JP6024710B2 - シリコンウェーハ及びその製造方法、並びに、半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はシリコンウェーハ及びその製造方法に関し、特に、ＬＳＡ（Laser Spike Anneal）処理を含むデバイスプロセスに供せられるシリコンウェーハ及びその製造方法に関する。また、本発明は半導体デバイスの製造方法に関し、特に、ＬＳＡ処理を含む半導体デバイスの製造方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセス（いわゆるデバイスプロセス）においては、シリコンウェーハに対して種々の熱処理が行われる。例えば、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン領域を形成する場合、シリコンウェーハにドーパントをイオン注入した後、ドーパントを活性化させるためのアニールが行われる。ドーパントを活性化させるためのアニールとしては、ランプ炉などを用いてウェーハの全面を加熱する方法が一般的に用いられている。

しかしながら、近年においては、ＭＯＳトランジスタのチャネル長が非常に短く設計されることから、短チャネル効果によるサブスレッショールド電流の増大が問題となっている。短チャネル効果を抑制するためには、急峻な不純物プロファイルを有する極浅接合によってソース／ドレイン領域を形成することが有効であり、このような極浅接合を得るためのアニール方法としてＬＳＡ（Laser Spike Anneal）処理が注目されている。

ＬＳＡ処理は、ランプ炉などを用いてウェーハの全面を加熱する方法とは異なり、数ｍｍ程度のビーム径を有するレーザ光によってウェーハをスキャンすることにより行われる。これにより、レーザ光が照射された領域はミリ秒又はそれ以下のオーダーで１０００℃以上、融点（１４１４℃）以下の温度に達するため、急峻な不純物プロファイルを得ることが可能となる。しかしながら、ＬＳＡ処理においては、ウェーハの厚み方向のみならず、面内方向においても急峻な温度勾配が形成されることから、ウェーハの内部に強い熱応力が生じる。ウェーハの内部に強い熱応力が生じると、酸素析出物を起点として転位が生じることがある。デバイスプロセスにて転位が発生すると、転位発生の前後においてアライメントのズレが生じるため、フォトリソグラフィ工程においていわゆるオーバーレイエラー（Overlay Error）が生じてしまう。

酸素析出物を起点とした転位の発生を防止する方法としては、特許文献１〜３に開示された方法が知られている。特許文献１には、シリコンウェーハに炭素を含有させることによって酸素析出物の形状を板状ではなく多面体とし、これによって熱応力による転位の発生を防止する方法が開示されている。また、特許文献２には、シリコンウェーハの表層から深さ２５μｍ〜１００μｍの領域については光散乱欠陥をゼロとし、深さ１００μｍの領域については光散乱欠陥を多量に含ませる方法が開示されている。さらに、特許文献３には、熱処理時における酸素析出物のサイズ及び密度と、熱処理によって加えられる熱応力とを所定の範囲に設定する方法が開示されている。

特開平１０−１５００４８号公報 特開２００８−２０５０２４号公報 再表２００６−３８１２号公報

他方、シリコンウェーハの中には、表面にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハがある。エピタキシャルウェーハのゲッタリング能力を高めるためには、ウェーハ本体に窒素やボロンを高濃度に含有させることが有効である。

しかしながら、窒素やボロンが高濃度にドープされたウェーハは、通常のウェーハと比べると、デバイスプロセスにおいて酸素析出物が非常に形成されやすい。これは、窒素やボロンが析出核の安定性を増大させる効果があるためである。したがって、このようなエピタキシャルウェーハをデバイスプロセスに投入すると、デバイスプロセスに含まれる７５０℃程度の低温処理によって板状の微細析出物が容易に形成され、これに続いて１０００℃程度の熱処理が行われると、微細析出物が成長して大きな板状酸素析出物となる。このようにして板状酸素析出物が成長した状態でＬＳＡ処理を行うと、酸素析出物を起点として容易に転位が発生し、これがエピタキシャル層にまで達するという問題があった。ＬＳＡ処理時に転位が容易に発生するのは、他の熱処理と比べてＬＳＡ処理においては非常に強い熱応力が局所的に加えられるからである。

