JPWO2006003812A1 - シリコンウェーハの製造方法及びこの方法により製造されたシリコンウェーハ - Google Patents
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Abstract
シリコンウェーハの直径が大きく、SLAやFLA等の熱処理を施しても、広い酸素析出物の密度の範囲にわたって、スリップが発生せず強度の高いシリコンウェーハを得る。先ずシリコンウェーハを製造するために設定した複数種類の酸素濃度及び熱履歴のそれぞれの組合せを入力パラメータとして、フォッカープランク方程式を解くことにより、酸素析出物(11)を形成するための熱処理工程の後であってデバイス製造プロセスの熱処理工程の直前のウェーハ内部の酸素析出物の対角線長L及び密度Dをそれぞれ算出する。次にデバイス製造プロセスの熱処理工程に用いられる熱処理炉構造及びその熱処理温度に基づいて、デバイス製造プロセスの熱処理工程でウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを算出した後に、次の式(1)の関係を満たす酸素濃度等を決定する。12000×D−0.26≦ L ≦ 51000×S−1.55……(1)
Description
本発明は、内部に酸素析出物が形成されかつスリップ(Slip)の発生しないシリコンウェーハを製造する方法と、この方法で製造されたシリコンウェーハに関するものである。
従来、半導体デバイスを製造するためにチョクラルスキー法(以下、CZ法という)によるシリコン単結晶より切り出されたウェーハが用いられてきた。デバイス製造プロセスでは、ウェーハが様々な熱処理を受けて、ウェーハ内部にスリップが発生することがあるけれども、これまでのプロセスでは通常のバッチ式の熱処理炉が用いられ、またウェーハの直径も200mmと小径のものが主流であったため、スリップの発生はそれほど深刻な問題にはならなかった。
しかし、近年の最先端プロセスでは、イオン注入した不純物を活性化するための熱処理としてSLA(Spike Lamp Anneal)或いはFLA(Flash Lamp Anneal)といった枚葉式の熱処理方法が用いられるようになり、不純物の深さ方向の分布を狭い範囲で制御するため、非常に高速に所定の温度まで上昇させ、かつその温度から急速に冷却させるという熱処理方法が行われる。このためウェーハに作用する熱応力がこれまでのプロセスより大きくなる。一方、ウェーハの直径の主流は大径の300mmへと移りつつあり、ウェーハの直径が大きくなると、自重による応力や熱処理時の熱応力も大きくなる。従って、直径300mmのウェーハを用いた最先端プロセスでは、これまで以上にスリップが発生し易くなり、このことによるウェーハの変形も大きくなって、デバイスの歩留りの低下に繋がる。
一方、5×1017〜10×1017個/cm3の範囲の酸素を含有し、基板外周から10mm以下の範囲に多面体(8〜14面体)の酸素析出物を108〜1010個/cm3の範囲の密度で含有する半導体基板が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この半導体基板では、108〜1010個/cm3の密度で含有される多面体の酸素析出物がスリップとなる転位の移動を抑制するため、LSI製造における熱処理時に、基板の外周部からのスリップの発生を抑制できるようになっている。
特開平9−190954号公報(請求項1、段落[0015])
しかし、近年の最先端プロセスでは、イオン注入した不純物を活性化するための熱処理としてSLA(Spike Lamp Anneal)或いはFLA(Flash Lamp Anneal)といった枚葉式の熱処理方法が用いられるようになり、不純物の深さ方向の分布を狭い範囲で制御するため、非常に高速に所定の温度まで上昇させ、かつその温度から急速に冷却させるという熱処理方法が行われる。このためウェーハに作用する熱応力がこれまでのプロセスより大きくなる。一方、ウェーハの直径の主流は大径の300mmへと移りつつあり、ウェーハの直径が大きくなると、自重による応力や熱処理時の熱応力も大きくなる。従って、直径300mmのウェーハを用いた最先端プロセスでは、これまで以上にスリップが発生し易くなり、このことによるウェーハの変形も大きくなって、デバイスの歩留りの低下に繋がる。
一方、5×1017〜10×1017個/cm3の範囲の酸素を含有し、基板外周から10mm以下の範囲に多面体(8〜14面体)の酸素析出物を108〜1010個/cm3の範囲の密度で含有する半導体基板が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この半導体基板では、108〜1010個/cm3の密度で含有される多面体の酸素析出物がスリップとなる転位の移動を抑制するため、LSI製造における熱処理時に、基板の外周部からのスリップの発生を抑制できるようになっている。
上記従来の特許文献1に示された半導体基板では、スリップの発生しない酸素析出物の密度を規定しているけれども、酸素析出物のサイズについては何ら規定していない。
一方、上記特許文献1に示された半導体基板では、酸素析出物の密度が108個/cm3未満であると転位の運動の抑制効果を十分に発揮できず、酸素濃度の可飽和分しか酸素析出物を析出できないため酸素析出物の密度を1010個/cm3以上にすることができないという理由から、スリップの発生しない酸素析出物の密度の範囲を108〜1010個/cm3に限定しており、この範囲外の密度の酸素析出物を有するシリコンウェーハに対してスリップの発生を抑制できない不具合があった。
本発明の目的は、直径が大きくなっても、またSLAやFLA等の急速加熱及び急速冷却の熱処理を施しても、広い酸素析出物の密度の範囲にわたって、スリップが発生せず強度の高い、シリコンウェーハの製造方法及びその方法により製造されたシリコンウェーハを提供することにある。
本発明の別の目的は、デバイス製造プロセスで実験を行ってスリップの発生状況をわざわざ調べなくても、デバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハを設計できる、シリコンウェーハの製造方法及びその方法により製造されたシリコンウェーハを提供することにある。
一方、上記特許文献1に示された半導体基板では、酸素析出物の密度が108個/cm3未満であると転位の運動の抑制効果を十分に発揮できず、酸素濃度の可飽和分しか酸素析出物を析出できないため酸素析出物の密度を1010個/cm3以上にすることができないという理由から、スリップの発生しない酸素析出物の密度の範囲を108〜1010個/cm3に限定しており、この範囲外の密度の酸素析出物を有するシリコンウェーハに対してスリップの発生を抑制できない不具合があった。
本発明の目的は、直径が大きくなっても、またSLAやFLA等の急速加熱及び急速冷却の熱処理を施しても、広い酸素析出物の密度の範囲にわたって、スリップが発生せず強度の高い、シリコンウェーハの製造方法及びその方法により製造されたシリコンウェーハを提供することにある。
本発明の別の目的は、デバイス製造プロセスで実験を行ってスリップの発生状況をわざわざ調べなくても、デバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハを設計できる、シリコンウェーハの製造方法及びその方法により製造されたシリコンウェーハを提供することにある。
本発明者らは、酸素析出物の対角線長(サイズ)及び密度がそれぞれ異なる複数枚のシリコンウェーハを準備し、これらのウェーハの高温熱処理におけるスリップの発生挙動を調べたところ、酸素析出物の対角線長(サイズ)と密度が所定の関係を満たすとスリップが発生し難いことを見出すとともに、デバイスプロセス熱処理時にウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力と酸素析出物の対角線長(サイズ)が所定の関係を満たすと、酸素析出物自体を起点とするスリップが発生しないことを見出すことにより、本願請求項1に係る発明をなすに至った。
請求項1に係る発明は、図1及び図2に示すように、シリコン単結晶棒をスライスして作製されたシリコンウェーハ10を熱処理してウェーハ10内部に酸素析出物11を形成するシリコンウェーハの製造方法の改良である。
その特徴ある構成は、前記酸素析出物11の形成されたウェーハ10がその後半導体デバイス製造プロセスで熱処理されるシリコンウェーハであって、ウェーハ10を製造するための複数種類の酸素濃度及び熱履歴を設定する工程と、複数種類の酸素濃度及び熱履歴のそれぞれの組合せを入力パラメータとして、フォッカープランク(Fokker-Planck)方程式を解くことにより、酸素析出物11を形成させるための熱処理工程の後であってかつデバイス製造プロセスの熱処理工程の直前のウェーハ10内部の酸素析出物11の対角線長L(nm)及び密度D(個/cm3)をそれぞれ算出する工程と、デバイス製造プロセスの熱処理工程に用いられる熱処理炉の構造及びその熱処理温度に基づいて、デバイス製造プロセスの熱処理工程でウェーハ10の外周部の接線方向に作用する最大熱応力S(MPa)を算出する工程と、複数種類の酸素濃度及び熱履歴のうち次の式(1)の関係を満たす酸素濃度及び熱履歴を決定する工程とを含むところにある。
12000×D−0.26 ≦ L ≦ 51000×S−1.55 ……(1)
この請求項1に記載されたシリコンウェーハの製造方法では、上記式(1)のうちL≧12000×D−0.26を満たす対角線長(サイズ)及び密度の酸素析出物11は、ウェーハ10の高温熱処理時におけるスリップの伸展を抑制することができる。また上記式(1)で囲まれる範囲内の対角線長L(サイズ)及び密度Dを有する酸素析出物11をウェーハ10に作り込むことにより、デバイス製造プロセスの熱処理工程における熱応力に基づいてウェーハ10外周部から発生するスリップを抑制できるとともに、酸素析出物11自身から発生する転位も防止できる。更にデバイス製造プロセスで実験を行ってスリップの発生状況をわざわざ調べなくても、デバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハ10を設計できるため、短時間及び低コストでデバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハ10の製造条件を決定できる。ここで、「スリップ」とは、シリコンウェーハを熱処理して、熱応力等の応力が、ある結晶面に反って加えられたときに、結晶の中ですべりによって生じた結晶欠陥をいう。
請求項1に係る発明は、図1及び図2に示すように、シリコン単結晶棒をスライスして作製されたシリコンウェーハ10を熱処理してウェーハ10内部に酸素析出物11を形成するシリコンウェーハの製造方法の改良である。
その特徴ある構成は、前記酸素析出物11の形成されたウェーハ10がその後半導体デバイス製造プロセスで熱処理されるシリコンウェーハであって、ウェーハ10を製造するための複数種類の酸素濃度及び熱履歴を設定する工程と、複数種類の酸素濃度及び熱履歴のそれぞれの組合せを入力パラメータとして、フォッカープランク(Fokker-Planck)方程式を解くことにより、酸素析出物11を形成させるための熱処理工程の後であってかつデバイス製造プロセスの熱処理工程の直前のウェーハ10内部の酸素析出物11の対角線長L(nm)及び密度D(個/cm3)をそれぞれ算出する工程と、デバイス製造プロセスの熱処理工程に用いられる熱処理炉の構造及びその熱処理温度に基づいて、デバイス製造プロセスの熱処理工程でウェーハ10の外周部の接線方向に作用する最大熱応力S(MPa)を算出する工程と、複数種類の酸素濃度及び熱履歴のうち次の式(1)の関係を満たす酸素濃度及び熱履歴を決定する工程とを含むところにある。
12000×D−0.26 ≦ L ≦ 51000×S−1.55 ……(1)
この請求項1に記載されたシリコンウェーハの製造方法では、上記式(1)のうちL≧12000×D−0.26を満たす対角線長(サイズ)及び密度の酸素析出物11は、ウェーハ10の高温熱処理時におけるスリップの伸展を抑制することができる。また上記式(1)で囲まれる範囲内の対角線長L(サイズ)及び密度Dを有する酸素析出物11をウェーハ10に作り込むことにより、デバイス製造プロセスの熱処理工程における熱応力に基づいてウェーハ10外周部から発生するスリップを抑制できるとともに、酸素析出物11自身から発生する転位も防止できる。更にデバイス製造プロセスで実験を行ってスリップの発生状況をわざわざ調べなくても、デバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハ10を設計できるため、短時間及び低コストでデバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハ10の製造条件を決定できる。ここで、「スリップ」とは、シリコンウェーハを熱処理して、熱応力等の応力が、ある結晶面に反って加えられたときに、結晶の中ですべりによって生じた結晶欠陥をいう。
ウェーハ内部のB、P、As及びSbからなる群より選ばれた1種又は2種以上のドーパント濃度を更に複数種類設定し、これらのドーパント濃度をそれぞれ入力パラメータに更に加えてもよい。
またウェーハ内部の炭素濃度を更に複数種類設定し、これらの炭素濃度をそれぞれ入力パラメータに更に加えることができる。
更にウェーハ内部の窒素濃度を更に複数種類設定し、これらの窒素濃度をそれぞれ入力パラメータに更に加えてもよい。
請求項5に係る発明は、図1及び図2に示すように、請求項1ないし4いずれか1項に記載の方法で製造されたシリコンウェーハである。
この請求項5に記載されたシリコンウェーハでは、酸素析出物11の密度の範囲を広くしても、ウェーハ10内にスリップが発生せず、シリコンウェーハ10の強度は高い。
またウェーハ内部の炭素濃度を更に複数種類設定し、これらの炭素濃度をそれぞれ入力パラメータに更に加えることができる。
更にウェーハ内部の窒素濃度を更に複数種類設定し、これらの窒素濃度をそれぞれ入力パラメータに更に加えてもよい。
請求項5に係る発明は、図1及び図2に示すように、請求項1ないし4いずれか1項に記載の方法で製造されたシリコンウェーハである。
この請求項5に記載されたシリコンウェーハでは、酸素析出物11の密度の範囲を広くしても、ウェーハ10内にスリップが発生せず、シリコンウェーハ10の強度は高い。
以上述べたように、本発明によれば、先ずシリコンウェーハを製造するために設定した複数種類の酸素濃度及び熱履歴のそれぞれの組合せを入力パラメータとして、フォッカープランク方程式を解くことにより、酸素析出物形成用の熱処理工程の後であってデバイス製造プロセスの熱処理工程の直前のウェーハ内部の酸素析出物の対角線長L及び密度Dをそれぞれ算出し、次にデバイス製造プロセスの熱処理工程に用いられる熱処理炉構造及びその熱処理温度に基づいて、デバイス製造プロセスの熱処理工程でウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを算出した後に、上記式(1)の関係を満たす酸素濃度等を決定したので、ウェーハの直径が大きくなっても、またSLAやFLA等の急速加熱及び急速冷却の熱処理を施しても、広い酸素析出物の密度の範囲にわたって、スリップが発生せずかつ強度の高いウェーハを得ることができるとともに、デバイスプロセス熱処理でのスリップの発生を防止でき、このウェーハから製造される半導体素子の歩留りを向上できる。
またデバイス製造プロセスで実験を行ってスリップの発生状況をわざわざ調べなくても、デバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハを設計できる。この結果、短時間及び低コストでデバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハの製造条件を決定できる。
更に上記方法で製造されたウェーハでは、酸素析出物の密度の範囲を広くしても、ウェーハ内にスリップが発生せず、ウェーハの強度は高い。
