(57)【要約】      （修正有）【課題】所定の濃度の酸素析出核をシリコンウエハ中に導入する。【解決手段】ウエハは、シリコンウエハを処理して高密度で不均一な分布の酸素析出核をその中に形成し、本質的に任意の電子デバイス製造プロセスの熱処理サイクルを行った場合に、バルク中に酸素析出物を形成する。析出物の無い領域を表面近傍に形成するためのプロセスは、約４００℃と約６００℃の間で少なくとも１時間熱処理を行うことにより、不活性な酸素析出核を活性化する工程を含む。【選択図】図２
2019004173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキ法で成長した単結晶シリコンインゴットから切り出された単結晶シリコンウエハを熱処理して、続く熱処理工程でウエハ中の酸素の析出挙動に影響を与えるプロセスであって、シリコンウエハは、表面と、裏面と、表面と裏面との間の中央プレーンと、表面から中央プレーンに向かって、表面から距離Ｄだけ軸方向に延びるウエハの領域を含む表面層と、中央プレーンと表面層との間のウエハの領域を含むバルク層とを有し、このプロセスは、
ウエハに熱処理を行い、ウエハの表面層およびバルク層の中の結晶格子空孔を含む、所定の濃度の酸素析出核をウエハ中に導入する工程であって、酸素析出核の少なくとも一部は不活性な酸素析出核であり、一部は活性な酸素析出核であり、酸素析出核は、ＮＥＣ１酸素析出熱処理を行った場合に、活性な酸素析出核は酸素析出物に変わり、不活性な酸素析出核は酸素析出物に変わらないことを特徴とする工程と、
熱処理されたウエハの冷却速度を制御し、所定の濃度プロファイルの酸素析出核を有するウエハを作製する工程であって、最大濃度はバルク領域中にあり、その濃度はウエハの表面方向に次第に減少し、表面層とバルク層の中の酸素析出核の濃度の違いは、ウエハに続いて酸素析出熱処理が行われた場合に、酸素析出の無い裸の領域が表面層中に形成され、酸素析出核に主に依存した酸素析出物の濃度をバルク層中に有する、酸素析出物がバルク層中に形成される工程と、
少なくとも約４００℃で、約６００℃を超えない温度で、少なくとも約１時間、ウエハの熱処理を行い、ウエハ中の不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する工程と、
を含むプロセス。
【請求項２】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも約４５０℃、少なくとも約５００℃、少なくとも約５５０℃、約４５０℃から約６００℃、または約５００℃から約６００℃の温度で行われる請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも約２時間、または約１時間から約４時間、または約２時間から約４時間行われる請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、約４００℃から約４５０℃の温度で、少なくとも約１０時間、少なくとも約２０時間、少なくとも約３０時間、少なくとも約４０時間、少なくとも約５０時間、または約１時間から約５０時間、または約１０時間から約５０時間行われる請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項５】
ウエハの表面層およびバルク層中の、所定の濃度の、結晶格子空孔を含む酸素析出核をウエハ中に導入する熱処理は、少なくとも約１１００℃、少なくとも約１１７５℃、少なくとも約１２００℃、少なくとも約１３００℃、約１１００℃から約１４００℃、または約１１００℃から約１３００℃の温度である請求項１〜４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項６】
ウエハの表面層およびバルク層中の、所定の濃度の、結晶格子空孔を含む酸素析出核をウエハ中に導入する熱処理は、約１１００℃から約１２００℃の温度である請求項１〜４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項７】
表面層およびバルク層中の、所定の濃度の、結晶格子空孔を含む酸素析出核をウエハ中に導入する熱処理は、約１秒間から約６０秒間行われる請求項５または６に記載のプロセス。
【請求項８】
平均冷却速度は、少なくとも毎秒約５℃、少なくとも毎秒約２０℃、少なくとも毎秒約５０℃、少なくとも毎秒約１００℃、少なくとも毎秒約１５０℃、毎秒約２０℃から毎秒約２００℃、毎秒約２０℃から毎秒約１００℃、または毎秒約１００℃から毎秒約２００℃である請求項１〜６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
ウエハ中の不活性な酸素析出核の実質的に全てが活性化される請求項１〜８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１０】
ウエハが毎秒約５０℃以下の速度で冷却され、ＮＥＣ１酸素析出熱処理を行った場合に、ウエハに、少なくとも約７．５×１０１０ｃｍ−３、または少なくとも約９．０×１０１０ｃｍ−３、または少なくとも約１．０×１０１１ｃｍ−３の密度の酸素析出物を形成できる請求項１〜９のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１１】
ウエハに酸素析出熱処理を行う工程を含む請求項１〜１０のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１２】
酸素析出熱処理は、電子デバイス製造工程に含まれるプロセスである請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、およびそれらの混合物から選択される雰囲気中で行われる請求項１〜１２のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１４】
Ｄは、少なくとも約１０μｍ、または少なくとも約２０μｍ、少なくとも約３０μｍ、少なくとも約４０μｍ、少なくとも約５０μｍ、少なくとも約７０μｍ、または少なくとも約１００μｍ、約１μｍから約２００μｍ、約１０μｍから約２００μｍ、約１０μｍから約１００μｍ、または約１０μｍから約５０μｍである請求項１〜１３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１５】
不活性な酸素析出核を活性化するためのプロセスであって、チョクラルスキ法で成長した単結晶シリコンインゴットから切り出され、表面と、裏面と、表面と裏面との間の中央プレーンと、表面から中央プレーンに向かって、表面から距離Ｄだけ軸方向に延びるウエハの領域を含む表面層と、中央プレーンと表面層との間のウエハの領域を含むバルク層とを有するウエハ中に、結晶格子空孔を含み、ウエハは、ウエハの表面層とバルク層の中に、結晶格子空孔を含む所定の濃度の酸化物析出核を有し、酸素析出核の少なくとも一部は不活性な酸素析出核であり、一部は活性な酸素析出核であり、酸素析出核は、ＮＥＣ１酸素析出熱処理を行った場合に、活性な酸素析出核は酸素析出物に変わり、不活性な酸素析出核は酸素析出物に変わらないことを特徴とし、酸素析出核の濃度プロファイルは、最大濃度はバルク領域中にあり、その濃度はウエハの表面方向に次第に減少し、このプロセスは、
少なくとも約４００℃で、約６００℃を超えない温度で、少なくとも約１時間、ウエハの熱処理を行い、ＮＥＣ１酸素析出熱処理を行った場合に酸素析出物を形成できるように、不活性な酸素析出核を活性化する工程を含むプロセス。
