(57)【要約】【課題】  エピタキシャル成長または高温熱処理を行うことにより、高いゲッタリング能を有するエピタキシャルウェーハおよび高温熱処理ウェーハを得る。【解決手段】  窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度から導出し、導出された酸素析出物の半径毎の密度を表す関係式と酸素濃度およびウェーハ熱処理プロセスを与えることにより、熱処理後に得られる酸素析出物密度を予測できる。また、その方法を用いて予測される条件を用いて適正な酸素析出物密度に制御されたエピタキシャル成長ウェーハおよび高温アニールウェーハを得る。【選択図】        図１７
2006054350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素を添加したシリコン単結晶において、
結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の酸素析出物の密度が増加する温度領域での冷却速度から導出し、
導出された酸素析出物の半径毎の密度を表す関係式と酸素濃度及び熱処理の温度プロセスを与えることにより、熱処理後に得られる酸素析出物密度を予測する方法。
【請求項２】
前記結晶成長中の酸素析出物の密度が増加する温度領域は、１１００℃近傍であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
シリコンウェーハ中の酸素析出物密度を予測するプログラムにおいて、
該シリコンウェーハの原材料のシリコン単結晶の結晶成長時に導入された酸素析出物の密度が増加する温度領域での冷却速度、該シリコン単結晶中における窒素濃度及び／又は窒素濃度の入力を促し、
結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す所定の関係式により、該シリコンウェーハが被る温度プロセスデータを用いて、熱処理後に得られる酸素析出物密度を計算し、
前記計算結果を出力するプログラム及びそのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項４】
ＣＺ法又はＭＣＺ法によりシリコンインゴットを引き上げ、該インゴットからシリコンウェーハを切り出し、該シリコンウェーハをプレアニールして、製造されるエピタキシャル成長ウェーハ又は高温アニールシリコンウェーハであって、
製造されたエピタキシャル成長ウェーハ又は高温アニールシリコンウェーハの用途に適した酸素析出物密度を決定し、
酸素及び窒素濃度に基づいて、所定の関係式により、決定された酸素析出物密度となるように、前記シリコンインゴットの引き上げ時の冷却速度、プレアニールの温度及び保持時間、及び、エピタキシャル成長ウェーハの水素ベークの温度及び保持時間又は高温アニールウェーハの高温アニールの所定温度範囲での昇温速度を決定し、
決定された条件により製造されたウェーハ。
【請求項５】
請求項１又は２記載の方法を用いて予測される条件に基づいて適正な酸素析出物密度に制御されたシリコンウェーハ。
【請求項６】
結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃／分以上とし、請求項１又は２記載の方法を用いて予測される条件とすることで、酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上としたことを特徴とするシリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶インゴットを窒素を添加したシリコン融液から育成し切り出したウェーハから得られる結晶欠陥がコントロールされたシリコンウェーハの製造方法又はその方法で得られたシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路の高集積化・微細化の進展にともない、結晶成長時に形成される結晶欠陥がシリコンウェーハの表層近くに存在するとデバイスの性能に大きな影響を及ぼす。一般にデバイスの特性を劣化させる結晶欠陥は、以下の３種である。
【０００３】
１．空孔が凝集して生じるボイド欠陥(空洞)。
２．OSF（酸化誘起積層欠陥，  Oxidation  Induced  Stacking  Fault）
３．格子間シリコンが凝集して生じる転位クラスタ。
【０００４】
デバイス回路が作製される表層付近において、結晶成長時に形成された上記の結晶欠陥を含まないシリコンウェーハを得るために次のような方法が考案されている。
【０００５】
１）結晶の成長条件を制御して、無欠陥単結晶インゴットを製造する。
２）高温アニールにより、ウェーハ表層付近のボイド欠陥を消滅させる。
３）エピタキシャル成長によりウェーハ表面に無欠陥層を成長させる。
【０００６】
上記１〜３）の方法により、結晶欠陥の問題を回避することはできるが、いずれの方法も酸素析出物の制御について必ずしも好ましいものではなかった。酸素析出物（Bulk  Micro  defect:  ＢＭＤ）は、デバイス回路作製過程において偶発的に発生する有害な重金属汚染に対するゲッタリングサイトとして重要な役割を果たすため、デバイス回路作製の熱プロセスにおいて適切な密度で発生させることが好ましい。しかしながら、上記の１）〜３）において、結晶欠陥を抑制するために選択される条件は、ＢＭＤの発生に対して不利な条件となることが多い。まず、１）、２）、そして３）におけるＢＭＤ制御について述べる。
【０００７】
１）の無欠陥単結晶インゴットを作製しようとした場合、OSFの発生を避けるために酸素濃度を低くすることが必要である。しかし、低酸素濃度では、通常の熱処理では十分なＢＭＤ密度が得られ難い。さらに、無欠陥単結晶インゴットは、空孔優勢な無欠陥部と格子間シリコン優勢な無欠陥部とが半径方向に共存した結晶となっており、両者の酸素析出特性は著しく異なる。そのため、シリコンウェーハ面内での酸素析出特性を揃えるための後処理が必要となる場合がある。酸素析出特性を揃えるための後処理として、as  grown状態での係る析出特性を急速高温加熱処理により消去する方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２）。また、優勢点欠陥種に影響されない低温側での核発生を強く作用させる熱処理によりＢＭＤ密度の均一化を計っているものもある（例えば特許文献３及び４）。しかしながら、前者の方法では急速高温加熱処理というコストの高いプロセスを要し、また後者の方法は長時間の熱処理プロセスとなり、またＢＭＤを高密度化して均一とすることはできるが、任意の密度に制御することは大変困難である。そのため、無欠陥単結晶インゴットは、ＢＭＤによるゲッタリングを必要としない限られた用途にのみ使用されるのが実情である。
【０００８】
次に、２）の高温アニールウェーハについて述べる。水素およびアルゴンのような非酸化性雰囲気において、典型的には１２００℃で１時間の熱処理を加えることにより、表面付近のボイド欠陥は消滅する。しかしながら、通常の結晶ではアニールによって消滅するボイドはウェーハの極最表層のボイドのみであり、デバイス作製領域の深さよりも深くまでボイド欠陥フリー領域を発達させるためには、ボイドのサイズを微小にして消滅しやすくなるように制御することが大変重要である（例えば、特許文献５）。しかし、十分な深さを持ったボイド欠陥フリー領域を作成するためには、ボイド欠陥を小さくするのみでは不十分であり、酸素濃度を低くすることが強く望まれる（非特許文献１）。それは、ボイドはas  grownの状態において内壁が酸化膜に覆われており、ボイド欠陥の収縮はその内壁酸化膜が溶解・除去されてから始まることに起因する。つまり、酸素の外方拡散効果によって内壁酸化膜が溶解・除去される深さは、結晶の酸素濃度に依存するため、高酸素濃度の結晶ではその深さは浅くなる。そのため、十分なボイド欠陥フリー層深さを得るためには、結晶の酸素濃度が低いことが大変重要である。ところが、一般に低酸素濃度結晶では十分なＢＭＤ密度が得られ難い。
