(57)【要約】ゲッタリング能及び経済性に優れ、しかもデバイスメーカーの側で実施される回路形成用熱処理での酸素ドナーの発生を効果的に抑制できる高抵抗シリコンウエーハを製造する。これを実現するために、比抵抗値が１００Ωｃｍ以上で、炭素濃度が５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素トーブ高抵抗・高酸素シリコンウエーハに、残留酸素濃度がＯｌｄ−ＡＳＴＭで６．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となるように、１１００℃以上の高温熱処理を行う。この高温熱処理は、ウエーハ表層部にＤＺ層を形成するためのＯＤ処理や、表層のＣＯＰを除去するための高温アニール、ＳＩＭＯＸウエーハ製造プロセスにおけるＢＯＸ層形成用の高温熱処理等で代用される。
2004008521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００Ωｃｍ以上の抵抗率を有するＣＺシリコンウエーハであって、該ウエーハ中の炭素濃度が５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である高抵抗シリコンウエーハ。
【請求項２】
前記ウエーハ中の酸素濃度がＯｌｄ−ＡＳＴＭで８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３超である請求の範囲第１項に記載の高抵抗シリコンウエーハ。
【請求項３】
前記ウエーハ表面から少なくとも５μｍ以上の深さにわたってＤＺ（Ｄｅｎｕｄｅｄ  Ｚｏｎｅ）層が形成された請求の範囲第１項または第２項に記載の高抵抗シリコンウエーハ。
【請求項４】
前記ウエーハ表面上で観察される０．１２μｍサイズ以上のＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）密度が０．２個／ｃｍ２以下に制御された請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の高抵抗シリコンウエーハ。
【請求項５】
請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の高抵抗シリコンウエーハをベースウエーハとしたエピタキシャルウエーハ。
【請求項６】
請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の高抵抗シリコンウエーハをベースウエーハとしたＳＯＩウエーハ。
【請求項７】
貼り合わせウエーハ又はＳＩＭＯＸウエーハである請求の範囲第６項に記載のＳＯＩウエーハ。
【請求項８】
１００Ωｃｍ以上の抵抗率を有し、炭素濃度が５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であるシリコンウエーハに、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を施すことを特徴とする高抵抗シリコンウエーハの製造方法。
【請求項９】
熱処理後の残留酸素濃度をＯｌｄ−ＡＳＴＭで６．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とする請求の範囲第８項に記載の高抵抗シリコンウエーハの製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理は１１００℃以上の高温熱処理である請求の範囲第８項に記載の高抵抗シリコンウエーハの製造方法。
【請求項１１】
前記熱処理は、ウエーハ表層部にＤＺ（Ｄｅｎｕｄｅｄ  Ｚｏｎｅ）層を形成するための酸素外方拡散処理である請求の範囲第８項に記載の高抵抗シリコンウエーハの製造方法。
【請求項１２】
前記酸素外方拡散処理の後に酸素析出核形成熱処理、又は酸素析出核形成熱処理及び酸素析出物成長熱処理を行うことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の高抵抗シリコンウエーハの製造方法。
【請求項１３】
前記熱処理は、ウエーハ表層部から空孔起因のボイド欠陥であるＣＯＰを除去するための高温アニールである請求の範囲第８項に記載の高抵抗シリコンウエーハの製造方法。
【請求項１４】
１００Ωｃｍ以上の抵抗率を有し、炭素濃度が５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である高抵抗シリコンウエーハをベースウエーハとしてＳＩＭＯＸ型ＳＯＩウエーハを製造することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項１５】
ＳＩＭＯＸ型ＳＯＩウエーハ製造プロセスにおけるＢＯＸ層形成用の高温熱処理が、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を兼ねる請求の範囲第１４項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項１６】
１００Ωｃｍ以上の抵抗率を有し、炭素濃度が５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である高抵抗シリコンウエーハをベースウエーハとして貼り合わせ型ＳＯＩウエーハを製造することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項１７】
貼り合わせ型ＳＯＩウエーハ製造プロセスにおいて付与される高温熱処理が、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を兼ねる請求の範囲第１６項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、高周波通信デバイス或いはアナログ・デジタル混載デバイスにおける支持基板等に使用される高抵抗シリコンウエーハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】  近時、近距離無線ＬＡＮに使用される高周波通信デバイスの普及に伴い、高抵抗基板の需要が増大している。高抵抗が要求されるＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）回路の支持基板には、従来はＧａＡｓなどの化合物半導体基板が用いられることが多かった。しかしながら、このような化合物半導体基板は非常に高価である。
一方、シリコンＣＭＯＳは、消費電力が大きく、ＲＦ回路には不適と考えられていたが、近時の著しい微細化や設計の進展によってＲＦ回路にも適用可能となってきた。このため、チョクラルスキー法（ＣＺ法）による高抵抗結晶を使った鏡面シリコンウエーハやＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）ウエーハなどの、ＲＦ特性に優れ且つ経済性に優れた高抵抗のシリコンウエーハが、ＧａＡｓなどの化合物半導体基板に代わって注目を集めている。
また近年、アナログ・デジタル混載デバイスにおける基板ノイズ耐性の向上が求められており、この観点からも高抵抗のシリコンウエーハの提供が求められている。