【請求項１６】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも約４５０℃、少なくとも約５００℃、少なくとも約５５０℃、約４５０℃から約６００℃、または約５００℃から約６００℃の温度で行われる請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１７】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも約２時間、または約１時間から約４時間、または約２時間から約４時間行われる請求項１５または１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、約４００℃から約４５０℃の温度で、少なくとも約１０時間、少なくとも約２０時間、少なくとも約３０時間、少なくとも約４０時間、少なくとも約５０時間、または約１時間から約５０時間、または約１０時間から約５０時間行われる請求項１５または１６に記載のプロセス。
【請求項１９】
ウエハ中の不活性な酸素析出核の実質的に全てが活性化される請求項１５〜１８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項２０】
ウエハに酸素析出熱処理を行う工程を含む請求項１５〜１９のいずれかに記載のプロセス。
【請求項２１】
酸素析出熱処理は、電子デバイス製造工程に含まれるプロセスである請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２２】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、およびそれらの混合物から選択される雰囲気中で行われる請求項１５〜２１のいずれかに記載のプロセス
【請求項２３】
Ｄは、少なくとも約１０μｍ、または少なくとも約２０μｍ、少なくとも約３０μｍ、少なくとも約４０μｍ、少なくとも約５０μｍ、少なくとも約７０μｍ、または少なくとも約１００μｍ、約１μｍから約２００μｍ、約１０μｍから約２００μｍ、約１０μｍから約１００μｍ、または約１０μｍから約５０μｍである請求項１５〜２２のいずれかに記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の請求項は、２０１２年１１月１９日に出願された米国仮出願６１／７２８，０８４の利益を享受し、この仮出願は参照することにより援用される。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、一般に半導体材料基板の準備に関し、特に、電子部品の製造のための使用に適したシリコンウエハの準備に関する。更には、本開示は、シリコンウエハを処理して、酸素析出核（oxygen precipitate nuclei）の高密度で不均一な分布を形成し、本質的に任意の電子デバイスの製造プロセスの熱処理サイクルを行った場合に、ウエハはバルク中の酸素析出物と、表面近傍の析出の無い領域とを形成するためのプロセスに関する。
【０００３】
半導体電子部品の製造のための最も多くのプロセスの出発材料である、単結晶シリコンは、一般にはいわゆるチョクラルスキ（ＣＺ）プロセスを用いて準備され、ここでは、単結晶のシードが溶融したシリコンに浸漬され、続いてゆっくり引き上げることにより成長する。溶融シリコンは、石英るつぼ中に含まれる間に、様々な不純物、とりわけ酸素により汚染される。シリコンの溶融温度において、溶融温度でシリコン中の酸素の溶解度により、そして固体化したシリコン中の酸素の実際の析出係数により決定される濃度に達するまで、酸素が結晶格子に入る。そのような濃度は、電子デバイスの製造に使用される一般的なプロセスの温度で、固体シリコン中の酸素の溶解度より大きい。溶融物から結晶が成長し冷却すると、それゆえにその中の酸素の溶解度が急激に減少すると、スライスやウエハの残りで、過飽和の濃度で酸素が存在する。
【０００４】
電子デバイス製造プロセスで一般的に使用される熱処理サイクルは、酸素中で過飽和のシリコンウエハ中で酸素の析出を引き起こす。それらのウエハ内の位置や相対的な大きさに依存して、析出物は有害または有用となる。小さな酸素クラスタは、電気的に活性な熱ドナーで、ウエハ中の位置にかかわらず抵抗率を低減できる。ウエハの活性デバイス領域に位置する大きな酸素析出物は、デバイスの動作を害するが、しかしながら、ウエハのバルク中に位置する場合は、例えば、デバイス製造プロセス中にウエハと接触して導入されたような望まない金属不純物をトラップできる。これは、一般に内部またはインターナルゲッタリングまたはイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）と呼ばれる。
【０００５】
シリコンウエハ中で酸素の析出のためのテンプレートを代わりに形成する、結晶の格子空孔を含む酸素析出核の分布を、信頼性を有し再現性を有して形成する、急速熱プロセスが開発された（例えば、米国特許５，９９４，７６１、６，１９１，０１０、および６，１８０，２２０に記載されたＦａｌｓｔｅｒらの研究参照。これらは、すべて関連し矛盾しない目的で、参照されることにより、ここに組み込まれる）。この「理想的な析出プロセス」は、一般に、ウエハバルク中で、表面層中より高い濃度を有する、酸素析出核の不均一な分布を生じる。続く酸素析出熱処理で、ウエハバルク中の高濃度の核が、酸素析出核中心を形成し、これは、そうするのに不十分な表面近傍の領域での核の濃度を有する、酸素析出物の形成および成長を助ける。結果として、裸の領域（denuded zone）が表面近傍領域に形成され、バルクのマイクロ欠陥や単にＢＭＤと呼ばれる、酸素析出物がウエハバルク中に形成される。
【０００６】
裸の領域の深さは、アニール温度から、結晶格子欠陥が、商業的に実施できる時間、本質的に動かなくなる温度までの、ウエハの冷却速度を制御することにより制御しても良い。一般に、酸素の除去率は、裸の領域の深さの増加に伴って減少するため、薄い裸の層は、比較的厚い裸の領域よりも、特に高低効率のウエハ中で所望される。なぜならば、（ＢＭＤでの析出と、ウエハ表面への拡散のいずれかにより）溶液から除去されるために内在する酸素が移動しなければならない距離が増加するためである。結果として、一旦、裸の領域が、深すぎたり、厚すぎるようになると、この領域の中心での上昇した侵入型の酸素濃度（表面近傍と、それらが消費されるサイトへの拡散のために十分な時間を有するウエハのバルクの侵入型酸素）が十分に高いようなポテンシャルがあり、デバイス製造プロセス中に熱ドナーの形成が起こり、これによりウエハのデバイス層中での抵抗率が減少する。これは、深い裸の領域を有するウエハ中で特に問題になる。更に、薄い裸の領域を達成するのに必要な冷却速度は、幾分大きく、熱ショックによりウエハが割れる危険性を生じる。
【０００７】
理想的な析出ウエハを製造するための新しい方法が、継続して必要とされ、この方法は、より粗くない行われる急速熱アニールを許容し、これによりプロセスアウトプットを増加させ、および／または、この方法は、ウエハの冷却速度を増やすことなく薄い裸の領域を形成する。
【発明の概要】
【０００８】
本開示の１つの形態は、チョクラルスキ法により成長した単結晶シリコンインゴットから切り出された単結晶シリコンウエハを熱処理するプロセスに関し、これは続く熱処理工程でのウエハ中の酸素の析出挙動に影響する。シリコンウエハは、表面と、裏面と、表面と裏面との間の中央プレーンと、表面から距離Ｄだけ中央プレーンに向かって軸方向に延びるウエハの領域を含む表面層と、中央プレーンと表面層との間のウエハの領域を含むバルク層とを有する。ウエハは、ウエハの表面層およびバルク層の中の結晶格子空孔を含む、所定の濃度の酸素析出核を、ウエハ中に導入するように熱処理される。酸素析出核の少なくとも一部は、不活性な酸素析出核であり、一部は活性な酸素析出核である。酸素析出核は、ＮＥＣ１酸素析出熱処理が行われた場合に、活性な酸素析出核は酸素析出物に代わり、不活性な酸素析出核は酸素析出物を形成しないものと特徴づけられる。熱処理されたウエハの冷却速度は、酸素析出核の濃度プロファイルを有するウエハを作製するように制御され、バルク領域内で最大濃度となり、この濃度はウエハの表面に向かって次第に減少し、表面層とバルク層中の酸素析出核の濃度が異なり、これにより、ウエハに、続いて酸素析出熱処理が行われた場合、酸素析出の無い裸の領域が表面層に形成され、酸素析出核に最も依存する、バルク層中の酸素析出の濃度を有するように、酸素析出物がバルク層中に形成される。少なくとも約４００℃で、約６００度より高くない温度で、少なくとも約１時間、ウエハに熱処理が行われ、ウエハ中の不活性な酸素析出核の少なくともの一部を活性化する。
