(57)【要約】電子素子の製造に用いられる半導体ウエハ上にエピタキシャル層を形成し、半導体ウエハ中に削剥領域を形成するための装置及び方法。削剥領域とエピタキシャル層とが一の装置中で形成される。装置は、冷却位置にウエハを支持し、ウエハを急冷し、削剥領域を形成するのに用いられるベルヌーイ棒を含む。
2004503085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源、サセプタ、ウエハサポート、およびベルヌーイ棒を有するハウジング中で、半導体ウエハ中に削剥領域を形成する方法であって、
ハウジング中で、対向する主面を備えた半導体ウエハを、少なくとも約１１７５℃の上昇温度まで熱源で加熱する工程であって、該加熱中に、該半導体が該ハウジング中のサポートにより支持される工程と、
該加熱を中止し、該ベルヌーイ棒を用いて、該サポートとの熱伝導がなくなるように該半導体を移動させる工程と、
該ハウジング中で、該サポートとの熱伝導のない状態に該ウエハを保持しつつ、該ウエハが約８５０℃より低い温度に達するまで、少なくとも１０℃／秒の速度で該加熱されたウエハを冷却して、該ウエハ中に削剥領域を形成する工程とを含む方法。
【請求項２】
チャンバ中に上記ウエハを配置し、上記主面の少なくとも１つにエピタキシャル成長を行うとともに、少なくとも該成長が行われる間、該ウエハが該サポートと直接、熱伝導のある状態に置く工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記ウエハが、上記成長が行なわれた後に少なくとも約１２５０℃の温度まで加熱され、該ウエハの冷却速度が少なくとも約２０℃／秒である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記ウエハが、少なくとも約１５℃／秒の速度で冷却される請求項２に記載の方法。
【請求項５】
上記ウエハが、少なくとも約２０℃／秒の速度で冷却される請求項２に記載の方法。
【請求項６】
上記ウエハが、少なくとも約５０℃／秒の速度で冷却される請求項２に記載の方法。
【請求項７】
上記冷却速度が、上記ウエハの温度が少なくとも約３２５℃になるまで、少なくとも約１５℃／秒である請求項４に記載の方法。
【請求項８】
上記冷却速度が、上記ウエハの温度が少なくとも約３２５℃になるまで、少なくとも約２０℃／秒である請求項５に記載の方法。
【請求項９】
上記冷却速度が、上記ウエハの温度が少なくとも約３２５℃になるまで、少なくとも約５０℃／秒である請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
上記冷却速度が、上記ウエハの温度が少なくとも約４００℃になるまで、少なくとも約１５℃／秒である請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
上記冷却速度が、上記ウエハの温度が少なくとも約４００℃になるまで、少なくとも約２０℃／秒である請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
上記冷却速度が、上記ウエハの温度が少なくとも約４００℃になるまで、少なくとも約５０℃／秒である請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
上記冷却速度が、上記ウエハの温度が少なくとも約４５０℃になるまで、少なくとも約１５℃／秒である請求項４に記載の方法。
【請求項１４】
上記冷却速度が、上記ウエハの温度が少なくとも約４５０℃になるまで、少なくとも約２０℃／秒である請求項５に記載の方法。
【請求項１５】
上記冷却速度が、上記ウエハの温度が少なくとも約４５０℃になるまで、少なくとも約５０℃／秒である請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
上記熱源が、光である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
上記熱源が、ハロゲンランプである請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
半導体ウエハを処理して該ウエハ中に削剥領域を形成する装置であって、
チャンバを規定し、開いた位置と閉じた位置の間で選択的に動くことができるドアを有するハウジングと、
該チャンバに、操作可能なように接続された熱源と、
該チャンバ中でウエハを選択的に支持する、該チャンバ中のサポートと、
選択的に流体を該チャンバ中に導入する、該チャンバに通じた入口手段と、
該チャンバに可動なように載置され、該ウエハの冷却中に、該サポートと熱伝導のない位置に該ウエハを移動させて、該削剥領域を形成する棒ヘッドを備えたベルヌーイ棒メカニズムと、
該ベルヌーイ棒メカニズムに接続でき、ウエハ持ち上げ位置とウエハ冷却位置との間で該棒ヘッドの動きを制御し、所定の冷却時間、該ウエハを該冷却位置に維持できる制御手段とを含む装置。
【請求項１９】
上記ドアが、上記チャンバ内部を上記チャンバの外部から選択的にシールでき、該外部と該チャンバ内部との間の圧力差を維持する請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
上記サポートが、ウエハの加熱中に、ウエハと直接、熱伝導の状態となるように配置されたサセプタを含む請求項１９の装置。
【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、特にシリコンウエ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。特に本発明は、単結晶シリコンウエハおよびその形成に関する。このようなウエハは、本質的にすべての電子デバイスの製造プロセスの熱処理サイクル中に形成される、理想的で、不均一な酸素析出物の深さ分布を有する削剥領域（ｄｅｎｕｄｅｄ ｚｏｎｅ）を含む。加えて、このウエハは、その上に蒸着されたエピタキシャルシリコン層を有する少なくとも１の主面を含む。
