JP4473571B2 - シリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
技術分野
本発明は、表面近傍に無欠陥層（ＤＺ層またはエピタキシャル層）を有し、バルク中にはゲッタリング能力の高い酸素析出物を有するシリコンウェーハを、極めて効率的、かつ、簡便な熱処理により得ることができるシリコンウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
背景技術
半導体素子の基板として広く用いられているシリコンウェーハの大半は、Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ（ＣＺ）法により育成されている。ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶中には、およそ１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度で格子間酸素が不純物として含まれる。この格子間酸素は、結晶育成工程中の固化してから室温まで冷却されるまでの熱履歴（以下、結晶熱履歴と略すことがある。）や半導体素子の作製工程における熱処理工程において過飽和状態となるために析出して、シリコン酸化物の析出物（以下、酸素析出物または単に析出物と呼ぶことがある。）が形成される。
【０００３】
その酸素析出物は、デバイスプロセスにおいて混入する重金属不純物を捕獲するサイトとして有効に働く。これをインターナルゲッタリング（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、以下ＩＧまたは単にゲッタリングと呼ぶことがある。）と呼び、デバイス特性や歩留まりを向上させる。このことから、シリコンウェーハの品質の１つとして、ＩＧ能力が重要視されている。
【０００４】
酸素析出の過程は、析出核形成とその成長の過程から成る。通常は、結晶熱履歴において核形成が進行し、その後のデバイスプロセス等の熱処理により大きく成長し、酸素析出物として検出されるようになる。このことから、結晶熱履歴で形成されたものをＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核と呼ぶことにする。もちろん、その後の熱処理においても酸素析出核が形成される場合がある。
【０００５】
通常のａｓ−ｇｒｏｗｎウェーハ（一般的な酸素ドナー消滅熱処理以外は未熱処理のウェーハ）の場合、デバイスプロセス前の段階で存在している酸素析出核は極めて小さく、ＩＧ能力を持たない。しかし、デバイスプロセスを経ることにより、大きな酸素析出物に成長してＩＧ能力を有するようになる。
【０００６】
結晶熱履歴で形成される酸素析出核の密度は、熱履歴の長さに依存するため、引き上げ速度などの結晶製造条件や結晶育成軸方向の位置によって大きくばらつくという問題点がある。たとえば、一本の結晶を製造する工程において後半に育成された部位では、熱履歴が短いことにより酸素析出核の密度が低くなる。このことにより、デバイスプロセスで形成される酸素析出物の密度にばらつきが生じ、ＩＧ能力にばらつきが生じてしまう。
【０００７】
一方、酸素析出物がウェーハ表面近傍のデバイス作製領域に存在すると、デバイス特性を劣化させる。そのことから、ウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させて酸素析出が進行しないようにするために、１１００℃以上で数時間の熱処理が施される場合がある。この場合、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核のほとんどが消滅してしまい、その後のデバイスプロセスにおいて酸素析出物が形成されなくなってしまう。
【０００８】
そこで、酸素析出核を再形成させるために、約６５０℃で３時間〜３０時間程度の長時間の熱処理が施される。さらに、再形成された酸素析出核を成長させてＩＧ能力を有する大きな酸素析出物にするために、約１０００℃の熱処理が加えられる場合がある。このように、表面近傍の酸素を外方拡散させる熱処理、内部に酸素析出核を形成する熱処理、及び酸素析出物を成長させる熱処理の３つの熱処理を組み合わせた処理を一般的にＤＺ−ＩＧ処理と呼ぶ。
【０００９】
このＤＺ−ＩＧ処理では、デバイス作製領域となる表面近傍には酸素析出物が存在せず、内部にはＩＧ能力を有する酸素析出物が形成された理想的な構造（以下、ＤＺ−ＩＧ構造と呼ぶことがある。）となるが、全体の熱処理工程が長く、効率的でない。
【００１０】
また、一般的なＣＺウェーハでは、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の他に原子空孔の凝集により形成されたボイド状の欠陥が存在する。このボイド欠陥が鏡面研磨されたウェーハの表面に露出した場合は、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼ばれる表面ピットとなる。このＣＯＰ及びボイドもデバイス作製領域に存在すると、デバイス特性を劣化させる。そのことから、ＣＯＰ及び表面近傍のボイドを消滅させるために、水素あるいはアルゴン雰囲気下で１２００℃程度あるいはそれ以上の高温熱処理を施す場合がある。
【００１１】
しかしながら、この場合、熱応力によりスリップが発生するという問題がある。スリップの発生を抑制するには、熱処理温度が低い方が望ましいが、熱処理温度を低くするとＣＯＰ及びボイドが消滅しにくくなってしまう。
【００１２】
また、このような場合もＩＧ能力が付加されることが好ましい。そこで、ＣＯＰ及び表面近傍のボイドを消滅させることと、内部に酸素析出物を形成することを同時に実現する方法として、結晶育成時に窒素を添加する方法がある。
【００１３】
窒素が添加されたウェーハでは、ボイドのサイズが小さくなることにより高温熱処理で消滅しやすくなり、また、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が大きくなることにより高温熱処理においても消滅せずに成長して酸素析出物が形成され、ＩＧ能力が付加される。
【００１４】
しかし、窒素が添加されたウェーハを用いた場合でも、１２００℃程度の高温熱処理が必要であることに変わりはない。ウェーハが大口径化するほどスリップが発生しやすくなるため、特に今後の主流となる３００ｍｍウェーハでは、１２００℃程度あるいはそれ以上の高温熱処理が必要なことが大きな問題となる。
【００１５】
さらに、ボイド欠陥が消滅する深さは表面から数μｍ程度までの極表層であるために、それよりも深い表層をデバイス作製領域として用いるデバイスにおいては、ボイド欠陥がデバイス特性を劣化させる場合が有り得る。
【００１６】
ウェーハ表面近傍のデバイス作製領域を無欠陥化するために、エピタキシャル成長用基板としてのシリコンウェーハ上に気相成長によってシリコン単結晶を堆積させたエピタキシャルウェーハ（以下、エピウェーハと呼ぶことがある。）が使用される場合がある。このエピウェーハにおいても、基板にＩＧ能力を付加させることが重要である。
【００１７】
しかし、通常のエピタキシャル工程（以下、エピ工程と略すことがある。）が約１１００℃以上の高温であるために結晶熱履歴で形成された基板中の酸素析出核（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核）のほとんどが消滅してしまい、その後のデバイスプロセスにおいて酸素析出物が形成されなくなってしまう。そのために、エピウェーハではＩＧ能力が低下するという問題がある。
【００１８】
この問題を解決する方法としては、エピ工程前に８００℃程度の熱処理を施すことにより、結晶熱履歴で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を高温のエピ工程でも消滅しないようなサイズまで成長させる方法がある。この方法において、エピ成長前の熱処理温度が８００℃の場合には、８００℃における臨界サイズ（その温度で安定成長が可能な析出核の最小サイズ）以上のサイズのＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が成長してエピ工程で残存し、エピ後のデバイスプロセス等の熱処理により成長して酸素析出物となる。
【００１９】
一般的に、小さなサイズのＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度は高く、大きなサイズのＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度は低くなる。また、熱処理温度が低いほど、臨界サイズは小さくなる。従って、より優れたＩＧ能力を付加するために、より高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるには、エピ工程前の熱処理温度を低くすることが望ましい。しかし、熱処理温度を低くすると、析出核の成長速度が遅くなるので、エピ工程でも消滅しないサイズまで成長させるための熱処理時間が長くなってしまい、生産性が低下するため好ましくない。
【００２０】
また、仮にエピ工程でも消滅しないサイズの酸素析出物があったとしても、近年の低温化短時間化したデバイスプロセスにおいては、デバイスプロセス中の熱処理において酸素析出物の成長が期待できない。このようなデバイスプロセスにおいてもゲッタリング能力を発揮させるためには、デバイスプロセス前の段階において、ゲッタリング能力を有するサイズの酸素析出物を高密度で形成しておく必要がある。
【００２１】
上記のように、近年のデバイスプロセスは使用するウェーハの大口径化に伴い、低温化短時間化が進行しており、例えば、一連のデバイスプロセスが全て１０００℃以下で行われたり、数十秒程度の熱処理時間しか必要としないＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が頻繁に用いられるようになってきている。このようなデバイスプロセスは、全ての熱処理をトータルしても１０００℃、２時間程度の熱処理にしか相当しないため、従来のように、デバイスプロセス中での酸素析出物の成長はあまり期待できない。
【００２２】
発明の開示
本発明は、一般的なシリコンウェーハでは、結晶熱履歴の違いにより酸素析出核の密度にばらつきがあり、デバイスプロセスにおけるＩＧ能力にばらつきが生じてしまうこと、ウェーハ表面近傍を無欠陥化し、内部にＩＧ能力を有する酸素析出物を形成するための一般的なＤＺ−ＩＧ処理では、熱処理工程の時間が長く、効率的でないこと、ＣＯＰ及び表面近傍のボイドを消滅させ、さらにＩＧ能力を付加するためには、１２００℃程度あるいはそれ以上の高温熱処理が必要となり、金属汚染やスリップが発生しやすいこと及びボイドが消滅する深さが浅いこと、に鑑み為されたものである。
【００２３】
さらに本発明は、一般的なエピタキシャルウェーハや１０００℃以上の高温熱処理が施されたウェーハでは、エピ工程や高温熱処理工程において酸素析出核が消滅してしまうことから、デバイスプロセスにおいて酸素析出物が形成されなくなりＩＧ能力が劣化すること、ＩＧ能力を付加するためにエピ工程や高温熱処理工程前に低温熱処理を施す方法においては、より優れたＩＧ能力を付加するには、熱処理時間が長くなり効率的でないこと、また、仮にエピ工程や高温熱処理でも消滅しないサイズの酸素析出物があったとしても、近年の低温化短時間化したデバイスプロセスにおいては、デバイスプロセス中の熱処理において酸素析出物の成長が期待できないこと、に鑑みなされたものである。
【００２４】
本発明の第１の目的は、デバイスプロセス前の段階において、酸素析出物の密度を高くすることとサイズを大きくすることを同時に実現することで、安定に優れたＩＧ能力を付加することができるシリコンウェーハの製造方法を提供することにある。
【００２５】
本発明の第２の目的は、ウェーハ内部に存在するＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させることと、表面近傍のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させることを簡便な熱処理により同時に実現することで、効率的にＤＺ−ＩＧ構造を形成すること、そして、形成されたＤＺ層中の酸素析出物をより完全に消滅させることで、極めて高品質のＤＺ−ＩＧ構造を効率的に形成することができるシリコンウェーハの製造方法を提供することにある。
【００２６】
また、結晶熱履歴で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をできるだけ消滅させることなく短時間で効率よく成長させ、低温化短時間化されたデバイスプロセス中であっても優れたＩＧ能力を付加することができ、近年の低温化短時間化したデバイスプロセスにおいても十分にゲッタリング能力を発揮することのできるエピタキシャルウェーハを効率的に製造することのできるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法及びシリコンエピタキシャルウェーハを提供することを目的とする。
【００２７】
上記課題を解決するために、本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、シリコンウェーハにゲッタリング能力を付加するため当該シリコンウェーハに熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法であって、酸素析出核を形成する昇温工程Ａと、前記酸素析出核を成長させる昇温工程Ｂと、前記成長した酸素析出核をさらに大きな酸素析出物に成長させる等温保持工程Ｃの少なくとも３つの工程により構成され、前記昇温工程ＡはＴ1℃からＴ2℃までＲ1℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ1℃が６５０℃以下、Ｔ2℃が７００℃以上及びＲ1℃／分が１．５℃／分以下であり、前記昇温工程ＢはＴ2℃からＴ3℃までＲ2℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ2℃が７００℃以上、Ｔ3℃が１０００℃以上及びＲ2℃／分がＲ1℃／分以上且つ７℃／分以下であることを特徴とする。上記昇温工程Ａと昇温工程Ｂと等温保持工程Ｃを工程順に連続して行うのが好ましい。
【００２８】
前記昇温工程ＡはＴ1℃からＴ2℃までＲ1℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ1℃が６５０℃以下、Ｔ2℃が７００℃以上及びＲ1℃／分が１．５℃／分以下である。
【００２９】
Ｔ1℃は低いほど析出物密度が高くなるが、析出物を形成するのに必要な工程時間が長くなってしまうので、５００℃以上とすることが好ましい。また、６５０℃を超える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。同様に、Ｔ2℃が７００℃未満であっても析出物密度が十分に得られない場合があるので７００℃以上とすることが好ましく、その上限温度は熱処理プロセス上、Ｔ3℃ということになるが、析出物密度を高くすることと工程時間を短くする観点から、Ｔ2℃は７５０℃以上８５０℃以下であることがより好ましい。
【００３０】
また、Ｒ1℃／分が低速であるほど析出物密度が高くなるため、十分な析出物密度を得るためには１．５℃／分以下が好ましいが、あまりに低速すぎると析出物を形成するのに必要な工程時間が長くなってしまうので、０．５℃／分以上とすることが好ましい。
【００３１】
この昇温工程Ａにより、酸素析出核を高密度で形成することができる。従って、酸素析出核をほとんど含んでいないエピウェーハや約１０００℃以上の熱処理があらかじめ施されたシリコンウェーハにおいても、高密度の酸素析出核を形成することができる。また、結晶熱履歴において酸素析出核が十分に形成されなかったウェーハにおいても、高密度の酸素析出核を形成することができる。従って、その後の工程において形成される酸素析出物の密度を高くすることができる。
【００３２】
さらに、デバイスプロセスにおける汚染の程度に合わせて酸素析出物の密度を変えたい場合は、たとえばＴ2℃を約７５０℃とし、Ｒ1℃／分を約１℃／分として、Ｔ1℃を変えることにより密度を容易に変えることができる。酸素析出物の密度が高くなるほどＩＧ能力が高くなることはいうまでもないが、密度を高くする場合は工程時間が長くなる。従って、必要な密度を効率的に得るために、密度を容易に変えることができる効果は重要である。
【００３３】
上記昇温工程ＢはＴ2℃からＴ3℃までＲ2℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ2℃が約７００℃以上であり、Ｔ3℃が約１０００℃以上であり、Ｒ2℃／分がＲ1℃／分以上且つ約７℃／分以下である。この昇温工程により、前記昇温工程Ａにおいて形成された酸素析出核を効率的に成長させることができる。
【００３４】
Ｔ3℃を１０００℃以上とすることにより、析出物を十分な大きさに成長させることができる。また、Ｔ3℃が高いほど析出物が大きくなるが、スリップ転位の発生や金属汚染を防ぐため、１２３０℃以下とすることが好ましく、１１５０℃以下とすることがより好ましく、１１００℃以下とすることがさらに好ましい。
【００３５】
Ｒ2℃／分は十分に低速であれば良いが、過度に低速にすると工程時間が長くなってしまう。そこで、Ｒ2℃／分をＲ1℃／分以上且つ約７℃／分以下にするのが望ましい。約７℃／分以下であれば、その前の工程で形成された酸素析出核のほとんどを消滅させることなく効率的に成長させることができる。また、析出物密度を高めるため、Ｒ1℃／分以上５℃／分以下が好ましい。
【００３６】
温度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、Ｒ2℃／分をＲ1℃／分以上の高速にすることにより短時間で成長させることができる。
【００３７】
前記等温保持工程ＣはＴ3℃でｔ時間保持する工程であって、Ｔ3℃が約１０００℃以上であり、ｔ時間が約１時間以上であることが好ましい。この等温保持工程Ｃにより、昇温工程Ｂにおいて成長した微小な酸素析出物を、ＩＧ能力を有する大きな酸素析出物に成長させることができる。従って、酸素析出物の成長が期待できないような低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいても、優れたＩＧ能力を発揮できるようになる。尚、ｔ時間が長いほど析出物のサイズが大きくなるが、工程時間が長くなり生産性が低下するので、４時間以下とすることが好ましい。
【００３８】
ここで、ＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもＩＧ能力を有すると考えられているので、実験的に検出可能なサイズであれば十分なＩＧ能力を有すると判断できる。
【００３９】
さらに、保持温度Ｔ3℃や保持時間ｔ時間を変えることにより、酸素析出物のサイズを容易に変えることができる。酸素析出物のサイズを大きくするほどＩＧ能力が高くなると考えられるが、工程時間が長くなる。従って、必要な酸素析出物のサイズを効率的に得るために、サイズを容易に変えることができる効果も重要である。
【００４０】
昇温工程Ａと昇温工程Ｂの間、及び昇温工程Ｂと等温保持工程Ｃの間においてウェーハを熱処理炉外に取り出すこともできるが、上記３工程を連続して行うことにより全体の工程時間を短縮することができる。
【００４１】
この等温保持工程Ｃの後、ウェーハを熱処理炉外に出す際の熱処理炉内温度やその温度までの降温速度は問わないが、熱応力によるスリップが発生しないように決定することが望ましい。たとえば、熱処理炉内温度をＴ3℃から８００℃まで２℃／分で降温した後、ウェーハを熱処理炉外に取り出すことができる。
【００４２】
本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果を十分に得るためには、シリコンウェーハの酸素濃度が約１７ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ、核形成速度及び成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。酸素濃度が低くても、例えばＴ1℃を低温にしたり、Ｒ1℃／分やＲ2℃／分を低速にすることにより、本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果を得ることができる。
【００４３】
本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、エピタキシャルウェーハや１０００℃以上（特に１１００℃以上）の熱処理があらかじめ施されたシリコンウェーハに対しても効果的に適用することができる。
【００４４】
上述のことから、本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様により、デバイスプロセス前の段階において、酸素析出物の密度を高くすることとサイズを大きくすることを同時に実現できる。従って、酸素析出核をほとんど含んでいないウェーハにおいても、大きな酸素析出物を高密度で形成することができ、酸素析出物の成長が期待できない低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいても優れたＩＧ能力を発揮できるようになる。
【００４５】
本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様の付加的な効果として、熱応力によるスリップ転位の発生を抑制する効果が挙げられる。スリップを構成している転位は酸素析出物によりピンニングされることが知られている。従って、本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様により大きな酸素析出物が高密度で形成されれば、転位がピンニングされる確率が高くなりスリップ転位の発生が抑制される。
【００４６】
本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハに対し、５００℃〜７００℃の範囲内の温度Ｔ4℃で所定時間ｔ1保持し、次いで５℃／分以下の昇温速度Ｒ℃／分で１０００℃〜１２３０℃の範囲内の温度Ｔ5℃まで昇温し、この温度Ｔ5℃で所定時間ｔ2保持することにより、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させることを特徴とする。
【００４７】
このように、低温（Ｔ4℃）から高温（Ｔ5℃）まで５℃／分以下の昇温速度でゆっくりと昇温して高温で所定時間保持することにより、バルク中のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させることなく効率的にゲッタリング能力を有するサイズ以上に成長させることができる。また、それと同時にウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させることにより、酸素析出核を消滅させることができるので、ウェーハ表面近傍には酸素析出物のないＤＺ層が形成される。すなわち、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様によれば、簡便な１ステップの熱処理のみでＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【００４８】
ここで、ＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもＩＧ能力を有すると考えられているので、実験的に検出可能なサイズであれば十分なＩＧ能力を有すると判断できる。従って、ゲッタリング能力を有するサイズとしては、直径約４０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、酸素析出物サイズの上限は問わないが、大きく成長させるには熱処理時間が長くかかるので直径１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４９】
前記温度Ｔ5℃が約１０００℃よりも低くなると、大きな酸素析出物に成長させるための時間が長くなり、全体の工程時間が長くなってしまう。Ｔ5℃が高いほど大きな酸素析出物に成長させるための時間が短くなり、全体の工程時間を短くすることができるが、約１２３０℃を超える高温では熱処理炉からの金属汚染が顕著になるため、１２３０℃以下とすることが好ましい。
【００５０】
前記温度Ｔ4℃は低いほど析出物密度が高くなるが、工程時間が長くなってしまうので、約５００℃以上とするのが好ましい。また、約７００℃を越える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。同様に、昇温速度Ｒ℃／分が低速であるほど析出物密度が高くなるが、あまり低速すぎると工程時間が長くなってしまうので、約１℃／分以上とするのが好ましい。昇温速度Ｒ℃／分が約５℃／分を越える高速になるとＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が成長できず消滅してしまう割合が高くなり、析出物密度が十分に得られない場合がある。
【００５１】
前記Ｔ4℃からＴ5℃への昇温速度Ｒ℃／分を５℃／分以下とすることにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させることができる。すなわち、結晶育成工程で形成された既存のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるので、酸素析出核を新たに形成するための熱処理工程が無くても析出物密度を十分に高くすることができ、しかも、全体の工程時間を短くすることができる。
【００５２】
また、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様において、前記Ｔ4℃からＴ5℃まで昇温する前に、Ｔ4℃における保持時間ｔ1は０分でも構わないが１５分以上とすることがより好ましい。これにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核がより消滅しにくくなり、さらにＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核に加えて新たな酸素析出核を発生させることができ、より高密度の酸素析出核を形成することができる。また、保持時間ｔ1を長くすると工程時間が長くなってしまうことから、約６０分以下とするのが好ましい。
【００５３】
なお、前記温度Ｔ4℃が低いほど、またＴ4℃での保持時間ｔ1が長いほど、また昇温速度が遅いほど、昇温工程中に新たな析出核が形成され、析出物密度が高くなる。
【００５４】
前記温度Ｔ5℃での保持時間ｔ2は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズに確実に成長させるため、また、十分な幅をもつＤＺ層を形成するため約３０分以上であることが好ましい。保持時間ｔ2が長いほどバルク中の酸素析出物のサイズが大きくなり、表面近傍のＤＺ幅を広げることができるが、工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましく、約２時間以下とするのがより好ましい。一方、保持時間ｔ2が約３０分より短くなると、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの
酸素析出物やＤＺ幅が得られなくなる可能性が生ずることになる。
【００５５】
本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程昇温開始温度Ｔ4℃を低くしたり、Ｔ5℃での保持時間を長くすることにより、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様の効果が得られる。従って、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様において酸素濃度の上限は問わないが、シリコン単結晶製造の容易性を考慮すると約２３ｐｐｍａ以下が好ましい。
【００５６】
また、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様によれば、デバイスプロセス中の熱応力によるスリップ転位の発生を抑制する効果が得られる。スリップを構成している転位は酸素析出物によりピンニングされることが知られている。従って、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様により、ある程度の大きなサイズを有する酸素析出物が高密度で形成されれば、転位がピンニングされる確率が高くなりスリップ転位の発生が抑制される。すなわち、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、熱処理によりスリップ転位の発生し易い直径３００ｍｍ以上の大口径ウェーハに特に好適に用いることができる。スリップ転位の発生を抑制するためには前記温度Ｔ5℃を１２００℃以下とすることが好ましく、約１１５０℃以下とするのがより好ましい。
【００５７】
さらに、シリコン単結晶の育成の際にボイド欠陥の発生を抑制した条件で引き上げられたシリコン単結晶から作製された、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない低欠陥ウェーハに対して本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様を適用することにより、１２００℃程度の高温熱処理を施すことなしに、酸素析出物だけでなくＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない極めて高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。これは、スリップの発生を抑制するという観点から、今後の主流となる３００ｍｍウェーハにおいて特に有効である。
【００５８】
ここで、上記低欠陥ウェーハは、たとえば特開平１１−１４７７８６号、特開平１１−１５７９９６号などに記載されているように、結晶の引き上げ速度Ｖと引き上げ結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの比Ｖ／Ｇを制御して引き上げる公知技術を用いて得ることができる。
【００５９】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハにゲッタリング能力を付加するため当該シリコンウェーハに熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法であって、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させる昇温工程Ａ1と、より高温の保持温度まで昇温する昇温工程Ｂ1と、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させる等温保持工程Ｃ1の少なくとも３つの工程により構成され、前記昇温工程Ａ1はＴ6℃からＴ7℃までＲ3℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ6℃が７００℃以下、Ｔ7℃が８００℃〜１０００℃、Ｒ3℃／分が３℃／分以下であり、前記昇温工程Ｂ1はＴ7℃からＴ8℃までＲ4℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ7℃が８００℃〜１０００℃、Ｔ8℃が１０５０℃〜１２３０℃、Ｒ4℃／分が５℃／分以上であることを特徴とする。上記昇温工程Ａ1と昇温工程Ｂ1と等温保持工程Ｃ1を工程順に連続して行うことが望ましい。
