(57)【要約】【課題】窒素でドープされたシリコンウェーハの熱処理による、該シリコンウェーハの表面上に付加的な欠陥の発生を、できるだけ広範囲に回避させる。【解決手段】シリコンウェーハの前面が、ＤＮＮ通路内にＬＳＥの０．１３μｍを上廻る大きさの窒素誘起された４５個未満の欠陥、少なくとも５μｍの厚さを有する１つの層、但し、この場合には、少なくとも０．０９μｍの大きさを有する１・１０４以下のＣＯＰ／ｃｍ３が発生するものとし、および少なくとも５μｍの厚さを有するＢＭＤ不含の層を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直炉中で、１２００℃の温度で測定された、少なくとも３００ｍｍの直径および少なくとも０．６ＭＰａの上降伏応力を有する多数のシリコンウェーハを熱処理する方法において、
シリコンウェーハを熱処理中に、閉鎖された同心のリングの形状を有し、最大で２５０ｍｍの内径および少なくともシリコンウェーハの直径と同じ大きさである外径を有する基板ホルダー上に載置し、この場合シリコンウェーハが載置される基板ホルダーの表面は、理想的な補償平面と０．０５〜０．５ｍｍの範囲内のずれを有する平坦度を有し、
シリコンウェーハを熱処理の開始時に所定の加熱速度で１１００℃〜１３００℃の範囲内の目的温度にまで加熱し、
引続き、シリコンウェーハを３０分間ないし３時間、不活性の雰囲気下または還元性の雰囲気下で目的温度に維持し、
その後に、シリコンウェーハを所定の冷却速度で冷却し、
加熱速度および冷却速度ＲＲ（℃／分で）を９００℃を上廻る温度範囲で当該の支配する温度Ｔ（℃で）に依存して、それぞれの時間で次の条件：
|ＲＲ| ≦５．８・１０−４＋０．２２９・Ｔ  −  ３．５９０２１３７・１０−４・Ｔ２
＋  １．４１９５９９６・１０−７・Ｔ３
を満たすように選択することを特徴とする、シリコンウェーハを熱処理する方法。
【請求項２】
シリコンウェーハが１２００℃の温度で測定された、０．６ＭＰａ〜１．１ＭＰａの範囲内の上降伏応力を有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
シリコンウェーハが熱処理の開始時に３・１０１３原子／ｃｍ３〜８・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度、５．２・１０１７原子／ｃｍ３〜７．５・１０１７の侵入型酸素濃度および２ｍΩｃｍ〜１２Ωｃｍの抵抗値を有する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
垂直炉中で、１２００℃の温度で測定された、少なくとも３００ｍｍの直径および少なくとも０．４ＭＰａの上降伏応力を有する多数のシリコンウェーハを熱処理する方法において、
シリコンウェーハを熱処理中に、閉鎖された同心のリングの形状を有し、最大で２５０ｍｍの内径および少なくともシリコンウェーハの直径と同じ大きさである外径、ならびにリングの中心部の付加的な載置面を有する基板ホルダー上に載置し、この場合シリコンウェーハが載置される基板ホルダーの表面は、理想的な補償平面と０．０５〜０．５ｍｍの範囲内のずれを有する平坦度を有し、
シリコンウェーハを熱処理の開始時に所定の加熱速度で１１００℃〜１３００℃の範囲内の目的温度にまで加熱し、
引続き、シリコンウェーハを３０分間ないし３時間、不活性の雰囲気下または還元性の雰囲気下で目的温度に維持し、
その後に、シリコンウェーハを所定の冷却速度で冷却し、
加熱速度および冷却速度ＲＲ（℃／分で）を９００℃を上廻る温度範囲で当該の支配する温度Ｔ（℃で）に依存して、それぞれの時間で次の条件：
|ＲＲ|≦７．４６９・１０２−１．６９２８・Ｔ＋１．２８１１２・１０−３・Ｔ２
−３．２３０６４６７・１０−７・Ｔ３
を満たすように選択することを特徴とする、シリコンウェーハを熱処理する方法。
【請求項５】
シリコンウェーハが１２００℃の温度で測定された、０．４ＭＰａ〜０．８ＭＰａの範囲内の上降伏応力を有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
シリコンウェーハが熱処理の開始時に３・１０１３原子／ｃｍ３〜８・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度、５．２・１０１７原子／ｃｍ３〜７．５・１０１７の侵入型酸素濃度および８Ωｃｍ〜６０Ωｃｍの抵抗値を有する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
垂直炉中で、１２００℃の温度で測定された、少なくとも３００ｍｍの直径および少なくとも０．３ＭＰａの上降伏応力を有する多数のシリコンウェーハを熱処理する方法において、
シリコンウェーハを熱処理中に、板（１２）の形状を有し、少なくともシリコンウェーハの直径と同じ大きさである外径を有する基板ホルダー上に載置し、この場合シリコンウェーハが載置される基板ホルダーの表面は、理想的な補償平面と０．０５〜０．５ｍｍの範囲内のずれを有する平坦度を有し、
シリコンウェーハを熱処理の開始時に所定の加熱速度で１１００℃〜１３００℃の範囲内の目的温度にまで加熱し、
引続き、シリコンウェーハを３０分間ないし３時間、不活性の雰囲気下または還元性の雰囲気下で目的温度に維持し、
その後に、シリコンウェーハを所定の冷却速度で冷却し、
加熱速度および冷却速度ＲＲ（℃／分で）を９００℃を上廻る温度範囲で当該の支配する温度Ｔ（℃で）に依存して、それぞれの時間で次の条件：
|ＲＲ|≦９．２５８・１０２  −  ２．２３１７・Ｔ＋１．７９５５２・１０−３・Ｔ２
−４．８１６９８４６・１０−７・Ｔ３
を満たすように選択することを特徴とする、シリコンウェーハを熱処理する方法。
【請求項８】
シリコンウェーハが１２００℃の温度で測定された、０．３ＭＰａ〜０．６ＭＰａの範囲内の上降伏応力を有する、請求項７記載の方法。 
【請求項９】
シリコンウェーハが熱処理の開始時に１・１０１３原子／ｃｍ３〜１・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度、５．２・１０１７原子／ｃｍ３〜７．５・１０１７原子／ｃｍ３の侵入型酸素濃度および４０Ωｃｍ〜９０Ωｃｍの抵抗値を有する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
シリコンウェーハが熱処理の開始時に最大で６・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度を有する、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
シリコンウェーハが載置される基板ホルダーを熱処理中に載置面から載置面で計算して７．５〜１５ｍｍの間隔で平行に重なり合うように積み重ねる、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
基板ホルダーが０．１５μｍ〜０．５μｍの平均粗さＲａを有する、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
基板ホルダーは、炭化珪素からなる、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
熱処理中にシリコンウェーハを支持するための炭化珪素からなる基板ホルダーにおいて、この基板ホルダーが少なくとも３００ｍｍであり、少なくとも１つのシリコンウェーハの直径と同じ大きさである外径および１５０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲内の内径を有する閉鎖された同心のリング（１０）の形状を有し、シリコンウェーハが載置される、基板ホルダーの表面が０．１５μｍ〜０．５μｍの平均粗さＲａおよび理想的な補償平面からの０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内のずれを有する平坦度を有することを特徴とする、熱処理中にシリコンウェーハを支持するための炭化珪素からなる基板ホルダー。
【請求項１５】
リングの中心部に付加的な載置面を有する、請求項１４記載の基板ホルダー。 
【請求項１６】