【０００９】
次に、３）のエピタキシャル成長ウェーハについて述べる。エピタキシャル成長させたウェーハにおいては、基板ウェーハにボイドが存在してもエピタキシャル層には転写されず、表層に無欠陥のシリコン層が得られるという利点がある。しかしながら、生産性の観点からウェーハはエピタキシャル成長を行う高温へ短時間の内に昇温されるため、ＢＭＤの核となるas  grownの微小核が消滅してしまい、その後に熱処理を加えても十分なＢＭＤ密度が得られないおそれが高い。
【００１０】
以上のような高温アニールウェーハおよびエピタキシャルウェーハの実情に鑑み、窒素ドープという手法が提案された。まず、高温アニールへの窒素ドープの効果について説明する。高温アニール用の結晶として、窒素を添加することによりボイド欠陥のサイズを小さくした結晶を適用することが提案された（例えば、特許文献６）。一方、窒素ドープのＣＺシリコン結晶におけるＢＭＤについては、古くから、異常な酸素析出が生じることが知られていたが、窒素濃度を制御することにより、適当な密度のＢＭＤが得られ得ることが示された（例えば、特許文献７）。この場合は、低酸素濃度の結晶においても窒素濃度を１ｘ１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることにより、１ｘ１０９個／ｃｍ３以上のＢＭＤが得られることが示されている。これに類似する発明も多数存在するが、これらの発明には、高温アニールウェーハのＢＭＤ密度を制御するための因子としては、窒素濃度のみしか記載されていない（例えば、特許文献７、８、９、１０）。しかし、ＢＭＤ密度は窒素濃度のみによって決まるものではなく、窒素濃度と高温アニールにおける各温度領域の昇温速度により規定することができる（例えば、特許文献１１）。しかしながら、そこに規定された範囲は一般的に選択される条件範囲を全て包含するものであって、個別的なＢＭＤ制御の方法を開示したものではない。また、高温アニール前の熱処理として７００℃以上９００℃以下の温度で、６０分以上のアニールを施すか、又は高温アニールの昇温過程において７００℃以上９００℃以下の温度領域の昇温速度を３℃／分以下とすることにより、適当なＢＭＤ密度を得るという方法が提案されている（例えば、特許文献１２）。しかしながら、この規定のみでＢＭＤが制御されるものではなく、包括的なＢＭＤ制御の方法は開示されてない。
【００１１】
次に、エピタキシャル成長ウェーハについて提案された窒素ドープ技術について説明する。エピタキシャル成長ウェーハにおいては、エピタキシャル成長プロセスにおいて酸素析出核が消滅してしまうおそれが高い。それに対して、窒素を１ｘ１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上添加した場合、エピタキシャル成長後も５ｘ１０３個／ｃｍ３以上のＢＭＤが観察されることが示されている（例えば、特許文献１３）。それは、窒素ドープ結晶においては、結晶成長中に通常の結晶より高温においてas  grown 核の発生が始まり、それらが高温で成長するため大型の核を形成するためであると考えられている。それらの大型の核はエピタキシャル成長のプロセスにおいても消滅しないと考えられている。しかしながら、このＢＭＤ密度は必ずしも好ましいものではない。エピタキシャル成長後のＢＭＤ密度は窒素濃度の影響を強く受けるが、エピタキシャル成長処理前における高温でのアニール処理時間により影響されることが示されている（例えば、特許文献１４）。エピタキシャル成長前のアニール処理は、通常自然酸化膜の除去などの目的で行われ、エピタキシャル成長温度と同じかそれ以上の温度でのＨ２またはＨＣｌベーク処理を意味する。一方、エピタキシャル成長後に観察されるＢＭＤ密度が、結晶成長過程での二つの温度領域の冷却速度、つまり１１５０℃から１０２０℃までの冷却速度と、１０００℃から９００℃までの冷却速度の影響を受けることが示されている（例えば、特許文献１５）。二つの温度領域での冷却速度の作用は、次のようである。１１５０℃から１０２０℃の温度領域はボイド欠陥の発生・成長温度領域であり、この温度を急冷することはボイドへの空孔の吸収が抑制されるため、残留空孔濃度が高くなり、引き続き起こるＢＭＤの核発生を促進する。１０００℃から９００℃の温度領域は窒素ドープ結晶でのＢＭＤの発生温度とされ、発生温度領域を徐冷することによりＢＭＤの密度は増加するとして説明された。そこでは、十分な密度のＢＭＤを得るためには、１１５０℃
から１０２０℃ までの冷却速度を２．７℃／分以上とし、１０００℃から９００℃までの冷却速度を１．２℃/分以下とすることが推奨された。しかしながら、１０００℃から９００℃の温度領域での冷却速度の効果は僅かであり、１１５０℃から１０２０℃の冷却速度としての効果が大きいことが示されている。しかし、これらの関係の窒素濃度およびその他の要因との関係は明確にされていない（特許文献１５）。エピタキシャル成長処理前に７００℃以上９００℃以下の温度で、１５分以上、４時間以下のプレアニールを加えることにより、さらに、エピタキシャル成長後のＢＭＤ密度を調整することが提案されている（例えば、特許文献１６）。
【００１２】
以上述べてきたように、窒素ドープしたシリコンウェーハのエピタキシャル処理後のＢＭＤ密度は，１）窒素濃度、２）結晶の熱履歴、３）エピタキシャル処理プロセスでの自然酸化膜除去のために行われる高温熱処理の温度と時間、４）エピタキシャル前に行われるプレアニールの温度と時間、そして当然のことながら５）酸素濃度に依存することが分かる。
【００１３】
窒素ドープしたシリコンウェーハの高温アニール処理後のＢＭＤ密度は、１）窒素濃度、２）結晶の熱履歴、３）高温アニールプロセス中の昇温速度、４）高温アニール処理前に行われるプレアニールの温度と時間、そして、５）酸素濃度に依存する。ＢＭＤ密度は、これらの多くの要因に同時に依存することが分かっているが、前述してきたようにこれらの要因の及ぼす効果は部分的にしか明らかにされていない。窒素ドープした結晶では、窒素の偏析係数が小さいため、窒素濃度は結晶の軸方向に大きな変化を示す。また、窒素ドープ結晶におけるＢＭＤは、結晶成長中の冷却過程において発生した大型のas  grown酸素析出核に依存しているため、結晶成長中の熱履歴の影響を強く受ける。窒素濃度と熱履歴の影響を強く受けたas  grown核の熱処理プロセスにより顕在化する過程は明確にされておらず、そのため従来は結晶の成長条件毎にまたプロセス毎に適当なＢＭＤ密度の得られる窒素の添加量、熱処理プロセスの調整が必要であった。
【特許文献１】特表２００１−５０３００９号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９３４４号公報
【特許文献３】特開２０００−２６４７７９号公報
【特許文献４】特開２００２−１３４５１７号公報
【特許文献５】特開平１０−２０８９８７号公報
【特許文献６】特開平１０−９８０４７号公報
【特許文献７】特開２０００−２１１９９５号公報
【特許文献８】特開平１１−３２２４９１号公報
【特許文献９】特開２００１−２７０７９６号公報
【特許文献１０】特開２００１−２８４３６２号公報
【特許文献１１】特開２００２−１１８１１４号公報
【特許文献１２】特開２００２−３５３２２５号公報
【特許文献１３】特開平１１−１８９４９３号公報
【特許文献１４】特開２０００−０４４３８９号公報
【特許文献１５】特開２００２−０１２４９７号公報
【特許文献１６】特開２００３−７３１９１号公報