【０００９】
本開示の他の形態は、チョクラルスキ法で成長した単結晶シリコンインゴットから切り出されたウエハ中で、結晶格子空孔を含む不活性な酸素析出核を活性化するためのプロセスに関する。ウエハは、表面と、裏面と、表面と裏面との間の中央プレーンと、表面から距離Ｄだけ中央プレーンに向かって軸方向に延びるウエハの領域を含む表面層と、中央プレーンと表面層との間のウエハの領域を含むバルク層とを有する。ウエハは、ウエハの表面層とバルク層の中に結晶格子空孔を含む酸素析出核の濃度を含む。酸素析出核の少なくとも一部は不活性な酸素析出核であり、一部は活性な酸素析出核である。酸素析出核は、ＮＥＣ１酸素析出熱処理が行われた場合に、活性な酸素析出核は酸素析出物に代わり、不活性な酸素析出核は酸素析出物を形成しないものと特徴づけられる。酸素析出核の濃度プロファイルは、バルク領域内で最大濃度となり、この濃度はウエハの表面に向かって次第に減少するように特徴づけられる。少なくとも約４００℃で、約６００度より高くない温度で、少なくとも約１時間、ウエハに熱処理が行われ、ＮＥＣ１酸素析出熱処理が行われた場合に、それらは酸素析出物を形成できるように、不活性な酸素析出核を活性化する。
【００１０】
本開示の上述の形態に関して述べられた特徴の、様々な改良が存在する。更なる特徴は、同様に、本開示の上述の形態に組み込まれても良い。それらの改良および追加の特徴は、個々に存在しても、組み合わされて存在しても良い。例えば、本開示の示された具体例のいくつかと関連して以下で検討される様々な特徴は、本開示の上述の形態のいくつかに、単独で、または組み合わせて組み込まれても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】熱アニール工程Ｓ１および急速冷却工程Ｓ２を行い、ウエハ中に空孔を含む酸素析出核の不均一な分布を形成したウエハの模式図である。
【図２】実施例２により様々な時間、５００℃の熱処理を行ったウエハ中のバルクマイクロ欠陥の濃度を示すグラフである。
【図３】実施例２により様々な時間、５００℃の熱処理を行ったウエハの裸の領域の深さを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示では、急速熱アニールを行った後に、２つのタイプの、結晶格子空孔を含む酸素析出核が形成されることが見出された。第１のタイプの酸素析出核は、従来から知られた核として振る舞い、酸素析出熱処理（例えば、ＮＥＣ１酸素析出熱処理）が行われた場合に酸素析出物を形成する。一方、急速熱アニール後に形成された第２のタイプの酸素析出核は、酸素析出熱処理（例えば、ＮＥＣ１酸素析出熱処理）が行われた場合に、酸素析出物を形成しない。本開示の目的のために、酸素析出熱処理が行われた場合に、酸素析出物を形成する第１の酸素析出核は、ここでは「活性な」酸素析出核と呼ばれ、酸素析出熱処理が行われた場合に、酸素析出物を形成しない第２の酸素析出核は、ここでは「不活性な」酸素析出核と呼ばれる。
【００１３】
これに関して、不活性な酸素析出核は、少なくとも約４００℃で、約６００度より高くない温度で、少なくとも約１時間、ウエハに熱処理を行うことで、「活性化され」（同意語として「覚醒され」）、ウエハ中で、不活性な酸素析出核の少なくとも一部が活性化することが見出された。特定の理論に拘束されるつもりはないが、活性化熱処理は、不活性な酸素析出核中でモフォロジーの変化を引き起こし、これにより、酸素析出熱処理を行った後に、それらは、核が酸素析出物を形成する活性な酸素析出核に変化し、またはそのように働く。そのような活性化熱処理は、ウエハ中で酸素析出核の密度を、そのような熱処理を行わない従来のウエハに比較して高くする。活性化プロセスおよび結果の活性化された酸素析出核は、酸素析出核を形成するのに使用される急速熱アニールを、従来のプロセスに比較して低い温度が適用されるが、一方で同等またはより高い酸素析出物の密度を達成できることを可能にする。
【００１４】
さらにこれに関して、酸素析出熱処理（例えばＮＥＣ１酸素析出熱処理）の後に、双方のタイプの酸素析出核が酸素析出物になるような）を行った後に、活性化された酸素析出核が、従来から知られている活性な酸素析出核と類似するように機能するが、２つのタイプの核は他の形態において異なるように振る舞うことが理解されるであろう。例えば、活性化された酸素析出核（即ち、活性化熱処理が行われた不活性な核）は、活性な酸素析出核（即ち、活性化熱処理を適用なしに、酸素析出熱処理後に酸素析出物を形成する核）より、遅く拡散することが見出された。活性化された析出核のより遅い拡散は、酸素析出熱処理工程が適用された後に、ウエハの表面により少ない核を拡散させ、より薄い裸の領域となる。
【００１５】
Ａ．ウエハ出発材料
いくつかの具体例では、本開示の出発半導体ウエハは、従来のチョクラルスキ（ＣＺ）結晶成長法で成長させた単結晶インゴットをスライスしたシリコンウエハであり、典型的には、約１５０ｍｍ、約２００ｍｍ、約３００ｍｍ、約４５０ｍｍまたはそれ以上の直径を有する。ウエハは、研磨され、または代わりにラップされてエッチングされて、研磨はされない。そのような方法は、シリコンのスライス、ラッピング、エッチング、および研磨技術とともに、例えば、F. Shimuraの、Semiconductor Silicon Crystal Technology, Academic Press, 1989や、Silicon Chemical Etching (J. Grabmaier ed), Springer-Verlag, New York, 1982 に記載されている（すべて関連し矛盾しない目的で、参照されることにより、ここに援用される）。好適には、当業者に知られた標準的な方法で、ウエハは研磨され洗浄される（例えば、W. C. O’Mara et al, Handbook of Semiconductor Silicon Technology, Noyes Publications）。
【００１６】
一般的に、出発ウエハは、ＣＺプロセスに達成される範囲内のいずれかに酸素濃度を有し、典型的には、約５×１０１７原子／ｃｍ３と約９×１０１７原子／ｃｍ３との間、または約１０ＰＰＭＡから約１８ＰＰＭＡ（例えば約１０から約１２または１５ＰＭＭＡ、ＡＳＴＭ較正で定義される；Ｏｉ＝４．９α、ここでαは１１０７ｃｍ−１の吸収帯の吸収係数、新ＡＳＴＭ標準Ｆ−１２１−８３）。加えて、出発ウエハは、ウエハの表面近傍で安定した酸素析出物（即ち、約１２００℃以下の温度で、溶解またはウエハからアニールで消滅しない酸素析出物）を有さないことが好ましい。
【００１７】
単結晶シリコン中に不純物として存在する場合、置換型の炭素は、酸素析出核中心を形成する触媒能力を有する。これおよび他の理由のため、低濃度の炭素を有する単結晶シリコン出発材料が好ましい。即ち、単結晶シリコンは、約５×１０１６原子／ｃｍ３より少ない、好適には約１×１０１６原子／ｃｍ３より少ない、より好適には約５×１０１５原子／ｃｍ３より少ない炭素濃度を有する。
【００１８】
Ｂ．酸素析出のテンプレートを作製するプロセス
本開示に関して、急速熱処理が行われ、ウエア中に酸素析出物のテンプレートを形成する酸素析出核の分布を形成する。１またはそれ以上の具体例では、テンプレートは、ウエハバルク中で酸素析出物を有するが、「裸の領域」と呼ばれる表面近傍領域の酸素析出物は低密度で、好ましくは本質的に酸素析出物が存在しない、ウエハのためのテンプレートである。例えば、約１０μｍ以下から約１００μｍ以上の範囲の裸の領域の深さが得られる。
