(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエーハの製造方法において、チョクラルスキー法により、抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上で初期格子間酸素濃度が１０〜２５ｐｐｍａであり、窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成して、該シリコン単結晶棒をウエーハに加工し、該ウエーハに酸素析出熱処理を行なうことにより該ウエーハ中の残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下とし、かつ、前記ドープする窒素濃度を１×１０１２〜５×１０１５個／ｃｍ３とすることを特徴とするシリコンウエーハの製造方法。
【請求項２】
シリコンウエーハの製造方法において、チョクラルスキー法により、抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上で初期格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であり、窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成して、該シリコン単結晶棒をウエーハに加工し、該ウエーハに酸素析出熱処理を行なうことによりウエーハバルク部に酸素析出物層を形成し、かつ、前記ドープする窒素濃度を１×１０１２〜５×１０１５個／ｃｍ３とすることを特徴とするシリコンウエーハの製造方法。
【請求項３】
前記酸素析出熱処理として、水素ガスまたはアルゴンガス、あるいは水素ガスとアルゴン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または請求項２に記載されたシリコンウエーハの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載された製造方法により製造されたシリコンウエーハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高抵抗率であってかつゲッタリング能力も高いＤＺ−ＩＧシリコンウエーハを確実に得ることができる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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用に高抵抗率のフローティングゾーン法（ＦＺ法）により製造されたシリコンウエ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エーハを作製することは困難であり、通常のＦＺウエーハの面内抵抗率分布はＣＺウエーハに比べて劣る。そのため、抵抗率の面内分布に優れたウエーハが作製できる上、直径が２００ｍｍ以上の大直径ウエーハも十分に作製可能なＣＺ法によるシリコンウエーハが将来的に有望である。
【０００３】
特に近年、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エーハが必要となる。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）ウエーハが用いられることもあるが、ＳＯＩウエ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、前述したウエ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エーハをベースウエーハとして用いることが要求される。
【０００４】
しかし、ＣＺ法では、石英製のルツボを使用していることからシリコン結晶中に酸素（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法により得られたウエーハに、後にデバイス工程等で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ウエ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エーハを得るために、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（特公平８−１０６９５号公報、特開平５−５８７８８号公報参照）。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型シリコンウエーハに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型シリコンウエーハ中のＰ型不純物を打ち消してＮ型化し、高抵抗率Ｎ型シリコンウエーハを製造する方法も提案された（特公平８−１０６９５号公報参照）。
【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、ウエーハ中の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型シリコンウエ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エーハ抵抗率の制御が難しいために、シリコンウエーハの初期格子間酸素濃度は低いものにせざるを得ず、ウエ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がある。