リングの中心部での付加的な載置面がリングの内側縁部から出発してリングの中心部に当たる少なくとも３つの載置ストリップ（１１）によって形成されている、請求項１５記載の基板ホルダー。
【請求項１７】
１ｍｍ〜３ｍｍの範囲内の厚さを有する、請求項１４から１６までのいずれか１項に記載の基板ホルダー。
【請求項１８】
熱処理中にシリコンウェーハを支持するための炭化珪素からなる基板ホルダーにおいて、この基板ホルダーが少なくとも３００ｍｍであり、シリコンウェーハの直径よりも０〜２ｍｍ大きい直径を有する板（１２）の形状を有し、シリコンウェーハが載置される、基板ホルダーの表面が０．１５μｍ〜０．５μｍの平均粗さＲａおよび理想的な補償平面からの０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内のずれを有する平坦度を有することを特徴とする、熱処理中にシリコンウェーハを支持するための炭化珪素からなる基板ホルダー。
【請求項１９】
３ｍｍ〜６ｍｍの範囲内の直径を有する少なくとも３つの開口（１３）に積載補助手段が導通されていてよい、請求項１８記載の基板ホルダー。
【請求項２０】
０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内の厚さを有する、請求項１８または１９に記載の基板ホルダー。
【請求項２１】
基板ホルダーの全面に亘って一定の厚さを有する、請求項１４から２０までのいずれか１項に記載の基板ホルダー。
【請求項２２】
エピタクシーにより析出されかつシリコンウェーハとの結合によって形成された層を有さず、１〜１０１３原子／ｃｍ３から８〜１０１４原子／ｃｍ３までの窒素濃度、５．２・１０１７原子／ｃｍ３〜７．５・１０１７原子／ｃｍ３までの酸素濃度、３・１０８ｃｍ−３〜２・１０１０ｃｍ−３のシリコンウェーハの厚肉部の中心でのＢＭＤ密度、３ｃｍ以下の全ての線状の平滑部の積み重ねられた全長および７ｃｍ２以下の平面状に延長された全ての平滑部範囲の積み重ねられた全面積を有するシリコンウェーハにおいて、シリコンウェーハの前面が、ＤＮＮ通路内にＬＳＥの０．１３μｍを上廻る大きさの窒素誘起された４５個未満の欠陥、少なくとも５μｍの厚さを有する１つの層、但し、この場合には、少なくとも０．０９μｍの大きさを有する１・１０４以下のＣＯＰ／ｃｍ３が発生するものとし、および少なくとも５μｍの厚さを有するＢＭＤ不含の層を有することを特徴とする、上記シリコンウェーハ。
【請求項２３】
１・１０１３原子／ｃｍ３〜６・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度を有する、請求項２２記載のシリコンウェーハ。
【請求項２４】
３００ｍｍまたはそれ以上の直径を有する、請求項２２または２３記載のシリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素でドープされたシリコンウェーハおよびこのシリコンウェーハを熱処理によって製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知技術水準
一般にチョクラルスキーるつぼ引上げ法（ＣＺ）または”フロートゾーン”法（ＦＺ）により製造されるシリコン単結晶は、一連の不純物および欠陥を有する。前記単結晶は、ウェーハに分離され、多数の加工過程に掛けられ、望ましい表面品質を得ることができ、最終的には、一般に電子構造素子の製造のために使用される。特殊な予防対策を講じない場合には、上記の欠陥は、ウェーハの表面上にも存在し、その表面上で該欠陥は、その表面上に形成された電子構造素子の機能に対して不利に作用しうる。
【０００３】
１つの重要な種類の欠陥は、所謂ＣＯＰ（"crystal originated particle"）であり、空孔が典型的には５０〜１５０ｎｍの大きさを有する小さな空隙に対して一緒に堆積することである。シリコン溶融液とシリコン棒との境界面に亘って測定された熱的勾配と引上げ速度との比が臨界値を超えた場合には、前記欠陥は、ボロンコフ（Voronkov）の理論により常に発生する。この場合には、”空孔に富んだ”引上げ棒と呼ばれる。ＣＯＰの大きさは、シリコンウェーハの縁部では中心部の場合よりも明らかに小さい。それというのも、棒の外被は、棒の中心部よりも急速に冷却され、それによってＣＯＰが空孔の凝集によって成長しうる時間はよりいっそう短くなるからである。
【０００４】
前記欠陥は、数多くの方法により測定可能である。前記欠陥をＳＣｌ溶液（ＮＨ３／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ）で約８５℃で２０分間エッチングし、引続き散乱光を測定することは、ウェーハ表面上でのＣＯＰを検査する１つの方法である。また、約３０μｍのシリコン表面侵食の際に３０分間Seccoエッチングにより欠陥をエッチングし、かつ次に計数することは、前記欠陥の測定を可能にする。所謂”旗印”を有する欠陥を計数する場合には、この欠陥は、ＦＰＤ（"flow pattern defects"）と呼ばれる。準備されたエッチングの場合には、材料の表面侵食を考慮しながら１単位体積当たりの密度に再計算することができる、１単位面積当たりのＦＰＤ密度が結果として得られる。同じ欠陥は、ＩＲ−ＬＳＴ（"inma-red light scattering tomography"）により測定することもでき、この場合Ｎｄ−ＹＡＧレーザー光は、シリコンウェーハ中の欠陥に対して散乱され、散乱光は、レーザー光に対して９０゜の角度で検出される。欠陥は、前記測定法によりＬＳＴＤ欠陥と呼ばれる。前記原理による商業的な測定装置は、例えばMitsui社, 日本、によって販売されており（装置の名称ＭＯ６）、ＣＯＰを６μｍの深さ、３５ｎｍの最小直径まで検出することが可能である。
【０００５】
更に、全ての前記欠陥は、歴史的に種々の呼称されているが、しかし、空孔の凝集の同じ物理的に原理により惹起される欠陥は、ＣＯＰと呼ばれる。
【０００６】
公知技術水準において、シリコンウェーハを熱的に処理する方法が公知であり、この場合この処理は、ＣＯＰ密度を表面隣接層中で明らかに減少させ、表面上で所謂”ＣＯＰ不含帯域”を生じる。
【０００７】
また、公知技術水準において、シリコン単結晶をその製造の中にチョクラルスキーによるるつぼ引上げ法により窒素でドープすることも公知である。窒素でのドーピングは、欧州特許出願公開第８２９５５９号明細書Ａ１の記載によれば、大きな欠陥の分布を有利に小さな欠陥に変える。欧州特許出願公開第１０８７０４２号明細書Ａ１の記載から、窒素でのドーピングが、結晶引上げの際に正八面体ではなく、縦長または小板状のＣＯＰを生じることは、公知である。
【０００８】
更に、記載された刊行物のから、窒素でドープされたシリコンウェーハを１０００℃以上の温度で非酸化雰囲気、例えば水素またはアルゴン、またはこれらの混合物の下で熱処理に掛け、ウェーハの表面上の層からＣＯＰを除去することは、公知である。ＣＯＰ密度が熱処理前の値の少なくとも半分に減少されているような表面上の層は、欧州特許出願公開第１０８７０４２号明細書Ａ１の記載によれば、少なくとも０．５μｍの厚さを有する。
【０００９】
更に、窒素のドーピングは、酸素析出物（”Bulk Mikro Defects”）の形成に必要とされていることは、公知である。それというのも、窒素は、前記欠陥種のための種晶形成を強化するからである。ウェーハの全厚中、少なくとも構造部材活性帯域の周囲中での典型的に５〜１０８〜２〜１０１０ｃｍ−３の十分に高いＢＭＤ密度は、必要であり、シリコンウェーハの内部での金属原子の所謂ゲッタリングを可能にする。
【００１０】
これは、後の構造素子が製造されるはずの表面隣接層から望ましくない金属不純物を除去したままにしておくことによってのみ可能である。
【００１１】