【００１９】
これに関して、酸素析出核は、一般に、核の一部として、結晶格子空孔を含んで形成される。空孔は、二量体酸素（Ｏ２）のような酸素と結びつく（即ち、接続および／またはグループ化する）が、本開示は、構造的および／またはモフォロジーに特徴のある酸素析出核に限定されないことは理解すべきである。例えば、酸素析出核は、空孔のみか、またはＶＯのような境界でも良い。ここでいう「酸素析出核」は、酸素析出熱処理を行った場合に酸素析出物を形成する構造ユニット、または活性化した後にそのような析出物を形成する構造ユニットをいう。ここで使用される「酸素析出核」は、限定的な意味に考えるべきではない。
【００２０】
酸素析出核の分布を形成するための急速熱処理の使用は、同じく酸素析出物のためのテンプレートを形成し、これはその全体が、米国特許５，９９４，７６１、６，１９１，０１０、および６，１８０，２２０に記載され、これらはすべて関連し矛盾しない目的で、参照されることにより、ここに援用される。ここで記載される「理想的な析出プロセス」は、一般に、酸素析出核の不均一な分布を形成し、その濃度は、表面層中より、ウエハバルク中において高くなる。続いて酸素析出熱処理を行うと、ウエハバルク中の高濃度の核は、酸素析出物の形成や成長を助ける酸素析出核中心を形成するが、表面近傍領域の核の濃度は、そうするには不十分である。この結果、裸の領域が表面近傍領域に形成され、バルクマイクロ欠陥と呼ばれる酸素析出物がウエハバルク中に形成される。ここで記載したように、約１０μｍから約１００μｍの深さの裸の領域が、確実に形成される。
【００２１】
ここで図１を参照すると、本開示に関して使用するのに適した出発材料は、単結晶シリコンウエハ１であり、表面３、裏面５、表面と裏面との間の仮想中央プレーン７、および表面と裏面の間のウエハ堆積を含むウエハバルク９を有する。この文脈で「表」、「裏」の文言は、ウエハの２つの、ほぼ平坦な主面を区別するために使用され、ここで使用される文言としてウエハの表面は、その上に電子デバイスが続いて形成される必要ななく、また、文言としてウエハの裏面は、電子デバイスがその上に形成される面と対向するウエハの主面として使用される必要はない。加えて、シリコンウエハは、一般には、いくらかの総膜厚のばらつき、たわみ、および反りを有するため、表面上のすべての点と、裏面上の全ての点との間の中間点は、正確にはプレーン中にはないが、実質的な問題として、ＴＴＶ、たわみ、および反りは、一般にはわずかであるため、おおよそ中間点は、表面と裏面との間でほぼ等距離の仮想中央プレーン中になると言える。
【００２２】
一般に、空孔含有酸素析出核の不均一な分布を形成するためのプロセスの工程Ｓ１では、シリコンウエハ１は熱処理工程が行われ、ウエハは加熱されて、ウエハ１中で、空孔１１を含む酸素析出核を形成し、その密度を増加させる。好適には、熱処理工程は、急速熱アニールで行われ、ウエハは目的温度まで急速加熱されて、その温度で比較的短い時間アニールされる。本開示のプロセスは、不活性の核を活性化するために、より高い密度の酸素析出核を一般に形成するため、１１００℃までの急速熱アニールが行われても良い。この関係で、少なくとも約１１００℃、少なくとも１１７５℃、少なくとも１２００℃、少なくとも１３００℃の温度（例えば、約１１００℃から約１４００℃、約１１００℃から約１３００℃、または約１１００℃から約１２００℃）が使用される。ウエハは、それらの温度の中で、少なくとも約１秒間、一般的には少なくとも数秒間（例えば、少なくとも約３秒間または少なくとも約５秒間またはそれ以上）、または数１０秒間（例えば少なくとも約２０秒間、少なくとも約３０秒間、少なくとも約４０秒間、またはそれ以上）、ウエハの所望の特性と、ウエハがアニールされる雰囲気に応じて保持される。保持時間は、商業的に入手できる急速熱アニールの限界に近い約６０秒間までの範囲である。追加の時間に対して、アニール中に所定の温度でウエハを保持することにより、得られた経験的証拠に基づくと、空孔濃度は増加する。
【００２３】
熱処理工程Ｓ１の間、ウエハは比較的均一な酸素析出核の濃度プロファイルを形成するために選択されるガスを含む雰囲気に露出しても良い。いくつかの具体例では、比較的均一な空孔濃度プロファイルが、非窒化および非酸化の雰囲気（即ち不活性雰囲気）中でウエハ１を熱処理することで形成される。非窒素／非酸素含有ガスが、急速熱アニール工程および以下で述べる冷却工程の雰囲気として使用された場合、ウエハを通して核濃度の増加が、もし直後でなくても、アニール温度に達した後に達成される。熱処理中のウエハ中の結果の核濃度（数密度）は、ウエハの表面からウエハの裏面まで、比較的一定である。適当なガスは、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、および他の不活性元素および化合物ガス、またはそれらガスの混合物である。
【００２４】
多くの具体例では、非窒化／非酸化雰囲気が、好適には、比較的少量の酸素、水蒸気、および他の酸化ガスの分圧を有する。即ち、雰囲気は、そのようなガスを全く有さないか、または空孔濃度の形成を抑制するシリコンの自己侵入型原子の十分な量を注入するには不十分な、そのようなガスの分圧を有する。酸化ガス濃度の下限は正確には規定されないが、０．０１原子、または１０，０００ｐｐｍａ（百万分の一原子）の酸素分圧に対して行われ、空孔濃度の増加および影響が認められなかった。このように、好適には、雰囲気は、約０．０１原子（１０，０００ｐｐｍａ）より少ない、約０．００５原子（５，０００ｐｐｍａ）より少ない、約０．００２原子（２，０００ｐｐｍａ）より少ない、または最も好ましくは約０．００１原子（１，０００ｐｐｍａ）より少ない酸素および他の酸化ガスの分圧を有する。
【００２５】
他の具体例では、比較的均一な空孔濃度プロファイルが、熱処理工程Ｓ１に先立ってウエハ１を覆う表面酸化層を形成するための工程Ｓ０の酸素含有雰囲気中でのウエハ１の熱処理により形成される。一般に、酸化層は、シリコン上に形成される自然酸化層（約１５Å）より大きな膜厚を有する。表面酸化層の膜厚は、一般には少なくとも約２０Åで、いくつかの具体例では、ウエハは、少なくとも約２５Å、または少なくとも約３０Åの膜厚の酸化層を有する。しかしながら、今までに得られた経験的証拠は、約３０Åより大きな膜厚を有する酸化層では、更なる利点は殆ど無いかまたは皆無であることを示唆する。
【００２６】
ウエハの上に表面酸化層が形成される具体例では、酸化層を形成した後に、急速熱アニール工程Ｓ１が、窒化雰囲気中で一般に行われる。即ち、窒素ガス（Ｎ２）または、露出したシリコン表面の窒化が可能なアンモニアのような、窒素含有化合物ガス中で行われる。代わりに、または追加して、雰囲気は、アルゴンのような非酸化および非窒化のガスを含む。ウエハを通して空孔含有酸素析出核の増加が、直後でなくても、アニール温度に達成した後に達成され、核濃度プロファイルは比較的均一である。
【００２７】
急速熱アニール工程Ｓ１の後に、ウエハは、表面と、表面から中央プレーンに向かって測定した距離Ｄとの間のウエハの領域を含む表面層と、中央プレーンと表面層との間のウエハ領域を含むバルク層とを含み、表面層とバルク層は、結晶格子空孔を含む、所定の濃度の酸素析出核を有する。酸素析出核の少なくとも一部は、不活性な酸素析出核であり、一部は活性な酸素析出核である。
【００２８】
