(57)【要約】電子デバイスを製造する際に用いられる半導体ウェーハ上に、表面削剥領域およびエピタキシャル層を形成するための装置および方法が提供される。表面削剥領域およびエピタキシャル層はチャンバ内で形成される。この装置は、サセプタ上に移動できないように取り付けられた複数の直立ピンを有し、エピタキシャル層および表面削剥領域を形成する際、半導体ウェーハをサセプタから離間させた状態で維持する。ウェーハの高速冷却は、冷却時において、半導体ウェーハをサセプタに対する熱伝導位置関係から外すことにより実現される。
2004503084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ内に表面削剥領域を形成するための方法であって、
チャンバ内に半導体ウェーハを配置するステップと、
半導体ウェーハの表面にエピタキシャル被膜を形成するステップと、
被膜形成ステップ時、半導体ウェーハは、サセプタに対して熱伝導する位置関係に配置され、
被膜形成ステップ時、半導体ウェーハは、複数のピン上に載せられ、
被膜形成ステップ時、半導体ウェーハの実質的な部分が、少なくとも約１ｍｍの距離サセプタから離間し、
半導体ウェーハとサセプタの間の前記距離を維持した状態で、チャンバ内において、熱源を用いて少なくとも１１７５℃の高温に、被膜形成された半導体ウェーハを加熱するステップと、
半導体ウェーハとサセプタの間の前記距離を維持した状態で、表面削剥領域を形成するために、加熱され、被膜形成された半導体ウェーハを、その表面温度が約８５０℃未満となるまで、少なくとも約１０℃／秒の速度で冷却するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
冷却速度が少なくとも約１５℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
冷却速度が少なくとも約２０℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
冷却速度が少なくとも約５０℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法であって、
被膜形成ステップ、ウェーハの加熱ステップおよび冷却ステップ時における前記距離は、少なくとも約２ｍｍであることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であって、
被膜形成ステップ、ウェーハの加熱ステップおよび冷却ステップ時における前記距離は、少なくとも約２ｍｍであることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法であって、
被膜形成ステップ、ウェーハの加熱ステップおよび冷却ステップ時における前記距離は、少なくとも約２ｍｍであることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項２に記載の方法であって、
半導体の温度が少なくとも約３２５℃となるまで、冷却速度は、少なくとも１５℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項３に記載の方法であって、
半導体の温度が少なくとも約３２５℃となるまで、冷却速度は、少なくとも２０℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の方法であって、
半導体の温度が少なくとも約３２５℃となるまで、冷却速度は、少なくとも５０℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項２に記載の方法であって、
半導体の温度が少なくとも約４００℃となるまで、冷却速度は、少なくとも１５℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の方法であって、
半導体の温度が少なくとも約４００℃となるまで、冷却速度は、少なくとも２０℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項４に記載の方法であって、
半導体の温度が少なくとも約４００℃となるまで、冷却速度は、少なくとも５０℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項２に記載の方法であって、
半導体の温度が少なくとも約４５０℃となるまで、冷却速度は、少なくとも１５℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項３に記載の方法であって、
半導体の温度が少なくとも約４５０℃となるまで、冷却速度は、少なくとも２０℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項４に記載の方法であって、
半導体の温度が少なくとも約４５０℃となるまで、冷却速度は、少なくとも５０℃／秒であることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、
熱源は光源であることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法であって、
熱源は、少なくとも１つのハロゲンランプであることを特徴とする方法。
【請求項１９】
表面削剥領域を有する半導体ウェーハを形成するための装置であって、
内部にチャンバを形成するハウジングと、
このハウジングは、チャンバに対してアクセスできるように、開位置と閉位置の間を選択的に移動できるドアを有し、
チャンバに動作可能に取り付けられた熱源と、
チャンバ内に実装され、上方向に面した表面を有するチャンバと、
上方向に面した表面から突出し、サセプタに対して移動できない複数のピンと、
各ピンは、上方向に面した表面から少なくとも約１ｍｍの距離だけ離間した自由端を有し、これにより、半導体ウェーハを上方向に面した表面から離間した位置で支持し、
サセプタに動作可能に連結され、サセプタを回転させることができる駆動部とを備えたことを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、
前記距離は、少なくとも約２ｍｍであることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の装置であって、
ピンが少なくとも３つあることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、一般に、電子部品を製造する際に用いられる、とりわけシリコンウェーハなどの半導体材料基板を形成するための方法およびその装置に関する。とりわけ本発明は、単結晶シリコンウェーハおよびその形成に関する。このウェーハは、少なくとも１つの主面を有し、その主面上にはエピタキシャルシリコン層が積層され、すべての電子デバイスの製造プロセスにおいて不可欠な熱処理サイクル中に生じる、理想的で、均一でない酸素析出物の深さ分布を有する表面削剥領域（ｄｅｎｕｄｅｄ ｚｏｎｅ）を形成する。