更に、窒素ドーピングの利点は、シリコンウェーハの高い高度を窒素ドーピングによって達成させることができることであり、それによって熱処理中の平滑部の形成は、有効に回避させることができる。前記の望ましい、公知技術水準で利用される効果は、殊に８・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度で初めて起こる（T. Muller他, : Semiconductor Silicon 2002 (9th Intenational Symposiumu), H.R. Huff, L. FabryおよびS. Kishino（編）, The Electrochemical Society Proceedings 第2002-2巻, 194〜201）。窒素ドーピングは、上降伏点（τＵＹ）の上昇を導く。固体を弾性的に可逆的に変形するだけでなく、可塑的に不可逆的に変形するために、どのように剪断応力が少なくとも使用されなければならないかに応じて、前記の材料パラメーターが記載される。上降伏点が窒素でのドーピングによって上昇される場合には、シリコンウェーハの可塑的変形、即ち平滑化が顕著になることは、大きな剪断応力が加えられた際に初めて起こる。前記効果は、るつぼなしに引上げられたＦＺシリコンならびにＣＺシリコンに関連して示された（H.D. Chiou他, VLSI Sci. And Tech., ECS, Pennington, 59, 1984）。表面に隣接したＣＯＰを溶解するためのシリコンウェーハの熱処理は、一般に１１００℃〜１３００℃の温度で３０分間ないし３時間行なわれる。そのために、多くの場合には、垂直炉が使用され、この場合には、多数のシリコンウェーハは、定義された間隔をもって平行に重なり合って互いに同時に処理される。シリコンウェーハは、ホルダー装置中、所謂”ボート（Boot）”中に貯蔵され、この場合には、それぞれのシリコンウェーハは、個別的に載置台、即ち基板ホルダー、上に載置される。この種のボートは、例えば英国特許第２２７３５５１号明細書、米国特許第６０６５６１５号明細書または米国特許第６１３３１２１号明細書中に記載されている。基板ホルダーは、例えば米国特許第２００４／００４０６３２号明細書Ａ１またはＷＯ  ２００４／０９０９６７Ａ１中に記載されている。このボートは、熱処理中、多くの場合に円筒状の処理室内に存在し、この場合この処理室は、ジャケット面から加熱される。
【００１２】
処理室のジャケット面からの加熱によって、加熱および冷却の際にそれぞれのシリコンウェーハの縁部と中心部との温度差が形成される。加熱の際のそれと関連した異なる熱膨張または冷却の際の収縮によって、熱応力が生じる。更に、シリコンウェーハの固有質量は、基板ホルダーとの相互作用で重力により誘起される応力を生じる。２つの応力分の総和がシリコンウェーハの上降伏応力を上廻る場合には、望ましくない平滑化が起こり、この平滑化は、電子構造素子の製造の際の歩留りを減少させる。それというのも、例えば金属不純物が有利に前記の結晶欠陥に堆積されるからである。
【００１３】
シリコンウェーハの直径が大きくなればなるほど、単位面積当たりの固有質量、ひいては重量により誘起された応力は、ますます大きくなる。前記の欠点は、ウェーハの厚さを相応して増加させることによって補償されるものではない。同様に、処理室の加熱されたジャケット面とウェーハ中心部との大きな距離は、ウェーハの直径が大きい場合に高い熱応力を生じる。前記理由から、３００ｍｍ以上の直径を有するシリコンウェーハの場合に、平滑部が形成する危険は、最大で２００ｍｍの直径を有する早期の通常のシリコンウェーハと比較として明らかに上昇する。従って、小さなウェーハ直径の際に取得される概念を平滑部の形成の抑制に簡単に適合させることは、不可能である。
【００１４】
従って、窒素でのドーピングは、２００ｍｍまたはそれ以上の直径を有するシリコンウェーハの生産において通常の方法であり、高い処理温度の際にウェーハの平滑化は、回避される。表面に隣接したＣＯＰの溶解に使用される、３００ｍｍの直径を有するシリコンウェーハの熱処理のためには、前記効果は、工業的に著しく重要である。それというのも、それによって重要な高い歩留りが達成されうるからである。
【００１５】
上記したように、窒素でのドーピングは、数多くの理由から好ましい。しかし、窒素でドープされたシリコンウェーハの熱処理は、該シリコンウェーハの表面上に付加的な欠陥を生じることが判明した。将来の構造部材の世代は、ナノメートル範囲内での構造化を必要とするので、この欠陥は、構造部材の欠点、例えばリソグラフィー欠陥またはトランジスタゲート酸化物の所謂ＧＯＩ値（"Gate Oxide Integrity"）の劣悪化をまねく。従って、この欠陥の発生は、できるだけ広範囲に回避されなければならない。
【００１６】
他面、上記の理由から、多くの場合に窒素でのドーピングは、断念することができない。
【００１７】
従って、３００ｍｍの直径を有する、公知技術水準で公知の熱処理された全てのシリコンウェーハは、機能的能力を有する電子構造素子が最も最先端の構造素子技術を使用しながら形成される場合には、該電子構造素子の比較的僅かな歩留りを生じる。
【特許文献１】欧州特許出願公開第８２９５５９号明細書Ａ１
【特許文献２】欧州特許出願公開第１０８７０４２号明細書Ａ１
【特許文献３】英国特許第２２７３５５１号明細書
【特許文献４】米国特許第６０６５６１５号明細書
【特許文献５】米国特許第６１３３１２１号明細書
【特許文献６】米国特許第２００４／００４０６３２号明細書Ａ１
【特許文献７】ＷＯ  ２００４／０９０９６７Ａ１
【非特許文献１】T. Muller他, : Semiconductor Silicon 2002 (9th Intenational Symposiumu), H.R. Huff, L. FabryおよびS. Kishino（編）, The Electrochemical Society Proceedings 第2002-2巻, 194〜201
【非特許文献２】H.D. Chiou他, VLSI Sci. And Tech., ECS, Pennington, 59, 1984
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明には、前記に記載されたような課題が課された。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記問題は、本発明によって解決される。
【００２０】
発明の詳細な説明
本発明は、エピタクシーにより析出されかつシリコンウェーハとの結合によって形成された層を有さず、１・１０１３原子／ｃｍ３から８・１０１４原子／ｃｍ３までの窒素濃度、５．２・１０１７原子／ｃｍ３から７．５・１０１７原子／ｃｍ３までの酸素濃度、３・１０８ｃｍ−３から２・１０１０ｃｍ−３までのシリコンウェーハの厚肉部の中心でのＢＭＤ密度、３ｃｍ以下の全ての線状の平滑部の積み重ねられた全長および７ｃｍ２以下の平面状に延長された全ての平滑部範囲の積み重ねられた全面積を有するシリコンウェーハに関し、この場合シリコンウェーハの前面は、ＤＮＮ通路内にＬＳＥの０．１３μｍを上廻る大きさの窒素誘起された４５個未満の欠陥、少なくとも５μｍの厚さを有する１つの層、但し、この場合には、少なくとも０．０９μｍの大きさを有する、１ｃｍ３当たり１・１０４以下のＣＯＰが発生するものとし、および少なくとも５μｍの厚さを有するＢＭＤ不含の層を有する。
【００２１】
本発明によるシリコンウェーハは、５．２・１０１７原子／ｃｍ３〜７．５・１０１７原子／ｃｍ３の酸素濃度を有する。
【００２２】
この場合には、侵入型酸素ならびに沈降された酸素を含む全ての酸素濃度が酸素濃度と見なされる。前記の全体の酸素濃度は、熱処理前に存在する侵入型酸素濃度に対応する。
【００２３】
特に、窒素濃度は、最大で６・１０１４原子／ｃｍ３、特に有利に最大で４・１０１４原子／ｃｍ３であり、熱処理中に窒素誘起欠陥の発生が確実に排除される。熱処理されたシリコンウェーハ中での窒素濃度の検出は、例えばＳＩＭＳによる５つの深さ断面により行なわれる（２次イオン質量分析法）。このために、典型的には、窒素濃度が深さに依存して、例えば３０μｍの深さまで、表面から離れて評価され、２つの深さ範囲に組み入れられる。それによって、一面で例えば真空室内での残留ガスによって支配されている背景信号が測定され、他面、酸素析出物（ＢＭＤｓ）それ自体中で結合した窒素分が測定される。第１の深さ範囲は、特にＢＭＤ不含の層内に存在し（典型的には５〜１０μｍの深さで）、組み入れ後に平均値として原子／ｃｍ３の単位で記載される。酸素析出物が発生される（典型的には２５〜３０μｍ）ような第２の深さ範囲においては、同様にＳＩＭＳ信号が組み入れられ、さらに再度、平均値として原子／ｃｍ３の単位で記載される。