またデバイス製造プロセスで実験を行ってスリップの発生状況をわざわざ調べなくても、デバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハを設計できる。この結果、短時間及び低コストでデバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハの製造条件を決定できる。
更に上記方法で製造されたウェーハでは、酸素析出物の密度の範囲を広くしても、ウェーハ内にスリップが発生せず、ウェーハの強度は高い。
10 シリコンウェーハ
11,21,31 酸素析出物
11,21,31 酸素析出物
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
<第1の実施の形態>
図1及び図2に示すように、シリコンウェーハ10は、CZ法により育成されたシリコン単結晶棒をスライスした後に、内部に酸素析出物11を形成するための熱処理を施し、更に少なくとも主表面を鏡面研磨加工したシリコンウェーハである。このウェーハ10は、その後、半導体デバイスの製造メーカに出荷され、デバイス製造プロセスで熱処理される。
一方、図3は、酸素析出物を形成するための熱処理工程の後であってかつデバイス製造プロセスの熱処理工程の直前のウェーハ内部に形成された酸素析出物の密度及び対角線長(サイズ)の関係の概念を示す模式図であり、デバイス製造プロセスの熱処理工程において熱応力が作用してもウェーハ内の転位を固着することができる酸素析出物の対角線長(サイズ)及び密度の下限値が存在し、上記酸素析出物からスリップを発生させない酸素析出物の対角線長(サイズ)及び密度の上限値が存在する。このため、上記下限値及び上限値で規定される領域(下限値と上限値との間の領域)の酸素析出物の対角線長(サイズ)及び密度であれば、スリップの発生を抑制できる。
<第1の実施の形態>
図1及び図2に示すように、シリコンウェーハ10は、CZ法により育成されたシリコン単結晶棒をスライスした後に、内部に酸素析出物11を形成するための熱処理を施し、更に少なくとも主表面を鏡面研磨加工したシリコンウェーハである。このウェーハ10は、その後、半導体デバイスの製造メーカに出荷され、デバイス製造プロセスで熱処理される。
一方、図3は、酸素析出物を形成するための熱処理工程の後であってかつデバイス製造プロセスの熱処理工程の直前のウェーハ内部に形成された酸素析出物の密度及び対角線長(サイズ)の関係の概念を示す模式図であり、デバイス製造プロセスの熱処理工程において熱応力が作用してもウェーハ内の転位を固着することができる酸素析出物の対角線長(サイズ)及び密度の下限値が存在し、上記酸素析出物からスリップを発生させない酸素析出物の対角線長(サイズ)及び密度の上限値が存在する。このため、上記下限値及び上限値で規定される領域(下限値と上限値との間の領域)の酸素析出物の対角線長(サイズ)及び密度であれば、スリップの発生を抑制できる。
次に上記転位を固定しかつスリップを抑制するためのシリコンウェーハ10(図2)の製造条件を決定する方法を説明する。
先ずウェーハ10を製造するための複数種類の製造条件を設定する。ここで、製造条件とは、酸素濃度、熱履歴、ドーパント濃度、炭素濃度及び窒素濃度からなる群より選ばれかつ少なくとも酸素濃度及び熱履歴を含む2種以上の条件である。一般的な熱履歴には、ウェーハ製造メーカにおける熱履歴と、デバイス製造メーカにおける熱履歴とがある。ウェーハ製造メーカにおける熱履歴には、シリコン単結晶棒の引上げ中の熱履歴と、上記酸素析出物を形成するための熱処理で受ける熱履歴とがある。またデバイス製造メーカにおける熱履歴には、酸素析出物を形成していないとスリップが発生してしまう高温のメインデバイス製造プロセスで受ける熱履歴と、上記メインデバイス製造プロセスの前に行われる比較的低温の予備デバイス製造プロセスで受ける熱履歴とがある。この実施の形態の製造条件の熱履歴は、シリコン単結晶棒の引上げ中の熱履歴と、酸素析出物を形成するための熱処理で受ける熱履歴と、比較的低温の予備デバイス製造プロセスで受ける熱履歴とからなる。酸素析出物を形成するための熱処理としては、高抵抗のウェーハ10において、600〜1000℃の温度範囲で、低温から行うランピング熱処理(低温から一定の昇温速度で温度を上昇させる熱処理)や、高抵抗のSIMOXウェーハ10において、埋込み酸化層(Buried Oxide Layer)を形成するための高温熱処理を行った後に、500〜1000℃の温度範囲で、低温から行うランピング熱処理などが挙げられる。またドーパント濃度はB、P、As及びSbからなる群より選ばれた1種又は2種以上のドーパントの濃度である。
先ずウェーハ10を製造するための複数種類の製造条件を設定する。ここで、製造条件とは、酸素濃度、熱履歴、ドーパント濃度、炭素濃度及び窒素濃度からなる群より選ばれかつ少なくとも酸素濃度及び熱履歴を含む2種以上の条件である。一般的な熱履歴には、ウェーハ製造メーカにおける熱履歴と、デバイス製造メーカにおける熱履歴とがある。ウェーハ製造メーカにおける熱履歴には、シリコン単結晶棒の引上げ中の熱履歴と、上記酸素析出物を形成するための熱処理で受ける熱履歴とがある。またデバイス製造メーカにおける熱履歴には、酸素析出物を形成していないとスリップが発生してしまう高温のメインデバイス製造プロセスで受ける熱履歴と、上記メインデバイス製造プロセスの前に行われる比較的低温の予備デバイス製造プロセスで受ける熱履歴とがある。この実施の形態の製造条件の熱履歴は、シリコン単結晶棒の引上げ中の熱履歴と、酸素析出物を形成するための熱処理で受ける熱履歴と、比較的低温の予備デバイス製造プロセスで受ける熱履歴とからなる。酸素析出物を形成するための熱処理としては、高抵抗のウェーハ10において、600〜1000℃の温度範囲で、低温から行うランピング熱処理(低温から一定の昇温速度で温度を上昇させる熱処理)や、高抵抗のSIMOXウェーハ10において、埋込み酸化層(Buried Oxide Layer)を形成するための高温熱処理を行った後に、500〜1000℃の温度範囲で、低温から行うランピング熱処理などが挙げられる。またドーパント濃度はB、P、As及びSbからなる群より選ばれた1種又は2種以上のドーパントの濃度である。
次いで上記複数種類の酸素濃度及び熱履歴等の製造条件のそれぞれの組合せを入力パラメータとして、フォッカープランク方程式を解くことにより、酸素析出物11を形成するための熱処理工程の後であってかつデバイス製造プロセスの熱処理工程の直前のウェーハ10内部の酸素析出物11の対角線長L(nm)及び密度D(個/cm3)をそれぞれ算出する。ここで、デバイス製造プロセスの熱処理工程の直前とは、上記予備デバイス製造プロセスの後であって上記メインデバイス製造プロセスの前をいう。ウェーハ10内部における酸素析出11の挙動を、酸素析出物11の半径r及び熱処理時間tを関数とするサイズ分布関数f(r,t)を用いて表し、f(r,t)の時間変化を次のフォッカープランク方程式(2)を解くことにより、上記酸素析出物11の対角線長L(nm)及び密度D(個/cm3)を求める。式(2)において、J(r,t)は次の式(3)で表される。
上記式(4)において、kはボルツマン定数であり、Tは絶対温度であり、ΔG(r,t)は半径rの酸素析出物11の形成に伴うGibbsの自由エネルギー変化量である。そして任意の熱処理後のサイズ分布関数f(r,t)を次の式(5)及び式(6)に代入することにより、酸素析出物11(正八面体状の酸素析出物)の対角線長L(nm)及び密度D(個/cm3)を算出することができる。
次にデバイス製造プロセスの熱処理工程に用いられる熱処理炉の構造及びその熱処理温度に基づいて、デバイス製造プロセスの熱処理工程でウェーハ10の外周部の接線方向に作用する最大熱応力S(MPa)を、コンピュータを用いたシミュレーションによって算出する。
更に複数種類の酸素濃度及び熱履歴等の製造条件のうち次の式(1)の関係を満たす酸素濃度及び熱履歴等の製造条件を決定する。
12000×D−0.26 ≦ L ≦ 51000×S−1.55 ……(1)
なお、この第1の実施の形態において、上記酸素析出物11の対角線長(サイズ)とは、シリコンウェーハ10の結晶方位[100]方向から正八面体状の酸素析出物11を見たときに、その酸素析出物11の結晶方位[010]方向に延びる対角線長をいう(図1)。また上記式(1)は、後述の実施例に記載したように、実験を行って求められる。この場合、上記酸素析出物の対角線長(サイズ)及び密度は、ウェーハ表面をライト(Wright)エッチング液で選択エッチングを行い、光学顕微鏡の観察で計測し、サイズについては透過型電子顕微鏡の観察により調べることが好ましい。
上述のことから、デバイス製造プロセスで実験を行ってスリップの発生状況をわざわざ調べなくても、デバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハ10を設計できる。この結果、短時間及び低コストでデバイス製造プロセスでスリップの発生しないウェーハ10の製造条件を決定できる。
具体的には、上記式(1)で囲まれる範囲内の対角線長L(サイズ)及び密度Dの酸素析出物11をウェーハ10内部に作り込むように、ウェーハ10の酸素濃度及び熱履歴等の製造条件を決定する、即ち、上記式(1)で囲まれる範囲内の対角線長L(サイズ)及び密度Dの酸素析出物11をウェーハ10内部に作り込むように、ウェーハ10の酸素濃度及び熱履歴等の製造条件を決定すると、ウェーハ10内部の酸素析出物11にて転位を固定でき、スリップを抑制できるとともに、デバイス製造プロセスの熱処理工程における熱応力に基づいてウェーハ10外周部から発生するスリップを抑制でき、酸素析出物11自身から発生する転位も防止できる。
具体的には、上記式(1)で囲まれる範囲内の対角線長L(サイズ)及び密度Dの酸素析出物11をウェーハ10内部に作り込むように、ウェーハ10の酸素濃度及び熱履歴等の製造条件を決定する、即ち、上記式(1)で囲まれる範囲内の対角線長L(サイズ)及び密度Dの酸素析出物11をウェーハ10内部に作り込むように、ウェーハ10の酸素濃度及び熱履歴等の製造条件を決定すると、ウェーハ10内部の酸素析出物11にて転位を固定でき、スリップを抑制できるとともに、デバイス製造プロセスの熱処理工程における熱応力に基づいてウェーハ10外周部から発生するスリップを抑制でき、酸素析出物11自身から発生する転位も防止できる。
なお、上記ウェーハ10内部の酸素濃度は10×1017〜18×1017atoms/cm3(旧ASTM、以下、同じ)、好ましくは11×1017〜15×1017atoms/cm3の範囲に設定される。ここで、ウェーハ10内部の酸素濃度を10×1017〜18×1017atoms/cm3の範囲に限定したのは、10×1017atoms/cm3未満ではウェーハ強度が劣化(低下)し、18×1017atoms/cm3を越えるとウェーハ表面の完全性が劣化(低下)するからである。
また上記高抵抗のシリコンウェーハ10に施されるランピング熱処理において、700℃から1000℃まで昇温するときのランピングレイトは0.5〜2.0℃/分であることが好ましい。このランピング熱処理後、1000℃に0〜4時間保持する前熱処理を行う。この前熱処理により、更に多くの酸素析出物11が析出し、シリコンウェーハ10の抵抗値を安定化することができる。
また上記高抵抗のSIMOXウェーハ10に施されるランピング熱処理において、550℃から700℃まで昇温するときのランピングレイトは0.3〜2.0℃/分であることが好ましい。このランピング熱処理後、700℃に1〜4時間保持する第1熱処理を行い、更に1000〜1100℃、好ましくは1000〜1050℃の温度に、4〜16時間、好ましくは8〜16時間保持する第2熱処理を行う。上記第1熱処理により酸素析出核が形成され、上記第2熱処理により酸素析出物が成長する。
また、アルゴン雰囲気、水素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で1100〜1250℃の範囲で高温熱処理を行う場合には、酸素析出核も多く、酸素析出物11も成長し易いシリコンウェーハ10を用いる。このようなシリコンウェーハ10では、ウェーハ10表層部にCOP(Crystal Originated Particle)や酸素析出物11が存在せず、バルク(Bulk)中にスリップを固着でき、また酸素析出物11自体からのスリップの発生もなく、十分なIG(Intrinsic Gettering)効果も期待できる。
また上記高抵抗のシリコンウェーハ10に施されるランピング熱処理において、700℃から1000℃まで昇温するときのランピングレイトは0.5〜2.0℃/分であることが好ましい。このランピング熱処理後、1000℃に0〜4時間保持する前熱処理を行う。この前熱処理により、更に多くの酸素析出物11が析出し、シリコンウェーハ10の抵抗値を安定化することができる。
また上記高抵抗のSIMOXウェーハ10に施されるランピング熱処理において、550℃から700℃まで昇温するときのランピングレイトは0.3〜2.0℃/分であることが好ましい。このランピング熱処理後、700℃に1〜4時間保持する第1熱処理を行い、更に1000〜1100℃、好ましくは1000〜1050℃の温度に、4〜16時間、好ましくは8〜16時間保持する第2熱処理を行う。上記第1熱処理により酸素析出核が形成され、上記第2熱処理により酸素析出物が成長する。
また、アルゴン雰囲気、水素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で1100〜1250℃の範囲で高温熱処理を行う場合には、酸素析出核も多く、酸素析出物11も成長し易いシリコンウェーハ10を用いる。このようなシリコンウェーハ10では、ウェーハ10表層部にCOP(Crystal Originated Particle)や酸素析出物11が存在せず、バルク(Bulk)中にスリップを固着でき、また酸素析出物11自体からのスリップの発生もなく、十分なIG(Intrinsic Gettering)効果も期待できる。
またシリコンウェーハ10中のドーパント濃度は1×1012〜1×1021atoms/cm3、好ましくは1×1013〜1×1020atoms/cm3の範囲に設定される。シリコンウェーハ10中のB、P等のドーパント濃度を1×1012〜1×1021atoms/cm3の範囲内に限定したのは、1×1012atoms/cm3未満ではドーパント濃度を制御できず、1×1021atoms/cm3を越えるとシリコンウェーハ10がエピタキシャルウェーハである場合ミスフィット転位が生じてしまうからである。
またシリコンウェーハ10中の炭素濃度は1×1015〜1×1018atoms/cm3、好ましくは5×1015〜5×1017atoms/cm3の範囲に設定される。シリコンウェーハ10中の炭素濃度を1×1015〜1×1018atoms/cm3の範囲内に限定したのは、1×1015atoms/cm3未満ではイントリンシックゲッタリング効果に乏しく、1×1018atoms/cm3を越えると所定の熱処理時に酸素析出核の析出過多が起こり過剰な酸素析出物を生じてしまうからである。
更に、シリコンウェーハ10中の窒素濃度は1×1012〜1×1017atoms/cm3、好ましくは5×1012〜5×1016atoms/cm3の範囲に設定される。ここで、シリコンウェーハ10中の窒素濃度を1×1012〜1×1017/cm3の範囲に限定したのは、1×1012atoms/cm3未満ではシリコンウェーハ10中の原子空孔が消失し易くなり、1×1017atoms/cm3を越えると窒素に関係するドナーの発生量が増えシリコンウェーハ10の抵抗率を大きく変化させてしまうからである。