しかしながら、ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造では、石英ルツボを使用して結晶育成を行っているため、その結晶中に酸素が過飽和な状態で含有されることになり、この酸素がデバイスの回路形成プロセスの熱処理過程においてサーマルドナー（ＴＤ）やニュードナー（ＮＤ）といった酸素ドナーを形成するため、デバイスメーカーの側でウエーハの抵抗率が不安定に変動するという大きな問題がある。
図１は酸素ドナーがウエーハの抵抗率に与える影響を示している。ドーパントを添加された通常の低抵抗ウエーハの場合、酸素ドナーがウエーハの抵抗率に与える影響は軽微であり、実操業上は問題にならない。ところが、ドーパントが制限された高抵抗ウエーハの場合は、ｎ型だと酸素ドナーの増加に伴って抵抗率が激減する。ｐ型だと酸素ドナーの増加に伴って当初は抵抗率が激増するが、更に酸素ドナーが増加を続けるとｐ型がｎ型に転換して抵抗率が激減するようになる。
このような酸素ドナーの増加に伴う抵抗率の顕著な変動の問題を解決するために通常は、ＭＣＺ法や内面ＳｉＣコートにより酸素の溶け込みを抑えた特別なルツボを用いて製造された低酸素のシリコンウエーハを使用して、酸素ドナーの形成を抑制する対策が採られるが、ＭＣＺ法や特別なルツボの使用を必要とする低酸素のシリコンウエーハは、通常のＣＺ法により製造される比較的酸素濃度が高い汎用のシリコンウエーハと比べてコスト高になるのを避け得ない。加えて、その低酸素化にも技術的な限界があり、一般には６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下は困難であり、３００ｍｍウエーハでは８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度が限界とされている。しかも、低酸素濃度のシリコンウエーハでは、酸素濃度の低減による機械的強度の低下に伴うスリップなどの問題がある。
これらの問題を解決することを目的として、例えば国際公開第００／５５３９７号パンフレットには、ＣＺ法により抵抗率が１００Ωｃｍ以上で初期格子間酸素濃度が１０〜２５ｐｐｍａ〔ＪＥＩＤＡ〕（７．９〜１９．８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〔Ｏｌｄ−ＡＳＴＭ〕であるシリコン単結晶ロッドを育成し、該ロッドから切り出したシリコンウエーハに酸素析出熱処理を行って、ウエーハ中の残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ〔ＪＥＩＤＡ〕（６．４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〔Ｏｌｄ−ＡＳＴＭ〕以下に制限する技術が記載されている。
この技術によると、初期酸素濃度が高い汎用のシリコンウエーハを使用することにより、初期ウエーハの製造コストが安価となる。初期酸素濃度が高い汎用のシリコンウエーハを使用するにもかかわらず、そのシリコンウエーハに酸素析出熱処理を行うことにより、残存酸素濃度は低くなる。このため、デバイスメーカーの側で実施される回路形成用熱処理での酸素ドナーの発生が効果的に抑制される。ウエーハ中の酸素濃度を低下させる過程で、多量の酸素析出物（ＢＭＤ）が生成される。このため、ウエーハのゲッタリング能も向上する。
しかしながら、国際公開第００／５５３９７号パンフレットに記載された技術では、高酸素濃度の高抵抗初期基板を使用して多量の酸素析出物（ＢＭＤ）を生成すること、及びその多量の酸素析出物（ＢＭＤ）の生成により製品シリコンウエーハの残留酸素濃度を十分に引き下げることが必須となるが、これらに起因して以下の問題が生じる。
第１に、製品シリコンウェーハの残留酸素濃度を下げることは、そのウェーハの機械的強度を低下させる原因となる。これは、熱処理中にウェーハ支持部などから発生したスリップ転位が酸素により固着され、その結果、スリップ長が酸素濃度の上昇とともに低下する〔Ｍ．Ａｋａｔｓｕｋａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３６（１９９７）Ｌ１４２２〕ことからも明らかである。一方、強度に影響する因子として酸素析出物（ＢＭＤ）がある。ＢＭＤの強度に与える影響は複雑である。たとえばウェーハに付加される熱・自重応力がそれほど大きくない場合は、スリップ転位の運動を抑制し強度を向上させるが（国際公開００／５５３９７）、熱・自重応力が大きい場合には、ＢＭＤ自体がスリップ転位源となり、強度が低下してウェーハが反る危険性が高い（Ｋ．Ｓｕｅｏｋａ．ｅｔ  ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３６（１９９７）７０９５）。実デバイスプロセスでウェーハに付加される熱・自重応力は、デバイス構造や熱シーケンスなどに依存し、大きくなる場合もあると予想される。それ故、ウェーハの機械的強度維持の観点からは、ゲッタリングに必要なＢＭＤが確保されていれば、国際公開００／５５３９７に記載のような過剰なＢＭＤ生成による残留酸素の大幅な低下は好ましくない。
第２の問題は熱処理コストである。即ち、多量の酸素析出物を生成するためには、高温で長時間の酸素析出核形成熱処理及び酸素析出物成長熱処理が必要である。このため熱処理コストが嵩み、初期ウエーハの製造コストは安価であるものの、最終製品ウエーハの価格は高くなる。
本発明の目的は、ゲッタリング能及び経済性に優れ、しかもデバイスメーカーの側で実施される回路形成用熱処理での酸素ドナーの発生を効果的に抑制でき、更には機械的強度の高い高抵抗シリコンウエーハ及びその製造方法を提供することにある。
【発明の開示】
上記目的を達成するために、本発明者らは上記問題の原因が、酸素析出物（ＢＭＤ）の過剰生成、及びその過剰生成に起因する製品ウエーハ中の残留酸素濃度の顕著な低減にあると判断して、高抵抗シリコンウエーハでの酸素析出物（ＢＭＤ）の生成に代わる酸素ドナー抑制策について検討した。その結果、炭素ドープが酸素ドナーの生成抑制、特にサーマルドナーの抑制に有効であること、炭素ドープに加えて熱処理行うならばサーマルドナー及びニュードナーなどの酸素ドナーの生成がより効果的に抑制されること、及びＤＺウェーハや水素アニールウェーハ、更にはＳＩＭＯＸや張り合わせなどのＳＯＩウェーハなどの各種ウェーハを製造するプロセスで一般的に用いられる既存の熱処理の多くで、酸素ドナーの生成の抑制に有効な熱処理を兼用できることが判明した。
炭素ドープが酸素サーマルドナーの抑制に有効なことは、抵抗率が１００Ω未満の通常抵抗のウエーハでは公知である（例えば、Ａ．Ｂ．Ｂｅａｎ  ａｎｄ  Ｒ．Ｃ．Ｎｅｗｍａｎ  Ｊ．Ｐｈｙｃｓ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｌｉｄｓ，１９７２，Ｖｏｌ．３３，ｐｐ．２５５−２６８）。しかし、通常抵抗のウエーハで酸素サーマルドナーの生成を抑制するためには、炭素量は１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３も必要になる。このような高濃度の炭素ドープは、ＣＺ法による単結晶育成では、有転位化を促進し、単結晶化を困難にするため、現実的な対策とは言えない。ところが、抵抗率が１００Ω以上の高抵抗ウエーハでは、酸素サーマルドナーの抑制に必要な添加量が、単結晶化に支障を来さない５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の現実的なレベルにまで低減することが明らかとなった。