【０００８】
このような問題点を解決するため、本出願人は先の出願（特願平１１−２４１３７０号、ＰＣＴ／ＪＰ００／０１１２４）において、チョクラルスキー法により抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上で初期格子間酸素濃度が１０〜２５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興協会）であるシリコン単結晶棒を育成して、該シリコン単結晶棒をウエーハに加工し、該ウエーハに酸素析出熱処理を行なって、ウエーハ中の残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下とするという製造方法を提案した。この方法によれば、デバイス製造熱処理を受けても抵抗率が低下しにくい高抵抗率ＣＺウエーハが得られるので、例えば、このウエーハをＳＯＩウエーハのベースウエーハとして用いれば、移動体通信用として極めて高性能のデバイスが得られる。
【０００９】
その一方で、このようなＳＯＩウエーハと同等レベルの性能を有するウエーハを、ＳＯＩウエーハに比べて製造コストが安価なバルクウエーハで実現するためには、このような高抵抗率ＣＺウエーハの表面に十分に無欠陥化されたＤＺ層（Denuded Zone 層）を有する構造の、いわば「高抵抗率ＤＺ−ＩＧウエーハ」が必要となると考えられる。従来、通常の抵抗率を有するＣＺシリコンウエーハに、ＤＺ−ＩＧ（Intrinsic Gettering）処理を施した所謂ＤＺ−ＩＧウエーハはあったが、これを高抵抗率ＣＺウエーハに適用するという概念は全くなかったものである。そこで本出願人は先の出願（特願平１１−２４１３７０号）において、前述の格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下とする熱処理により、高抵抗率ＤＺ−ＩＧウエーハを得る方法も開示した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
通常の抵抗率を有するウエーハに施されるＤＺ−ＩＧ処理としては、３段熱処理が一般的に用いられている。第１段の１１００℃以上の高温熱処理によりウエーハ表面近傍の過飽和な酸素を外方拡散させ、第２段の熱処理として６５０℃前後の低温熱処理を行い酸素析出核を形成させ、第３段の熱処理として１０００℃程度の中温熱処理を行い酸素析出物を成長させるものである。このような３段熱処理によりウエーハ内部には酸素析出物領域が形成され、表側や裏側の表面近傍には酸素析出物が存在しないＤＺ層が形成される。
【００１１】
そこで、本出願人は前述のウエーハ中の格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下とする熱処理としてこれと同様の熱処理を適用してみたところ、１００Ω・ｃｍ以上の高抵抗率であって、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ウエーハを得ることができることが判った。
【００１２】
このような高抵抗率ＤＺ−ＩＧウエーハは、十分に移動体通信用のＳＯＩウエーハの代替となり得るものと考えられた。ところが、その後の調査により、このようなＤＺ−ＩＧウエーハに、デバイス製造工程において熱処理が加えられると、場合によってはウエーハ表面近傍の抵抗率が極端に低下してしまい、十分な高抵抗率が得られないことがあることが判った。
【００１３】
さらにこのような熱処理で形成されたＤＺ層は、酸素析出物起因の欠陥に関しては無欠陥化されているのは確かであるが、ＣＯＰ（Crystal Originated Particle）と呼ばれるGrown-in欠陥は除去されず、依然として残存したままになっていることもわかった。
【００１４】
ＣＯＰとは、ＣＺシリコン単結晶の育成中に過剰の原子空孔が集積することによって形成される０．１μｍオーダーの空洞であり、その内壁は薄い酸化膜で覆われている。そして、このようなGrown-in欠陥が存在する部分にデバイスが形成されると、酸化膜耐圧等のデバイス特性が劣化することが知られている。
【００１５】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、ウエーハ表面近傍には酸素析出物だけでなくＣＯＰをも無欠陥化させた高品質な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、デバイス製造熱処理を行なっても高抵抗率を維持できるＣＺウエーハを確実に得ることのできるシリコンウエーハの製造方法を提供し、移動体通信用のＳＯＩウエーハの代替となり得る、従来には存在しなかった高品質の高抵抗率ＤＺ−ＩＧウエーハを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、シリコンウエーハの製造方法において、チョクラルスキー法により、抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上で初期格子間酸素濃度が１０〜２５ｐｐｍａであり、窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成して、該シリコン単結晶棒をウエーハに加工し、該ウエーハに熱処理を行なうことにより該ウエ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エーハの製造方法である。
【００１７】