【００６０】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様において、上記昇温工程Ａ1はＴ6℃からＴ７℃までＲ3℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ6℃が７００℃以下であり、Ｔ7℃が８００℃〜１０００℃であり、Ｒ3℃／分が３℃／分以下である。
【００６１】
Ｔ6℃は低いほど成長可能なＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることにより析出物密度が高くなるが、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるのに必要な工程時間が長くなってしまうので、５００℃以上とすることが好ましい。また、７００℃を越える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。
【００６２】
Ｔ7℃が８００℃未満であると前記昇温工程Ａ1においてＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が十分に成長できず、その後の昇温工程Ｂ1で消滅する割合が高くなり、析出物密度が十分に得られない場合がある。Ｔ7℃が１０００℃を越える温度であると、表面近傍のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核も大きく成長してしまい、その後の昇温工程Ｂ1及び等温保持工程Ｃ1を経ても表面近傍に残存して、ＤＺ層中の析出物密度が増加してしまう場合がある。
【００６３】
また、Ｒ3℃／分が低速であるほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が消滅せずに成長する割合が高くなることにより析出物密度が高くなるため、十分な析出物密度を得るためには３℃／分以下が好ましいが、あまり低速すぎると工程時間が長くなってしまい効率的でなくなるので、０．５℃／分以上とすることが好ましい。
【００６４】
この昇温工程Ａ1により、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させることができる。すなわち、結晶育成工程で形成された既存のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるので、酸素析出核を新たに形成するための熱処理工程が無くても析出物密度を十分に高くすることができ、しかも、全体の工程時間を短くすることができる。
【００６５】
また、前記昇温工程Ａ1のＴ6℃からＴ7℃まで昇温する前に、Ｔ6℃における保持時間ｔ3は０分でも構わないが、３０分以上とすることがより好ましい。これにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核がより消滅しにくくなり、さらにＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核に加えて新たな酸素析出核を発生させることができ、より高密度の酸素析出核を形成することができる。また、保持時間ｔ1を長くすると工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましい。
【００６６】
上記昇温工程Ｂ１はＴ７℃からＴ８℃までＲ４℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ７℃が８００℃〜１０００℃であり、Ｔ８℃が１０５０℃〜１２３０℃であり、Ｒ４℃／分が５℃／分以上である。この昇温工程Ｂ１において、短時間で高温まで昇温することにより表面近傍における酸素析出物の成長を抑えることができ、その後の等温保持工程Ｃ１において表面近傍の酸素析出物を消滅しやすくすることができる。
【００６７】
Ｔ8℃を１０５０℃以上とすることにより、効率的にバルク中の酸素析出物を十分な大きさに成長させるとともに、表面近傍の酸素を外方拡散させることにより、表面近傍の酸素析出物を消滅させることができる。また、Ｔ8℃が高いほどバルク中の析出物が大きくなり、またＤＺ幅が広くなるが、約１２３０℃を超える高温では熱処理炉からの金属汚染が顕著になるので１２３０℃以下とすることが好ましい。
【００６８】
Ｒ4℃／分が５℃／分未満であると表面近傍の酸素析出物が大きく成長してしまい、その後の等温保持工程Ｃ1において消滅しにくくなる。しかし、Ｒ4℃／分が高速すぎるとバルク中の酸素析出物も消滅する割合が高くなり析出物密度が低下してしまうので、１０℃／分以下であることが望ましい。
【００６９】
前記等温保持工程Ｃ1はＴ8℃でｔ4時間保持する工程であって、Ｔ8℃が１０５０℃〜１２３０℃であり、ｔ4時間が３０分以上であることが好ましい。この等温保持工程Ｃ1により、その前の昇温工程Ａ1及び昇温工程Ｂ1において成長した微小な酸素析出物を、バルク中ではＩＧ能力を有する大きな酸素析出物に成長させることができ、表面近傍では消滅させることができる。従って、無欠陥のＤＺ層と優れたＩＧ能力を有するＩＧ層を兼ね備えた高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【００７０】
ここで、ＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもＩＧ能力を有すると考えられているので、実験的に検出可能なサイズであれば十分なＩＧ能力を有すると判断できる。従って、ゲッタリング能力を有するサイズとしては、直径４０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、酸素析出物サイズの上限は問わないが、大きく成長させるには熱処理時間が長くかかるので直径１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００７１】
前記Ｔ8℃での保持時間ｔ4が長いほどバルク中の酸素析出物のサイズが大きくなり、またＤＺ幅が広くなるが、工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましい。一方、保持時間ｔ4が約３０分より短くなると、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの酸素析出物やＤＺ幅が得られなくなる可能性が生ずることになる。
【００７２】
さらに、保持温度Ｔ8℃や保持時間ｔ4を変えることにより、酸素析出物のサイズやＤＺ幅を容易に変えることができる。酸素析出物のサイズを大きくするほどＩＧ能力が高くなると考えられるが、工程時間が長くなる。従って、必要な酸素析出物のサイズやＤＺ幅を効率的に得るために、酸素析出物のサイズやＤＺ幅を容易に変えることができる効果も重要である。
【００７３】
昇温工程Ａ1と昇温工程Ｂ1の間、及び昇温工程Ｂ1と等温保持工程Ｃ1の間においてウェーハを炉外に取り出すこともできるが、上記３工程を連続して行うことにより全体の工程時間を短縮することができる。
【００７４】
前記等温保持工程Ｃ1の後、ウェーハを熱処理炉外に出す際の熱処理炉内温度やその温度までの降温速度は問わないが、熱応力によるスリップが発生しないように決定することが望ましい。たとえば、熱処理炉内温度をＴ8℃から７００℃まで３℃／分で降温した後、ウェーハを熱処理炉外に取り出すことができる。
【００７５】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１４ｐｐｍａ〜１７ｐｐｍａであることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができるが、酸素濃度が高すぎると表面近傍の析出物が消滅しにくくなってしまう。また、酸素濃度が低くなるとシリコン単結晶の育成工程で形成されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が低くなり、析出物密度が低くなってしまう。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程Ａ1の昇温開始温度Ｔ6℃を低くしたり、Ｒ3℃／分を低速にすることにより、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果が得られる。
【００７６】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様によれば、デバイスプロセス中の熱応力によるスリップ転位の発生を抑制する効果が得られる。スリップを構成している転位は酸素析出物によりピンニングされることが知られている。従って、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様により、大きなサイズを有する酸素析出物が高密度で形成されれば、転位がピンニングされる確率が高くなりスリップ転位の発生が抑制される。すなわち、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、熱処理によりスリップ転位の発生し易い直径３００ｍｍ以上の大口径ウェーハに特に好適に用いることができる。
【００７７】
スリップ転位の発生を抑制するためには前記温度Ｔ8℃を１２００℃以下とすることが好ましく、約１１５０℃以下とするのがより好ましい。
【００７８】
さらに、シリコン単結晶の育成の際にボイド欠陥の発生を抑制した条件で引き上げられたシリコン単結晶から作製された、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない低欠陥ウェーハに対して本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様を適用することにより、酸素析出物だけでなくＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない極めて高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。これは、スリップの発生を抑制するという観点から、今後の主流となる３００ｍｍウェーハにおいて特に有効である。
【００７９】
ここで、上記低欠陥ウェーハは、たとえば特開平１１−１４７７８６号、特開平１１−１５７９９６号などに記載されているように、結晶の引き上げ速度Ｖと引き上げ結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの比Ｖ／Ｇを制御して引き上げる公知技術を用いて得ることができる。
【００８０】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様は、シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハに対し、５００℃〜７００℃の範囲内の温度Ｔ9℃で所定時間ｔ5保持し、ついで１℃／分以上５℃／分以下の昇温速度Ｒ5℃／分で８００℃〜９００℃の範囲内の温度Ｔ10℃まで昇温し、この温度Ｔ10℃で所定時間ｔ6保持することにより、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、その後のエピタキシャル成長工程において消滅しないサイズ以上に成長させた後、前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル成長を行うことを特徴とする。
【００８１】
このように、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をエピタキシャル成長工程において消滅しないサイズに成長させた後にエピタキシャル成長を行えば、エピ工程直後の酸素析出物は十分なＩＧ能力を有するほど大きくないが、エピ工程後のデバイスプロセスによりＩＧ能力を有するサイズに成長することで、優れたＩＧ能力が付加されることになる。
【００８２】
前記温度Ｔ10℃が約９００℃より高くても良いが、昇温の時間とＴ10℃での保持工程後の降温工程の時間が長くなってしまう。また、Ｔ10℃が約８００℃よりも低くなると酸素析出物の成長速度が遅くなるので、エピタキシャル成長工程において消滅しないサイズに成長させるための時間が長くなり、全体の工程時間が長くなってしまう。
【００８３】
前記温度Ｔ9℃は低いほど析出物密度が高くなるが、工程時間が長くなってしまうので、約５００℃以上とするのが好ましい。また、約７００℃を越える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。同様に、昇温速度Ｒ5℃／分が低速であるほど析出物密度が高くなるが、あまり低速すぎると工程時間が長くなってしまうので、約１℃／分以上とするのが好ましい。昇温速度Ｒ5℃／分が約５℃／分を越える高速になるとＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が成長できず消滅してしまう割合が高くなり、析出物密度が十分に得られない場合がある。
【００８４】
前記Ｔ9℃からＴ10℃への昇温を昇温速度１℃／分以上５℃／分以下とすることにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させることができる。すなわち、結晶育成工程で形成された既存のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるので、酸素析出核を新たに形成するための熱処理工程が無くても析出物密度を十分に高くすることができ、しかも、全体の工程時間を短くすることができる。
【００８５】
また、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様において、前記Ｔ9℃からＴ10℃まで昇温する前に、Ｔ9℃における保持時間ｔ5は０分でも構わないが１５分以上とすることがより好ましい。これにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が昇温工程中でより消滅しにくくなり、さらにＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核に加えて新たな酸素析出核を発生させることができ、より高密度の酸素析出核を形成することができる。また、保持時間ｔ5を長くすると工程時間が長くなってしまうことから、約６０分以下とするのが好ましい。
【００８６】
なお、前記温度Ｔ9℃が低いほど、またＴ9℃での保持時間ｔ5が長いほど、またＲ5℃／分が遅いほど、昇温工程中に新たな析出核が形成され、析出物密度が高くなる。
【００８７】
前記Ｔ10℃での保持時間ｔ6は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、その後に１０５０℃〜１２００℃程度の高温で行われるエピタキシャル成長工程において消滅しないサイズ（３ｎｍ〜４ｎｍ程度）以上に確実に成長させるため、約３０分以上であることが好ましい。サイズ３ｎｍ〜４ｎｍは、古典論により計算された、エピ工程温度１１５０℃における臨界サイズ（直径）である。保持時間ｔ6が長いほど酸素析出物のサイズが大きくなるが、工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましく、約２時間以下とすることがより好ましい。一方、保持時間ｔ6が約３０分より短くなると、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの酸素析出物が得られなくなる可能性が生ずることになる。また、保持時間ｔ6が０分であるとＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の成長が不十分であるため、エピ工程で消滅してしまう割合が多くなり、デバイスプロセス後に検出可能な酸素析出物密度が低下してしまう。
【００８８】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程昇温開始温度Ｔ9℃を低くしたり、Ｔ10℃での保持時間を長くすることにより、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の効果が得られる。従って、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様において酸素濃度の上限は問わないが、シリコン単結晶製造の容易性を考慮すると約２３ｐｐｍａ以下が好ましい。
【００８９】
上述のことから、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様により、優れたゲッタリング能力を有するシリコンエピタキシャルウェーハを、効率的に得ることができる。
【００９０】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様は、シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハに対し、５００℃〜７００℃の範囲内の温度Ｔ11℃で所定時間ｔ7保持し、ついで５℃／分以下の昇温速度Ｒ6℃／分で１０００℃〜１１００℃の範囲内の温度Ｔ12℃まで昇温し、この温度Ｔ12℃で所定時間ｔ8保持することにより、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させた後、前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル成長を行うことを特徴とする。
【００９１】
このように、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させた後にエピタキシャル成長を行えば、エピタキシャル成長工程中における酸素析出物の再溶解は起こらず、デバイスプロセスに投入する前にゲッタリング能力を有するサイズの酸素析出物が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハを得ることができる。
【００９２】
ここで、ＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもＩＧ能力を有すると考えられているので、実験的に検出可能なサイズであれば十分なＩＧ能力を有すると判断できる。従って、ゲッタリング能力を有するサイズとしては、直径約４０ｎｍ以上とすることが好ましい。このサイズ以上であれば、エピタキシャル工程において消滅せず、十分にＩＧ能力を維持できる。また、酸素析出物サイズの上限は問わないが、大きく成長させるには熱処理時間が長くかかるので直径１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００９３】
前記温度Ｔ12℃が約１０００℃よりも低くなると、大きな酸素析出物に成長させるための時間が長くなり、全体の工程時間が長くなってしまう。Ｔ12℃が高いほど大きな酸素析出物に成長させるための時間が短くなり、全体の工程時間を短くすることができるが、当該熱処理中や、後のエピ工程におけるスリップ転位の発生を十分に抑制するためには、約１１００℃以下とするのが好ましい。
【００９４】
前記温度Ｔ11℃は低いほど析出物密度が高くなるが、工程時間が長くなってしまうので、約５００℃以上とするのが好ましい。また、約７００℃を越える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。同様に、昇温速度Ｒ6℃／分が低速であるほど析出物密度が高くなるが、あまり低速すぎると工程時間が長くなってしまうので、約１℃／分以上とするのが好ましい。昇温速度Ｒ6℃／分が約５℃／分を越える高速になるとＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が成長できず消滅してしまう割合が高くなり、析出物密度が十分に得られない場合がある。
【００９５】
前記Ｔ１１℃からＴ１２℃への昇温速度Ｒ ６ ℃／分を５℃／分以下とすることにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させることができる。すなわち、結晶育成工程で形成された既存のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるので、酸素析出核を新たに形成するための熱処理工程が無くても析出物密度を十分に高くすることができ、しかも、全体の工程時間を短くすることができる。
【００９６】
また、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様において、前記Ｔ11℃からＴ12℃まで昇温する前に、Ｔ11℃における保持時間ｔ7は０分でも構わないが、１５分以上とすることがより好ましい。これにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が昇温工程中でより消滅しにくくなり、さらにＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核に加えて新たな酸素析出核を発生させることができ、より高密度の酸素析出核を形成することができる。また、保持時間ｔ7を長くすると工程時間が長くなってしまうことから、約６０分以下とすることが好ましい。
【００９７】
なお、前記温度Ｔ11℃が低いほど、またＴ11℃での保持時間ｔ7が長いほど、また昇温速度が遅いほど、昇温工程中に新たな析出核が形成され、析出物密度が高くなる。
【００９８】
前記温度Ｔ12℃での保持時間ｔ8は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズに確実に成長させるため、約３０分以上であることが好ましい。保持時間ｔ8が長いほど酸素析出物のサイズが大きくなるが、工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましく、約２時間以下とすることがより好ましい。一方、保持時間ｔ8が約３０分に達しないと、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの酸素析出物が得られなくなる可能性が生ずることになる。
【００９９】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程昇温開始温度Ｔ11℃を低くしたり、Ｔ12℃での保持時間を長くすることにより、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の効果が得られることは容易に想像される。従って、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様において酸素濃度の上限は問わないが、シリコン単結晶製造の容易性を考慮すると約２３ｐｐｍａ以下が好まし
い。
【０１００】
上述のことから、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様により、優れたゲッタリング能力を有するシリコンエピタキシャルウェーハを、効率的に得ることができる。
【０１０１】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の付加的な効果として、デバイスプロセス中の熱応力によるスリップ転位の発生を抑制する効果が挙げられる。スリップを構成している転位は酸素析出物によりピンニングされることが知られている。従って、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様により、デバイスプロセス投入前にある程度の大きなサイズを有する酸素析出物が高密度で形成されれば、転位がピンニングされる確率が高くなりスリップ転位の発生が抑制される。従って、今後の主流となる３００ｍｍウェーハ（エピタキシャルウェーハ）において特に有効である。
【０１０２】
本シリコンエピタキシャルウェーハの第１の態様は、１０００℃、２時間の熱処理前にバルク中に検出される酸素析出物密度が１×１０9／ｃｍ3未満であり、１０００℃、２時間の熱処理後にバルク中に検出される酸素析出物密度が１×１０9／ｃｍ3以上であることを特徴とする。
【０１０３】
このように、本シリコンエピタキシャルウェーハの第１の態様は、低温化短時間化されたデバイスプロセスを模擬した１０００℃、２時間程度の熱処理においても、確実にゲッタリング能力を有するサイズ（光学的測定装置で検出可能な直径約４０ｎｍ以上）の酸素析出物密度が１×１０9／ｃｍ3以上得られるので、低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいても十分にゲッタリング能力を有するものである。尚、酸素析出物密度が高いほど優れたＩＧ能力を有することになるが、固溶酸素濃度の減少によるウェーハ強度の低下が生ずる場合があるので、１０００℃、２時間の熱処理後の酸素析出物密度は１×１０12／ｃｍ3以下とすることが好ましい。
【０１０４】
また、本シリコンエピタキシャルウェーハの第２の態様は、エピタキシャル層形成後の未熱処理の状態でバルク中に検出される酸素析出物密度が１×１０9／ｃｍ3以上であることを特徴とする。
【０１０５】
このように、本シリコンエピタキシャルウェーハの第２の態様は、低温化短時間化されたデバイスプロセスに投入する前の未熱処理（エピタキシャル成長後に熱処理が行われていないことを意味する。）の状態で、確実にゲッタリング能力を有するサイズ（光学的測定装置で検出可能な直径約４０ｎｍ以上で、好ましくは直径１００ｎｍ以下）の酸素析出物密度が１×１０9／ｃｍ3以上得られるので、低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいてもプロセスの初期段階から十分にゲッタリング能力を有するものである。尚、酸素析出物密度が高いほど優れたＩＧ能力を有することになるが、固溶酸素濃度の減少によるウェーハ強度の低下が生ずる場合があるので、前記酸素析出物密度は１×１０12／ｃｍ3以下とすることが好ましい。
【０１０６】
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明するが、本発明の技術思想から逸脱しない限り図示例以外に種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【０１０７】
図１は本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図２は図１の工程順の要部を模式的に示す説明図である。本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、図１及び図２に示したように、酸素析出核を形成する昇温工程Ａ（ステップ１０４）と、酸素析出核を成長させる昇温工程Ｂ（ステップ１０６）と、さらに大きな酸素析出物に成長させる等温保持工程Ｃ（ステップ１０８）の３つの工程を必須の工程とするものである。なお、図１及び図２には好ましい例として、昇温工程Ａ（１０４）と昇温工程Ｂ（１０６）と等温保持工程Ｃ（１０８）を連続して行う場合が示されている。
【０１０８】
図１に示したように、まず熱処理を施す対象となるウェーハを準備する（ステップ１００）。そのウェーハをＴ1℃に保持されている熱処理炉内に挿入する（ステップ１０２）。ここで、Ｔ1℃を約６５０℃以下とするのが好ましい。次に、図２によく示されているように、炉内温度をＴ1℃からＴ2℃までＲ1℃／分の速度で昇温する（昇温工程Ａ：ステップ１０４）。ここで、Ｔ2℃を約７００℃以上とし、Ｒ1℃／分を約１．５℃／分以下とするのが好ましい。この昇温工程Ａ（ステップ１０４）において、酸素析出核を高密度で形成することができる。このことにより、熱処理前の段階で酸素析出核をほとんど含んでいないウェーハにおいても、酸素析出核を高密度で形成することができる。あらかじめ酸素析出核を含んでいるウェーハにおいては、より高密度の酸素析出核が形成されることになる。
【０１０９】
デバイスプロセスにおける汚染の程度に合わせて酸素析出物の密度を変えたい場合は、たとえばＴ2℃を約７５０℃とし、Ｒ1℃／分を約１℃／分として、Ｔ1℃を変えることにより密度を容易に変えることができる。
【０１１０】
次に、熱処理炉内温度をＴ2℃からＴ3℃までＲ2℃／分の速度で昇温する（昇温工程Ｂ：ステップ１０６）。ここで、Ｔ3℃を約１０００℃以上とし、Ｒ2℃／分をＲ1℃／分以上且つ約７℃／分以下とするのが好ましい。この昇温工程Ｂ（ステップ１０６）において、その前の工程で形成された酸素析出核を効率的に成長させることができる。
【０１１１】
尚、昇温工程Ａ、Ｂの昇温速度Ｒ1℃／分、Ｒ2℃／分をそれぞれ一定の昇温速度とすれば、昇温工程が複雑にならないので好適であるが、それぞれの工程の途中で昇温速度を切り替えることもできる。例えば昇温工程Ｂにおいて、一旦Ｒ2℃／分で昇温を開始し、Ｔ3℃に到達する前の温度においてＲ2℃／分より高速の昇温速度に切り替えれば、工程時間を若干短縮することができる。
【０１１２】
次に、Ｔ3℃においてｔ時間保持する（等温保持工程Ｃ：ステップ１０８）。ここで、Ｔ3℃を約１０００℃以上とし、ｔ時間を約１時間以上とするのが好適である。この等温保持工程Ｃ（ステップ１０８）において、その前の昇温工程Ａ及びＢで形成された微小な酸素析出物をＩＧ能力を有する大きな酸素析出物に成長させることができる。この様に等温保持工程Ｃは前工程で形成（成長）した析出物をさらに成長させることを目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、文字通り一定温度に保持することだけに限定されず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。
【０１１３】
さらに、等温保持工程Ｃ（ステップ１０８）におけるＴ3℃及びｔ時間を変えることにより、酸素析出物のサイズを容易に変えることができる。酸素析出物のサイズを大きくするほどＩＧ能力が高くなると考えられるが、工程時間が長くなる。従って、必要な酸素析出物のサイズを効率的に得るために、サイズを容易に変えることができる効果は重要である。
【０１１４】
ここで、酸素析出物の成長が期待できないようなデバイスプロセスに投入されるシリコンウェーハを作製する場合には、等温保持工程ＣのＴ3℃を１０００℃以上とすることが好適であるが、酸素析出物の成長が期待できるようなデバイスプロセスの場合であって、熱処理後に酸素析出物が実験的に検出されなくても良い場合に本発明を適用する際には、等温保持工程のＴ3℃を１０００℃以下の温度、たとえば８００℃とすることができる。
【０１１５】
上記熱処理後、たとえば熱処理炉内温度をＴ3℃から８００℃まで２℃／分で降温した（降温工程Ｄ：ステップ１１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ１１２）。
【０１１６】
本熱処理方法の効果を十分に得るためには、シリコンウェーハの酸素濃度が約１７ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ、核形成速度及び成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短時間になる。
【０１１７】
図３は本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図４は図３の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【０１１８】
