣＺ法により窒素と炭素を添加したシリコン単結晶を引き上げ、エピタキシャル層を形成する前のシリコン単結晶をウェーハに加工する工程の中で７５０℃以上８５０℃以下の温度で、１時間以上３時間以下の熱処理を行ったシリコン単結晶ウェーハの表面にエピタキシャル法によりシリコン単結晶層を堆積させる。このようにして得られたウェーハに１０００℃の温度で９０分以上析出熱処理を行うと、２×１０^９個／ｃｍ^３以上の酸素析出物が形成される。
【選択図】図１２

Description

本発明は、最新の極微細なデバイス構造をもつ半導体デバイスの基板に要求される高いゲッタリング能力を持ったエピタキシャルシリコンウェーハに関するものである。より詳細には、極微細なデバイス構造を形成する際に問題となるドーピング不純物の拡散を防止する為に従来と比較して低温短時間化したデバイス形成熱処理しかウェーハに施されない場合であっても、ゲッタリング能力を発揮するのに十分な密度のＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）をウェーハ内部に形成し得るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法、並びに、その方法により製造されるエピタキシャルシリコンウェーハに関するものである。

高集積半導体デバイスの基板として用いられるチョクラルスキー（Ｃｚ）法により製造されたシリコン単結晶基板には、通常単結晶製造中に溶け込んだ酸素が過飽和に存在している。従来の高温熱処理を伴うデバイスプロセスでは、このシリコン中の酸素が熱処理の間に析出しシリコンウェーハ内部に酸素析出物を形成する。デバイスプロセス中にウェーハに微量の重金属が混入するとデバイスの特性が劣化したり製造歩留りが低下したりするが、シリコンウェーハの内部に十分な密度で酸素析出物が存在すると、微量の重金属が混入してしまった場合でも重金属がウェーハ内部の酸素析出物に補足され、デバイス活性層であるウェーハ表面は清浄に保たれ、デバイスの特性劣化や製造歩留りの低下を防止できることが知られている。このような現象はイントリンシックゲッタリングと呼ばれ、従来、重金属汚染によるデバイス特性劣化や歩留りの低下を防止する手段として利用されてきた。

一方、通常、チョクラルスキー（Ｃｚ）法により製造されたシリコン単結晶基板を鏡面研磨したシリコンウェーハ表面にはＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼ばれるピット状のｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在し、最新の微細デバイスではこれがデバイスの製造歩留りを低下させる原因となっていた。そこで近年では高品質デバイス用のシリコンウェーハとして、鏡面研磨したシリコン単結晶基板の表面にシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させたシリコン半導体基板、いわゆるエピタキシャルシリコンウェーハが用いられるようになってきた。このエピタキシャルシリコンウェーハには、その表面にＣＯＰが存在しないことから、ＣＯＰ起因の歩留り低下を防止できるという特長がある。

このシリコンエピタキシャル層の形成には一般的にはＣＶＤ法が用いられている。ＣＶＤ法によるエピ層の堆積では、急速昇降温による１１００℃以上の高温熱処理が行われるが、その過程でシリコンウェーハ中に存在していた酸素析出の核が溶解し消失してしまうため、通常のエピタキシャルシリコンウェーハにはデバイスプロセスの酸素析出によるイントリンジックゲッタリング効果が非常に弱いという欠点があった。

ゲッタリング能力を増強するためにデバイスプロセス中に酸素析出が起こるように工夫したｐ／ｐ−エピタキシャルウェーハを製造する方法として、炭素を添加した鏡面シリコン単結晶ウェーハを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法（特許文献１参照）、１×１０^１４〜２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の濃度の窒素を添加した鏡面シリコン単結晶ウェーハを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法（特許文献２参照）、窒素と炭素を添加した鏡面シリコン単結晶ウェーハを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法（特許文献３参照）、などが提案されている。しかしながら最近これらのようなエピタキシャルウェーハを使用しても十分高いゲッタリング能力を確保できないという問題が生じてきた。

最新の半導体デバイスプロセスでは、超微細な構造を実現するためにデバイスプロセスの低温化や短時間化が進んでいる。このような低温あるいは短時間の熱処理では酸素の拡散距離が短いため、たとえエピタキシャルシリコンウェーハが予め酸素析出核をもっていたとしてもこのような熱処理では酸素析出物の成長が十分進むことができずゲッタリング能力不足に陥ることがあった。

