(57)【要約】【課題】  デバイスメーカー側で実施される回路形成用熱処理での酸素ドナー発生を効果的に抑制できる低酸素濃度シリコンウェーハを用い、機械的強度が高く、且つ比較的安価で、、ＣＯＰ（ Crystal Originated Particle ）フリーの高抵抗シリコンウェーハを提供する。【解決手段】  １００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する高抵抗シリコンウェーハであって、該ウェーハ中の格子間酸素濃度が８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 )以下で、且つ該ウェーハ内部の酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）密度が５×１０７個／ｃｍ３以下であることを特徴とする高抵抗シリコンウェーハ。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する高抵抗シリコンウェーハであって、該ウェーハ中の格子間酸素濃度が８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 )以下で、且つ該ウェーハ内部の酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）密度が５×１０7個／ｃｍ3以下であることを特徴とする高抵抗シリコンウェーハ。
【請求項２】
１００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有し、かつ格子間酸素濃度が８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 )以下の単結晶シリコンインゴットから切り出されたシリコンウェーハであって、該ウェーハ内部の酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）密度が５×１０7個／ｃｍ3以下であり、該シリコンウェーハはＣＯＰ（ Crystal Originated Particle ）が存在しない結晶領域から切り出されたウェーハであることを特徴とする高抵抗シリコンウェーハ。
【請求項３】
１００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有し、かつ格子間酸素濃度が８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 )以下の単結晶シリコンインゴットから切り出されたシリコンウェーハであって、該ウェーハ内部の酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）密度が５×１０7個／ｃｍ3以下であり、ウェーハ表面から５μｍ以上の深さにわたりＣＯＰ（ Crystal Originated Particle ）及び酸素析出物が存在しないことを特徴とする高抵抗シリコンウェーハ。
【請求項４】
前記ウェーハ中の炭素濃度が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F123-1981 )以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の高抵抗シリコンウェーハ。
【請求項５】
前記ウェーハ中の窒素濃度が１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の高抵抗シリコンウェーハ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の高抵抗シリコンウェーハをベースウェーハとしたことを特徴とするＳＯＩ構造を有する高抵抗シリコンウェーハ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の高抵抗シリコンウェーハをベースウェーハとしたことを特徴とするエピタキシャル構造を有する高抵抗シリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波通信デバイスに使用される高抵抗シリコンウェーハ、ＳＯＩ構造を有するシリコンウェーハのベースウェーハに使用される高抵抗シリコンウェーハ及びエピタキシャル構造を有するシリコンウェーハのベースウェーハに使用される高抵抗シリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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、高抵抗ウェーハの需要が増大している。従来、上記高周波通信デバイス用の高抵抗ウェーハには、ＧａＡｓウェーハなどの化合物半導体ウェーハ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ウェーハは非常に高価である。
【０００３】
一方、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熱処理過程においてサーマルドナーやニュードナーといった酸素ドナーを形成するため、デバイスメーカー側でウェーハの抵抗率が変動する。
【０００４】
通常、低抵抗ウェーハの場合、酸素ドナーがウェーハの抵抗率に与える影響は軽微であり、実質上は問題にならない。ところがドーパント濃度が低い高抵抗ウェーハの場合は、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、さら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。
【０００５】