このような問題は、上述した特許文献１〜３に記載された方法では必ずしも解決することはできない。

つまり、特許文献１には、シリコンウェーハに炭素を含有させることによって酸素析出物の形状を多面体とすることができると記載されているが、エピタキシャルウェーハのように窒素やボロンが高濃度にドープされたウェーハ本体において有効であるか否かは不明である。しかも、特許文献１は、［０００４］段落の記載から明らかなように、バッチ炉などを用いて熱処理を行うことを想定しており、ＬＳＡ処理のようにウェーハの厚み方向及び面内方向に強い熱応力が生じるケースについては想定していない。このため、窒素やボロンが高濃度にドープされたエピタキシャルウェーハに対してＬＳＡ処理を行う場合、特許文献１に記載された方法では転位の発生を防止することは困難であると考えられる。

特許文献２及び３についても同様であり、上記のエピタキシャルウェーハに対してＬＳＡ処理を行った場合に転位の発生を防止できるか否かは不明であり、おそらくは防止できないものと考えられる。

したがって、本発明の目的は、窒素やボロンが高濃度にドープされたウェーハ本体を有するエピタキシャルウェーハ及びその製造方法であって、デバイスプロセスにてＬＳＡ処理を行った場合であっても転位の発生を防止することが可能なシリコンウェーハ及びその製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、このようなシリコンウェーハを用いた半導体デバイスの製造方法であって、ＬＳＡ処理時に転位を発生させることのない半導体デバイスの製造方法を提供することにある。

本発明者らは、窒素やボロンが高濃度にドープされたエピタキシャルウェーハに対してＬＳＡ処理を行った場合、どのような条件を満たせば酸素析出物を起点とした転位が発生するのか鋭意研究を重ねた。その結果、酸素析出物を起点とした転位が発生するか否かは、ＬＳＡ処理における最高到達温度と板状酸素析出物のサイズとの関係に強く依存することが判明した。また、デバイスプロセスに投入される前に、シリコンウェーハに対してあらかじめ所定の熱処理を施しておけば、デバイスプロセス中に板状酸素析出物が形成されにくくなり、その結果、デバイスプロセスにおいて板状酸素析出物が形成されたとしても、その平均サイズを大幅に抑制できることも判明した。本発明は、このような技術的知見に基づきなされたものである。

すなわち、本発明によるシリコンウェーハは、窒素濃度が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、又は、ボロンドープによって比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下に設定されたウェーハ本体と、前記ウェーハ本体の表面に設けられたエピタキシャル層とを備え、前記ウェーハ本体は、７５０℃で４時間の熱処理を行った後、１０００℃で４時間の熱処理を行った場合に、板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物が優勢に成長することを特徴とする。

本発明によれば、デバイスプロセスにおいて板状酸素析出物が形成されにくいことから、デバイスプロセスにて種々の熱履歴を経た後にＬＳＡ処理を行った場合であっても、酸素析出物を起点とした転位の発生を防止することが可能となる。ここで、７５０℃で４時間及び１０００℃で４時間の熱処理を行った場合に板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物の方が優勢に成長するのは、本発明によるシリコンウェーハには板状酸素析出物に成長するタイプの析出核よりも、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核の方が多く含まれているからである。但し、いずれのタイプの析出核がより多く含まれているかについては、熱処理によって実際に析出核を成長させない限り、現在の解析技術では解析不可能である。しかしながら、あらかじめシリコンウェーハに所定の処理を加えておけば、上記の熱処理後に板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物を優勢に成長させることが可能である。本発明によるシリコンウェーハの製造方法は、この点を特徴とするものである。

すなわち、本発明によるシリコンウェーハの製造方法は、窒素濃度が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、又は、ボロンドープによって比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下に設定されたウェーハ本体の表面にエピタキシャル層を形成する工程と、前記エピタキシャル層を形成した後、少なくとも８００℃以上の温度領域において５℃／ｍｉｎ以上のレートで昇温し、１０５０℃以上融点以下の温度で５分以上の熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、上記の熱処理を施すことにより多面体に成長するタイプの析出核がより多く形成されることから、デバイスプロセスにて種々の熱履歴を経た場合であっても、板状酸素析出物の割合は非常に少なくなる。このため、ＬＳＡ処理を行った場合であっても、酸素析出物を起点とした転位の発生を防止することが可能となる。