なお、シリコンウェーハがP−型の支持ウェーハ上にP型のエピタキシャル膜を成長させたP/P−型のエピタキシャルウェーハである場合、支持ウェーハの酸素濃度を10×1017〜15×1017atoms/cm3、好ましくは12×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を5×1012〜5×1014atoms/cm3、好ましくは2×1013atoms/cm3とし、Bのドーパント濃度を2×1014〜2×1016atoms/cm3、好ましくは1×1015atoms/cm3とする組合せが最適である。
また、シリコンウェーハがアルゴン雰囲気中でアニール処理を施したウェーハである場合、酸素濃度を10×1017〜15×1017atoms/cm3、好ましくは12×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を5×1013〜5×1016atoms/cm3、好ましくは2×1014atoms/cm3とし、Bのドーパント濃度を2×1014〜2×1016atoms/cm3、好ましくは1×1015atoms/cm3とし、更に1000℃から1200℃までの昇温速度を0.5〜5℃/分、好ましくは1℃/分とし、1150〜1250℃、好ましくは1200℃の温度で、0.5〜2時間、好ましくは1時間保持する熱処理を行う組合せが最適である。
またシリコンウェーハ10中の炭素濃度は1×1015〜1×1018atoms/cm3、好ましくは5×1015〜5×1017atoms/cm3の範囲に設定される。シリコンウェーハ10中の炭素濃度を1×1015〜1×1018atoms/cm3の範囲内に限定したのは、1×1015atoms/cm3未満ではイントリンシックゲッタリング効果に乏しく、1×1018atoms/cm3を越えると所定の熱処理時に酸素析出核の析出過多が起こり過剰な酸素析出物を生じてしまうからである。
更に、シリコンウェーハ10中の窒素濃度は1×1012〜1×1017atoms/cm3、好ましくは5×1012〜5×1016atoms/cm3の範囲に設定される。ここで、シリコンウェーハ10中の窒素濃度を1×1012〜1×1017/cm3の範囲に限定したのは、1×1012atoms/cm3未満ではシリコンウェーハ10中の原子空孔が消失し易くなり、1×1017atoms/cm3を越えると窒素に関係するドナーの発生量が増えシリコンウェーハ10の抵抗率を大きく変化させてしまうからである。
なお、シリコンウェーハがP−型の支持ウェーハ上にP型のエピタキシャル膜を成長させたP/P−型のエピタキシャルウェーハである場合、支持ウェーハの酸素濃度を10×1017〜15×1017atoms/cm3、好ましくは12×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を5×1012〜5×1014atoms/cm3、好ましくは2×1013atoms/cm3とし、Bのドーパント濃度を2×1014〜2×1016atoms/cm3、好ましくは1×1015atoms/cm3とする組合せが最適である。
また、シリコンウェーハがアルゴン雰囲気中でアニール処理を施したウェーハである場合、酸素濃度を10×1017〜15×1017atoms/cm3、好ましくは12×1017atoms/cm3とし、窒素濃度を5×1013〜5×1016atoms/cm3、好ましくは2×1014atoms/cm3とし、Bのドーパント濃度を2×1014〜2×1016atoms/cm3、好ましくは1×1015atoms/cm3とし、更に1000℃から1200℃までの昇温速度を0.5〜5℃/分、好ましくは1℃/分とし、1150〜1250℃、好ましくは1200℃の温度で、0.5〜2時間、好ましくは1時間保持する熱処理を行う組合せが最適である。
<第2の実施の形態>
図4は本発明の第2の実施の形態を示す。
この実施の形態では、シリコンウェーハ内に形成される酸素析出物21の形状が十四面体状である。この十四面体状の酸素析出物21は、第1の実施の形態の正八面体状の酸素析出物の6つの角を面取りした形状である。第1の実施の形態の正八面体状の酸素析出物とこの実施の形態の十四面体状の酸素析出物21とを総称して、多面体状の酸素析出物と呼ぶ。上記以外は第1の実施の形態と同一に構成される。また、この実施の形態において、酸素析出物21の対角線長(サイズ)とは、シリコンウェーハの結晶方位[100]方向から十四面体状の酸素析出物21を見たときに、その酸素析出物21の結晶方位[010]方向に延びる対角線長をいう。
<第3の実施の形態>
図5は本発明の第3の実施の形態を示す。
この実施の形態では、シリコンウェーハ内に形成される酸素析出物31の形状が正方形板状である。そして任意の熱処理後のサイズ分布関数f(r,t)を上記式(5)及び次の式(7)に代入することにより、酸素析出物11(正方形板状の酸素析出物)の対角線長L(nm)及び密度(個/cm3)を算出することができる。
図4は本発明の第2の実施の形態を示す。
この実施の形態では、シリコンウェーハ内に形成される酸素析出物21の形状が十四面体状である。この十四面体状の酸素析出物21は、第1の実施の形態の正八面体状の酸素析出物の6つの角を面取りした形状である。第1の実施の形態の正八面体状の酸素析出物とこの実施の形態の十四面体状の酸素析出物21とを総称して、多面体状の酸素析出物と呼ぶ。上記以外は第1の実施の形態と同一に構成される。また、この実施の形態において、酸素析出物21の対角線長(サイズ)とは、シリコンウェーハの結晶方位[100]方向から十四面体状の酸素析出物21を見たときに、その酸素析出物21の結晶方位[010]方向に延びる対角線長をいう。
<第3の実施の形態>
図5は本発明の第3の実施の形態を示す。
この実施の形態では、シリコンウェーハ内に形成される酸素析出物31の形状が正方形板状である。そして任意の熱処理後のサイズ分布関数f(r,t)を上記式(5)及び次の式(7)に代入することにより、酸素析出物11(正方形板状の酸素析出物)の対角線長L(nm)及び密度(個/cm3)を算出することができる。
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
<実施例1>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が12×1017atoms/cm3であって、窒素を3×1014/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハをアルゴン雰囲気中で1200℃に1時間保持するアルゴンアニールを行った。ここで、1200℃までの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度は1℃/分で行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×1010個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は100nmであった。このシリコンウェーハを実施例1とした。
<実施例1>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が12×1017atoms/cm3であって、窒素を3×1014/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハをアルゴン雰囲気中で1200℃に1時間保持するアルゴンアニールを行った。ここで、1200℃までの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度は1℃/分で行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×1010個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は100nmであった。このシリコンウェーハを実施例1とした。
<実施例2>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が12×1017atoms/cm3であって、窒素を3×1014/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハをアルゴン雰囲気中で1200℃に1時間保持するアルゴンアニールを行った。ここで、1200℃までの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度は1℃/分で行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×1010個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は50nmであった。このシリコンウェーハを実施例2とした。なお、酸素析出物のサイズが50nmと実施例1より小さくなったのは、実施例1の単結晶引上げ炉とは構造の異なる単結晶引上げ炉を用いて引上げたため、結晶育成時の熱履歴が異なったものと考えられる。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が12×1017atoms/cm3であって、窒素を3×1014/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハをアルゴン雰囲気中で1200℃に1時間保持するアルゴンアニールを行った。ここで、1200℃までの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度は1℃/分で行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×1010個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は50nmであった。このシリコンウェーハを実施例2とした。なお、酸素析出物のサイズが50nmと実施例1より小さくなったのは、実施例1の単結晶引上げ炉とは構造の異なる単結晶引上げ炉を用いて引上げたため、結晶育成時の熱履歴が異なったものと考えられる。
<実施例3>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が12×1017atoms/cm3であって、窒素をドープしないシリコン単結晶を用意した。ここで窒素をドープしなかったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物のサイズを実施例2より小さくするためである。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハをアルゴン雰囲気中で1200℃に1時間保持するアルゴンアニールを行った。ここで、1200℃までの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度は1℃/分で行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×1010個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は30nmであった。このシリコンウェーハを実施例3とした。なお、単結晶引上げ炉は実施例2と同一のものを用いた。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が12×1017atoms/cm3であって、窒素をドープしないシリコン単結晶を用意した。ここで窒素をドープしなかったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物のサイズを実施例2より小さくするためである。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハをアルゴン雰囲気中で1200℃に1時間保持するアルゴンアニールを行った。ここで、1200℃までの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度は1℃/分で行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×1010個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は30nmであった。このシリコンウェーハを実施例3とした。なお、単結晶引上げ炉は実施例2と同一のものを用いた。
<実施例4>
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったことを除いて、実施例1と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を実施例1と変えるためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は100nmであった。このシリコンウェーハを実施例4とした。
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったことを除いて、実施例1と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を実施例1と変えるためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は100nmであった。このシリコンウェーハを実施例4とした。
<実施例5>
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったことを除いて、実施例2と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を実施例2より小さくするためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は50nmであった。このシリコンウェーハを実施例5とした。
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったことを除いて、実施例2と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を実施例2より小さくするためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は50nmであった。このシリコンウェーハを実施例5とした。
<実施例6>
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったことを除いて、実施例1と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を実施例4より小さくするためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は100nmであった。このシリコンウェーハを実施例6とした。
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったことを除いて、実施例1と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を実施例4より小さくするためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は100nmであった。このシリコンウェーハを実施例6とした。