【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）を用いて形成される。この方法によれば、多結晶シリコン（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、ゆっくりと引き上げることにより単結晶シリコンを成長させる。引き上げ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、引き上げ速度および／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、引き上げ速度および／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。成長プロセス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、結晶引き上げ速度を上げ、坩堝に供給される熱を増やすことにより形成される。直径が十分に小さくなった時に、結晶が溶融液から分離される。
【０００３】
凝固後の結晶冷却時に、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の過剰な存在（即ち、固溶限界を超える濃度）により生じる。溶融液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、点欠陥の移動度が十分に高いとき、反応（または凝集現象）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から約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要因と考えられており、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、シリコン格子空孔が凝集することにある。特に、シリコン格子空孔が、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エハが形成されたとき、これらの空孔は、ウエハ表面上に露出し、ピットとして現われる。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、結晶引き上げ技術に焦点を当てる方法を含む。このアプローチは、更に、空孔が優位な材料を形成する結晶引き上げ条件を有する方法と、格子間原子が優位な材料を形成する結晶引き上げ条件を有する方法とに分けられる。例えば、（ｉ）結晶格子空孔が優位な内因性点欠陥である場合、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）結晶引き上げプロセス中の約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き上げ速度を約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、引き上げ速度をこのように遅くすると、各結晶引き上げ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、引き上げ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方法を含む。一般には、ウエ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、Ｆｕｓｅｇａｗａらの欧州特許公開第５０３，８１６号において、０．８ｍｍ／分を超える引き上げ速度でシリコンインゴットを成長させるとともに、ウエ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エハを熱処理することが開示されている。ウエ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エハは、こうした欠陥の軸方向濃度が均一でなく、異なる成長後処理条件を必要とすることがある。このようにウエハを熱処理すると、比較的に費用が嵩み、シリコンウエ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、単結晶シリコンウエ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。この方法によれば、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エハが提供される。しかしながら、従来式のエピタキシャル蒸着技術は、ウエ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、主に酸素などのさまざまな不純物を含む。例えば、溶融シリコンが石英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エハが形成される。
【００１０】
電子デバイスを製造する際に、通常採用される熱処理サイクルにより、酸素内に過飽和したシリコンウエハ内の酸素が析出する。ウエ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。ウエ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、ウエハのバルク内にある酸素析出物は、ウエ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。ウエ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、ウエハ（即ちウエハバルク）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、ウエ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、「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。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℃より高温）で酸素解離のための熱処理を行い、（ｂ）低温（６００℃から７５０℃）で酸素析出核を形成し、（ｃ）高温（１０００℃から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、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。従って、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、ウエハ内のどこにも酸素析出物が形成されないシリコンウエ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】