【００２４】
前記の測定値から背景値が減算され、熱処理されたウェーハ中で中心部で酸素析出物中で結合された窒素分が得られる。未だ熱処理されていないウェーハについての試験との比較によれば、典型的には、３０〜４０％の僅かな窒素濃度が本発明による熱処理後に得られ、この場合この比較は、分裂が起こることにより、表面に隣接した範囲内で酸素析出物中で結合されていない窒素分の急速な拡散によって明らかにすることができる（A. Karoui, F. Sahtout, F. Karoui, G.A. Rozgonyi, D. Yang, J. Appi. Phys, 96, 2004, 第3255頁, A. Karoui, G.A. Rozgonyi, J. Appi. Phys, 96, 2004, 第3264頁）。ウェーハ表面への支障のある影響を排除するために、表面侵食するエッチング工程は、数μｍの表面侵食で予め行なわれる。
【００２５】
特に、シリコンウェーハは、３００ｍｍまたはそれ以上、殊に４５０ｍｍまでの直径を有する。
【００２６】
本発明によるシリコンウェーハは、場合によってはシリコンウェーハ中で発生する線状の非平面的に延びる全ての平滑部が３ｃｍ、有利に１ｃｍを超えないことを示す。この種の線状の平滑部は、図８の略図によれば、参照符号２１で示されている。更に、場合によってはシリコンウェーハ中で発生する、平面状に延びた全ての平滑部範囲の全面積は、７ｃｍ２、有利に２ｃｍ２の大きさを超えない。図８においては、この種の平面状の平滑部範囲２２が略示されている。前記平滑部の積み重ねられた全長または全面積は、個々の全ての平滑部の長さまたは面積の総和である。平滑部またはその長さもしくは面積は、Ｘ線トポグラフィー測定（ＸＲＴ）または弾性応力測定（ＳＩＲＤ, "scanning infrared depolarization", JenaWave社, Jena在, ドイツ連邦共和国）で検出可能である。
【００２７】
シリコンウェーハの肉厚部の中心でのＢＭＤ密度は、例えばＭｉｔｓｕｉ社、日本の型ＭＯ４の赤外−酸化物−析出物カウンターで測定されることができる。ＤＮＮ通路内でのＬＳＥ（"latex sphere equivalent"）の０．１３μｍを上廻る大きさを有する、窒素誘起欠陥の数は、光散乱測定によって測定される。更に、以下には、前記欠陥が別の欠陥種とどのように異なり得るかが記載されている。
【００２８】
本発明によるシリコンウェーハは、前面の表面上で５μｍ、有利に８μｍ、特に有利に１５μｍの厚さを有するＢＭＤ不含の層を有する。この前面は、電子構造素子の形成のために設けられているシリコンウェーハ面である。ＢＭＤ不含の帯域の厚さは、例えば破断縁部を形成させ、この破断縁部を適当なエッチング溶液（例えば、約２０分間の時間のために希釈されたWrightエッチング溶液）で処理し、引続き光学的顕微鏡下で観察することにより測定される。
【００２９】
本発明によれば、シリコンウェーハの前面は、ＢＭＤ不含の層と共に付加的に少なくとも５μｍ、有利に１０μｍの厚さを有する層を有し、この層中には、少なくとも０．０９μｍの大きさを有する、１ｃｍ３当たり１・１０４を上廻るＣＯＰは、発生していない。
【００３０】
本発明によるシリコンウェーハは、極めて僅かな欠陥密度のために、電気構造素子の形成のためには卓越しており、明らかに上昇された歩留りを生じる。
【００３１】
次に、本発明を図面につき詳細に記載する。
【００３２】
本発明を導く試験は、所謂”窒素誘起欠陥”のこれまで公知でなかった欠陥型を見出し、特性決定する。前記欠陥型は、窒素でドーピングされており、かつ熱処理に掛けられた、シリコンウェーハの表面上に発生する。この場合には、リング状または平面状にシリコンウェーハの表面上に配置された欠陥が重要であり、この欠陥の特性決定は、以下に詳細に記載されている。
【００３３】
窒素誘起欠陥は、例えばＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社、米国、の表面検査システムＳＰ１の”暗視野での細い入射法線（Dark Field Narrow normal incident）”通路内で検出することができ、この欠陥の特徴のある挙動のために、角度により開始される散乱光試験の場合に明らかに別の欠陥と区別される。この欠陥は、同様に走査型電子顕微鏡のトポグラフィー像において、５ｎｍまでの深さを有する、３μｍまで延長された、極めて平坦な凹所と見なされる。
【００３４】
角度により開始される散乱光測定の場合には、良好にピント調節されたレーザー光を用いてシリコンウェーハの表面は、走査される。レーザー光が欠陥に衝突した場合には、この光は、理想的な表面の際に光が反射されないような空間角度で散乱する。それに応じて、散乱光は、いずれにせよ”暗い”空間角度の範囲内で検出される。従って、暗視野測定と呼ばれている。
【００３５】
角度により開始される、散乱光の強度分布は、異なる欠陥型に対して特徴を有している。これは、新規に見出された窒素誘起欠陥についても言えることである。この欠陥は、ＣＯＰ、粒子および構造的エピタキシャル欠陥のような欠陥型と有利に区別される。窒素誘起欠陥は、垂直方向にレーザーが入射される際に空間角度で試料法線に隣接して散乱し、これに対して大きな角度での光は、観察することができない。
【００３６】
表面検査システムＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  ＳＰＩは、２個の暗視野検出器を有し、その中の１つは、試料法線に隣接しており、所謂狭い暗視野（Dark Field Narrow）（ＤＮ）と呼ばれている。第２の広い暗視野（Dark Field Wide）（ＤＷ）は、広い角度で散乱される光を検出する。従って、前記通路は、欠陥の特徴のある光散乱を検出する状態にある。窒素誘起欠陥の場合には、ＤＮ通路内での欠陥は、垂直方向（”法線”＝Ｎ）での光入射の際に、即ちＤＮＮ通路内で検出されるが、しかし、ＤＷＮ通路内では観察されないことを生じる。
【００３７】
観察された光強度は、前記種類の測定の際に等価の大きさ、ＬＳＥ（”latex sphere equivalent”）に換算される。窒素誘起欠陥については、ＤＮＮ中でのＬＳＥ０．２μｍまでのさんらの大きさがもたらされ、この場合には、ＤＷＮにおいて、ＬＳＥ０．１μｍの感度の場合にも、なお信号は記録されない。即ち、前記欠陥についてのＤＮＮとＤＷＮの散乱の大きさの比は、２．０より大きい。この比は、欠陥型の１つの特徴と見なされうる。別の公知の欠陥に対する光散乱の大きさの比は、明らかに窒素誘起欠陥とは区別される（第１表および第２表参照）。
【００３８】
【表１】
2006265096.tif 000002
【００３９】
【表２】
2006265096.tif 000003
【００４０】
測定装置ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  ＳＰ１は、レーザー光の入射角度の変動を可能にする。垂直方向の光入射と共に、試料は、傾斜して（”斜位”）入射する光を用いて測定されうる。更に、通路ＤＮおよびＤＷは、ＤＮＯおよびＤＷＯと呼ばれている。また、前記方法においても、窒素誘起欠陥の無類の散乱特性が示される。それというのも、ＤＮＯにおいても、ＤＷＯにおいても、ＬＳＥ０．１μｍおよびＬＳＥ０．０７５μｍの感度の際に欠陥を検出ことができないからである。
【００４１】
それに応じて、光散乱の大きさの比ＤＮＮ／ＤＮＯは、２．０を上廻り、ＤＮＮ／ＤＷＯは、２．７を上廻る。これは、再び前記の欠陥の明らかな特性である。光散乱の大きさならびに窒素誘起欠陥の光散乱の大きさの比は、前記の欠陥型と明らかに同一視される判断基準である。光散乱の大きさと光散乱の大きさの比との記載された特徴を示す組合せは、専ら構造的エピタキシャル欠陥との重複を示すが、しかし、この構造的エピタキシャル欠陥は、エピタキシャル層を有しない、本発明により熱処理されたシリコンウェーハの場合には、発生し得ない。
【００４２】