【０００２】
半導体電子部品の殆どの製造プロセスにおける原材料である単結晶シリコンは、一般に、チョクラルスキ法（Ｃｚ法）を用いて生成されている。この手法によれば、多結晶性シリコン（「ポリシリコン」）を坩堝内に充填・溶融し、種結晶を溶融シリコンと接触するように移動させ、ゆっくりと引き揚げることにより単結晶シリコンを成長させる。引揚工程で最初に形成される結晶部分は、細いネック部である。ネック部の形成が完了した後、結晶の直径が目標とする、あるいは所望する直径となるまで、引揚速度および／または溶融温度を下げることにより、結晶の直径を大きくする。溶融水準が下がるのを補いながら、引揚速度および／または溶融温度を制御することにより、ほぼ一定の直径を有する結晶の主要本体部を成長させる。成長工程の最終段階近くになって、坩堝に溶融シリコンがなくなる前に、結晶の直径を徐々に小さくして、終端円錐部を形成する。通常、終端円錐部は、結晶引揚速度を上げ、坩堝に供給される熱を増やすことにより形成される。
【０００３】
結晶が冷えて凝固するとき、結晶成長チャンバにおいて、単結晶シリコンに数多くの欠陥が生じる。こうした欠陥は、部分的には、結晶格子空孔および格子間シリコンとして知られた内因性点欠陥が過剰に存在することにより生じる。溶融物から成長したシリコン結晶は、通常、一方または他方のタイプの内因性点欠陥が過剰に存在した状態で成長する。こうしたシリコン内の点欠陥のタイプと濃度は凝固時に左右されると考えられており、この濃度が系における臨界的な過飽和レベルに達し、点欠陥の移動可能性が十分に高いとき、反応（または凝集作用）が生じ易くなる。チョクラルスキ法によるシリコン内で凝集する内因性点欠陥の密度は、これまで、約１×１０３／ｃｍ３ないし約１×１０７／ｃｍ３の範囲内にある。こうした値が比較的に低い場合、デバイス製造業者にとって、凝集した内因性点欠陥は、その重要性がにわかに増大し、実際のところ、デバイス製造プロセスにおける歩留り低減ファクタと考えられており、複雑で集積度の高い回路を製造するための材料の歩留りに対し、深刻な影響を与えかねない。
【０００４】
とりわけ問題の多いタイプの欠陥は、結晶起因性ピット（ＣＯＰｓ：Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐｉｔｓ）が存在することである。このタイプの欠陥の原因は、結晶格子空孔が凝集することにある。特に、結晶格子空孔が、シリコンインゴット内で凝集したとき、ボイドが形成される。後に、インゴットがスライスされてウェーハが形成されたとき、これらの空孔は、ウェーハ表面上に露出し、ピット（溝）として現われる。こうしたピットを結晶起因性ピットという。
【０００５】
現在のところ、内因性点欠陥が凝集する問題を解決するために、一般に、３つの主要なアプローチがある。第１のアプローチは、内因性点欠陥がインゴット内で凝集する濃度を低減するために、結晶引揚技術に焦点を当てる手法を含む。このアプローチはさらに、主材料による空孔を形成する結晶引揚条件を有する手法と、主材料の格子間原子を形成する結晶引揚条件を有する手法とに分けられる。例えば、（ｉ）内因性点欠陥が主材料による結晶格子空孔である場合、結晶を成長させるときのｖ／Ｇ０を制御すること（ここでｖは成長速度、Ｇ０は軸方向の温度勾配の平均）、および（ｉｉ）結晶引揚工程中の約１１００℃から約１０５０℃の範囲の温度であるシリコンインゴットの冷却温度を変化させて（通常、遅くして）、凝集する欠陥の核形成速度に影響を与えることにより、凝集する欠陥発生密度を低減することができると報告されている。このアプローチによれば、凝集する欠陥の発生密度を小さくできるが、発生そのものを阻止することはできない。デバイス製造業者から課せられる要求がますます厳しくなるにつれ、これらの欠陥の存在は、より大きな問題となってくる。
【０００６】
一方、結晶の本体部が成長するときの引揚速度を約０．４ｍｍ／分以下に抑えることが報告されている。しかしながら、引揚速度をこのように遅くすると、各結晶引揚装置の生産量が少なくなるので、上記提案は満足のいくようなものではない。より重要なことには、引揚速度をこのようにすると、高い濃度の格子間原子を有する単結晶シリコンが形成される。さらに高濃度により、凝集した格子間原子欠陥が形成され、こうした欠陥に付随する問題が生じる。
【０００７】
凝集する内因性点欠陥の問題を解決するための第２のアプローチは、凝集した内因性点欠陥が形成された後、その分解または消滅に焦点を当てる手法を含む。一般には、ウェーハ形態にあるシリコンに高温度の熱処理を施すことにより実現される。例えば、フセガワらの欧州特許公開第５０３，８１６号において、０．８ｍｍ／分を超える引揚速度でシリコンインゴットを成長させるとともに、ウェーハ表面近傍の薄層領域での欠陥密度を低減するために１１５０℃から１２８０℃の範囲にある温度で、インゴットをスライスして形成されたウェーハを熱処理することが開示されている。ウェーハ内で凝集した内因性点欠陥の濃度と位置に依存して、必要とされる特定の処理は異なる。結晶を切断して得られた異なるウェーハは、こうした欠陥の軸方向濃度が均一でないが、異なる成長後処理条件を必要とすることがある。このようにウェーハを熱処理すると、比較的に費用が嵩み、シリコンウェーハ内に金属不純物が導入される惧れが生じ、必ずしもすべてのタイプの結晶欠陥に対して有効であるわけではない。
【０００８】
凝集した内因性点欠陥に関する問題を解決するための第３のアプローチは、単結晶シリコンウェーハの表面上に結晶性の薄膜をエピタキシャル蒸着させることである。この手法によれば、凝集した内因性点欠陥が実質的に存在しない表面を有する単結晶シリコンウェーハが提供される。しかしながら、従来式のエピタキシャル蒸着技術は、ウェーハのコストを実質的に増大させる。
【０００９】
チョクラルスキ法で生成された単結晶シリコンは、上述の凝集した点欠陥を含むとともに、通常、大抵酸素などのさまざまな不純物を含む。例えば、溶融シリコンが水晶製の坩堝内にあるときに、この汚染物質は生じる。溶融シリコンの塊りの温度において、酸素濃度がシリコンに対する酸素溶解度、および凝固シリコン内の酸素の偏析係数に依存する濃度に達するまで、酸素が結晶格子内に入ってくる。こうした濃度は、電子デバイスを製造する際の一般的な温度における固体シリコンに対する酸素溶解度より大きい。したがって、結晶が溶融した塊りから成長し、冷却するとき、結晶内の酸素溶解度は、急激に低下する。この結果、過飽和濃度の酸素を含むウェーハが形成される。
【００１０】