（発明の概要）
本発明の目的は、（ａ）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、（ｂ）結晶起因性ピットの無いエピタキシャル表面を有する単結晶シリコンウエハを提供すること、装置間の移動を不要とし一の装置中で削剥領域とエピタキシャル表面が形成できる装置を提供すること、である。
【００１４】
従って、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領域の間のウエハの第２領域を含むバルク層とを備えた単結晶シリコンウエハに関する。このウエハは、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エハの表面の方向に向かって減少することに特徴付けられる。加えて、ウエハの表面には、エピタキシャル層が蒸着されてもよい。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】
本発明の一の態様は、熱源、サセプタ、ウエハサポート、及びベルヌーイ棒ヘッドを有するチャンバ中で半導体ウエハ中に削剽領域を形成する方法を含む。かかる方法は、ハウジング中で、対向する主面を有する半導体ウエハを、少なくとも約１１７５℃の温度まで熱源で加熱し、加熱中にハウジング中で半導体をサポートで支持する工程を含む。加熱を終了し、ベルヌーイ棒を用いて、サポートと熱伝導（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ）の関係に無い位置に、加熱されたウエハを移動させる工程も含む。サポートと熱伝導が起きない状態にウエハを保持し、ウエハが約８５０℃より低い温度に達するまで、約１０℃／秒の速度で、加熱されたウエハをハウジング中で冷却し、これによりウエハ中に削剽領域を形成する工程も含む。
【００１６】
本発明の他の態様は、半導体ウエハを処理して削剽領域を形成するための装置の提供を含む。この装置は、チャンバを規定し、開いた位置と閉じた位置との間で選択的に動くドアを有するハウジングを含む。熱源は操作可能なようにチャンバに接続され、サポートは、チャンバ中で、熱源で加熱されるチャンバ中のウエハを選択的に支持する。入口手段がチャンバに接続され、チャンバ中に流体を選択的に導入する。ヘッドを備えたベルヌーイ棒メカニズムは、チャンバ中に可動なように搭載され、ウエハの冷却中にサポートと熱伝導のない位置にウエハを移動させて削剽領域を形成する。コントロール手段は、ウエハ持ち上げ位置とウエハ冷却位置との間での棒ヘッドの動きを制御し、予め定めた冷却期間の間、冷却位置にウエハが維持できるように、ベルヌーイ棒メカニズムに操作できるように接続されている。
【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）
本発明の一の具体例によれば、一の装置中で形成された、その上に堆積したエピタキシャルシリコン層を有する少なくとも１の表面と、少なくとも１の削剽領域とを含む、新規で有用な単結晶シリコンウエハを開発した。装置とプロセスは、エピタキシャル層を備えたウエハの製造用として示されるが、このエピタキシャル層の形成無しに、少なくとも１の削剽領域を備えたウエハの形成も可能である。このウエ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、ウエハは、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する（又はプリントする）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、ウエハには、（ａ）十分な深さを有する削剥領域と、（ｂ）内因性ゲッタリング（ＩＧ）の目的に適う十分な濃度の酸素析出物を含むウエハバルクとが形成される。また本発明により、こうした単結晶シリコンウエハを生成するための新規な方法が開発された。この方法は、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分である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エハの原材料は、チョクラルスキ結晶成長法の任意の従来式変形例に従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エハである。この方法および、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、Ｆ． 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、ウエハ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、ウエハ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。ウエハ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、ウエハ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エハ１の主面ではない。加えて、シリコンウエハは、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】
ウエハは、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。ウエハは、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型ウエハ、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型ウエハである。ウエハは、好適には、約０．０１Ωｃｍないし約５０Ωｃｍの範囲の比抵抗を有するＰ型ウエハである。とりわけ好適な実施形態において、ウエハは、約１Ωｃｍないし約２０Ωｃｍの範囲の比抵抗を有するＰ型ウエハである。他の好適な具体例では、ウエハは、約０．０１Ωｃｍないし約１．０Ωｃｍの範囲の比抵抗を有するＰ型ウエハである。
【００２２】