図３に示したように、まず熱処理を施す対象となるＧｒｗｏｎ−ｉｎ析出核を有するウェーハを準備する（ステップ２００）。このウェーハは通常のＣＺ法により育成されたシリコン単結晶をウェーハに加工して得ることができる。そのウェーハを熱処理炉に挿入する（ステップ２０２）。この熱処理炉はＴ4℃（５００℃〜７００℃）に維持されており、次の昇温工程を行う前に、挿入されたウェーハはＴ4℃において所定時間（ｔ1時間）、好ましくは１５分以上保持される（昇温前保持工程：ステップ２０４）。次に、図４によく示されているように、炉内温度をＴ4℃から１０００℃〜１２３０℃の間に設定されたＴ5℃まで５℃／分以下の昇温速度Ｒ℃／分で昇温する（昇温工程：ステップ２０６）。この昇温工程（ステップ２０６）において、高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させずに効率的に成長させることができる。
【０１１９】
デバイスプロセスの汚染の程度に合わせて酸素析出物の密度を変えたい場合は、たとえば、Ｔ5℃を約１１００℃とし、昇温速度Ｒ℃／分を約３℃／分に固定して、Ｔ4℃を変えることにより密度を容易に変えることができる。
【０１２０】
次に、Ｔ5℃において所定時間（ｔ2時間）保持する（昇温後保持工程：ステップ２０８）。ここで、保持時間を約３０分以上とするのが好適である。この昇温後保持工程（ステップ２０８）において、その前の昇温工程（ステップ２０６）で成長したバルク中の微小な酸素析出物を所望のサイズである直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度、好ましくは約５０ｎｍ以上のサイズを有する酸素析出物に成長させると同時に、表面近傍の酸素を外方拡散させることにより酸素析出核を消滅させ、酸素析出物のないＤＺ層を形成することができる。
【０１２１】
このようにＴ5℃での昇温後保持工程（ステップ２０８）は昇温工程（ステップ２０６）で成長したバルク中の酸素析出物をさらに成長させること、および表面近傍の酸素の外方拡散を目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、一定温度に保持することだけに限らず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。さらに、昇温後保持工程（ステップ２０８）におけるＴ5℃及び保持時間ｔ2を変えることにより、酸素析出物のサイズを容易に変えることができる。
【０１２２】
なお、熱処理されるウェーハに関して、不純物添加の有無や不純物濃度は問わない。たとえば、窒素添加ウェーハでも窒素無添加ウェーハとほぼ同様な効果が得られる。
【０１２３】
上記熱処理後、例えば、熱処理炉内温度をＴ5℃から７００℃まで２℃／分で降温した（降温工程：ステップ２１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ２１２）。なお、上記降温速度及び降温後到達温度については特別の限定はない。
【０１２４】
上記熱処理の雰囲気は問わない。例えば、酸素雰囲気、酸素と窒素の混合雰囲気、アルゴン雰囲気、水素雰囲気などがある。アルゴンや水素の非酸化性雰囲気の場合は、ウェーハ表面に酸化膜が形成されないので、酸化性雰囲気の場合と比べると酸素の外方拡散が促進され、より好ましい場合がある。
【０１２５】
本熱処理方法の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。
【０１２６】
図５は本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図６は図５の工程順の要部を模式的に示す説明図である。本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、図５及び図６に示したように、シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させる昇温工程Ａ1（ステップ３０４）と、より高温の保持温度まで効率的に昇温する昇温工程Ｂ1（ステップ３０６）と、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させる等温保持工程Ｃ1（ステップ３０８）の３つの工程を必須の工程とするものである。なお、図５及び図６には好ましい例として、昇温工程Ａ1（ステップ３０４）と昇温工程Ｂ1（ステップ３０６）と等温保持工程Ｃ1（ステップ３０８）を連続して行う場合が示されている。
【０１２７】
図５に示したように、まず熱処理を施す対象となるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するウェーハを準備する（ステップ３００）。このウェーハは通常のＣＺ法により育成されたシリコン単結晶をウェーハに加工して得ることができる。そのウェーハをＴ6℃に保持されている熱処理炉内に挿入する（ステップ３０２）。ここで、Ｔ6℃を７００℃以下とするのが好ましい。次に、図６に良く示されているように、炉内温度をＴ6℃からＴ7℃までＲ3℃／分の速度で昇温する（昇温工程Ａ1：ステップ３０４）。ここで、Ｔ7℃を８００℃〜１０００℃とし、Ｒ3℃／分を３℃／分以下とするのが好ましい。また、昇温工程Ａ1（ステップ３０４）のＴ6℃からＴ7℃まで昇温する前に、Ｔ6℃における保持時間ｔ3は０分でも構わないが、３０分以上とすることがより好ましい。この昇温工程Ａ1（ステップ３０４）において、高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させずに効率的に成長させることができる。
【０１２８】
次に、熱処理炉内温度をＴ7℃からＴ8℃までＲ4℃／分の速度で昇温する（昇温工程Ｂ1：ステップ３０６）。ここで、Ｔ8℃を１０５０℃〜１２３０℃とし、Ｒ4℃／分を５℃／分以上とするのが好ましい。この昇温工程Ｂ1（ステップ３０６）において、より高温の保持温度まで短時間で昇温させることにより、必要以上に析出物が成長することを避けて表面近傍の析出物を消滅しやすくさせることができる。
【０１２９】
次に、Ｔ8℃においてｔ4時間保持する（等温保持工程Ｃ1：ステップ３０８）。ここで、Ｔ8℃を１０５０℃〜１２３０℃とし、ｔ4時間を約３０分以上とするのが好適である。この等温保持工程Ｃ1（ステップ３０８）において、その前の昇温工程（ステップ３０４及び３０６）で成長したバルク中の微小な酸素析出物を所望のサイズである直径約４０ｎｍ以上、好ましくは約５０ｎｍ以上のサイズを有する酸素析出物に成長させると同時に、表面近傍の酸素を外方拡散させることにより酸素析出物を消滅させ、酸素析出物のないＤＺ層を形成することができる。
【０１３０】
この場合、第２の実施形態で形成されたＤＺ層と比較すると、表面近傍の酸素析出物をより完全に消滅させることができるので、極めて高品質のＤＺ層を効率的に得ることができる。
【０１３１】
このようにＴ8℃での等温保持工程Ｃ1（ステップ３０８）は昇温工程（ステップ３０４及び３０６）で成長したバルク中の酸素析出物をさらに成長させること、及び表面近傍の酸素の外方拡散を目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、一定温度に保持することだけに限らず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。さらに、等温保持工程Ｃ1（ステップ３０８）におけるＴ8℃及び保持時間ｔ4を変えることにより、酸素析出物のサイズやＤＺ幅を容易に変えることができる。
【０１３２】
尚、熱処理されるウェーハに関して、不純物添加の有無や不純物濃度は問わない。たとえば、窒素添加ウェーハでも窒素無添加ウェーハとほぼ同様な効果が得られる。
【０１３３】
上記熱処理後、例えば、熱処理炉内温度をＴ8から７００℃まで３℃／分で降温した（降温工程Ｄ１：ステップ３１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ３１２）。なお、上記降温速度及び降温後到達温度については特別の限定はない。
【０１３４】
上記熱処理の雰囲気は問わない。例えば、酸素雰囲気、酸素と窒素の混合雰囲気、アルゴン雰囲気、水素雰囲気などがある。アルゴンや水素の非酸化性雰囲気の場合は、ウェーハ表面に酸化膜が形成されないので、酸化性雰囲気の場合と比べると酸素の外方拡散が促進され、より好ましい場合がある。
【０１３５】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１４ｐｐｍａ〜１７ｐｐｍａであることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができるが、酸素濃度が高すぎると表面近傍の析出物が消滅しにくくなってしまう。また、酸素濃度が低くなるとシリコン単結晶の育成工程で形成されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が低くなり、析出物の密度が低くなってしまう。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程Ａ1の昇温開始温度Ｔ6℃を低くしたり、Ｒ3℃／分を低速にすることにより、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果が得られる。
【０１３６】
図７は本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図８は図７の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【０１３７】
図７に示したように、まず熱処理を施す対象となるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するウェーハを準備する（ステップ４００）。このウェーハは通常のＣＺ法により育成されたシリコン単結晶をウェーハに加工して得ることができる。そのウェーハを熱処理炉に挿入する（ステップ４０２）。この熱処理炉はＴ9℃（５００℃〜７００℃）に維持されており、次の昇温工程を行う前に、挿入されたウェーハはＴ9℃において所定時間（ｔ5時間）、好ましくは１５分以上保持される（昇温前保持工程：ステップ４０４）。次に、図８によく示されているように、炉内温度をＴ9℃から８００℃〜９００℃の間に設定されたＴ10℃まで５℃／分以下の昇温速度Ｒ5℃／分で昇温する（昇温工程：ステップ４０６）。この昇温工程（ステップ４０６）において、高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させずに効率的に成長させることができる。
【０１３８】
デバイスプロセスの汚染の程度に合わせて酸素析出物の密度を変えたい場合は、たとえば、Ｔ10℃を約８００℃とし、昇温速度Ｒ5℃／分を約３℃／分に固定して、Ｔ9℃を変えることにより密度を容易に変えることができる。
【０１３９】
次に、Ｔ10℃において所定時間（ｔ6時間）保持する（昇温後保持工程：ステップ４０８）。ここで、保持時間を約３０分以上とするのが好適である。この昇温後保持工程（ステップ４０８）において、その前の昇温工程（ステップ４０６）で成長した微小な酸素析出物を所望のサイズである３ｎｍ〜４ｎｍ、好ましくは５ｎｍ以上のサイズを有する酸素析出物に成長させることができる。このようにＴ10での昇温後保持工程（ステップ４０８）は昇温工程（ステップ４０６）で成長した酸素析出物をさらに成長させることを目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、一定温度に保持することだけに限らず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。
【０１４０】
さらに、昇温後保持工程（ステップ４０８）におけるＴ10℃及び保持時間ｔ6を変えることにより、酸素析出物のサイズを容易に変えることができる。
【０１４１】
なお、熱処理されるウェーハに関して、不純物添加の有無や不純物濃度は問わない。たとえば、窒素添加ウェーハでも窒素無添加ウェーハとほぼ同様な効果が得られる。
【０１４２】
上記熱処理後、例えば、熱処理炉内温度をＴ10℃から７００℃まで２℃／分で降温した（降温工程：ステップ４１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ４１２）。なお、上記降温速度及び降温後到達速度については特別の限定はない。
【０１４３】
そして、必要に応じてウェーハを洗浄、酸化膜除去等を行ったのち、エピタキシャル成長を行う（ステップ４１４）。この場合、エピ工程直後の酸素析出物は十分なＩＧ能力を有するほど大きくないが、エピ工程後に投入されるデバイス製造プロセス中の熱処理によりＩＧ能力を有するサイズに成長することで、優れたＩＧ能力が付加されることになる。
【０１４４】
上記本熱処理は、熱処理されるウェーハの鏡面研磨（機械的化学的研磨と呼ばれる場合がある。）加工の前あるいは後のどちらの段階で行っても構わない。鏡面研磨加工前に行う場合は、熱処理後に鏡面加工を行い、次にエピタキシャル成長を行うことになる。
【０１４５】
本熱処理方法の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。
【０１４６】
図９は本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図１０は図９の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【０１４７】
図９に示したように、まず熱処理を施す対象となるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するウェーハを準備する（ステップ５００）。このウェーハは通常のＣＺ法により育成されたシリコン単結晶をウェーハに加工して得ることができる。そのウェーハを熱処理炉に挿入する（ステップ５０２）。この熱処理炉はＴ11℃（５００℃〜７００℃）に維持されており、次の昇温工程を行う前に、挿入されたウェーハはＴ11℃において所定時間（ｔ7時間）、好ましくは１５分以上保持される（昇温前保持工程：ステップ５０４）。次に、図１０によく示されているように、炉内温度をＴ11℃から１０００℃〜１１００℃の間に設定されたＴ12℃まで５℃／分以下の昇温速度Ｒ6℃／分で昇温する（昇温工程：ステップ５０６）。この昇温工程（ステップ５０６）において、高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させずに効率的に成長させることができる。
【０１４８】
デバイスプロセスの汚染の程度に合わせて酸素析出物の密度を変えたい場合は、たとえば、Ｔ12℃を約１０００℃とし、昇温速度Ｒ6℃／分を約３℃／分に固定して、Ｔ11℃を変えることにより密度を容易に変えることができる。
【０１４９】
次に、Ｔ12℃において所定時間（ｔ8時間）保持する（昇温後保持工程：ステップ５０８）。ここで、保持時間を約３０分以上とするのが好適である。この昇温後保持工程（ステップ５０８）において、その前の昇温工程（ステップ５０６）で成長した微小な酸素析出物を所望のサイズである直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度、好ましくは５０ｎｍ以上のサイズを有する酸素析出物に成長させることができる。このようにＴ12℃での昇温後保持工程（ステップ５０８）は昇温工程（ステップ５０６）で成長した酸素析出物をさらに成長させることを目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、一定温度に保持することだけに限らず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。
【０１５０】
さらに、昇温後保持工程（ステップ５０８）におけるＴ12℃及び保持時間ｔ8を変えることにより、酸素析出物のサイズを容易に変えることができる。
なお、熱処理されるウェーハに関して、不純物添加の有無や不純物濃度は問わない。たとえば、窒素添加ウェーハでも窒素無添加ウェーハとほぼ同様な効果が得られる。
【０１５１】
上記熱処理後、たとえば熱処理炉内温度をＴ12℃から７００℃まで２℃／分で降温した（降温工程：ステップ５１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ５１２）。なお、上記降温速度及び降温後到達温度については特別の限定はない。
【０１５２】
そして、必要に応じてウェーハを洗浄、酸化膜除去等を行ったのち、エピタキシャル成長を行う（ステップ５１４）。この場合、エピタキシャル成長工程中における酸素析出物の再溶解は起こらず、デバイスプロセスに投入する前にＩＧ能力を有するサイズの酸素析出物が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハを得ることができる。
【０１５３】
上記熱処理は、熱処理されるウェーハの鏡面研磨（機械的化学的研磨と呼ばれる場合がある。）加工の前あるいは後のどちらの段階で行っても構わない。鏡面研磨加工前に行う場合は、熱処理後に鏡面加工を行い、次にエピタキシャル成長を行うことになる。
【０１５４】
本発明の熱処理方法の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。
【０１５５】
実施例
以下に本発明について実験例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１５６】
（実験例１〜５）
直径８インチ、面方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたボロン添加シリコンウェーハを準備した。ウェーハの酸素濃度は１６．０、１７．０、１８．５、１９．５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）である。これらのウェーハに対して、１０５０℃で１時間の熱処理を施した。この熱処理により、結晶熱履歴で形成された酸素析出核のほとんどが消滅する。このことにより、たとえば酸素析出核をほとんど含んでいないエピウェーハや１０００℃以上の熱処理があらかじめ施されたウェーハの状態を模擬できる。なお、ＪＥＩＤＡは日本電子工業振興協会（現在は、ＪＥＩＴＡ：日本電子情報技術産業協会に改称された。）の略称である。
【０１５７】
次に、図１及び図２に示した熱処理を施した。すなわち、Ｔ1℃からＴ2℃までＲ1℃／分の速度で昇温し、Ｔ2℃からＴ3℃までＲ2℃／分の速度で昇温し、Ｔ3℃においてｔ時間保持した。保持後は、炉内温度を８００℃まで２℃／分で降温してウェーハを炉外に取り出した。
【０１５８】
熱処理後のバルク中の酸素析出物の密度は、赤外散乱法の１つである赤外散乱トモグラフ法（以下、ＬＳＴと呼ぶことがある。）により測定した。尚、実験例１〜５の中には熱処理条件が同一のものも含まれているが、それらはそれぞれ別のウェーハを用いて独立した実験として行っているので、測定された酸素析出物密度には若干の相違が見られるが、本質的な差異ではない。
【０１５９】
図１１は、Ｔ1℃を５５０℃、６００℃、６５０℃とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例１）。この場合、Ｔ2＝７５０℃、Ｒ1＝１℃／分、Ｔ3＝１０５０℃、Ｒ2＝３℃／分、ｔ＝２時間とした。Ｔ1℃が低いほど酸素析出物密度が高くなっている。これは、低温ほど析出核形成の速度が速くなることと、昇温時間が長くなることにより析出核形成の時間が長くなることによる。また、酸素濃度が高いほど酸素析出物密度が高くなっている。これは、酸素濃度が高いほど析出核形成の速度が速くなるためである。ＩＧ能力を得るためには、酸素析出物の密度が１０8／ｃｍ3オーダー以上であることが望ましい。このことから、Ｔ1℃は約６５０℃以下であれば良いことがわかる。また、高い酸素析出物密度を得るには、酸素濃度が約１７ｐｐｍａ以上であれば良いことがわかる。さらに、図１１に示されたように、Ｔ1℃を変えることにより酸素析出物密度を容易に変えることができる。このことは、デバイスプロセス中の汚染の程度に合わせて所望の酸素析出物密度を得たい場合に有効である。
【０１６０】
図１２は、Ｔ2℃を７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例２）。この場合、Ｔ1＝６００℃、Ｒ1＝１℃／分、Ｔ3＝１０５０℃、Ｒ2＝３℃／分、ｔ＝２時間とした。酸素濃度が約１７ｐｐｍａ以上の場合、Ｔ2℃が７５０℃以上において酸素析出物密度はほとんど変化していない。これは、７５０℃以上の昇温工程では析出核形成が進行しにくいために、酸素析出核の密度がほとんど変化しないことによる。７００℃の場合に酸素析出物密度が低くなっているのは、昇温工程Ａの時間が短いために形成された酸素析出核の密度が低かったことによる。このことから、Ｔ2℃を約７００℃以上、好ましくは約７５０℃以上にすれば、酸素析出物密度を高くできることがわかる。
【０１６１】
図１３は、Ｒ1℃／分を１℃／分、１．５℃／分、２℃／分、２．５℃／分、４℃／分とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例３）。この場合、Ｔ1＝６００℃、Ｔ2＝７５０℃、Ｔ3＝１０５０℃、Ｒ2＝３℃／分、ｔ＝２時間とした。Ｒ1℃／分が低速になるほど酸素析出物密度が高くなっている。これは、低速になるほど析出核形成の時間が長くなるためである。図１３から、高い酸素析出物密度を得るためには、Ｒ1℃／分を約１．５℃／分以下にすれば良いことがわかる。
【０１６２】
図１４は、Ｒ2℃／分を１℃／分、３℃／分、５℃／分、７℃／分とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例４）。この場合、Ｔ1＝６００℃、Ｔ2＝７５０℃、Ｒ1＝１℃／分、Ｔ3＝１０５０℃／分、ｔ＝２時間とした。Ｒ2℃／分が低速になるほど酸素析出物密度が高くなっている。これは、低速になるほどその前の段階で形成された酸素析出核が消滅せずに酸素析出物として成長できるためである。逆に高速になると、消滅する酸素析出核の割合が高くなり、酸素析出物密度が低下する。図１４から、高い酸素析出物密度を得るためには、Ｒ2℃／分を約７℃／分以下、好ましくは約５℃／分以下にすれば良いことがわかる。
【０１６３】
図１５は、Ｔ3℃を９５０℃、１０００℃、１０５０℃、１１００℃とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例５）。この場合、Ｔ1＝６００℃、Ｔ2＝７５０℃、Ｒ1＝１℃／分、Ｒ2＝３℃／分、ｔ＝１時間とした。Ｔ3℃が１０００℃以上において酸素析出物密度はほとんど変化していない。これは、１０００℃以上であれば、酸素析出物が検出できるサイズまで十分に成長しているためである。９５０℃の場合に酸素析出物の密度が低いのは、保持時間が１時間では検出できるサイズまで成長していない酸素析出物の割合が高いためである。この場合、保持時間を長くすれば検出される酸素析出物の密度は１０００℃以上の場合と同じになるが、工程時間が長くなってしまう。このことから、Ｔ3℃は約１０００℃以上が好ましいことがわかる。
【０１６４】
以上のように、Ｔ1を約６５０℃以下とし、Ｔ2℃を約７００℃以上とし、Ｒ1℃／分を約１．５℃／分以下とし、Ｒ2℃／分を約７℃／分以下とし、Ｔ3℃を約１０００℃以上とし、ｔ時間を約１時間以上とすることにより、酸素析出核をほとんど含んでいないウェーハにおいても、効率的に大きな酸素析出物を高密度で形成することができる。つまり、デバイスプロセス前の段階で安定に優れたＩＧ能力を有するウェーハを提供することができる。また、結晶熱履歴の違いにより酸素析出核の密度にばらつきがあるウェーハでも本実験例のようにその酸素析出核を消滅させる熱処理を行った後、本発明のシリコンウェーハの製造方法における熱処理を行うことにより、ＩＧ能力のばらつきを低減できる。
【０１６５】
（実験例６〜１０）
直径８インチ、面方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたボロン添加シリコン単結晶の異なる２箇所（結晶育成工程の前半及び後半に成長した位置で、以下、それぞれ結晶位置Ａ及び結晶位置Ｂと呼ぶことがある。）から作製された鏡面研磨シリコンウェーハを準備した。ウェーハの酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）である。
【０１６６】
次に、酸素と窒素を混合した雰囲気下で図３及び図４に示した手順に従って熱処理を施した。すなわち、Ｔ4℃でｔ１時間保持した後、Ｔ4℃からＴ5℃までＲ℃／分の速度で昇温し、Ｔ5℃においてｔ2時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。そのウェーハに如何なる熱処理も施さずに、バルク中の酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。ＬＳＴによれば、直径４０ｎｍ程度以上のサイズの酸素析出物を検出することができる。
【０１６７】
図１６は、Ｔ4℃を６００℃、７００℃、８００℃とした場合の析出物密度を示す（実験例６）。この場合、ｔ1＝３０分、Ｒ＝3℃／分、Ｔ5＝１０５０℃、ｔ2＝２時間とした。酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜１８ｐｐｍａである。Ｔ4℃が低いほど析出物密度が高くなっている。これは、低温ほど消滅せずに成長するＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることによる。優れたＩＧ能力を得るためには、析出物密度が１０9／ｃｍ3オーダー以上であることが望ましい。このことから、Ｔ1℃は約７００℃以下であれば良いことがわかる。さらに、図１６に示されたように、Ｔ4℃を変えることにより析出物密度を容易に変えることができる。このことは、デバイスプロセス中の汚染の程度に合わせて所望の析出物密度を得たい場合に有効である。
【０１６８】
図１７は、Ｔ4＝７００℃、ｔ1＝３０分、Ｒ＝３℃／分、Ｔ５＝１０５０℃、ｔ2＝２時間とした場合の析出物密度の酸素濃度依存性を示す（実験例７）。この結果から、いずれの結晶位置においても酸素濃度が増加すると共に酸素析出物密度も増加する傾向があることがわかる。また、酸素密度が約１６ｐｐｍａ以上であれば、確実に１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度が得られることがわかる。これは、酸素濃度が高いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることと、酸素析出物のサイズが大きくなるので検出される割合が高くなることによる。
【０１６９】
図１８は、ｔ1時間を０分、５分、１５分、３０分、４５分とした場合の析出物密度を示す（実験例８）。この場合、Ｔ4＝７００℃、Ｒ＝３℃／分、Ｔ5＝１０５０℃、ｔ２＝２時間とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。ｔ1時間が約１５分以上の場合に、時間と共に析出物密度が増加している。これは、ｔ1時間が長いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が消滅せずに成長する割合が高くなることと、ｔ1時間の保持の間に新たな析出核が形成されることによる。この結果から、ｔ1時間が１５分未満でも高い析出物密度が得られるが、ｔ1時間が１５分以上であれば析出物密度がさらに増加するので、より好ましいことがわかる。
【０１７０】
図１９は、Ｒ℃／分を１℃／分、３℃／分、５℃／分とした場合の析出物密度を示す（実験例９）。この場合、Ｔ4＝７００℃、ｔ1＝３０分、Ｔ5＝１０５０℃、ｔ2＝２時間とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｒ℃／分が低速なほど析出物密度が高くなっている。Ｒ℃／分が高速な場合に析出物密度が低くなるのは、昇温工程で析出核が成長できずに消滅する割合が高くなることによる。この結果から、１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度を得るには、Ｒ℃／分が約５℃／分以下であれば良く、約３℃／分以下がさらに好ましいことがわかる。
【０１７１】
図２０は、ｔ2時間を３０分、６０分、１２０分とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例１０）。この場合、Ｔ4＝７００℃、ｔ5＝３０分、Ｒ＝３℃／分、Ｔ5＝１１００℃とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。析出物密度はｔ2時間にほとんど依存せず高くなっている。この結果から、高い析出物密度は、ｔ2時間が約３０分以上であれば確実に得られることがわかる。
【０１７２】
（実験例１１）
実験例６〜１０で使用したウェーハと同様な鏡面研磨ウェーハを準備した。次に、図３及び図４に示した熱処理手順において、Ｔ4＝７００℃、ｔ1＝３０分、Ｒ＝３℃／分、ｔ2＝２時間とし、Ｔ5℃を９５０℃、１０００℃、１０５０℃、１１００℃と変化させた４種類の熱処理を施した。Ｔ５℃の保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。そのウェーハに如何なる熱処理も施さずに、バルク中の酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。
【０１７３】
図２１は、本実験例における析出物密度とＴ5℃との関係を示す。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｔ５℃が１０００℃以上であれば析出物密度が高くなっている。９５０℃の場合に酸素析出物の密度が低くなるのは、１０００℃以上の場合よりも析出物の成長速度が遅いために析出物のサイズが小さく、ＬＳＴで検出できないことによる。この結果から、デバイスプロセス前の段階で高密度の大きな析出物を形成するには、Ｔ５℃が約１０００℃以上であれば良いことがわかる。
【０１７４】
（実験例１２）
実験例６〜１１で使用したウェーハと同様な鏡面研磨ウェーハを準備した。次に、図３及び図４に示した熱処理手順において、Ｔ4＝７００℃、ｔ1＝３０分、Ｒ＝３℃／分、ｔ2＝２時間とし、Ｔ5℃を１０００℃、１０５０℃、１１００℃と変化させた３種類の熱処理を施した。Ｔ５℃の保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。
【０１７５】
熱処理後のウェーハを劈開した後、化学的選択エッチングを行った。その後、劈開面を光学顕微鏡で観察することにより、酸素析出物に起因したエッチピットが観察されない領域の表面からの深さ（以下、ＤＺ幅と呼ぶことがある。）を測定した。
【０１７６】
上記測定により得られたＤＺ幅とＴ5℃との関係を図２２に示す。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｔ5℃が高いほどＤＺ幅が広くなっている。これは、温度が高いほど酸素の拡散速度が速くなり、ウェーハ表面近傍の酸素が外方拡散するために、表面近傍の酸素析出核が消滅することによる。
【０１７７】
以上のように、Ｔ4℃を約７００℃以下とし、Ｒ℃／分を約５℃／分以下とし、Ｔ5℃を約１０００℃以上とし、ｔ2時間を約３０分以上とすることにより、表面近傍に無欠陥層（ＤＺ層）を有し、バルク中にはゲッタリング能力の高い酸素析出物を有するシリコンウェーハを、極めて効率的、かつ、簡便な熱処理により得ることができる。