例えば、炭素を添加した鏡面シリコン単結晶ウェーハにエピ堆積を行ったエピタキシャルウェーハの場合７００℃付近の温度域で析出核の生成は起こると考えられるものの、低温短時間熱処理化の進んだデバイスプロセス中では、酸素析出核形成後に酸素析出核が十分に成長できないため、ゲッタリングに必要な酸素析出物を十分高密度に形成することが出来ず、その為にゲッタリング能力が不足する問題があった。

また、１×１０^１４〜２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の濃度の窒素を添加した鏡面シリコン単結晶ウェーハにエピ堆積を行ったエピタキシャルウェーハの場合、エピ堆積でも消失しない１０^８／ｃｍ^３台の比較的安定な酸素析出核をもっているので、従来のような高温熱処理をともなうデバイスプロセスでは１０^８／ｃｍ^３台の酸素析出物が形成され十分高いゲッタリング能力をもつことが示されている。しかしながら低温短時間熱処理化の進んだデバイスプロセス中では酸素析出核が十分に成長してゲッタリングに効果のある酸素析出物になるころができないため、このようなウェーハを用いてもゲッタリング能力が不足する問題があった。またこの窒素添加ウェーハを用いる場合に、窒素をこの高濃度に添加してゲッタリング能力を増強する方法も考えられるが、このように高濃度に窒素を添加した鏡面シリコン単結晶ウェーハにエピ堆積を行った場合、エピ層に窒素添加に起因する結晶欠陥（Ｎ−ＳＦ、Ｅ−ｐｉｔ）が発生することがわかっている（特許文献２、非特許文献１、参照）。これらの結晶欠陥はエピタキシャルウェーハの上に作成したデバイスの特性を劣化させるため、このような結晶欠陥が発生するエピタキシャルウェーハは高集積ＭＯＳデバイスの基板としては使用できない。

窒素添加に起因するエピ層欠陥の問題を回避するための方法として、窒素に加えて炭素を添加することが有効である（特許文献３、非特許文献２、参照）。これは窒素添加することで鏡面シリコン単結晶ウェーハに発生する結晶欠陥（Ｎ−ＳＦやＥ−ｐｉｔの起源となると考えられる）が、炭素の同時添加により無害化されるためであると考えられている。このように炭素と窒素を添加した鏡面シリコン単結晶ウェーハにエピ堆積を行ったエピタキシャルウェーハの場合、比較的高濃度の窒素を添加することが可能な上に炭素添加による酸素析出核生成の促進の効果も期待できるので、特許文献２に示されているような、窒素だけを添加した鏡面シリコン単結晶ウェーハにエピ堆積を行ったエピタキシャルウェーハよりも更に高いゲッタリング能力を期待することができる。しかしながら、このような方法で比較的高密度の酸素析出核を特性を向上させたエピタキシャルシリコンウェーハであっても、最新のあるいは次世代の低温短時間熱処理のデバイスプロセスでは酸素析出核形成および酸素析出が十分に進まず確実に高いゲッタリング能力が得られない場合があった。

低温短時間熱処理プロセスであっても確実に酸素析出物によるゲッタリングをもつエピタキシャルシリコンウェーハを製造する方法としては、窒素を添加した鏡面シリコン単結晶ウェーハに予め熱処理を行って鏡面シリコン単結晶ウェーハの内部にゲッタリング能力を有するサイズの酸素析出物密度を１０^８個／ｃｍ^３以上形成しておき、その後に該鏡面シリコン単結晶ウェーハにエピ堆積を行う方法が知られている（特許文献４参照）。

特許文献４に記載の方法は、エピ堆積前に、酸素析出の核生成を行うための熱処理とその後の酸素析出物を成長させる熱処理で、酸素析出物が十分に成長できるような２段熱処理を実施してからエピ堆積を行うことを特徴とする方法であり、この手法によりデバイスプロセスに依存せずに確実にゲッタリング能力を保持するための酸素析出物をもつエピタキシャルシリコンウェーハの製造を可能にするものである。