ウエハは、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、約５×１０１７原子数／ｃｍ３ないし約９×１０１７原子数／ｃｍ３（ＡＳＴＭ規格、Ｆ−１２１−８３）の酸素濃度を有する。酸素がウエハから析出すると、本質的に、酸素濃度が理想的な析出ウエハにおける酸素濃度から逸脱するので、当初のウエハは、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、空孔の多いウエハ原材料を用いる場合につき、とりわけ有用である。この「空孔の多いウエハ」という文言は、比較的に数多くの結晶格子空孔が凝集したもの（凝集物）を含むウエハを意味する。これらの凝集物は、通常、八面体構造を有する。バルクウエハにおいて、凝集物はボイドを形成し、ウエハ表面では結晶起因性ピット（ＣＯＰ）を形成する。空孔の多いウエハ内の結晶格子空孔の凝集物濃度は、通常、約５×１０５／ｃｍ３ないし約１×１０６／ｃｍ３であり、ウエハ表面上のＣＯＰの面密度は、通常、約０．５ないし約１０ＣＯＰ／ｃｍ２である。こうしたウエハは、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エハは、その上に蒸着されたエピタキシャルシリコン層を有する表面を含んでもよい。エピタキシャル層は、ウエ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、好適には、ウエハの表面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、ウエハの表面３全体の上に形成されている。エピタキシャル層がウエ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、そのウエハの意図した用途に左右される。殆どの用途において、ウエ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エハは、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エハは、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エハは、ウエ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エハ表面を形成する。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、ウエハ表面上の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、ウエ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、ウエ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膜厚が好適に用いられる。ウエ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、ウエ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】
ウエ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エハ上に形成される酸化シリコン層）を有する場合、ウエ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エ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エ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、ウエハ表面は少なくとも約１１００℃まで加熱され、より好適には、ウエハ表面は少なくとも約１１５０℃まで加熱される。ウエハ表面を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、ウエ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存在下でウエ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、ウエハを高温（例えば、約１０００℃ないし約１２５０℃）に加熱し、ウエハをこの温度でしばらくの時間（例えば、通常、約９０秒まで）焼成する。しかしながら、ウエハ表面温度が約１１００℃（好適には約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、ウエハを生成するために必要な時間が短縮され、商業的に好ましい。
【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エハ表面を加熱した後、３０秒以内（より好適には、約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℃）の温度までウエハ表面を加熱し、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、ウエ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エハを加熱する。より具体的にいうと、ウエ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、ウエ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エハ（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エハ）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、全体が８８で示される加熱装置又はリアクタ中で、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、ウエハを加熱することが好ましい。この加熱ステップは、ウエハをハロゲンランプからの光などの輻射熱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、ウエハの表面を雰囲気に晒す工程を含む。かかる雰囲気は、エピタキシャル堆積リアクタやハウジング８９を含む装置８８、例えば、ＡＳＭ Ｅｐｓｉｌｏｎ Ｏｎｅ Ｍｏｄｅｌ Ｅ２ ＥＰＩリアクタ（Ａｄｖａｎｃｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ａｍｅｒｉｃａ， Ｉｎｃ．