本発明による半導体デバイスの製造方法は、シリコンウェーハを製造するウェーハプロセスと、前記シリコンウェーハに半導体デバイスを形成するデバイスプロセスとを備える半導体デバイスの製造方法であって、前記ウェーハプロセスは、窒素濃度が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、又は、ボロンドープによって比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下に設定されたウェーハ本体の表面にエピタキシャル層を形成する工程と、前記エピタキシャル層を形成した後、少なくとも８００℃以上の温度領域において５℃／ｍｉｎ以上のレートで昇温し、１０５０℃以上融点以下の温度で５分以上の熱処理を行う工程と、を含み、前記デバイスプロセスは、ＬＳＡ（Laser Spike Anneal）処理を行う工程を含み、前記ＬＳＡ処理は、前記ウェーハ本体に含まれる板状酸素析出物の対角線長をＳ（ｎｍ）、最高到達温度をＴ（℃）とした場合、
Ｔ×Ｓ^２≦９×１０^６
を満たす条件で行うことを特徴とする。

本発明によれば、上記の条件でＬＳＡ処理を行っていることから、ウェーハ本体に板状酸素析出物が含まれている場合であっても、これを起点とした転位の発生を防止することが可能となる。ここで、板状酸素析出物の対角線長とは、ウェーハ本体に含まれる多数の板状酸素析出物の対角線長の平均値を指す。

このように、本発明によれば、窒素やボロンが高濃度にドープされたウェーハ本体を有するエピタキシャルウェーハであって、デバイスプロセスにてＬＳＡ処理を行った場合であっても転位の発生を防止することが可能なシリコンウェーハを提供することが可能となる。

また、本発明によれば、窒素やボロンが高濃度にドープされたウェーハ本体を有するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、デバイスプロセスにてＬＳＡ処理を行った場合であっても転位の発生を防止することが可能なシリコンウェーハの製造方法を提供することが可能となる。

さらに、本発明によれば、窒素やボロンが高濃度にドープされたエピタキシャルウェーハを用いた半導体デバイスの製造方法であって、ＬＳＡ処理によって転位を発生させることのない半導体デバイスの製造方法を提供することが可能となる。

本発明の好ましい実施形態によるシリコンウェーハの構造を示す略断面図である。 板状酸素析出物の構造を説明するための略斜視図である。 多面体酸素析出物の構造を説明するための略斜視図である。 シリコンウェーハの製造方法（ウェーハプロセス）を説明するためのフローチャートである。 デバイスプロセスの一部を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるシリコンウェーハ１０の構造を示す略断面図である。

図１に示すように、本実施形態によるシリコンウェーハ１０は、ウェーハ本体１１とその表面に形成されたエピタキシャル層１２によって構成されている。ウェーハ本体１１は、チョクラルスキー法によって育成された単結晶シリコンであり、シリコンウェーハ１０の機械的強度を確保する役割を果たすとともに、重金属のゲッタリング源としての役割を果たす。ウェーハ本体１１の厚さについては、機械的強度が確保される限り特に限定されないが、例えば７２５μｍ程度である。

ウェーハ本体１１には窒素又はボロンがドープされている。ウェーハ本体１１にドープされているのが窒素である場合、その濃度は１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である必要がある。一方、ウェーハ本体１１にドープされているのがボロンである場合、ボロンドープによってウェーハ本体１１の比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下に設定されている必要がある。これは、窒素又はボロンを上記の濃度でドープすることにより、ウェーハ本体１１に十分なゲッタリング能力を与えるためである。窒素又はボロンの濃度の上限については特に限定されないが、窒素については５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、ボロンについては比抵抗に換算して３ｍΩ・ｃｍ以上に設定することが好ましい。これは、窒素の濃度が５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３を超えると、単結晶育成時に有転位化しやすいからである。また、ボロンによる比抵抗が３ｍΩ・ｃｍ未満であると、成長するエピタキシャル膜との格子不整によりミスフィット転位が発生しやすいからである。