このように、シリコン単結晶中に窒素をドープすることにより、Grown-in欠陥（ＣＯＰ）のサイズが小さくなるため熱処理により消滅させやすくなり、しかも結晶成長中にある程度の酸素析出核の形成と成長を行なうことができる。これにより、従来行なわれていた３段熱処理によるＤＺ−ＩＧ処理（ＤＺ層形成（高温）、析出核形成（低温）、析出物成長（中温））に比べて低温の熱処理で高品質のＤＺ層の形成が可能であり、かつ短時間の熱処理でバルク中において十分な密度を有する酸素析出物の形成が可能となる。従って、ＤＺ層と酸素析出物領域との間の遷移領域を狭く急峻なプロファイルとすることができ、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。さらに、特定の熱処理に対し、残留格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興協会規格）以下とすることのできる初期格子間酸素濃度の許容範囲を広げることも可能となる。
【００１８】
また本発明は、シリコンウエーハの製造方法において、チョクラルスキー法により、抵抗率が１００Ω・ｃｍ以上で初期格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であり、窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成して、該シリコン単結晶棒をウエーハに加工し、該ウエーハに熱処理を行なうことによりウエーハバルク部に酸素析出物層を形成することを特徴とするシリコンウエーハの製造方法である。
【００１９】
このようにシリコン単結晶中に窒素をドープすることにより、初期格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下の低酸素ウエーハであっても、酸素析出熱処理を加えた際に窒素ノンドープウエーハに比べて酸素析出が促進され、十分な密度を有する酸素析出物を形成させることが可能となる。また、低酸素であるため、結晶育成時に形成されるＣＯＰの内壁酸化膜が薄くなり、熱処理により消滅させやすくなる。このため、高酸素の場合と同様に、従来に比べて比較的低温かつ短時間の熱処理で高品質のＤＺ層の形成と、十分な密度のバルク中の酸素析出物の形成が可能となる。さらに、元々の格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下であるため、デバイス製造プロセスにおける酸素のドナー化による抵抗率の変動はほとんど発生しない。また、窒素ノンドープウエーハにおける低酸素濃度であるが故に熱処理によるスリップ転位に対する耐性が低いという問題についても、熱処理条件の緩和（低温、短時間）によりカバーすることができるという効果も有する。
【００２０】
この場合、前記ドープする窒素濃度を１×１０１２〜５×１０１５個／ｃｍ３とすることが好ましい。
これは、窒素濃度が１×１０１２個／ｃｍ３を下回ると窒素ノンドープの場合との効果の差が出にくくなり、５×１０１５個／ｃｍ３を超える場合には、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からである。さらに、より好ましくは窒素濃度を１×１０１４個／ｃｍ３未満とする。窒素濃度が１×１０１４個／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おそ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、１×１０１４個／ｃｍ３のドープ量では１×１０１３個／ｃｍ３の酸素−窒素ドナーが形成される可能性がある。このドナーがすべて活性化したとすると数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言うことができる。
【００２１】
また、この場合、前記熱処理として、水素ガスまたはアルゴンガス、あるいは水素ガスとアルゴン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。
【００２２】
このように、熱処理雰囲気を水素ガスまたはアルゴンガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気とすることにより、ウエーハ表面や表面近傍のGrown-in欠陥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、Grown-in欠陥を十分に消滅させるためには２０時間を超えるような長時間の熱処理が必要となる。また、熱処理温度が１２００℃であれば１時間程度の熱処理でGrown-in欠陥を十分に消滅させることができるが、１２００℃を超える温度では、窒素ドープの効果により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。
【００２３】
そして、以上のような本発明の製造方法により製造されたシリコンウエーハは、抵抗率が１００Ωｃｍ以上の高抵抗率を有し、格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下と低いのでデバイス製造プロセス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、しかもウエーハ表層部のＤＺ層にはGrown-in欠陥がほとんど存在しない高品質の高抵抗率ＤＺ−ＩＧウエーハとなる。
【００２４】
以下、本発明につき、さらに詳細に説明する。