そして、この高抵抗ウエーハにおける適量の炭素ドープによると、デバイスメーカーの側で実施される回路形成用熱処理での酸素ドナーの発生が効果的に抑制されることにより、酸素析出物（ＢＭＤ）の過剰な生成が不要になり、熱処理コストが低減する。また、製品ウエーハ中の残留酸素濃度の顕著な低減が不要になり、そのウエーハの機械的強度が改善される。さらに、論文（Ｍ．Ａｋａｔｓｕｋａ  ａｎｄ  Ｋ．Ｓｕｅｏｋａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌｎ．Ｐｈｙｓ．，４０（２００１）１２４０）に記載のごとく、適量の炭素ドープにより、さらなる機械的強度の改善が起こることになる。また、炭素ドープにより単結晶育成時の転位クラスターの発生が抑制されることにより、単結晶育成での無欠陥結晶領域の拡大も期待できる。
炭素ドープが酸素サーマルドナーの生成抑制に有効な理由は以下のとおりと考えられる。また、高抵抗ウエーハで炭素ドープ量を低減できる理由は以下のとおりと考えられる。更に、炭素ドープ下での熱処理により酸素ドナーの生成が抑制される理由は以下のとおりと考えられる。
炭素ドープが酸素サーマルドナーの生成抑制に有効な理由は完全に解明されていないが、例えばＡ．Ｂ．Ｂｅａｎ  ａｎｄ  Ｒ．Ｃ．Ｎｅｗｍａｎ  Ｊ．Ｐｈｙｃｓ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｌｉｄｓ，１９７２，Ｖｏｌ．３３，ｐｐ．２５５−２６８によれば下記のように考えられている。酸素サーマルドナーは酸素原子が４〜２０個集合したＯｎクラスターであり、４００〜５００℃で生成する。このようなクラスターの生成の初期に炭素原子が存在すると、電気的に不活性なサーマルドナーの前駆体であるＯ２クラスターに炭素が捕獲され、Ｃ−Ｏ２クラスターが生成する。このため、それ以降の電気的に活性なＯｎ（ｎ≧４）クラスターの生成が抑制される。
また、数Ωｃｍ〜数十Ωｃｍ程度の通常抵抗のシリコンウェーハでは、抵抗率の変動によって酸素サーマルドナーの生成を検出するためには、１０１４〜１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のサーマルドナーの生成が必要であり、このような密度のサーマルドナーの生成を抑制するには１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の高濃度の炭素が必要である。しかし、１００Ωｃｍ以上の高抵抗シリコンウェーハの場合、１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の酸素ドナーの生成で抵抗率が変動するため、これを抑制するのに必要な炭素ドープ量は５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度に低減できる。
また、炭素ドープされた１００Ωｃｍ以上の高抵抗シリコンウェーハに１１００℃以上の熱処理を行うと、酸素ドナーの生成が有効に抑制されることが明らかになった。このような、炭素ドープ下での１１００℃以上の熱処理により、酸素ドナーの生成が抑制される理由は、今のところ明確になっていないが、比較的小さなサイズの酸素クラスターであるサーマールドナーや６００〜７５０℃の熱処理時に生成する酸素析出物の初期形態と考えられているニュードナーが、１１００℃以上の熱処理によって成長、または分解して不活性化するためと推測される。
本発明の高抵抗シリコンウエーハは、かかる知見を基礎として完成されたものであり、１００Ωｃｍ以上の抵抗率を有するＣＺシリコンウエーハであって、該ウエーハ中の炭素濃度を５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３としたものである。
また、本発明の高抵抗シリコンウエーハの製造方法は、１００Ωｃｍ以上の抵抗率を有し、炭素濃度が５×１０１５〜５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であるシリコンウエーハに、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理、好ましくは１１００℃以上の高温熱処理を施すものである。
本発明の高抵抗シリコンウエーハにおいては、ウエーハ中の炭素濃度を５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３としたことにより、残留酸素濃度を高レベルに維持しつつ、酸素サーマルドナーの発生を抑制でき、高濃度の残留酸素および炭素ドープによりウエーハの機械的強度、耐スリップ性を改善できる。また、残留酸素濃度に影響されない適度の酸素析出物（ＢＭＤ）の生成により、優れたゲッタリング能を確保できる。
ウエーハ中の炭素濃度が５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であると、酸素ドナーの生成の抑制効果が不充分となる。また、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、結晶育成時に有転位化する恐れがあり、単結晶化が困難となる。特に好ましい炭素濃度は５×１０１５〜３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
好ましいウエーハ中の残留酸素濃度はＯｌｄ−ＡＳＴＭで６．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。これが６．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であると機械的な強度の低下を招く。残留酸素濃度の上限については特に規定しないが、酸素濃度が高くなるほど酸素析出が顕著になり、ユーザー側で実施されるデバイス熱処理条件によっては、酸素析出過多による基板表面への欠陥発生が懸念されることや、後述する初期酸素濃度に対する制限などの点から２５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下が好ましい。特に好ましい残留酸素濃度は、下限については８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３超であり、上限については２０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、更には１６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
本発明の高抵抗シリコンウエーハのタイプは問わない。そのタイプを例示すると以下のとおりである。
▲１▼  本発明の高抵抗シリコンウエーハでは、ゲッタリング能を確保するために、適量の酸素析出物が有効とされるが、その酸素析出物は一方で、デバイス形成プロセスにおける有害な欠陥となる場合もあり、特にウエーハ表層部に存在する酸素析出物は、デバイス特性を劣化させる大きな原因になる。このため、ウエーハの少なくとも表層部から酸素析出物を取り除くことが望まれる。この観点から、ウエーハ表面から少なくとも５μｍ以上の深さにわたってＤＺ（Ｄｅｎｕｄｅｄ  Ｚｏｎｅ）層が形成されたＤＺウエーハに本発明は適用可能である。