電子デバイスを製造する際に、通常採用される温度処理サイクルにより、酸素内に過飽和したシリコンウェーハ内の酸素が析出する。ウェーハ内の位置に依存して、析出物は、有害または有益なものとなり得る。ウェーハの活性デバイス領域にある酸素析出物は、デバイスの動作に障害を与え得る。しかし、ウェーハのバルク内にある酸素析出物は、ウェーハが接触する可能性のある不要な金属不純物を捕獲することができる。ウェーハのバルク内にある酸素析出物を利用して金属を捕獲することを、一般に、内部または内因性ゲッタリング（「ＩＧ」）という。
【００１１】
歴史的には、電子デバイスの製造プロセス中に、ウェーハ（すなわちウェーハバルク）が内因性ゲッタリングの目的に適う程度に十分な酸素析出物量を含みながらも、ウェーハの表面近傍において酸素析出物の存在しない領域（一般に、「表面削剥領域（ｄｅｎｕｄｅｄ ｚｏｎｅ）」または「析出物不在領域（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ ｆｒｅｅ ｚｏｎｅ）」と呼ぶ。）を形成するように企図した一連のステップを含んでいた。表面削剥領域は、（ａ）少なくとも約４時間、不活性ガス雰囲気中で、高温（１１００℃以上）で酸素解離のための熱処理を行い、（ｂ）低温（６００ないし７５０℃）で酸素析出核を形成し、（ｃ）高温（１０００ないし１１５０℃）で酸素析出物を成長させるといった、高−低−高の温度シーケンスで形成されていた。Ｆ．Ｓｈｉｍｕｒａ， Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｐｐ． ３６１−３６７ （Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， Ｉｎｃ．， Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ ＣＡ， １９８９）（およびここで引用された文献）を参照されたい。
【００１２】
しかし近年になって、ＤＲＡＭ製造プロセスなどの先端技術による電子デバイスの製造プロセスは、高温ステップをできるだけ使用しないようになってきた。これらのプロセスのいくつかは、表面削剥領域および十分なバルク析出物濃度を構成するような高温プロセスを有するものの、材料に対する許容度は、あまりにも厳格で、市販可能な製品を形成することができない。現在ある最先端技術による電子デバイスの別の製造プロセスによれば、解離ステップを全く行わない。したがって、活性デバイス領域における酸素析出物に付随する問題が生じるため、電子デバイスの製造業者は、プロセス条件下において、ウェーハ内のどこにも酸素析出物が形成されないシリコンウェーハを使用しなければならない。その結果、内因性ゲッタリングは行われなくなる。
【００１３】
本発明のいくつかの目的の１つは、（ａ）結晶起因性ピットが存在せず、
（ｂ）すべての電子デバイスの製造プロセスにおいて不可欠な熱処理サイクル中に生じる、理想的で、均一でない酸素析出物の深さ分布が形成されたエピタキシャル表面を有する単結晶シリコンウェーハを提供することである。
【００１４】
したがって、要するに、本発明は、（ａ）通常平行な２つの主面（表面および裏面）と、（ｂ）表面および裏面の間の中央平面と、（ｃ）表面および裏面を接合する周縁端と、（ｄ）表面と、これより中央平面に向かって少なくとも約１０μｍの距離Ｄ１の間の領域を含む表面層と、（ｅ）中央平面と第１領域の間のウェーハの第２領域を含むバルク層とを備えた単結晶シリコンウェーハに関する。このウェーハは、均一でない結晶格子空孔の分布を有し、バルク層における空孔濃度は、表面層における空孔濃度よりも大きく、空孔濃度の断面プロファイルは、中央平面上またはその近傍においてピーク密度を有し、空孔濃度は、ピーク密度位置からウェーハの表面の方向に向かって減少する個とに特徴付けられる。さらに、ウェーハの表面には、エピタキシャル層が蒸着されている。エピタキシャル層は、約０．１μｍないし約２．０μｍの範囲の厚みを有する。
【００１５】
本発明の１つの態様には、半導体ウェーハ内に表面削剥領域を形成するための方法が含まれる。この方法は、チャンバ内に半導体ウェーハを配置するステップと、半導体ウェーハの表面にエピタキシャル被膜を形成するステップとを有し、被膜形成ステップ時、半導体ウェーハは、サセプタに対して熱伝導する位置関係に配置される。被膜形成ステップ時、半導体ウェーハは、複数のピン上に載せられ、被膜形成ステップ時、半導体ウェーハの実質的な部分が、少なくとも約１ｍｍの距離サセプタから離間する。半導体ウェーハとサセプタの間の距離を維持した状態で、チャンバ内において、熱源を用いて少なくとも１１７５℃の高温に、被膜形成された半導体ウェーハが加熱される。半導体ウェーハとサセプタの間の前記距離を維持した状態で、表面削剥領域を形成するために、加熱され、被膜形成された半導体ウェーハは、その表面温度が約８５０℃未満となるまで、少なくとも約１０℃／秒の速度で冷却される。
【００１６】
また本発明は、表面削剥領域を有する半導体ウェーハを形成するための装置に関する。この装置は、内部にチャンバを形成するハウジングを備え、このハウジングは、チャンバに対してアクセスできるように、開位置と閉位置の間を選択的に移動できるドアを有する。サセプタは、チャンバ内に実装され、上方向に面した表面を有する。複数のピンがサセプタの上に取り付けられ、サセプタに対して移動できない。ピンは、上方向に面した表面から上方向に突出し、それぞれが、上方向に面した表面から少なくとも約１ｍｍの距離だけ離間した自由端を有する。駆動部が動作可能にサセプタに連結され、サセプタを回転させることができる。
【００１７】
他の目的および特徴の一部については明らかであり、一部については以下に説明する。
【００１８】
（好適な実施形態の詳細な説明）
本発明によれば、少なくとも１つの主面を有し、その主面上に積層されたエピタキシャルシリコン層と、チャンバ内で形成された少なくとも１つの表面削剥領域（ｄｅｎｕｄｅｄ ｚｏｎｅ）とを有する新規で有用な単結晶シリコンウェーハが提供される。このウェーハのエピタキシャル表面には、結晶起因性ピットが存在せず、ウェーハは、電子デバイスの製造プロセス中に加熱されたとき、酸素が析出する型を決定（印刷）するための「テンプレート」を有する。すなわち、すべての電子デバイスの製造プロセスにおける加熱ステップ中、ウェーハには、（ａ）十分な深さを有する表面削剥領域、および（ｂ）内因性ゲッタリングの目的に適う十分な濃度の酸素析出物を含むウェーハバルクが形成される。また本発明により、こうした単結晶シリコンウェーハを生成するための新規な手法が開発された。この手法は、半導体シリコンの製造産業界で広く利用されている装置を用いてすぐさま実施でき、製造装置の高価な部品、すなわちＲＴＡを必要としない。
【００１９】
Ａ．原材料