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、磁場引き上げ法（ＭＣＺ法）や内面をＳｉＣでコートした特別な石英ルツボを用いて製造された酸素の溶け込みを抑えた低酸素濃度シリコンウェーハを使用して、サーマルドナーやニュードナーといった酸素ドナーの形成を抑制する方法が提案されている。（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−００９０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、低酸素濃度シリコンウェーハでは、酸素ドナーの生成は、抑制されるが、高抵抗シリコンウェーハにおいて、酸素濃度を低減した場合、機械的強度が低下し、熱処理時にボート接触箇所において機械的強度の低下に伴うスリップが発生するなどの問題がある。また、強度に影響する因子として酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）があり、ＢＭＤを高密度に形成すると、機械的強度が低下し、デバイスプロセス中においてスリップが多発する場合がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、デバイスメーカー側で実施される回路形成用熱処理での酸素ドナー発生を効果的に抑制できる低酸素濃度シリコンウェーハを用い、機械的強度が高く、且つ比較的安価で、、ＣＯＰ（ Crystal Originated Particle ）フリーの高抵抗シリコンウェーハを提供することにある。更には、この高抵抗シリコンウェーハをベースウェーハとしたＳＯＩ構造を有する高抵抗シリコンウェーハやエピタキシャル構造を有する高抵抗シリコンウェーハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、１００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する高抵抗シリコンウェーハであって、該ウェーハ中の格子間酸素濃度が８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 )以下で、且つ該ウェーハ内部の酸素析出物密度（ BMD: Bulk Micro Defect ）が５×１０7個／ｃｍ3以下であることを特徴とする高抵抗シリコンウェーハである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、１００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有し、かつ格子間酸素濃度が８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 )以下の単結晶シリコンインゴットから切り出されたシリコンウェーハであって、該ウェーハ内部の酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）密度が５×１０7個／ｃｍ3以下であり、該シリコンウェーハはＣＯＰ（ Crystal Originated Particle ）が存在しない結晶領域から切り出されたウェーハであることを特徴とする高抵抗シリコンウェーハである。
【００１０】
一般に、ＣＺシリコンウェーハでは、酸化熱処理を受けたときに、結晶径方向の一部にＯＳＦと呼ばれるリング状の酸素誘起積層欠陥が発生する。そのリング発生位置は結晶引上げ速度によって異なり、且つリングの外側と内側とでは物性の異なることが知られている。通常に育成したＣＺシリコンウェーハでは、リング状ＯＳＦ発生領域の内側に無欠陥領域が存在し、その内側がＣＯＰ発生領域となる。一方、リング状ＯＳＦ発生領域の外側には酸素析出促進領域及び酸素析出抑制領域が存在し、その外側が転位クラスター欠陥発生領域となる。このＣＯＰおよび転位クラスター欠陥などは結晶育成過程で結晶内に導入される欠陥であることからgrown-in欠陥とも言われており、リング状ＯＳＦ発生領域内側の無欠陥領域から転位クラスター欠陥発生領域内側の酸素析出抑制領域までが、ＣＯＰも転位クラスターも存在しない完全無欠陥領域となる。
【００１１】
ここでは、１００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有し、かつ格子間酸素濃度が８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 )以下である結晶の上述完全無欠陥領域からウェーハを切り出して鏡面ウェーハを作製し、ＣＯＰフリーの高抵抗シリコンウェーハを得るものである。この該シリコンウェーハは、ＢＭＤ密度の測定のための処理を施した後、ウェーハ内部の酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）密度を測定すると５×１０7個／ｃｍ3以下である。これにより、酸素ドナーを抑制したＣＯＰフリーの高抵抗シリコンウェーハ得られる。以下、ウェーハ内部の酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）密度は請求項３から請求項７に記載のシリコンウェーハも同様である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、１００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有し、かつ格子間酸素濃度が８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 )以下の単結晶シリコンインゴットから切り出されたシリコンウェーハであって、ウェーハ表面から５μｍ以上の深さにわたりＣＯＰ（ Crystal Originated Particle ）及び酸素析出物が存在しないことを特徴とする高抵抗シリコンウェーハである。