【非特許文献１】中村浩三、最勝寺俊明、冨岡純輔、第６３回応用物理学会学術講演会講演予稿集  2002年秋季  381ページ,  No.1  24p-YK-4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、半導体シリコン単結晶の育成過程において窒素をドープして育成された単結晶インゴットからシリコンウェーハを切り出して作成したウェーハに、適切な熱処理を施した後に、エピタキシャル成長または高温熱処理を行うことにより、高いゲッタリング能を有するエピタキシャルウェーハおよび高温熱処理ウェーハを得るウェーハ製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
窒素ドープしたシリコンウェーハのエピタキシャル処理後のＢＭＤ密度は、１）窒素濃度、２）結晶の熱履歴、３）エピタキシャル処理プロセスでの自然酸化膜除去のために行われる高温熱処理の温度と時間、４）エピタキシャル前に行われるプレアニールの温度と時間、そして、５）酸素濃度に依存する。また、窒素ドープしたシリコンウェーハの高温アニール処理後のＢＭＤ密度は、１）窒素濃度、２）結晶の熱履歴、３）高温アニールプロセス中の昇温速度、４）高温アニール処理前に行われるプレアニールの温度と時間、そして、５）酸素濃度に依存する。ＢＭＤ密度は、これらの多くの要因に同時に依存することが分かっているが、前述してきたようにこれらの要因の及ぼす効果は部分的にしか明らかにされていない。そのため、十分にゲッタリング能のあるＢＭＤ密度（例えば、５ｘ１０８個／ｃｍ３）を歩留まり良く得る条件を決定することが極めて困難である。本発明では、窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入された酸素析出物のサイズに対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度から導出する方法を提案し、導出されたＢＭＤの半径毎の密度を表す関係式と酸素濃度およびウェーハ熱処理プロセスを与えることにより、熱処理後に得られるＢＭＤ密度を予測する方法、および、その方法を用いて十分なゲッタリング能力のあるＢＭＤ密度に制御されたエピタキシャル成長ウェーハおよび高温アニールウェーハの製造方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
窒素ドープ結晶においてはサイズの大きなas  grown酸素析出核が存在すると考えられ、それらが高温で安定であるためエピタキシャル成長ウェーハおよび高温アニールウェーハのＢＭＤの核として作用する。本発明では、窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度から導出する方法を提案し、導出された酸素析出物の半径毎の密度を表す関係式と酸素濃度およびウェーハ熱処理プロセスを与えることにより、熱処理後に得られる酸素析出物密度を予測する方法、および、その方法を用いて予測される条件を用いて適正な酸素析出物密度に制御されたエピタキシャル成長ウェーハおよび高温アニールウェーハの製造方法を提案する。
【００１７】
まず、窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入された酸素析出物のサイズに対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度から導出する方法を説明する。その関係を見いだすために次のような実験を行った。
【００１８】
まず、種々の熱履歴で育成された種々の窒素濃度の結晶を用意した。それらを急速昇温装置にて所定の温度に昇温し、その温度で存在しうる臨界核半径以下の析出物を消滅させた後、９００℃で４時間の熱処理に引き続き、１０００℃で１６時間の熱処理を加え、その熱処理により急速昇温処理において残存した核を観察可能な大きさにまで成長させた。ＣＺシリコン結晶では9００℃以上の熱処理では、核発生はしないことは良く知られており、９００℃で４時間、１０００℃で１６時間の処理により顕在化したＢＭＤ密度は、急速昇温装置にて昇温された温度において残存したＢＭＤ密度であり、言い換えればas  grown核の内、加熱温度での臨界核半径以上の核の密度を意味する。そこで、急速昇温の加熱温度とこのプロセス後に観察される密度との関係を評価することにより、as  grown核のサイズ分布を推定することができる。図１に酸素濃度を１２ｘ１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３として同一成長条件にて窒素濃度を変えた場合の加熱温度とＢＭＤ密度との関係を示す。窒素濃度が高いほど、ＢＭＤ密度が高く、またＢＭＤがより高温まで安定となることが分かる。次に図１のデータからas  grown核のサイズ分布を導出する方法を説明する。
【００１９】
一般に加熱温度と臨界核半径との関係は、１）式により表される。
【００２０】
【数１】
2006054350.tif 000003
【００２１】
Rcriは臨界核半径であり、σはＳｉＯ２とシリコンとの間の表面エネルギー、Ωは酸素原子１個当たりのＳｉＯ２の体積、ｋＢはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Ｃｏは酸素濃度，Ｃｏｅｑは酸素の熱平衡濃度である。図１の横軸の温度を、１）式により臨界核半径に換算すれば、図１はas  grown核のサイズ分布を表す図を意味することになる。しかしながら、図１の横軸の温度を直接臨界核の半径に換算することは必ずしも妥当ではない。つまり、窒素ドープ結晶のas  grown核は非常に大きく、臨界核半径以下の核であっても消滅に時間を要するために残存してしまう場合があり、残存した核が全て臨界核半径以上のas  grown核であるとは言えないからである。そこで、図１の加熱実験のプロセスシミュレーションを行い、各設定温度の実験により残存可能な核の半径を数値計算により求めた。数値計算の方法を以下に示す。任意の初期半径の析出物を加熱実験での温度パターンで加熱した場合の析出物半径のプロセス中の変化を２、３）式を用いて数値計算した。
【００２２】
【数２】
2006054350.tif 000004
【００２３】
【数３】
2006054350.tif 000005
【００２４】
２）式は半径の変化速度を表し、Ｒは析出物の半径、Ｄは酸素の拡散係数であり、Ｃｏｉは析出物の界面での酸素濃度であり、それは３）式により表される。ここで、酸素濃度と温度パターンを設定し、種々の初期半径を与えてこの式を用いて計算した時に、プロセス中に核が消滅しない最小初期半径をプロセス臨界核として定義した。そのようにして求めたプロセス臨界核とＢＭＤ密度との関係を図２に示す。図２の意味はas  grown核の半径とその半径以上のサイズのas  grown核の密度との関係を示すことになる。図２から窒素濃度によってas  grown核のサイズ分布が平行にシフトしていることが分かる。また、半径が小さい核ほど密度が高くなるが、一定の値で飽和し、飽和する密度は窒素濃度によらないことが分かる。これは、次のように説明される。図２はas  grown核の半径とその半径以上の核の総密度との関係を示したものであるが、通常のサイズ分布に書き直すと図３のような関係であることが分かる。つまり、窒素ドープ結晶におけるas  grown核のサイズ分布は、窒素濃度が高いほどサイズの大きい側にシフトするが、総密度の変化は観察されないということである。これは、窒素濃度が高いほどas  grown核の発生温度が高くなるためサイズが大きくなるが、発生する総密度自体はほとんど変わらないということを意味する。次に、図２のデータの内、密度が飽和していないものを選び、ＢＭＤ密度と窒素濃度および臨界核半径との関係を多変量解析を用いて調べた。その結果、次式のように表されることが分かった。
【００２５】
【数４】
2006054350.tif 000006
【００２６】