急速熱アニール工程Ｓ１が終了した場合、工程Ｓ２で、空孔含有酸素析出核が、特に空孔自体が、単結晶シリコン中を比較的動けるような温度範囲を通って、ウエハは急冷される。空孔含有酸素析出核は、一般には、約７００℃を超える、約８００℃を超える、約９００℃を超える、または約１０００℃を超える温度まで、商業的に実施可能な時間内に、シリコン中で動くことができる。ウエハの温度が、この範囲の温度を通って下がる場合、空孔含有核は、ウエハの表面および／またはウエハ表面の上の酸化層まで拡散し、消滅し、これにより、この範囲の温度でウエハが維持される時間の長さに依存する変化を有するような核濃度プロファイルの変化につながる。無限の時間、この範囲の温度にウエハが保持された場合、核濃度プロファイルは、工程Ｓ１の最初のプロファイル（例えば均一）と再び同じになるが、平衡濃度は、熱処理工程の終了直後の濃度より低い。
【００２９】
しかしながら、単独で、またはウエハが熱処理され冷却される雰囲気の制御とともに、ウエハを急冷することにより、更にここに記載されるように、酸素析出核の不均一な分布が達成され、ウエハバルク中の濃度は、表面近傍領域の濃度より高くなる。例えば、プロセス条件（例えば冷却速度）は、例えば、最大核濃度が、ウエハ表面から、少なくとも約１０μｍ、少なくとも２０μｍ、少なくとも３０μｍ、少なくとも４０μｍ、少なくとも５０μｍ、少なくとも７０μｍ、またはそれ以上の距離となるように制御される。
【００３０】
一つの具体例では、空孔を含む酸素析出核の最大濃度は、中央プレーン７またはその近傍であり、核濃度は、ウエハの表面３および裏面５の方向に次第に減少する。第２の具体例では、最大核濃度は、中央プレーン７と、ウエハの面３、５のいずれかに近い層または領域との間であり、面と中央プレーンの双方に向かう方向に、濃度は次第に減少する。
【００３１】
これに関して、一般に、ここで使用される「裸の領域」は、（ｉ）電流検出限界（現在、約１０７酸素析出物／ｃｍ３）を超える酸素析出物が存在しない、および（ｉｉ）酸素析出熱処理が行われた場合に、酸素析出物に変わる酸素析出核が好適には本質的に存在しない、ウエハの表面に近い領域を占める領域として使用される。本質的に、酸素析出核中心を有さないウエハは、８００℃の温度で４時間、続いて１０００℃の温度で１６時間アニールされた場合に、１０７酸素析出物／ｃｍ３より少ないウエハを意味する。
【００３２】
有用には、冷却工程Ｓ２は、加熱工程Ｓ１が行われた雰囲気と同じ雰囲気で行われる。しかしながら、異なる雰囲気で行われ、核濃度プロファイルの形状を変えても良い。選ばれた雰囲気によらず、ウエハを急冷する効果は、雰囲気要素を支配し、表面近傍領域で空孔の濃度が十分に減少するようになる。急速熱アニール工程Ｓ１と冷却工程Ｓ２は、例えば、高出力ランプのバンクにより、ウエハが個々に加熱される、商業的に入手できるいくつかの急速熱アニール（ＲＴＡ）炉中で行われても良い。ＲＴＡ炉は、例えばシリコンウエハを、室温から約１２００℃の温度まで、数秒間で、急速に加熱できる。
【００３３】
一般に、酸素析出核が可動な温度範囲内の平均冷却速度は、少なくとも約５℃毎秒であり、または他の具体例では、少なくとも約２０℃毎秒、少なくとも約５０℃毎秒、少なくとも１００℃毎秒、または少なくとも約１５０℃毎秒、またはそれ以上である（例えば、約２０℃毎秒から約２００℃毎秒、約２０℃毎秒から約１００℃毎秒、または約１００℃毎秒から約２００℃毎秒）。一般には、現状のプロセス機器は、約３０℃毎秒と約８０℃毎秒の間の冷却速度となり、より一般には、約４０℃毎秒と約５０℃毎秒の間である。これに関連して、ウエハが、一旦、空孔含有酸素析出核が単結晶シリコン中で比較的可動な温度範囲の外の温度に冷却された場合、冷却速度は、ウエハの析出特性に十分な影響を表さず、これにより狭い臨界にはならない。
【００３４】
Ｓ２の後に、ウエハは、最大濃度がバルク領域内で、ウエハの表面の方向に濃度が次第に減少するような、酸素析出核の濃度プロファイルを有する。表面層とバルク層の酸素析出核の濃度の違いは、ウエハが続いて酸素析出熱処理された場合に、酸素析出物の無い裸の領域が表面層に形成され、主に酸素析出核に依存したバルク層中の酸素析出物の濃度を有するように、バルク層中に酸素析出物が形成されるようになる。表面層が広がる、表面から中央プレーンまでの距離Ｄは、１０μｍ以下、または約１００μｍ以上でも良い。いくつかの具体例では、Ｄは少なくとも約１０μｍ、少なくとも約２０μｍ、少なくとも約３０μｍ、少なくとも約４０μｍ、少なくとも約５０μｍ、少なくとも約７０μｍ、または少なくとも約１００μｍである（例えば、約１μｍから約２００μｍ、約１０μｍから約２００μｍ、約１０μｍから約１００μｍ、または約１０μｍから約５０μｍ）。
【００３５】
これに関して、アニール工程と冷却工程の正確な条件は、本開示の範囲から離れることなくここで記載された以外でも良い。更に、そのような条件は、例えば、所望の深さの裸の領域を制御するために、実験的にアニール温度および時間、雰囲気条件（即ち、酸素分圧と同様に、雰囲気の組成）を調整して決定しても良い。
【００３６】
更に、これに関して、熱処理工程Ｓ１および冷却工程Ｓ２は、活性な酸素析出核および不活性な酸素析出核に同じ影響を与えるため、上述の酸素析出核プロファイルは、活性な酸素析出核と不活性な酸素析出核の組み合わせたプロファイルである。活性な酸素析出核と不活性な酸素析出核の双方は、現在入手できる技術では、検出または直接測定することができず、シリコンウエハに酸素析出熱処理を行うことでそれらのサイトに酸素析出物が析出するか否かでそれらは間接的に測定される。例えば、活性な酸素析出核は、酸素析出核のプロファイルがＮＥＣ１酸素析出熱処理で変えることで測定され、ここでは、ウエハは、８００℃の温度で４時間、続いて１０００℃の温度で１６時間、（ウエハに中間の核活性プロセスを行わずに）アニールし、形成された酸素析出物の数を測定する（即ち、エッチング処理後にバルクマイクロ欠陥の数を特定する）。
【００３７】
不活性な酸素析出核は、酸素析出核プロファイルに、以下に記載の核活性化プロセスを行ったウエハを、続いて８００℃の温度で４時間、続いて１０００℃の温度で１６時間アニールするＮＥＣ１酸素析出熱処理を行い、続いて形成された酸素析出物の数を測定し、核活性化工程を行わないウエハの数と比較して、検出する。従来の核生成に起因する量を超える酸素析出密度の増加は、活性化プロセス中に活性化された不活性な核の数を示す。
【００３８】
これに関して、従来の核形成に起因する酸素析出密度の増加は、同じ酸素量を有する非酸素析出ウエハを加熱して、続いて８００℃の温度で４時間、続いて１０００℃の温度で１６時間アニールするＮＥＣ１酸素析出熱処理を行い、続いて形成された酸素析出物の数を測定して検出される。そのような非酸素析出ウエハは、存在する酸素クラスタおよび析出物が溶解し、続く酸素析出熱処理中に、クラスタおよび析出物の形成が妨げられる。すべて関連し矛盾しない目的で、参照されることにより、ここに援用される、米国特許６，３３６，９６８に記載されたような方法により行われる。
【００３９】
本開示のいくつかの具体例では、不活性な、および活性な酸素析出核は安定化し、約１１５０℃より低い温度で溶解する。酸素析出核を安定化ために当業者が可能ないずれかの方法が、いくつかの具体例で使用され、すべて関連し矛盾しない目的で、参照されることにより、ここに援用される、米国特許６，９５５，７１８に記載されたような方法により核が安定化される。
【００４０】
Ｃ．不活性な空孔含有酸素析出核を活性化するプロセス
熱処理工程Ｓ１および冷却工程Ｓ２が行われた後、ウエハに活性化工程Ｓ３が行われ、ウエハは、不活性な空孔含有酸素析出核を活性化するのに十分な温度まで加熱される。不活性な酸素析出核は、約４００℃くらい低い温度で活性化しても良いが、しかしながら、より短時間の、核の分解が起きる温度を超えないような、より高い温度が、より高い温度で十分な活性効果を達成するために必要とされる。これにより、活性化温度は、少なくとも約４００℃、少なくとも約４５０℃、少なくとも約５００℃、または少なくとも約５５０℃である（例えば、約４００℃から約６００℃、約４５０℃から約６００℃、または約５００℃から約６００℃）。一般に、４００℃と６００℃の間の熱処理は、少なくとも約１時間行われ、少なくとも２時間のアニールが一般的である（例えば、約１時間から約４時間、または約２時間から約４時間）。より低い温度（例えば、約４００℃から約４５０℃）では、より十分に不活性な酸素析出核を活性化するために、例えば少なくとも約１０時間、少なくとも約２０時間、少なくとも約３０時間、少なくとも約４０時間、または少なくとも約５０時間またはそれ以上のような（例えば、約１時間から約５０時間、または約１０時間から約５０時間）、より長い加熱時間が使用される。