<実施例7>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハに酸素析出核を形成して酸素析出物を成長させるために、先ず窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核形成用熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1℃/分で行った。次に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に0.5時間保持して酸素析出核成長用熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは1×1010個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は35nmであった。このシリコンウェーハを実施例7とした。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハに酸素析出核を形成して酸素析出物を成長させるために、先ず窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核形成用熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1℃/分で行った。次に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に0.5時間保持して酸素析出核成長用熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは1×1010個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は35nmであった。このシリコンウェーハを実施例7とした。
<実施例8>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハに酸素析出核を形成して酸素析出物を成長させるために、先ず窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核形成用熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は2℃/分で行った。次に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に1時間保持して酸素析出核成長用熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は60nmであった。このシリコンウェーハを実施例8とした。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハに酸素析出核を形成して酸素析出物を成長させるために、先ず窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核形成用熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は2℃/分で行った。次に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に1時間保持して酸素析出核成長用熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は60nmであった。このシリコンウェーハを実施例8とした。
<実施例9>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハに酸素析出核を形成して酸素析出物を成長させるために、先ず窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核形成用熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は4℃/分で行った。次に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に2.5時間保持して酸素析出核成長用熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は110nmであった。このシリコンウェーハを実施例9とした。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハに酸素析出核を形成して酸素析出物を成長させるために、先ず窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核形成用熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は4℃/分で行った。次に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に2.5時間保持して酸素析出核成長用熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は110nmであった。このシリコンウェーハを実施例9とした。
<比較例1>
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったことを除いて、実施例3と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を実施例3より小さくするためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は30nmであった。このシリコンウェーハを比較例1とした。
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったことを除いて、実施例3と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を2℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を実施例3より小さくするためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は30nmであった。このシリコンウェーハを比較例1とした。
<比較例2>
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったことを除いて、実施例2と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を実施例5より小さくするためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は50nmであった。このシリコンウェーハを比較例2とした。
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったことを除いて、実施例2と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を実施例5より小さくするためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は50nmであった。このシリコンウェーハを比較例2とした。
<比較例3>
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったことを除いて、実施例3と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を比較例1より小さくするためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は30nmであった。このシリコンウェーハを比較例3とした。
アルゴンアニールの昇温工程のうち、1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったことを除いて、実施例3と同様にしてシリコンウェーハを作製した。ここで、上記1000℃から1200℃までの昇温速度を3℃/分で行ったのは、アルゴンアニール後のシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度を比較例1より小さくするためである。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は30nmであった。このシリコンウェーハを比較例3とした。
<比較例4>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハに酸素析出核を形成して酸素析出物を成長させるために、先ず窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核形成用熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は2℃/分で行った。次に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に0.6時間保持して酸素析出核成長用熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は40nmであった。このシリコンウェーハを比較例4とした。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハに酸素析出核を形成して酸素析出物を成長させるために、先ず窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核形成用熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は2℃/分で行った。次に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に0.6時間保持して酸素析出核成長用熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は40nmであった。このシリコンウェーハを比較例4とした。
<比較例5>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハに酸素析出核を形成して酸素析出物を成長させるために、先ず窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核形成用熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は4℃/分で行った。次に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に2時間保持して酸素析出核成長用熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は90nmであった。このシリコンウェーハを比較例5とした。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハに酸素析出核を形成して酸素析出物を成長させるために、先ず窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核形成用熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は4℃/分で行った。次に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に2時間保持して酸素析出核成長用熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は90nmであった。このシリコンウェーハを比較例5とした。
<比較試験1及び評価>
実施例1〜9及び比較例1〜5のシリコンウェーハを、窒素雰囲気中で100℃/秒の昇温速度で1250℃まで昇温した後、この温度に30秒間保持するRTA処理を行って、各シリコンウェーハのエッジからのスリップの発生挙動をXRT(X-Ray Topograph)を用いて評価した。その結果を表1及び図6に示す。なお、表1には、酸素濃度と、窒素濃度と、550℃から700℃までの昇温速度と、1000℃から1200℃までの昇温速度と、追加した1000℃熱処理の時間も記載した。また、図6において、白丸及び黒丸は正八面体状の酸素析出物の例を示し、白三角及び黒三角は正方形板状の酸素析出物の例を示す。白丸及び白三角はスリップが発生しなかったことを示し、黒丸及び黒三角はスリップが発生したことを示す。更に、表1では、550℃から700℃までの昇温速度を第1昇温速度とし、1000℃から1200℃までの昇温速度を第2昇温速度とし、追加した1000℃熱処理の時間を追加熱処理時間とした。
実施例1〜9及び比較例1〜5のシリコンウェーハを、窒素雰囲気中で100℃/秒の昇温速度で1250℃まで昇温した後、この温度に30秒間保持するRTA処理を行って、各シリコンウェーハのエッジからのスリップの発生挙動をXRT(X-Ray Topograph)を用いて評価した。その結果を表1及び図6に示す。なお、表1には、酸素濃度と、窒素濃度と、550℃から700℃までの昇温速度と、1000℃から1200℃までの昇温速度と、追加した1000℃熱処理の時間も記載した。また、図6において、白丸及び黒丸は正八面体状の酸素析出物の例を示し、白三角及び黒三角は正方形板状の酸素析出物の例を示す。白丸及び白三角はスリップが発生しなかったことを示し、黒丸及び黒三角はスリップが発生したことを示す。更に、表1では、550℃から700℃までの昇温速度を第1昇温速度とし、1000℃から1200℃までの昇温速度を第2昇温速度とし、追加した1000℃熱処理の時間を追加熱処理時間とした。
表1及び図6から明らかなように、シリコンウェーハ中の酸素析出物の密度Dが1×1010個/cm3であるとき、正八面体状の酸素析出物のサイズLが100nm及び50nmのみならず30nmである場合にもスリップが発生せず(実施例1〜3)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが35nmである場合にもスリップが発生しなかった(実施例7)。またシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度Dが1×109個/cm3であるとき、正八面体状の酸素析出物のサイズLが100nm及び50nmである場合にスリップが発生せず(実施例4及び5)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが60nmである場合にもスリップが発生しなかったけれども(実施例8)、正八面体状の酸素析出物のサイズLが30nmである場合にスリップが発生し(比較例1)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが40nmである場合にもスリップが発生した(比較例4)。更にシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度Dが1×108個/cm3であるとき、正八面体状の酸素析出物のサイズLが100nmである場合にスリップが発生せず(実施例6)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが110nmでもスリップが発生しなかったけれども(実施例9)、正八面体状の酸素析出物のサイズLが50nm及び30nmである場合にスリップが発生し(比較例2及び3)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが90nmである場合にもスリップが発生した(比較例5)。この結果に基づいて、酸素析出物の密度D(個/cm3)に対するスリップの発生を阻止するのに必要な酸素析出物のサイズL(nm)を求める次の関係式(A)を導き出すことができた。
L≧12000×D−0.26 ……(A)
また上述のことから、スリップの発生の抑制効果は酸素析出物の形態によらず、酸素析出物の密度Dとサイズ(対角線長)Lとで決まることが分かった。
L≧12000×D−0.26 ……(A)
また上述のことから、スリップの発生の抑制効果は酸素析出物の形態によらず、酸素析出物の密度Dとサイズ(対角線長)Lとで決まることが分かった。
<実施例10>
