(57)【要約】【課題】ウェーハ表面近傍には高品質なＤＺ層が形成され、バルク中には十分な密度の酸素析出物が形成され高いゲッタリング能力が得られ、しかも、デバイス動作時において熱の発生が抑制され、発生した熱の拡散も効率的に行うことができるシリコンウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも、チョクラルスキー法により、同位体２８Ｓｉの含有率が９２．３％以上のシリコン多結晶原料を用いて、抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上、初期格子間酸素濃度が８〜２５ｐｐｍａのシリコン単結晶棒を育成し、該シリコン単結晶棒をスライスしてウェーハに加工し、該ウェーハに熱処理を行なうことにより該ウェーハ中の残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下とすることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハの製造方法であって、少なくとも、チョクラルスキー法により、同位体２８Ｓｉの含有率が９２．３％以上のシリコン多結晶原料を用いて、抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上、初期格子間酸素濃度が８〜２５ｐｐｍａのシリコン単結晶棒を育成し、該シリコン単結晶棒をスライスしてウェーハに加工し、該ウェーハに熱処理を行なうことにより該ウェーハ中の残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下とすることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記シリコン単結晶棒を育成する際に、窒素をドープすることを特徴とする請求項１に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記ドープする窒素濃度を１×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることを特徴とする請求項２に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記熱処理として、水素ガスまたは不活性ガス、あるいは水素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気下において、１０００〜１２００℃の温度で１〜２０時間の熱処理を行なうことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記シリコンウェーハの直径を２００ｍｍ以上にすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載されたシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された製造方法により製造されたものであることを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項７】
チョクラルスキー法により育成された抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上のシリコンウェーハであって、格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下、内部欠陥密度が１×１０８〜２×１０１０個／ｃｍ３、且つ同位体２８Ｓｉの含有率が９２．３％以上のものであることを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項８】
窒素がドープされたものであることを特徴とする請求項７に記載されたシリコンウェーハ。
【請求項９】
前記ドープされた窒素の濃度が１×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のものであることを特徴とする請求項８に記載されたシリコンウェーハ。
【請求項１０】
前記シリコンウェーハの表面における、直径０．１２μｍ以上のサイズのＣＯＰ密度が０．０５個／ｃｍ２以下のものであることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載されたシリコンウェーハ。
【請求項１１】
直径が２００ｍｍ以上のものであることを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれか一項に記載されたシリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造用のシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハに関し、更に詳しくは、高抵抗率であってウェーハ表面近傍の欠陥密度が低くかつゲッタリング能力も高く、さらに熱伝導率も高いシリコンウェーハの製造方法及びシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造用のシリコンウェーハを作製するためのシリコン単結晶の製造方法には、チョクラルスキー法（ＣＺ法）やフローティングゾーン（ＦＺ法）がある。従来から高耐圧パワーデバイスやサイリスタ等のパワーデバイス製造用にＦＺ法により製造された高抵抗率のシリコンウェーハが使用されてきた。しかし、ＦＺ法では直径２００ｍｍ以上の大直径シリコンウェーハを作製することは困難であり、また、通常のＦＺウェーハの面内抵抗率分布はＣＺウェーハに比べて劣る。そのため、抵抗率の面内分布に優れたウェーハが作製できる上、直径が２００ｍｍ以上の大直径ウェーハも十分に作製可能なＣＺ法によるシリコンウェーハが将来的に有望である。