【０１７８】
（実験例１３）
直径８インチ、面方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたボロン添加シリコンウェーハを準備した。このウェーハは、シリコン単結晶の育成の際にボイド欠陥の発生を抑制した条件で引き上げられたシリコン単結晶から作製された、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない低欠陥ウェーハである。ウェーハの酸素濃度は１４．５、１５．４、１７．０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）である。
【０１７９】
次に、酸素と窒素を混合した雰囲気下で図３及び図４に示した手順に従って熱処理を施した。すなわち、７００℃で１時間保持し、ついで１１５０℃まで３℃／分の速度で昇温し、１１５０℃において４時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで３℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。そのウェーハに如何なる熱処理も施さずに、ウェーハ表面近傍からバルク中までの酸素析出物密度の深さ分布をＬＳＴにより測定した。
【０１８０】
酸素析出物密度の深さ分布測定におけるＬＳＴの測定配置を図２３に示す。劈開したウェーハＷの劈開面１０から赤外線１２を入射させ、ウェーハ表面１４から出射する析出物からの散乱光１６を検出する。ここでは、入射点１８の表面からの距離（表面からの深さ）を５μｍ〜３５μｍまで５μｍ間隔で変えることにより、析出物密度の深さ方向分布を測定した。この場合の深さ分解能は±５μｍ程度である。従って、例えば深さ１０μｍの位置における析出物密度は、実際には深さ５μｍ〜１５μｍ程度の領域における平均値を示すことになる。
【０１８１】
図２４は析出物密度の深さ方向分布の測定結果を示す。この場合、何れの酸素濃度のウェーハでも、深さ５μｍの位置における析出物密度は、１０ ６ ／ｃｍ ３ 〜１０ ７ ／ｃｍ ３ オーダー程度であった。この結果から、深さ０μｍ〜１０μｍ程度の領域はＤＺ層として有効ではあるが、低密度の析出物が残存していることがわかる。
【０１８２】
また、酸素濃度が１８ｐｐｍａである以外は前記と同様のウェーハを別途準備した。このウェーハに対し、７００℃で１時間保持し、ついで１２００℃まで３℃／分の速度で昇温し、１２００℃において１時間保持する熱処理を施した。
【０１８３】
そして、熱処理後のウェーハの酸素析出物密度を観察したところ、表面から深さ約１０μｍまでの領域においては、１０ ７ ／ｃｍ ３ オーダー以下の低密度の析出物が残存するＤＺ層が形成されており、それより深いバルク部においては約５×１０９／ｃｍ３の酸素析出物密度が得られた。
【０１８４】
（実験例１４）
実験例１３で使用したウェーハと同様なウェーハを準備した。次に、酸素と窒素を混合した雰囲気下で図５及び図６に示した手順に従って熱処理を施した。すなわち、７００℃で１時間保持し、ついで９００℃まで３℃／分の速度で昇温し、９００℃から１１５０℃まで５℃／分の速度で昇温し、１１５０℃において４時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで３℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。すなわち、実験例１３（第２の実施形態）の場合とは異なり、昇温工程の途中から昇温速度を速くする熱処理を施した（第３の実施形態に対応）。そのウェーハに如何なる熱処理も施さずに、実験例１３と同様な方法により析出物密度の深さ方向分布をＬＳＴで測定した。
【０１８５】
図２５は析出物密度の深さ方向分布の測定結果を示す。何れの酸素濃度のウェーハでも、深さ５μｍの位置における析出物密度は、検出下限値（約１×１０６／ｃｍ３）以下であった。この結果は、深さ０μｍ〜５μｍ程度の領域に検出可能な析出物は存在しないことを示している。すなわち、極めて高品質のＤＺ層が形成されていることがわかる。また、酸素濃度が低い場合には、ＤＺ層が広くなっていることがわかる。これは、熱処理前の酸素濃度が低いほど熱処理後の表面近傍の酸素濃度が低くなることにより、表面近傍の析出物が消滅しやすくなるためである。一方、内部における析出物密度は１×１０９／ｃｍ３以上であり、優れたＩＧ能力が期待できることがわかる。
【０１８６】
また、酸素濃度が１６ｐｐｍａである以外は実験例１３と同様のウェーハを別途準備した。このウェーハに対し、７００℃で１時間保持し、ついで９００℃まで３℃／分の速度で昇温し、９００℃から１２００℃まで５℃／分の速度で昇温し、１２００℃において１時間保持する熱処理を施した。
【０１８７】
そして、熱処理後のウェーハの酸素析出物密度を観察したところ、表面から深さ約１０μｍまでの領域においては、酸素析出物密度が１×１０6／ｃｍ3以下のＤＺ層が形成されており、それより深いバルク部においては約３×１０9／ｃｍ3の酸素析出物密度が得られた。
【０１８８】
以上のように、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様によれば、析出物がほとんど存在しないＤＺ層と優れたＩＧ能力を有するＩＧ層を兼ね備えた高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【０１８９】
（実験例１５〜２０）
直径８インチ、面方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたボロン添加シリコン単結晶の異なる２箇所（結晶育成工程の前半及び後半に成長した位置で、以下、それぞれ結晶位置Ａ及び結晶位置Ｂと呼ぶことがある。）から切断されたシリコンウェーハを準備した。ここで準備したウェーハは化学的エッチング後のウェーハであり、鏡面研磨加工は施されていない。ウェーハの酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）である。
【０１９０】
次に、図７及び図８に示した手順に従って熱処理を施した。すなわち、Ｔ9℃でｔ5時間保持した後、Ｔ9℃からＴ10℃までＲ5℃／分の速度で昇温し、Ｔ10℃においてｔ6時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。
【０１９１】
熱処理後のウェーハに対して鏡面研磨加工を施した後、約１１００℃のエピタキシャル成長により約３μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。
【０１９２】
そのエピウェーハに低温短時間のデバイスプロセスを模擬した１０００℃／２時間の熱処理を施した後、エピタキシャル層下部のウェーハバルク中の酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。ＬＳＴによれば、直径４０ｎｍ程度以上のサイズの酸素析出物を検出することができる。
【０１９３】
図２６は、Ｔ9℃を６００℃、７００℃、８００℃とした場合の析出物密度を示す（実験例１５）。この場合、ｔ5＝３０分、Ｒ5＝３℃／分、Ｔ10＝８５０℃、ｔ6＝１時間とした。酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜１８ｐｐｍａである。Ｔ9℃が低いほど析出物密度が高くなっている。これは、低温ほど消滅せずに成長するＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることによる。優れたＩＧ能力を得るためには、析出物密度が１０9／ｃｍ3オーダー以上であることが望ましい。このことから、Ｔ9℃は約７００℃以下が好ましいことがわかる。さらに、図２６に示されたように、Ｔ9℃を変えることにより析出物密度を容易に変えることができる。このことは、デバイスプロセス中の汚染の程度に合わせて所望の析出物密度を得たい場合に有効である。
【０１９４】
図２７は、Ｔ9＝７００℃、ｔ5＝３０分、Ｒ5＝３℃／分、Ｔ10＝８５０℃、ｔ6＝１時間とした場合の析出物密度の酸素濃度依存性を示す（実験例１６）。この結果から、いずれの結晶位置においても、酸素濃度が増加すると共に酸素析出物密度が増加する傾向があることがわかる。また、酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であれば確実に１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度が得られる。これは、酸素濃度が高いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることと、酸素析出物のサイズが大きくなるので１０００℃／２時間後に検出される割合が高くなることによる。
【０１９５】
図２８は、ｔ5時間を０分、５分、１５分、３０分、４５分とした場合の析出物密度を示す（実験例１７）。この場合、Ｔ9＝７００℃、Ｒ5＝３℃／分、Ｔ10＝８５０℃、ｔ6＝１時間とした。酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜１８ｐｐｍａである。ｔ5時間が１５分以上の場合に、時間と共に析出物密度が増加する傾向がみられる。これは、ｔ5時間が長いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が消滅せずに成長する割合が高くなることと、ｔ5時間の保持の間に新たな析出核が形成されることによる。この結果から、ｔ5時間が１５分未満でも高い析出物密度が得られるが、ｔ5時間が１５分以上であれば析出物密度がさらに増加するので、より好ましいことがわかる。
【０１９６】
図２９は、Ｒ5℃／分を１℃／分、３℃／分、５℃／分とした場合の析出物密度を示す（実験例１８）。この場合、Ｔ9＝７００℃、ｔ5＝３０分、Ｔ10＝８５０℃、ｔ6＝１時間とした。酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜１８ｐｐｍａである。Ｒ5℃／分が低速なほど析出物密度が高くなっている。Ｒ5℃／分が高速な場合に析出物密度が低くなるのは、昇温工程で析出核が成長できずに消滅する割合が高くなることによる。この結果から、１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度は、Ｒ5℃／分が約５℃／分以下であれば確実に得られることがわかる。
【０１９７】
図３０は、Ｔ10℃を７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例１９）。この場合、Ｔ9＝７００℃、ｔ5＝３０分、Ｒ5＝３℃／分、ｔ6＝２時間とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｔ10℃が８００℃以上であればその温度に依存せず析出物密度が高くなっている。７５０℃の場合に析出物密度が低くなるのは、析出物の成長速度が遅いために、エピ工程で残存可能なサイズまで成長できずエピ工程で消滅することによる。この結果から、高い析出物密度を得るには、Ｔ10℃が約８００℃以上であれば良いことがわかる。
【０１９８】
図３１は、ｔ6時間を３０分、６０分、１２０分とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例２０）。この場合、Ｔ9＝７００℃、ｔ5＝３０分、Ｒ5＝３℃／分、Ｔ10＝８５０℃とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。酸素析出物密度はＴ10時間にほとんど依存せず高くなっている。この結果から、高い酸素析出物密度は、ｔ6時間が約３０分以上であれば確実に得られることがわかる。また、実験例２０においてｔ６時間を０分にした場合、ＬＳＴにより検出された酸素析出物密度は１×１０9／ｃｍ3を下回る結果となった。
【０１９９】
以上のように、Ｔ9℃を約７００℃以下とし、Ｒ5℃／分を約５℃／分以下とし、Ｔ10℃を約８００℃以上とし、ｔ6時間を約３０分以上とすることにより、エピウェーハにおいてデバイスプロセスで形成される酸素析出物の密度を高くすることができる。つまり、優れたＩＧ能力を有するエピウェーハを提供することができる。尚、実験例１５〜２０で作製したエピタキシャルウェーハを１０００℃、２時間の熱処理を行う前にＬＳＴにより酸素析出物密度を測定したところ、いずれのウェーハも１×１０7／ｃｍ3以下であることが確認された。
【０２００】
（比較例１）
上記実験例１５〜２０で準備したウェーハと同様のウェーハを用意し、熱処理を施さずに鏡面研磨加工を行った後、エピウェーハを作製した。そのエピウェーハにデバイスプロセスを模擬した１０００℃／２時間の熱処理を施した後、析出物密度をＬＳＴにより測定した。
【０２０１】
その結果、酸素濃度が約１９ｐｐｍａの場合でも、析出物密度は約１×１０7／ｃｍ3以下となった。このことから、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法による熱処理を施さない場合は、ＩＧ能力がないことがわかった。
【０２０２】
（実験例２１〜２５）
直径８インチ、面方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたボロン添加シリコン単結晶の異なる２箇所（結晶育成工程の前半及び後半に成長した位置で、以下、それぞれ結晶位置Ａ及び結晶位置Ｂと呼ぶことがある。）から切断されたシリコンウェーハを準備した。ここで準備したウェーハは化学的エッチング後のウェーハであり、鏡面研磨加工は施されていない。ウェーハの酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）である。
【０２０３】
次に、図９及び図１０に示した手順に従って熱処理を施した。すなわち、Ｔ11℃でｔ7時間保持した後、Ｔ11℃からＴ12℃までＲ6℃／分の速度で昇温し、Ｔ12℃においてｔ8時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。
【０２０４】
熱処理後のウェーハに対して鏡面研磨加工を施した後、約１１００℃のエピタキシャル成長により約３μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。
【０２０５】
そのエピウェーハに如何なる熱処理も施さずに、エピタキシャル層下部のウェーハバルク中の酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。ＬＳＴによれば、直径４０ｎｍ程度以上のサイズの酸素析出物を検出することができる。
【０２０６】
図３２は、Ｔ11℃を６００℃、７００℃、８００℃とした場合の析出物密度を示す（実験例２１）。この場合、ｔ7＝３０分、Ｒ6＝３℃／分、Ｔ12＝１０００℃、ｔ8＝２時間とした。酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜１８ｐｐｍａである。Ｔ11℃が低いほど析出物密度が高くなっている。これは、低温ほど消滅せずに成長するＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることによる。優れたＩＧ能力を得るためには、析出物密度が１０9／ｃｍ3オーダー以上であることが望ましい。このことから、Ｔ11℃は約７００℃以下が好ましいことがわかる。さらに、図３２に示されたように、Ｔ11℃を変えることにより析出物密度を容易に変えることができる。このことは、デバイスプロセス中の汚染の程度に合わせて所望の析出物密度を得たい場合に有効である。
【０２０７】
図３３は、Ｔ11＝７００℃、ｔ7＝３０分、Ｒ6＝３℃／分、Ｔ12＝１０００℃、ｔ8＝２時間とした場合の析出物密度の酸素濃度依存性を示す（実験例２２）。この結果から、いずれの結晶位置においても、酸素濃度が増加すると共に酸素析出物密度が増加する傾向があることがわかる。また、酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であれば確実に１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度が得られることがわかる。これは、酸素濃度が高いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることと、酸素析出物のサイズが大きくなるので検出される割合が高くなることによる。
【０２０８】
図３４は、ｔ7時間を０分、５分、１５分、３０分、４５分とした場合の析出物密度を示す（実験例２３）。この場合、Ｔ11＝７００℃、Ｒ6＝３℃／分、Ｔ12＝１０５０℃、ｔ8＝１時間とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。ｔ7時間が約１５分以上の場合に、時間と共に析出物密度が増加している。これは、ｔ7時間が長いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が消滅せずに成長する割合が高くなることと、ｔ7時間の保持の間に新たな析出核が形成されることによる。この結果から、ｔ7時間が１５分未満でも高い析出物密度が得られるが、ｔ7時間が１５分以上であれば析出物密度がさらに増加するので、より好ましいことがわかる。
【０２０９】
図３５は、Ｒ6℃／分を１℃／分、３℃／分、５℃／分とした場合の析出物密度を示す（実験例２４）。この場合、Ｔ11＝７００℃、ｔ7＝３０分、Ｔ12＝１０５０℃、ｔ8＝１時間とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｒ6℃／分が低速なほど析出物密度が高くなっている。Ｒ6℃／分が高速な場合に析出物密度が低くなるのは、昇温工程で析出核が成長できずに消滅する割合が高くなることによる。この結果から、１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度を得るには、Ｒ6℃／分が約５℃／分以下であれば良く、約３℃／分以下がさらに好ましいことがわかる。
【０２１０】
図３６は、ｔ8時間を３０分、６０分、１２０分とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例２５）。この場合、Ｔ11＝７００℃、ｔ7＝３０分、Ｒ6＝３℃／分、Ｔ12＝１０５０℃とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。酸素析出物密度はｔ8時間にほとんど依存せず高くなっている。この結果から、高い酸素析出物密度は、ｔ8時間が約３０分以上であれば確実に得られることがわかる。
【０２１１】
（実験例２６）
実験例２１〜２５で使用したウェーハと同様なウェーハを準備した。そのウェーハに対して鏡面研磨加工を施した。
【０２１２】
次に、図９及び図１０に示した熱処理手順において、Ｔ11＝７００℃、ｔ7＝３０分、Ｒ6＝３℃／分、ｔ8＝２時間とし、Ｔ12℃を９５０℃、１０００℃、１０５０℃、１１００℃と変化させた４種類の熱処理を施した。Ｔ12℃の保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。
【０２１３】
熱処理後のウェーハにおいて、約１１００℃のエピタキシャル成長により約３μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させエピウェーハとした。そのエピウェーハに如何なる熱処理も施さずに、酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。
【０２１４】
図３７は、本実験例における析出物密度とＴ12℃との関係を示す。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｔ12℃が１０００℃以上であれば析出物密度が高くなっている。９５０℃の場合に酸素析出物の密度が低くなるのは、１０００℃以上の場合よりも析出物の成長速度が遅いために析出物のサイズが小さく、ＬＳＴで検出できないことによる。この結果から、デバイスプロセス前の段階で高密度の大きな析出物を形成するには、Ｔ12℃が約１０００℃以上であれば良いことがわかる。
【０２１５】
以上のように、Ｔ11℃を約７００℃以下とし、Ｒ6℃／分を約５℃／分以下とし、Ｔ12℃を約１０００℃以上とし、ｔ8時間を約３０分以上とすることにより、エピウェーハにおいてデバイスプロセス投入前にゲッタリング能力を有するサイズの酸素析出物の密度を高くすることができる。つまり、優れたＩＧ能力を有するエピウェーハを提供することができる。
【０２１６】
（比較例２）
上記実験例２１〜２５で準備したウェーハと同様のウェーハを用意し、熱処理を施さずに鏡面研磨加工を行った後、エピウェーハを作製した。そのエピウェーハにデバイスプロセスを模擬した１０００℃／２時間の熱処理を施した後、析出物密度をＬＳＴにより測定した。
【０２１７】
その結果、酸素濃度が約１９ｐｐｍａと比較的高く、かつ、デバイスプロセスを模擬した熱処理を行った後でも、析出物密度は約１×１０7／ｃｍ3以下となった。このことから、本発明の熱処理方法により熱処理を施さない場合は、ＩＧ能力がないことがわかった。
【０２１８】
産業上の利用可能性
以上述べたごとく、本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様によれば、酸素析出核をほとんど含んでいないウェーハにおいても、大きな酸素析出物を高密度で形成することができるので、たとえ低温化短時間化されたデバイスプロセスに用いられるウェーハであってもデバイスプロセス前の段階で安定に優れたＩＧ能力を付加することができる。
【０２１９】
本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様によれば、簡便な熱処理により、ウェーハ内部で酸素析出物を成長させることと、酸素の外方拡散により表面近傍の酸素析出核を消滅させることを同時に実現することができ、効率的にＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる上、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しないウェーハを適用することにより、酸素析出物だけでなくＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しないＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【０２２０】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様によれば、簡便な熱処理により、ウェーハ内部で酸素析出物を成長させることと、酸素の外方拡散により表面近傍の酸素析出物をより完全に消滅させることを同時に実現することができ、効率的に高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。さらに、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しないウェーハを適用することにより、酸素析出物だけでなくＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しないＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【０２２１】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様によれば、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をできるだけ消滅させることなく有効に活用し、かつ、そのサイズを短時間で効率よく成長させ、低温化短時間化されたデバイスプロセスであっても、デバイスプロセス中において優れたＩＧ能力を付加することができるエピウェーハを提供することができる。
【０２２２】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様によれば、エピタキシャル成長前に、簡単かつ短時間の熱処理を加えることにより、デバイスプロセスに投入する前にゲッタリング能力を有するサイズの酸素析出物が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハを得ることができ、従って、たとえ近年の低温化短時間化したデバイスプロセスであっても、十分にゲッタリング能力を発揮することのできるエピタキシャルウェーハを効率的に提供することができる。
【０２２３】
本シリコンエピタキシャルウェーハの第１の態様は、低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいても十分にゲッタリング能力を有するものである。
本シリコンエピタキシャルウェーハの第２の態様は、低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいてもプロセスの初期段階から十分にゲッタリング能力を有するものである。
【０２２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図２】 図１の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図３】 本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図４】 図３の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図５】 本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図６】 図５の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図７】 本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図８】 図７の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図９】 本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】 図９の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図１１】 実験例１におけるＴ1と酸素析出物密度の関係を示すグラフである。
【図１２】 実験例２におけるＴ2と酸素析出物密度の関係を示すグラフである。
【図１３】 実験例３におけるＲ1と酸素析出物密度の関係を示すグラフである。
【図１４】 実験例４におけるＲ2と酸素析出物密度の関係を示すグラフである。
【図１５】 実験例５におけるＴ3と酸素析出物密度の関係を示すグラフである。
【図１６】 実験例６における温度Ｔ4と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図１７】 実験例７における酸素濃度と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図１８】 実験例８における保持時間ｔ1と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図１９】 実験例９における昇温速度Ｒと酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２０】 実験例１０における保持時間ｔ2と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２１】 実験例１１における温度Ｔ5と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２２】 実験例１２における温度Ｔ5とＤＺ幅と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２３】 赤外散乱トモグラフ法における測定配置を示す説明図である。
【図２４】 実験例１３における酸素析出物密度のウェーハ深さ方向分布を示すグラフである。
【図２５】 実験例１４における酸素析出物密度のウェーハ深さ方向分布を示すグラフである。
【図２６】 実験例１５における温度Ｔ9と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２７】 実験例１６における酸素濃度と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２８】 実験例１７における保持時間ｔ5と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２９】 実験例１８における昇温速度Ｒ5と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３０】 実験例１９における温度Ｔ10と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３１】 実験例２０における保持時間ｔ6と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３２】 実験例２１における温度Ｔ11と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３３】 実験例２２における酸素濃度と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３４】 実験例２３における保持時間ｔ7と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３５】 実験例２４における昇温速度Ｒ6と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３６】 実験例２５における保持時間ｔ8と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３７】 実験例２６における温度Ｔ12と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
技術分野
本発明は、表面近傍に無欠陥層（ＤＺ層またはエピタキシャル層）を有し、バルク中にはゲッタリング能力の高い酸素析出物を有するシリコンウェーハを、極めて効率的、かつ、簡便な熱処理により得ることができるシリコンウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
背景技術
半導体素子の基板として広く用いられているシリコンウェーハの大半は、Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ（ＣＺ）法により育成されている。ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶中には、およそ１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度で格子間酸素が不純物として含まれる。この格子間酸素は、結晶育成工程中の固化してから室温まで冷却されるまでの熱履歴（以下、結晶熱履歴と略すことがある。）や半導体素子の作製工程における熱処理工程において過飽和状態となるために析出して、シリコン酸化物の析出物（以下、酸素析出物または単に析出物と呼ぶことがある。）が形成される。
【０００３】