従って、本発明によれば、窒素誘起欠陥は、エピタキシャル層を有しないシリコンウェーハ上の表面欠陥として定義されており、この場合この表面欠陥は、光散乱測定によって、例えば表面検査システムＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  ＳＰ１で検出されることができ、第１表中に記載された光散乱の大きさおよび同時に第２表に記載された光散乱の大きさの比を有する。
【００４３】
また、窒素誘起欠陥は、別の方法、例えばＡＦＭ（”atomic force microscopy”）で測定することができる。即ち、正確に散乱光測定によって測定された欠陥位置について、ＡＦＭ測定の場合には、縦長の凹所が表面内に見出される。図１は、この種のＡＦＭ測定の結果として典型的に窒素誘起欠陥の深さ断面を１つの直線に沿って示し、この場合この直線は、欠陥の短軸（＝”幅”）に沿って最大の深さの位置を通過する。欠陥の幅ＷＤは、０．９９μｍであり、欠陥の深さｄＤは、４ｎｍである。特徴を示す大きさの深さ、長さおよび幅を評価する場合には、アスペクト比（長さ／深さまたは幅／深さ）を算出することができ、このアスペクト比は、同様に窒素誘起欠陥についても特徴を有している。第３表、参照。
【００４４】
【表３】
2006265096.tif 000004
【００４５】
本発明を導く試験は、窒素ドーピングと窒素誘起欠陥の発生との密接な関連が熱処理後に存在し、したがって新たに見出された欠陥型に対して前記名称が選択されることをもたらした。前記の関連は、第４表中に記載されている。約８・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度［Ｎ］の閾値の下では、実際に窒素誘起欠陥は発生しない。閾値から、窒素濃度が上昇するにつれて、窒素誘起欠陥の数の強力で単調な上昇が行なわれる。欠陥密度の測定は、シリコンウェーハが１２００℃で１時間１００％のアルゴン中で熱処理された後に行なわれた。第４表中に記載された値は、２００ｍｍの直径を有するシリコンウェーハの全体の前面上での窒素誘起欠陥の全体数に関連する。
【００４６】
【表４】
2006265096.tif 000005
【００４７】
窒素誘起欠陥の発生についての原因としては、典型的な表面密度のために次のことが想定されうる：ＣＯＰは、約８・１０１４原子／ｃｍ３を上廻る窒素濃度の際に、著しく異方性の形態を有し、即ちこのＣＯＰは、僅かな窒素濃度の場合のような正八面体の形を有するのではなく、小棒状の形を有する。熱処理中および原子平面上の充填過程中での表面に隣接したＣＯＰの溶解は、窪地状の凹所を後に残し、この場合この凹所は、凹所が形成されたＣＯＰと同様に、結晶学的主軸の方向に配向している。
【００４８】
もう１つの原因は、熱処理中の所謂酸素誘起積層欠陥（”oxygen induced stacking faults”, OSF）の不十分な溶解において見ることができる。ＯＳＦｓは、大きな酸化物析出物とみなすことができる。前記の酸化物析出物は、リング状に心合わせされた欠陥領域として発生し、この場合この欠陥領域のリング状幅およびリング状直径が、チョクラルスキー法の場合に窒素ドーピングの高さおよび結晶引上げ速度に依存することは、重要なことである。前記領域をよりいっそう高い窒素濃度の際に引上げ速度を高めることによって外側のウェーハ縁部で圧縮することは、技術的に不可能である。ＳＰＩによる測定は、再び窒素濃度が８・１０１４原子／ｃｍ３の値を上廻る場合に前記のＯＳＦ−リング状領域内で窒素誘起欠陥の高められた密度を示す。ＯＳＦｓの側方への大きな延びおよびシリコン原子の制限された表面拡散速度のために、熱処理中に溶解された欠陥の範囲内で同様に平面的な窪地が残存する。
【００４９】
従って、窒素誘起欠陥の形成を抑制するために、窒素濃度は、最大で８・１０１４原子／ｃｍ３、有利に６・１０１４原子／ｃｍ３、特に有利に４・１０１４原子／ｃｍ３の値に制限されなければならない。全機種類のシリコンウェーハを製造することができる、窒素でドーピングされたシリコン単結晶の製造方法は、例えば欧州特許出願公開第１０８７０４２号明細書Ａ１（第３６段落）または欧州特許出願公開第１０８１２５４号明細書Ａ１中に記載されている。窒素濃度を制限することによって、実際に、一面で窒素誘起欠陥の発生は、効果的に阻止することができるが、しかし反面、シリコンウェーハは、熱処理中に形成される平滑部に対して敏感になる。
【００５０】
平滑部に対する種々にドープされたシリコンの感度を定量化するために、本発明者によって上降伏応力の測定が実施された。これまで、１０００℃を上廻る温度範囲については、シリコンの上降伏応力に関するデータは使用不可能であった。測定は、図５に示されているような１つの構造で実施された。試験することができるシリコン材料からの５ｍｍの厚さおよび２０ｃｍの長さの円筒状の棒は、炭化珪素からなるキュベット２により測定温度にもたらされる。誘導コイル３によるキュベット２の加熱は、シリコン棒１の均一な加熱を可能にする。シリコン棒１の両端に伸長力４を加えることによって、伸長は、有利に棒領域内で最大の温度で惹起される。積載は、例えば５ｋＮの力測定ノズルを備えた汎用スピンドル型試験機中で行なうことができる。最も高い温度の位置では、同時に長さの変化５ならびに温度が測定される。伸長の測定のためには、例えば水冷却される伸長収容システムが使用されてよい。特殊な触針アームは、高い温度のために特に酸化アルミニウムからなる。前記収容システムの測定長さは、例えば１Ｎ〜５Ｎの範囲内の押圧力で２５ｍｍである。温度測定は、例えば指数高温時計（図示されていない）を用いてキュベット２の縦長の孔６を通じて熱い試料表面上で行なわれる。
【００５１】
１．３・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度を有する、シリコンについての温度に依存する測定系列の結果は、第５表中に記載されている。ＣＯＰを治癒するための熱処理にとって通常である、１１００℃を上廻る温度Ｔで、シリコンの上降伏応力τＵＹは、劇的に減少する。
【００５２】
【表５】
2006265096.tif 000006
【００５３】
また、ドープ剤の濃度は、第６表から明らかなように、シリコンウェーハの上降伏応力τＵＹに対する影響を有する。前記値は、１２００℃の温度で測定された。前記表中に記載された、比電気抵抗Ｒの値は、硼素でのドーピングによって調節された。窒素濃度［Ｎ］および硼素濃度（この硼素濃度は、比電気抵抗Ｒによって表わされる）は、上降伏応力に対する大きな影響を有する。
【００５４】
これとは異なり、間在する酸素［Ｏｉ］についての濃度の変化は、ＣＺシリコンにとって常用の範囲内で上降伏応力に殆んど影響を及ぼさない。
【００５５】
【表６】
2006265096.tif 000007
【００５６】
窒素濃度による上降伏応力の強力な依存性のために、３００ｍｍの直径および公知技術水準による僅かな窒素含量を有するシリコンウェーハは、平滑部の形成による結晶格子の少なからぬ損傷を許容することなしには、高い温度で熱処理されることができないであろう。この平滑部の形成は、熱処理された、電子構造素子の製造に適したシリコンウェーハの歩留りをほぼ零に減少させる。
【００５７】
殊に、３００ｍｍまたはそれ以上の直径を有する本発明によるシリコンウェーハは、定義された性質を有するシリコンウェーハを垂直炉（例えば、ASM社, オランダ国、のシリーズA412）内で熱処理に掛けることにより製造される。
【００５８】
熱処理中に、シリコンウェーハは、基板ホルダー上に載置され、この場合この基板ホルダーは、有利に炭化珪素からなり、できるだけ僅かな曲げ応力をシリコンウェーハ中で発生させる。更に、前記基板ホルダーは、有利にできるだけ僅かな熱的質量を有し、熱処理中に高い加熱速度および冷却速度を可能にする。更に、使用される基板材料は、特にできるだけ僅かに金属で汚染されているべきである。これは、例えばMitsui社、日本によって提案された、所謂”固体のＣＶＤ”炭化珪素の使用によって達成されうる。同様に、”固体のＣＶＤ”炭化珪素からなる２０〜２００μｍの厚さの層で被覆されている、焼結された炭化珪素の使用が可能である。この種の材料は、例えばToshiba Ceramics社, 日本、によって提案されている。
【００５９】