また、ウェーハ本体１１の初期酸素濃度は、７×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上２．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。これは、酸素濃度が７×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であるとＮｉなどの重金属のゲッタリングに必要な酸素析出物の形成密度が不十分となるおそれがあるからであり、酸素濃度が２．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３超であると欠陥のないエピタキシャル層１２を形成することが困難となるからである。但し、本発明においては、窒素ドープ又はボロンドープによって酸素析出物の形成が促進されることから、熱処理によって酸素析出物が形成される限り、ウェーハ本体１１の初期酸素濃度は７×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であっても構わない。尚、本明細書で記載する酸素濃度は全てＡＳＴＭ Ｆ−１２１（１９７９）に規格されたフーリエ変換赤外分光光度法（ＦＴ−ＩＲ）による測定値である。

このように、ウェーハ本体１１には高濃度の窒素又はボロンがドープされていることから、ウェーハ本体１１にはＭＯＳトランジスタなどの半導体デバイスを直接形成することはできない。ＭＯＳトランジスタなどの半導体デバイスは、ウェーハ本体１１上のエピタキシャル層１２に形成される。エピタキシャル層１２の比抵抗は、通常、ウェーハ本体１１の比抵抗よりも高く設定される。エピタキシャル層１２の膜厚については特に限定されず、１μｍ以上、１０μｍ以下程度に設定すればよい。

このような構成を有するシリコンウェーハ１０は、７５０℃で４時間の熱処理を行った後、さらに１０００℃で４時間の熱処理を行った場合に、ウェーハ本体１１に板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物が優勢に成長する。板状酸素析出物とは、主に図２に示す構造を有する酸素析出物であり、その主面２１は［１００］面、［０１０］面又は［００１］面に沿っている。板状酸素析出物のサイズは対角線長Ｓによって定義される。一方、多面体酸素析出物とは、主に図３に示す構造を有する正八面体の酸素析出物であり、その各表面２２は［１１１］面に沿っている。多面体酸素析出物のサイズは一辺の長さＳによって定義される。

図４は、本実施形態によるシリコンウェーハ１０の製造方法（ウェーハプロセス）を説明するためのフローチャートである。

図４に示すように、まずシリコン単結晶インゴットから切り出されたウェーハ本体１１を用意し（ステップＳ１１）、その表面を鏡面研磨する（ステップＳ１２）。シリコン単結晶インゴットはチョクラルスキー法によって育成され、これによりウェーハ本体１１には石英ルツボより溶出した酸素が過飽和に含まれる。次に、鏡面研磨されたウェーハ本体１１の表面に、エピタキシャル層１２を形成する（ステップＳ１３）。

その後、熱処理を行うことによって、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核を形成する（ステップＳ１４）。熱処理は、少なくとも８００℃以上の温度領域において５℃／ｍｉｎ以上のレートで昇温し、１０５０℃以上融点以下の温度で５分以上保持することにより行う。これにより、ウェーハ本体１１に含まれる酸素が析出核を形成するのであるが、析出核の形成時における温度が１０５０℃未満であると板状酸素析出物に成長するタイプの析出核が優勢に形成されるのに対し、上記の温度範囲で析出核の形成を行えば、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核が優勢に形成される。但し、いずれのタイプの析出核であるのかは、実際に析出核を成長させない限り、現在の技術では判別不可能である。

ここで、１０５０℃以上融点以下に保持する時間を５分以上としているのは、保持時間が５分未満であると多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核が十分に形成されないからである。また、保持時間は、２時間以下とすることが好ましい。これは２時間を超えて熱処理を行ってもその以上効果が向上しないため、保持時間が２時間超であるとウェーハの製造コストが大幅に増大するからである。

また、８００℃以上の温度領域における昇温レートを５℃／ｍｉｎ以上としているのは、板状酸素析出物に成長するタイプの析出核が優勢に形成される温度領域である８００℃以上１０５０℃未満の温度領域の通過時間を短くする必要があるからである。つまり、８００℃以上の温度領域における昇温レートが５℃／ｍｉｎ未満であると、保持温度（１０５０℃以上融点以下）に達した際には既に板状酸素析出物に成長するタイプの析出核が多量に形成されてしまい、その後１０５０℃以上融点以下に保持しても、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核が優勢とはならないからである。昇温レートの上限については特に限定されないが、１０℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。これは、１０℃／ｍｉｎを超えるレートで昇温すると、ウェーハの面内温度差に起因する熱応力の増大によって、スリップ転位の発生が顕著になるおそれがあるからである。昇温レートを５℃／ｍｉｎ以上に設定する温度領域は、少なくとも８００℃であれば特に限定されないが、７００℃以上の温度領域で昇温レートを５℃／ｍｉｎ以上に設定することが好ましい。これによれば、板状酸素析出物に成長するタイプの析出核の形成をより効果的に防止することが可能となる。