本発明に係る理想的な析出ウェーハの原材料は、チョクラルスキ結晶成長法の任意の従来式変形例にしたがって成長させた単結晶インゴットからスライスされた単結晶シリコンウェーハである。この手法および、標準的なシリコンのスライス技術、ラッピング技術、エッチング技術、および研磨技術は、広く知られており、例えば、．Ｓｈｉｍｕｒａ， Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， １９８９）、およびＳｉｌｉｃｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ （Ｊ． Ｇｒａｂｍａｉｅｒ， ｅｄ．， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， １９８２）に開示されている。
【００２０】
図１を参照すると、ウェーハ１は、表面３と、裏面５と、表面３および裏面５の間の仮想的な中央平面７とを有する。「表面」および「裏面」なる用語は、この文脈においては、ウェーハ１の一般的に平坦な２つの主要な面を区別するために用いられる。ウェーハ１の表面３（この文言を用いる）は、必ずしも、後に電子デバイスが形成される表面ではなく、ウェーハ１の裏面５が、必ずしも、電子デバイスが形成される面と対向するウェーハ１の主面ではない。加えて、シリコンウェーハは、通常、いくらかの全体厚ばらつき（ＴＴＶ：Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）、歪み、および湾曲を有し、表面上の各点と裏面上の各点の中点は、正確に同一平面内に存在し得ない。しかし実際には、全体厚ばらつき、歪み、および湾曲はごく僅かであるので、高精度の近似による中点は、表面および裏面からほぼ等距離にある仮想的な中央平面内にあるといえる。
【００２１】
ウェーハは、さまざまな所望する特性を得るために、１つまたはそれ以上のドーパントを含むことがある。ウェーハは、例えば、（周期表の３族の元素、最も一般的にはホウ素がドープされた）Ｐ型ウェーハ、または（周期表の５族の元素、最も一般的には砒素がドープされた）Ｎ型ウェーハである。ウェーハは、好適には、約０．０１Ωｃｍないし約５０Ωｃｍの範囲の比抵抗を有するＰ型ウェーハである。とりわけ好適な実施形態において、ウェーハは、約１Ωｃｍないし約２０Ωｃｍの範囲の比抵抗を有するＰ型ウェーハである。別のとりわけ好適な実施形態において、ウェーハは、約０．０１Ωｃｍないし約１Ωｃｍの範囲の比抵抗を有するＰ型ウェーハである。
【００２２】
ウェーハは、チョクラルスキ法を用いて生成されているので、任意の位置において、５×１０１７原子数／ｃｍ３ないし９×１０１７原子数／ｃｍ３（ＡＳＴＭ規格、Ｆ−１２１−８３）の酸素濃度を有する。酸素がウェーハから析出すると、本質的に、酸素濃度が理想的な析出ウェーハにおける酸素濃度から逸脱するので、当初のウェーハは、チョクラルスキ法で得られる範囲の中、もしくは範囲外の酸素濃度を有していてもよい。加えて、シリコンの融点（すなわち、約１４１０℃）から、７５０℃ないし約３５０℃の間の範囲にある温度に至るまで、単結晶シリコンインゴットの冷却速度に依存して、酸素析出物の核中心が形成され得る。約１２５０℃を超えない温度でシリコンを熱処理することにより、こうした原材料の核中心が分解し得なければ、原材料の核中心の有無は、本発明において重要な問題ではない。
【００２３】
本発明は、空孔の多いウェーハ原材料を用いる場合につき、とりわけ有用である。この「空孔の多いウェーハ」という文言は、比較的に数多くの結晶欠陥空孔が凝集したもの（凝集物）を含むウェーハを意味する。これらの凝集物は、通常、八面体構造を有する。バルクウェーハにおいて、凝集物はボイドを形成し、ウェーハ表面では結晶起因性ピット（ＣＯＰ）を形成する。空孔の多いウェーハ内の結晶欠陥空孔の凝集物濃度は、通常、約５×１０５／ｃｍ３ないし１×１０６／ｃｍ３であり、ウェーハ表面上のＣＯＰの面密度は、通常、約０．５ないし１０ＣＯＰ／ｃｍ２である。こうしたウェーハは、比較的に安価なプロセス（例えば、従来式の開放構成のチョクラルスキ法）で形成されたシリコンインゴットからスライスされているので、とりわけ好適な原材料である。
【００２４】
Ｂ．エピタキシャル蒸着
本発明に従い生成された単結晶シリコンウェーハは、主面を有し、その上にエピタキシャルシリコン層を有する。エピタキシャル層は、ウェーハの全体または一部分にのみ蒸着されている。図１を参照すると、エピタキシャル層は、好適にも、ウェーハの表面３の上に形成されている。とりわけ好適な実施形態において、ウェーハの表面３全体の上に形成されている。エピタキシャル層がウェーハの他の部分の上にも形成されていることが好ましいかどうかは、そのウェーハの意図した用途に左右される。殆どの用途において、ウェーハの他の部分の上にもエピタキシャル層があるかどうかは、重要な問題ではない。
【００２５】
上述したように、チョクラルスキ法を用いて生成された単結晶シリコンウェーハは、しばしば表面上にＣＯＰを有する。しかしながら、集積回路を製造する際に用いられるウェーハは、一般に、ＣＯＰが存在しない表面を有することが必要である。ＣＯＰが存在しない表面を有するウェーハは、ウェーハ表面上にエピタキシャルシリコン層を成長させることにより形成できる。このエピタキシャル層は、ＣＯＰを穴埋めし、最終的には滑らかなウェーハ表面を形成する。これは、最近の科学的研究の話題であった。ＳｃｈｍｏｌｋｅらのＴｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ Ｓｏｃ． Ｐｒｏｃ．， ｖｏｌ． ＰＶ９８−１， Ｐ． ８５５ （１９９８）、およびＨｉｒｏｆｕｍｉらのＪｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ． ３６， ｐ ２５６５ （１９９７）を参照されたい。少なくとも約０．１μｍの膜厚を有するエピタキシャルシリコン層を用いることにより、ウェーハ表面上のＣＯＰを排除することができる。好適には、エピタキシャル層は、約０．１μｍないし約２μｍの範囲の厚みを有する。より好適には、エピタキシャル層は、約０．２５μｍないし約１μｍの範囲の厚みを有する。最も好適には、エピタキシャル層は、約０．６５μｍないし約１μｍの範囲の厚みを有する。
【００２６】
なお、エピタキシャル層を用いることにより、ＣＯＰが排除されることに加えて、ウェーハ表面の電気的特性が悪影響を受ける場合、エピタキシャル層の好適な膜厚を変化させてもよいことに留意すべきである。例えば、エピタキシャル層を用いて、ウェーハ表面近傍のドーパント濃度分布を正確に制御することができる。ＣＯＰを排除すること以外の目的でエピタキシャル層を用いる場合、ＣＯＰを排除するために必要な厚みよりも大きいエピタキシャル層厚が必要となり得る。このような場合、別の好ましい効果を得るための最小厚が好適に用いられる。ウェーハ上により厚い層を成長させるためには、より長い成長時間が必要であり、かつ反応容器の洗浄をより頻繁に洗浄しなければならないので、ウェーハ上により厚い層を成長させることは、一般に、商業的見地からみて好ましくない。