本発明によれば、処理することができるシリコンウェーハの直径と少なくとも同じ大きさである外径を有する平らな基板ホルダーが使用される。従って、シリコンウェーハは、本発明によれば、ウェーハ縁部に到るまで基板ホルダー上に載置される。基板ホルダーの直径は、特に処理することができるシリコンウェーハの直径よりも０〜２ｍｍだけ大きい。
【００６０】
平滑部の発生を内側縁部上へのシリコンウェーハの載置によって回避させるかまたは基板ホルダーの局部的な隆起を回避させるために、基板ホルダーは、本発明によれば、基板ホルダーの全面に亘って０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの補償平面に対するずれを有する平面度を有しなければならず、この場合には、有利に０．３ｍｍ未満、特に有利に０．１５ｍｍ未満のずれが特に好ましい。本発明によれば、基板ホルダーの厚さは、型および材料に依存して必要とされる平面度に適合される。
【００６１】
高い温度で酸化されていない珪素表面の反応性のために、非可逆的な付着の危険は、シリコンウェーハの珪素原子と基板ホルダーの珪素原子との化学結合の形成によって回避された。前記の回避を保証するために、所定の粗さ値Ｒａに調節することは、好ましい。実験によれば、粗さＲａは、有利に０．１５μｍ〜０．５μｍ、特に有利に０．２５μｍ〜０．４μｍであることが判明した。
【００６２】
従って、本発明は、平滑部の回避のために記載された必要とされる性質を有する、炭化珪素からなる基板ホルダーにも関する。
【００６３】
本発明によれば、熱処理のために、シリコンウェーハの性質に適合した異なる基板ホルダーが使用され、この場合この基板ホルダーは、熱的質量およびシリコンウェーハ中で惹起される、重量により誘起される応力の点で区別される。
【００６４】
有限要素法により算出することによって、重量により誘起される応力は評価することができる。結果は、３００ｍｍの直径を有するシリコンウェーハを熱的に処理するための基板ホルダーの本発明による３つの型について第７表中に記載されている。
【００６５】
【表７】
2006265096.tif 000008
【００６６】
第７表から明らかなように、本発明を導く試験は、閉鎖されたリング状の基板ホルダーの最大の曲げ応力が付加的に載置面を有する閉鎖されたリング状基板ホルダーによりリングの中心部で板状の基板ホルダーに向かって減少することが示された。これに関連して、板状の基板ホルダーは、最も有利な挙動を示すが、しかし、高い熱的質量の欠点を有する。
【００６７】
基板ホルダーは、本発明によれば、平滑部に対する処理することができるシリコンウェーハの感度に適合される。本発明によれば、処理することができるシリコンウェーハの場合に、そのために選択された加熱速度および冷却速度で平滑部を惹起しない基板ホルダーが使用される。基板ホルダーの高い熱的質量は、低い加熱側および冷却速度ならびにしたがって再び熱的処理のための費用を上昇させる、よりいっそう長い処理時間に付随して現れるので、特に常に、なお平滑部のない処理を可能にする最も低い熱的質量を有する基板ホルダー型が使用される。重量により誘起される応力を種々の強さで減少させる、適合された基板ホルダーを使用することによって、種々の強い延長された処理時間で種々のドープされたシリコンウェーハの全ての型を熱処理に掛けることができ、この場合この熱処理は、平滑部を生じることがなく、同時にできるだけ短い処理時間を保証する。
【００６８】
本発明によるシリコンウェーハを製造するために、特に１・１０１３原子／ｃｍ３〜８・１０１４原子／ｃｍ３、有利に１・１０１３原子／ｃｍ３〜６・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度および５．２・１０１７原子／ｃｍ３〜７．５・１０１７原子／ｃｍ３の侵入型酸素濃度を有するシリコンウェーハが出発材料として使用される。窒素濃度は、熱処理時間と組み合わせて、ＣＯＰ不含の帯域の望ましい厚さが達成されうるように選択される。このシリコンウェーハは、本発明によれば、垂直炉中で熱処理に掛けられ、この場合数多くの互いに平行に配置されたシリコンウェーハは、同時に３０分間ないし３時間、１１００℃〜１３００℃の範囲内、有利に１１５０℃〜１２３０℃の範囲内の温度に維持される。基板ホルダーの垂直方向の間隔（”ピッチ”）は、本発明による方法の全ての実施態様のために、載置面から載置面へ計算して特に７．５〜１５ｍｍ、特に有利に１０〜１３ｍｍである。
【００６９】
熱的処理は、本発明による方法の全ての実施態様において、有利に次のように実施される：シリコンウェーハは、４００〜６００℃の典型的な積載温度で２工程の方法で処理室内に置かれる。そのために、基板ホルダーは、裏面−端部エフェクター（Ruckseiten-Endeffektor）により下方から積載することができるウェーハに接近される。このウェーハは、３個の同心的に配置された保持ピン上に貯蔵され、この保持ピンは、積載過程の際に下へ降ろされる。非続き、シリコンウェーハおよび基板ホルダーは、共通にボート中に積載される。
【００７０】
その後に、処理室は、所定の目的温度（本発明によれば、１１００℃〜１３００℃）が達成されるまで、所定の加熱速度で加熱される。特に、加熱速度は、８００℃までの温度で最大２０℃／分であり、８００℃〜９００℃の温度範囲で最大１０℃／分、有利に８℃／分である。９００℃を上廻る温度範囲において、最大の加熱速度は、下記に記載された、シリコンウェーハの性質に適合された不等式によって定義されている。更に、処理室は、所定の時間間隔（本発明によれば、３０分間ないし３時間）で前記温度に維持され、ＣＯＰの治癒が可能になる。
【００７１】
その後に、処理温度は、所定の冷却速度で典型的に４００〜６００℃の積載解除温度になるまで低下される。冷却速度には、加熱速度と同じ許容される好ましい値が当てはまる。
【００７２】
本発明によれば、熱処理は、シリコンウェーハの表面上でＢＭＤ不含の層の発生を可能にする条件下で実施される。そのために、不活性の雰囲気または還元性の雰囲気が必要とされる。不活性の雰囲気は、専ら、シリコンウェーハの表面と反応しないガス、例えば希ガス、例えばアルゴンを含有する。還元性の雰囲気は、特に水素を含有し、この場合この水素は、不活性のガスと混合されていてよい。熱処理の時間および温度は、望ましい厚さのＢＭＤ不含の層が形成されることを保障する。
【００７３】
シリコンウェーハの上降伏応力（ひいては、窒素、侵入型酸素および別のドープ剤の濃度）に依存して、シリコンウェーハは、本発明によれば、３つの種類に分類される。全ての種類には、該種類に適合した基板ホルダー型が対応配置されており、この基板ホルダー型は、当該のシリコンウェーハにとって十分に僅かな、重量により誘起される応力を惹起させる。更に、全ての種類には、シリコンウェーハの性質および基板ホルダーに適合された、熱処理中の加熱速度および冷却速度に関連する条件が対応配置されている。本発明による加熱速度および冷却速度の遵守と組み合わせた、本発明による基板ホルダーの使用は、平滑部の発生の危険を冒すことなく、大きな直径および比較的低い窒素濃度を有するシリコンウェーハの熱処理を可能にする。
【００７４】
本発明によれば、一定の型のシリコンウェーハは、多数の種類に対応配置させることができるように思われてもよい。この場合には、平滑部の回避のために、どのような種類にシリコンウェーハが対応配置されるかは取るに足りないことである。しかし、経済的に考慮すれば、シリコンウェーハは、最も高い数を有する可能な種類に対応配置することは、好ましいことである。それというのも、この場合には、できるだけ低い熱的質量を有する基板ホルダーが使用され、この基板ホルダーは、再びできるだけ高い加熱速度および冷却速度を可能にするからである。
【００７５】
以下、３つの種類のそれぞれに対してシリコンウェーハを熱処理するための条件が詳細に記載されている。
【００７６】
種類３は、１２００℃の温度で測定された、少なくとも０．６ＭＰａ、特に０．６ＭＰａ〜１．１ＭＰａの範囲内、特に有利に０．７ＭＰａ〜１．０ＭＰａの上降伏応力を有するシリコンウェーハを含む。その中で、例えば３・１０１３原子／ｃｍ３〜８・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度、５．２・１０１７原子／ｃｍ３〜７．５・１０１７原子／ｃｍ３の侵入型酸素濃度および２ｍΩｃｍ〜１２Ωｃｍの抵抗値を有するシリコンウェーハが含まれる。