しかしながら、特許文献４に記載の方法では、窒素を高濃度にすると先ほどの述べた結晶欠陥がエピ層に形成されるため、窒素を低濃度（１０^１３〜１０^１４個／ｃｍ^３）にする必要がある。このような低窒素濃度の基板を用いて、特許文献４に記載されているように１０^８個／ｃｍ^３以上のゲッタリング能力を有するサイズの酸素析出物を確実に形成する為には、エピ堆積前に、８００℃で２時間の第１熱処理と１０００℃で８時間の第２熱処理からなる熱処理、あるいは８５０℃で１時間の第１熱処理と１１００℃２２時間の第２熱処理からなる熱処理のような１０００℃以上の高温処理を含む長時間の熱処理が必要となる。このような熱処理を行うためには１０００℃以上の熱処理が可能な炉が必要であり、このような熱処理を行うための熱処理時間は、炉へのボート挿入引き出しの時間や、炉温の昇降温時間も考慮すると非常に長時間の処理が必要となることが明らかであり、そのために、この手法にはエピタキシャルシリコンウェーハの製造コストを大きく引き上げてしまうという欠点があった。

さらに、この手法で実現できるＢＭＤ密度は約１０^８個／ｃｍ^３台であるが、デバイスプロセスで問題を起こすＦｅ（鉄）のような比較的拡散速度の遅い金属を低温プロセスでゲッタリングさせるためには１０^８個／ｃｍ^３程度のＢＭＤ密度では不十分であり、ゲッタリングが良く機能するためには、およそ１×１０^９個／ｃｍ^３以上の密度のＢＭＤが存在することが望ましい。

この酸素析出物（ＢＭＤ）によるＦｅのゲッタリングのメカニズムは、以下のとおりである。汚染金属としてＦｅが付着したシリコンウェーハがデバイスプロセス中で高温になると、シリコン中でのＦｅの固溶度（Ｆｅがシリコンに固溶できる限界の濃度）の上昇にともなってＦｅがシリコン結晶に固溶しシリコンウェーハ内部にまで拡散していく。その後、該シリコンウェーハの温度が低下してシリコン中のＦｅの固溶度が固溶しているＦｅの濃度よりも下がると、固溶したＦｅは過飽和状態となる。このとき酸素析出物などの析出核がシリコン結晶中に存在すると、過飽和となったＦｅはそこにＦｅシリサイドとして析出するためその近傍のＦｅ濃度は固溶度まで低下していく。この結果シリコンに固溶しているＦｅには場所による濃度差が生じ、この濃度差を駆動力とする拡散によって酸素析出物から遠い位置のＦｅも酸素析出物の近傍の位置まで移動し、そこで析出するという過程を経て、酸素析出物によるＦｅのゲッタリングが進行する。（非特許文献３参照）
以上のゲッタリング機構から、酸素析出物の密度が高いほど、汚染金属が析出するための平均の移動距離が短いので、ゲッタリングが急速に進行することが分かる。ＢＭＤによるゲッタリング能力を調査した結果、Ｎｉ（ニッケル）のような比較的シリコン中での拡散が速い金属のゲッタリングについては１０^８個／ｃｍ^３程度のＢＭＤ密度であっても十分効果があるが、デバイスプロセスで問題となることの多いＦｅのような比較的拡散速度の遅い金属を低温プロセスでゲッタリングさせるためには、１０^８個／ｃｍ^３程度のＢＭＤ密度では不十分であり、少なくとも１×１０^９個／ｃｍ^３以上できうるならば２×１０^９個／ｃｍ^３以上のＢＭＤ密度が必要ということが分かった。そのため、特許文献４には、確実に確保できるＢＭＤ密度は約１０^８個／ｃｍ^３程度である旨記載されているが、低温プロセス向けのウェーハとしてはこれではＢＭＤ密度が不十分であり、Ｆｅなどの拡散の遅い金属についてのゲッタリング能力が不足するという問題点があった。
特開平１０−５０７１５号公報 特開平２００２−１５４８９１号公報 特開平２００２−２０１０９１号公報 特開平２００３−６８７４３号公報 Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．４３， Ｎｏ．４Ａ， ２００４， ｐｐ．１２４１−１２４６ Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．４３， Ｎｏ．４Ａ， ２００４， ｐｐ．１２４７−１２５３ "Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ｉｒｏｎ ｂｙ ｏｘｙｇｅｎ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ"，Ｈ． Ｈｉｅｓｌｍａｉｒ， Ａ． Ａ． Ｉｓｔｒａｔｏｖ， Ｓ． Ａ． ＭｃＨｕｇｏ， Ｃ． Ｆｌｉｎｋ， Ｔ． Ｈｅｉｓｅｒ ａｎｄ Ｒ． Ｗｅｂｅｒ， ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７２， １４６０ （１９９８）