以上により、本実施形態によるシリコンウェーハ１０が完成する。このようなウェーハプロセスによって作製されたシリコンウェーハ１０は、エピタキシャル層１２に半導体デバイスを形成するデバイスプロセスに投入される。

図５は、デバイスプロセスの一部を示すフローチャートである。

デバイスプロセスには、製造すべき半導体デバイスの種類（ロジック系デバイス、メモリ系デバイスなど）に応じて様々な工程が含まれるが、図５に示すように、析出核が成長しうる温度に昇温される熱処理工程（ステップＳ２１）と、ＬＳＡ処理工程（ステップＳ２２）が含まれることがある。ステップＳ２１に示す熱処理工程としては、例えば８５０℃で３０分、９００℃で３０分、１０００℃で１００分、９５０℃で３０分の熱処理をこの順に行う例が挙げられる。この場合、ステップＳ２１に示す熱処理工程によってウェーハ本体１１に含まれる析出核が酸素析出物に成長する。形成される酸素析出物としては、板状酸素析出物及び多面体酸素析出物が含まれるが、本実施形態によるシリコンウェーハ１０は、ウェーハプロセスにおいて図４に示した熱処理工程（ステップＳ１４）が施されており、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核が優勢であることから、ステップＳ２１に示す熱処理工程によって形成される酸素析出物は、多面体酸素析出物が優勢となる。同じ体積で比較した場合、多面体酸素析出物は板状酸素析出物よりも応力が小さいため、転位発生の起点とはなりにくい。

このような熱処理工程（ステップＳ２１）によって多面体酸素析出物が形成された後、ＬＳＡ処理（ステップＳ２２）を行うと、ウェーハ本体１１には強い熱応力が加わるため、酸素析出物を起点として転位を発生することがある。ＬＳＡ処理は、シリコンウェーハ１０を４００℃〜６００℃程度の温度に初期過熱した状態で、数ｍｍ程度のビーム径を有するレーザ光によってシリコンウェーハ１０のエピタキシャル層１２をスキャンすることにより行う。これにより、レーザ光が照射された領域はミリ秒又はそれ以下のオーダーで１０００℃以上、融点以下の温度に達するため、急峻な不純物プロファイルを得ることが可能となる。

ＬＳＡ処理においては、ウェーハ本体１１には深さ方向及び面内方向に強い熱応力が加わる。しかしながら、本実施形態では、ステップＳ２１に示す熱処理工程によって形成される酸素析出物は多面体酸素析出物が優勢であることから、ＬＳＡ処理による強い熱応力が加わっても、これを起点として転位が発生することはない。もちろん、ウェーハ本体１１には板状酸素析出物もある程度は含まれ得るが、板状酸素析出物に成長するタイプの析出核は相対的に少ないことから、板状酸素析出物が形成されたとしてもそのサイズは小さく、且つ、形成密度も十分に低くなる。

ウェーハ本体１１に板状酸素析出物が含まれている場合であっても、ＬＳＡ処理における条件を所定の範囲に設定すれば、板状酸素析出物を起点とした転位の発生を防止することができる。具体的には、ウェーハ本体１１に含まれる板状酸素析出物の対角線長をＳ（ｎｍ）、最高到達温度をＴ（℃）とした場合、
Ｔ×Ｓ^２≦９×１０^６
を満たす条件でＬＳＡ処理を行えば、板状酸素析出物を起点とした転位の発生はほとんど起こらない。上記の式が示す値（＝９×１０^６）がしきい値となる理由については明らかではないが、追って説明する多くの実験データによって裏付けられている。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

［実施例１］
格子間酸素濃度が１２．５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である直径３００ｍｍのポリッシュウェーハを複数枚準備した。これらウェーハに種々の熱処理を施し、サイズ及び形態の互いに異なる酸素析出物を形成した。析出物のサイズ及び形態は、同じ熱処理を施した別サンプルを透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて測定、観察することにより特定した。析出物のサイズ及び形態は、表１に示すとおりである。