ここで、ＢＭＤはas  grown析出物の密度（個／ｃｍ３）、Ｎは窒素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、Ｒはas  grown析出物の半径である。図４に４）式による計算値と実測値との対比を示す。図４から、as  grown核のサイズ分布が４）式により予測されるサイズ分布と良く一致していることが分かる。
【００２７】
次に、結晶成長中の熱履歴との関係について示す。ボイド欠陥の発生温度領域での冷却速度の異なる結晶を用いて図２と同様な実験を行った。図２の結晶の１１００℃付近での冷却速度は４℃／分であるが、図５、図６は結晶の１１００℃付近での冷却速度をそれぞれ１．５℃／分および２．０℃／分とし、種々の窒素濃度のウェーハにおける臨界核半径とＢＭＤ密度との関係を示す。図中に示した各ラインは該当する窒素濃度を４）式に適用して求めた計算ラインであり、比較のために示している。計算ラインとの比較により４）式が結晶の冷却速度によらずに適用可能であることが分かる。一方、飽和ＢＭＤ密度は結晶の冷却速度が小さいほど低くなっている。本発明者はさらに詳細に飽和密度と結晶の冷却速度との関係を調べ、図７に示した。図７から５）式のような関係にあることが明らかになった。
【００２８】
【数５】
2006054350.tif 000007
【００２９】
ここで、ＣＲは、結晶成長中における１１００℃付近の冷却速度（℃／分）である。ボイド欠陥、格子間シリコン型転位クラスターそしてOSFといった点欠陥の凝集反応と関係するいずれの欠陥の密度も冷却速度の１．５乗に比例することが報告されている。冷却速度に対しての１．５乗則は、核発生が高速拡散する点欠陥の消耗によって律速される反応である場合の特徴であると考えられる。ここでまた、５）式から明らかなことは、飽和ＢＭＤ密度が十分なゲッタリング効果を示すＢＭＤ密度と考えられる５Ｘ１０８個／ｃｍ３を上回るためには、冷却速度を０．７６℃／分以上としなければならないということが分かる。特許文献１５では十分な密度のＢＭＤを得るためには、１１５０℃から１０２０℃までの冷却速度を２．７℃／分以上とする必要があることを示しているが、それはある特定の窒素濃度およびエピタキシャル成長プロセスにおいて、そのような冷却速度が必要であったということを示したにすぎない。
【００３０】
以上のようにして、窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入された酸素析出物のサイズに対する密度を表す関係を、窒素濃度と結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度から４）および５）式により導出することができることが明らかとなった。
【００３１】
次にこれらの関係からエピタキシャル成長ウェーハおよび高温アニールウェーハの熱処理後に得られる酸素析出物密度を予測する方法を説明する。前述したように窒素ドープしたシリコンウェーハのエピタキシャル処理後のＢＭＤ密度は、１）窒素濃度、２）結晶の熱履歴、３）エピタキシャル処理プロセスでの自然酸化膜除去のために行われる高温熱処理の温度と時間、４）エピタキシャル前に行われるプレアニールの温度と時間、そして、５）酸素濃度に依存する。一方、高温アニールは表層付近のボイド欠陥を消滅させることをねらった処理であり、１１００℃以上の温度で行われているが、窒素ドープしたシリコンウェーハの高温アニール処理後のＢＭＤ密度は、１）窒素濃度、２）結晶の熱履歴、３）高温アニールプロセス中の昇温速度、４）高温アニール処理前に行われるプレアニールの温度と時間、そして、５）酸素濃度に依存する。
【００３２】
そこで、４）および５）式により、窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入される酸素析出物のサイズと密度を初期値として与え、それらのas  grown核の上記のような各熱処理プロセスでの成長・消滅を２）式によりプロセスシミュレーションすることにより、プロセス後に残存する核の密度を求めることができる。それは、図１から、図２を導出した時の操作と同様の処理である。その計算により、任意の熱処理プロセスに対する、プロセス後に残存するas  grown核の密度を求めることができる。
【００３３】
そのような手順により、ＢＭＤ密度を十分なゲッタリング効果を示す密度である５Ｘ１０８個／ｃｍ３を上回ることができる条件を容易に選定することができる。前述したように、その時の結晶の冷却速度が０．７６℃／分以上とすることは重要な条件で、時に必須条件となる。
【００３４】
ここで、計算に用いた物理パラメターＤおよびＣｏｅｑは一般的な  J.C.Mikkelesn  Jr.の値（J.C.Mikkelesn  Jr.,  Proceeding  of  Material  Research  Society  Symposium,  Vol.59  (1986)  p19）を用いた。またΩは２．２１Ｘ１０−２３ｃｍ３である。σは、本発明での計算においては、過去に行った種々のプロセスシミュレーションの結果から、ＢＭＤの消滅・成長を表すのに最も適当なσの温度依存性を与えている。それは、８００℃以下ではσ＝５７５ｅｒｇ／ｃｍ２とし、８００℃以上、９５０℃以下ではσ＝５７５＋３２５（Ｔ℃−８００）／１５０ｅｒｇ／ｃｍ２、９５０℃以上１０２０℃以下ではσ＝９００ｅｒｇ／ｃｍ２、１０２０℃以上１１００℃以下ではσ＝９００−１７０（Ｔ℃−１０２０）／８０ｅｒｇ／ｃｍ２、１１００℃以上ではσ＝７３０ｅｒｇ／ｃｍ２とした。σの値については、３１０ｅｒｇ／ｃｍ２という値が使われることが多いが定説はなく、非常に大きな値であるという推定もある。しかし、as  grown核サイズ分布の導出に用いたσと、そのas  grown核の熱処理プロセスにおける成長・消滅に関するシミュレーションを行う時に用いるσとに同じ値を用いれば、熱処理プロセス後のＢＭＤの推定結果に大きな変化はない。
【発明の効果】
【００３５】
本発明では、窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入された酸素析出物のサイズに対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度から導出する方法を提案し、導出されたＢＭＤの半径毎の密度を表す関係式と酸素濃度およびウェーハ熱処理プロセスを与えることにより、熱処理後に得られるＢＭＤ密度を予測する方法、および、その方法を用いて十分なゲッタリング能力のあるＢＭＤ密度である５ｘ１０８個／ｃｍ３以上に制御されたエピタキシャル成長ウェーハおよび高温アニールウェーハの製造方法を提案する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明では、窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度から導出し、導出された酸素析出物の半径毎の密度を表す関係式と酸素濃度およびウェーハ熱処理プロセスから、熱処理後に得られる酸素析出物密度を予測し、またその方法を用いて予測される条件を用いて適正な酸素析出物密度に制御されたエピタキシャル成長ウェーハおよび高温アニールウェーハを製造する方法を提案する。ここで、適正な酸素析出物密度とは、製造されるシリコンウェーハの用途に基づき好ましい若しくはより好ましい酸素析出物密度のことを意味してよい。例えば、イントリンジックゲッタリング用シリコンウェーハには、酸素析出物密度は、５ｘ１０８個／ｃｍ３以上であることが好ましく、より好ましくは、８ｘ１０８個／ｃｍ３以上であり、更に好ましくは、１ｘ１０９個／ｃｍ３以上である。
【００３７】
計算の方法は、まず初期値としてas  grownの酸素析出物のサイズ分布を４）式により与える。
【００３８】
そして、エピタキシャルプロセスおよび高温アニールプロセスでの温度プロセスにおける、それぞれの半径を持つ核の成長と消滅を２）、３）式により数値計算する。
【００３９】
その結果、消滅せずに残留するＢＭＤ核の密度を求めるという手順である。