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が14×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で800℃に8時間保持する前熱処理を行った後、窒素雰囲気中で1100℃に0.12時間保持する熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は70nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度3cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度3cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めた。具体的には、ウェーハ面内の温度差は、ウェーハ面内の9点(ウェーハ中心部に1点、ウェーハ外周部に5点、ウェーハ中心部とウェーハ外周部の中間に3点)に、白金−白金ロジウムからなる熱電対を埋込んだウェーハをサンプルとして上記と同じ条件で炉内に投入し取出すことで測定した。またウェーハ外周部の接線方向の応力σθはσθ=(−1/2)×α×E×ΔTという式から求めた。ここで、αはシリコンの線膨張係数であり、Eはシリコンのヤング率であり、ΔTはウェーハ外周部の温度からウェーハ中心部の温度を引いた値である。シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例10とした。
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が14×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で800℃に8時間保持する前熱処理を行った後、窒素雰囲気中で1100℃に0.12時間保持する熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は70nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度3cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度3cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めた。具体的には、ウェーハ面内の温度差は、ウェーハ面内の9点(ウェーハ中心部に1点、ウェーハ外周部に5点、ウェーハ中心部とウェーハ外周部の中間に3点)に、白金−白金ロジウムからなる熱電対を埋込んだウェーハをサンプルとして上記と同じ条件で炉内に投入し取出すことで測定した。またウェーハ外周部の接線方向の応力σθはσθ=(−1/2)×α×E×ΔTという式から求めた。ここで、αはシリコンの線膨張係数であり、Eはシリコンのヤング率であり、ΔTはウェーハ外周部の温度からウェーハ中心部の温度を引いた値である。シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例10とした。
<実施例11>
窒素雰囲気中で1100℃に0.23時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例10と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は200nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例11とした。
<実施例12>
窒素雰囲気中で1100℃に4時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例10と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は330nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例12とした。
窒素雰囲気中で1100℃に0.23時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例10と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は200nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例11とした。
<実施例12>
窒素雰囲気中で1100℃に4時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例10と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は330nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例12とした。
<実施例13>
窒素雰囲気中で1100℃に8時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例10と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は400nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例13とした。
<実施例14>
窒素雰囲気中で1100℃に16時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例10と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は490nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例14とした。
窒素雰囲気中で1100℃に8時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例10と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は400nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例13とした。
<実施例14>
窒素雰囲気中で1100℃に16時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例10と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は490nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例14とした。
<実施例15>
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が14×1017atoms/cm3であるp型のシリコンウェーハを用意した。次にこのシリコンウェーハを窒素雰囲気中で800℃に8時間保持する前熱処理を行った後、窒素雰囲気中で1100℃に0.12時間保持する熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は70nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度7cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度7cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、35MPaであった。このシリコンウェーハを実施例15とした。
<実施例16>
窒素雰囲気中で1100℃に0.23時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例15と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は200nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを実施例16とした。
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が14×1017atoms/cm3であるp型のシリコンウェーハを用意した。次にこのシリコンウェーハを窒素雰囲気中で800℃に8時間保持する前熱処理を行った後、窒素雰囲気中で1100℃に0.12時間保持する熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は70nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度7cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度7cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、35MPaであった。このシリコンウェーハを実施例15とした。
<実施例16>
窒素雰囲気中で1100℃に0.23時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例15と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は200nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを実施例16とした。
<実施例17>
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が14×1017atoms/cm3であるp型のシリコンウェーハを用意した。次にこのシリコンウェーハを窒素雰囲気中で800℃に8時間保持する前熱処理を行った後、窒素雰囲気中で1100℃に0.12時間保持する熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は70nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度15cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度15cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、70MPaであった。このシリコンウェーハを実施例17とした。
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が14×1017atoms/cm3であるp型のシリコンウェーハを用意した。次にこのシリコンウェーハを窒素雰囲気中で800℃に8時間保持する前熱処理を行った後、窒素雰囲気中で1100℃に0.12時間保持する熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は70nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度15cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度15cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、70MPaであった。このシリコンウェーハを実施例17とした。
<実施例18>
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハを窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核を形成するための熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1.2℃/分で行った。更に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に1時間保持して酸素析出核を成長させるための熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は60nmであった。このウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度15cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度15cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、70MPaであった。このシリコンウェーハを実施例18とした。
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハを窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核を形成するための熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1.2℃/分で行った。更に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に1時間保持して酸素析出核を成長させるための熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は60nmであった。このウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度15cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度15cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、70MPaであった。このシリコンウェーハを実施例18とした。
<実施例19>
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハを窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核を形成するための熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1.2℃/分で行った。更に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に4時間保持して酸素析出核を成長させるための熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は150nmであった。このウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度7cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度7cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、35MPaであった。このシリコンウェーハを実施例19とした。
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハを窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核を形成するための熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1.2℃/分で行った。更に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に4時間保持して酸素析出核を成長させるための熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は150nmであった。このウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度7cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度7cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、35MPaであった。このシリコンウェーハを実施例19とした。
<実施例20>