【０００３】
近年、移動体通信用の半導体デバイスや、最先端のＣ−ＭＯＳデバイスでは寄生容量の低下が必要である。このために大直径で高抵抗率のシリコンウェーハが必要となる。また、信号の伝送ロスやショットキーバリアダイオードにおける寄生容量の低下に高抵抗率の基板を用いることの効果が報告されている。さらに、前記半導体デバイスを更に高性能にするために、いわゆるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハが用いられることもあるが、ＳＯＩウェーハを用いて半導体デバイスを製造する場合においても、前述したウェーハの大直径化や信号の伝送ロス等の問題を解決するためには、ＣＺ法による高抵抗率のウェーハをベースウェーハとして用いることが要求されている。
【０００４】
しかし、ＣＺ法では、シリコン原料の融液を収容するために石英製のルツボを使用していることから、育成するシリコン結晶中にルツボから融け出す酸素（格子間酸素）が少なからず混入する。このような酸素原子は通常単独では電気的に中性であるが、３５０〜５００℃程度の低温熱処理が施されると複数個の酸素原子が集まって電子を放出して電気的に活性な酸素ドナーとなる。そのため、ＣＺ法により得られた高抵抗率ウェーハに、半導体デバイス製造工程等で３５０〜５００℃程度の熱処理が施されると、この酸素ドナーの形成により高抵抗率ＣＺウェーハの抵抗率が低下してしまう問題がある。
【０００５】
上記のような酸素ドナーによる抵抗率の低下を防ぎ、高抵抗率のシリコンウェーハを得るために、磁場印加ＣＺ法（ＭＣＺ法）により結晶育成の当初から格子間酸素濃度の低いシリコン単結晶を製造する方法が提案された（例えば特許文献１、特許文献２参照）。また、酸素ドナーが形成される現象を逆に利用して、低不純物濃度で低酸素濃度のＰ型シリコンウェーハに４００〜５００℃の熱処理を行って酸素ドナーを発生させ、この酸素ドナーによりＰ型シリコンウェーハ中のＰ型不純物を打ち消してＮ型化し、高抵抗率Ｎ型シリコンウェーハを製造する方法も提案された（例えば特許文献３参照）。
【０００６】
しかし、上記のようにＭＣＺ法等で、格子間酸素濃度が低いシリコン単結晶を製造すると、デバイス製造工程での熱処理により発生する内部欠陥の密度が低く、十分なゲッタリング効果が得られにくいという欠点がある。高集積度のデバイスでは、ある程度の酸素析出によるゲッタリング効果の付与は必須である。
【０００７】
また、熱処理により酸素ドナーを発生させ、ウェーハ中のＰ型不純物を打ち消してＮ型化する方法は、長時間の熱処理が必要な煩雑な方法であり、またＰ型シリコンウェーハを得ることはできない。そして、その後の熱処理によっては、抵抗率が変動する欠点もあり、さらに、この方法では格子間酸素濃度を高くするとウェーハ抵抗率の制御が難しいために、シリコンウェーハの初期格子間酸素濃度は低いものにせざるを得ず、ウェーハのゲッタリング効果は低いものになってしまう欠点もある。
【０００８】
このような問題点を解決するため、高抵抗率のウェーハに窒素をドープした積極的ないわゆるＤＺ−ＩＧ処理を適用し、酸素析出物のない良質な表面無欠陥層（Ｄｅｎｕｄｅｄ  Ｚｏｎｅ層：ＤＺ層）と、バルク部分の酸素析出物層と、ＤＺ層と酸素析出物層の間の急峻なプロファイルをもつ遷移領域とからなる構造を有し、酸素ドナーによる抵抗率の変化を抑え、酸素析出物による内部ゲッタリング（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ：ＩＧ）により優れたゲッタリング能力を有したウェーハの製造方法が開示されている（例えば特許文献４参照）。この方法によれば、ＳＯＩウェーハと同等レベルの性能を有するウェーハを、ＳＯＩウェーハに比べて製造コストが安価なバルクウェーハで実現できるとしている。また、この方法では、窒素ドープによりＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）のようなＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズも極めて小さいものとすることができる。
【０００９】
ところで、酸素ドナーの抑制については、シリコンの安定した同位体である２８Ｓｉ、２９Ｓｉ、３０Ｓｉの組成比を、天然のシリコンにおける組成比であるところの２８Ｓｉが９２．２３％、２９Ｓｉが４．６７％、３０Ｓｉが３．１０％から変化させることで、酸素ドナーの発生及びシリコン同位体の固まりが核となって引き起こされると考えられる酸素析出物の発生を制御できる可能性が示されている（例えば特許文献５参照）。
【００１０】