【００１３】
ここでは、１００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有し、かつ格子間酸素濃度が８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 )以下である結晶からウェーハを切り出して鏡面ウェーハを作製し、デバイス領域として使用されるウェーハ表層部からＣＯＰを排除するために、アルゴンアニールや水素アニール等を施し、ウェーハ表面から５μｍ以上の深さにわたりＣＯＰフリー化を行い高抵抗シリコンウェーハを得るものである。よって、請求項２に記載の発明と同様、酸素ドナーを抑制したＣＯＰフリーの高抵抗シリコンウェーハ得られる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記高抵抗シリコンウェーハであって、前記ウェーハ中の炭素濃度が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F123-1981 )以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の高抵抗シリコンウェーハである。これにより、酸素ドナーを抑制したＣＯＰフリー且つ機械的強度に優れた高抵抗シリコンウェーハが得られる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記高抵抗シリコンウェーハであって、ウェーハ中の窒素濃度が１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の高抵抗シリコンウェーハである。これにより、請求項４に記載の発明と同様、酸素ドナーを抑制したＣＯＰフリー且つ機械的強度に優れた高抵抗シリコンウェーハが得られる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の高抵抗シリコンウェーハをベースウェーハとしたことを特徴とするＳＯＩ構造を有する高抵抗シリコンウェーハである。これにより、高品質のＳＯＩウェーハが得られる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の高抵抗シリコンウェーハをベースウェーハとしたことを特徴とするエピタキシャル構造を有する高抵抗シリコンウェーハである。これにより、高品質のエピタキシャルウェーハが得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の効果として、本発明の高抵抗シリコンウェーハはウェーハ中の酸素濃度が８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 ）以下に制限されていることにより、デバイスメーカー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抑制できる。また、該ウェーハ内部の酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）密度が５×１０7個／ｃｍ3以下であることにより、ウェーハ表面の酸素に起因する欠陥が少なく、デバイス形成に好都合である。これに加え、ウェーハ中の炭素濃度を１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F123-1981 ）以上及び／又は窒素濃度を１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上に管理することにより、機械的強度を高めることができそれに伴い熱処理によるスリップの発生を抑制できる。且つＣＯＰフリーの高抵抗シリコンウェーハをも得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態を説明する。また、「ＣＯＰの測定方法」、「ＢＭＤ密度の測定方法」及び「酸素ドナーの形成熱処理」は、以下の通り行った。
【００２０】
（ＣＯＰ密度の測定法）
ウェーハ表面から５μm程度の深さまで侵入する波長の光を用いた光散乱法により測定する。
【００２１】
（ＢＭＤ密度の測定法:ライトエッチング）
(1)  乾燥酸素雰囲気中において、７００℃×８時間及び１０００℃×１６時間の評価熱処理を実施。
(2)  評価熱処理で形成された熱酸化膜をＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１のエッチング液で除去。
(3)  ウェーハを劈開した後、酸素析出物を顕在化させるための選択エッチングを行う。選択エッチング液の配合比はＨＦ：ＨＮＯ3：ＣｒＯ3：Ｃｕ（ＮＯ3）2：Ｈ2Ｏ：ＣＨ3ＣＯＯＨ＝１２００ｃｃ：６００ｃｃ：２５０ｇ：４０ｇ：１７００ｃｃ：１２００ｃｃ。エッチング量はウェーハ劈開面で５μｍ。
(4)  選択エッチング後に光学顕微鏡にてウェーハ劈開面におけるエッチピット密度を測定。
【００２２】
（酸素ドナー形成熱処理）
ウェーハに対して４５０℃×１６時間の熱処理を行った後、４深針法で抵抗率を測定した。
【実施例１】
【００２３】
まず、高純度合成石英ルツボを用いて、ＭＣＺ法により、初期酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 ）で、抵抗率が２０００Ω・ｃｍの単結晶を育成した。この単結晶から、ライトエッチングによって検出されるシリコンウェーハ内部の酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）密度が５×１０7個／ｃｍ3以下となる鏡面シリコンウェーハを作製した。この鏡面シリコンウェーハに酸素ドナー形成熱処理を行い、ウェーハ抵抗率を測定したところ、２０００Ω・ｃｍを維持していた。初期酸素濃度が８×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 ）を超えると、酸素ドナーの影響が顕著になり、抵抗率の変動をもたらす。また、シリコンウェーハ内部の酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）密度が５×１０7個／ｃｍ3を超えると、ウェーハ表面の酸素に起因する欠陥が多くなり、デバイス形成での歩留りの悪化という不都合をもたらす。