前述したように本発明者らは、ベースウエーハに高抵抗率ウエーハを用いた移動体通信用としてのＳＯＩウエーハと同等レベルの性能をバルクウエーハとして実現可能な「高抵抗率ＤＺ−ＩＧウエーハ」を得るため、高抵抗率を有するＣＺシリコンウエーハに対し、格子間酸素濃度を８ｐｐｍａ以下とする熱処理として通常行われる３段熱処理を適用してみた。
【００２５】
その結果、３段熱処理直後のウエーハは高抵抗率を維持したまま、ウエーハ表面近傍にはＤＺ層が形成され、バルク部にはＩＧ層（酸素析出物領域）が形成されており、目的とする高抵抗率ＤＺ−ＩＧウエーハが得られた（図３（ａ））。しかしながら、このウエーハにデバイス製造熱処理を仮定した熱処理を加えたところ、場合によってはウエーハ表面近傍の抵抗率が極端に低下してしまうことがあることがわかった（図３（ｂ））。
【００２６】
抵抗率低下の原因は、ウエーハ中の格子間酸素のドナー化によるものと予想された。そこで、本発明者らは抵抗率が低下してしまう３段熱処理後のウエーハについて酸素濃度の絶対値の深さ方向の分布を２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectroscopy）により測定した（図４）。また、そのウエーハに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）の分布を観察しその結果を図５に模式的に示した。
【００２７】
図４および図５の結果から、図４においては、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領域であり、この間の表面から深さ約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、デバイス製造熱処理を仮定した熱処理後に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（４×１０１７atoms／ｃｍ３）を越えている部分であることが判った。
【００２８】
さらに、３段熱処理の前後においてウエーハ表面および表面から深さ数μｍの領域におけるＣＯＰをパーティクルカウンターにより測定したところ、ほとんど変化がなく、ＣＯＰがウエーハ表層部に残留していることが確認された。
【００２９】
すなわち、熱処理によって、表面近傍のＤＺ層における格子間酸素は外方拡散され、バルク部における格子間酸素は酸素析出物として析出することにより十分に低濃度となっていたとしても、その中間の遷移領域では格子間酸素濃度が３段熱処理後においても高いために、酸素ドナー化による抵抗率の低下が生じるものと考えられる。
【００３０】
そこで、確実に高抵抗率ＤＺ−ＩＧウエーハを得るためには、ＤＺ層およ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狭く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られた。加えて、ＤＺ層中のＣＯＰも低減することも必要であると考えられた。
【００３１】
そこで本発明者らは、これらの要求を満たすシリコンウエーハの製造条件について検討を行った。その結果、ＣＺ法によりシリコン単結晶を育成する際に窒素をドープすることを発想した。すなわち、窒素をシリコン単結晶中にドープすると、シリコン中の酸素原子の凝集が助長され、酸素析出物濃度が高くなることが指摘されている（T.Abe and H.Takeno,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.262,3,1992 ）。この効果は酸素原子の凝集過程が、均一核形成から不純物窒素を核とした不均一核形成に移行するためであると考えられる。さらに、単結晶に窒素をドープすることにより、ＣＯＰ等の結晶欠陥のサイズが小さくなることも知られている。
【００３２】
したがって、シリコン単結晶を育成する際に窒素をドープすれば、結晶成長中にある程度の酸素析出核の形成と成長を行うことができ、ＤＺ層と酸素析出物層との遷移領域においても格子間酸素の析出が助長されて格子間酸素濃度を十分低くできることが予想され、また遷移領域幅を狭くして急峻なプロファイルを得ることができると考えられる。さらに窒素をドープすることにより、ＣＯＰ等のGrown-in欠陥のサイズが小さくなるため、その後の熱処理により消滅させやすくなると考えられた。そこで本発明者らは、窒素ドープＣＺウエーハについて以下に示す実験を行った。
【００３３】
（実験例１）
図１は初期格子間酸素濃度が８〜２１ｐｐｍａの範囲にある各種ＣＺウエーハに対して、窒素雰囲気（３％酸素含有）下で７８０℃で３時間＋１０００℃で１６時間という一般的な酸素析出熱処理を行なった場合の、初期格子間酸素濃度と残留格子間酸素濃度との関係を示す実験結果である。窒素濃度は１×１０１３〜９×１０１３個／ｃｍ３とノンドープの２種類とした。
【００３４】
図１の結果から、窒素ノンドープの場合には、初期格子間酸素濃度を１９ｐｐｍａ以上としなければ、上記熱処理後の残留格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下とならないのに対し、窒素をドープした場合にはその許容範囲が１５ｐｐｍａ以上にまで拡大することがわかる。また、熱処理時間を延長することにより、初期格子間酸素濃度の許容範囲を１０ｐｐｍａまで拡大できることを確認した。
【００３５】
（実験例２）