【００４０】
より具体的に本発明の適用の形態を説明すると次の様になる。窒素ドープしたシリコンウェーハのエピタキシャル処理後のＢＭＤ密度は、１）窒素濃度、２）結晶の熱履歴、３）エピタキシャル処理プロセスでの自然酸化膜除去のために行われる高温熱処理の温度と時間，４）エピタキシャル前に行われるプレアニールの温度と時間、そして，５）酸素濃度に依存する。また、窒素ドープしたシリコンウェーハの高温アニール処理後のＢＭＤ密度は、１）窒素濃度、２）結晶の熱履歴、３）高温アニールプロセス中の昇温速度，４）高温アニール処理前に行われるプレアニールの温度と時間、そして、５）酸素濃度に依存する。本発明では上記の全ての要因のＢＭＤ密度への影響を評価する方法を与えるため、最適なＢＭＤ密度を得る条件を選定することができる。
【００４１】
本発明では、例えば、以下のものを提供する。
【００４２】
１）窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度から導出し、導出された酸素析出物の半径毎の密度を表す関係式と酸素濃度およびエピタキシャル成長における温度プロセスを与えることにより、熱処理後に得られる酸素析出物密度を予測する方法、および、その方法を用いて予測される条件を用いて適正な酸素析出物密度に制御されたエピタキシャル成長ウェーハを得る方法。
【００４３】
２）窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度から導出し、導出された酸素析出物の半径毎の密度を表す関係式と酸素濃度および１１００℃以上の温度でのアニールにおける温度プロセスを与えることにより、熱処理後に得られる酸素析出物密度を予測する方法、および、その方法を用いて予測される条件を用いて適正な酸素析出物密度に制御された１１００℃以上の温度でアニールされたウェーハを得る方法。
【００４４】
３）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃／分以上とし、上記１）の方法を用いて予測される条件を用いて酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上とすることを特徴としたエピタキシャル成長ウェーハを得る方法。
【００４５】
４）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃／分以上とし、エピタキシャル成長過程における最高温度とその時間を上記1）の方法を用いて予測される条件とすることにより酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上としたことを特徴としたエピタキシャル成長ウェーハを得る方法。
【００４６】
５）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃／分以上とし、エピタキシャル成長過程の前に施す熱処理の温度と時間を上記１）の方法を用いて予測される条件とすることにより酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上としたことを特徴としたエピタキシャル成長ウェーハを得る方法。
【００４７】
６）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃／分以上とし、上記２）の方法を用いて予測される条件とすることにより酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上とすることを特徴とした１１００℃以上の温度でアニールされたウェーハを得る方法。
【００４８】
７）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃／分以上とし、１１００℃以上の温度でのアニールの前に施す熱処理の温度と時間を上記２）の方法を用いて予測される条件とすることにより酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上としたことを特徴とした１１００℃以上の温度でアニールされたウェーハを得る方法。
【００４９】
８）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃／分以上とし、１１００℃以上の温度へのアニールの過程において７００℃以上９００℃以下の昇温過程における昇温速度を上記２）の方法を用いて予測される条件とすることにより酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上としたことを特徴とした１１００℃以上の温度でアニールされたウェーハを得る方法。
【実施例】
【００５０】
以下実施例に基づいてさらに詳しく説明する。
【００５１】
［実施例１］
結晶成長中の１１００℃付近の冷却速度が３．５℃／分であった結晶から作製されたウェーハにエピタキシャル成長プロセスを施した場合に得られるＢＭＤ密度を予測した例を示す。ここでは、窒素濃度とエピタキシャル成長前に自然酸化膜を除去するために施す高温前処理（以後「水素ベーク処理」と称することがある）の温度とその時間の効果を本発明の方法により予測する。
【００５２】
結晶成長中の１１００℃付近の冷却速度を３．５℃／分とし、このときの酸素濃度を１２．０ｘ１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、５００℃から前処理温度までの昇温時間を１分とし、図８、９、１０に前処理温度を１１５０℃、１２００℃および１２３０℃とした場合の前処理温度での保持時間と窒素濃度に対するＢＭＤ密度との関係を示す。計算の方法は、まず初期値としてas  grownの酸素析出物のサイズ分布を４）式により与えた。
【００５３】
そして、エピタキシャルプロセスでの温度プロセスにおける、それぞれの半径を持つ核の成長と消滅を２）、３）式により数値計算する。
【００５４】
その結果、消滅せずに残留するＢＭＤ核の密度を求めるという手順である。図中等高線状に引かれている線は、ＢＭＤの密度を表すもので、幾つかの線には、ＢＭＤ密度の具体的な値を示している。これらの図からＢＭＤ密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上とする条件を選定することができる。前処理温度とエピタキシャル成長温度が同じ場合は、両方の処理の時間の合計時間が図８、９、１０の時間に対応する。温度が異なる場合は、上記の計算に用いる温度プロセスを前処理にエピタキシャル成長プロセスを加えて計算すればよい。しかし、エピタキシャル成長温度より前処理温度の方が高い場合には、プロセス後のＢＭＤ密度は前処理の段階で決まるため、図８、９、１０をそのまま適用することができる。
【００５５】
［実施例２］
エピタキシャル成長プロセス前に施すプレアニールでの熱処理温度と時間と窒素濃度のＢＭＤ密度への効果を本発明の方法により予測した例を示す。計算の方法は実施例１で示したものと同様である。
【００５６】
結晶成長中の１１００℃付近の冷却速度を３．５℃／分とし、酸素濃度を１２．０ｘ１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、エピタキシャルプロセスにおける５００℃からの昇温時間を１分とし、エピタキシャル温度を１２００℃とし、エピタキシャル処理時間を１分とし、図１１、１２、１３にプレアニール温度を７５０℃、８００℃および８５０℃とした場合のアニール時間と窒素濃度に対するＢＭＤ密度との関係を示す。図中等高線状に引かれている線は、ＢＭＤの密度を表すもので、幾つかの線には、ＢＭＤ密度の具体的な値を示している。これらの図からＢＭＤ密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上とする条件を選定することができる。
【００５７】
［実施例３］