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハを窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核を形成するための熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1.2℃/分で行った。更に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に20時間保持して酸素析出核を成長させるための熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は450nmであった。このウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度3cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度3cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例20とした。
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハを窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核を形成するための熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1.2℃/分で行った。更に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に20時間保持して酸素析出核を成長させるための熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は450nmであった。このウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度3cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度3cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例20とした。
<比較例6>
窒素雰囲気中で1100℃に4時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例15と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は330nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを比較例6とした。
<比較例7>
窒素雰囲気中で1100℃に8時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例15と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は400nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを比較例7とした。
<比較例8>
窒素雰囲気中で1100℃に16時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例15と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は490nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを比較例8とした。
窒素雰囲気中で1100℃に4時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例15と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は330nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを比較例6とした。
<比較例7>
窒素雰囲気中で1100℃に8時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例15と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は400nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを比較例7とした。
<比較例8>
窒素雰囲気中で1100℃に16時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例15と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は490nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを比較例8とした。
<比較例9>
窒素雰囲気中で1100℃に0.23時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例17と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は200nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例9とした。
<比較例10>
窒素雰囲気中で1100℃に4時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例17と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は330nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例10とした。
窒素雰囲気中で1100℃に0.23時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例17と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は200nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例9とした。
<比較例10>
窒素雰囲気中で1100℃に4時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例17と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は330nmであり、更にシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例10とした。
<比較例11>
窒素雰囲気中で1100℃に8時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例17と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は400nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例11とした。
<比較例12>
窒素雰囲気中で1100℃に16時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例17と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は490nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例12とした。
窒素雰囲気中で1100℃に8時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例17と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は400nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例11とした。
<比較例12>
窒素雰囲気中で1100℃に16時間保持する熱処理を行ったことを除いて、実施例17と同様にしてシリコンウェーハに熱処理を行った。このシリコンウェーハ中の正八面体状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であり、酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は490nmであり、シリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例12とした。
<比較例13>
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハを窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核を形成するための熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1.2℃/分で行った。更に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に4時間保持して酸素析出核を成長させるための熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は150nmであった。このウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度15cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度15cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例13とした。
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハを窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核を形成するための熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1.2℃/分で行った。更に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に4時間保持して酸素析出核を成長させるための熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は150nmであった。このウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度15cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度15cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例13とした。
<比較例14>
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハを窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核を形成するための熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1.2℃/分で行った。更に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に8時間保持して酸素析出核を成長させるための熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は250nmであった。このウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度7cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度7cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、35MPaであった。このシリコンウェーハを比較例14とした。
先ず直径が150mmであってかつ酸素濃度が15.5×1017atoms/cm3であるp型のシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後に、高温熱処理を行って埋込み酸化層を形成し、SIMOXウェーハを作製した。このウェーハを窒素雰囲気中で700℃に1時間保持して酸素析出核を形成するための熱処理を行った。ここで、700℃までの昇温工程のうち、550〜700℃までの昇温速度は1.2℃/分で行った。更に上記ウェーハを希釈酸素雰囲気中(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気中)で、1000℃に8時間保持して酸素析出核を成長させるための熱処理を行った。これにより上記酸素析出核は正方形板状の酸素析出物に成長した。このウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は250nmであった。このウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度7cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度7cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sを、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、35MPaであった。このシリコンウェーハを比較例14とした。
<比較試験2及び評価>
実施例10〜20及び比較例6〜14のシリコンウェーハを、窒素雰囲気中で1000℃に加熱された横型炉に、ウェーハボートに立てたウェーハを、炉への投入速度を3cm/分、7cm/分又は15cm/分とそれぞれ変えて投入した。そして上記炉内に30分保持して熱処理を行った後、ウェーハを上記投入速度と同じ速度で炉から取出した。投入速度及び取出し速度を変化させることにより、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力を20MPa、35MPa又は70MPaとそれぞれ変化させた。この熱処理後、各シリコンウェーハのエッジからのスリップの発生挙動をXRT(X-Ray Topograph)を用いて評価した。その結果を表2及び図7に示す。なお、表2には、酸素濃度と、ウェーハの1000℃熱処理時間と、ウェーハの1100℃熱処理時間と、ウェーハの横型炉への投入速度及び取出し速度と、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力も記載した。また、図7において、白丸及び黒丸は正八面体状の酸素析出物の例を示し、白三角及び黒三角は正方形板状の酸素析出物の例を示す。また白丸及び白三角はスリップが発生しなかったことを示し、黒丸及び黒三角はスリップが発生したことを示す。更に、表2では、ウェーハの1000℃熱処理時間を第1熱処理時間とし、ウェーハの1100℃熱処理時間を第2熱処理時間とし、ウェーハの横型炉への投入速度及び取出し速度を単に投入及び取出し速度とし、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力を単に最大熱応力Sとした。