【００４１】
活性化熱処理Ｓ３は、熱処理工程Ｓ１および／または冷却工程Ｓ２と同じ雰囲気中で行っても良い。好ましい雰囲気は、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、および他のそのような不活性元素および化合物ガス、またはそれらのガスの混合物（酸素を含んでも含まなくても良い）を含む。
【００４２】
これに関連して、活性化熱処理Ｓ３は、ウエハ中の不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する。熱処理プロセスが進むと、活性化効果は水平になる。例えば、約５００℃の温度では、約４時間から約５時間の熱処理の後に、更なる活性化は観察されない。本開示の目的のために、「実質的に全ての」不活性な析出核が活性化され、この場合、ウエハの半径の中心で、（バルクマイクロ欠陥として測定される）酸素析出物は、更に１時間の熱処理を適用しても少なくとも約１０％増えない。
【００４３】
不活性な酸素析出核を活性化する場合、本質的に任意の電子デバイス製造プロセスに熱処理サイクルを行うことで、ウエハのバルク中に酸素析出物が形成され、表面近傍に析出物の無い領域を形成し、バルク中の酸素析出物の密度は、活性化プロセスが行われないウエハより高くなる。約６５０℃を超える製造プロセスが、確実に酸素析出核を形成するために使用される。いくつかの具体例では、標準的は酸素析出熱処理が、異なる熱処理をウエハに行った後に形成される析出物の量と比較するために行われる。１つの典型的な酸素析出熱処理は、ＮＥＣ１酸素析出熱処理であり、この処理ではウエハは８００℃の温度で４時間加熱され、続いて１０００℃の温度で１６時間加熱される。
【００４４】
これに関して、酸素析出核の活性化プロセスが行われたウエハは、酸化物析出熱処理を行った場合に、より高密度の酸素析出物を含むことが見出された（例１、２参照）。例えば、ウエハが、５０℃毎秒以下で冷却された場合、ウエハは少なくとも約７．５×１０１０ｃｍ−３、または少なくとも約９．０×１０１０ｃｍ−３、または少なくとも約１．０×１０１１ｃｍ−３の酸素析出物の密度を形成し、活性化熱処理が行われなかったウエハより、ＮＥＣ１酸素析出熱処理を行った場合には、実質的に高い（例えば、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、または少なくとも約３０％高い）。
【００４５】
Ｄ．エピタキシャル層
本開示のいくつかの具体例では、本開示の具体例により作製された理想的な析出ウエハ（例えば、不活性な空孔が活性化されたウエハ）の表面上にエピタキシャル層が堆積される。他の具体例では、エピタキシャル層の堆積後に理想的な析出プロセスと活性化が行わる。エピタキシャル層は、例えばシリコン含有化合物のような気相の分解のような、当業者に一般に知られ、使用される手段により形成される。いくつかの具体例では、ウエハの表面は、シリコンを含む揮発性ガス（例えば、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、またはＳｉＨ４）を含む雰囲気に曝される。雰囲気は、また、キャリアガス（好ましくはＨ２）を含む。いくつかの具体例では、エピタキシャル堆積中のシリコンソースは、ＳｉＨ２Ｃｌ２またはＳｉＨ４である。ＳｉＨ２Ｃｌ２が使用された場合、堆積中のリアクタの真空圧力は、好適には約５００Ｔｏｒｒから約７６０Ｔｏｒｒである。一方、もし、ＳｉＨ４が使用された場合は、リアクタ圧力は、好適には約１００Ｔｏｒｒであろう。より好適には、堆積中にシリコンソースはＳｉＨＣｌ３である。これにより、他のソースより遙かに安価になる。加えて、ＳｉＨＣｌ３を用いたエピタキシャル堆積は、大気圧で実施できる。これは、真空ポンプが不要で、リアクタチャンバは崩壊を防止するために頑丈である必要はないために、有利である。更に、安全上の問題は殆ど存在せず、空気または他のガスがリアクタチャンバ中にリークする機会は少なくなる。
【００４６】
エピタキシャル堆積中に、ウエハ表面は、表面に雰囲気に含まれるシリコンから多結晶シリコンが堆積するのを防止できるのに十分な温度に維持される。好適には、表面は、少なくとも約８００℃、より好適には約９００℃、更に好適には約１１００℃の温度に維持される。エピタキシャル堆積の成長速度は、好適には、約０．５μｍ／分から約７．０μｍ／分である。例えば、主に約２．５モル％ＳｉＨＣｌ３と約９７．５モル％Ｈ２から成る雰囲気、約１１５０℃の温度、および約１大気圧の圧力を用いることで、約３．５μｍ／分から約４．０μｍ／分の速度が得られる。
【００４７】
所望なら、エピタキシャル層は、更に、ｐ型またはｎ型のドーパントを含んでも良い。例えば、エピタキシャル層は、しばしばホウ素を含むことが好ましい。そのような層は、例えば、堆積中に雰囲気がＢ２Ｈ６を含むことにより準備される。所望の特性（例えば抵抗率）を得るために使用される雰囲気中のＢ２Ｈ６のモル分率は、例えばエピタキシャル堆積中の特定の基板からのホウ素の外部拡散、リアクタや基板中に汚染物として存在するｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントの量、およびリアクタの圧力および温度のような、多くの要素に依存する。高い抵抗率の適用には、エピタキシャル層中のドーパント濃度は、できる限り低い方が良い（本開示の基板ウエハは任意的に高いまたは低い抵抗率を有し、または約５０オームｃｍより高いまたは低い抵抗率をそれぞれ有する）。
【００４８】
Ｅ．シリコンオンインシュレータ構造
本開示の具体例により準備されたウエハは、シリコンオンインシュレータ構造に含まれる。シリコンオンインシュレータ構造は、一般に、デバイス層、ハンドルウエハまたはサポート層、およびサポート層とデバイス層との間の絶縁性膜または層（典型的には酸化物層）を含む。一般に、デバイス層は、約０．５μｍから約２０μｍの厚さである。シリコンオンインシュレータは、当業者に知られた様々な技術を用いて準備されても良く、更に以下においても説明する。
【００４９】
ＳＯＩ構造のサポート層が本開示のウエハを含みまたは形成される場合、好適には、プロセス（例えば、酸化物析出のためのテンプレートの作製、不活性な酸素析出核の活性化）は、ＳＯＩ構造のデバイス層がハンドル層に取り付けられる前（または、イオン注入プロセスの場合は注入前）に行われる。もし、ＳＯＩ構造の形成に先立って本プロセスが行われた場合、このプロセスが完了してＳＯＩ構造の準備が始まる前に、ハンドルウエハ中で酸素析出核中の安定化が望まれる。加えて、このアプローチが使用された場合、工程Ｓ２の酸素析出熱処理は、いくつかの具体例では、（ウエハ接着工程中のような）ＳＯＩ構造の形成中に達成され、ＳＯＩプロセスで用いられる処理時間と温度は、酸素析出物の形成のために十分である。
【００５０】
なお、とは言っても、本シリコンウエハプロセスは、ＳＯＩ構造が準備された後に行われても良い。特定の理論に拘束されるつもりはないが、ＳＯＩ構造は典型的な単結晶シリコンウエハとして振る舞い、酸化物層は、そこから空孔と自己侵入型から注入され、そこにそれらが拡散する自由表面として機能する。
【００５１】