図２は初期格子間酸素濃度が４〜１９ｐｐｍａの範囲にある各種ＣＺウエーハに対して、窒素雰囲気（３％酸素含有）下で７８０℃で３時間＋１０００℃で１６時間という一般的な酸素析出熱処理を行なった後、角度研磨を行って選択エッチングを施し、酸素析出領域における析出物密度を測定した値を体積密度に換算し、初期格子間酸素濃度と析出物密度との関係を示す実験結果である。窒素濃度は１×１０１３〜９×１０１３個／ｃｍ３とノンドープの２種類とした。
【００３６】
図２の結果から、同一の初期格子間酸素濃度であっても窒素をドープすることによって酸素析出物密度が大幅に増加することがわかる。特に、初期格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下の低酸素濃度であっても、窒素をドープしたことによって、１×１０８個／ｃｍ３の析出物密度が得られることがわかる。
【００３７】
ここで前記図１の結果を踏まえると、窒素ノンドープのウエーハにおいては、初期格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下の低酸素濃度では酸素析出物はほとんど形成されないことが予測されるが、窒素がドープされることによって、結晶のａｓ−ｇｒｏｗｎの状態で既に高温で安定な酸素析出核（酸素析出物）が形成されているため、その後の熱処理により酸素析出量としては検出されない程度の極少量の核成長が行われただけでも、酸素析出物として検出可能なサイズが得られたものと考えられる。
【００３８】
これらの結果から、１０〜２５ｐｐｍａ程度の初期格子間酸素濃度の単結晶から得たウエーハについては、窒素をドープして結晶成長をさせることにより、その後の酸素析出熱処理の際に酸素析出が促進され、遷移領域においても残留格子間酸素濃度を低くし、遷移領域幅を十分に狭く急峻なプロファイルを得ることができることが期待できる。また、８ｐｐｍａ以下の初期格子間酸素濃度の単結晶から得たウエーハについても、窒素をドープすることにより、その後の酸素熱処理により十分な酸素析出を得ることができ、十分なゲッタリング能力が確保できることが判る。
【００３９】
また、以上の実験では、ＤＺ層の品質、特にＣＯＰの有無については評価されていないが、窒素をドープすることによりＣＯＰのサイズが小さくなり、熱処理により消滅させやすくなることが知られている。そこで、本発明者らは、上記実験の熱処理の代わりに、ＣＯＰが消滅させやすい条件であり、かつ、酸素析出物が十分に形成される条件、すなわち、従来の３段熱処理中のＤＺ形成熱処理（高温熱処理）ほど高い温度にせずにＣＯＰの消滅と酸素析出物の形成を同時に行えば、遷移領域の幅を狭く急峻にすることができるため、結果として高抵抗率を維持することができ、最終的に目的とするＣＺシリコンウエーハが得られるものと考え、本発明を完成させたものである。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき説明するが、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法において融液に磁場を印加してシリコン融液の対流を制御して単結晶を引き上げる公知のＭＣＺ法により所望の抵抗率を有し、初期格子間酸素濃度が１０〜２５ｐｐｍａとなるシリコン単結晶棒を引き上げる。これらの引き上げ方法は、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所望の値にするためには、従来から慣用されている方法によれば良い。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および対流、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所望の酸素濃度の結晶を得ることができる。
【００４１】
一方、初期格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下（以下、低酸素濃度と呼ぶことがある。）であるシリコン単結晶棒を引き上げるためには、結晶育成時の制御すべきパラメータは前記１０〜２５ｐｐｍａ（以下、高酸素濃度と呼ぶことがある。）の場合と同様であるが、このような低酸素濃度の結晶を安定して引き上げるためには、通常はＭＣＺ法が用いられる。
【００４２】
酸素と同時に窒素をドープするためには、石英ルツボ内の原料多結晶中に予め窒化膜付きのシリコンウエーハ等の窒化物を投入しておくことにより容易に行なうことができる。また、引き上げ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、およ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。
【００４３】
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シリコン単結晶ウエーハに加工する。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、熱処理等種々の工程が有り得るし、工程順の変更、一部省略等目的に応じ適宜工程は変更して使用される。
【００４４】
次に、高酸素濃度のウエーハに対しては、残留格子間酸素濃度が８ｐｐｍａ以下になるような熱処理を施す。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とは、熱処理されるウエ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せて実験的に設定することができる。