一方、近年では、シリコン集積回路素子における急速な高集積化、高速動作化及び高電力化による素子自体の発熱が問題となっている。集積回路の発熱はキャリア移動度の低下による素子の低速化を招き、或いは誤動作や破壊の原因となるため、発熱に対する対策は重要課題となっており、その解決策が求められている。これはシリコン基板を用いた上記のようなパワーデバイスにおいても同様である。
【００１１】
上記発熱の問題を解決するため、同位体２８Ｓｉの含有率を天然のシリコンより高い９８％にすることによってシリコンの熱伝導率を向上させ、放熱性を高めるという技術が開示されている（例えば特許文献６参照）。このように同位体の一種の含有率を高めたＳｉは、ガス拡散法、遠心分離法、レーザー分離法等により生産することができる（例えば特許文献７参照）。
【００１２】
【特許文献１】特公平８−１０６９５号公報
【特許文献２】特開平５−５８７８８号公報
【特許文献３】特公平８−１０６９５号公報
【特許文献４】特開２００２−１００６３２公報
【特許文献５】特許２７０１８０９号公報
【特許文献６】米国特許５１４４４０９号明細書
【特許文献７】特開２００１−１９９７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明はウェーハ表面近傍には高品質なＤＺ層が形成され、バルク中には十分な密度の酸素析出物が形成されているので高いゲッタリング能力が得られ、しかも、デバイス動作時において熱の発生が抑制され、発生した熱の拡散も効率的に行うことができるシリコンウェーハの製造方法を提供し、従来には存在しなかったＳＯＩウェーハの代替となり得る高品質の高抵抗率ＤＺ−ＩＧウェーハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的達成のため、本発明は、シリコンウェーハの製造方法であって、少なくとも、チョクラルスキー法により、同位体２８Ｓｉの含有率が９２．３％以上のシリコン多結晶原料を用いて、抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上、初期格子間酸素濃度が８〜２５ｐｐｍａのシリコン単結晶棒を育成し、該シリコン単結晶棒をスライスしてウェーハに加工し、該ウェーハに熱処理を行なうことにより該ウェーハ中の残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下とすることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法を提供する（請求項１）。
【００１５】
このように、同位体２８Ｓｉの含有率が９２．３％以上のシリコン多結晶原料を用いて抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上、初期格子間酸素濃度が８〜２５ｐｐｍａのシリコン単結晶棒を育成し、これをスライスしてウェーハに加工し、熱処理を行なうことにより残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下とすれば、熱伝導やキャリア移動度が充分に高く放熱性も高いシリコンウェーハとできるし、熱処理により残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下の低酸素濃度となるように格子間酸素を析出させることにより酸素ドナーの発生による抵抗率低下が抑制され、ウェーハ表面近傍の格子間酸素の外方拡散により酸素析出に関連した表面近傍の欠陥が低減されたＤＺ層が形成され、しかも酸素析出物層には酸素析出物が充分に存在するのでゲッタリング能力の高い高抵抗率のシリコンウェーハの製造が可能になる。
尚、熱伝導率やキャリア移動度をより高くするためには、２８Ｓｉの含有率を９４％以上とすることがより好ましく、さらに９８％以上とすることが一層好ましい。
【００１６】
このとき、前記シリコン単結晶棒を育成する際に、窒素をドープすることが好ましい（請求項２）。
このように、窒素をドープすれば、酸素析出物層における酸素析出物の発生が促進され、より高いゲッタリング能力をもつとともに、表面近傍のＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズが極めて小さいシリコンウェーハの製造が可能になる。
【００１７】
この場合、前記ドープする窒素濃度を１×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とするのが好ましい（請求項３）。