実施例10〜20及び比較例6〜14のシリコンウェーハを、窒素雰囲気中で1000℃に加熱された横型炉に、ウェーハボートに立てたウェーハを、炉への投入速度を3cm/分、7cm/分又は15cm/分とそれぞれ変えて投入した。そして上記炉内に30分保持して熱処理を行った後、ウェーハを上記投入速度と同じ速度で炉から取出した。投入速度及び取出し速度を変化させることにより、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力を20MPa、35MPa又は70MPaとそれぞれ変化させた。この熱処理後、各シリコンウェーハのエッジからのスリップの発生挙動をXRT(X-Ray Topograph)を用いて評価した。その結果を表2及び図7に示す。なお、表2には、酸素濃度と、ウェーハの1000℃熱処理時間と、ウェーハの1100℃熱処理時間と、ウェーハの横型炉への投入速度及び取出し速度と、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力も記載した。また、図7において、白丸及び黒丸は正八面体状の酸素析出物の例を示し、白三角及び黒三角は正方形板状の酸素析出物の例を示す。また白丸及び白三角はスリップが発生しなかったことを示し、黒丸及び黒三角はスリップが発生したことを示す。更に、表2では、ウェーハの1000℃熱処理時間を第1熱処理時間とし、ウェーハの1100℃熱処理時間を第2熱処理時間とし、ウェーハの横型炉への投入速度及び取出し速度を単に投入及び取出し速度とし、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力を単に最大熱応力Sとした。
表2及び図7から明らかなように、シリコンウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sが20MPaであるとき、正八面体状の酸素析出物のサイズLが70nmである場合のみならず200nm、330nm、400nm及び490nmである場合にもスリップが発生せず(実施例10〜14)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが450nmである場合にもスリップが発生しなかった(実施例20)。またシリコンウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sが35MPaであるとき、正八面体状の酸素析出物のサイズLが70nm及び200nmである場合にスリップが発生せず(実施例15及び16)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが150nmである場合にもスリップが発生しなかったけれども(実施例19)、正八面体状の酸素析出物のサイズLが330nm、400nm及び490nmである場合にスリップが発生し(比較例6〜8)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが250nmである場合にもスリップが発生した(比較例14)。更にシリコンウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sが70MPaであるとき、正八面体状の酸素析出物のサイズLが70nmである場合にスリップが発生せず(実施例17)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが60nmである場合にもスリップが発生しなかったけれども(実施例18)、正八面体状の酸素析出物のサイズLが200nm、330nm、400nm及び490nmである場合にスリップが発生し(比較例9〜12)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが150nmである場合にもスリップが発生した(比較例13)。この結果に基づいて、シリコンウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力S(MPa)に対するスリップの発生を阻止するのに必要な酸素析出物のサイズL(nm)を求める次の関係式(B)を導き出すことができた。
L≦51000×S−1.55 ……(B)
また上述のことから、スリップの発生の抑制効果は酸素析出物の形態によらず、酸素析出物の密度Dと最大熱応力Sとで決まることが分かった。
L≦51000×S−1.55 ……(B)
また上述のことから、スリップの発生の抑制効果は酸素析出物の形態によらず、酸素析出物の密度Dと最大熱応力Sとで決まることが分かった。
<実施例21>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気中で700℃から900℃まで2℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に0.5時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときの酸素析出物の密度Dは1×1010個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は30nmであった。このシリコンウェーハを実施例21とした。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気中で700℃から900℃まで2℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に0.5時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときの酸素析出物の密度Dは1×1010個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は30nmであった。このシリコンウェーハを実施例21とした。
<実施例22>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気中で700℃から900℃まで4℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に1時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときの酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は50nmであった。このシリコンウェーハを実施例22とした。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気中で700℃から900℃まで4℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に1時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときの酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は50nmであった。このシリコンウェーハを実施例22とした。
<実施例23>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気中で700℃から900℃まで8℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に2時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときの酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は100nmであった。このシリコンウェーハを実施例23とした。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気中で700℃から900℃まで8℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に2時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときの酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は100nmであった。このシリコンウェーハを実施例23とした。
<比較例15>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気中で700℃から900℃まで4℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に0.5時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときの酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は30nmであった。このシリコンウェーハを比較例15とした。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気中で700℃から900℃まで4℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に0.5時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときの酸素析出物の密度Dは1×109個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は30nmであった。このシリコンウェーハを比較例15とした。
<比較例16>
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気中で700℃から900℃まで8℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に1.5時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときの酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は75nmであった。このシリコンウェーハを比較例16とした。
先ず直径が200mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素ガス雰囲気中で700℃から900℃まで8℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に1.5時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときの酸素析出物の密度Dは1×108個/cm3であった。またこの正方形板状の酸素析出物のサイズL([100]方向から正方形板状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は75nmであった。このシリコンウェーハを比較例16とした。
<比較試験3及び評価>
実施例21〜23と比較例15及び16のシリコンウェーハを、窒素雰囲気中で100℃/秒の昇温速度で1250℃まで昇温した後、この温度に30秒間保持するRTA処理を行って、各シリコンウェーハのエッジからのスリップの発生挙動をXRT(X-Ray Topograph)を用いて評価した。その結果を表3及び図6に示す。なお、表3には、酸素濃度と、炭素濃度と、700℃から900℃までの昇温速度と、1000℃における追加熱処理の時間も記載した。また、図8において、白四角及び黒四角は正方形板状の酸素析出物の例を示す。白四角はスリップが発生しなかったことを示し、黒四角はスリップが発生したことを示す。更に、表3では、700℃から900℃までの昇温速度を単に昇温速度とし、ウェーハの1000℃における追加熱処理の時間を単に追加熱処理時間とした。
実施例21〜23と比較例15及び16のシリコンウェーハを、窒素雰囲気中で100℃/秒の昇温速度で1250℃まで昇温した後、この温度に30秒間保持するRTA処理を行って、各シリコンウェーハのエッジからのスリップの発生挙動をXRT(X-Ray Topograph)を用いて評価した。その結果を表3及び図6に示す。なお、表3には、酸素濃度と、炭素濃度と、700℃から900℃までの昇温速度と、1000℃における追加熱処理の時間も記載した。また、図8において、白四角及び黒四角は正方形板状の酸素析出物の例を示す。白四角はスリップが発生しなかったことを示し、黒四角はスリップが発生したことを示す。更に、表3では、700℃から900℃までの昇温速度を単に昇温速度とし、ウェーハの1000℃における追加熱処理の時間を単に追加熱処理時間とした。
表3及び図8から明らかなように、シリコンウェーハ中の酸素析出物の密度Dが1×1010個/cm3であるとき、正方形板状の酸素析出物のサイズLが30nmである場合にスリップが発生しなかった(実施例21)。またシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度Dが1×109個/cm3であるとき、正方形板状の酸素析出物のサイズLが50nmである場合にスリップが発生しなかったけれども(実施例22)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが30nmである場合にスリップが発生した(比較例15)。更にシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度Dが1×108個/cm3であるとき、正方形板状の酸素析出物のサイズLが100nmである場合にスリップが発生しなかったけれども(実施例23)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが75nmである場合にスリップが発生した(比較例16)。この結果に基づいて、酸素析出物の密度D(個/cm3)に対するスリップの発生を阻止するのに必要な酸素析出物のサイズL(nm)を求める次の関係式(A)を導き出すことができた。
L≧12000×D−0.26 ……(A)
また上述のことから、スリップの発生の抑制効果は酸素析出物の形態によらず、酸素析出物の密度Dとサイズ(対角線長)Lとで決まることが分かった。
L≧12000×D−0.26 ……(A)
また上述のことから、スリップの発生の抑制効果は酸素析出物の形態によらず、酸素析出物の密度Dとサイズ(対角線長)Lとで決まることが分かった。
<実施例24>
先ず直径が150mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で700℃から900℃まで3.6℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に1時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときのシリコンウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は50nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度15cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度15cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを実施例24とした。
先ず直径が150mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で700℃から900℃まで3.6℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に1時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときのシリコンウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は50nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度15cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度15cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを実施例24とした。
<実施例25>