ＤＺ層の形成は、酸素外方拡散熱処理〔ＯＤ（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｏｕｔ−Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）処理〕により行うことができる。ＯＤ処理条件としては１１００〜１３５０℃×１〜５時間が好ましい。このＯＤ処理は、１１００℃以上の高温であるため、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を兼ねることができる。またＯＤ処理でのガス雰囲気の選択により、結晶成長過程で生じるＣＯＰ〔Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ：空孔の集合体で（１１１）面で囲まれたボイド欠陥〕等のｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥をウエーハ表層部から排除することができる。
即ち、ＯＤ処理でのガス雰囲気としては、窒素ガス、酸素ガス、水素ガス、アルゴンガスなどがある。これらのＯＤ処理雰囲気のうち、水素ガス、アルゴンガス又はこれらの混合ガス雰囲気では、ウエーハ表層部からＣＯＰを排除することができる。これは、ＣＯＰフリーでないウエーハには有効な操作である。
ちなみに、ここにおけるＤＺ層は、乾燥酸素雰囲気中において１０００℃×１６時間の熱処理後、ウエーハを劈開し、選択エッチング液〔ＨＦ：ＨＮＯ３：ＣｒＯ３：Ｃｕ（ＮＯ３）２：Ｈ２Ｏ：ＣＨ３ＣＯＯＨ＝１２００ｃｃ：６００ｃｃ：２５０ｇ：４０ｇ：１７００ｃｃ：１２００ｃｃ〕でウエーハ劈開面を２μｍエッチングし、光学顕微鏡にてウエーハ表面から１点目のエッチピットまでの距離で規定される。
▲２▼  ＯＤ処理に類似する熱処理としてランプアニール処理とも呼ばれる高速昇温・高速降温のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）処理がある。この処理を受けるウエーハにも本発明は有効であり、且つ、その処理は、温度によっては、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を兼ねることができる。
▲３▼  これらの熱処理とは別に、ゲッタリング能を確保するために、酸素析出物を積極的に作り込むＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｒｉｎｇ）処理も行われることがある。ＩＧ処理は酸素析出核形成熱処理であるが、これに続いて酸素析出物成長熱処理が行われることもある。酸素析出物成長熱処理は、ウエーハ中の酸素を酸素析出物成長として消費させる熱処理であるため、酸素ドナーの生成抑制に有効である。但し、ウエーハ中の酸素濃度が６．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満にならないように留意する必要がある。
▲４▼  同様の観点から、ウエーハ表面上にエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウエーハに本発明は有効である。エピタキシャルウエーハの製造では、約１１００℃前後のエピタキシャル成長処理及びエピタキシャル成長処理に先立つ１１００℃以上の水素ベーク処理が行われる。これらの高温熱処理も、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を兼ねることができる。
▲５▼  同様の観点から、ＳＯＩウエーハのベースウエーハに本発明は有効である。ＳＯＩウエーハは、貼り合わせ型でもＳＩＭＯＸ型でもよい。貼り合わせ型ウエーハの製造では、貼り合わせ工程で１１００℃以上の高温熱処理が行われる。この高温熱処理も、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を兼ねることができる。一方、ＳＩＭＯＸ型の製造では、酸素イオン注入後に、ＢＯＸ層を形成するための１１００℃以上の高温熱処理が行われる。この高温熱処理も、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を兼ねることができる。
▲６▼  以上はウエーハの厚み方向の欠陥分布に着目したが、ウエーハ径方向の欠陥分布によってもウエーハを分類することができる。結晶引き上げ工程での操作等により結晶径方向全域から大型ＣＯＰや転位クラスタ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を排除した無欠陥結晶から得たＣＯＰフリーのウエーハに本発明は有効である他、径方向の少なくとも一部にＣＯＰが存在する通常ウエーハにも本発明は有効である。
▲７▼  ＣＯＰフリーウエーハに関しては、ＯＤ処理のところでも触れたが、無欠陥結晶から得たＣＯＰフリーウエーハだけでなく、非酸化性ガス雰囲気中での１１００℃×１時間以上の熱処理により、表層部からＣＯＰを除去したＣＯＰフリーのアニールウエーハにも本発明は有効である。ここにおけるアニールも、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を兼ねることができる。なおＣＯＰフリーとは、具体的には、ウエーハ表面上で観察される０．１２μｍサイズ以上のＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）の密度が０．２個／ｃｍ２以下に制御された状態をいう。
本発明の高抵抗シリコンウエーハの製造方法においては、ウエーハ中の炭素濃度を５×１０１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３としたことにより、残留酸素濃度を高レベルに維持しつつ、酸素ドナーの生成抑制、特にサーマルドナーの抑制に有効である。さらに、炭素ドープに加えて１１００℃以上の熱処理行うならばサーマルドナーのみならずニュードナーの生成も効果的に抑制され、これら両面から抵抗率を安定させることができる。
シリコンウエーハ中の初期酸素濃度（熱処理前の酸素濃度）は、残留酸素濃度がＯｌｄ−ＡＳＴＭで６．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となる範囲内でＢＭＤの生成量を考慮して選択される。定量的には、ＢＭＤを生成させない場合があることを考慮して８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３超が好ましく、１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上が特に好ましい。初期酸素濃度の上限については、酸素の固溶限の点、下記の過剰な酸素析出の点などから、２５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下が好ましく、２０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、更には１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下が特に好ましい。酸素濃度が極端に高いと、酸素析出が過剰に起こるために、酸素析出物や積層欠陥、転位などの２次欠陥がウェーハの表層のデバイス活性層に発生しデバイス特性を劣化させる。しかし、一方では酸素析出処理を行わない場合もあり、上限は２５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３まで許容される。