例えば、本開示のウエハに、米国特許５，４３６，１７５やPlasma Immersion Ion Implantation for Semiconductor Processing, Materials Chemistry and Physics 46 (1996) 132-139 に記載されているような、この分野では標準的な注入プロセスを行うことにより、ＳＩＭＯＸプロセスでＳＯＩ構造が準備される。これらは双方とも、すべて関連し矛盾しない目的で、参照されることにより、ここに援用される。そのようなプロセスでは、イオンはシリコンウエハ基板中に注入され。次に高温でアニールされて埋め込み酸化物の絶縁性層を形成する。例えば、酸素イオンが注入されて、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の埋め込み絶縁性層が形成されても良い。窒素原子が注入された場合、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）のの埋め込み層が形成される。この場合、結果のＳＯＩ構造は、デバイス層および絶縁性層を含み、これらの双方は、本開示に方法により形成されたウエハに由来する。高温酸化物形成アニールは、一般に約１１５０℃から約１４００℃であるため、酸素の溶解度はウエハ中の一般的な酸素濃度を超え、過剰に存在する析出物が溶解して侵入型の酸素となる。そのような場合、いくつかの応用では、ＳＩＭＯＸプロセスに続いて、酸素減少の二次的アニールが行われる。この具体例では、次に、Ｃｚ結晶引き上げ技術を用いて達成できる本質的にいずれかの酸素濃度を有する単結晶シリコンウエハに、急速熱アニールと冷却プロセスを行う工程と、約７００℃から約１１００℃の範囲の温度で二次的なアニールを行う工程とを一般に含む。
【００５２】
ＳＯＩ構造は、また、２つのウエハを接着し、接着したウエハの１つの一部を除去することにより準備しても良い。例えば、ＳＯＩ構造は、ＢＥＳＯＩプロセスのより準備され、本開示のウエハは、他のウエハに接着され、次に、一方のウエハの実質的な部分が公知のウエハ薄膜化技術を用いてエッチングされ、デバイス層が得られる。これは、米国特許５，０２４，７２３および米国特許５，１８９，５００に記載されており、これらはすべて関連し矛盾しない目的で、参照されることにより、ここに援用される。この例では、結果のＳＯＩ構造は、（ｉ）デバイス層、（ｉｉ）ハンドルウエハまたはサポート層、および（ｉｉｉ）デバイス層とサポート層との間の絶縁体層を含む。
【００５３】
代わりのウエハボンディングアプローチでは、水素または他のイオンがウエハの一方に注入され、２つのウエハが接着された後に、接着された複合物に力が加えられ、これにより接着された複合物が注入されたサイトで割れる。例えば、ＳＯＩ構造が、（１）本開示のウエハ中に（例えば水素、窒素等の）イオンを注入し、気体のマイクロバブルの層を形成し、一方、拡散によりそこから気体のマイクロバブルが逃げる温度より低い温度に維持する工程と、（２）ウエハの平坦な面を硬化材に接触させて、接着された複合物を形成する工程と、（３）接着された複合物に熱的または機械的な応力を与え、本開示のウエハをイオン注入の領域で剥離する工程と、で準備される。熱応力が使用された場合、イオンの注入が行われた複合物は上記温度まで加熱され、結晶の再配置が行われ、マイクロバブルに圧力降下を与え、薄い半導体膜と基板の主体との間を分離する。これは、米国特許５，３７４，５６４に記載されており、これらはすべて関連し矛盾しない目的で、参照されることにより、ここに援用される。ＳＯＩ構造が本開示のウエハを硬化材として含む場合、１またはそれ以上の具体例では、ウエハは他のウエハの平坦な面に接着する前に、上述の理想的な析出プロセスがウエハに行われる。他の具体例では、低欠陥シリコンウエハが最初にチョクラルスキ単結晶シリコンウエハに接着され、続いて、ＳＯＩ構造の全体に、上述の理想的な析出プロセスおよび核活性化プロセスを行っても良い。
【００５４】
実施例１：酸素析出熱処理に先立って、シリコンウエハに酸素析出核の活性プロセスを行った効果の認定
酸素含有量が１３ｐｐｍａの多くのウエハに、急速熱アニールプロセスで加熱し、バルク領域中で核の最大濃度を有し、ウエハの表面の方向に向かって濃度が次第に減少する空孔含有酸素析出核（活性な核および不活性な核の双方）の濃度を導入する。急速熱アニールは、ウエハを１３００℃で１０秒間加熱し、続いて５０Ｋ／秒、１５Ｋ／秒、８Ｋ／秒、または２Ｋ／秒で冷却する工程を含む。多くのウエハでは、次に、５００℃で４時間加熱して、不活性な酸素析出核を活性化する。第１、第２、および第１０のＢＭＤにおけるＢＭＤ密度および深さが見出されたのは、ＮＥＣ１テスト（８００℃の温度で４時間アニールし、続いて１０００℃の温度で１６時間アニールする）の後に、活性化プロセスを行ったウエハと、活性化プロセスを行わなかったウエハの双方ついて認定された。結果を表１に示す。
【００５５】
2019004173.tif 000003
表１：５００℃で４時間の活性化熱処理を行ったウエハのＭＢＤおよび裸の領域の深さと、活性化熱処理を行わないウエハのＭＢＤおよび裸の領域の深さ（ｎｄ＝検出されず）
【００５６】
表１に見られるように、２Ｋ／秒および８Ｋ／秒での冷却速度で酸素析出核の外部拡散が、析出物がウエハのバルク中に形成されるのを防止し、ここでは不活性な核は活性化されなかった。これに対して、不活性な核が活性化されたウエハでは、２Ｋ／秒および８Ｋ／秒での冷却速度で、酸素析出物を含んだ。
【００５７】
更に、不活性な核が活性化されたウエハは、著しく多くの析出物を含んだ（ＢＭＤとして測定された）。これは、従来の核成長が５００℃で起こったことを示す。しかしながら、この酸素濃度に対して、従来の核成長による期待された追加の析出は１×１０８ＢＭＤ／ｃｍ３以下であった。一般には裸の領域に適用する５０Ｋ／秒の冷却速度では、バルクの析出密度は、約１×１０１１ＢＭＤ／ｃｍ３まで増加し、裸の領域は約２０μｍまで減少した。
【００５８】
表１から、冷却速度の低減は、活性化熱処理を行わなかったウエハと同様に、５００℃で４時間加熱したウエハにも影響を与えなかったことが観察された。これは、５００℃の熱処理によらず活性であった核に比較して、活性化された（即ち、以前は不活性であった核）の拡散が減少することで説明された。
【００５９】
例２：活性化プロセスの時間依存性
不活性の空孔含有酸素析出核を活性化するのに必要な時間が、５００℃の熱処理の時間を変えることにより決定された。ウエハのセットが、１２３０℃で１０秒間、アルゴン雰囲気中で急速熱アニールされ、５０Ｋ／秒の速度で冷却された。結果が図２および図３に見られる。図２、３に見られるように、ＢＭＤの著しい増加が、２時間の加熱で見られ、４時間後に、ＢＭＤ密度は約１×１０１１ＢＭＤ／ｃｍ３まで増加し、裸の層の深さは約１５μｍまで減少した。
【００６０】
ここで使用するように、「約」、「実質的に」、および「おおよそ」の用語は、寸法、濃度、温度、または他の物理または化学特性または特徴とともに使用した場合、特徴または長所の範囲の加減および／または上限に存在するバラツキをカバーすることを意味し、これは、四捨五入、測定方法、または他の統計的バラツキの結果のバラツキを含む。
【００６１】
本開示またはその好適な具体例の要素を導入する場合、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「その（ｓａｉｄ）」は、１またはそれ以上の要素があることを意味する。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」の用語は、列挙された要素の他に追加の要素を含み、それらがあることを意味する。
【００６２】
上記装置および方法について、本開示の範囲から離れることなく様々な変形が可能であるため、上記開示に含まれ、添付の図面に示された、全ての事項は、例示的に解釈され、限定する意図はないことが意図される。
【図１】
2019004173.tif 000004
【図２】
2019004173.tif 000005