先ず直径が150mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で700℃から900℃まで3.6℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に3時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときのシリコンウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は150nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度7cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度7cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを実施例25とした。
先ず直径が150mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で700℃から900℃まで3.6℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に3時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときのシリコンウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は150nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度7cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度7cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを実施例25とした。
<実施例26>
先ず直径が150mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で700℃から900℃まで3.6℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に12時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときのシリコンウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は480nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度3cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度3cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例26とした。
先ず直径が150mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で700℃から900℃まで3.6℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に12時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときのシリコンウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は480nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度3cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度3cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、最大熱応力Sは20MPaであった。このシリコンウェーハを実施例26とした。
<比較例17>
先ず直径が150mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で700℃から900℃まで3.6℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に3時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときのシリコンウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は150nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度15cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度15cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例17とした。
先ず直径が150mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で700℃から900℃まで3.6℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に3時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときのシリコンウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は150nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度15cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度15cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、最大熱応力Sは70MPaであった。このシリコンウェーハを比較例17とした。
<比較例18>
先ず直径が150mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で700℃から900℃まで3.6℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に6時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときのシリコンウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は250nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度7cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度7cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを比較例18とした。
先ず直径が150mmでありかつ酸素濃度が15×1017atoms/cm3であって、炭素を1×1016atoms/cm3の濃度となるようにドープしたシリコン単結晶を用意した。次にこのシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを作製し、このシリコンウェーハを窒素雰囲気中で700℃から900℃まで3.6℃/分の昇温速度で昇温する熱処理を行った。その後、上記シリコンウェーハに厚さ4μmのエピタキシャル膜を成長させ、希釈酸素雰囲気(窒素100%に対して3%の酸素を混合した混合ガス雰囲気)中で、1000℃に6時間保持する追加熱処理を行った。これによりシリコンウェーハ中の酸素析出核が正方形板状の酸素析出物に成長した。このときのシリコンウェーハ中の正方形板状の酸素析出物の密度Dは2×109個/cm3であった。またこの酸素析出物のサイズL([100]方向から正八面体状の酸素析出物を見たときにその酸素析出物の[010]方向に延びる対角線長)は250nmであった。このシリコンウェーハを立てた状態で、窒素雰囲気中で1000℃の横型炉に、投入速度7cm/分で投入し、この炉内に30分間保持した後、取出し速度7cm/分で炉から取出した。このときにシリコンウェーハの外周部の接線方向に作用する最大熱応力を、実際の熱処理時のウェーハ面内の温度を実測し、この実測値から計算して求めたところ、最大熱応力Sは35MPaであった。このシリコンウェーハを比較例18とした。
<比較試験4及び評価>
実施例24〜26と比較例17及び18のシリコンウェーハを、窒素雰囲気中で1000℃に加熱された横型炉に、ウェーハボートに立てたウェーハを、炉への投入速度を15cm/分、7cm/分又は3cm/分とそれぞれ変えて投入した。そして上記炉内に30分保持して熱処理を行った後、ウェーハを上記投入速度と同じ速度で炉から取出した。投入速度及び取出し速度を変化させることにより、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力を70MPa、35MPa又は20MPaと変化させた。この熱処理後、各シリコンウェーハのエッジからのスリップの発生挙動をXRT(X-Ray Topograph)を用いて評価した。その結果を表4及び図9に示す。なお、表4には、酸素濃度と、ウェーハの1000℃における追加熱処理の時間と、ウェーハの横型炉への投入速度及び取出し速度と、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力も記載した。また、図9において、白四角及び黒四角は正方形板状の酸素析出物の例を示す。また白四角はスリップが発生しなかったことを示し、黒四角はスリップが発生したことを示す。更に、表4では、ウェーハの1000℃における追加熱処理の時間を単に追加熱処理時間とし、ウェーハの横型炉への投入速度及び取出し速度を単に投入及び取出し速度とし、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力を単に最大熱応力Sとした。
実施例24〜26と比較例17及び18のシリコンウェーハを、窒素雰囲気中で1000℃に加熱された横型炉に、ウェーハボートに立てたウェーハを、炉への投入速度を15cm/分、7cm/分又は3cm/分とそれぞれ変えて投入した。そして上記炉内に30分保持して熱処理を行った後、ウェーハを上記投入速度と同じ速度で炉から取出した。投入速度及び取出し速度を変化させることにより、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力を70MPa、35MPa又は20MPaと変化させた。この熱処理後、各シリコンウェーハのエッジからのスリップの発生挙動をXRT(X-Ray Topograph)を用いて評価した。その結果を表4及び図9に示す。なお、表4には、酸素濃度と、ウェーハの1000℃における追加熱処理の時間と、ウェーハの横型炉への投入速度及び取出し速度と、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力も記載した。また、図9において、白四角及び黒四角は正方形板状の酸素析出物の例を示す。また白四角はスリップが発生しなかったことを示し、黒四角はスリップが発生したことを示す。更に、表4では、ウェーハの1000℃における追加熱処理の時間を単に追加熱処理時間とし、ウェーハの横型炉への投入速度及び取出し速度を単に投入及び取出し速度とし、ウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力を単に最大熱応力Sとした。
表4及び図9から明らかなように、シリコンウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sが70MPaであるとき、正方形板状の酸素析出物のサイズLが50nmである場合にスリップが発生しなかったけれども(実施例24)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが150nmである場合にスリップが発生した(比較例17)。またシリコンウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sが35MPaであるとき、正方形板状の酸素析出物のサイズLが150nmである場合にスリップが発生しなかったけれども(実施例25)、正方形板状の酸素析出物のサイズLが250nmである場合にスリップが発生した(比較例18)。更にシリコンウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力Sが20MPaであるとき、正方形板状の酸素析出物のサイズLが480nmである場合にスリップが発生しなかった(実施例26)。この結果に基づいて、シリコンウェーハ外周部の接線方向に作用する最大熱応力S(MPa)に対するスリップの発生を阻止するのに必要な酸素析出物のサイズL(nm)を求める次の関係式(B)を導き出すことができた。
L≦51000×S−1.55 ……(B)
また上述のことから、スリップの発生の抑制効果は酸素析出物の形態によらず、酸素析出物の密度Dと最大熱応力Sとで決まることが分かった。
L≦51000×S−1.55 ……(B)
また上述のことから、スリップの発生の抑制効果は酸素析出物の形態によらず、酸素析出物の密度Dと最大熱応力Sとで決まることが分かった。
本発明の方法でシリコンウェーハを製造することにより、即ちシリコンウェーハの内部に、所定の密度及びサイズの酸素析出物を形成することにより、広い酸素析出物の密度の範囲にわたって、スリップが発生せずかつ強度が高いシリコンウェーハが得られ、しかも直径の大きなシリコンウェーハにも適用できる。
Claims (5)
- シリコン単結晶棒をスライスして作製されたシリコンウェーハ(10)を熱処理してウェーハ(10)内部に酸素析出物(11,21,31)を形成するシリコンウェーハの製造方法において、
前記酸素析出物(11,21,31)の形成されたウェーハ(10)がその後半導体デバイス製造プロセスで熱処理されるシリコンウェーハであって、
前記ウェーハ(10)を製造するための複数種類の酸素濃度及び熱履歴を設定する工程と、
前記複数種類の酸素濃度及び熱履歴のそれぞれの組合せを入力パラメータとして、フォッカープランク方程式を解くことにより、前記酸素析出物(11,21,31)を形成させるための熱処理工程の後であってかつ前記デバイス製造プロセスの熱処理工程の直前の前記ウェーハ(10)内部の酸素析出物(11,21,31)の対角線長L(nm)及び密度D(個/cm3)をそれぞれ算出する工程と、
前記デバイス製造プロセスの熱処理工程に用いられる熱処理炉の構造及びその熱処理温度に基づいて、前記デバイス製造プロセスの熱処理工程で前記ウェーハ(10)の外周部の接線方向に作用する最大熱応力S(MPa)を算出する工程と、
前記複数種類の酸素濃度及び熱履歴のうち次の式(1)の関係を満たす酸素濃度及び熱履歴を決定する工程と
を含むことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
12000×D−0.26 ≦ L ≦ 51000×S−1.55 ……(1) - シリコンウェーハ(10)内部のB、P、As及びSbからなる群より選ばれた1種又は2種以上のドーパント濃度を更に複数種類設定し、これらのドーパント濃度をそれぞれ入力パラメータに更に加える請求項1記載のシリコンウェーハの製造方法。
- シリコンウェーハ(10)内部の炭素濃度を更に複数種類設定し、これらの炭素濃度をそれぞれ入力パラメータに更に加える請求項1又は2記載のシリコンウェーハの製造方法。
- シリコンウェーハ(10)内部の窒素濃度を更に複数種類設定し、これらの窒素濃度をそれぞれ入力パラメータに更に加える請求項1ないし3いずれか1項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
- 請求項1ないし4いずれか1項に記載の方法で製造されたシリコンウェーハ。
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