，アリゾナ州のフェニックス）中のシリコンを含む。そのような装置８８は、１９９９年３月４日に出願された、Ｇｒｅｇｏｒｙ Ｗ． Ｗｉｌｓｏｎ らの継続中の特許出願である、Ｎｏ． ０９／２６２，４１７、タイトルが化学気相成長リアクタ用の圧力均一化システムに開示されている。かかる開示は、参考文献として本願に添付する。本発明の好適な実施形態において、ウエハ表面は、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。これらのガス又は流体は、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。プロセスチャンバ９０は、ハウジング８９（図５）により形成される。このハウジング８９は、複数の壁部９１、９２、９３、９４、９５および９６を有し、壁部９６がチャンバ９０を形成する。ハウジング８９は、また、選択的に開閉される少なくとも１つのドア９７（入口、出口のドア９７双方が示されている）を有し、閉じたとき、チャンバ９０は外部から封止され、ウエ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。記載されたハウジング８９は、それぞれがドア９７を備えた、入口および出口のロードロック９８Ａ、９８Ｂを含む。ロック９８Ａ、９８Ｂはウエハ１を保持するのに使用でき、プロセスチャンバ９０に導入し、終了したウエハを取り出す。プロセスチャンバ９０は、加熱しおよび／又はエピタキシャル層の堆積に使用できる処理ステーション９０Ａと、冷却のためにウエハを移動させて保持する保持ステーション９０Ｂとに分けることもできる。所望の場合は、エピタキシャル層の形成とウエハの冷却とは、１のチャンバ中で行うこともできる。ハウジング８９はチャンバ９０中に載置され、公知のベルヌーイ棒メカニズム１００が、上述のＡＳＭリアクタとして入手できる。記載された構造では、ベルヌーイ棒メカニズム１００が、処理ステーション９０Ａと保持ステーション９０Ｂとの間を動くヘッド１３０を有する。ベルヌーイ棒メカニズム１００の移動部は、図５に模式的に表された、制御手段１０２に使用できるように接続され、これにより制御される、拡張、引き込みが可能なはさみアーム１３１のようなパワー操作手段を含む。制御手段１０２は、ベルヌーイ棒メカニズムとヘッド１３０に影響を与え、テンポを設定するのに使用され、入口ロック９８Ａからウエハを取り出し、加熱位置にウエハ１を支持するサセプタ１０３を含むサポート１０１上でウエハ１を置き、サポートからウエハを取り出してウエハを冷却位置に移動させ、換言すれば、ウエハを、サポートに対して熱伝導のない関係に所定の期間保持して冷却し、仕上がったウエハ１を出口ロック９８Ｂに配置する。制御手段１０２は��公知の、プログラム可能なロジックコントローラを含んでも良い。制御手段１０２は、また、ランプ９９に接続されてオンとオフのタイミングを制御し、これにより、エピタキシャル成長プロセスのために加熱を始めることによりウエハを加熱し、温度を上昇させ、加熱をやめて削剥領域を形成する。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、ウエハの表面は、シリコンを含む雰囲気により、多結晶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】
利用されるウエ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、例えば、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、温度が約１１２５℃で絶対圧力が約１気圧の、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。それからウエハは加熱されて、以下で述べるように、中間での冷却を行わずに、削剥領域が形成される。
【００３７】
Ｃ．後続の温度プロセス工程においてウエハ内の酸素析出現象に影響を与える熱処理
エピタキシャル成長を用いる本発明の具体例では、エピタキシャル蒸着後に、ウエハを処理して、結晶格子空孔のテンプレートをウエハ内に形成する。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でウエ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エハ内に形成する。本発明の他の具体例では、エピタキシャル層の形成が省略される。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、ウエハ１は、酸素析出物が実質的に存在しない領域（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３および裏面５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’はともに、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、実質的に均一な濃度で酸素析出物が存在する領域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つの削剥領域１５、１５’ではなくて）ただ１つの削剥領域１５を有するウエハを形成することもできる。エピタキシャル層が形成されるプロセスで、エピタキシャル層を有するウエハの温度が、中間の冷却工程なしに上昇させることができる。エピタキシャル成長工程を用いないプロセスでは、後述のように、ウエハ温度は直接上昇させられる。
【００３８】
結晶格子空孔のテンプレートを形成するためには、一般には、酸化剤を含む酸化雰囲気中でウエハを最初に加熱し、それから、少なくとも約１０℃／秒の速度で冷却する。ウエハを加熱する目的は、（ａ）ウエハ全体に均一に分布する結晶格子内に、格子間原子と空孔の対（すなわち、フレンケル欠陥）を形成し、（ｂ）ウエ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、より多くのフレンケル欠陥が生じる。冷却ステップの目的は、結晶格子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、ウエハの中央部またはその近傍において最大となる。このように結晶格子空孔が不均一な分布を有するのは、ウエ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。