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、低温短時間熱処理プロセスにおいても高いゲッタリング能力を持ったエピタキシャルシリコンを低コストで製造することができるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は以下のように構成される。
（１） １×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の窒素と１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の炭素を添加して作成したシリコン単結晶インゴットから切り出したシリコンウェーハをシリコンウェーハに加工する工程の中で、当該シリコンウェーハを、７５０℃以上８５０℃以下の温度で１時間以上３時間以下熱処理（以下、プレアニールと記す。）し、当該プレアニール後のウェーハ表面にエピタキシャル法によりシリコン単結晶層を堆積させることを特徴とする、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。

この製造方法により得られたエピタキシャルシリコンウェーハに１０００℃の温度で９０分間熱処理を行うと、そのウェーハ内部には１×１０^９ｃｍ^３以上の高密度な酸素析出物が形成されるようになる。すなわち、この製造方法によれば高密度の酸素析出物が形成されるエピタキシャルシリコンウェーハを形成することができる。これに対し、特許文献４で提案されているような低濃度の窒素だけを添加した基板を用いて同様の条件で処理した場合や、通常の窒素や炭素などを添加していない基板に８００℃の温度で４時間のプレアニールを行った基板に同様の析出熱処理を行った場合、これらのエピタキシャルシリコンウェーハでは、その酸素析出物密度は同じ条件で試験してもおよそ１０^８ｃｍ^３台程度のＢＭＤしか形成されない。

エピタキシャル形成前の７５０℃以上８５０℃以下の温度での熱処理時間は長時間おこなった方が、より析出促進効果が大きい。ただし、長時間の熱処理はコストアップに繋がるので、できるだけ短時間の処理で効果的な処理を行うことが望ましい。

なお、窒素密度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３よりも大きいと酸素析出物を形成する効果が弱くなり、必要なＢＭＤが確保できない。この問題は炭素を添加しても改善されない。一方、窒素濃度が２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３よりも小さいとエピ層に欠陥が生じ、製品歩留りが低下する。

また、炭素密度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３よりも小さいと窒素に起因する欠陥が生じやすくなり、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３よりも大きいと、炭素がエピ層に拡散（リーク）して悪影響を及ぼすため、製品歩留りが低下する。

また、熱処理の時間が１時間に満たないと必要なＢＭＤが確保できず、３時間を超えると生産効率が悪くなる。
（２） シリコンウェーハの初期格子間酸素濃度が７．５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＪＥＩＤＡ）以上であることを特徴とする（１）に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。

初期格子間酸素濃度が７．５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＪＥＩＤＡ）以上であるウェーハを使用することにより、酸素析出物を安定に析出させることができる。
（３） 前記熱処理を、シリコンウェーハの表面を鏡面研磨加工する前の工程で行うことを特徴とする（２）に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。

前記熱処理を、シリコンウェーハの表面を鏡面研磨加工する前の工程で行うことにより、当該熱処理工程におけるパーティクル付着などによる歩留りの低下およびそれによるコストの上昇を避けることができる。すなわち、鏡面化が完了したあとのウェーハを熱処理する場合、その工程においてパーティクルが付着したり、キズがついたりして、歩留りを低下させる可能性があるが、鏡面研磨加工する前の工程、たとえばドナーキラー熱処理工程で処理すれば、この歩留り低下の可能性を回避することができる。また通常のウェーハ加工プロセスにおいて行われるドナーキラー処理プロセスの条件を本特許で提案する条件に変更することで前記の熱処理を行うことになるので、新たに余分に追加する工程を減らすことができ、その分コスト上昇を抑制できる。
（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の方法により製造されたエピタキシャルシリコンウェーハであって、１０００℃の温度で９０分以上プレアニールすると、そのウェーハ内部に少なくとも２×１０^９個／ｃｍ^３以上の酸素析出物が形成されることを特徴とする、エピタキシャルシリコンウェーハ。
（５） 前記酸素析出物の密度の面内ばらつきが５０％以下であることを特徴とする、（４）に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。ここで、「酸素析出物の密度の面内ばらつき」とは、ウェーハ面内で１０点以上測定したウェーハ内部における酸素析出物の密度の面内ばらつき（＝（最大ＢＭＤ密度−最小ＢＭＤ密度）／最大ＢＭＤ密度）を意味する。測定点として、例えば、ウェーハの中心からの距離が互いに異なる１０箇所以上の点が選ばれる。測定方法として、赤外トモグラフ法が挙げられる。