【図３】
2019004173.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月5日(2018.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキ法で成長した単結晶シリコンインゴットから切り出された単結晶シリコンウエハを熱処理して、続く熱処理工程でウエハ中の酸素の析出挙動に影響を与えるプロセスであって、このプロセスは、
表面と、裏面と、表面と裏面との間の中央プレーンと、表面から中央プレーンに向かって、表面から距離Ｄだけ軸方向に延びるウエハの領域を含む表面層と、中央プレーンと表面層との間のウエハの領域を含むバルク層とを有し、少なくとも５×１０１７原子／ｃｍ３の酸素濃度を有するシリコンウエハを提供する工程と、
ウエハに熱処理を行い、ウエハの表面層およびバルク層の中の結晶格子空孔を含む、所定の濃度の酸素析出核をウエハ中に導入する工程であって、酸素析出核の少なくとも一部は不活性な酸素析出核であり、一部は活性な酸素析出核であり、酸素析出核は、ＮＥＣ１酸素析出熱処理を行った場合に、活性な酸素析出核は酸素析出物に変わり、不活性な酸素析出核は酸素析出物に変わらないことを特徴とする工程と、
熱処理されたウエハの冷却速度を制御し、所定の濃度プロファイルの酸素析出核を有するウエハを作製する工程であって、最大濃度はバルク領域中にあり、その濃度はウエハの表面方向に次第に減少し、表面層とバルク層の中の酸素析出核の濃度の違いは、ウエハに続いて酸素析出熱処理が行われた場合に、酸素析出の無いＤＺ（denuded zone）層が表面層中に形成され、酸素析出核に主に依存した酸素析出物の濃度をバルク層中に有する、酸素析出物がバルク層中に形成される工程と、
少なくとも４００℃で、６００℃を超えない温度で、少なくとも１時間、ウエハの熱処理を行い、ウエハ中の不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する工程と、
を含むプロセス。
【請求項２】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも４５０℃の温度で行われる請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも２時間行われる請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、４００℃から４５０℃の温度で、少なくとも１０時間行われる請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項５】
ウエハの表面層およびバルク層中の、所定の濃度の、結晶格子空孔を含む酸素析出核をウエハ中に導入する熱処理は、少なくとも１１００℃の温度で行われる請求項１〜４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項６】
ウエハの表面層およびバルク層中の、所定の濃度の、結晶格子空孔を含む酸素析出核をウエハ中に導入する熱処理は、１１００℃から１２００℃の温度である請求項１〜４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項７】
表面層およびバルク層中の、所定の濃度の、結晶格子空孔を含む酸素析出核をウエハ中に導入する熱処理は、１秒間から６０秒間行われる請求項５または６に記載のプロセス。
【請求項８】
平均冷却速度は、少なくとも毎秒５℃である請求項１〜６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
ウエハ中の不活性な酸素析出核の実質的に全てが活性化される請求項１〜８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１０】
ウエハが毎秒５０℃以下の速度で冷却され、ＮＥＣ１酸素析出熱処理を行った場合に、ウエハに、少なくとも７．５×１０１０ｃｍ−３の密度の酸素析出物を形成できる請求項１〜９のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１１】
ウエハに酸素析出熱処理を行う工程を含む請求項１〜１０のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１２】
酸素析出熱処理は、電子デバイス製造工程に含まれるプロセスである請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、およびそれらの混合物から選択される雰囲気中で行われる請求項１〜１２のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１４】
Ｄは、少なくとも１０μｍである請求項１〜１３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１５】
不活性な酸素析出核を活性化するためのプロセスであって、チョクラルスキ法で成長した単結晶シリコンインゴットから切り出され、少なくとも５×１０１７原子／ｃｍ３の酸素濃度を有し、表面と、裏面と、表面と裏面との間の中央プレーンと、表面から中央プレーンに向かって、表面から距離Ｄだけ軸方向に延びるウエハの領域を含む表面層と、中央プレーンと表面層との間のウエハの領域を含むバルク層とを有するウエハ中に、結晶格子空孔を含み、ウエハは、ウエハの表面層とバルク層の中に、結晶格子空孔を含む所定の濃度の酸化物析出核を有し、酸素析出核の少なくとも一部は不活性な酸素析出核であり、一部は活性な酸素析出核であり、酸素析出核は、ＮＥＣ１酸素析出熱処理を行った場合に、活性な酸素析出核は酸素析出物に変わり、不活性な酸素析出核は酸素析出物に変わらないことを特徴とし、酸素析出核の濃度プロファイルは、最大濃度はバルク領域中にあり、その濃度はウエハの表面方向に次第に減少し、このプロセスは、
少なくとも４００℃で、６００℃を超えない温度で、少なくとも１時間、ウエハの熱処理を行い、ＮＥＣ１酸素析出熱処理を行った場合に酸素析出物を形成できるように、不活性な酸素析出核を活性化する工程を含むプロセス。
【請求項１６】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも４５０℃の温度で行われる請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１７】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、少なくとも２時間行われる請求項１５または１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、４００℃から４５０℃の温度で、少なくとも１０時間行われる請求項１５または１６に記載のプロセス。
【請求項１９】
ウエハ中の不活性な酸素析出核の実質的に全てが活性化される請求項１５〜１８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項２０】
ウエハに酸素析出熱処理を行う工程を含む請求項１５〜１９のいずれかに記載のプロセス。
【請求項２１】
酸素析出熱処理は、電子デバイス製造工程に含まれるプロセスである請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２２】
不活性な酸素析出核の少なくとも一部を活性化する熱処理は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、およびそれらの混合物から選択される雰囲気中で行われる請求項１５〜２１のいずれかに記載のプロセス
【請求項２３】
Ｄは、少なくとも５０μｍである請求項１５〜２２のいずれかに記載のプロセス。
【外国語明細書】
2019004173000001.pdf