高温アニールプロセス前に施すプレアニールでの熱処理温度と時間と窒素濃度のＢＭＤ密度への効果を本発明の方法により予測した例を示す。
【００５８】
結晶成長中の１１００℃付近の冷却速度を３．５℃／分とし、酸素濃度を１２．０ｘ１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とした。高温アニールプロセスでは、８００℃から１０００℃までの昇温速度を1０℃／分、１０００℃から１１００℃までの昇温速度を２℃／分とし、１１００℃から１２００℃までの昇温速度を１℃／分とし、１２００℃での保持時間を１時間として、図１４、１５にプレアニール温度を７５０℃及び８００℃とした場合のアニール時間と窒素濃度に対するＢＭＤ密度との関係を示す。図中等高線状に引かれている線は、ＢＭＤの密度を表すもので、幾つかの線には、ＢＭＤ密度の具体的な値を示している。これらの図からＢＭＤ密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上とする条件を選定することができる。
【００５９】
［実施例４］
高温アニールプロセス中の昇温速度と窒素濃度のＢＭＤ密度への効果を本発明の方法により予測した例を示す。結果を図１６に示す。計算の方法は実施例１で示したものと同様である。
【００６０】
結晶成長中の１１００℃付近の冷却速度を３．５℃／分とし、酸素濃度を１２．０ｘ１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とした。高温アニールプロセスでは、８００℃から１０００℃までの昇温速度は図に示す通りで、１０００℃から１１００℃までの昇温速度は２℃／分とし、１１００℃から１２００℃までの昇温時間は、１℃／分とし、１２００℃での保持時間を１時間とした。図中等高線状に引かれている線は、ＢＭＤの密度を表すもので、幾つかの線には、ＢＭＤ密度の具体的な値を示している。これらの図からＢＭＤ密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上とする条件を選定することができる。
【００６１】
次に、実際に処理を行ったシリコンウェーハについてそのＢＭＤ密度を調べ、それらの本発明による予測値と比較した（実施例５、６、７、８）。実験は、図１７に示すような（ａ）エピタキシャルウェーハの製造工程と、（ｂ）アニールウェーハの製造工程に従って行った。尚、参考のため、一般的な鏡面ウェーハの製造工程と、エピウェーハの製造工程を図１８（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。鏡面ウェーハは、選定された多結晶シリコン（Ｓ３１２）から、単結晶を製造し（Ｓ３１４）、この単結晶から切り出したウェーハを加工し（Ｓ３１６）、洗浄及び出荷検査をして（Ｓ３１８）梱包・出荷する（Ｓ３２０）。この工程のうち、単結晶製造時の所定温度領域での冷却工程が大変重要である。ここで生じている現象は必ずしも明らかではないが、結果として得られるＢＭＤ密度に影響を及ぼすと考えられており、この所定温度領域を酸素析出物の密度が増加する温度領域と考えることもできる。このような酸素析出物の密度が増加する温度領域は、酸素濃度、窒素濃度、温度勾配等の諸条件により決定されると考えられるが、通常ＣＺ法又はＭＣＺ法等で単結晶製造が行われる条件では、１１００℃付近であると考えられる。このような温度領域での冷却速度が、上述のように特に小さいとＢＭＤ密度が十分得られないおそれがある。また、加工工程（Ｓ３１６）にて熱処理を行う場合は、この熱処理がＢＭＤ密度に影響を及ぼす。
【００６２】
エピウェーハの製造工程では、同様に選定された多結晶シリコン（Ｓ４１２）から、単結晶を製造し（Ｓ４１４）、この単結晶から切り出したウェーハを加工し（Ｓ４１６）、エピ層を成長させ（Ｓ４１８）洗浄及び出荷検査をして（Ｓ４２０）梱包・出荷する（Ｓ４２２）。上述のように、上記酸素析出物の密度が増加する温度領域での冷却速度、ウェーハ加工工程（Ｓ４１６）での熱処理、及びエピ層成長工程（Ｓ４１８）での温度条件等は、結果としてのＢＭＤ密度に影響を及ぼすと考えられる。
【００６３】
［実施例５］
エピ工程前に施すプレアニールでの熱処理温度と時間がＢＭＤ密度へ与える効果を実測した例と本発明の方法により予測した例と比較する。図１９に結果を示す。エピタキシャルウェーハの製造工程では、まず、単結晶成長工程（Ｓ１１０）を行い、次に加工工程（Ｓ１２０）を行い、エピタキシャル工程（Ｓ１４０）を行い、最後に洗浄工程（Ｓ１５２）を行ってエピタキシャルウェーハが製造される。より詳しくは、単結晶成長工程（Ｓ１１０）では、多結晶性のシリコンが溶解され（Ｓ１１２）、単結晶インゴットが引き上げられつつ（Ｓ１１４）、インゴットが冷却される（Ｓ１１６）。次に、加工工程（Ｓ１２０）では、外周加工を行い（Ｓ１２２）、インゴットのスライス加工を行い（Ｓ１２４）、スライスウェーハの面取りを行い（Ｓ１２６）、ラッピング（Ｓ１２８）、エッチング（Ｓ１３０）、研磨（Ｓ１３２）によって表面を磨き、洗浄して（Ｓ１３４）、プレアニールを行い（Ｓ１３６）、洗浄して（Ｓ１３８）、次のエピタキシャル工程（Ｓ１４０）へと移行する。エピタキシャル工程では、水素ベークを行い（Ｓ１４２）、エピタキシャル成長させる（Ｓ１４４）。仕上げに上述の洗浄を行う（Ｓ１５２）。これらの工程のうち、ＢＭＤの密度に特に影響を与えるものは、インゴットの冷却工程（Ｓ１１６）であり、プレアニール工程（Ｓ１３６）であり、水素ベーク工程（Ｓ１４２）である。ここで、プレアニール工程（Ｓ１３６）は、研磨工程（Ｓ１３２）の前にあってもよい。この例ではインゴットの冷却工程（Ｓ１１６）として、１１００℃付近の範囲の冷却速度を３．５℃／ｍｉｎとし、プレアニールの条件は図１９中に示した。エピタキシャル工程での水素ベーク条件及びその他の条件も、図１９に示した。
【００６４】
図１９には、ＢＭＤ密度の計算予測値及び実測値を記している。両者はそれぞれによく合致しており、上述の計算が正しいことを示している。また、ＢＭＤ密度が５ｘ１０８個／ｃｍ３以上で○、未満で×とする判定を記載している。
【００６５】
［実施例６］
エピ工程における水素ベークの温度と時間がＢＭＤ密度へ与える効果を実測した例と本発明の方法により予測した例と比較する。図２０に結果を示す。エピタキシャル製造工程のうち、ＢＭＤの密度に特に影響を与えるものは、インゴットの冷却工程（Ｓ１１６）であり、プレアニール工程（Ｓ１３６）であり、水素ベーク工程（Ｓ１４２）である。この例ではプレアニールを行わなかった。又、１１００℃付近の範囲の冷却速度を３．５℃／ｍｉｎとした。水素ベーク条件は、図２０に示した。このエピタキシャル工程のその他の条件も、図２０中に示した。
【００６６】
図２０には、ＢＭＤ密度の計算予測値及び実測値を記している。両者はそれぞれによく合致しており、上述の計算が正しいことを示している。また、ＢＭＤ密度が５ｘ１０８個／ｃｍ３以上で○、未満で×とする判定を記載している。
【００６７】
［実施例７］
高温アニール工程前に施すプレアニールでの熱処理温度と時間がＢＭＤ密度へ与える効果を実測した例と本発明の方法により予測した例を比較する。図２１に結果を示す。上述の工程（図１７）によりアニールウェーハの製造を行った。アニールウェーハの製造工程は、単結晶成長工程（Ｓ２１０）、加工工程（Ｓ２２０）、アニール工程（Ｓ２４０）、及び洗浄工程（Ｓ２５２）からなる。より詳しくは、単結晶成長工程（Ｓ２１０）では、多結晶性のシリコンが溶解され（Ｓ２１２）、単結晶インゴットが引き上げられつつ（Ｓ２１４）、インゴットが冷却される（Ｓ２１６）。次に、加工工程（Ｓ２２０）では、外周加工を行い（Ｓ２２２）、インゴットのスライス加工を行い（Ｓ２２４）、スライスウェーハの面取りを行い（Ｓ２２６）、ラッピング（Ｓ２２８）、エッチング（Ｓ２３０）、研磨（Ｓ２３２）によって表面を磨き、洗浄して（Ｓ２３４）、プレアニールを行い（Ｓ２３６）、洗浄して（Ｓ２３８）、次のアニール工程（Ｓ２４２）へと移行する。仕上げに上述の洗浄を行う（Ｓ２５２）。これらの工程のうち、ＢＭＤの密度に特に影響を与えるものは、インゴットの冷却工程（Ｓ２１６）であり、プレアニール工程（Ｓ２３６）であり、アニール工程（Ｓ２４２）である。