次に、析出物が形成された各ウェーハにＬＳＡ処理を実施した。サンプルごとのウェーハ表面における最高到達温度は、表１に示すとおりである。そして、ＬＳＡ処理後、Ｘ線トポグラフィー装置を用いて、転位発生の有無を調べた。

その結果、表１に示すように、酸素析出物の形態が板状であるサンプル１〜２４については、Ｔ×Ｓ^２で与えられる値が９×１０^６以下であれば転位が発生しなかったが、Ｔ×Ｓ^２で与えられる値が９×１０^６を超えているサンプル６，１２，１７，１８，２３，２４については転位が発生していた。これにより、
Ｔ×Ｓ^２≦９×１０^６
を満たす条件でＬＳＡ処理を行えば、板状酸素析出物を起点とした転位の発生が生じないことが実証された。

一方、酸素析出物の形態が多面体であるサンプル２５〜３３については、Ｔ×Ｓ^２の値に関わらず、転位が発生することはなかった。

［実施例２］
窒素ドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された３００ｍｍのエピタキシャルウェーハと、ボロンドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された３００ｍｍのエピタキシャルウェーハを準備した。ドープ量は表２に示すとおりである。また、各サンプルにおけるウェーハ本体の格子間酸素濃度は１１．５〜１３．６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

これらのエピタキシャルウェーハを７００℃に保持された縦型炉に挿入し、所定のレートで所定の温度まで昇温した後、所定の時間保持した。サンプルごとの昇温レート、保持温度及び保持時間は、表２に示すとおりである。かかる熱処理を行った後、３℃／ｍｉｎの降温レートで７００℃まで降温し、ウェーハを取り出した。これにより、ウェーハ本体に析出核を形成した。但し、サンプル３４，４１については上記の熱処理を省略した。

次に、各サンプルに対して８５０℃で３０分、９００℃で３０分、１０００℃で１００分、９５０℃で３０分の熱処理を行うことにより析出核を成長させた。かかる熱処理は、先端ロジック系デバイスの製造プロセスにて印加される熱処理を模したものである。

そして、各サンプルに対して、
Ｔ×Ｓ^２＞９×１０^６
となる条件でＬＳＡ処理を行った。そして、ＬＳＡ処理後、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて酸素析出物の形態を観察するとともに、Ｘ線トポグラフィー装置を用いて転位発生の有無を調べた。

その結果、表２に示すように、析出核を形成するための熱処理を省略したサンプル３４，４１と、析出核を形成するための熱処理において昇温レートを５℃／ｍｉｎ未満としたサンプル３５，４２については、酸素析出物の形態が板状であり、ＬＳＡ処理によって転位が発生したことが確認された。これに対し、昇温レートが５℃／ｍｉｎ以上である他のサンプルについては、酸素析出物の形態が多面体であり、ＬＳＡ処理を行っても転位が発生しないことが確認された。これにより、析出核を形成するための熱処理における昇温レートを５℃／ｍｉｎ以上とすれば、多面体酸素析出物が優勢となることが実証された。

［実施例３］
窒素ドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された３００ｍｍのエピタキシャルウェーハと、ボロンドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された３００ｍｍのエピタキシャルウェーハを準備した。ドープ量は表３に示すとおりである。また、各サンプルにおけるウェーハ本体の格子間酸素濃度は１１．５〜１３．６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

これらのエピタキシャルウェーハを７００℃に保持された縦型炉に挿入し、５℃／ｍｉｎのレートで所定の温度まで昇温した後、５分間保持した。サンプルごとの保持温度は、表３に示すとおりである。かかる熱処理を行った後、３℃／ｍｉｎの降温レートで７００℃まで降温し、ウェーハを取り出した。これにより、ウェーハ本体に析出核を形成した。

次に、各サンプルに対して８５０℃で３０分、９００℃で３０分、１０００℃で１００分、９５０℃で３０分の熱処理を行うことにより析出核を成長させた。

そして、各サンプルに対して、
Ｔ×Ｓ^２＞９×１０^６
となる条件でＬＳＡ処理を行った。そして、ＬＳＡ処理後、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて酸素析出物の形態を観察するとともに、Ｘ線トポグラフィー装置を用いて転位発生の有無を調べた。