【００２７】
ウェーハが自然の酸化シリコン層（例えば、一般に、約１０Åないし約１５Åの厚みを有し、室温に曝したときシリコンウェーハ上に形成される酸化シリコン層）を有する場合、ウェーハ表面上にエピタキシャル層を成長させる前に、酸化シリコン層をウェーハ表面から取り除いておくことが好ましい。ここで用いられる「シリコン酸化層」という用語は、酸素原子と化学結合したシリコン原子の層を意味する。通常、こうした酸化シリコン層は、１つのシリコン原子当たりに約２つの酸素原子を含む。
【００２８】
本発明の好適な実施形態において、酸化シリコン層が表面から除去されるまで、酸化物を含まない雰囲気中でウェーハ表面を加熱することにより、酸化シリコン層は除去される。好適には、ウェーハ表面は少なくとも約１１００℃まで加熱され、より好適には、ウェーハ表面は少なくとも約１１５０℃まで加熱される。ウェーハ表面をＨ２ガスまたは希ガス（例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）を含む雰囲気中に曝した状態で、この加熱ステップを実施することが好ましい。より好適には、雰囲気はＨ２ガスを含む。最も好適には、他の雰囲気を用いると、ウェーハ表面上にエッチピットを形成する傾向があるので、雰囲気はＨ２ガスのみからなる。
【００２９】
Ｈ２存在下でウェーハを加熱することにより酸化シリコン層を除去するエピタキシャル蒸着手順において、ウェーハを高温（例えば、約１０００℃ないし約１２５０℃）に加熱し、ウェーハをこの温度でしばらくの時間（例えば、通常９０秒まで）焼成する。しかしながら、ウェーハ表面温度が約１１００℃（好適には１１５０℃）まで加熱されると、酸化シリコン層は、後の焼成ステップを行うまでもなく除去されることが確認されたので、焼成ステップを省略できる。焼成ステップの省略により、ウェーハを生成するために必要な時間が短縮され、商業的にみて好ましい。
【００３０】
本発明の好適な実施形態において、酸化シリコン層を除去するためにウェーハ表面を加熱した後、３０秒以内（より好適には、１０秒以内）でシリコンを成長させることが好ましい。これは、一般に、少なくとも約１１００℃（より好適には少なくとも約１１５０℃）の温度までウェーハ表面を加熱し、表面温度がこの温度に達した後、３０秒以内（より好適には、１０秒以内）でシリコン成長を開始することにより実現される。酸化シリコン層を除去した後、約１０秒までの時間、シリコン成長の開始を遅らせることにより、ウェーハの温度を安定させ、均一にすることができる。
【００３１】
酸化シリコン層を除去する間、断層（スリップ）が生じないように、一定の温度勾配でウェーハを加熱する。より具体的にいうと、ウェーハをあまりにも急激に加熱すると、その温度勾配により内部応力が形成され、ウェーハ内の異なる平面が互いに対してずれる（断層が生じる）。低濃度でドープされたウェーハ（例えば、ホウ素がドープされた、約１Ωｃｍないし約１０Ωｃｍの比抵抗を有するウェーハ）は、特に、断層が生じやすいことが分かってきた。この問題を解決するためには、室温から酸化シリコンの除去温度まで、約２０℃／秒ないし約３５℃／秒の範囲の平均温度勾配で、ウェーハを加熱することが好ましい。この加熱ステップは、ウェーハをハロゲンランプからの光などの輻射エネルギに曝すことで実現される。
【００３２】
エピタキシャル蒸着は、気相化学蒸着法を用いて実施される。概して云えば、気相化学蒸着法は、例えば、ＥＰＩ ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）リアクタ（カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ）などのエピタキシャル蒸着リアクタ内においてシリコンを含む雰囲気中にウェーハ表面を曝すステップを含む。本発明の好適な実施形態において、ウェーハ表面は、シリコンを含む揮発性ガス（例えば、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、またはＳｉＨ４）に曝される。これらのガスまたは他の流体は、流体源とチャンバの間を連通する入口手段（図示せず）を介してチャンバ内に導入される。チャンバ９０は、一般に符号８９で指定されたハウジングにより形成され（図５）、このハウジングは、壁部９１，９２，９３，９４，９５，９６を有し、壁部９６がチャンバの底部を形成する。またハウジングは、選択的に開閉されるドア９７を有し、閉じたとき、チャンバ９０は外部から封止され、ウェーハを処理している間、外部と異なる圧力を維持し、そして／または不要な流体の出入を防止することができる。また、雰囲気中にはキャリアガス（好適にはＨ２）が含まれることが好ましい。１つの実施形態においては、エピタキシャル蒸着時のシリコン源はＳｉＨ２Ｃｌ２、またはＳｉＨ４である。ＳｉＨ２Ｃｌ２が用いられた場合、蒸着時のリアクタ真空圧は、約５００Ｔｏｒｒないし約７６０Ｔｏｒｒである。一方、ＳｉＨ４が用いられた場合、リアクタ圧は約１００Ｔｏｒｒである。最も好適には、成長時のシリコン源はＳｉＨＣｌ３である。これは、他のシリコン源よりも遥かに安価である。さらに、ＳｉＨＣｌ３を用いたエピタキシャル蒸着は、大気圧下で実施することができる。これは、真空ポンプを必要とせず、リアクタチャンバは、破壊防止のために、さほど頑丈でなくてもよいので、好適である。さらに、安全性上の問題が殆どなく、空気または他の気体がリアクタチャンバ内にもれる可能性が低減される。
【００３３】
エピタキシャル蒸着時、ウェーハの表面は、シリコンを含む雰囲気により、多結晶性シリコンが表面上に積層されるのを防止するのに十分な温度に維持されることが好ましい。この間、表面温度は、一般に、少なくとも約９００℃であることが好ましい。より好適には、表面温度は、約１０５０℃ないし約１１５０℃の範囲の温度に維持される。最も好適には、表面温度は、酸化シリコン除去温度に維持される。
【００３４】
大気圧下で蒸着するとき、エピタキシャル蒸着の成長速度は、約３．５μｍ／分ないし約４．０μｍ／分の間であることが好ましい。これは、例えば、温度が約１１５０℃で絶対圧力が約１気圧の約２．５モル％のＳｉＨＣｌ３と約９７．５モル％のＨ２からなる雰囲気を用いて行うことができる。
【００３５】
利用されるウェーハのエピタキシャル層に、意図してドーパントを含ませる場合、シリコンを含む雰囲気にドーパントも含まれることが好ましい。例えば、エピタキシャル層に対してホウ素が含まれることが好ましい場合が多い。こうした層は、例えば、蒸着時、雰囲気中にＢ２Ｈ６を含ませて形成することができる。所望の特性（例えば、比抵抗）を得るために必要な雰囲気中のＢ２Ｈ６のモル分率は、エピタキシャル蒸着時にホウ素が特定基板から解離する量、汚染物質としてリアクタおよび基板内に存在するＰ型ドーパントの量、およびリアクタの圧力および温度などのいくつかのファクタに依存する。比抵抗が約１０Ωｃｍのエピタキシャル層を得るためには、圧力が約１気圧（標準または絶対）で、温度が約１１２５℃の約０．０３ｐｐｍ（すなわち、全体ガス１，０００，０００モルに対して約０．０３モルのＢ２Ｈ６）のＢ２Ｈ６を含む雰囲気が用いられる。