【００３９】
そして例えば、このウエハを用いて電子部品を製造する場合など、ウエハが後に加熱されるとき、不均一な空孔プロファイルは、酸素析出物のテンプレートとなる。具体的には、ウエハ１が加熱されると（図２参照）、空孔の濃度がより高いウエハ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エハ表面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エハ内に形成することができる。
【００４０】
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、空孔の多いウエ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エ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エハに対する、結晶格子空孔の凝集物５１と酸素析出物５２のプロファイルを示す。エピタキシャル層５０は、ウエハ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、ウエハは、滑らかで、結晶起因性ピットが存在しない表面２、８を有する。この酸素析出物５２のプロファイルは、図２に示す酸素析出物５２の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。ウエハ１内のバルク内に完全に収まった空孔集塊物５１のプロファイル（すなわち、バルク内のボイドのプロファイル）は、本発明のプロセスを通して同じであり（すなわち、濃度は、約５×１０４／ｃｍ３ないし約１×１０６／ｃｍ３に維持され）、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、ウエハ１の表面２、８に影響を与えることはない。従って、このウエ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エハを形成し、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削剥領域を有するウエハを形成することができるので、このウエハ製造プロセスは商業的に有用である。
【００４１】
削剥領域を形成するための加熱及び急冷は、エピタキシャル成長リアクタ又はハウジング８９中で行われるのが好ましい。ここでは、第２の加熱チャンバを不要とし、ＥＰＩチャンバからＲＴＡへウエハの移動を不要とする。加熱源は、操作しやすいように、図示するようにハウジング８９やチャンバ９０と結びつき、例えば内部９０に載置されたハロゲンランプやライトのような、１またはそれ以上の高出力ランプの列（バンク）又はライト９９を含む。そのようなランプはラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）炉中で用いられる。ランプ９９はシリコンウエハを急速に加熱できる。例えば、多くの場合、ウエハを室温から１２００℃まで、数秒間で加熱することができる。例えば、商業的に入手可能なＲＴＡ炉は、ＡＧアソシエーツ（カリフォルニア州のマウンテン・ビュー）製のモデル６１０炉と、アプライド・マテリアル（カリフォルニア州のサンタ・クララ）製のＣＥＮＴＵＲＡ　ＲＴＰとを含む。ランプ９９が稼動して、ライトからのエネルギでウエハ１を加熱するとともに、ウエハは、サセプタ１０３により処理位置に支持される。サセプタ１０３とウエハ１は、シャフト１０５に接続された適当な駆動手段１０４により加熱されながら回転できる。回転は、ウエハが幅方向により均一に加熱されるのを助ける。一の具体例では、サセプタ１０３は、シャフト１０５の上に載置されたグラファイトサセプタである。駆動手段１０４は、電気モータを含んでも良い。ランプ９９は、エピタキシャル層を形成する先の加熱工程で用いたものと同じもので良い。図４および図５を参照すると、装置８８は、削剥領域１５、１５’を形成するための加熱中にウエハを支持するサセプタ１０３を含む。急冷を行うために、少なくとも冷却中には、高い熱容量を有するサセプタ１０３や他の要素からウエハ１を離さなければならない。本発明では、以下で述べるように、ベルヌーイ棒１００を用いることにより、冷却のための間隔が確保される。ウエハの幅方向の温度均一性を改良するために、加熱又は処理中に、サセプタ１０３がウエハに隣接し、直接輻射による熱伝導にさらしても良い。直接輻射による熱伝導は、サセプタ１０３と接触した、又はそこから約２ｍｍより小さい間隔を隔てて配置されたウエハ１を含む。ウエハ１とサセプタ１０３との間の距離は、冷却中は少なくとも約１０ｍｍであり、この場合サセプタ１０３は熱伝導の状態にはない。熱がウエハを横切ってより均一に分散するように、ウエハ１の加熱中にサセプタ１０３が用いられるのが望まれる。
【００４２】
図示するように、サセプタ１０３は、シャフト１０５によりチャンバ９０中で適当に支持される。シャフト１０５は、図示するように、回転するようにモータ１０４に接続され、これにより、サセプタ１０３とその上のウエハ１を、垂直軸の回りに回転させる。代わりに、いくつかのウエハプロセスでは、ウエハ、シャフトおよびサセプタは回転する必要がなく、モータ１０４が不要となる。サセプタ１０３は、図示する構造のように、アーム１０７によりシャフト１０５に載せられ、シャフト１０５から放射方向に延び、角度を持って間隔を隔てる。多くのアーム１０７を準備することができるが、ここでは３つが用いられる。サセプタ１０３は、壁９１−９６およびドア９７から離れている。シャフト１０５は、サセプタ１０３に搭載され、温度情報を提供する熱電対１１２用の熱電対リード１１０が通る通路を提供するように中空であっても良い。サセプタ１０３は、装置８８の床１１４の、開口１１２中に配置される。
【００４３】