熱処理後の残留酸素濃度については、前述した理由によりＯｌｄ−ＡＳＴＭで６．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、２５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下が好ましい。この場合も、酸素析出を問題にしないユーザーがあり、上限は２５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３まで許容される。
ＣＺシリコンウエーハは、そのタイプに固有の種々の熱処理を受ける。これらの既存熱処理、例えばＤＺ層を形成するための酸素外方拡散熱処理やＲＴＡ処理、ＳＩＭＯＸ熱処理、貼り合わせ熱処理、ＣＯＰ除去アニールなどの、ウエーハタイプに固有の既存処理が、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を兼用できることは前述したとおりである。
また、ウエーハタイプに固有の既存熱処理に加えて、酸素ドナーの生成抑制に有効な専用処理も有効である。更に、酸素析出物を生成するための酸素析出核形成熱処理、更には酸素析出物成長熱処理を、専用或いは兼用で実施することも可能である。
酸素外方拡散熱処理としては１１００〜１３５０℃×１〜５時間が好ましい。この酸素外方拡散熱処理により、ウエーハ表層部が低酸素化し、酸素析出物の形成成長が阻止されることにより、ＤＺ層が形成される。また、酸素ドナーの生成が抑制される。
ＳＩＭＯＸウエーハの製造でのＢＯＸ層を形成するための高温酸化熱処理は、通常１２５０〜１４００℃×１〜２０時間である。熱処理雰囲気は酸素ガス、アルゴンガス、またはこれらの混合ガスである。
貼り合わせウエーハの製造では、支持基板の表面に所望の膜厚で熱酸化膜を形成した後、この支持基板と活性層基板の貼り合わせを目的として１１００℃以上の温度で酸化処理を行う。この熱処理も酸素ドナーの生成抑制に有効である。
ＣＯＰ除去アニールについては、非酸化性ガス雰囲気中での１１００℃以上の温度×１時間以上の熱処理であれば十分にＣＯＰを消滅させることができ、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理をも兼ねることができる。具体的には、熱処理雰囲気としては水素ガス雰囲気又はアルゴンガス雰囲気若しくはこれらの混合ガス雰囲気が望ましく、熱処理条件としては１１５０〜１２００℃×１〜５時間の範囲内が望ましい。１１００℃未満及び１時間未満では十分な酸素ドナーの抑制効果は得られず、１３５０℃を超える温度ではスリップ転位の発生を誘発してしまい、生産性向上の観点からは５時間以内の熱処理に留めることが望ましい。
ゲッタリング能を確保するためのＩＧ処理のうち、酸素析出核形成熱処理の条件としては比較的低温の５５０〜９５０℃×１〜１６時間が好ましく、酸素析出物成長熱処理条件としては高温の９００〜１１００℃×１〜２０時間が好ましい。後者の酸素析出物成長熱処理は、酸素ドナーの生成抑制に有効である。
このように、本発明の高抵抗シリコンウエーハは、炭素ドープにより酸素サーマールドナーの生成を抑制できるが、ウエーハタイプに固有の各種熱処理の利用により、多くの種類のウエーハでは格別の操作なしに、より効果的に酸素ドナーの生成を抑制できる。したがって、実質的には炭素ドープのみにより、サーマールドナー及びニュードナーの生成を抑制でき、酸素ドナーの生成による不安定な抵抗率の低下を、極めて経済的に防止できる。
【図面の簡単な説明】  図１は酸素ドナーがウエーハの抵抗率に与える影響を示すグラフである。図２は炭素ドープが酸素ドナーの生成に及ぼす影響を示すグラフである。図３は炭素ドープ品において熱処理の有無が酸素ドナーの生成に及ぼす影響を示すグラフである。図４は（ａ）〜（ｃ）は炭素ドープ品において熱処理の種類が酸素ドナーの生成に及ぼす影響を示すグラフである。図５は（ａ）及び（ｂ）は炭素ノンドープ品において残存酸素濃度が酸素ドナーの生成に及ぼす影響を示すグラフである。図６は水素アニールが酸素ドナー生成に及ぼす影響を炭素ドープウエーハおよび炭素ノンドープウェーハについて示すグラフである。図７は炭素ドープ品の熱処理において各種非酸化性ガスを用いたときの温度及び時間が酸素ドナー生成に及ぼす影響を示すグラフである。図８はＳＩＭＯＸウエーハ製造プロセスにおけるＢＯＸ層形成高温熱処理が酸素ドナー生成に及ぼす影響を炭素ドープウエーハおよび炭素ノンドープウェーハについて示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に本発明の第１実施形態〜第４実施形態を説明する。
（第１実施形態：ＤＺウエーハ）
第１ステップとして、通常のＣＺ法により高酸素・高抵抗の炭素ドープシリコン単結晶を育成する。第２ステップとして、そのシリコン単結晶から、例えば酸素量１０〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素量５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３で、高抵抗（１００Ωｃｍ以上）の初期基板を採取する。
第３ステップとして、初期基板に１１００〜１２００℃×１〜４時間のＯＤ処理を施す。ＯＤ処理により、後述する熱処理によるウエーハ表面近傍への酸素析出物（ＢＭＤ）の形成が阻止される。これにより、製品ウエーハの表面から少なくとも５μｍ以上の深さにわたってＤＺ（Ｄｅｎｕｄｅｄ  Ｚｏｎｅ）層を形成する。
このＯＤ処理は、窒素ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気で行うことができる。また、水素ガス雰囲気中で行うことができる。また、アルゴンガス雰囲気中で行うことができる。更に、水素とアルゴンの混合ガス雰囲気中で行うことができる。
第４ステップとして、以上のごとき初期基板に酸素析出核形成熱処理を５５０〜９５０℃×１時間以上の条件で行う。好ましくは７００℃以上で行う。次いで、酸素析出物成長熱処理として、９００〜１１００℃×１時間以上の熱処理を行う。
第４ステップでの熱処理により、１００Ωｃｍ以上の高抵抗シリコンウエーハの内部に酸素析出物（ＢＭＤ）が１×１０４個／ｃｍ２以上の密度で形成される。そして、ウエーハ中の酸素濃度は例えば６．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下に低減される。
こうして製造されたシリコンウエーハ製品がデバイスメーカーに出荷される。この製品の特徴は以下のとおりである。
第１に、酸素濃度が比較的高い汎用のシリコンウエーハを初期基板とするので経済性に優れる。第２に、ウエーハ表層部から酸素析出物が排除されているので、デバイス特性に優れる。第３に、ウエーハ内部に大型の酸素析出物（ＢＭＤ）が高密度に形成されることによりゲッタリング能に優れる。第４に、最終酸素濃度が比較的高く、また炭素がドープされているので機械的強度及び耐スリップ性に優れる。第５に、炭素ドープによる酸素サーマルドナーの抑制作用及びウエーハ製造プロセスで受ける各種の高温熱処理による酸素ドナーの抑制作用のため、最終酸素濃度が比較的高レベルであるにもかかわらず、デバイスメーカーの側で実施される回路形成用熱処理での酸素ドナーの発生による抵抗値の不安定な変動が回避される。