【００４５】
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、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で高温の熱処理と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、窒素ドープの効果により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、格子間酸素の外方拡散による低減も可能である。また、水素ガスまたはアルゴンガス、あるいはこれらの混合ガスを用いると、酸素の外方拡散プロファイルがウエ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。
【００４６】
この際、熱処理を例えば１２００℃と１０００℃の２段に分割し、初段の高温でＣＯＰを十分に消滅させた後、２段目の低温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。
【００４７】
一方、低酸素濃度のウエーハに対しては、遷移領域の幅による抵抗率の変化を心配する必要がないので、酸素析出物が十分に形成される範囲でできるだけ高温で処理すればＣＯＰを消滅させやすいが、酸素析出物を十分に得るためには１０００〜１２００℃が好ましい。
尚、これらの熱処理は、多数のウエ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。
【００４８】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例を挙げ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。
（実施例１）
原料多結晶中に窒化膜のついたシリコンウエーハを投入し、ＣＺ法（磁場印可なし）により引き上げられた窒素ドープシリコン単結晶を通常の方法により加工し、直径２００ｍｍ、初期格子間濃度１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、窒素濃度８×１０１３個／ｃｍ３（計算値）、抵抗率２５００Ω・ｃｍのＣＺシリコンウエーハを作製した。
【００４９】
このウエ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エーハについて、赤外吸収法によりウエーハ全体の残留格子間酸素濃度測定を行ったところ、ウエ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。
【００５０】
そして、これらの熱処理後のウエ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、ウエーハ中のどの領域も２０００Ω・ｃｍ以上の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のシリコンウエーハは、酸素ドナーによる抵抗率低下の影響が極めて少なく、十分なゲッタリング能力を持つＤＺ−ＩＧウエーハであることが判る。
【００５１】
さらに熱処理後のウエーハ表面を約３μｍ研磨し、研磨後の表面に存在する直径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、０．０６個／ｃｍ２と極めて低密度であった。
【００５２】
（比較例１）
窒素をノンドープとした以外は実施例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、初期格子間濃度１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、抵抗率２５００Ω・ｃｍのＣＺシリコンウエーハを作製した。
【００５３】
このウエーハを縦型熱処理炉により、窒素雰囲気（３％酸素混合）下で１１５０℃で４時間＋６５０℃で６時間＋１０００℃で１６時間の３段熱処理（ＤＺ―ＩＧ処理）を行い、さらに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エーハについて、赤外吸収法によりウエーハ全体の残留格子間酸素濃度測定を行ったところ、ウエ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。
【００５４】
そして、熱処理後のウエ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、表面から２０〜４０μｍの領域において、抵抗率が１０数Ω・ｃｍまで低下していることがわかった。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、抵抗率が低下している領域が遷移領域とほぼ一致していることがわかった。この遷移領域のみの格子間酸素濃度を赤外吸収法により再度確認したところ、８ｐｐｍａ（４×１０１７atoms／ｃｍ３）を超えている部分であることが判った。このことから、この部分でドナー化した格子間酸素の量が多く、ｐ型がｎ型に反転したため、さらに抵抗率が低下したものと考えられる。
【００５５】
さらに熱処理後のウエーハ表面を約３μｍ研磨し、研磨後の表面に存在する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、４．３個／ｃｍ２であり、熱処理前の密度とほとんど変わらない密度であった。
【００５６】
（実施例２）