本発明の製造方法によれば、デバイス製造プロセスにおいて１０００℃の温度で９０分という短時間の熱処理しか施さない場合でもそのウェーハ内部に少なくとも１×１０^９個／ｃｍ^３以上の酸素析出物が形成される高いゲッタリング能力を持ったエピタキシャルシリコンウェーハを低コストで製造することができる。

本発明のエピタキシャルシリコンウェーハは、デバイス製造プロセスにおいて１０００℃の温度で９０分という短時間の熱処理しか施さない場合でも、そのウェーハ内部に少なくとも２×１０^９個／ｃｍ^３以上の酸素析出物が形成されるので、高いゲッタリング能力を有する。

次に、本発明の最良の実施形態について説明する。

１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の窒素と１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の炭素を添加して作成したシリコン単結晶インゴットから切り出したシリコンウェーハを、鏡面研磨加工する前に、７５０℃以上８５０℃以下の温度で１時間以上３時間以下プレアニールし、当該プレアニール後のウェーハ表面にエピタキシャル法によりシリコン単結晶層を堆積させることにより、エピタキシャルシリコンウェーハを製造する。その際、プレアニールを８００℃で２時間実施することにより、高濃度で且つ安定に酸素析出物を形成し、その密度の面内ばらつきを抑えることができる。

この方法により得られたエピタキシャルシリコンウェーハでは、例えば１０００℃の温度で９０分という短時間の析出熱処理後でも１×１０^９個／ｃｍ^３以上（多くの場合約１×１０^１０個／ｃｍ^３程度）の高い密度の酸素析出物が形成される。またさらにこのウェーハについてＴＥＭによって極微細な酸素析出物まで詳細に観察すると、これらのエピタキシャルシリコンウェーハには１０^１０〜１０^１２個／ｃｍ^３台の非常に高密度の酸素析出物が観察される。このように非常に高密度の酸素析出物が存在するために、これらのウェーハでは低温短時間の熱処理のプロセスであって酸素の移動可能距離が短い状況下にあった場合でも酸素の析出が迅速に進行することができ、そのために低温短時間熱処理プロセスでも十分高いゲッタリング能力を発揮することができると考えられる。

また、このエピタキシャルシリコンウェーハは、窒素と同時に炭素を添加した鏡面シリコン単結晶ウェーハを基板として用いているため、非特許文献２に示されているように、窒素添加に起因するエピ層欠陥が発生することもほとんど無い。そのため本発明によれば、低温短時間熱処理プロセスでも十分高いゲッタリング能力をもち、かつ良好なエピ層品質をもったエピタキシャルシリコンウェーハを再現性良く安定して製造することが可能となる。

図１は、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の窒素と１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の炭素を添加したシリコンウェーハ（以下、Ｎ＋Ｃシリコンウェーハと記す。）を８００℃で所定の時間（０時間から７時間）プレアニールした後にエピ層を５μｍ堆積し、その後に析出熱処理として１０００℃で１６時間熱処理した前後での残留Ｏｉの差をＦＴ−ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、フーリエ変換赤外分光）で評価した結果である。ここで０時間のプレアニールとは８００℃での保持時間が０（挿入引き出しと昇降温のみ）の熱処理のことである。またＳａｍｐｌｅ−Ａは比較的高窒素濃度のＮ＋Ｃシリコンウェーハ、Ｓａｍｐｌｅ−Ｂは比較的低窒素濃度のＮ＋Ｃシリコンウェーハ、Ｓａｍｐｌｅ−Ｃはレファレンスで通常の、すなわち窒素と炭素を添加していないシリコンウェーハである。Ｎ＋Ｃシリコンウェーハでは８００℃でのプレアニールが非常に有効であることがわかる。

図２は、図１と同じ試料について、析出熱処理を１０００℃で９０分間熱処理した前後での残留酸素量Ｏｉの差（Ｄｅｌｔａ−Ｏｉ）をＦＴ−ＩＲで評価した結果である。このような非常に短い析出熱処理は、最新の低温プロセスにおける析出特性を評価する目的で実施したものである。図２から、８００℃のプレアニールされたＮ＋Ｃシリコンウェーハを用いたエピタキシャルウェーハは、低温プロセスで十分高い析出能力をもつことがわかる。