【００６８】
１１００℃付近の範囲の冷却速度を３．５℃／ｍｉｎとし、アニール工程では高温アニールを１２００℃で１時間、８００℃から１０００℃までの昇温速度を１０℃／ｍｉｎとして行った。アニールウェーハの製造工程でのプレアニール条件及びその他の条件は、図２１に示す。
【００６９】
図２１には、ＢＭＤ密度の計算予測値及び実測値を記している。両者はそれぞれによく合致しており、上述の計算が正しいことを示している。また、ＢＭＤ密度が５ｘ１０８個／ｃｍ３以上で○、未満で×とする判定を記載している。
【００７０】
［実施例８］
高温アニール工程における昇温速度がＢＭＤ密度へ与える効果を実測した例と本発明の方法により予測した例を比較する。図２２に結果を示す。アニールウェーハの製造工程のうち、ＢＭＤの密度に特に影響を与えるものは、インゴットの冷却工程（Ｓ２１６）であり、プレアニール工程（Ｓ２３６）であり、アニール工程（Ｓ２４２）である。そのため、１１００℃付近の範囲の冷却速度を３．５℃／ｍｉｎとし、アニール工程では高温アニールを１２００℃で１時間行った。アニールウェーハの製造工程での高温アニールの８００℃から１０００℃までの昇温速度及びその他の条件は、図２２に示す。
【００７１】
図２２には、ＢＭＤ密度の計算予測値及び実測値を記している。両者はそれぞれによく合致しており、上述の計算が正しいことを示している。また、ＢＭＤ密度が５ｘ１０８個／ｃｍ３以上で○、未満で×とする判定を記載している。
【００７２】
以上のように本発明では、以下のようなものを提供する。
【００７３】
（１）窒素を添加したシリコン単結晶において、  結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の酸素析出物の密度が増加する温度領域での冷却速度とから導出し、  導出された酸素析出物の半径毎の密度を表す関係式と酸素濃度及び熱処理の温度プロセスを与えることにより、熱処理後に得られる酸素析出物密度を予測する方法。
【００７４】
ここで、シリコン単結晶への窒素添加は、シリコン融液に窒素又は窒素を含む化合物等を添加することにより行うことができるが、得られるシリコン単結晶中の窒素濃度は、この添加条件及び結晶成長条件等から得ることができる。結晶成長時に導入された酸素析出物とは、該融液から生成している結晶中に析出する酸化物であり、計測可能な大きさまで成長したものを含むことができる。この大きさは、析出物を球形のものと仮定して、その半径で表現することができる。また、酸素析出物の密度とは、結晶の単位体積当りの数を意味してよく、ここでいう窒素濃度は、結晶の単位体積当りの窒素の量を意味してよい。結晶成長中の酸素析出物の密度が増加する温度領域は、例えば、結晶成長に伴い温度が下がる過程において、特に酸素析出物の密度が増加する温度領域であってよく、種々の条件により、その最低及び最高温度、温度幅等が変化し得るものであってもよい。
【００７５】
（２）前記酸素析出物の密度が増加する温度領域は、１１００℃近傍であることを特徴とする上記（１）記載の方法。
【００７６】
ここで、１１００℃近傍とは、１１００℃付近の温度領域を意味してよい。
【００７７】
（３）前記熱処理の温度プロセスが、エピタキシャル成長における温度プロセス、又は１１００℃以上の温度でのアニールにおける温度プロセスであることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の方法。
【００７８】
（４）窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度から導出し、導出された酸素析出物の半径毎の密度を表す関係式と酸素濃度及びエピタキシャル成長における温度プロセスを与えることにより、熱処理後に得られる酸素析出物密度を予測する方法。
【００７９】
（５）窒素を添加したシリコン結晶における結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す関係式を、窒素濃度と結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度から導出し、導出された酸素析出物の半径毎の密度を表す関係式と酸素濃度及び１１００℃以上の温度でのアニールにおける温度プロセスを与えることにより、熱処理後に得られる酸素析出物密度を予測する方法。
【００８０】
（６）ＣＺ法又はＭＣＺ法によりシリコンインゴットを引き上げ、該インゴットからシリコンウェーハを切り出し、該シリコンウェーハをプレアニールして、水素ベークして、該シリコンウェーハ上にエピタキシャル成長させて、エピタキシャル成長ウェーハを製造する方法であって、  エピタキシャル成長ウェーハの用途に適した酸素析出物密度を決定する工程と、  得られた酸素及び窒素濃度に基づいて、所定の関係式により、前記シリコンインゴットの引き上げ時の冷却速度、プレアニールの温度及び保持時間、水素ベークの温度及び保持時間を決定する工程と、を含む方法。
【００８１】
ここで、所定の関係式は、結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す関係式を含んでよい。また、窒素濃度と結晶成長中の酸素析出物の密度が増加する温度領域での冷却速度とを変数として用いることができる関係式を含んでよい。
【００８２】
（７）ＣＺ法又はＭＣＺ法によりシリコンインゴットを引き上げ、該インゴットからシリコンウェーハを切り出し、該シリコンウェーハをプレアニールして、高温アニールして製品シリコンウェーハを製造する方法であって、  該製品シリコンウェーハの用途に適した酸素析出物密度を決定する工程と、  得られた酸素及び窒素濃度に基づいて、所定の関係式により、前記シリコンインゴットの引き上げ時の冷却速度、プレアニールの温度及び保持時間、高温アニールの所定温度範囲での昇温速度を決定する工程と、を含む方法。
【００８３】
ここで、高温アニールの所定温度範囲とは、酸素析出物の密度の増加に影響を及ぼし得る温度範囲を含んでよい。具体的な温度範囲は、種々の条件により決定される。
【００８４】
（９）シリコンウェーハ中の酸素析出物密度を予測するプログラムにおいて、  該シリコンウェーハの原材料のシリコン単結晶の結晶成長時に導入された酸素析出物の密度が増加する温度領域での冷却速度、該シリコン単結晶中における窒素濃度及び／又は窒素濃度の入力を促し、  結晶成長時に導入された酸素析出物の半径に対する密度を表す所定の関係式により、該シリコンウェーハが被る温度プロセスデータを用いて、熱処理後に得られる酸素析出物密度を計算し、  前記計算結果を出力するプログラム。
【００８５】
（１０）上記（９）記載のプログラムを記録した記録媒体。
【００８６】
（１１）上記（６）又は（７）記載の製造方法により製造したウェーハ。
【００８７】
（１２）上記（１）から（３）いずれか記載の予測する方法を用いて、所定の酸素析出物密度になるように、諸条件を制御した工程を含むエピタキシャル成長ウェーハの製造方法によって製造したエピタキシャル成長ウェーハ。
【００８８】
ここで、制御する諸条件は、酸素析出物の密度の増加に影響を及ぼし得るものを含んでよい。例えば、シリコンウェーハの製造における１又はそれ以上の工程での昇温速度、冷却速度、保持温度、保持時間等の温度条件、原料成分やその他の成分条件、引き上げ速度、供給速度、雰囲気等の製造条件を含むことができる。
【００８９】
（１３）上記（４）記載の方法を用いて予測される条件に基づいて適正な酸素析出物密度に制御されたエピタキシャル成長ウェーハ。
【００９０】