その結果、表３に示すように、保持温度が１０５０℃未満であるサンプル４６，４７，５０，５１については、酸素析出物の形態が板状であり、ＬＳＡ処理によって転位が発生したことが確認された。これに対し、保持温度が１０５０℃以上であるサンプル４８，４９，５２，５３については、酸素析出物の形態が多面体であり、ＬＳＡ処理を行っても転位が発生しないことが確認された。これにより、析出核を形成するための熱処理における保持温度を１０５０℃以上とすれば、多面体酸素析出物が優勢となることが実証された。

［実施例４］
窒素ドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された３００ｍｍのエピタキシャルウェーハと、ボロンドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された３００ｍｍのエピタキシャルウェーハを準備した。ドープ量は表４に示すとおりである。また、各サンプルにおけるウェーハ本体の格子間酸素濃度は１１．５〜１３．６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

これらのエピタキシャルウェーハを７００℃に保持された縦型炉に挿入し、５℃／ｍｉｎのレートで１０５０℃まで昇温した後、所定の時間保持した。サンプルごとの保持時間は、表４に示すとおりである。かかる熱処理を行った後、３℃／ｍｉｎの降温レートで７００℃まで降温し、ウェーハを取り出した。これにより、ウェーハ本体に析出核を形成した。

次に、各サンプルに対して８５０℃で３０分、９００℃で３０分、１０００℃で１００分、９５０℃で３０分の熱処理を行うことにより析出核を成長させた。

そして、各サンプルに対して、
Ｔ×Ｓ^２＞９×１０^６
となる条件でＬＳＡ処理を行った。そして、ＬＳＡ処理後、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて酸素析出物の形態を観察するとともに、Ｘ線トポグラフィー装置を用いて転位発生の有無を調べた。

その結果、表４に示すように、保持時間が５分未満であるサンプル５４，５５，５８，５９については、酸素析出物の形態が板状であり、ＬＳＡ処理によって転位が発生したことが確認された。これに対し、保持時間が５分以上であるサンプル５６，５７，６０，６１については、酸素析出物の形態が多面体であり、ＬＳＡ処理を行っても転位が発生しないことが確認された。これにより、析出核を形成するための熱処理における保持時間を５分以上とすれば、多面体酸素析出物が優勢となることが実証された。

［実施例５］
窒素ドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された３００ｍｍのエピタキシャルウェーハと、ボロンドープされたウェーハ本体にエピタキシャル層が形成された３００ｍｍのエピタキシャルウェーハを準備した。ドープ量はサンプルごとに異なる値とした。また、各サンプルにおけるウェーハ本体の格子間酸素濃度は１１．５〜１３．６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

これらのサンプルに対して８５０℃で３０分、９００℃で３０分、１０００℃で１００分、９５０℃で３０分の熱処理を行うことにより析出核を成長させた。本実施例では、析出核の成長前に熱処理は行わなかった。

そして、各サンプルに対して、
Ｔ×Ｓ^２＞９×１０^６
となる条件でＬＳＡ処理を行った。そして、ＬＳＡ処理後、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて酸素析出物の形態を観察するとともに、Ｘ線トポグラフィー装置を用いて転位発生の有無を調べた。

その結果、窒素濃度が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であるサンプルや、ボロンドープによる比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ超であるサンプルについては、酸素析出物の形態が板状であるにもかかわらず、ＬＳＡ処理を行っても転位が発生しなかった。これに対し、窒素濃度が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であるサンプルや、ボロンドープによる比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下であるサンプルについては、ＬＳＡ処理によって転位が発生した。これにより、ＬＳＡ処理によって転位が発生するのは、窒素濃度が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、又は、ボロンドープによる比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下のシリコンウェーハであり、窒素濃度が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、又は、ボロンドープによる比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ超のシリコンウェーハであれば、ＬＳＡ処理を行っても転位が発生しないことが実証された。

１０ シリコンウェーハ
１１ ウェーハ本体
１２ エピタキシャル層
２１ 板状酸素析出物の主面
２２ 多面体酸素析出物の表面

Claims (5)