更に、ＯＤ処理での雰囲気として水素ガス、アルゴンガスを選択したものでは、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の縮小、更には消滅も可能であり、ウエーハ表面上で観察される０．１２μｍサイズ以上のＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）の密度を０．２個／ｃｍ２以下に低減することができる。
（第２実施形態：エピタキシャルウエーハ）
第１ステップとして、通常のＣＺ法により高酸素・高抵抗の炭素ドープシリコン単結晶を育成する。第２ステップとして、そのシリコン単結晶から、例えば酸素量１０〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、炭素量５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３で、高抵抗（１００Ωｃｍ以上）の初期基板を採取する。
第３ステップとして、初期基板に１１００〜１２００℃×１〜４時間のＯＤ処理を施す。第４ステップとして、酸素析出核形成熱処理を５５０〜９５０℃×１時間以上の条件で行う。第５ステップとして、酸素析出核形成熱処理、酸素析出物成長熱処理として、９００〜１１００℃×１時間以上の熱処理を行う。
第６ステップとして、第２までの処理、第３までの処理、第４までの処理、又は第５ステップまでの処理をした各基板に、約１１８０℃の水素ベーク処理後、約１１３０℃の温度でエピタキシャル層厚５μｍのエピタキシャル成長処理を行う。
こうして製造されたエピタキシャルシリコンウェーハ製品の特徴は以下の通りである。
ＴＤ（サーマルドナー）およびＮＤ（ニュードナー）等の酸素ドナーの形成が抑制されているかどうかを調べるため、それぞれのウェーハに４００℃×２時間のサーマルドナー生成熱処理及び７５０℃×８時間のニュードナー生成熱処理を行った。どのステップでエピタキシャル層を成長させたウェーハも酸素ドナーの形成は認められない。
特に、第２ステップ後にエピタキシャル層を成長させたウェーハは、最も安価で経済性に優れ、デバイスプロセスの熱処理を経ても酸素ドナー発生による抵抗率変動のないエピタキシャルシリコンウェーハとして有効である。
また、第３ステップ後にエピタキシャル層を成長させたウェーハは、基板表面の酸素が外方拡散しているため、エピタキシャル成長処理中あるいはデバイスプロセスの熱処理において基板表面部にＢＭＤが析出しないことから、ＢＭＤ析出起因によるエピタキシャル層への欠陥発生がない高品位なエピタキシャルシリコンウェーハとして有効である。
また、第４ステップでエピタキシャル層を成長させたものは、ＤＺ層も形成され、酸素析出核もウェーハ内部に十分に存在していることから、高温で長時間の熱処理を含むデバイスプロセスに採用した場合には、デバイスプロセスの熱処理によって十分な酸素析出物の成長が期待でき、ゲッタリング能に優れたエピタキシャルシリコンウェーハとして有効である。
また、第５ステップでエピタキシャル層を成長させたウェーハでは、ＤＺ層も確保され、ＢＭＤもすでに十分に成長しているため、デバイスプロセスの初期の段階から十分なゲッタリング能を発揮するエピタキシャルシリコンウェーハとして有効である。
そして、上述した各ステップ後にエピタキシャル成長を行ったウェーハは、いずれも、デバイスメーカーの側で実施される回路形成用熱処理での酸素ドナーの発生による抵抗値の変動を回避できることは言うまでもない。
（第３実施形態：ＳＩＭＯＸウエーハ）
第１ステップとして、通常のＣＺ法により高酸素・高抵抗の炭素ドープシリコン単結晶育成する。第２ステップとして、そのシリコン単結晶から、例えば酸素量１０〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、炭素量５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３で、高抵抗（１００Ωｃｍ以上）の初期基板を採取する。
第３ステップとして、酸素イオンを３０〜２００ｋｅＶに加速し、これを初期基板の表面側から約１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の密度でイオン注入する。第３ステップで得られた基板に、第４ステップとして１２５０〜１４００℃×１〜２０時間の熱処理を酸素ガス、アルゴンガスまたはこれらの混合ガス中で行い、基板内部にＢＯＸ層（埋め込み酸化膜層）を形成する。
こうして製造されたＳＩＭＯＸウェーハ製品の特徴は以下のとおりである。
酸素濃度が比較的高い汎用のシリコンウエーハを初期基板とするので経済性に優れる。最終酸素濃度が比較的高く、また炭素がドープされているので機械的強度及び耐スリップ性に優れる。炭素ドープによる酸素サーマルドナーの抑制作用及びウエーハ製造プロセスで受ける各種の高温熱処理による酸素ドナーの抑制作用のため、最終酸素濃度が比較的高レベルであるにもかかわらず、デバイスメーカーの側で実施される回路形成用熱処理での酸素ドナーの発生による抵抗値の不安定な変動が回避される。
（第４実施形態：貼り合わせウエーハ）
第１ステップとして、通常のＣＺ法により高酸素・高抵抗の炭素ドープシリコン単結晶育成する。第２ステップとして、そのシリコン単結晶から、例えば酸素量１０〜１８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、炭素量５×１０１５〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３で、高抵抗（１００Ωｃｍ以上）の初期基板を採取する。
第３ステップは、貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法に依存するが、一連のウェーハ製造工程において約１０００℃の熱処理を酸素雰囲気中で行って、初期基板の表面にＢＯＸ酸化膜となる熱酸化膜を形成する。
第４ステップとして、以上のごとき初期基板を支持基板として、活性層となる他基板と約１１５０℃の熱処理で張り合わせる。なお、厚膜のＳＯＩウェーハを製造する場合には、活性層となる他の基板も支持基板と同様の炭素ドープした高抵抗シリコン基板を使用してもよい。
第５ステップとして、活性層側ウェーハを厚さ０．５μｍまで研磨・エッチングする。
こうして製造された張り合わせＳＯＩウェーハ製品の特徴は以下のとおりである。
酸素濃度が比較的高い汎用のシリコンウエーハを初期基板とするので経済性に優れる。最終酸素濃度が比較的高く、また炭素がドープされているので機械的強度及び耐スリップ性に優れる。受ける各種の高温熱処理による酸素ドナーの抑制作用のため、最終酸素濃度が比較的高レベルであるにもかかわらず、デバイスメーカーの側で実施される回路形成用熱処理での酸素ドナーの発生による抵抗値の不安定な変動が回避される。
次に、本発明の実施例を示し、比較例と対比することより、本発明の効果を明らかにする。
（第１実施例）
ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶から次の２種類の８インチサンプルウエーハを切り出した。第１のサンプルウエーハは、Ｐ型で抵抗率が１０００Ωｃｍ、酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素ノンドープ品である。第２のサンプルウエーハは、Ｐ型で抵抗率が１０００Ωｃｍ、酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素濃度が１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素ドープ品である。