（１４）上記（５）記載の方法を用いて予測される条件に基づいて適正な酸素析出物密度に制御された１１００℃以上の温度でアニールされたウェーハ。
【００９１】
（１５）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃／分以上とし、請求項４記載の方法を用いて予測される条件に基づいて酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上とすることを特徴としたエピタキシャル成長ウェーハ。
【００９２】
（１６）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃/分以上とし、エピタキシャル成長過程における最高温度とその時間を請求項４記載の方法を用いて予測される条件とすることにより酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上としたことを特徴としたエピタキシャル成長ウェーハ。
【００９３】
（１７）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃/分以上とし、エピタキシャル成長過程の前に施す熱処理の温度と時間を請求項４記載の方法を用いて予測される条件とすることにより酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上としたことを特徴としたエピタキシャル成長ウェーハ。
【００９４】
（１８）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃/分以上とし、上記（５）記載の方法を用いて予測される条件とすることにより酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上とすることを特徴とした１１００℃以上の温度でアニールされたウェーハ。
【００９５】
（１９）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃/分以上とし、１１００℃以上の温度でのアニールの前に施す熱処理の温度と時間を上記（５）記載の方法を用いて予測される条件とすることにより酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上としたことを特徴とした１１００℃以上の温度でアニールされたウェーハ。
【００９６】
（２０）結晶成長中の１１００℃近傍での冷却速度を０．７６℃/分以上とし、１１００℃以上の温度へのアニールの過程において７００度以上９００℃以下の昇温過程における昇温速度を請求項５記載の方法を用いて予測される条件とすることにより酸素析出物密度を５ｘ１０８個／ｃｍ３以上としたことを特徴とした１１００℃以上の温度でアニールされたウェーハ。
【００９７】
本発明がここに記載された実施例により制約される訳ではないことは、言うまでもない。
【００９８】
またＣＺシリコン結晶には酸素と窒素以外に、その抵抗を調整するためにＢ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂなどが添加される。その添加濃度が高濃度になると酸素析出に影響を与えることは良く知られている。本発明はこれらの添加濃度が低く、言い換えると抵抗率が０．５Ωｃｍ以上のｐ及びｎ型結晶に適用することができる。それより低抵抗率の結晶についての酸素析出物の予測も、それぞれの抵抗率つまり添加濃度によるas  grown核分布を本発明の手順により評価することにより、本発明に示したように、精度良く予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】種々の窒素濃度のウェーハにおける加熱温度とＢＭＤ密度との関係を示す図である。
【図２】as  grown核の半径とその半径以上の核の総密度との関係を示す図である。
【図３】as  grown 核のサイズ分布の窒素濃度依存性をあらわす模式図である。
【図４】予測式によるas  grown核の密度と実験値との対比を示す図である。
【図５】結晶の１１００℃付近での冷却速度が１．５℃／分の場合のas  grown核の半径とその半径以上の核の総密度との関係を示す図である。
【図６】結晶の１１００℃付近での冷却速度が２．０℃／分の場合のas  grown核の半径とその半径以上の核の総密度との関係を示す図である。
【図７】結晶の１１００℃付近での冷却速度と飽和ＢＭＤ密度との関係を示す図である。
【図８】エピタキシャル成長処理でのベーク温度を１１５０℃とした場合の窒素濃度と時間に対するＢＭＤ密度の関係を示す図である。
【図９】エピタキシャル成長処理でのベーク温度を１２００℃とした場合の窒素濃度と時間に対するＢＭＤ密度の関係を示す図である。
【図１０】エピタキシャル成長処理でのベーク温度を１２３０℃とした場合の窒素濃度と時間に対するＢＭＤ密度の関係を示す図である。
【図１１】エピタキシャル成長処理前のプレアニール温度を７５０℃とした場合の窒素濃度と時間に対するＢＭＤ密度の関係を示す図である。
【図１２】エピタキシャル成長処理前のプレアニール温度を８００℃とした場合の窒素濃度と時間に対するＢＭＤ密度の関係を示す図である。
【図１３】エピタキシャル成長処理前のプレアニール温度を８５０℃とした場合の窒素濃度と時間に対するＢＭＤ密度の関係を示す図である。
【図１４】高温アニール処理前のプレアニール温度を７５０℃とした場合の窒素濃度と時間に対するＢＭＤ密度の関係を示す図である。
【図１５】高温アニール処理前のプレアニール温度を８００℃とした場合の窒素濃度と時間に対するＢＭＤ密度の関係を示す図である。
【図１６】高温アニール処理における８００℃から１０００℃の昇温速度と窒素濃度に対するＢＭＤ密度の関係図を示す図である。
【図１７】実施例で用いた（ａ）エピタキシャルウェーハの製工程と、（ｂ）アニールウェーハの製造工程を示す図である。
【図１８】一般的な鏡面ウェーハの製造工程及びエピウェーハの製造工程を示す図である。
【図１９】実施例５の条件及び結果を示す図である。
【図２０】実施例６の条件及び結果を示す図である。
【図２１】実施例７の条件及び結果を示す図である。
【図２２】実施例８の条件及び結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
Ｓ１１０  単結晶成長工程
Ｓ１２０  加工工程
Ｓ１４０  エピタキシャル工程
Ｓ２１０  単結晶成長工程
Ｓ２２０  加工工程
Ｓ２４０  アニール工程
【図１】
2006054350.tif 000008
【図２】
2006054350.tif 000009
【図３】
2006054350.tif 000010
【図４】
2006054350.tif 000011
【図５】
2006054350.tif 000012
【図６】
2006054350.tif 000013
【図７】
2006054350.tif 000014
【図８】
2006054350.tif 000015
【図９】
2006054350.tif 000016
【図１０】
2006054350.tif 000017
【図１１】
2006054350.tif 000018
【図１２】
2006054350.tif 000019
【図１３】
2006054350.tif 000020
【図１４】
2006054350.tif 000021
【図１５】
2006054350.tif 000022
【図１６】
2006054350.tif 000023
【図１７】
2006054350.tif 000024
【図１８】
2006054350.tif 000025
【図１９】
2006054350.tif 000026
【図２０】
2006054350.tif 000027
【図２１】
2006054350.tif 000028
【図２２】
2006054350.tif 000029