【００７７】
この種のシリコンウェーハは、閉鎖された同心のリング１０の形状を有する基板ホルダー（図２参照）の熱処理中に支持される。前記リングの外径は、少なくともシリコンウェーハの直径と同じ大きさである。内径は、最大で２５０ｍｍであり、好ましくは、１５０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲内、特に好ましくは、１７０〜２２０ｍｍの範囲内である。実験の場合および種々のリング幅を用いての支持される有限要素法による計算の場合には、さらに１５０ｍｍの値での内径の減少（例えば、ＷＯ  ２００４／０９０９６７Ａ１）は、内部の縁部で発生する接触圧力の言うに値するほどの減少をもたらさないことが判明した。この理由から、この種の小さな内径は、不必要であり、基板ホルダーの高い熱的質量のために特に回避される。
【００７８】
基板ホルダーは、理想的な補償平面の０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ、有利に０．０７〜０．２５ｍｍの範囲内のずれを有する平面度を有する。
【００７９】
基板ホルダーが炭化珪素からなる場合には、前記の実施態様による基板ホルダーの厚さは、有利に１ｍｍ〜３ｍｍの範囲内、特に有利に１．５〜２．５ｍｍの範囲内にある。
【００８０】
９００℃を超える温度範囲内での加熱および冷却の際に種類３のシリコンウェーハの熱処理中に起こる全ての温度変化は、当該の温度Ｔ（℃で）と当該の速度ＲＲ（℃／分で）との間に次の関係式が存在するように選択されている速度ＲＲで起こる：
|ＲＲ| ≦５．８・１０−４＋０．２２９・Ｔ  −  ３．５９０２１３７・１０−４・Ｔ２
＋  １．４１９５９９６・１０−７・Ｔ３
この関係式は、加熱工程の場合ならびに冷却工程の場合に維持することができる。この理由から、不等式の左側には、速度の総和|ＲＲ|が記載されている。
【００８１】
種類２は、１２００℃の温度で測定された、少なくとも０．４ＭＰａ、特に０．４ＭＰａ〜０．８ＭＰａの範囲内、特に有利に０．５ＭＰａ〜０．７ＭＰａの上降伏応力を有するシリコンウェーハを含む。その中で、例えば３・１０１３原子／ｃｍ３〜８・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度、５．２・１０１７原子／ｃｍ３〜７．５・１０１７原子／ｃｍ３の侵入型酸素濃度および８Ωｃｍ〜６０Ωｃｍの抵抗値を有するシリコンウェーハが含まれる。
【００８２】
この種のシリコンウェーハは、リングの中心部に付加的に載置面を有する閉鎖された同心のリング１０の形状を有する基板ホルダー（図３参照）の熱処理中に支持される。この付加的な載置面は、特に少なくとも３つの放射線状にリングの中心から出発する、リングと結合された載置ストリップ１１によって形成され、この場合この載置ストリップは、有利にそれぞれ１２０゜の角度を含む。基板ホルダーの残りの性質は、種類３のシリコンウェーハに使用される基板ホルダーの性質に対応する。リングの中心での付加的な載置面の使用によって、応力は、シリコンウェーハの固有質量のためにさらに減少される。しかし、基板ホルダーのよりいっそう高い熱質量は、加熱速度および冷却速度の減少を必要とする。
【００８３】
従って、９００℃を超える温度範囲内での加熱および冷却の際に種類２のシリコンウェーハの熱処理中に起こる全ての温度変化は、当該の温度Ｔ（℃で）と当該の速度ＲＲ（℃／分で）との間に次の関係式が存在するように選択されている速度ＲＲで起こる：
|ＲＲ|≦７．４６９・１０２−１．６９２８・Ｔ＋１．２８１１２・１０−３・Ｔ２
−３．２３０６４６７・１０−７・Ｔ３
種類1は、１２００℃の温度で測定された、少なくとも０．３ＭＰａ、特に０．３ＭＰａ〜０．６ＭＰａの範囲内、特に有利に０．３ＭＰａ〜０．５ＭＰａの上降伏応力を有するシリコンウェーハを含む。その中で、例えば１・１０１３原子／ｃｍ３〜１・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度、５．２・１０１７原子／ｃｍ３〜７．０・１０１７原子／ｃｍ３の侵入型酸素濃度および４０Ωｃｍ〜９０Ωｃｍの抵抗値を有するシリコンウェーハが含まれる。
【００８４】
この種のシリコンウェーハは、基板ホルダー（図４参照）の熱処理中、支持されており、この場合この基板ホルダーは、板１２の形状を有し、この板は、その上に載置されているシリコンウェーハを本質的に全面的に支持している。この板は、有利にシリコンウェーハよりも０〜２ｍｍだけ大きい直径を有する。この範囲で突き出ていることは、短時間で発生する空気クッションのために基板ホルダーを積載した際に起こる、シリコンウェーハの浮遊を補償するのに適している。これは、シリコンウェーハがひよっとする起こりうる僅かな浮遊後になお全面的に基板ホルダー上に載置されることを意味する。大きく突き出ることは、不必要に高い熱質量のために回避されるべきである。特に、板は、少なくとも３つ、特に有利に正確には３つの、３〜６ｍｍの範囲内の直径を有する開口１３を有し、この開口に５個の積載補助手段（”ピン”）を導通することができ、したがって上記したように２段階の積載が可能になる。
【００８５】
板状の基板ホルダーの厚さは、基板ホルダーが炭化珪素からなる場合に、特に０．４〜０．８μｍ、特に有利に０．５５〜０．７μｍの範囲内にある。板状の基板ホルダーは、機械的に安定性であり、中心部に付加的な載置面を有するかまたは有しないリング状の基板ホルダーよりも堅くねじ締めされる。従って、板状の基板ホルダーの場合には、僅かな厚さで十分である。それによって、不必要な高い熱質量は回避される。基板ホルダーの残りの性質は、種類３のシリコンウェーハに使用される基板ホルダーの性質に対応する。板状の基板ホルダーを使用する場合には、応力は、シリコンウェーハの固有質量のために改めてさらに減少される。しかし、この改めてのよりいっそう高い熱質量は、加熱速度および冷却速度のさらなる減少を必要とする。
【００８６】
９００℃を超える温度範囲内での加熱および冷却の際に種類１のシリコンウェーハの熱処理中に起こる全ての温度変化は、当該の温度Ｔ（℃で）と当該の速度ＲＲ（℃／分で）との間に次の関係式が存在するように選択されている速度ＲＲで起こる：
|ＲＲ|≦９．２５８・１０２  −  ２．２３１７・Ｔ＋１．７９５５２・１０−３・Ｔ２
−４．８１６９８４６・１０−７・Ｔ３
有利に記載された全ての型の基板ホルダーは、炭化珪素からなる。特に、前記基板ホルダーの全面は、一定の厚さを有し、即ち高められた縁部範囲、溝または類似の構造を有さず、基板ホルダーの製造費が僅かのまま維持される。なぜならば、それぞれの厚さの変化は、一面で費用と関連し、他面、金属不純物を基板ホルダー中に追い込む危険をはらんでいるような基板ホルダーの製造のためのもう１つの機械的工程を必要とするからである。
【００８７】
シリコンウェーハが載置されている基板ホルダーの表面は、特に０．１５μｍ〜０．５μｍ、特に有利に０．２μｍ〜０．４μｍならびに０．２５μｍ〜０．３５μｍの平均粗さＲａを有する。
【００８８】
平均粗さＲａは、５０００μｍの距離に亘って機械的断面探査機（mechanische Tastschnittgeraet）（Profiler型彫機）、例えばVeeco社、米国、のDektak V 300を用いて測定される。
【００８９】
記載された性質を有するシリコンウェーハを記載された方法で熱処理する場合には、少なくとも５μｍ、特に１０μｍおよび１５μｍまでの厚さを有する表面に隣接した”ＣＯＰ不含”の層、少なくとも５μｍおよび１５μｍまでまたはむしろ２５μｍの厚さを有する”ＢＭＤ不含”の層ならびにシリコンウェーハの内部での十分なゲッター能を保障するために適したＢＭＤ密度が形成される。本発明による窒素濃度を維持する場合には、窒素誘起欠陥の形成は、熱処理中、十分に回避される。即ち、本発明による方法は、４５個未満、むしろまさに１０個未満ないし例えば２個またはむしろ０個の窒素誘起欠陥を有するシリコンウェーハの製造を可能にする（図１１参照）。同時に、基板ホルダーおよび熱処理の条件、殊に加熱速度および冷却速度は、シリコンウェーハが比較的僅かな窒素含量にも拘わらず熱処理中に平滑化されないようにシリコンウェーハの性質に適合されている。それというのも、熱的および重量的に誘起される応力は、シリコンウェーハに無害の低い水準に維持されているからである。それによって、平面的に延びた、線状の平滑部を全く有しないシリコンウェーハを製造することができる（図７参照）。従って、記載された方法は、本発明によるシリコンウェーハの製造を可能にする。