両ウエーハに６５０℃×３０分の酸素ドナー消去熱処理（ＤＫ処理）を行った後、次の３つのパターンの熱処理を実施した。第１のパターンでは、３％の酸素を含む窒素雰囲気中での１１５０℃×３．５時間のＯＤ処理のみを行った。第２のパターンでは、このＯＤ処理の後に、酸素析出核形成熱処理として３％の酸素を含む窒素雰囲気中で７００℃×１〜８時間又は７５０℃×２〜１６時間の等温熱処理を実施した。第３のパターンでは、この等温熱処理の後に、更に酸素析出物成長熱処理として窒素雰囲気中で１０００℃×１６時間の高温熱処理を実施した。
炭素ノンドープウエーハ及び炭素ドープウエーハにＤＫ処理のまま（後の熱処理を行わずに）、窒素雰囲気中で４００℃×１〜４時間のサーマルードナー生成熱処理を行った。熱処理後に酸素ドナー密度を測定した。測定は四探針法を用いて抵抗率の測定を行い、ＤＫ処理後の抵抗率との差から酸素ドナー量を計算により求めることにより行った。測定結果を図２に示す。炭素ドープのみにより酸素ドナーの生成が抑制されることが分かる。特に、４００℃×２時間までは、炭素ノンドープウェーハに比較して炭素ドープウェーハでの酸素ドナーの生成が抑制されることが分かる。
炭素ドープウエーハに対して第２パターンの熱処理を実施した後の結果を図３に示す。７００℃×１〜８時間又は７５０℃×２〜１６時間の等温熱処理は、酸素析出核形成熱処理であるが、一方でニュードナー生成熱処理でもある。１１５０℃×３．５時間のＯＤ処理を受けると、等温熱処理後も酸素ドナーの発生が抑制される。
炭素ドープウエーハに対して第１パターン、第２パターン及び第３パターンの各熱処理を実施した後、それぞれに窒素雰囲気中で４００℃×１〜４時間のサーマルードナー生成熱処理を行った。サーマルードナー生成熱処理後に酸素ドナー密度を測定した結果を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。
図４（ａ）または図４（ｂ）と図２の比較から分かるように、１１５０℃×３．５時間のＯＤ処理、またはその後の７５０℃の酸素析出核生成処理により、４００℃×２時間まで酸素ドナーの生成がより抑制されることが分かる。図４（ｃ）からは、酸素析出物成長熱処理としての１０００℃×１６時間の高温熱処理が酸素ドナーの生成抑制にさらに有効こと、及びその有効性は残存酸素濃度の影響を受けないことが分かる。
参考までに、炭素ノンドープウエーハに第３の熱処理を実施したときの結果を図５（ａ）及び（ｂ）に示す。図５（ａ）に示すように、ＯＤ処理をした場合、等温熱処理での処理時間が延長しても残存酸素濃度は充分に低下せず、酸素サーマルドナーの生成を抑制することは困難である。また、図５（ｂ）に示すように、ＯＤ処理なしの場合には、等温熱処理の処理時間の延長につれて残存酸素濃度が低下し（酸素析出物が増加し）、これに伴って酸素ドナーの生成が抑制されるが、図４（ｃ）に示した炭素ドープほどの効果は得られない。また、このようなＯＤ処理のない熱処理では、ＤＺ層が形成されないため、デバイスに適用できない。
ＯＤ処理を含む熱処理による酸素析出物の生成によって、図４（ｃ）に示す炭素ドープ効果と同等の効果を得るために、初期酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素ノンドープウェーハにＯＤ処理＋７００℃×６４時間＋１０００℃×１６時間という熱処理を行ったが、残存酸素濃度は１２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３にしか低下せず、酸素サーマルドナーの生成を充分に抑制できなかったことから、さらに長時間の非現実的な熱処理が必要となる。
デバイスプロセスにおいては、ＡｌまたはＣｕ等の金属配線工程の後に４００℃または３５０℃で３０分程度のシンター熱処理が行われる。このような金属配線は数層に積層され、各層毎に上記の熱処理が行われる。このため、４００℃で２時間程度の熱処理が施されても、１００Ωｃｍ以上、より好ましくは１０００Ωｃｍ以上の抵抗率が維持される必要がある。４探針測定には、測定誤差がありＤＫ処理後のｐ型の場合、抵抗値より低い値がでることもある。そのばらつきは、ドナー量にして５×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以内である。
（第２実施例）
ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶から次の５種類の８インチサンプルウエーハを切り出した。第１のサンプルウエーハは、Ｐ型で抵抗率が１０００Ωｃｍ、酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素ノンドープ品である。第２〜５のサンプルウエーハは、Ｐ型で抵抗率が１０００Ωｃｍ、酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素濃度が５×１０１５、１×１０１６、５×１０１６、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素ドープ品である。
これらのウエーハに６５０℃×３０分の酸素ドナー消去熱処理（ＤＫ処理）を行った後、３％の酸素を含む窒素雰囲気中で１１５０℃×３．５時間のＯＤ処理を行い、さらに、酸素析出核形成熱処理として３％の酸素を含む窒素雰囲気中で炭素ノンドープウェーハには７００℃×８時間、炭素ドープウェーハには７５０℃×２時間の等温熱処理を実施し、更に酸素析出物成長熱処理として窒素雰囲気中で１０００℃×１６時間の高温熱処理を実施した。
これらのＤＺ−ＩＧ処理ウェーハに、窒素雰囲気中で４００℃×４時間の酸素サーマルドナー生成熱処理を行った。熱処理後の各ウェーハの抵抗率測定の結果から酸素ドナーの生成量を算出した。炭素ドープウェーハの場合には、抵抗率の変動は小さく、酸素ドナーの生成量は許容値以内であったが、炭素ノンドープウェーハの場合には、許容値を超えて酸素ドナーが生成した。この結果から、炭素濃度は、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上が酸素ドナーの生成抑制に有効であることが分かる。
（第３実施例）
ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶から次の２種類の８インチサンプルウエーハを切り出した。第１のサンプルウエーハはＰ型で抵抗率が１０００Ωｃｍ、酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素ノンドープ品である。第２のサンプルウエーハは、Ｐ型で抵抗率が１０００Ωｃｍ、酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素濃度が１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素ドープ品である。