図３および図４は、図１および図２の試験のプレアニールの温度を７００℃に変更して行った図１および図２それぞれに対する比較例である。７００℃のプレアニールは、８００℃でのプレアニールに比較すると効果が非常に弱いことがわかる。

図５は、８００℃で２時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で１６時間析出熱処理した前後の残留酸素量Ｏｉの差（Ｄｅｌｔａ−Ｏｉ）と、析出熱処理前のＯｉとの関係のグラフである。Ｏｉが７．５×１０^１７（ＪＥＩＤＡ）以上では、安定したＤｅｌｔａ−Ｏｉが確保できることがわかる。

図６は、８００℃で１時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で１６時間析出熱処理した前後の残留酸素量Ｏｉの差（Ｄｅｌｔａ−Ｏｉ）と、析出熱処理前のＯｉとの関係のグラフである。この場合でもＯｉが７．５×１０^１７（ＪＥＩＤＡ）以上では、安定したＤｅｌｔａ−Ｏｉが確保できることがわかる。

図７は、８００℃で２時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で９０分間析出熱処理した前後の残留酸素量Ｏｉの差（Ｄｅｌｔａ−Ｏｉ）と、析出熱処理前のＯｉとの関係のグラフである。このような短時間の熱処理でも、Ｏｉが７．５×１０^１７（ＪＥＩＤＡ）以上では、安定したＤｅｌｔａ−Ｏｉが確保できることがわかる。

図８は、８００℃で１時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で９０分間析出熱処理した前後の残留酸素量Ｏｉの差（Ｄｅｌｔａ−Ｏｉ）と、析出熱処理前のＯｉとの関係のグラフである。このような短時間のプレアニール（１時間）でかつ短時間の析出熱処理の場合でも、Ｏｉが８．０×１０^１７（ＪＥＩＤＡ）以上あれば、ある程度のＤｅｌｔａ−Ｏｉが確保できることがわかる。

図９は、８００℃で３時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で１６時間析出熱処理した後のＢＭＤ密度の面内分布をＢＭＤアナライザー（ＭＯ−４）で評価した結果である。Ｓａｍｐｌｅ−Ｃ（通常の基板を同じ条件でプレアニールした後にエピ層を堆積したウェーハ）のＢＭＤ密度が１０^８／ｃｍ^３台なのに対して Ｓａｍｐｌｅ−Ａ， Ｓａｍｐｌｅ−ＢのＢＭＤ密度は１０^１０／ｃｍ３以上と非常に高く、また面内分布も非常に均一であることがわかる。

図１０は、８００℃で１時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で１６時間析出熱処理した後のＢＭＤ密度の面内分布をＢＭＤアナライザー（ＭＯ−４）で評価した結果である。Ｓａｍｐｌｅ−Ｃ（通常の基板を同じ条件でプレアニールした後にエピ層を堆積したウェーハ）のＢＭＤ密度が１０^８／ｃｍ^３程度なのに対して Ｓａｍｐｌｅ−Ａ， Ｓａｍｐｌｅ−ＢのＢＭＤ密度は１０^１０／ｃｍ^３程度と非常に高く、また面内分布も非常に均一であることがわかる。

図１１は、８００℃で３時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で９０分間析出熱処理した後のＢＭＤ密度の面内分布をＢＭＤアナライザー（ＭＯ−４）で評価した結果である。Ｓａｍｐｌｅ−Ｃ（通常の基板を同じ条件でプレアニールした後にエピ層を堆積したウェーハ）のＢＭＤ密度が１０^７／ｃｍ^３台程度なのに対して Ｓａｍｐｌｅ−Ａ， Ｓａｍｐｌｅ−ＢのＢＭＤ密度は１０^１０／ｃｍ^３程度と非常に高く、また面内分布も非常に均一であることがわかる。

図１２は、８００℃で１時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で９０分間析出熱処理した後のＢＭＤ密度の面内分布をＢＭＤアナライザー（ＭＯ−４）で評価した結果である。Ｓａｍｐｌｅ−Ｃ（通常の基板を同じ条件でプレアニールした後にエピ層を堆積したウェーハ）のＢＭＤ密度が１０^７／ｃｍ^３台程度なのに対して Ｓａｍｐｌｅ−Ａ， Ｓａｍｐｌｅ−ＢのＢＭＤ密度は２×１０^１０／ｃｍ^３以上と非常に高く、また面内分布も非常に均一であることがわかる。