その酸素析出物は、デバイスプロセスにおいて混入する重金属不純物を捕獲するサイトとして有効に働く。これをインターナルゲッタリング（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、以下ＩＧまたは単にゲッタリングと呼ぶことがある。）と呼び、デバイス特性や歩留まりを向上させる。このことから、シリコンウェーハの品質の１つとして、ＩＧ能力が重要視されている。
【０００４】
酸素析出の過程は、析出核形成とその成長の過程から成る。通常は、結晶熱履歴において核形成が進行し、その後のデバイスプロセス等の熱処理により大きく成長し、酸素析出物として検出されるようになる。このことから、結晶熱履歴で形成されたものをＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核と呼ぶことにする。もちろん、その後の熱処理においても酸素析出核が形成される場合がある。
【０００５】
通常のａｓ−ｇｒｏｗｎウェーハ（一般的な酸素ドナー消滅熱処理以外は未熱処理のウェーハ）の場合、デバイスプロセス前の段階で存在している酸素析出核は極めて小さく、ＩＧ能力を持たない。しかし、デバイスプロセスを経ることにより、大きな酸素析出物に成長してＩＧ能力を有するようになる。
【０００６】
結晶熱履歴で形成される酸素析出核の密度は、熱履歴の長さに依存するため、引き上げ速度などの結晶製造条件や結晶育成軸方向の位置によって大きくばらつくという問題点がある。たとえば、一本の結晶を製造する工程において後半に育成された部位では、熱履歴が短いことにより酸素析出核の密度が低くなる。このことにより、デバイスプロセスで形成される酸素析出物の密度にばらつきが生じ、ＩＧ能力にばらつきが生じてしまう。
【０００７】
一方、酸素析出物がウェーハ表面近傍のデバイス作製領域に存在すると、デバイス特性を劣化させる。そのことから、ウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させて酸素析出が進行しないようにするために、１１００℃以上で数時間の熱処理が施される場合がある。この場合、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核のほとんどが消滅してしまい、その後のデバイスプロセスにおいて酸素析出物が形成されなくなってしまう。
【０００８】
そこで、酸素析出核を再形成させるために、約６５０℃で３時間〜３０時間程度の長時間の熱処理が施される。さらに、再形成された酸素析出核を成長させてＩＧ能力を有する大きな酸素析出物にするために、約１０００℃の熱処理が加えられる場合がある。このように、表面近傍の酸素を外方拡散させる熱処理、内部に酸素析出核を形成する熱処理、及び酸素析出物を成長させる熱処理の３つの熱処理を組み合わせた処理を一般的にＤＺ−ＩＧ処理と呼ぶ。
【０００９】
このＤＺ−ＩＧ処理では、デバイス作製領域となる表面近傍には酸素析出物が存在せず、内部にはＩＧ能力を有する酸素析出物が形成された理想的な構造（以下、ＤＺ−ＩＧ構造と呼ぶことがある。）となるが、全体の熱処理工程が長く、効率的でない。
【００１０】
また、一般的なＣＺウェーハでは、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の他に原子空孔の凝集により形成されたボイド状の欠陥が存在する。このボイド欠陥が鏡面研磨されたウェーハの表面に露出した場合は、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼ばれる表面ピットとなる。このＣＯＰ及びボイドもデバイス作製領域に存在すると、デバイス特性を劣化させる。そのことから、ＣＯＰ及び表面近傍のボイドを消滅させるために、水素あるいはアルゴン雰囲気下で１２００℃程度あるいはそれ以上の高温熱処理を施す場合がある。
【００１１】
しかしながら、この場合、熱応力によりスリップが発生するという問題がある。スリップの発生を抑制するには、熱処理温度が低い方が望ましいが、熱処理温度を低くするとＣＯＰ及びボイドが消滅しにくくなってしまう。
【００１２】
また、このような場合もＩＧ能力が付加されることが好ましい。そこで、ＣＯＰ及び表面近傍のボイドを消滅させることと、内部に酸素析出物を形成することを同時に実現する方法として、結晶育成時に窒素を添加する方法がある。
【００１３】
窒素が添加されたウェーハでは、ボイドのサイズが小さくなることにより高温熱処理で消滅しやすくなり、また、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が大きくなることにより高温熱処理においても消滅せずに成長して酸素析出物が形成され、ＩＧ能力が付加される。
【００１４】
しかし、窒素が添加されたウェーハを用いた場合でも、１２００℃程度の高温熱処理が必要であることに変わりはない。ウェーハが大口径化するほどスリップが発生しやすくなるため、特に今後の主流となる３００ｍｍウェーハでは、１２００℃程度あるいはそれ以上の高温熱処理が必要なことが大きな問題となる。
【００１５】
さらに、ボイド欠陥が消滅する深さは表面から数μｍ程度までの極表層であるために、それよりも深い表層をデバイス作製領域として用いるデバイスにおいては、ボイド欠陥がデバイス特性を劣化させる場合が有り得る。
【００１６】
ウェーハ表面近傍のデバイス作製領域を無欠陥化するために、エピタキシャル成長用基板としてのシリコンウェーハ上に気相成長によってシリコン単結晶を堆積させたエピタキシャルウェーハ（以下、エピウェーハと呼ぶことがある。）が使用される場合がある。このエピウェーハにおいても、基板にＩＧ能力を付加させることが重要である。
【００１７】
しかし、通常のエピタキシャル工程（以下、エピ工程と略すことがある。）が約１１００℃以上の高温であるために結晶熱履歴で形成された基板中の酸素析出核（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核）のほとんどが消滅してしまい、その後のデバイスプロセスにおいて酸素析出物が形成されなくなってしまう。そのために、エピウェーハではＩＧ能力が低下するという問題がある。
【００１８】
この問題を解決する方法としては、エピ工程前に８００℃程度の熱処理を施すことにより、結晶熱履歴で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を高温のエピ工程でも消滅しないようなサイズまで成長させる方法がある。この方法において、エピ成長前の熱処理温度が８００℃の場合には、８００℃における臨界サイズ（その温度で安定成長が可能な析出核の最小サイズ）以上のサイズのＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が成長してエピ工程で残存し、エピ後のデバイスプロセス等の熱処理により成長して酸素析出物となる。
【００１９】
一般的に、小さなサイズのＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度は高く、大きなサイズのＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度は低くなる。また、熱処理温度が低いほど、臨界サイズは小さくなる。従って、より優れたＩＧ能力を付加するために、より高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるには、エピ工程前の熱処理温度を低くすることが望ましい。しかし、熱処理温度を低くすると、析出核の成長速度が遅くなるので、エピ工程でも消滅しないサイズまで成長させるための熱処理時間が長くなってしまい、生産性が低下するため好ましくない。
【００２０】
また、仮にエピ工程でも消滅しないサイズの酸素析出物があったとしても、近年の低温化短時間化したデバイスプロセスにおいては、デバイスプロセス中の熱処理において酸素析出物の成長が期待できない。このようなデバイスプロセスにおいてもゲッタリング能力を発揮させるためには、デバイスプロセス前の段階において、ゲッタリング能力を有するサイズの酸素析出物を高密度で形成しておく必要がある。
【００２１】
上記のように、近年のデバイスプロセスは使用するウェーハの大口径化に伴い、低温化短時間化が進行しており、例えば、一連のデバイスプロセスが全て１０００℃以下で行われたり、数十秒程度の熱処理時間しか必要としないＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が頻繁に用いられるようになってきている。このようなデバイスプロセスは、全ての熱処理をトータルしても１０００℃、２時間程度の熱処理にしか相当しないため、従来のように、デバイスプロセス中での酸素析出物の成長はあまり期待できない。
【００２２】
発明の開示
本発明は、一般的なシリコンウェーハでは、結晶熱履歴の違いにより酸素析出核の密度にばらつきがあり、デバイスプロセスにおけるＩＧ能力にばらつきが生じてしまうこと、ウェーハ表面近傍を無欠陥化し、内部にＩＧ能力を有する酸素析出物を形成するための一般的なＤＺ−ＩＧ処理では、熱処理工程の時間が長く、効率的でないこと、ＣＯＰ及び表面近傍のボイドを消滅させ、さらにＩＧ能力を付加するためには、１２００℃程度あるいはそれ以上の高温熱処理が必要となり、金属汚染やスリップが発生しやすいこと及びボイドが消滅する深さが浅いこと、に鑑み為されたものである。
【００２３】
さらに本発明は、一般的なエピタキシャルウェーハや１０００℃以上の高温熱処理が施されたウェーハでは、エピ工程や高温熱処理工程において酸素析出核が消滅してしまうことから、デバイスプロセスにおいて酸素析出物が形成されなくなりＩＧ能力が劣化すること、ＩＧ能力を付加するためにエピ工程や高温熱処理工程前に低温熱処理を施す方法においては、より優れたＩＧ能力を付加するには、熱処理時間が長くなり効率的でないこと、また、仮にエピ工程や高温熱処理でも消滅しないサイズの酸素析出物があったとしても、近年の低温化短時間化したデバイスプロセスにおいては、デバイスプロセス中の熱処理において酸素析出物の成長が期待できないこと、に鑑みなされたものである。
【００２４】
本発明の第１の目的は、デバイスプロセス前の段階において、酸素析出物の密度を高くすることとサイズを大きくすることを同時に実現することで、安定に優れたＩＧ能力を付加することができるシリコンウェーハの製造方法を提供することにある。
【００２５】
本発明の第２の目的は、ウェーハ内部に存在するＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させることと、表面近傍のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させることを簡便な熱処理により同時に実現することで、効率的にＤＺ−ＩＧ構造を形成すること、そして、形成されたＤＺ層中の酸素析出物をより完全に消滅させることで、極めて高品質のＤＺ−ＩＧ構造を効率的に形成することができるシリコンウェーハの製造方法を提供することにある。
【００２６】
また、結晶熱履歴で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をできるだけ消滅させることなく短時間で効率よく成長させ、低温化短時間化されたデバイスプロセス中であっても優れたＩＧ能力を付加することができ、近年の低温化短時間化したデバイスプロセスにおいても十分にゲッタリング能力を発揮することのできるエピタキシャルウェーハを効率的に製造することのできるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法及びシリコンエピタキシャルウェーハを提供することを目的とする。
【００２７】
上記課題を解決するために、本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、シリコンウェーハにゲッタリング能力を付加するため当該シリコンウェーハに熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法であって、酸素析出核を形成する昇温工程Ａと、前記酸素析出核を成長させる昇温工程Ｂと、前記成長した酸素析出核をさらに大きな酸素析出物に成長させる等温保持工程Ｃの少なくとも３つの工程により構成され、前記昇温工程ＡはＴ1℃からＴ2℃までＲ1℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ1℃が６５０℃以下、Ｔ2℃が７００℃以上及びＲ1℃／分が１．５℃／分以下であり、前記昇温工程ＢはＴ2℃からＴ3℃までＲ2℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ2℃が７００℃以上、Ｔ3℃が１０００℃以上及びＲ2℃／分がＲ1℃／分以上且つ７℃／分以下であることを特徴とする。上記昇温工程Ａと昇温工程Ｂと等温保持工程Ｃを工程順に連続して行うのが好ましい。
【００２８】
前記昇温工程ＡはＴ1℃からＴ2℃までＲ1℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ1℃が６５０℃以下、Ｔ2℃が７００℃以上及びＲ1℃／分が１．５℃／分以下である。
【００２９】
Ｔ1℃は低いほど析出物密度が高くなるが、析出物を形成するのに必要な工程時間が長くなってしまうので、５００℃以上とすることが好ましい。また、６５０℃を超える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。同様に、Ｔ2℃が７００℃未満であっても析出物密度が十分に得られない場合があるので７００℃以上とすることが好ましく、その上限温度は熱処理プロセス上、Ｔ3℃ということになるが、析出物密度を高くすることと工程時間を短くする観点から、Ｔ2℃は７５０℃以上８５０℃以下であることがより好ましい。
【００３０】
また、Ｒ1℃／分が低速であるほど析出物密度が高くなるため、十分な析出物密度を得るためには１．５℃／分以下が好ましいが、あまりに低速すぎると析出物を形成するのに必要な工程時間が長くなってしまうので、０．５℃／分以上とすることが好ましい。
【００３１】
この昇温工程Ａにより、酸素析出核を高密度で形成することができる。従って、酸素析出核をほとんど含んでいないエピウェーハや約１０００℃以上の熱処理があらかじめ施されたシリコンウェーハにおいても、高密度の酸素析出核を形成することができる。また、結晶熱履歴において酸素析出核が十分に形成されなかったウェーハにおいても、高密度の酸素析出核を形成することができる。従って、その後の工程において形成される酸素析出物の密度を高くすることができる。
【００３２】
さらに、デバイスプロセスにおける汚染の程度に合わせて酸素析出物の密度を変えたい場合は、たとえばＴ2℃を約７５０℃とし、Ｒ1℃／分を約１℃／分として、Ｔ1℃を変えることにより密度を容易に変えることができる。酸素析出物の密度が高くなるほどＩＧ能力が高くなることはいうまでもないが、密度を高くする場合は工程時間が長くなる。従って、必要な密度を効率的に得るために、密度を容易に変えることができる効果は重要である。
【００３３】
上記昇温工程ＢはＴ2℃からＴ3℃までＲ2℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ2℃が約７００℃以上であり、Ｔ3℃が約１０００℃以上であり、Ｒ2℃／分がＲ1℃／分以上且つ約７℃／分以下である。この昇温工程により、前記昇温工程Ａにおいて形成された酸素析出核を効率的に成長させることができる。
【００３４】
Ｔ3℃を１０００℃以上とすることにより、析出物を十分な大きさに成長させることができる。また、Ｔ3℃が高いほど析出物が大きくなるが、スリップ転位の発生や金属汚染を防ぐため、１２３０℃以下とすることが好ましく、１１５０℃以下とすることがより好ましく、１１００℃以下とすることがさらに好ましい。
【００３５】
Ｒ2℃／分は十分に低速であれば良いが、過度に低速にすると工程時間が長くなってしまう。そこで、Ｒ2℃／分をＲ1℃／分以上且つ約７℃／分以下にするのが望ましい。約７℃／分以下であれば、その前の工程で形成された酸素析出核のほとんどを消滅させることなく効率的に成長させることができる。また、析出物密度を高めるため、Ｒ1℃／分以上５℃／分以下が好ましい。
【００３６】
温度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、Ｒ2℃／分をＲ1℃／分以上の高速にすることにより短時間で成長させることができる。
【００３７】
前記等温保持工程ＣはＴ3℃でｔ時間保持する工程であって、Ｔ3℃が約１０００℃以上であり、ｔ時間が約１時間以上であることが好ましい。この等温保持工程Ｃにより、昇温工程Ｂにおいて成長した微小な酸素析出物を、ＩＧ能力を有する大きな酸素析出物に成長させることができる。従って、酸素析出物の成長が期待できないような低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいても、優れたＩＧ能力を発揮できるようになる。尚、ｔ時間が長いほど析出物のサイズが大きくなるが、工程時間が長くなり生産性が低下するので、４時間以下とすることが好ましい。
【００３８】
ここで、ＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもＩＧ能力を有すると考えられているので、実験的に検出可能なサイズであれば十分なＩＧ能力を有すると判断できる。
【００３９】
さらに、保持温度Ｔ3℃や保持時間ｔ時間を変えることにより、酸素析出物のサイズを容易に変えることができる。酸素析出物のサイズを大きくするほどＩＧ能力が高くなると考えられるが、工程時間が長くなる。従って、必要な酸素析出物のサイズを効率的に得るために、サイズを容易に変えることができる効果も重要である。
【００４０】
昇温工程Ａと昇温工程Ｂの間、及び昇温工程Ｂと等温保持工程Ｃの間においてウェーハを熱処理炉外に取り出すこともできるが、上記３工程を連続して行うことにより全体の工程時間を短縮することができる。
【００４１】
この等温保持工程Ｃの後、ウェーハを熱処理炉外に出す際の熱処理炉内温度やその温度までの降温速度は問わないが、熱応力によるスリップが発生しないように決定することが望ましい。たとえば、熱処理炉内温度をＴ3℃から８００℃まで２℃／分で降温した後、ウェーハを熱処理炉外に取り出すことができる。
【００４２】
本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果を十分に得るためには、シリコンウェーハの酸素濃度が約１７ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ、核形成速度及び成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。酸素濃度が低くても、例えばＴ1℃を低温にしたり、Ｒ1℃／分やＲ2℃／分を低速にすることにより、本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果を得ることができる。
【００４３】
本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、エピタキシャルウェーハや１０００℃以上（特に１１００℃以上）の熱処理があらかじめ施されたシリコンウェーハに対しても効果的に適用することができる。
【００４４】
上述のことから、本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様により、デバイスプロセス前の段階において、酸素析出物の密度を高くすることとサイズを大きくすることを同時に実現できる。従って、酸素析出核をほとんど含んでいないウェーハにおいても、大きな酸素析出物を高密度で形成することができ、酸素析出物の成長が期待できない低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいても優れたＩＧ能力を発揮できるようになる。
【００４５】
本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様の付加的な効果として、熱応力によるスリップ転位の発生を抑制する効果が挙げられる。スリップを構成している転位は酸素析出物によりピンニングされることが知られている。従って、本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様により大きな酸素析出物が高密度で形成されれば、転位がピンニングされる確率が高くなりスリップ転位の発生が抑制される。
【００４６】
本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハに対し、５００℃〜７００℃の範囲内の温度Ｔ4℃で所定時間ｔ1保持し、次いで５℃／分以下の昇温速度Ｒ℃／分で１０００℃〜１２３０℃の範囲内の温度Ｔ5℃まで昇温し、この温度Ｔ5℃で所定時間ｔ2保持することにより、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させることを特徴とする。
【００４７】
このように、低温（Ｔ4℃）から高温（Ｔ5℃）まで５℃／分以下の昇温速度でゆっくりと昇温して高温で所定時間保持することにより、バルク中のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させることなく効率的にゲッタリング能力を有するサイズ以上に成長させることができる。また、それと同時にウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させることにより、酸素析出核を消滅させることができるので、ウェーハ表面近傍には酸素析出物のないＤＺ層が形成される。すなわち、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様によれば、簡便な１ステップの熱処理のみでＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【００４８】
ここで、ＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもＩＧ能力を有すると考えられているので、実験的に検出可能なサイズであれば十分なＩＧ能力を有すると判断できる。従って、ゲッタリング能力を有するサイズとしては、直径約４０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、酸素析出物サイズの上限は問わないが、大きく成長させるには熱処理時間が長くかかるので直径１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４９】
前記温度Ｔ5℃が約１０００℃よりも低くなると、大きな酸素析出物に成長させるための時間が長くなり、全体の工程時間が長くなってしまう。Ｔ5℃が高いほど大きな酸素析出物に成長させるための時間が短くなり、全体の工程時間を短くすることができるが、約１２３０℃を超える高温では熱処理炉からの金属汚染が顕著になるため、１２３０℃以下とすることが好ましい。
【００５０】
前記温度Ｔ4℃は低いほど析出物密度が高くなるが、工程時間が長くなってしまうので、約５００℃以上とするのが好ましい。また、約７００℃を越える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。同様に、昇温速度Ｒ℃／分が低速であるほど析出物密度が高くなるが、あまり低速すぎると工程時間が長くなってしまうので、約１℃／分以上とするのが好ましい。昇温速度Ｒ℃／分が約５℃／分を越える高速になるとＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が成長できず消滅してしまう割合が高くなり、析出物密度が十分に得られない場合がある。
【００５１】
前記Ｔ4℃からＴ5℃への昇温速度Ｒ℃／分を５℃／分以下とすることにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させることができる。すなわち、結晶育成工程で形成された既存のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるので、酸素析出核を新たに形成するための熱処理工程が無くても析出物密度を十分に高くすることができ、しかも、全体の工程時間を短くすることができる。
【００５２】
また、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様において、前記Ｔ4℃からＴ5℃まで昇温する前に、Ｔ4℃における保持時間ｔ1は０分でも構わないが１５分以上とすることがより好ましい。これにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核がより消滅しにくくなり、さらにＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核に加えて新たな酸素析出核を発生させることができ、より高密度の酸素析出核を形成することができる。また、保持時間ｔ1を長くすると工程時間が長くなってしまうことから、約６０分以下とするのが好ましい。
【００５３】
なお、前記温度Ｔ4℃が低いほど、またＴ4℃での保持時間ｔ1が長いほど、また昇温速度が遅いほど、昇温工程中に新たな析出核が形成され、析出物密度が高くなる。
【００５４】
前記温度Ｔ5℃での保持時間ｔ2は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズに確実に成長させるため、また、十分な幅をもつＤＺ層を形成するため約３０分以上であることが好ましい。保持時間ｔ2が長いほどバルク中の酸素析出物のサイズが大きくなり、表面近傍のＤＺ幅を広げることができるが、工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましく、約２時間以下とするのがより好ましい。一方、保持時間ｔ2が約３０分より短くなると、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの
酸素析出物やＤＺ幅が得られなくなる可能性が生ずることになる。
【００５５】
本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程昇温開始温度Ｔ4℃を低くしたり、Ｔ5℃での保持時間を長くすることにより、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様の効果が得られる。従って、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様において酸素濃度の上限は問わないが、シリコン単結晶製造の容易性を考慮すると約２３ｐｐｍａ以下が好ましい。
【００５６】
また、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様によれば、デバイスプロセス中の熱応力によるスリップ転位の発生を抑制する効果が得られる。スリップを構成している転位は酸素析出物によりピンニングされることが知られている。従って、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様により、ある程度の大きなサイズを有する酸素析出物が高密度で形成されれば、転位がピンニングされる確率が高くなりスリップ転位の発生が抑制される。すなわち、本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、熱処理によりスリップ転位の発生し易い直径３００ｍｍ以上の大口径ウェーハに特に好適に用いることができる。スリップ転位の発生を抑制するためには前記温度Ｔ5℃を１２００℃以下とすることが好ましく、約１１５０℃以下とするのがより好ましい。
【００５７】
さらに、シリコン単結晶の育成の際にボイド欠陥の発生を抑制した条件で引き上げられたシリコン単結晶から作製された、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない低欠陥ウェーハに対して本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様を適用することにより、１２００℃程度の高温熱処理を施すことなしに、酸素析出物だけでなくＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない極めて高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。これは、スリップの発生を抑制するという観点から、今後の主流となる３００ｍｍウェーハにおいて特に有効である。
【００５８】
ここで、上記低欠陥ウェーハは、たとえば特開平１１−１４７７８６号、特開平１１−１５７９９６号などに記載されているように、結晶の引き上げ速度Ｖと引き上げ結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの比Ｖ／Ｇを制御して引き上げる公知技術を用いて得ることができる。
【００５９】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハにゲッタリング能力を付加するため当該シリコンウェーハに熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法であって、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させる昇温工程Ａ1と、より高温の保持温度まで昇温する昇温工程Ｂ1と、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させる等温保持工程Ｃ1の少なくとも３つの工程により構成され、前記昇温工程Ａ1はＴ6℃からＴ7℃までＲ3℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ6℃が７００℃以下、Ｔ7℃が８００℃〜１０００℃、Ｒ3℃／分が３℃／分以下であり、前記昇温工程Ｂ1はＴ7℃からＴ8℃までＲ4℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ7℃が８００℃〜１０００℃、Ｔ8℃が１０５０℃〜１２３０℃、Ｒ4℃／分が５℃／分以上であることを特徴とする。上記昇温工程Ａ1と昇温工程Ｂ1と等温保持工程Ｃ1を工程順に連続して行うことが望ましい。
【００６０】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様において、上記昇温工程Ａ1はＴ6℃からＴ７℃までＲ3℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ6℃が７００℃以下であり、Ｔ7℃が８００℃〜１０００℃であり、Ｒ3℃／分が３℃／分以下である。
【００６１】
Ｔ6℃は低いほど成長可能なＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることにより析出物密度が高くなるが、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるのに必要な工程時間が長くなってしまうので、５００℃以上とすることが好ましい。また、７００℃を越える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。
【００６２】