このように、窒素濃度を１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすれば、窒素をドープすることによる酸素析出の効果が明らかであり、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であれば、結晶引き上げ時の単結晶化の妨げになったり、連続操業の不安定化を引き起こすこともない。さらに、より好ましくは窒素濃度を１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。窒素濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となると６００℃程度の熱処理により形成される酸素−窒素ドナーが多くなり、抵抗率を低下させる恐れがあるからである。すなわち、酸素−窒素ドナーの形成に寄与する窒素は、ドープされた窒素の１０％程度であることが知られており、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のドープ量では１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の酸素−窒素ドナーが形成される可能性がある。このドナーが全て活性化したとすると約数１００Ω・ｃｍの抵抗率の変動をもたらすが、逆にこれ以下のドナーの発生量であれば、ほとんど影響はないということができる。
【００１８】
また、前記熱処理として、水素ガスまたは不活性ガス、あるいは水素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気下において、１０００〜１２００℃の温度で１〜２０時間の熱処理を行なうことが好ましい（請求項４）。
このように、熱処理雰囲気を水素ガスまたはアルゴン等の不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気とすることにより、ウェーハ表面およびその近傍のＣＯＰを効果的に消滅させると同時に、バルク中の酸素析出物を成長させることができる。この場合、熱処理温度が１０００℃を下回ると、ＣＯＰを充分に消滅させるためには２０時間を越えるような長時間の熱処理が必要となる。また、熱処理が１２００℃であれば１時間程度の熱処理でＣＯＰを充分に消滅させることができるが、１２００℃を超える温度では、結晶育成中に形成された酸素析出核が再溶解しやすくなり、熱処理後に十分な酸素析出物密度が得られにくくなる。そのため、熱処理温度は１０００〜１２００℃とすることが好ましい。
【００１９】
そして、前記シリコンウェーハの直径を２００ｍｍ以上にすることが好ましい（請求項５）。
このように、シリコンウェーハの直径を２００ｍｍ以上にすれば、熱伝導率が高いので放熱効率が高く、キャリア移動度が高いので応答速度の速いデバイスを収率よく製造するのに適した高抵抗ＤＺ−ＩＧウェーハを製造することができ、特に近年需要が高まっている２００ｍｍや３００ｍｍの大口径シリコンウェーハを製造することができる。
【００２０】
また、本発明は、上記の方法により製造されたものであることを特徴とするシリコンウェーハを提供する（請求項６）。
このように、上記の方法により製造されたシリコンウェーハは、抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上の高抵抗率を有し、格子間酸素濃度が８ｐｐｍ以下と低いのでデバイス製造工程における酸素のドナー化による抵抗率の低下が発生せず、熱伝導率やキャリア移動度が十分高く、しかもウェーハ表層部のＤＺ層のＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が極めて少ない高品質の高抵抗ＤＺ−ＩＧウェーハとなる。
【００２１】
また、本発明は、チョクラルスキー法により育成された抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上のシリコンウェーハであって、格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下、内部欠陥密度が１×１０８〜２×１０１０個／ｃｍ３、且つ同位体２８Ｓｉの含有率が９２．３％以上のものであることを特徴とするシリコンウェーハを提供する（請求項７）。
【００２２】
このように、近年要求されている１００Ω・ｃｍ以上の高抵抗率を有し、格子間酸素濃度が８ｐｐｍ以下と低く酸素ドナーの発生が抑えられ、酸素析出物が十分に存在して内部欠陥密度が１×１０８〜２×１０１０個／ｃｍ３と十分な密度であるのでゲッタリング能力が高く、かつ同位体２８Ｓｉの含有率が９２．３％以上のものであるので、酸素析出に関連した表面近傍の欠陥が低減されるとともに、熱伝導率やキャリア移動度が十分高いシリコンウェーハとすることができる。
【００２３】
このとき、前記シリコンウェーハは窒素がドープされたものであることが好ましい（請求項８）。
このように、窒素がドープされたシリコンウェーハであれば、バルク部での酸素析出物の発生が促進され、より高いゲッタリング能力をもつとともに、ＣＯＰ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズが極めて小さいシリコンウェーハとなる。
【００２４】
この場合、前記ドープされた窒素の濃度が１×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のものであることが好ましい（請求項９）。