【実施例２】
【００２４】
実施例２では、高純度合成石英ルツボを用いて、ＭＣＺ法により、初期酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 ）で、抵抗率が２０００Ω・ｃｍであり、且つシリコン単結晶インゴットの引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）とし、シリコン融液と前記インゴットの接触面におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）としたとき、Ｖ／Ｇを調節して、ＯＳＦリング発生領域が単結晶中心部で消滅すると共に、径方向全域が酸素析出促進領域からなるシリコン単結晶インゴットを育成し、該単結晶インゴットよりウェーハを切り出し、本発明の鏡面シリコンウェーハを作製した。
【００２５】
この鏡面シリコンウェーハに対し、ＣＯＰ密度の測定、ＢＭＤ密度の測定及び酸素ドナー形成熱処理を行って抵抗率を測定したところ、ＣＯＰは観察されず、ＢＭＤ密度は、５×１０7個／ｃｍ3以下及び抵抗率は、２０００Ω・ｃｍを維持していた。
【実施例３】
【００２６】
実施例３では、高純度合成石英ルツボを用いて、ＭＣＺ法により、初期酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 ）で、抵抗率が２０００Ω・ｃｍの単結晶を育成した。この単結晶から、ライトエッチングによって検出されるウェーハ内部の酸素析出物（ BMD: Bulk Micro Defect ）密度が５×１０7個／ｃｍ3以下となる鏡面ウェーハを作製した。この鏡面シリコンウェーハに、デバイス領域として使用されるウェーハ表層部からＣＯＰを排除するためアルゴンガス雰囲気中で１２００℃、１時間の熱処理を行った。
【００２７】
この鏡面シリコンウェーハに対し、実施例２同様、ＣＯＰ密度の測定、ＢＭＤ密度の測定及び酸素ドナー形成熱処理を行って抵抗率を測定したところ、ＣＯＰは観察されず、ＢＭＤ密度は、５×１０7個／ｃｍ3以下及び抵抗率は、２０００Ω・ｃｍを維持していた。
【実施例４】
【００２８】
実施例４では、高純度合成石英ルツボを用いて、ＭＣＺ法により、初期酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 ）、炭素濃度が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F123-1981 ）で、抵抗率が２０００Ω・ｃｍであり、且つシリコン単結晶インゴットの引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）とし、シリコン融液と前記インゴットの接触面におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）としたとき、Ｖ／Ｇを調節して、ＯＳＦリング発生領域が単結晶中心部で消滅すると共に、径方向全域が酸素析出促進領域からなるシリコン単結晶インゴットを育成し、該単結晶インゴットよりウェーハを切り出し、本発明の鏡面シリコンウェーハを作製した。
【００２９】
この鏡面シリコンウェーハに対し、実施例２同様、ＣＯＰ密度の測定、ＢＭＤ密度の測定及び酸素ドナー形成熱処理を行って抵抗率を測定したところ、ＣＯＰは観察されず、ＢＭＤ密度は、５×１０7個／ｃｍ3以下及び抵抗率は、２０００Ω・ｃｍを維持しており、スリップは発生しなかった。
【実施例５】
【００３０】
実施例５では、高純度合成石英ルツボを用いて、ＭＣＺ法により、初期酸素濃度が６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ ASTM F121-1979 ）、窒素濃度が１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3で、抵抗率が２０００Ω・ｃｍであり、且つシリコン単結晶インゴットの引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）とし、シリコン融液と前記インゴットの接触面におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）としたとき、Ｖ／Ｇを調節して、ＯＳＦリング発生領域が単結晶中心部で消滅すると共に、径方向全域が酸素析出促進領域からなるシリコン単結晶インゴットを育成し、該単結晶インゴットよりウェーハを切り出し、本発明の鏡面シリコンウェーハを作製した。
【００３１】
この鏡面シリコンウェーハに対し、実施例２同様、ＣＯＰ密度の測定、ＢＭＤ密度の測定及び酸素ドナー形成熱処理を行って抵抗率を測定したところ、ＣＯＰは観察されず、ＢＭＤ密度は、５×１０7個／ｃｍ3以下及び抵抗率は、２０００Ω・ｃｍを維持しており、スリップは発生しなかった。
【００３２】
図１は、酸素濃度と窒素濃度と機械的強度との関係を表す。ウェーハ中の窒素濃度は１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であることが望ましいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】酸素濃度と窒素濃度と機械的強度との関係を表すグラフ
【図１】
2005145744.tif 000002