【実施例】
【００９０】
実施例１
棒の開始部で６・１０１３原子／ｃｍ３の窒素濃度を有し、棒の終端部で２．５・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度を有し、６．５・１０１７原子／ｃｍ３〜６．６・１０１７原子／ｃｍ３の侵入型酸素濃度および８Ωｃｍ〜１２Ωｃｍの比抵抗値を有する単結晶のシリコン棒をチョクラルスキー法により引上げ、ウェーハに切断する。このウェーハを研磨する。ドープ剤の濃度のために、全てのウェーハは、本発明による種類２に分類することができる。シリコンウェーハをアルゴン１００％からなる雰囲気中で２時間の保持時間で１２００℃で本発明による熱処理に掛け、この場合このシリコンウェーハは、種類２に適している、Ｒａ＝０．１５μｍの粗さを有する基板ホルダー上に載置される。加熱速度および冷却速度を、それぞれの温度で種類２に対して記載された不等式に対応するように選択する。
【００９１】
引続き、棒の軸線に沿って種々の位置に由来する多数のウェーハをＳＰＩにより窒素誘起欠陥の発生に関連して測定する。図９は、ＤＮＮ通路（０．１２８μｍ超  ＬＳＥ；曲線３１）とＤＷＮ通路（０．１２０μｍ超  ＬＳＥ；曲線３２）との比較を示す。シリコンウェーハの全体の前面上でそれぞれの通路内で検出された光散乱中心の全体数ＮＬＳが記載されている。小さいウェーハ数ＮＷは、棒の開始部に由来し、大きいウェーハ数ＮＷは、棒の終端部に由来する。ＤＮＮ通路内での明らかに高い計数率は、窒素誘起欠陥の発生を示す。しかし、検出された欠陥の全体数は、全てのウェーハについて最大で４５である。
【００９２】
更に、処理されたシリコンウェーハを、ＳＩＲＤにより平滑部について試験する。図７は、本実施例により製造された、平滑部を有しないシリコンウェーハを示す。
【００９３】
前記のシリコンウェーハについてのＭＯＧ測定により、５μｍの層厚に対して０．８ＣＯＰ／ｃｍ２のＣＯＰ密度がもたらされる。このことから、前記層中での１６００ＣＯＰ／ｃｍ３の体積に対するＣＯＰ密度が明らかになる。シリコンウェーハの体積中でのＢＭＤ密度は、ＭＯ４で測定された８・１０９ＢＭＤｓ／ｃｍ３〜１．５・１０１０ＢＭＤｓ／ｃｍ３である。
【００９４】
本発明により熱処理されたシリコンウェーハの１つを表面侵食し、この場合には、１０μｍの材料が表面侵食された。このウェーハは、１．９・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度を有し、このことは、棒の位置、シリコン中での窒素の公知の凝離係数の使用および質量分析による棒の開始部での窒素濃度の測定について測定されることができた。ＣＯＰを目視可能にするために、ウェーハを研磨後にＳＣｌ溶液（NH３/H２O２/H２O）により約８５℃で２０分間エッチングした。その後に、ＳＰＩ散乱光測定を行ない、この場合には、全ウェーハ面積を試験した。図１０は、散乱での前記測定結果を示し、この場合この散乱は、０．１２μｍよりも大きなＬＳＥの散乱強度を有する”暗視野での入射法線”通路内で発生した。このウェーハは、熱処理によって溶解されなかったＣＯＰがなお存在する場合に、円形の同心配置されたＣＯＰ欠陥像を全く示さず、空孔に富んだ引上げシリコン棒を期待することができる。従って、この測定は、試験されたシリコンウェーハが少なくとも１０μｍの厚さを有するＣＯＰ不含の層を有するという結果を生じた。
【００９５】
実施例２
棒の開始部で３・１０１３原子／ｃｍ３の窒素濃度を有し、棒の終端部で１．２・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度を有し、平均で５．６・１０１７原子／ｃｍ３の侵入型酸素濃度および２０Ωｃｍ〜３０Ωｃｍの比抵抗値を有する単結晶のシリコン棒をチョクラルスキー法により引上げ、ウェーハに切断する。このウェーハを研磨する。シリコンウェーハをアルゴン１００％からなる雰囲気中で本発明による熱処理に掛ける。熱処理は、加熱工程、１２００℃の一定の温度で２時間の処理および冷却工程からなり、この場合加熱工程および冷却工程の場合には、１〜１０℃／分の傾斜率が維持された。シリコンウェーハは、リングの中心部に付加的に載置面を有するかまたは有しない、閉鎖された同心のリングの形状を有する、炭化珪素からなる基板ホルダー上に熱処理中に載置される。
【００９６】
引続き、棒の軸線に沿って種々の位置に由来する多数のウェーハをＳＰＩにより、窒素誘起欠陥の発生に関連して測定する。図１１は、シリコンウェーハの全前面上でＤＮＴＮ通路内で検出される光散乱中心の全体数ＮＬＳ（０．１２８μｍ超  ＬＳＥ）を示す。”リング１”〜”リング４”で表わされた測定値は、熱処理中に、閉鎖された同心のリングの形状を有する基板ホルダー上に載置されたシリコンウェーハに関連し、この場合この同心のリングは、リングの中心部で付加的な載置面を有する閉鎖された同心のリングの形状を有する基板ホルダー上に載置されたシリコンウェーハに対する”リング＋”で表わされる測定値を有する。全てのウェーハは、極めて僅かな数の窒素誘起欠陥を示す。
【００９７】
比較例１：
実施例１に記載のシリコン棒から製造されたシリコンウェーハの他の装入物を実施例１の記載と同様に熱処理する。基板ホルダーは、実施例１で使用された基板ホルダーと同一であるが、しかし、Ｒａ＝０．１０μｍの僅かな粗さを有する。処理されたシリコンウェーハを再びＳＩＲＤにより平滑化について試験する。図６は、単によりいっそう僅かな粗さのために極めて大きな平滑化領域２２が発生することを示す。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】ＡＦＭ（"atomic force microscopy"）により測定された、公知技術水準によるシリコンウェーハ上の典型的に窒素誘起欠陥の深さ断面を示す線図。
【図２】閉鎖されたリングの形状を有する本発明による基板ホルダーを示す略図。
【図３】閉鎖されたリングの形状を有し、付加的にリングの中心部に載置面を有する、本発明による基板ホルダーを示す略図。
【図４】板の形状を有する本発明による基板ホルダーを示す略図。
【図５】シリコンの上降伏応力の測定原理を示す略図。
【図６】高度に開始された弾性応力測定により測定された、３００ｍｍの直径を有する公知技術水準によるシリコンウェーハの平滑部の分布を示す略図。
【図７】図６に対応するが、しかし、３００ｍｍの直径を有する本発明によるシリコンウェーハについての測定結果を示す略図。
【図８】シリコンウェーハ上の線状平滑部および平面状に延びた平滑部範囲の分布を示す略図。
【図９】本発明による熱処理後に６・１０１３原子／ｃｍ３〜２．５・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度を有するシリコンウェーハ上での窒素誘起欠陥の頻度を示す線図。
【図１０】本発明により熱処理にされ、引続き１０μｍの表面侵食でポリッシングに掛けられた、３００ｍｍの直径を有するシリコンウェーハ上で平面的に心合わせされたＣＯＰ領域が光散乱測定によれば、発生しないことを示す略図。
【図１１】本発明による熱処理後に３・１０１３原子／ｃｍ３〜１．２・１０１４原子／ｃｍ３の窒素濃度を有するシリコンウェーハ上での窒素誘起欠陥の頻度を示す略図。
【符号の説明】
【００９９】
１  シリコン棒、  ２  キュベット、  ３  誘導コイル、  ４  伸長力、  ５  長さの変化、  ６  縦長の孔  １０  リング、  １１  載置ストリップ、  １２  板、  １３  開口１２、  ２１  線状の平滑部、  ２２  平面状の平滑部範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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