このように、窒素濃度が１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であれば、窒素ドープによる酸素析出の効果が高いものであり、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であれば、良好に単結晶化された製造効率のよいシリコンウェーハである。さらに、より好ましくは窒素濃度を１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である。窒素濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となると６００℃程度の熱処理により形成される酸素−窒素ドナーが多くなり、抵抗率を低下させる恐れがあるが、窒素濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であれば、ほとんど影響はないということができる。
【００２５】
また、前記シリコンウェーハの表面における、直径０．１２μｍ以上のサイズのＣＯＰ密度が０．０５個／ｃｍ２以下のものであることが好ましい（請求項１０）。
このように、シリコンウェーハの表面における欠陥密度、特に直径０．１２μｍ以上のサイズのＣＯＰ密度が０．０５個／ｃｍ２以下となるシリコンウェーハであれば、ＣＯＰ密度の極めて小さい、高品質のシリコンウェーハであり、低欠陥かつ高熱伝導率の半導体デバイスの作製に適するシリコンウェーハとなる。
【００２６】
そして、前記シリコンウェーハは、直径が２００ｍｍ以上のものであることが好ましい（請求項１１）。
このように、シリコンウェーハの直径が２００ｍｍ以上であれば、放熱効率が高く応答速度の速いデバイスを収率よく製造することが可能となり、特に近年需要が高まっている２００ｍｍや３００ｍｍの大口径シリコンウェーハとすることが好適である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に従い、同位体２８Ｓｉの含有率が９２．３％以上のシリコン多結晶原料を用いて抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上、初期格子間酸素濃度が８〜２５ｐｐｍａのシリコン単結晶棒を育成し、これをスライスしてウェーハに加工し、熱処理を行なうことにより残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下とすれば、ウェーハ表面近傍には酸素析出物だけでなくＣＯＰ等の欠陥をも大幅に減少させた高品質なＤＺ層が形成され、バルク中には十分な密度の酸素析出物が形成され高いゲッタリング能力が得られ、しかも、デバイス動作時において熱の発生が抑制され、発生した熱の拡散も効率的に行うことができるとともに、酸素ドナーの発生が抑制されて抵抗率の変動が少ない高抵抗シリコンウェーハを製造することが可能となり、従来には存在しなかったＳＯＩウェーハの代替となり得る高品質の高抵抗率ＤＺ−ＩＧウェーハを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明者らは、デバイス製造工程での３５０℃〜５００℃程度の熱処理で抵抗率の低下が起こる高抵抗率ＤＺ−ＩＧウェーハに対して角度研磨を行った後、選択エッチングを施して深さ方向の酸素析出物（エッチピット）の分布を観察した結果を図１に模式的に示す。
【００２９】
図１より、表面から約２０μｍがＤＺ層であり、表面から約３０μｍ以上の深い領域が酸素析出物層であり、この間にある、表面から深さ約２０〜３０μｍ程度の領域が、遷移領域（完全なＤＺ層になっておらず、酸素析出物が若干存在する領域）であることが判る。この遷移領域の近辺が、デバイス製造工程での熱処理で抵抗率が極端に低下している領域と一致しており、後にこの部分の格子間酸素濃度を赤外吸収法により確認したところ、格子間酸素濃度が８ｐｐｍａを超えている部分であることが判った。
【００３０】
この結果から、ベースウェーハに高抵抗率ウェーハを用いた移動体通信用としてのＳＯＩウェーハと同等レベルの性能をバルクウェーハで実現可能な「高抵抗率ＤＺ−ＩＧウェーハ」を確実に得るためには、ＤＺ層及び酸素析出物層のみならず、その間の遷移領域における格子間酸素濃度も８ｐｐｍａ以下となるようにするか、または前記遷移領域幅ができるだけ急峻なプロファイルとすることができれば、遷移領域全体としての格子間酸素量は少ないものとなるため、酸素ドナー化による影響も少なくすることができると考えた。加えて、より高品質のＤＺ−ＩＧウェーハとするには、ＤＺ層中のＣＯＰも低減することも必要であると考えた。
【００３１】
この場合、前述のように、高抵抗のウェーハに窒素ドープとＤＺ−ＩＧの熱処理を施すことによって表面近傍の結晶欠陥のないＤＺ層と、十分に酸素析出物が析出した酸素析出物層を有する高抵抗率ＤＺ−ＩＧウェーハを得ることができることが開示されているが、近年のより高抵抗かつ高品質のＤＺ−ＩＧウェーハに対する要求に応えるために、さらに積極的に酸素ドナーの発生とＣＯＰ等の結晶欠陥を抑える必要があった。
【００３２】
また、このような高抵抗且つ高品質のシリコンウェーハを用いて作製されたシリコン集積回路素子における急速な高集積化、高速動作化及び高電力化による素子自体の発熱が問題となっており、その解決策が求められていた。
【００３３】