【００３６】
所望の厚みを有するエピタキシャル層が形成された後、希ガス（例えば、Ａｒ、Ｎｅ、またはＨｅ）またはＨ２を用いて、好適にはＨ２を用いて、シリコンを含む雰囲気を一掃する。その後ウェーハを、７００℃を超えない温度まで冷却し、エピタキシャル蒸着リアクタから取り出される。
【００３７】
従来式のエピタキシャル蒸着手順によれば、一般に、エピタキシャル蒸着時に形成された副生物を除去するために、エピタキシャル蒸着の後にポストエピ洗浄ステップを含む。このステップは、副生物が空気と反応した場合に生じる経時的な濁りを防止するために用いられる。加えて、数多くのポストエピ洗浄技術によれば、エピタキシャル表面上に酸化シリコン層を形成して、表面を不動態化（被膜で保護）する傾向がある。従来式のポストエピ洗浄方法は、例えば、当業者により広く知られた数多くの洗浄液のいくつかにエピタキシャル表面を浸漬するステップを含む。これらの溶液として、例えば、ピラニア混合液（すなわち、硫酸と過酸化水溶液の混合液）、ＳＣ−１混合液、およびＳＣ−２混合液が含まれる。こうしたポストエピ洗浄ステップの多くは、完了するまで少なくとも５分必要である。しかし、一般に、ポストエピ洗浄ステップは、必ずしも次のステップ（セクション３で以下説明する熱処理ステップ）を行う前に必要であるとは限らないことが分かった。これは、熱処理ステップが、好適には酸素ガスである酸化剤を含む雰囲気中で行われるという事実による。この酸化剤は、蒸着後にウェーハ上に残ったエピタキシャル蒸着副生物と反応する傾向がある。酸化剤と副生物が反応して揮発性物質が生成され、これがウェーハ表面から離脱する。酸化剤は、エピタキシャル蒸着副生物を除去すると共に、エピタキシャル層を不動態化する酸化層を、エピタキシャル層の上に形成する。したがって、このプロセスにおける次のステップ（工程）を行う前に、従来式のポストエピ洗浄処理（特に、ウェーハをポストエピ洗浄溶液と接触させるステップ）を行う必要がなくなる。
【００３８】
Ｃ．後続の温度プロセス工程においてウェーハ内の酸素析出現象に影響を与える熱処理
エピタキシャル蒸着後、ウェーハを処理して、結晶格子空孔のテンプレートをウェーハ内に形成する。これは、すべての電子デバイスの製造プロセスにおいて不可欠な熱処理サイクル中など、ウェーハが加熱処理された場合に、理想的で、均一でない深さ分布を有する酸素析出物をウェーハ内に形成する。図２は、本発明を用いて形成できる酸素析出物分布の一例を示す。この特別の実施形態において、ウェーハ１は、酸素析出物が実質的に存在しない領域（表面削剥領域）１５，１５’により特徴付けられる。これらの領域は、表面および裏面からそれぞれ深さｔ，ｔ’だけ延びている。好適には、深さｔ，ｔ’は共に、約１０μｍないし約１００μｍの範囲にあって、より好適には、約５０μｍないし約１００μｍの範囲にある。酸素析出物不存在領域１５，１５’の間には、酸素析出物が実質的に均一な濃度で存在する領域１７がある。殆どの場合、領域１７における酸素析出物濃度は、少なくとも約５×１０８析出物個／ｃｍ３であり、より好適には、少なくとも約１×１０９析出物個／ｃｍ３である。なお、図２の主旨は、本発明の単なる１つの実施形態として説明することにより、当業者が本発明を理解しやすくするためのものである。本発明は、この実施形態に限定されない。例えば、本発明を用いて、（２つの表面削剥領域１５，１５’ではなくて）ただ１つの表面削剥領域１５を有するウェーハを形成することもできる。
【００３９】
結晶格子空孔のテンプレートを形成するためには、まず酸化剤を含む酸化作用のある雰囲気中でウェーハを加熱した後、少なくとも約１０℃／秒の割合で冷却する。ウェーハを加熱する目的は、（ａ）ウェーハ全体に均一に分布する結晶格子内に、結晶間原子と結晶間空孔の対（すなわち、フランケル欠陥）を形成し、（ｂ）ウェーハ内に存在するすべての不安定な酸素析出物の核中心を取り除くことにある。一般に、より高い温度で加熱すると、より多くのフランケル欠陥が生じる。冷却ステップの目的は、結晶欠陥空孔の均一でない分布を形成するためであり、このとき空孔濃度は、ウェーハの中央部またはその近傍において最大となる。このように結晶欠陥空孔が不均一な分布を有するのは、ウェーハの表面付近にある空孔の一部が冷却時に表面に拡散して、消滅し、その結果、表面近くでは空孔濃度が低くなるという事実による。
【００４０】
そして例えば、このウェーハを用いて電子部品を製造する場合など、ウェーハが後に加熱されるとき、不均一な空孔断面プロファイルは、酸素析出物のテンプレートとなる。具体的には、ウェーハ１が加熱されると（図２参照）、空孔の濃度がより高いウェーハ１の領域１７内において、にわかに酸素が集中して、析出物５２が形成されるのに対し、空孔の濃度がより低いウェーハ表面３および５に近い領域１５，１５’においては、酸素は集中しにくい。通常、酸素は、約５００℃ないし約８００℃の範囲の温度において凝集し、約７００℃ないし約１０００℃の範囲の温度で析出する。すなわち、例えば、電子デバイスの製造プロセスにおける熱処理サイクルが８００℃近くの温度で実施されることが多い場合、熱処理サイクル中に、不均一な酸素析出物の分布をウェーハ内に形成することができる。
【００４１】
上述のように、本発明を都合よく利用して、比較的に数多くの結晶依存性ピットを表面上に有し、そしてボイドをバルク内に有する、空孔の多いウェーハ原材料を処理することができる。図３は、本発明による空孔の多いウェーハ原材料から形成され、加熱して酸素析出物が形成されたエピタキシャルウェーハに対する、結晶欠陥空孔の凝集物５１と酸素析出物５２の断面プロファイルを示す。エピタキシャル層５０は、ウェーハ１の外側表面３，４，６上にある（この特定の実施形態においては、裏面５上にはエピタキシャル層はない）。エピタキシャル層は、結晶起因性ピットを穴埋めするので、ウェーハは、滑らかで、結晶起因性ピットが存在しない表面２（ウェーハの側端部）および表面８を有する。この酸素析出物５２の断面プロファイルは、図２に示す酸素析出物５２の断面プロファイルと同様であり、内因性ゲッタリングを行うには十分なものである。ウェーハ１内のバルク内に完全に収まった空孔集塊物５１の断面プロファイルは、本発明のプロセス中、必ずバルク内に留まり（すなわち、濃度は、約５×１０４／ｃｍ３ないし約１×１０６／ｃｍ３に維持される。）、表面２，８と凝集物５１の間の障壁として機能するエピタキシャル層５０が存在するため、ウェーハ１の表面２，８に影響を与えることはない。したがって、このウェーハ製造プロセスによれば、比較的に安価であまり大掛りでない装置を用いて、一部には、内因性ゲッタリング機能を有するシリコンウェーハを形成し、空孔の多い原材料を用いて結晶起因性ピットが存在しない表面、および１つまたはそれ以上の表面削剥領域を有するウェーハを形成することができるので、このウェーハ製造プロセスは商業的に有用である。