Ｔ7℃が８００℃未満であると前記昇温工程Ａ1においてＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が十分に成長できず、その後の昇温工程Ｂ1で消滅する割合が高くなり、析出物密度が十分に得られない場合がある。Ｔ7℃が１０００℃を越える温度であると、表面近傍のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核も大きく成長してしまい、その後の昇温工程Ｂ1及び等温保持工程Ｃ1を経ても表面近傍に残存して、ＤＺ層中の析出物密度が増加してしまう場合がある。
【００６３】
また、Ｒ3℃／分が低速であるほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が消滅せずに成長する割合が高くなることにより析出物密度が高くなるため、十分な析出物密度を得るためには３℃／分以下が好ましいが、あまり低速すぎると工程時間が長くなってしまい効率的でなくなるので、０．５℃／分以上とすることが好ましい。
【００６４】
この昇温工程Ａ1により、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させることができる。すなわち、結晶育成工程で形成された既存のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるので、酸素析出核を新たに形成するための熱処理工程が無くても析出物密度を十分に高くすることができ、しかも、全体の工程時間を短くすることができる。
【００６５】
また、前記昇温工程Ａ1のＴ6℃からＴ7℃まで昇温する前に、Ｔ6℃における保持時間ｔ3は０分でも構わないが、３０分以上とすることがより好ましい。これにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核がより消滅しにくくなり、さらにＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核に加えて新たな酸素析出核を発生させることができ、より高密度の酸素析出核を形成することができる。また、保持時間ｔ1を長くすると工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましい。
【００６６】
上記昇温工程Ｂ１はＴ７℃からＴ８℃までＲ４℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ７℃が８００℃〜１０００℃であり、Ｔ８℃が１０５０℃〜１２３０℃であり、Ｒ４℃／分が５℃／分以上である。この昇温工程Ｂ１において、短時間で高温まで昇温することにより表面近傍における酸素析出物の成長を抑えることができ、その後の等温保持工程Ｃ１において表面近傍の酸素析出物を消滅しやすくすることができる。
【００６７】
Ｔ8℃を１０５０℃以上とすることにより、効率的にバルク中の酸素析出物を十分な大きさに成長させるとともに、表面近傍の酸素を外方拡散させることにより、表面近傍の酸素析出物を消滅させることができる。また、Ｔ8℃が高いほどバルク中の析出物が大きくなり、またＤＺ幅が広くなるが、約１２３０℃を超える高温では熱処理炉からの金属汚染が顕著になるので１２３０℃以下とすることが好ましい。
【００６８】
Ｒ4℃／分が５℃／分未満であると表面近傍の酸素析出物が大きく成長してしまい、その後の等温保持工程Ｃ1において消滅しにくくなる。しかし、Ｒ4℃／分が高速すぎるとバルク中の酸素析出物も消滅する割合が高くなり析出物密度が低下してしまうので、１０℃／分以下であることが望ましい。
【００６９】
前記等温保持工程Ｃ1はＴ8℃でｔ4時間保持する工程であって、Ｔ8℃が１０５０℃〜１２３０℃であり、ｔ4時間が３０分以上であることが好ましい。この等温保持工程Ｃ1により、その前の昇温工程Ａ1及び昇温工程Ｂ1において成長した微小な酸素析出物を、バルク中ではＩＧ能力を有する大きな酸素析出物に成長させることができ、表面近傍では消滅させることができる。従って、無欠陥のＤＺ層と優れたＩＧ能力を有するＩＧ層を兼ね備えた高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【００７０】
ここで、ＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもＩＧ能力を有すると考えられているので、実験的に検出可能なサイズであれば十分なＩＧ能力を有すると判断できる。従って、ゲッタリング能力を有するサイズとしては、直径４０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、酸素析出物サイズの上限は問わないが、大きく成長させるには熱処理時間が長くかかるので直径１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００７１】
前記Ｔ8℃での保持時間ｔ4が長いほどバルク中の酸素析出物のサイズが大きくなり、またＤＺ幅が広くなるが、工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましい。一方、保持時間ｔ4が約３０分より短くなると、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの酸素析出物やＤＺ幅が得られなくなる可能性が生ずることになる。
【００７２】
さらに、保持温度Ｔ8℃や保持時間ｔ4を変えることにより、酸素析出物のサイズやＤＺ幅を容易に変えることができる。酸素析出物のサイズを大きくするほどＩＧ能力が高くなると考えられるが、工程時間が長くなる。従って、必要な酸素析出物のサイズやＤＺ幅を効率的に得るために、酸素析出物のサイズやＤＺ幅を容易に変えることができる効果も重要である。
【００７３】
昇温工程Ａ1と昇温工程Ｂ1の間、及び昇温工程Ｂ1と等温保持工程Ｃ1の間においてウェーハを炉外に取り出すこともできるが、上記３工程を連続して行うことにより全体の工程時間を短縮することができる。
【００７４】
前記等温保持工程Ｃ1の後、ウェーハを熱処理炉外に出す際の熱処理炉内温度やその温度までの降温速度は問わないが、熱応力によるスリップが発生しないように決定することが望ましい。たとえば、熱処理炉内温度をＴ8℃から７００℃まで３℃／分で降温した後、ウェーハを熱処理炉外に取り出すことができる。
【００７５】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１４ｐｐｍａ〜１７ｐｐｍａであることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができるが、酸素濃度が高すぎると表面近傍の析出物が消滅しにくくなってしまう。また、酸素濃度が低くなるとシリコン単結晶の育成工程で形成されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が低くなり、析出物密度が低くなってしまう。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程Ａ1の昇温開始温度Ｔ6℃を低くしたり、Ｒ3℃／分を低速にすることにより、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果が得られる。
【００７６】
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様によれば、デバイスプロセス中の熱応力によるスリップ転位の発生を抑制する効果が得られる。スリップを構成している転位は酸素析出物によりピンニングされることが知られている。従って、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様により、大きなサイズを有する酸素析出物が高密度で形成されれば、転位がピンニングされる確率が高くなりスリップ転位の発生が抑制される。すなわち、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、熱処理によりスリップ転位の発生し易い直径３００ｍｍ以上の大口径ウェーハに特に好適に用いることができる。
【００７７】
スリップ転位の発生を抑制するためには前記温度Ｔ8℃を１２００℃以下とすることが好ましく、約１１５０℃以下とするのがより好ましい。
【００７８】
さらに、シリコン単結晶の育成の際にボイド欠陥の発生を抑制した条件で引き上げられたシリコン単結晶から作製された、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない低欠陥ウェーハに対して本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様を適用することにより、酸素析出物だけでなくＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない極めて高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。これは、スリップの発生を抑制するという観点から、今後の主流となる３００ｍｍウェーハにおいて特に有効である。
【００７９】
ここで、上記低欠陥ウェーハは、たとえば特開平１１−１４７７８６号、特開平１１−１５７９９６号などに記載されているように、結晶の引き上げ速度Ｖと引き上げ結晶中の固液界面近傍の温度勾配Ｇとの比Ｖ／Ｇを制御して引き上げる公知技術を用いて得ることができる。
【００８０】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様は、シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハに対し、５００℃〜７００℃の範囲内の温度Ｔ9℃で所定時間ｔ5保持し、ついで１℃／分以上５℃／分以下の昇温速度Ｒ5℃／分で８００℃〜９００℃の範囲内の温度Ｔ10℃まで昇温し、この温度Ｔ10℃で所定時間ｔ6保持することにより、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、その後のエピタキシャル成長工程において消滅しないサイズ以上に成長させた後、前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル成長を行うことを特徴とする。
【００８１】
このように、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をエピタキシャル成長工程において消滅しないサイズに成長させた後にエピタキシャル成長を行えば、エピ工程直後の酸素析出物は十分なＩＧ能力を有するほど大きくないが、エピ工程後のデバイスプロセスによりＩＧ能力を有するサイズに成長することで、優れたＩＧ能力が付加されることになる。
【００８２】
前記温度Ｔ10℃が約９００℃より高くても良いが、昇温の時間とＴ10℃での保持工程後の降温工程の時間が長くなってしまう。また、Ｔ10℃が約８００℃よりも低くなると酸素析出物の成長速度が遅くなるので、エピタキシャル成長工程において消滅しないサイズに成長させるための時間が長くなり、全体の工程時間が長くなってしまう。
【００８３】
前記温度Ｔ9℃は低いほど析出物密度が高くなるが、工程時間が長くなってしまうので、約５００℃以上とするのが好ましい。また、約７００℃を越える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。同様に、昇温速度Ｒ5℃／分が低速であるほど析出物密度が高くなるが、あまり低速すぎると工程時間が長くなってしまうので、約１℃／分以上とするのが好ましい。昇温速度Ｒ5℃／分が約５℃／分を越える高速になるとＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が成長できず消滅してしまう割合が高くなり、析出物密度が十分に得られない場合がある。
【００８４】
前記Ｔ9℃からＴ10℃への昇温を昇温速度１℃／分以上５℃／分以下とすることにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させることができる。すなわち、結晶育成工程で形成された既存のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるので、酸素析出核を新たに形成するための熱処理工程が無くても析出物密度を十分に高くすることができ、しかも、全体の工程時間を短くすることができる。
【００８５】
また、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様において、前記Ｔ9℃からＴ10℃まで昇温する前に、Ｔ9℃における保持時間ｔ5は０分でも構わないが１５分以上とすることがより好ましい。これにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が昇温工程中でより消滅しにくくなり、さらにＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核に加えて新たな酸素析出核を発生させることができ、より高密度の酸素析出核を形成することができる。また、保持時間ｔ5を長くすると工程時間が長くなってしまうことから、約６０分以下とするのが好ましい。
【００８６】
なお、前記温度Ｔ9℃が低いほど、またＴ9℃での保持時間ｔ5が長いほど、またＲ5℃／分が遅いほど、昇温工程中に新たな析出核が形成され、析出物密度が高くなる。
【００８７】
前記Ｔ10℃での保持時間ｔ6は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、その後に１０５０℃〜１２００℃程度の高温で行われるエピタキシャル成長工程において消滅しないサイズ（３ｎｍ〜４ｎｍ程度）以上に確実に成長させるため、約３０分以上であることが好ましい。サイズ３ｎｍ〜４ｎｍは、古典論により計算された、エピ工程温度１１５０℃における臨界サイズ（直径）である。保持時間ｔ6が長いほど酸素析出物のサイズが大きくなるが、工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましく、約２時間以下とすることがより好ましい。一方、保持時間ｔ6が約３０分より短くなると、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの酸素析出物が得られなくなる可能性が生ずることになる。また、保持時間ｔ6が０分であるとＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の成長が不十分であるため、エピ工程で消滅してしまう割合が多くなり、デバイスプロセス後に検出可能な酸素析出物密度が低下してしまう。
【００８８】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程昇温開始温度Ｔ9℃を低くしたり、Ｔ10℃での保持時間を長くすることにより、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の効果が得られる。従って、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様において酸素濃度の上限は問わないが、シリコン単結晶製造の容易性を考慮すると約２３ｐｐｍａ以下が好ましい。
【００８９】
上述のことから、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様により、優れたゲッタリング能力を有するシリコンエピタキシャルウェーハを、効率的に得ることができる。
【００９０】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様は、シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハに対し、５００℃〜７００℃の範囲内の温度Ｔ11℃で所定時間ｔ7保持し、ついで５℃／分以下の昇温速度Ｒ6℃／分で１０００℃〜１１００℃の範囲内の温度Ｔ12℃まで昇温し、この温度Ｔ12℃で所定時間ｔ8保持することにより、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させた後、前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル成長を行うことを特徴とする。
【００９１】
このように、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させた後にエピタキシャル成長を行えば、エピタキシャル成長工程中における酸素析出物の再溶解は起こらず、デバイスプロセスに投入する前にゲッタリング能力を有するサイズの酸素析出物が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハを得ることができる。
【００９２】
ここで、ＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもＩＧ能力を有すると考えられているので、実験的に検出可能なサイズであれば十分なＩＧ能力を有すると判断できる。従って、ゲッタリング能力を有するサイズとしては、直径約４０ｎｍ以上とすることが好ましい。このサイズ以上であれば、エピタキシャル工程において消滅せず、十分にＩＧ能力を維持できる。また、酸素析出物サイズの上限は問わないが、大きく成長させるには熱処理時間が長くかかるので直径１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００９３】
前記温度Ｔ12℃が約１０００℃よりも低くなると、大きな酸素析出物に成長させるための時間が長くなり、全体の工程時間が長くなってしまう。Ｔ12℃が高いほど大きな酸素析出物に成長させるための時間が短くなり、全体の工程時間を短くすることができるが、当該熱処理中や、後のエピ工程におけるスリップ転位の発生を十分に抑制するためには、約１１００℃以下とするのが好ましい。
【００９４】
前記温度Ｔ11℃は低いほど析出物密度が高くなるが、工程時間が長くなってしまうので、約５００℃以上とするのが好ましい。また、約７００℃を越える温度であると析出物密度が十分に得られない場合がある。同様に、昇温速度Ｒ6℃／分が低速であるほど析出物密度が高くなるが、あまり低速すぎると工程時間が長くなってしまうので、約１℃／分以上とするのが好ましい。昇温速度Ｒ6℃／分が約５℃／分を越える高速になるとＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が成長できず消滅してしまう割合が高くなり、析出物密度が十分に得られない場合がある。
【００９５】
前記Ｔ１１℃からＴ１２℃への昇温速度Ｒ ６ ℃／分を５℃／分以下とすることにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を極力消滅させることなく効率的に成長させることができる。すなわち、結晶育成工程で形成された既存のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させるので、酸素析出核を新たに形成するための熱処理工程が無くても析出物密度を十分に高くすることができ、しかも、全体の工程時間を短くすることができる。
【００９６】
また、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様において、前記Ｔ11℃からＴ12℃まで昇温する前に、Ｔ11℃における保持時間ｔ7は０分でも構わないが、１５分以上とすることがより好ましい。これにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が昇温工程中でより消滅しにくくなり、さらにＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核に加えて新たな酸素析出核を発生させることができ、より高密度の酸素析出核を形成することができる。また、保持時間ｔ7を長くすると工程時間が長くなってしまうことから、約６０分以下とすることが好ましい。
【００９７】
なお、前記温度Ｔ11℃が低いほど、またＴ11℃での保持時間ｔ7が長いほど、また昇温速度が遅いほど、昇温工程中に新たな析出核が形成され、析出物密度が高くなる。
【００９８】
前記温度Ｔ12℃での保持時間ｔ8は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を、ゲッタリング能力を有するサイズに確実に成長させるため、約３０分以上であることが好ましい。保持時間ｔ8が長いほど酸素析出物のサイズが大きくなるが、工程時間が長くなってしまうことから、約４時間以下とするのが好ましく、約２時間以下とすることがより好ましい。一方、保持時間ｔ8が約３０分に達しないと、時間の僅かなばらつきにより所望のサイズの酸素析出物が得られなくなる可能性が生ずることになる。
【００９９】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程昇温開始温度Ｔ11℃を低くしたり、Ｔ12℃での保持時間を長くすることにより、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の効果が得られることは容易に想像される。従って、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様において酸素濃度の上限は問わないが、シリコン単結晶製造の容易性を考慮すると約２３ｐｐｍａ以下が好まし
い。
【０１００】
上述のことから、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様により、優れたゲッタリング能力を有するシリコンエピタキシャルウェーハを、効率的に得ることができる。
【０１０１】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の付加的な効果として、デバイスプロセス中の熱応力によるスリップ転位の発生を抑制する効果が挙げられる。スリップを構成している転位は酸素析出物によりピンニングされることが知られている。従って、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様により、デバイスプロセス投入前にある程度の大きなサイズを有する酸素析出物が高密度で形成されれば、転位がピンニングされる確率が高くなりスリップ転位の発生が抑制される。従って、今後の主流となる３００ｍｍウェーハ（エピタキシャルウェーハ）において特に有効である。
【０１０２】
本シリコンエピタキシャルウェーハの第１の態様は、１０００℃、２時間の熱処理前にバルク中に検出される酸素析出物密度が１×１０9／ｃｍ3未満であり、１０００℃、２時間の熱処理後にバルク中に検出される酸素析出物密度が１×１０9／ｃｍ3以上であることを特徴とする。
【０１０３】
このように、本シリコンエピタキシャルウェーハの第１の態様は、低温化短時間化されたデバイスプロセスを模擬した１０００℃、２時間程度の熱処理においても、確実にゲッタリング能力を有するサイズ（光学的測定装置で検出可能な直径約４０ｎｍ以上）の酸素析出物密度が１×１０9／ｃｍ3以上得られるので、低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいても十分にゲッタリング能力を有するものである。尚、酸素析出物密度が高いほど優れたＩＧ能力を有することになるが、固溶酸素濃度の減少によるウェーハ強度の低下が生ずる場合があるので、１０００℃、２時間の熱処理後の酸素析出物密度は１×１０12／ｃｍ3以下とすることが好ましい。
【０１０４】
また、本シリコンエピタキシャルウェーハの第２の態様は、エピタキシャル層形成後の未熱処理の状態でバルク中に検出される酸素析出物密度が１×１０9／ｃｍ3以上であることを特徴とする。
【０１０５】
このように、本シリコンエピタキシャルウェーハの第２の態様は、低温化短時間化されたデバイスプロセスに投入する前の未熱処理（エピタキシャル成長後に熱処理が行われていないことを意味する。）の状態で、確実にゲッタリング能力を有するサイズ（光学的測定装置で検出可能な直径約４０ｎｍ以上で、好ましくは直径１００ｎｍ以下）の酸素析出物密度が１×１０9／ｃｍ3以上得られるので、低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいてもプロセスの初期段階から十分にゲッタリング能力を有するものである。尚、酸素析出物密度が高いほど優れたＩＧ能力を有することになるが、固溶酸素濃度の減少によるウェーハ強度の低下が生ずる場合があるので、前記酸素析出物密度は１×１０12／ｃｍ3以下とすることが好ましい。
【０１０６】
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明するが、本発明の技術思想から逸脱しない限り図示例以外に種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【０１０７】
図１は本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図２は図１の工程順の要部を模式的に示す説明図である。本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、図１及び図２に示したように、酸素析出核を形成する昇温工程Ａ（ステップ１０４）と、酸素析出核を成長させる昇温工程Ｂ（ステップ１０６）と、さらに大きな酸素析出物に成長させる等温保持工程Ｃ（ステップ１０８）の３つの工程を必須の工程とするものである。なお、図１及び図２には好ましい例として、昇温工程Ａ（１０４）と昇温工程Ｂ（１０６）と等温保持工程Ｃ（１０８）を連続して行う場合が示されている。
【０１０８】
図１に示したように、まず熱処理を施す対象となるウェーハを準備する（ステップ１００）。そのウェーハをＴ1℃に保持されている熱処理炉内に挿入する（ステップ１０２）。ここで、Ｔ1℃を約６５０℃以下とするのが好ましい。次に、図２によく示されているように、炉内温度をＴ1℃からＴ2℃までＲ1℃／分の速度で昇温する（昇温工程Ａ：ステップ１０４）。ここで、Ｔ2℃を約７００℃以上とし、Ｒ1℃／分を約１．５℃／分以下とするのが好ましい。この昇温工程Ａ（ステップ１０４）において、酸素析出核を高密度で形成することができる。このことにより、熱処理前の段階で酸素析出核をほとんど含んでいないウェーハにおいても、酸素析出核を高密度で形成することができる。あらかじめ酸素析出核を含んでいるウェーハにおいては、より高密度の酸素析出核が形成されることになる。
【０１０９】
デバイスプロセスにおける汚染の程度に合わせて酸素析出物の密度を変えたい場合は、たとえばＴ2℃を約７５０℃とし、Ｒ1℃／分を約１℃／分として、Ｔ1℃を変えることにより密度を容易に変えることができる。
【０１１０】
次に、熱処理炉内温度をＴ2℃からＴ3℃までＲ2℃／分の速度で昇温する（昇温工程Ｂ：ステップ１０６）。ここで、Ｔ3℃を約１０００℃以上とし、Ｒ2℃／分をＲ1℃／分以上且つ約７℃／分以下とするのが好ましい。この昇温工程Ｂ（ステップ１０６）において、その前の工程で形成された酸素析出核を効率的に成長させることができる。
【０１１１】
尚、昇温工程Ａ、Ｂの昇温速度Ｒ1℃／分、Ｒ2℃／分をそれぞれ一定の昇温速度とすれば、昇温工程が複雑にならないので好適であるが、それぞれの工程の途中で昇温速度を切り替えることもできる。例えば昇温工程Ｂにおいて、一旦Ｒ2℃／分で昇温を開始し、Ｔ3℃に到達する前の温度においてＲ2℃／分より高速の昇温速度に切り替えれば、工程時間を若干短縮することができる。
【０１１２】
次に、Ｔ3℃においてｔ時間保持する（等温保持工程Ｃ：ステップ１０８）。ここで、Ｔ3℃を約１０００℃以上とし、ｔ時間を約１時間以上とするのが好適である。この等温保持工程Ｃ（ステップ１０８）において、その前の昇温工程Ａ及びＢで形成された微小な酸素析出物をＩＧ能力を有する大きな酸素析出物に成長させることができる。この様に等温保持工程Ｃは前工程で形成（成長）した析出物をさらに成長させることを目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、文字通り一定温度に保持することだけに限定されず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。
【０１１３】
さらに、等温保持工程Ｃ（ステップ１０８）におけるＴ3℃及びｔ時間を変えることにより、酸素析出物のサイズを容易に変えることができる。酸素析出物のサイズを大きくするほどＩＧ能力が高くなると考えられるが、工程時間が長くなる。従って、必要な酸素析出物のサイズを効率的に得るために、サイズを容易に変えることができる効果は重要である。
【０１１４】
ここで、酸素析出物の成長が期待できないようなデバイスプロセスに投入されるシリコンウェーハを作製する場合には、等温保持工程ＣのＴ3℃を１０００℃以上とすることが好適であるが、酸素析出物の成長が期待できるようなデバイスプロセスの場合であって、熱処理後に酸素析出物が実験的に検出されなくても良い場合に本発明を適用する際には、等温保持工程のＴ3℃を１０００℃以下の温度、たとえば８００℃とすることができる。
【０１１５】
上記熱処理後、たとえば熱処理炉内温度をＴ3℃から８００℃まで２℃／分で降温した（降温工程Ｄ：ステップ１１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ１１２）。
【０１１６】
本熱処理方法の効果を十分に得るためには、シリコンウェーハの酸素濃度が約１７ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ、核形成速度及び成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短時間になる。
【０１１７】
図３は本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図４は図３の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【０１１８】
図３に示したように、まず熱処理を施す対象となるＧｒｗｏｎ−ｉｎ析出核を有するウェーハを準備する（ステップ２００）。このウェーハは通常のＣＺ法により育成されたシリコン単結晶をウェーハに加工して得ることができる。そのウェーハを熱処理炉に挿入する（ステップ２０２）。この熱処理炉はＴ4℃（５００℃〜７００℃）に維持されており、次の昇温工程を行う前に、挿入されたウェーハはＴ4℃において所定時間（ｔ1時間）、好ましくは１５分以上保持される（昇温前保持工程：ステップ２０４）。次に、図４によく示されているように、炉内温度をＴ4℃から１０００℃〜１２３０℃の間に設定されたＴ5℃まで５℃／分以下の昇温速度Ｒ℃／分で昇温する（昇温工程：ステップ２０６）。この昇温工程（ステップ２０６）において、高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させずに効率的に成長させることができる。
【０１１９】
デバイスプロセスの汚染の程度に合わせて酸素析出物の密度を変えたい場合は、たとえば、Ｔ5℃を約１１００℃とし、昇温速度Ｒ℃／分を約３℃／分に固定して、Ｔ4℃を変えることにより密度を容易に変えることができる。
【０１２０】
次に、Ｔ5℃において所定時間（ｔ2時間）保持する（昇温後保持工程：ステップ２０８）。ここで、保持時間を約３０分以上とするのが好適である。この昇温後保持工程（ステップ２０８）において、その前の昇温工程（ステップ２０６）で成長したバルク中の微小な酸素析出物を所望のサイズである直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度、好ましくは約５０ｎｍ以上のサイズを有する酸素析出物に成長させると同時に、表面近傍の酸素を外方拡散させることにより酸素析出核を消滅させ、酸素析出物のないＤＺ層を形成することができる。