本発明者らは、抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上、初期格子間酸素濃度が８〜２５ｐｐｍａのシリコン単結晶棒を育成し、これをスライスしてウェーハに加工し、熱処理を行なうことにより残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下とし、さらにシリコン多結晶原料として同位体２８Ｓｉの含有率が９２．３％以上のものを用いてシリコンウェーハを作製すれば、酸素ドナーの発生とＤＺ層における結晶欠陥を抑えることができるとともに、熱伝導率やキャリア移動度が高くでき、放熱効果や動作速度も高くできることを見出し、本発明を完成させた。
【００３４】
以下では、本発明の実施形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、公知のＣＺ法あるいはこのＣＺ法においてシリコン融液に磁場を印加して融液の対流を制御して単結晶を引き上げる公知のＭＣＺ法により所望の１００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有し、初期格子間酸素濃度が１０〜２５ｐｐｍａとなるようにシリコン単結晶棒を引き上げる。このとき、原料となるシリコン多結晶には同位体２８Ｓｉの含有量が９２．３％以上のものを用いる。この場合の含有量は、熱伝導率やキャリア移動度を十分高いものとするには９４％以上が好ましく、９８％以上であれば一層好ましい。成長させる単結晶の同位体比はほぼ原料多結晶の同位体比で決まるため、石英ルツボ及び種結晶は天然の同位体比のシリコンからなるものを用いることができるが、これら石英ルツボ及び種結晶も同位体２８Ｓｉの含有量が９２．３％以上のものを用いれば、成長させる単結晶の２８Ｓｉの含有量を確実に高いものとすることができる。
【００３５】
ＣＺ法及びＭＣＺ法は、石英ルツボ中に収容された多結晶シリコン原料の融液に種結晶を接触させ、これを回転させながらゆっくりと引き上げて所望の直径の単結晶棒を育成する方法であるが、初期格子間酸素濃度を上記の所望の値にするためには、従来の方法を用いればよい。例えば、ルツボの回転数、導入ガス流量、雰囲気圧力、シリコン融液の温度分布及び対流、あるいは印加する磁場強度等のパラメータを適宜に調整することで、ルツボから融け出す酸素の量および結晶に取り込まれる酸素の量を調整することができるので、所望の酸素濃度の結晶を得ることができる。
【００３６】
育成するシリコン単結晶に窒素をドープするには、例えば石英ルツボの原料多結晶中に予め表面に窒化膜が形成されたシリコンウェーハ等の窒化物を投入しておくことにより容易に行うことができる。また、育成する結晶中にドープされる窒素の濃度は、原料多結晶やルツボに投入する窒化物の量、及び窒素の偏析係数などから計算により求めることができる。このとき、窒素濃度が１×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるように窒化物を投入することが好ましい。
【００３７】
こうして得られたＣＺシリコン単結晶棒を通常の方法に従い、ワイヤーソーあるいは内周刃スライサー等の切断装置でスライスした後、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の工程を経てＣＺシリコンウェーハに加工する。もちろんこれらの工程は、例示列挙したにとどまり、この他にも洗浄、熱処理等様々な工程が有り得るし、工程順の変更、一部省略等目的に応じて適宜工程は変更される。
【００３８】
次に、残留格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下になるように熱処理を施す。ここで、残留格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下となるような熱処理は、酸素析出量が熱処理されるウェーハの初期格子間酸素濃度や結晶成長時の熱履歴に依存するので必ずしも特定できないが、これら初期格子間酸素濃度や熱履歴等の条件に合わせて実験的に設定することができる。熱処理により酸素が析出し、熱処理後の格子間酸素濃度（残留格子間酸素濃度）が８ｐｐｍａ以下となるように、初期格子間酸素濃度および熱処理条件を設定し、酸素析出量を制御する。残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下に減少させることによって、酸素ドナーの発生を抑制することができる。好ましくは残留格子間酸素濃度を６ｐｐｍａ以下にする。
【００３９】
尚、本発明においては、熱処理による酸素析出物の形成だけでなくＣＯＰの消滅も考慮する必要がある。ＣＯＰを消滅させる熱処理としては、水素ガスまたはアルゴンガス等の不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で高温の熱処理をすることが好ましいが、あまり高温にすると酸素析出物が形成されにくくなり、また、遷移領域の幅が広くなってしまうという弊害があるので、熱処理温度としては、１０００〜１２００℃が好ましい。このような比較的低温であっても、窒素がドープされている場合には、ＣＯＰのサイズが小さくなっているので、十分に消滅させることができるし、窒素ノンドープでも、ＣＯＰの大きさを十分に小さくすることができる。また、ウェーハ表面側では格子間酸素の外方拡散による低減も可能である。また、水素ガス又はアルゴンガス等の不活性ガス、あるいはこれらの混合ガスを用いることで、酸素の外方拡散プロファイルがウェーハ表面で急激に変化するため、より急峻な遷移領域を形成することができる。