【００４２】
表面削剥領域を形成するために、加熱ステップおよび急激な冷却ステップは、ＥＰＩ形成チャンバ９０内で実施され、ウェーハ１は、ハウジング８９とチャンバ９０に操作可能に取り付けられた適当な熱源により加熱される。高速熱アニール処理（ＲＴＡ）炉で用いられるような数多くの高出力のランプまたは光源９９である。ランプ９９は、シリコンウェーハを速やかに加熱することができる。例えば、多くのものが、ウェーハを室温から１２００℃まで数秒で加熱することができる。市販されている高速熱アニール処理炉の一例として、（カリフォルニア州マウンテンビューにある）ＡＧ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＳ社の型番６１０の炉、および（カリフォルニア州サンタクララにある）ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社のＣＥＮＴＵＲＡ社（登録商標）のＲＴＰがある。
【００４３】
表面削剥領域を形成するために、加熱ステップおよび急激な冷却ステップは、エピタキシャル蒸着リアクタまたはハウジング８９内で実施されることが好ましい。これにより、第２の加熱チャンバを不要にし、ＥＰＩチャンバから高速熱アニール処理炉へ搬送する手間を省略できる。図５を参照すると、表面削剥領域１５，１５’を形成するために加熱、冷却するとき、ウェーハを支持するための支持構造体を有する。迅速に冷却するために、ウェーハ１は、少なくとも冷却時において、その大部分を支持構造体や高い熱容量を有する他の構成部品から離間させておく必要がある。ハロゲンランプなどの一連の高出力ランプ９９を動作させて、光源からの輻射エネルギによりウェーハを加熱する。これらのランプ９９は、エピタキシャル被膜層に照射する際の前の加熱ステップで用いられたものと同じものであってもよい。図４に示すように、支持構造体は、サセプタ１０２に直立方向に固定された複数のピン１０１を有し、サセプタに対して移動することができない。好適には、少なくとも３つのピンがあるが、３つまたはそれ以上であってもよい。ピン１０１は、ウェーハ１の裏面５と係合する自由端１１０を有し、ウェーハが図４に示す処理位置にあるとき、通常、上方向に面したサセプタのトップ表面に対して平行で、かつ離間した位置の所定位置にウェーハを支持する。加熱時、サセプタ１０２をウェーハ１に対して輻射熱トランスファ位置に配置することにより、ウェーハ１の幅全体に亙る熱の均一性を改善することができる。（処理中、下方向に面した）ウェーハの表面５と、サセプタ１０２の隣接する表面１０３の間の間隔は、少なくとも約１ｍｍで、好適には、少なくとも約２ｍｍである。この間隔は、自由端１１０が上方向に面した表面１０３から離間する距離である。エピタキシャル被膜形成時、ウェーハ１をサセプタ１０２に対して接近して配置すると、ウェーハ１の裏面５上に形成される部分を小さくすることができる。好適な実施形態において図示したように、ピン１０１は、サセプタ１０２に対して移動できないので、ピンとウェーハの間の間隔は固定される。図示したように、サセプタ１０２は、アーム１０６に固定されたコラム１０５上に取り付けられる。このピン１０１とコラム１０５は、サセプタ１０２に固定される。アーム１０６は、シャフト１０８に固定され、シャフトから半径方向に延びる。好適には、加熱時、ウェーハをより均一に加熱するために、電気モータなどの適当な駆動手段１１４を用いて、サセプタ１０２およびウェーハ１を回転させる。通常、平行である表面５と１０３に対して通常平行な平面内において、ウェーハ１およびサセプタ１０２は回転する。シャフト１０８は、長手方向軸の周りに回転するように、駆動手段１１４と動作可能に連結される。シャフト１０８が回転すると、サセプタ１０２と、ピン１０１上にあるウェーハ１とが回転する。ピン１０１は、ウェーハ１の側端部２の直近において係合するように配置されることが好ましい。
【００４４】
図示したように、サセプタ１０２は、チャンバ９０内に好適に取り付けられ、サセプタとこれに搬送されたウェーハ１は、図示された構造物の位置において、壁９１ないし９６およびドア９７から離間して取り付けられる。
【００４５】
空気式シリンダ１３０などの直線移動デバイスが動作可能にシャフトに連結されている。シリンダは、作動することができる。
チャンバ９０内の１つまたは複数の位置にウェーハを配置して、ブレード１３５に向けるように、サセプタ１０２およびシャフト１０８を上昇および降下させることができる。このブレード１３５は、当業者にはよく知られているように、ウェーハ１をピン１０１上に載せ、ピンからウェーハを降ろすように作動させることができる。
【００４６】
ウェーハの冷却ステップは、速やかに、少なくとも１０℃／秒の速さで、好適には、少なくとも１５℃／秒の速さで、より好適には、少なくとも２０℃／秒の速さで、さらにより好適には、少なくとも５０℃／秒の速さで行う必要がある。これを実現するために、本発明は、ピン１０１を用いて隙間を設け、ウェーハの対向する表面３，５または８，５の大部分を、固体または高い熱容量を有する支持部材ではなく、チャンバ内の気体雰囲気と接触させる。
【００４７】
殆どの用途において、ウェーハは、好適には、表面削剥領域を形成するため、酸化作用のある雰囲気中で、少なくとも約１１７５℃の灼熱温度まで加熱される。より好適には、ウェーハは、約１２００℃ないし約１２５０℃の範囲の灼熱温度まで加熱される。ここで開示されたウェーハ温度は、高温計などの温度測定デバイスを用いて表面温度として測定される。ウェーハが好適な灼熱温度に達した後、ウェーハ温度は、好適には、ある所定時間灼熱温度で維持される。この所定時間は、一般には、約１０秒ないし約１５秒の範囲である。好適には、ウェーハは、約１０秒ないし約１５秒の範囲の時間、灼熱温度で維持される。冷却速度がより遅い場合、ウェーハをより高い温度まで加熱して、冷却ステップの前に、シリコン格子空孔をより高い濃度で形成してもよい。
【００４８】
本発明の１つの実施形態において、酸化作用のある雰囲気は、Ｈ２ＯとＨ２を含む。しかしながら、より好適には、酸化作用のある雰囲気中の酸化剤は、大気中に少なくとも３００ｐｐｍの濃度（すなわち、全体ガス１，０００，０００モル当たり３００モルのＯ２）で存在する酸素である。酸素濃度は、より好適には、約３００モルないし約２０００ｐｐｍであり、最も好適には、約３００モルないし約５００ｐｐｍである。酸化作用のある雰囲気の残りのものは、シリコン表面または酸化剤と反応しないものであることが好ましい。酸化作用のある雰囲気の残りのものは、より好適には、希ガス（例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）からなり、最も好適には、Ａｒからなる。加熱時、ウェーハの少なくともエピタキシャル表面は、酸化作用のある雰囲気に曝されている。しかしながら、結晶格子空孔プロファイルを形成し、ひいては図２に示すような好適な酸素析出物の断面プロファイルを形成するためには、ウェーハの全体表面が酸化作用のある雰囲気に実質的に曝される。