【０１２１】
このようにＴ5℃での昇温後保持工程（ステップ２０８）は昇温工程（ステップ２０６）で成長したバルク中の酸素析出物をさらに成長させること、および表面近傍の酸素の外方拡散を目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、一定温度に保持することだけに限らず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。さらに、昇温後保持工程（ステップ２０８）におけるＴ5℃及び保持時間ｔ2を変えることにより、酸素析出物のサイズを容易に変えることができる。
【０１２２】
なお、熱処理されるウェーハに関して、不純物添加の有無や不純物濃度は問わない。たとえば、窒素添加ウェーハでも窒素無添加ウェーハとほぼ同様な効果が得られる。
【０１２３】
上記熱処理後、例えば、熱処理炉内温度をＴ5℃から７００℃まで２℃／分で降温した（降温工程：ステップ２１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ２１２）。なお、上記降温速度及び降温後到達温度については特別の限定はない。
【０１２４】
上記熱処理の雰囲気は問わない。例えば、酸素雰囲気、酸素と窒素の混合雰囲気、アルゴン雰囲気、水素雰囲気などがある。アルゴンや水素の非酸化性雰囲気の場合は、ウェーハ表面に酸化膜が形成されないので、酸化性雰囲気の場合と比べると酸素の外方拡散が促進され、より好ましい場合がある。
【０１２５】
本熱処理方法の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。
【０１２６】
図５は本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図６は図５の工程順の要部を模式的に示す説明図である。本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、図５及び図６に示したように、シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させる昇温工程Ａ1（ステップ３０４）と、より高温の保持温度まで効率的に昇温する昇温工程Ｂ1（ステップ３０６）と、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させる等温保持工程Ｃ1（ステップ３０８）の３つの工程を必須の工程とするものである。なお、図５及び図６には好ましい例として、昇温工程Ａ1（ステップ３０４）と昇温工程Ｂ1（ステップ３０６）と等温保持工程Ｃ1（ステップ３０８）を連続して行う場合が示されている。
【０１２７】
図５に示したように、まず熱処理を施す対象となるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するウェーハを準備する（ステップ３００）。このウェーハは通常のＣＺ法により育成されたシリコン単結晶をウェーハに加工して得ることができる。そのウェーハをＴ6℃に保持されている熱処理炉内に挿入する（ステップ３０２）。ここで、Ｔ6℃を７００℃以下とするのが好ましい。次に、図６に良く示されているように、炉内温度をＴ6℃からＴ7℃までＲ3℃／分の速度で昇温する（昇温工程Ａ1：ステップ３０４）。ここで、Ｔ7℃を８００℃〜１０００℃とし、Ｒ3℃／分を３℃／分以下とするのが好ましい。また、昇温工程Ａ1（ステップ３０４）のＴ6℃からＴ7℃まで昇温する前に、Ｔ6℃における保持時間ｔ3は０分でも構わないが、３０分以上とすることがより好ましい。この昇温工程Ａ1（ステップ３０４）において、高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させずに効率的に成長させることができる。
【０１２８】
次に、熱処理炉内温度をＴ7℃からＴ8℃までＲ4℃／分の速度で昇温する（昇温工程Ｂ1：ステップ３０６）。ここで、Ｔ8℃を１０５０℃〜１２３０℃とし、Ｒ4℃／分を５℃／分以上とするのが好ましい。この昇温工程Ｂ1（ステップ３０６）において、より高温の保持温度まで短時間で昇温させることにより、必要以上に析出物が成長することを避けて表面近傍の析出物を消滅しやすくさせることができる。
【０１２９】
次に、Ｔ8℃においてｔ4時間保持する（等温保持工程Ｃ1：ステップ３０８）。ここで、Ｔ8℃を１０５０℃〜１２３０℃とし、ｔ4時間を約３０分以上とするのが好適である。この等温保持工程Ｃ1（ステップ３０８）において、その前の昇温工程（ステップ３０４及び３０６）で成長したバルク中の微小な酸素析出物を所望のサイズである直径約４０ｎｍ以上、好ましくは約５０ｎｍ以上のサイズを有する酸素析出物に成長させると同時に、表面近傍の酸素を外方拡散させることにより酸素析出物を消滅させ、酸素析出物のないＤＺ層を形成することができる。
【０１３０】
この場合、第２の実施形態で形成されたＤＺ層と比較すると、表面近傍の酸素析出物をより完全に消滅させることができるので、極めて高品質のＤＺ層を効率的に得ることができる。
【０１３１】
このようにＴ8℃での等温保持工程Ｃ1（ステップ３０８）は昇温工程（ステップ３０４及び３０６）で成長したバルク中の酸素析出物をさらに成長させること、及び表面近傍の酸素の外方拡散を目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、一定温度に保持することだけに限らず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。さらに、等温保持工程Ｃ1（ステップ３０８）におけるＴ8℃及び保持時間ｔ4を変えることにより、酸素析出物のサイズやＤＺ幅を容易に変えることができる。
【０１３２】
尚、熱処理されるウェーハに関して、不純物添加の有無や不純物濃度は問わない。たとえば、窒素添加ウェーハでも窒素無添加ウェーハとほぼ同様な効果が得られる。
【０１３３】
上記熱処理後、例えば、熱処理炉内温度をＴ8から７００℃まで３℃／分で降温した（降温工程Ｄ１：ステップ３１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ３１２）。なお、上記降温速度及び降温後到達温度については特別の限定はない。
【０１３４】
上記熱処理の雰囲気は問わない。例えば、酸素雰囲気、酸素と窒素の混合雰囲気、アルゴン雰囲気、水素雰囲気などがある。アルゴンや水素の非酸化性雰囲気の場合は、ウェーハ表面に酸化膜が形成されないので、酸化性雰囲気の場合と比べると酸素の外方拡散が促進され、より好ましい場合がある。
【０１３５】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１４ｐｐｍａ〜１７ｐｐｍａであることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができるが、酸素濃度が高すぎると表面近傍の析出物が消滅しにくくなってしまう。また、酸素濃度が低くなるとシリコン単結晶の育成工程で形成されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が低くなり、析出物の密度が低くなってしまう。但し、酸素濃度が低い場合でも、たとえば昇温工程Ａ1の昇温開始温度Ｔ6℃を低くしたり、Ｒ3℃／分を低速にすることにより、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の効果が得られる。
【０１３６】
図７は本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図８は図７の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【０１３７】
図７に示したように、まず熱処理を施す対象となるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するウェーハを準備する（ステップ４００）。このウェーハは通常のＣＺ法により育成されたシリコン単結晶をウェーハに加工して得ることができる。そのウェーハを熱処理炉に挿入する（ステップ４０２）。この熱処理炉はＴ9℃（５００℃〜７００℃）に維持されており、次の昇温工程を行う前に、挿入されたウェーハはＴ9℃において所定時間（ｔ5時間）、好ましくは１５分以上保持される（昇温前保持工程：ステップ４０４）。次に、図８によく示されているように、炉内温度をＴ9℃から８００℃〜９００℃の間に設定されたＴ10℃まで５℃／分以下の昇温速度Ｒ5℃／分で昇温する（昇温工程：ステップ４０６）。この昇温工程（ステップ４０６）において、高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させずに効率的に成長させることができる。
【０１３８】
デバイスプロセスの汚染の程度に合わせて酸素析出物の密度を変えたい場合は、たとえば、Ｔ10℃を約８００℃とし、昇温速度Ｒ5℃／分を約３℃／分に固定して、Ｔ9℃を変えることにより密度を容易に変えることができる。
【０１３９】
次に、Ｔ10℃において所定時間（ｔ6時間）保持する（昇温後保持工程：ステップ４０８）。ここで、保持時間を約３０分以上とするのが好適である。この昇温後保持工程（ステップ４０８）において、その前の昇温工程（ステップ４０６）で成長した微小な酸素析出物を所望のサイズである３ｎｍ〜４ｎｍ、好ましくは５ｎｍ以上のサイズを有する酸素析出物に成長させることができる。このようにＴ10での昇温後保持工程（ステップ４０８）は昇温工程（ステップ４０６）で成長した酸素析出物をさらに成長させることを目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、一定温度に保持することだけに限らず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。
【０１４０】
さらに、昇温後保持工程（ステップ４０８）におけるＴ10℃及び保持時間ｔ6を変えることにより、酸素析出物のサイズを容易に変えることができる。
【０１４１】
なお、熱処理されるウェーハに関して、不純物添加の有無や不純物濃度は問わない。たとえば、窒素添加ウェーハでも窒素無添加ウェーハとほぼ同様な効果が得られる。
【０１４２】
上記熱処理後、例えば、熱処理炉内温度をＴ10℃から７００℃まで２℃／分で降温した（降温工程：ステップ４１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ４１２）。なお、上記降温速度及び降温後到達速度については特別の限定はない。
【０１４３】
そして、必要に応じてウェーハを洗浄、酸化膜除去等を行ったのち、エピタキシャル成長を行う（ステップ４１４）。この場合、エピ工程直後の酸素析出物は十分なＩＧ能力を有するほど大きくないが、エピ工程後に投入されるデバイス製造プロセス中の熱処理によりＩＧ能力を有するサイズに成長することで、優れたＩＧ能力が付加されることになる。
【０１４４】
上記本熱処理は、熱処理されるウェーハの鏡面研磨（機械的化学的研磨と呼ばれる場合がある。）加工の前あるいは後のどちらの段階で行っても構わない。鏡面研磨加工前に行う場合は、熱処理後に鏡面加工を行い、次にエピタキシャル成長を行うことになる。
【０１４５】
本熱処理方法の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。
【０１４６】
図９は本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャート及び図１０は図９の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【０１４７】
図９に示したように、まず熱処理を施す対象となるＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するウェーハを準備する（ステップ５００）。このウェーハは通常のＣＺ法により育成されたシリコン単結晶をウェーハに加工して得ることができる。そのウェーハを熱処理炉に挿入する（ステップ５０２）。この熱処理炉はＴ11℃（５００℃〜７００℃）に維持されており、次の昇温工程を行う前に、挿入されたウェーハはＴ11℃において所定時間（ｔ7時間）、好ましくは１５分以上保持される（昇温前保持工程：ステップ５０４）。次に、図１０によく示されているように、炉内温度をＴ11℃から１０００℃〜１１００℃の間に設定されたＴ12℃まで５℃／分以下の昇温速度Ｒ6℃／分で昇温する（昇温工程：ステップ５０６）。この昇温工程（ステップ５０６）において、高密度のＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を消滅させずに効率的に成長させることができる。
【０１４８】
デバイスプロセスの汚染の程度に合わせて酸素析出物の密度を変えたい場合は、たとえば、Ｔ12℃を約１０００℃とし、昇温速度Ｒ6℃／分を約３℃／分に固定して、Ｔ11℃を変えることにより密度を容易に変えることができる。
【０１４９】
次に、Ｔ12℃において所定時間（ｔ8時間）保持する（昇温後保持工程：ステップ５０８）。ここで、保持時間を約３０分以上とするのが好適である。この昇温後保持工程（ステップ５０８）において、その前の昇温工程（ステップ５０６）で成長した微小な酸素析出物を所望のサイズである直径３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度、好ましくは５０ｎｍ以上のサイズを有する酸素析出物に成長させることができる。このようにＴ12℃での昇温後保持工程（ステップ５０８）は昇温工程（ステップ５０６）で成長した酸素析出物をさらに成長させることを目的としている。従って、その目的が達成できるのであれば、一定温度に保持することだけに限らず、若干の温度変化（昇温、降温等）を伴う工程に変形することも可能である。
【０１５０】
さらに、昇温後保持工程（ステップ５０８）におけるＴ12℃及び保持時間ｔ8を変えることにより、酸素析出物のサイズを容易に変えることができる。
なお、熱処理されるウェーハに関して、不純物添加の有無や不純物濃度は問わない。たとえば、窒素添加ウェーハでも窒素無添加ウェーハとほぼ同様な効果が得られる。
【０１５１】
上記熱処理後、たとえば熱処理炉内温度をＴ12℃から７００℃まで２℃／分で降温した（降温工程：ステップ５１０）後、ウェーハを熱処理炉外に取り出す（ステップ５１２）。なお、上記降温速度及び降温後到達温度については特別の限定はない。
【０１５２】
そして、必要に応じてウェーハを洗浄、酸化膜除去等を行ったのち、エピタキシャル成長を行う（ステップ５１４）。この場合、エピタキシャル成長工程中における酸素析出物の再溶解は起こらず、デバイスプロセスに投入する前にＩＧ能力を有するサイズの酸素析出物が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハを得ることができる。
【０１５３】
上記熱処理は、熱処理されるウェーハの鏡面研磨（機械的化学的研磨と呼ばれる場合がある。）加工の前あるいは後のどちらの段階で行っても構わない。鏡面研磨加工前に行う場合は、熱処理後に鏡面加工を行い、次にエピタキシャル成長を行うことになる。
【０１５４】
本発明の熱処理方法の効果を十分に得るためには、熱処理されるシリコンウェーハの酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であることが望ましい。酸素濃度が高ければ析出物密度が高くなり、より優れたＩＧ能力を付加することができる。また、酸素濃度が高いほど析出物の成長速度が速くなるので、全体の工程時間が短くなる。
【０１５５】
実施例
以下に本発明について実験例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１５６】
（実験例１〜５）
直径８インチ、面方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたボロン添加シリコンウェーハを準備した。ウェーハの酸素濃度は１６．０、１７．０、１８．５、１９．５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）である。これらのウェーハに対して、１０５０℃で１時間の熱処理を施した。この熱処理により、結晶熱履歴で形成された酸素析出核のほとんどが消滅する。このことにより、たとえば酸素析出核をほとんど含んでいないエピウェーハや１０００℃以上の熱処理があらかじめ施されたウェーハの状態を模擬できる。なお、ＪＥＩＤＡは日本電子工業振興協会（現在は、ＪＥＩＴＡ：日本電子情報技術産業協会に改称された。）の略称である。
【０１５７】
次に、図１及び図２に示した熱処理を施した。すなわち、Ｔ1℃からＴ2℃までＲ1℃／分の速度で昇温し、Ｔ2℃からＴ3℃までＲ2℃／分の速度で昇温し、Ｔ3℃においてｔ時間保持した。保持後は、炉内温度を８００℃まで２℃／分で降温してウェーハを炉外に取り出した。
【０１５８】
熱処理後のバルク中の酸素析出物の密度は、赤外散乱法の１つである赤外散乱トモグラフ法（以下、ＬＳＴと呼ぶことがある。）により測定した。尚、実験例１〜５の中には熱処理条件が同一のものも含まれているが、それらはそれぞれ別のウェーハを用いて独立した実験として行っているので、測定された酸素析出物密度には若干の相違が見られるが、本質的な差異ではない。
【０１５９】
図１１は、Ｔ1℃を５５０℃、６００℃、６５０℃とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例１）。この場合、Ｔ2＝７５０℃、Ｒ1＝１℃／分、Ｔ3＝１０５０℃、Ｒ2＝３℃／分、ｔ＝２時間とした。Ｔ1℃が低いほど酸素析出物密度が高くなっている。これは、低温ほど析出核形成の速度が速くなることと、昇温時間が長くなることにより析出核形成の時間が長くなることによる。また、酸素濃度が高いほど酸素析出物密度が高くなっている。これは、酸素濃度が高いほど析出核形成の速度が速くなるためである。ＩＧ能力を得るためには、酸素析出物の密度が１０8／ｃｍ3オーダー以上であることが望ましい。このことから、Ｔ1℃は約６５０℃以下であれば良いことがわかる。また、高い酸素析出物密度を得るには、酸素濃度が約１７ｐｐｍａ以上であれば良いことがわかる。さらに、図１１に示されたように、Ｔ1℃を変えることにより酸素析出物密度を容易に変えることができる。このことは、デバイスプロセス中の汚染の程度に合わせて所望の酸素析出物密度を得たい場合に有効である。
【０１６０】
図１２は、Ｔ2℃を７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例２）。この場合、Ｔ1＝６００℃、Ｒ1＝１℃／分、Ｔ3＝１０５０℃、Ｒ2＝３℃／分、ｔ＝２時間とした。酸素濃度が約１７ｐｐｍａ以上の場合、Ｔ2℃が７５０℃以上において酸素析出物密度はほとんど変化していない。これは、７５０℃以上の昇温工程では析出核形成が進行しにくいために、酸素析出核の密度がほとんど変化しないことによる。７００℃の場合に酸素析出物密度が低くなっているのは、昇温工程Ａの時間が短いために形成された酸素析出核の密度が低かったことによる。このことから、Ｔ2℃を約７００℃以上、好ましくは約７５０℃以上にすれば、酸素析出物密度を高くできることがわかる。
【０１６１】
図１３は、Ｒ1℃／分を１℃／分、１．５℃／分、２℃／分、２．５℃／分、４℃／分とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例３）。この場合、Ｔ1＝６００℃、Ｔ2＝７５０℃、Ｔ3＝１０５０℃、Ｒ2＝３℃／分、ｔ＝２時間とした。Ｒ1℃／分が低速になるほど酸素析出物密度が高くなっている。これは、低速になるほど析出核形成の時間が長くなるためである。図１３から、高い酸素析出物密度を得るためには、Ｒ1℃／分を約１．５℃／分以下にすれば良いことがわかる。
【０１６２】
図１４は、Ｒ2℃／分を１℃／分、３℃／分、５℃／分、７℃／分とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例４）。この場合、Ｔ1＝６００℃、Ｔ2＝７５０℃、Ｒ1＝１℃／分、Ｔ3＝１０５０℃／分、ｔ＝２時間とした。Ｒ2℃／分が低速になるほど酸素析出物密度が高くなっている。これは、低速になるほどその前の段階で形成された酸素析出核が消滅せずに酸素析出物として成長できるためである。逆に高速になると、消滅する酸素析出核の割合が高くなり、酸素析出物密度が低下する。図１４から、高い酸素析出物密度を得るためには、Ｒ2℃／分を約７℃／分以下、好ましくは約５℃／分以下にすれば良いことがわかる。
【０１６３】
図１５は、Ｔ3℃を９５０℃、１０００℃、１０５０℃、１１００℃とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例５）。この場合、Ｔ1＝６００℃、Ｔ2＝７５０℃、Ｒ1＝１℃／分、Ｒ2＝３℃／分、ｔ＝１時間とした。Ｔ3℃が１０００℃以上において酸素析出物密度はほとんど変化していない。これは、１０００℃以上であれば、酸素析出物が検出できるサイズまで十分に成長しているためである。９５０℃の場合に酸素析出物の密度が低いのは、保持時間が１時間では検出できるサイズまで成長していない酸素析出物の割合が高いためである。この場合、保持時間を長くすれば検出される酸素析出物の密度は１０００℃以上の場合と同じになるが、工程時間が長くなってしまう。このことから、Ｔ3℃は約１０００℃以上が好ましいことがわかる。
【０１６４】
以上のように、Ｔ1を約６５０℃以下とし、Ｔ2℃を約７００℃以上とし、Ｒ1℃／分を約１．５℃／分以下とし、Ｒ2℃／分を約７℃／分以下とし、Ｔ3℃を約１０００℃以上とし、ｔ時間を約１時間以上とすることにより、酸素析出核をほとんど含んでいないウェーハにおいても、効率的に大きな酸素析出物を高密度で形成することができる。つまり、デバイスプロセス前の段階で安定に優れたＩＧ能力を有するウェーハを提供することができる。また、結晶熱履歴の違いにより酸素析出核の密度にばらつきがあるウェーハでも本実験例のようにその酸素析出核を消滅させる熱処理を行った後、本発明のシリコンウェーハの製造方法における熱処理を行うことにより、ＩＧ能力のばらつきを低減できる。
【０１６５】
（実験例６〜１０）
直径８インチ、面方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたボロン添加シリコン単結晶の異なる２箇所（結晶育成工程の前半及び後半に成長した位置で、以下、それぞれ結晶位置Ａ及び結晶位置Ｂと呼ぶことがある。）から作製された鏡面研磨シリコンウェーハを準備した。ウェーハの酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）である。
【０１６６】
次に、酸素と窒素を混合した雰囲気下で図３及び図４に示した手順に従って熱処理を施した。すなわち、Ｔ4℃でｔ１時間保持した後、Ｔ4℃からＴ5℃までＲ℃／分の速度で昇温し、Ｔ5℃においてｔ2時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。そのウェーハに如何なる熱処理も施さずに、バルク中の酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。ＬＳＴによれば、直径４０ｎｍ程度以上のサイズの酸素析出物を検出することができる。
【０１６７】
図１６は、Ｔ4℃を６００℃、７００℃、８００℃とした場合の析出物密度を示す（実験例６）。この場合、ｔ1＝３０分、Ｒ＝3℃／分、Ｔ5＝１０５０℃、ｔ2＝２時間とした。酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜１８ｐｐｍａである。Ｔ4℃が低いほど析出物密度が高くなっている。これは、低温ほど消滅せずに成長するＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることによる。優れたＩＧ能力を得るためには、析出物密度が１０9／ｃｍ3オーダー以上であることが望ましい。このことから、Ｔ1℃は約７００℃以下であれば良いことがわかる。さらに、図１６に示されたように、Ｔ4℃を変えることにより析出物密度を容易に変えることができる。このことは、デバイスプロセス中の汚染の程度に合わせて所望の析出物密度を得たい場合に有効である。
【０１６８】
図１７は、Ｔ4＝７００℃、ｔ1＝３０分、Ｒ＝３℃／分、Ｔ５＝１０５０℃、ｔ2＝２時間とした場合の析出物密度の酸素濃度依存性を示す（実験例７）。この結果から、いずれの結晶位置においても酸素濃度が増加すると共に酸素析出物密度も増加する傾向があることがわかる。また、酸素密度が約１６ｐｐｍａ以上であれば、確実に１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度が得られることがわかる。これは、酸素濃度が高いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることと、酸素析出物のサイズが大きくなるので検出される割合が高くなることによる。
【０１６９】
図１８は、ｔ1時間を０分、５分、１５分、３０分、４５分とした場合の析出物密度を示す（実験例８）。この場合、Ｔ4＝７００℃、Ｒ＝３℃／分、Ｔ5＝１０５０℃、ｔ２＝２時間とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。ｔ1時間が約１５分以上の場合に、時間と共に析出物密度が増加している。これは、ｔ1時間が長いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が消滅せずに成長する割合が高くなることと、ｔ1時間の保持の間に新たな析出核が形成されることによる。この結果から、ｔ1時間が１５分未満でも高い析出物密度が得られるが、ｔ1時間が１５分以上であれば析出物密度がさらに増加するので、より好ましいことがわかる。
【０１７０】
図１９は、Ｒ℃／分を１℃／分、３℃／分、５℃／分とした場合の析出物密度を示す（実験例９）。この場合、Ｔ4＝７００℃、ｔ1＝３０分、Ｔ5＝１０５０℃、ｔ2＝２時間とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｒ℃／分が低速なほど析出物密度が高くなっている。Ｒ℃／分が高速な場合に析出物密度が低くなるのは、昇温工程で析出核が成長できずに消滅する割合が高くなることによる。この結果から、１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度を得るには、Ｒ℃／分が約５℃／分以下であれば良く、約３℃／分以下がさらに好ましいことがわかる。
【０１７１】
図２０は、ｔ2時間を３０分、６０分、１２０分とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例１０）。この場合、Ｔ4＝７００℃、ｔ5＝３０分、Ｒ＝３℃／分、Ｔ5＝１１００℃とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。析出物密度はｔ2時間にほとんど依存せず高くなっている。この結果から、高い析出物密度は、ｔ2時間が約３０分以上であれば確実に得られることがわかる。
【０１７２】
（実験例１１）
実験例６〜１０で使用したウェーハと同様な鏡面研磨ウェーハを準備した。次に、図３及び図４に示した熱処理手順において、Ｔ4＝７００℃、ｔ1＝３０分、Ｒ＝３℃／分、ｔ2＝２時間とし、Ｔ5℃を９５０℃、１０００℃、１０５０℃、１１００℃と変化させた４種類の熱処理を施した。Ｔ５℃の保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。そのウェーハに如何なる熱処理も施さずに、バルク中の酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。
【０１７３】
図２１は、本実験例における析出物密度とＴ5℃との関係を示す。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｔ５℃が１０００℃以上であれば析出物密度が高くなっている。９５０℃の場合に酸素析出物の密度が低くなるのは、１０００℃以上の場合よりも析出物の成長速度が遅いために析出物のサイズが小さく、ＬＳＴで検出できないことによる。この結果から、デバイスプロセス前の段階で高密度の大きな析出物を形成するには、Ｔ５℃が約１０００℃以上であれば良いことがわかる。
【０１７４】
（実験例１２）
実験例６〜１１で使用したウェーハと同様な鏡面研磨ウェーハを準備した。次に、図３及び図４に示した熱処理手順において、Ｔ4＝７００℃、ｔ1＝３０分、Ｒ＝３℃／分、ｔ2＝２時間とし、Ｔ5℃を１０００℃、１０５０℃、１１００℃と変化させた３種類の熱処理を施した。Ｔ５℃の保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。
【０１７５】
熱処理後のウェーハを劈開した後、化学的選択エッチングを行った。その後、劈開面を光学顕微鏡で観察することにより、酸素析出物に起因したエッチピットが観察されない領域の表面からの深さ（以下、ＤＺ幅と呼ぶことがある。）を測定した。
【０１７６】
上記測定により得られたＤＺ幅とＴ5℃との関係を図２２に示す。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｔ5℃が高いほどＤＺ幅が広くなっている。これは、温度が高いほど酸素の拡散速度が速くなり、ウェーハ表面近傍の酸素が外方拡散するために、表面近傍の酸素析出核が消滅することによる。
【０１７７】
以上のように、Ｔ4℃を約７００℃以下とし、Ｒ℃／分を約５℃／分以下とし、Ｔ5℃を約１０００℃以上とし、ｔ2時間を約３０分以上とすることにより、表面近傍に無欠陥層（ＤＺ層）を有し、バルク中にはゲッタリング能力の高い酸素析出物を有するシリコンウェーハを、極めて効率的、かつ、簡便な熱処理により得ることができる。
【０１７８】
（実験例１３）
直径８インチ、面方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたボロン添加シリコンウェーハを準備した。このウェーハは、シリコン単結晶の育成の際にボイド欠陥の発生を抑制した条件で引き上げられたシリコン単結晶から作製された、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しない低欠陥ウェーハである。ウェーハの酸素濃度は１４．５、１５．４、１７．０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）である。
【０１７９】
次に、酸素と窒素を混合した雰囲気下で図３及び図４に示した手順に従って熱処理を施した。すなわち、７００℃で１時間保持し、ついで１１５０℃まで３℃／分の速度で昇温し、１１５０℃において４時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで３℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。そのウェーハに如何なる熱処理も施さずに、ウェーハ表面近傍からバルク中までの酸素析出物密度の深さ分布をＬＳＴにより測定した。
【０１８０】