【００４０】
この際、熱処理を例えば１２００℃と１０００℃の２段に分割し、初段の高温熱処理でＣＯＰを十分に消滅または微小化させた後、２段目の低温熱処理で酸素析出物を十分に成長させるという処理も可能である。尚、これらの熱処理は、多数のウェーハを一度に熱処理することができる通常の縦型炉や横型炉（拡散炉）を用いて行うことができる。
【実施例】
【００４１】
以下に本発明の実施例および比較例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
２８Ｓｉの含有率が９８％の原料シリコン多結晶と表面に窒化膜が形成されたシリコンウェーハを石英ルツボに投入し、ＣＺ法（磁場印加無し）により引き上げられた窒素ドープシリコン単結晶棒を通常の方法により加工し、直径２００ｍｍ、初期格子間酸素濃度１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、窒素濃度８×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（計算値）、抵抗率２５００Ω・ｃｍのＣＺシリコンウェーハを作製した。
【００４２】
このウェーハを縦型熱処理炉により、アルゴン１００％雰囲気下で１１００℃で２時間＋１０００℃で１６時間の熱処理を行い、さらに窒素雰囲気（３％酸素混合）下においてデバイス製造プロセスを仮定した熱処理（１２００℃で１時間＋４５０℃で５時間）を行った。こうして得られたシリコンウェーハについて、赤外吸収法によりウェーハ全体の残留格子間酸素濃度測定を行ったところ、ウェーハ中の残留格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であることを確認した。
【００４３】
そして、これらの熱処理後のウェーハを角度研磨した後、広がり抵抗法により表面から深さ１００μｍまでの抵抗率を測定したところ、ウェーハ中のどの領域も２０００Ω・ｃｍ以上の高い抵抗率を有することが確認された。次いで、角度研磨面を選択エッチングして光学顕微鏡観察した結果、遷移領域の幅は５μｍ程度と狭く急峻であり、酸素析出領域における欠陥密度は、５〜８×１０９個／ｃｍ３と十分な値であった。すなわち実施例１のシリコンウェーハは、デバイス製造プロセスを仮定した熱処理を施しても酸素ドナーによる抵抗率低下の影響が極めて少なく、しかも十分なゲッタリング能力を持つＤＺ−ＩＧウェーハであることがわかる。
【００４４】
さらに熱処理後のウェーハ表面及び表面を３μｍ研磨した面に存在する直径０．１２μｍ以上のサイズのＣＯＰ密度をパーティクルカウンター（ＫＬＡテンコール社製、ＳＰ１）により測定した。測定されたＣＯＰ密度は、いずれの面においても０．０４個／ｃｍ２以下であり、ウェーハ表面においても表面から３μｍの深さの面においても低密度であった。この実施例で得られたシリコンウェーハにおける深さ方向の析出分布を図２に模式的に示した。
【００４５】
（比較例１）
原料シリコン多結晶として天然の同位体組成比のものを用いた以外は、実施例１と同一条件により引き上げられたシリコン単結晶を通常の方法により加工し、直径２００ｍｍ、初期格子間酸素濃度１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、抵抗率２５００Ω・ｃｍのＣＺシリコンウェーハを作製した。
【００４６】
このウェーハを縦型熱処理炉により、アルゴン１００％雰囲気下で１１００℃で２時間＋１０００℃で１６時間の熱処理を行い、さらに窒素雰囲気（３％酸素混合）下においてデバイス製造プロセスを仮定した熱処理（１２００℃で１時間＋４５０℃で５時間）を行った。こうして得られたシリコンウェーハについて、赤外吸収法によりウェーハ全体の残留格子間酸素濃度測定を行ったところ、ウェーハ中の残留格子間酸素濃度が８ｐｐｍａであることを確認した。
【００４７】
そして、熱処理後のウェーハを角度研磨した後、広がり抵抗測定法により表面から深さ１００μｍまでの抵抗率を測定したところ、ウェーハ中のどの領域も１０００Ω・ｃｍ以上の抵抗率であったが、深さ３０μｍから４０μｍにかけてやや抵抗率の減少傾向が見られることがわかった。
【００４８】
さらに熱処理後のウェーハ表面及び表面を３μｍ研磨した面に存在する直径０．１２μｍ以上のサイズのＣＯＰ密度をパーティクルカウンター（ＫＬＡテンコール社製、ＳＰ１）により測定した。測定されたＣＯＰ密度は、いずれの面においても０．０６個／ｃｍ２程度であり、実施例１よりもやや高密度であった。
【００４９】
以上の結果から、２８Ｓｉの比率を高めることにより、無欠陥層を広くできる効果が確認できた。また、放熱効果や動作速度についても高くすることが期待できる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来のシリコンウェーハにおける深さ方向の析出分布を示した模式図である。
【図２】本発明の実施例１のシリコンウェーハにおける深さ方向の析出分布を示した模式図である。
【図１】
2005064405.tif 000002
【図２】
2005064405.tif 000003