これらのウェーハに水素雰囲気中で１２００℃×１時間の水素アニールを施した。アニール直後および窒素雰囲気中で４００℃×４時間のサーマルドナー生成熱処理後の抵抗率の測定から酸素ドナー量を求めた。求めた酸素ドナー量を図６に示す。アニール直後には両ウェーハとも抵抗率の変動は小さく許容値以下の酸素ドナーの生成量であった。４００℃×４時間の熱処理後、炭素ドープウェーハ中の酸素ドナーの生成量はやはり許容量以下であったが、炭素ノンドープウェーハの場合は許容量以上であった。このことから、炭素ドープウェーハに対して既存の水素アニールの熱処理が酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を兼ねることが分かる。
また、水素アニールの有効な温度・時間を把握するために、炭素ドープウエーハに８００〜１１５０℃×１〜４時間の水素アニールを施した。更に、水素ガス雰囲気以外にアルゴンガス雰囲気及びアルゴンガスと水素ガスの混合ガス雰囲気中で１２００℃×１時間の熱処理も行った。使用したウエーハはどちらも第２のサンプルウエーハである。熱処理の後、各ウエーハに対して、窒素雰囲気中で且つ４００℃の温度よりも更に酸素ドナーができやすい４５０℃の温度で、酸素ドナー生成熱処理を１、２、４時間と時間を変化させて行った。熱処理後の各ウエーハの抵抗率を測定し、測定結果から、発生した酸素ドナー量を求めた。求めた酸素ドナー量を図７に示す。
図７から明らかなように、１０００℃×１時間までの熱処理では、許容量を超えて酸素ドナーが発生したが、１１００℃以上×１時間以上では、発生した酸素ドナー量は許容量以下であった。また、アルゴンガス雰囲気及びアルゴンガスと水素ガスの混合ガス雰囲気中で１２００℃×１時間の熱処理を行った場合は、発生した酸素ドナー量は許容量以下であった。即ち、非酸化性ガス雰囲気で１１００℃以上×１時間以上の熱処理を行えば、酸素ドナーの生成を効果的に抑制できることが分かる。
（第４実施例）
ＣＺ法により育成された単結晶から８インチウェーハを切り出した。このウエーハはｐ型で、抵抗率が２０００Ωｃｍ、酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素濃度が１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
このウェーハに６５０℃×３０分の酸素ドナー消去熱処理（ＤＫ処理）を行った後、次の熱処理を実施した。最初に３％の酸素を含む窒素雰囲気中で１１５０℃×３．５時間のＯＤ処理を行い、次に同様の雰囲気中で７５０℃×２時間の酸素析出核形成熱処理を行った。このウェーハに、ｐ型で抵抗率が１０Ωｃｍ、層厚が５μｍになるようにエピタキシャル成長を行った。
このエピタキシャルウェーハに４００℃×２時間のサーマルドナー生成熱処理および７５０℃×８時間のニュードナー生成熱処理を行ったが、基板の抵抗率はＤＫ処理後の２０００Ωｃｍ以上を維持した。
（第５実施例）
ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶から次の２種類の８インチサンプルウエーハを切り出した。第１のサンプルウエーハはＰ型で抵抗率が１０００Ωｃｍ、酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素ノンドーブ品である。第２のサンプルウエーハは、Ｐ型で抵抗率が１０００Ωｃｍ、酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素濃度が１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素ドープ品である。
両ウェーハに６５０℃×３０分の酸素ドナー消去熱処理（ＤＫ処理）を行った後、酸素イオンを表面側から１００ｋｅＶの加速電圧で打ち込んだ。そして、この基板を７００℃に保持した熱処理炉に投入した後、１３２０℃まで昇温し、１０時間保持した。その後、基板を７００℃まで冷却し、炉から取り出すことでＳＩＭＯＸウェーハを製造した。
炭素ドープウエーハおよび炭素ノンドープウェーハを用いて製造したＳＩＭＯＸウェーハに、窒素雰囲気中で４００℃×４時間のサーマルドナー生成熱処理を行った。サーマルドナー生成熱処理後に酸素ドナー密度を測定した結果を図８に示す。図８からわかるように、炭素ドープされたＳＩＭＯＸウェーハでは、酸素ドナーの生成が抑制されている。一方、炭素ノンドープＳＩＭＯＸウェーハでは、酸素ドナーの生成は若干抑制されるが、炭素ドープほどの効果は得られないことがわかる。
（第６実施例）
ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶から次の２種類の８インチサンプルウエーハを切り出した。第１のサンプルウエーハは、Ｐ型で抵抗率が１０００Ωｃｍ、酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素ノンドープ品である。第２のサンプルウエーハは、Ｐ型で抵抗率が１０００Ωｃｍ、酸素濃度が１５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素濃度が１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素ドープ品である。
両ウェーハに６５０℃×３０分の酸素ドナー消去熱処理（ＤＫ処理）を行った後、これらのウェーハに１０００℃の熱処理を酸素雰囲気中で行って、初期基板の表面に熱酸化膜を形成した。次に、これらの基板が支持基板となるよう、活性層となる他ウェーハと１１５０℃で接合した。その後、活性層側ウェーハを厚さ０．５μｍまで研磨・エッチングすることで貼り合わせＳＯＩウェーハを製造した。
炭素ドープウエーハおよび炭素ノンドープウェーハを用いて製造した貼り合わせＳＯＩウェーハに、窒素雰囲気中で４００℃×４時間のサーマルドナー生成熱処理を行った。サーマルドナー生成熱処理後に酸素ドナー密度を測定した。炭素ドープ貼り合わせウェーハの抵抗率は、ＤＫ処理後の抵抗率からの変動が小さく酸素ドナーの生成が許容値以内に抑制されていた。一方、炭素ノンドープ貼り合わせウェーハでは、酸素ドナーの生成は若干抑制されるが、炭素ドープほどの効果は得られなかった。
【産業上の利用可能性】  以上に説明したとおり、本発明の高抵抗シリコンウエーハは、炭素ドープにより、残留酸素濃度を低下させずに、デバイスメーカーの側で実施される回路形成用熱処理での酸素ドナーの生成を抑制できる。これにより、ウエーハの機械的強度を確保でき、熱処理コストも低減できる。更に、残留酸素濃度に影響されずに適度の酸素析出物を生成させることにより、ゲッタリング能にも優れる。
また、本発明の高抵抗シリコンウエーハの製造方法は、炭素ドープに加えて、酸素ドナーの生成抑制に有効な熱処理を行うことにより、酸素ドナーの生成をより効果的に抑制できる。しかも、その熱処理に、ウエーハタイプに固有の各種熱処理を利用できるので、熱処理コストの増大を回避でき、優れた経済性を維持できる。
【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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【国際調査報告】
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2004008521.tif 000012
2004008521.tif 000013
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