原料多結晶中に窒化膜のついたシリコンウエーハを投入し、ＭＣＺ法により引き上げられた窒素ドープシリコン単結晶を通常の方法により加工し、直径２００ｍｍ、初期格子間濃度６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、窒素濃度９×１０１３個／ｃｍ３（計算値）、抵抗率１５００Ω・ｃｍのＣＺシリコンウエーハを作製した。
【００５７】
このウエーハを縦型熱処理炉により、窒素雰囲気下で８００℃、４時間の後、アルゴン雰囲気（３％水素混合）下で１１００℃で１６時間の熱処理を行い、さらに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エーハについて、赤外吸収法によりウエーハ全体の残留格子間酸素濃度測定を行ったところ、ウエ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。
【００５８】
そして、熱処理後のウエ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、どの領域も１０００Ω・ｃｍ以上の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、酸素析出物領域における欠陥密度は、１〜５×１０８個／ｃｍ３と十分な値であった。すなわち実施例２のシリコンウエーハも、酸素ドナーによる抵抗率低下の影響が極めて少なく、低酸素で育成されたにもかかわらず、十分なゲッタリング能力を持つＤＺ−ＩＧウエーハであることが判る。
【００５９】
さらに熱処理後のウエーハ表面を約３μｍ研磨し、研磨後の表面に存在する直径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、０．１個／ｃｍ２と極めて低密度であった。
【００６０】
（比較例２）
窒素をノンドープとした以外は実施例２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、初期格子間濃度６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、抵抗率１５００Ω・ｃｍのＣＺシリコンウエーハを作製した。
【００６１】
このウエーハを縦型熱処理炉により、窒素雰囲気（３％酸素混合）下で１１５０℃で４時間＋６５０℃で６時間＋１０００℃で１６時間の３段熱処理（ＤＺ―ＩＧ処理）を行い、さらに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エーハについて、赤外吸収法によりウエーハ全体の残留格子間酸素濃度測定を行ったところ、ウエ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。
【００６２】
そして、熱処理後のウエ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、どの領域も１０００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有することが確認された。ところが、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、酸素析出物領域における欠陥密度は、１〜５×１０６個／ｃｍ３と極めて低い値であった。すなわち比較例２のシリコンウエーハは、酸素ドナーによる抵抗率低下の影響は少ないが、低酸素で育成されたためにバルク部での酸素析出が起こりにくく、十分なゲッタリング能力を持たないウエーハであることが判る。
【００６３】
さらに熱処理後のウエーハ表面を約３μｍ研磨し、研磨後の表面に存在する直径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、４．０個／ｃｍ２であり、熱処理前の密度とほとんど変わらない密度であった。
【００６４】
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、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。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、デバイス製造熱処理が行われた後でも、格子間酸素のドナー化による抵抗率の変動を抑制したＣＺシリコンウエーハが得られる。この効果は、抵抗率が１００Ωｃｍ以上の高抵抗率ＣＺウエーハに極めて有効であり、移動体通信用としてのＳＯＩウエーハの代替として使用することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＺウエーハに対して一般的な酸素析出熱処理を行なった場合の初期格子間酸素濃度と残留格子間酸素濃度との関係を示す実験結果図である。
【図２】ＣＺウエーハに対して一般的な酸素析出熱処理を行なった場合の初期格子間酸素濃度と析出物密度との関係を示す実験結果図である。
【図３】従来のシリコンウエーハにおける表面からの深さと熱処理前および熱処理後の抵抗率との関係を示した図である。
【図４】従来のシリコンウエーハにおける表面からの深さと酸素濃度の絶対値との関係を示した図である。
【図５】従来のシリコンウエーハにおける深さ方向の析出物分布を示した模式図である。
【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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