酸素析出物密度の深さ分布測定におけるＬＳＴの測定配置を図２３に示す。劈開したウェーハＷの劈開面１０から赤外線１２を入射させ、ウェーハ表面１４から出射する析出物からの散乱光１６を検出する。ここでは、入射点１８の表面からの距離（表面からの深さ）を５μｍ〜３５μｍまで５μｍ間隔で変えることにより、析出物密度の深さ方向分布を測定した。この場合の深さ分解能は±５μｍ程度である。従って、例えば深さ１０μｍの位置における析出物密度は、実際には深さ５μｍ〜１５μｍ程度の領域における平均値を示すことになる。
【０１８１】
図２４は析出物密度の深さ方向分布の測定結果を示す。この場合、何れの酸素濃度のウェーハでも、深さ５μｍの位置における析出物密度は、１０ ６ ／ｃｍ ３ 〜１０ ７ ／ｃｍ ３ オーダー程度であった。この結果から、深さ０μｍ〜１０μｍ程度の領域はＤＺ層として有効ではあるが、低密度の析出物が残存していることがわかる。
【０１８２】
また、酸素濃度が１８ｐｐｍａである以外は前記と同様のウェーハを別途準備した。このウェーハに対し、７００℃で１時間保持し、ついで１２００℃まで３℃／分の速度で昇温し、１２００℃において１時間保持する熱処理を施した。
【０１８３】
そして、熱処理後のウェーハの酸素析出物密度を観察したところ、表面から深さ約１０μｍまでの領域においては、１０ ７ ／ｃｍ ３ オーダー以下の低密度の析出物が残存するＤＺ層が形成されており、それより深いバルク部においては約５×１０９／ｃｍ３の酸素析出物密度が得られた。
【０１８４】
（実験例１４）
実験例１３で使用したウェーハと同様なウェーハを準備した。次に、酸素と窒素を混合した雰囲気下で図５及び図６に示した手順に従って熱処理を施した。すなわち、７００℃で１時間保持し、ついで９００℃まで３℃／分の速度で昇温し、９００℃から１１５０℃まで５℃／分の速度で昇温し、１１５０℃において４時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで３℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。すなわち、実験例１３（第２の実施形態）の場合とは異なり、昇温工程の途中から昇温速度を速くする熱処理を施した（第３の実施形態に対応）。そのウェーハに如何なる熱処理も施さずに、実験例１３と同様な方法により析出物密度の深さ方向分布をＬＳＴで測定した。
【０１８５】
図２５は析出物密度の深さ方向分布の測定結果を示す。何れの酸素濃度のウェーハでも、深さ５μｍの位置における析出物密度は、検出下限値（約１×１０６／ｃｍ３）以下であった。この結果は、深さ０μｍ〜５μｍ程度の領域に検出可能な析出物は存在しないことを示している。すなわち、極めて高品質のＤＺ層が形成されていることがわかる。また、酸素濃度が低い場合には、ＤＺ層が広くなっていることがわかる。これは、熱処理前の酸素濃度が低いほど熱処理後の表面近傍の酸素濃度が低くなることにより、表面近傍の析出物が消滅しやすくなるためである。一方、内部における析出物密度は１×１０９／ｃｍ３以上であり、優れたＩＧ能力が期待できることがわかる。
【０１８６】
また、酸素濃度が１６ｐｐｍａである以外は実験例１３と同様のウェーハを別途準備した。このウェーハに対し、７００℃で１時間保持し、ついで９００℃まで３℃／分の速度で昇温し、９００℃から１２００℃まで５℃／分の速度で昇温し、１２００℃において１時間保持する熱処理を施した。
【０１８７】
そして、熱処理後のウェーハの酸素析出物密度を観察したところ、表面から深さ約１０μｍまでの領域においては、酸素析出物密度が１×１０6／ｃｍ3以下のＤＺ層が形成されており、それより深いバルク部においては約３×１０9／ｃｍ3の酸素析出物密度が得られた。
【０１８８】
以上のように、本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様によれば、析出物がほとんど存在しないＤＺ層と優れたＩＧ能力を有するＩＧ層を兼ね備えた高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【０１８９】
（実験例１５〜２０）
直径８インチ、面方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたボロン添加シリコン単結晶の異なる２箇所（結晶育成工程の前半及び後半に成長した位置で、以下、それぞれ結晶位置Ａ及び結晶位置Ｂと呼ぶことがある。）から切断されたシリコンウェーハを準備した。ここで準備したウェーハは化学的エッチング後のウェーハであり、鏡面研磨加工は施されていない。ウェーハの酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）である。
【０１９０】
次に、図７及び図８に示した手順に従って熱処理を施した。すなわち、Ｔ9℃でｔ5時間保持した後、Ｔ9℃からＴ10℃までＲ5℃／分の速度で昇温し、Ｔ10℃においてｔ6時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。
【０１９１】
熱処理後のウェーハに対して鏡面研磨加工を施した後、約１１００℃のエピタキシャル成長により約３μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。
【０１９２】
そのエピウェーハに低温短時間のデバイスプロセスを模擬した１０００℃／２時間の熱処理を施した後、エピタキシャル層下部のウェーハバルク中の酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。ＬＳＴによれば、直径４０ｎｍ程度以上のサイズの酸素析出物を検出することができる。
【０１９３】
図２６は、Ｔ9℃を６００℃、７００℃、８００℃とした場合の析出物密度を示す（実験例１５）。この場合、ｔ5＝３０分、Ｒ5＝３℃／分、Ｔ10＝８５０℃、ｔ6＝１時間とした。酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜１８ｐｐｍａである。Ｔ9℃が低いほど析出物密度が高くなっている。これは、低温ほど消滅せずに成長するＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることによる。優れたＩＧ能力を得るためには、析出物密度が１０9／ｃｍ3オーダー以上であることが望ましい。このことから、Ｔ9℃は約７００℃以下が好ましいことがわかる。さらに、図２６に示されたように、Ｔ9℃を変えることにより析出物密度を容易に変えることができる。このことは、デバイスプロセス中の汚染の程度に合わせて所望の析出物密度を得たい場合に有効である。
【０１９４】
図２７は、Ｔ9＝７００℃、ｔ5＝３０分、Ｒ5＝３℃／分、Ｔ10＝８５０℃、ｔ6＝１時間とした場合の析出物密度の酸素濃度依存性を示す（実験例１６）。この結果から、いずれの結晶位置においても、酸素濃度が増加すると共に酸素析出物密度が増加する傾向があることがわかる。また、酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であれば確実に１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度が得られる。これは、酸素濃度が高いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることと、酸素析出物のサイズが大きくなるので１０００℃／２時間後に検出される割合が高くなることによる。
【０１９５】
図２８は、ｔ5時間を０分、５分、１５分、３０分、４５分とした場合の析出物密度を示す（実験例１７）。この場合、Ｔ9＝７００℃、Ｒ5＝３℃／分、Ｔ10＝８５０℃、ｔ6＝１時間とした。酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜１８ｐｐｍａである。ｔ5時間が１５分以上の場合に、時間と共に析出物密度が増加する傾向がみられる。これは、ｔ5時間が長いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が消滅せずに成長する割合が高くなることと、ｔ5時間の保持の間に新たな析出核が形成されることによる。この結果から、ｔ5時間が１５分未満でも高い析出物密度が得られるが、ｔ5時間が１５分以上であれば析出物密度がさらに増加するので、より好ましいことがわかる。
【０１９６】
図２９は、Ｒ5℃／分を１℃／分、３℃／分、５℃／分とした場合の析出物密度を示す（実験例１８）。この場合、Ｔ9＝７００℃、ｔ5＝３０分、Ｔ10＝８５０℃、ｔ6＝１時間とした。酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜１８ｐｐｍａである。Ｒ5℃／分が低速なほど析出物密度が高くなっている。Ｒ5℃／分が高速な場合に析出物密度が低くなるのは、昇温工程で析出核が成長できずに消滅する割合が高くなることによる。この結果から、１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度は、Ｒ5℃／分が約５℃／分以下であれば確実に得られることがわかる。
【０１９７】
図３０は、Ｔ10℃を７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例１９）。この場合、Ｔ9＝７００℃、ｔ5＝３０分、Ｒ5＝３℃／分、ｔ6＝２時間とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｔ10℃が８００℃以上であればその温度に依存せず析出物密度が高くなっている。７５０℃の場合に析出物密度が低くなるのは、析出物の成長速度が遅いために、エピ工程で残存可能なサイズまで成長できずエピ工程で消滅することによる。この結果から、高い析出物密度を得るには、Ｔ10℃が約８００℃以上であれば良いことがわかる。
【０１９８】
図３１は、ｔ6時間を３０分、６０分、１２０分とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例２０）。この場合、Ｔ9＝７００℃、ｔ5＝３０分、Ｒ5＝３℃／分、Ｔ10＝８５０℃とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。酸素析出物密度はＴ10時間にほとんど依存せず高くなっている。この結果から、高い酸素析出物密度は、ｔ6時間が約３０分以上であれば確実に得られることがわかる。また、実験例２０においてｔ６時間を０分にした場合、ＬＳＴにより検出された酸素析出物密度は１×１０9／ｃｍ3を下回る結果となった。
【０１９９】
以上のように、Ｔ9℃を約７００℃以下とし、Ｒ5℃／分を約５℃／分以下とし、Ｔ10℃を約８００℃以上とし、ｔ6時間を約３０分以上とすることにより、エピウェーハにおいてデバイスプロセスで形成される酸素析出物の密度を高くすることができる。つまり、優れたＩＧ能力を有するエピウェーハを提供することができる。尚、実験例１５〜２０で作製したエピタキシャルウェーハを１０００℃、２時間の熱処理を行う前にＬＳＴにより酸素析出物密度を測定したところ、いずれのウェーハも１×１０7／ｃｍ3以下であることが確認された。
【０２００】
（比較例１）
上記実験例１５〜２０で準備したウェーハと同様のウェーハを用意し、熱処理を施さずに鏡面研磨加工を行った後、エピウェーハを作製した。そのエピウェーハにデバイスプロセスを模擬した１０００℃／２時間の熱処理を施した後、析出物密度をＬＳＴにより測定した。
【０２０１】
その結果、酸素濃度が約１９ｐｐｍａの場合でも、析出物密度は約１×１０7／ｃｍ3以下となった。このことから、本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法による熱処理を施さない場合は、ＩＧ能力がないことがわかった。
【０２０２】
（実験例２１〜２５）
直径８インチ、面方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたボロン添加シリコン単結晶の異なる２箇所（結晶育成工程の前半及び後半に成長した位置で、以下、それぞれ結晶位置Ａ及び結晶位置Ｂと呼ぶことがある。）から切断されたシリコンウェーハを準備した。ここで準備したウェーハは化学的エッチング後のウェーハであり、鏡面研磨加工は施されていない。ウェーハの酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）である。
【０２０３】
次に、図９及び図１０に示した手順に従って熱処理を施した。すなわち、Ｔ11℃でｔ7時間保持した後、Ｔ11℃からＴ12℃までＲ6℃／分の速度で昇温し、Ｔ12℃においてｔ8時間保持した。保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分の速度で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。
【０２０４】
熱処理後のウェーハに対して鏡面研磨加工を施した後、約１１００℃のエピタキシャル成長により約３μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。
【０２０５】
そのエピウェーハに如何なる熱処理も施さずに、エピタキシャル層下部のウェーハバルク中の酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。ＬＳＴによれば、直径４０ｎｍ程度以上のサイズの酸素析出物を検出することができる。
【０２０６】
図３２は、Ｔ11℃を６００℃、７００℃、８００℃とした場合の析出物密度を示す（実験例２１）。この場合、ｔ7＝３０分、Ｒ6＝３℃／分、Ｔ12＝１０００℃、ｔ8＝２時間とした。酸素濃度は１６ｐｐｍａ〜１８ｐｐｍａである。Ｔ11℃が低いほど析出物密度が高くなっている。これは、低温ほど消滅せずに成長するＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることによる。優れたＩＧ能力を得るためには、析出物密度が１０9／ｃｍ3オーダー以上であることが望ましい。このことから、Ｔ11℃は約７００℃以下が好ましいことがわかる。さらに、図３２に示されたように、Ｔ11℃を変えることにより析出物密度を容易に変えることができる。このことは、デバイスプロセス中の汚染の程度に合わせて所望の析出物密度を得たい場合に有効である。
【０２０７】
図３３は、Ｔ11＝７００℃、ｔ7＝３０分、Ｒ6＝３℃／分、Ｔ12＝１０００℃、ｔ8＝２時間とした場合の析出物密度の酸素濃度依存性を示す（実験例２２）。この結果から、いずれの結晶位置においても、酸素濃度が増加すると共に酸素析出物密度が増加する傾向があることがわかる。また、酸素濃度が約１６ｐｐｍａ以上であれば確実に１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度が得られることがわかる。これは、酸素濃度が高いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核の密度が高くなることと、酸素析出物のサイズが大きくなるので検出される割合が高くなることによる。
【０２０８】
図３４は、ｔ7時間を０分、５分、１５分、３０分、４５分とした場合の析出物密度を示す（実験例２３）。この場合、Ｔ11＝７００℃、Ｒ6＝３℃／分、Ｔ12＝１０５０℃、ｔ8＝１時間とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。ｔ7時間が約１５分以上の場合に、時間と共に析出物密度が増加している。これは、ｔ7時間が長いほどＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核が消滅せずに成長する割合が高くなることと、ｔ7時間の保持の間に新たな析出核が形成されることによる。この結果から、ｔ7時間が１５分未満でも高い析出物密度が得られるが、ｔ7時間が１５分以上であれば析出物密度がさらに増加するので、より好ましいことがわかる。
【０２０９】
図３５は、Ｒ6℃／分を１℃／分、３℃／分、５℃／分とした場合の析出物密度を示す（実験例２４）。この場合、Ｔ11＝７００℃、ｔ7＝３０分、Ｔ12＝１０５０℃、ｔ8＝１時間とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｒ6℃／分が低速なほど析出物密度が高くなっている。Ｒ6℃／分が高速な場合に析出物密度が低くなるのは、昇温工程で析出核が成長できずに消滅する割合が高くなることによる。この結果から、１０9／ｃｍ3オーダー以上の高い析出物密度を得るには、Ｒ6℃／分が約５℃／分以下であれば良く、約３℃／分以下がさらに好ましいことがわかる。
【０２１０】
図３６は、ｔ8時間を３０分、６０分、１２０分とした場合の酸素析出物密度を示す（実験例２５）。この場合、Ｔ11＝７００℃、ｔ7＝３０分、Ｒ6＝３℃／分、Ｔ12＝１０５０℃とした。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。酸素析出物密度はｔ8時間にほとんど依存せず高くなっている。この結果から、高い酸素析出物密度は、ｔ8時間が約３０分以上であれば確実に得られることがわかる。
【０２１１】
（実験例２６）
実験例２１〜２５で使用したウェーハと同様なウェーハを準備した。そのウェーハに対して鏡面研磨加工を施した。
【０２１２】
次に、図９及び図１０に示した熱処理手順において、Ｔ11＝７００℃、ｔ7＝３０分、Ｒ6＝３℃／分、ｔ8＝２時間とし、Ｔ12℃を９５０℃、１０００℃、１０５０℃、１１００℃と変化させた４種類の熱処理を施した。Ｔ12℃の保持後は、熱処理炉内温度を７００℃まで２℃／分で降温してウェーハを熱処理炉外に取り出した。
【０２１３】
熱処理後のウェーハにおいて、約１１００℃のエピタキシャル成長により約３μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させエピウェーハとした。そのエピウェーハに如何なる熱処理も施さずに、酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。
【０２１４】
図３７は、本実験例における析出物密度とＴ12℃との関係を示す。酸素濃度は１８ｐｐｍａ〜２０ｐｐｍａである。Ｔ12℃が１０００℃以上であれば析出物密度が高くなっている。９５０℃の場合に酸素析出物の密度が低くなるのは、１０００℃以上の場合よりも析出物の成長速度が遅いために析出物のサイズが小さく、ＬＳＴで検出できないことによる。この結果から、デバイスプロセス前の段階で高密度の大きな析出物を形成するには、Ｔ12℃が約１０００℃以上であれば良いことがわかる。
【０２１５】
以上のように、Ｔ11℃を約７００℃以下とし、Ｒ6℃／分を約５℃／分以下とし、Ｔ12℃を約１０００℃以上とし、ｔ8時間を約３０分以上とすることにより、エピウェーハにおいてデバイスプロセス投入前にゲッタリング能力を有するサイズの酸素析出物の密度を高くすることができる。つまり、優れたＩＧ能力を有するエピウェーハを提供することができる。
【０２１６】
（比較例２）
上記実験例２１〜２５で準備したウェーハと同様のウェーハを用意し、熱処理を施さずに鏡面研磨加工を行った後、エピウェーハを作製した。そのエピウェーハにデバイスプロセスを模擬した１０００℃／２時間の熱処理を施した後、析出物密度をＬＳＴにより測定した。
【０２１７】
その結果、酸素濃度が約１９ｐｐｍａと比較的高く、かつ、デバイスプロセスを模擬した熱処理を行った後でも、析出物密度は約１×１０7／ｃｍ3以下となった。このことから、本発明の熱処理方法により熱処理を施さない場合は、ＩＧ能力がないことがわかった。
【０２１８】
産業上の利用可能性
以上述べたごとく、本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様によれば、酸素析出核をほとんど含んでいないウェーハにおいても、大きな酸素析出物を高密度で形成することができるので、たとえ低温化短時間化されたデバイスプロセスに用いられるウェーハであってもデバイスプロセス前の段階で安定に優れたＩＧ能力を付加することができる。
【０２１９】
本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様によれば、簡便な熱処理により、ウェーハ内部で酸素析出物を成長させることと、酸素の外方拡散により表面近傍の酸素析出核を消滅させることを同時に実現することができ、効率的にＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる上、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しないウェーハを適用することにより、酸素析出物だけでなくＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しないＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【０２２０】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様によれば、簡便な熱処理により、ウェーハ内部で酸素析出物を成長させることと、酸素の外方拡散により表面近傍の酸素析出物をより完全に消滅させることを同時に実現することができ、効率的に高品質のＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。さらに、ＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しないウェーハを適用することにより、酸素析出物だけでなくＣＯＰ及びボイドがほとんど存在しないＤＺ−ＩＧ構造を形成することができる。
【０２２１】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様によれば、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をできるだけ消滅させることなく有効に活用し、かつ、そのサイズを短時間で効率よく成長させ、低温化短時間化されたデバイスプロセスであっても、デバイスプロセス中において優れたＩＧ能力を付加することができるエピウェーハを提供することができる。
【０２２２】
本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様によれば、エピタキシャル成長前に、簡単かつ短時間の熱処理を加えることにより、デバイスプロセスに投入する前にゲッタリング能力を有するサイズの酸素析出物が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハを得ることができ、従って、たとえ近年の低温化短時間化したデバイスプロセスであっても、十分にゲッタリング能力を発揮することのできるエピタキシャルウェーハを効率的に提供することができる。
【０２２３】
本シリコンエピタキシャルウェーハの第１の態様は、低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいても十分にゲッタリング能力を有するものである。
本シリコンエピタキシャルウェーハの第２の態様は、低温化短時間化されたデバイスプロセスにおいてもプロセスの初期段階から十分にゲッタリング能力を有するものである。
【０２２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本シリコンウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図２】 図１の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図３】 本シリコンウェーハの製造方法の第２の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図４】 図３の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図５】 本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図６】 図５の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図７】 本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図８】 図７の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図９】 本シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】 図９の工程順の要部を模式的に示す説明図である。
【図１１】 実験例１におけるＴ1と酸素析出物密度の関係を示すグラフである。
【図１２】 実験例２におけるＴ2と酸素析出物密度の関係を示すグラフである。
【図１３】 実験例３におけるＲ1と酸素析出物密度の関係を示すグラフである。
【図１４】 実験例４におけるＲ2と酸素析出物密度の関係を示すグラフである。
【図１５】 実験例５におけるＴ3と酸素析出物密度の関係を示すグラフである。
【図１６】 実験例６における温度Ｔ4と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図１７】 実験例７における酸素濃度と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図１８】 実験例８における保持時間ｔ1と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図１９】 実験例９における昇温速度Ｒと酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２０】 実験例１０における保持時間ｔ2と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２１】 実験例１１における温度Ｔ5と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２２】 実験例１２における温度Ｔ5とＤＺ幅と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２３】 赤外散乱トモグラフ法における測定配置を示す説明図である。
【図２４】 実験例１３における酸素析出物密度のウェーハ深さ方向分布を示すグラフである。
【図２５】 実験例１４における酸素析出物密度のウェーハ深さ方向分布を示すグラフである。
【図２６】 実験例１５における温度Ｔ9と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２７】 実験例１６における酸素濃度と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２８】 実験例１７における保持時間ｔ5と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図２９】 実験例１８における昇温速度Ｒ5と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３０】 実験例１９における温度Ｔ10と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３１】 実験例２０における保持時間ｔ6と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３２】 実験例２１における温度Ｔ11と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３３】 実験例２２における酸素濃度と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３４】 実験例２３における保持時間ｔ7と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３５】 実験例２４における昇温速度Ｒ6と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３６】 実験例２５における保持時間ｔ8と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図３７】 実験例２６における温度Ｔ12と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
Claims (8)
- シリコン単結晶の育成工程で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハにゲッタリング能力を付加するため当該シリコンウェーハに熱処理を施すシリコンウェーハの製造方法であって、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を成長させる昇温工程Ａ１と、より高温の保持温度まで昇温する昇温工程Ｂ１と、前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核をゲッタリング能力を有するサイズ以上の酸素析出物に成長させるとともに、前記シリコンウェーハ表面近傍の酸素を外方拡散させる等温保持工程Ｃ１の少なくとも３つの工程により構成され、前記昇温工程Ａ１はＴ６℃からＴ７℃までＲ３℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ６℃が７００℃以下、Ｔ７℃が８００℃〜１０００℃、Ｒ３℃／分が３℃／分以下であり、前記昇温工程Ｂ１はＴ７℃からＴ８℃までＲ４℃／分の速度で昇温する工程であって、Ｔ７℃が８００℃〜１０００℃、Ｔ８℃が１０５０℃〜１２３０℃、Ｒ４℃／分が５℃／分以上であることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
- 前記昇温工程Ａ１と昇温工程Ｂ１と等温保持工程Ｃ１を連続して行うことを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。
- 前記昇温工程Ａ１のＴ６℃からＴ７℃まで昇温する前に、Ｔ６℃において３０分以上保持することを特徴とする請求項１又は２に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
- 前記等温保持工程Ｃ１はＴ８℃でｔ４時間保持する工程であって、Ｔ８℃が１０５０℃〜１２３０℃であり、ｔ４時間が３０分以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
- 前記熱処理が施されるシリコンウェーハの酸素濃度が１４ｐｐｍａ〜１７ｐｐｍａであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
- 前記Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を有するシリコンウェーハは、前記シリコン単結晶の育成の際にボイド欠陥の発生を抑制した条件で引き上げられたシリコン単結晶から作製された低欠陥ウェーハであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
- 前記酸素析出物のサイズが、直径４０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
- 前記シリコンウェーハの直径が３００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
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