図１３は、７００℃で４時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で１６時間析出熱処理した後のＢＭＤ密度の面内分布をＢＭＤアナライザ（ＭＯ−４）で評価した結果である。この場合、Ｓａｍｐｌｅ−Ａ， Ｓａｍｐｌｅ−ＢのＢＭＤ密度はＢＭＤ密度は２×１０^１０／ｃｍ^３以下と、図９から図１２に比較すると低く、また面内分布も大きいことがわかる。すなわち、Ｓａｍｐｌｅ−Ｃ（通常の基板を同じ条件でプレアニールした後にエピ層を堆積したウェーハ）のＢＭＤ密度に比較すれば高い有効ではあるが、８００℃でのプレアニールに比較すると、ＢＭＤ密度の絶対値および面内分布が悪く、効果的ではないことがわかる。

なお、シリコン単結晶インゴットをウェーハに加工する途中（ドナーキラーアニール工程）でプレアニールする方法によっても、本発明と同等の品質のエピタキシャルウェーハを得ることができる。

窒素と炭素を同時に添加したシリコンウェーハを８００℃で所定の時間プレアニールした後にエピ層を５μｍ堆積し、その後に析出熱処理として１０００℃で１６時間熱処理した前後での残留酸素量（Ｏｉ）の差（Ｄｅｌｔａ−Ｏｉ）を評価した結果を示す図 図１と同じ試料について、析出熱処理を１０００℃で９０分間熱処理した前後での残留酸素量（Ｏｉ）の差（Ｄｅｌｔａ−Ｏｉ）を評価した結果を示す図 図１の試験をプレアニールの温度を７００℃に変更して行った比較例の結果を示す図 図２の試験をプレアニールの温度を７００℃に変更して行った比較例の結果を示す図 ８００℃で２時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で１６時間析出熱処理した前後の残留酸素量（Ｏｉ）の差（Ｄｅｌｔａ−Ｏｉ）と、析出熱処理前の酸素量（Ｏｉ）との関係を示す図 ８００℃で１時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で１６時間析出熱処理した前後の残留酸素量（Ｏｉ）の差（Ｄｅｌｔａ−Ｏｉ）と、析出熱処理前の酸素量（Ｏｉ）との関係を示す図 ８００℃で２時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で９０分間析出熱処理した前後の残留酸素量（Ｏｉ）の差（Ｄｅｌｔａ−Ｏｉ）と、析出熱処理前の酸素量（Ｏｉ）との関係を示す図 ８００℃で１時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で９０分間析出熱処理した前後の残留酸素量（Ｏｉ）の差（Ｄｅｌｔａ−Ｏｉ）と、析出熱処理前の酸素量（Ｏｉ）との関係を示す図 ８００℃で３時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で１６時間析出熱処理した後のＢＭＤ密度の面内分布の評価結果を示す図 ８００℃で１時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で１６時間析出熱処理した後のＢＭＤ密度の面内分布の評価結果を示す図 ８００℃で３時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で９０分間析出熱処理した後のＢＭＤ密度の面内分布の評価結果を示す図 ８００℃で１時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で９０分間析出熱処理した後のＢＭＤ密度の面内分布の評価結果を示す図 ７００℃で４時間プレアニールしたエピタキシャルウェーハを１０００℃で１６時間析出熱処理した後のＢＭＤ密度の面内分布の評価結果を示す図

Claims (5)

1. １×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の窒素と１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の炭素を添加して作成したシリコン単結晶インゴットをシリコンウェーハに加工する工程の中で、当該シリコンウェーハを７５０℃以上８５０℃以下の温度で１時間以上３時間以下熱処理し、当該熱処理後のウェーハ表面にエピタキシャル法によりシリコン単結晶層を堆積させることを特徴とする、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
2. シリコンウェーハの初期格子間酸素濃度が７．５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＪＥＩＤＡ）以上であることを特徴とする、請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
3. 前記熱処理を、シリコンウェーハの表面を鏡面研磨加工する前の工程で行うことを特徴とする、請求項又は２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の方法により製造されたエピタキシャルシリコンウェーハであって、１０００℃の温度で９０分以上熱処理すると、そのウェーハ内部に少なくとも２×１０^９個／ｃｍ^３以上の酸素析出物が形成されることを特徴とする、エピタキシャルシリコンウェーハ。
5. 前記酸素析出物の密度の面内ばらつきが５０％以下であることを特徴とする、請求項４に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。

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