1. ＬＳＡ（Laser Spike Anneal）処理を含むデバイスプロセスに供せられるシリコンウェーハであって、窒素濃度が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上に設定されたウェーハ本体と、前記ウェーハ本体の表面に設けられたエピタキシャル層とを備え、
   前記ウェーハ本体には、板状酸素析出物に成長するタイプの析出核よりも、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核の方が多く含まれており、これにより、７５０℃で４時間の熱処理を行った後、１０００℃で４時間の熱処理を行った場合に、板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物が優勢に成長し、
   前記ＬＳＡ処理時において前記ウェーハ本体に含まれる板状酸素析出物の対角線長をＳ（ｎｍ）、前記ＬＳＡ処理における最高到達温度をＴ（℃）とした場合、
   Ｔ×Ｓ^２≦９×１０^６
   を満たすことを特徴とするシリコンウェーハ。
2. ＬＳＡ（Laser Spike Anneal）処理を含むデバイスプロセスに供せられるシリコンウェーハであって、ボロンドープによって比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下に設定されたウェーハ本体と、前記ウェーハ本体の表面に設けられたエピタキシャル層とを備え、
   前記ウェーハ本体には、板状酸素析出物に成長するタイプの析出核よりも、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核の方が多く含まれており、これにより、７５０℃で４時間の熱処理を行った後、１０００℃で４時間の熱処理を行った場合に、板状酸素析出物よりも多面体酸素析出物が優勢に成長し、
   前記ＬＳＡ処理時において前記ウェーハ本体に含まれる板状酸素析出物の対角線長をＳ（ｎｍ）、前記ＬＳＡ処理における最高到達温度をＴ（℃）とした場合、
   Ｔ×Ｓ ^２ ≦９×１０ ^６
   を満たすことを特徴とするシリコンウェーハ。
3. ＬＳＡ（Laser Spike Anneal）処理を含むデバイスプロセスに供せられるシリコンウェーハの製造方法であって、
   窒素濃度が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上に設定されたウェーハ本体の表面にエピタキシャル層を形成する工程と、
   前記エピタキシャル層を形成した後、少なくとも８００℃以上の温度領域において５℃／ｍｉｎ以上のレートで昇温し、１０５０℃以上融点以下の温度で５分以上の熱処理を行うことによって、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核を形成する工程と、を備え、
   前記ＬＳＡ処理時において前記ウェーハ本体に含まれる板状酸素析出物の対角線長をＳ（ｎｍ）、前記ＬＳＡ処理における最高到達温度をＴ（℃）とした場合、
   Ｔ×Ｓ^２≦９×１０^６
   を満たすことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
4. ＬＳＡ（Laser Spike Anneal）処理を含むデバイスプロセスに供せられるシリコンウェーハの製造方法であって、
   ボロンドープによって比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下に設定されたウェーハ本体の表面にエピタキシャル層を形成する工程と、
   前記エピタキシャル層を形成した後、少なくとも８００℃以上の温度領域において５℃／ｍｉｎ以上のレートで昇温し、１０５０℃以上融点以下の温度で５分以上の熱処理を行うことによって、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核を形成する工程と、を備え、
   前記ＬＳＡ処理時において前記ウェーハ本体に含まれる板状酸素析出物の対角線長をＳ（ｎｍ）、前記ＬＳＡ処理における最高到達温度をＴ（℃）とした場合、
   Ｔ×Ｓ ^２ ≦９×１０ ^６
   を満たすことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
5. シリコンウェーハを製造するウェーハプロセスと、前記シリコンウェーハに半導体デバイスを形成するデバイスプロセスとを備える半導体デバイスの製造方法であって、
   前記ウェーハプロセスは、
   窒素濃度が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、又は、ボロンドープによって比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ以下に設定されたウェーハ本体の表面にエピタキシャル層を形成する工程と、
   前記エピタキシャル層を形成した後、少なくとも８００℃以上の温度領域において５℃／ｍｉｎ以上のレートで昇温し、１０５０℃以上融点以下の温度で５分以上の熱処理を行うことによって、多面体酸素析出物に成長するタイプの析出核を形成する工程と、を含み、
   前記デバイスプロセスは、ＬＳＡ（Laser Spike Anneal）処理を行う工程を含み、
   前記ＬＳＡ処理は、前記ウェーハ本体に含まれる板状酸素析出物の対角線長をＳ（ｎｍ）、最高到達温度をＴ（℃）とした場合、
   Ｔ×Ｓ^２≦９×１０^６
   を満たす条件で行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

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