【００４９】
ウェーハ１を熱処理した後、上述のように、ウェーハを急速に冷却する。この冷却ステップを、好都合にも熱処理が行われたハウジング８９内で実施してもよい。択一的には、ウェーハ表面と反応しない雰囲気中で実施されることが好ましい。結晶格子空孔が単結晶シリコン全体に拡散する温度範囲において、ウェーハの温度が下降しているとき、冷却速度は速いことが好ましい。結晶格子空孔が比較的に移動しやすい温度範囲を外れた温度までウェーハが冷却されると、冷却速度は、ウェーハの析出特性に大きな影響を与えないので、厳格に重大なことではない。一般に、結晶格子空孔は、約８５０℃より高い温度において比較的に移動可能である。好適には、約８５０℃より低い温度、より好適には、約８００℃までウェーハを急速に冷却する。
【００５０】
好適な実施形態において、ウェーハの温度が、灼熱温度から、少なくとも約３２５℃以上で表面削剥領域形成のための灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約１０℃／秒である。より好適には、ウェーハの温度が、灼熱温度から、少なくとも約３２５℃以上で灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約１５℃／秒である。さらにより好適には、ウェーハの温度が、灼熱温度から、少なくとも約３２５℃以上で灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約２０℃／秒である。最も好適には、ウェーハの温度が、灼熱温度から、少なくとも約３２５℃以上で灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約５０℃／秒である。
【００５１】
とりわけ好適な実施形態において、ウェーハの温度が、表面削剥領域形成のための灼熱温度から、少なくとも約４００℃以上で灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約１０℃／秒である。より好適には、ウェーハの温度が、灼熱温度から、少なくとも約４００℃以上で灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約１５℃／秒である。さらに好適には、ウェーハの温度が、灼熱温度から、少なくとも約４００℃以上で灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約２０℃／秒である。最も好適には、ウェーハの温度が、灼熱温度から、少なくとも約４００℃以上で灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約５０℃／秒である。
【００５２】
別のとりわけ好適な実施形態において、ウェーハの温度が、表面削剥領域形成のための灼熱温度から、少なくとも約４５０℃以上で灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約１０℃／秒である。より好適には、ウェーハの温度が、灼熱温度から、少なくとも約４５０℃以上で灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約１５℃／秒である。さらに好適には、ウェーハの温度が、灼熱温度から、少なくとも約４５０℃以上で灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約２０℃／秒である。最も好適には、ウェーハの温度が、灼熱温度から、少なくとも約４５０℃以上で灼熱温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウェーハの平均的な冷却速度は少なくとも約５０℃／秒である。
【００５３】
本発明またはその好適な実施形態の構成要素を説明する際、不定冠詞「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、「ｔｈｅ（その）」、「ｓａｉｄ（先の）」は、１つまたはそれ以上の構成要素を意味するためのものである。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（有する）」「ｈａｖｉｎｇ（含む）」という用語は、包含する旨を意味し、列挙された構成要素の他に追加的な構成要素が存在することを示唆する。
【００５４】
上述の構成において、本発明の精神から逸脱することなく、さまざまな変更例を構成することができ、これまで開示し、添付図面に図示したすべての事項は、例示的なものであって、限定する意図はないと理解する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る原材料として用いられる単結晶シリコンウェーハの好適な構造を示す。
【図２】図２は、本発明の好適な実施形態により形成されたウェーハの酸素析出物の断面プロファイルを示す。
【図３】図３は、原材料が空孔の多い単結晶シリコンウェーハである場合の、本発明の好適な実施形態により形成されたウェーハの酸素析出物の断面プロファイルを示す。
【図４】図４は、ウェーハをリアクタ内に配置するために用いられるメカニズムの概略図である。
【図５】図５は、被膜形成、および表面削剥領域をウェーハ内に形成の際に用いられるリアクタの破断斜視図であって、内部を詳細に示すため、一部が取り除かれている。
【符号の説明】
１　ウェーハ、２　ウェーハの側端部、３　ウェーハの表面、４，６　ウェーハの外側表面、５　裏面、７　中央平面、１５，１５’　表面削剥領域、５０　エピタキシャル層、５１　空孔集塊物、５２　酸素析出物、８９　ハウジング、９０　チャンバ、９１，９２，９３，９４，９５，９６　壁部、９７　ドア、９９　熱源、１０１　ピン、１０２　サセプタ、１０３　サセプタ表面、１０５　コラム、１０６　アーム、１０８　シャフト、１１０　自由端、１１４　駆動手段、１３５　ブレード。
【国際公開パンフレット】
2004503084.tif 000003
2004503084.tif 000004
2004503084.tif 000005
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【国際調査報告】
2004503084.tif 000027
2004503084.tif 000028
2004503084.tif 000029