ウエハの冷却は、平均速度で、少なくとも約１０℃／秒、好適には少なくとも約１５℃／秒、より好適には少なくとも約２０℃／秒、更に好適には少なくとも約５０℃／秒の速度が必要である。本発明では、ウエハ１をサセプタ１０３からはずし、熱伝導の関係を無くすことにより、これを達成する。ベルヌーイ棒１００は、この産業界では公知で、概略が１３２で表されるガスポンプに、アーム１３１で接続された中空のヘッド１３０（図６）を含む。かかるアーム１３１は、チャンバ９０からガスを流し、ヘッド１３０の下部表面１３４にある複数の開口１３３を通ってガスを排出する（図６中の矢印参照）。ウエハ１の加熱が終了した時、ベルヌーイ棒ヘッド１３０がウエハ１の上の位置に移動し、ウエハを横切って流れるガスを案内してウエハを浮かせる。制御手段１０２による制御のもと、アーム１３１がドライブ１３５により動かされる。ウエハ１の近傍に配置されることにより、裏面５より低圧にさらされた上面３又は８を備えたウエハ１の両面において圧力差が生じる。圧力差はウエハを移動させ、圧力差が解消された場合に、ウエハはベルヌーイ棒１００の下で浮かび、ウエハの両面をチャンバ９０の気体雰囲気に晒す。この位置で、ウエハは、サセプタ１０３と熱伝導のない関係となり、冷却のために熱損失の速度を増加させる。更に、ベルヌーイ棒からのガスの流れは、ウエハ１からの対流による熱伝導を発生させて、熱損失速度を更に大きくする。ウエハ１の両面３、５、又は８、５の十分な部分がチャンバ９０の気体環境と接触し、固体や高い熱容量のサポート部材に接触しないことにより、急冷が、少なくとも部分的に達成される。ウエハ１の冷却は、チャンバ９０中で発生し、処理ステーション９０Ａ又は保持ステーション９０Ｂのいずれかで発生する。以前は、ベルヌーイ棒が、エピタキシャル層が形成された前後に、ウエハを移動するために使用された。また、本発明の特に好ましい形態として、削剥領域の形成とエピタキシャル成長とが、一のチャンバ中ではなく別々のチャンバ又は装置中で行われてもよい。
【００４４】
殆どの応用で、好適には、ウエハ１がチャンバ中で存在する雰囲気で加熱され、少なくとも約１１７５℃のソーク温度まで加熱されて削剥領域が形成される。更に好適には、約１２００℃と約１２５０℃との間の範囲の、ソーク温度まで加熱される。削剥領域を形成するためのウエハ１の加熱は、好適には、エピタキシャル層を形成するための加熱後に、間に冷却工程を行うことなくウエハ１の温度を上げることにより達成される。一旦、ウエハ１の温度が好ましいソーク温度に到達したら、ウエハ温度は、所定の期間、ソーク温度に保持されるのが好ましい。ここに記載したウエハ温度は、パイロメータのような温度測定装置を用いた表面温度として測定される。時間の好ましい量は、一般には、約１０秒から約１５秒の間に範囲である。好適には、ウエハは、約１２秒から約１５秒の間の範囲でソーク温度に保持される。冷却速度を遅くするために、冷却工程の前に、より高い濃度のシリコン格子空孔が形成されるより高い温度に、ウエハが加熱されても良い。
【００４５】
ウエハ１の処理に続いて、上述のようにウエハは急冷される。冷却工程は、加熱処理が行われたハウジング８９中で適切に行われる。好適には、代わりに、ウエハ表面と反応しない雰囲気中で行われる。好適には、急冷速度は、単結晶シリコン中で結晶格子空孔が拡散する温度範囲を通って、ウエハの温度が低くなるように用いられる。一旦、結晶格子空孔が動ける温度範囲外の温度にウエハが冷却されたら、冷却速度は、ウエハの沈殿特性に十分な影響を与えず、狭く不安定な値でもなくなる。一般に、結晶格子空孔は、約８５０℃のより高い温度で比較的動きやすい。約８５０℃より低い温度、好ましくは約８００℃より低い温度にウエハを急冷するのが好ましい。
【００４６】
好適な実施形態において、ウエハの温度が、ソーク温度から、少なくとも約３２５℃以上で削剥領域形成のためのソーク温度未満の温度に至るまで下降する際、ウエ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、ウエハの温度が、ソーク温度から、少なくとも約３２５℃以上でソーク温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウエ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、ウエハの温度が、ソーク温度から、少なくとも約３２５℃以上でソーク温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウエ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、ウエハの温度が、ソーク温度から、少なくとも約３２５℃以上でソーク温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウエハの平均的な冷却速度は少なくとも約５０℃／秒である。
【００４７】
特に好適な実施形態において、ウエハの温度が、削剥領域形成のためのソーク温度から、少なくとも約４００℃以上でソーク温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウエ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、ウエハの温度が、ソーク温度から、少なくとも約４００℃以上でソーク温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウエ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、ウエハの温度が、ソーク温度から、少なくとも約４００℃以上でソーク温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウエ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、ウエハの温度が、ソーク温度から、少なくとも約４００℃以上でソーク温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウエハの平均的な冷却速度は少なくとも約５０℃／秒である。
【００４８】
他の特に好適な実施形態において、ウエハの温度が、削剥領域形成のためのソーク温度から、少なくとも約４５０℃以上でソーク温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウエ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、ウエハの温度が、ソーク温度から、少なくとも約４５０℃以上でソーク温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウエ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、ウエハの温度が、ソーク温度から、少なくとも約４５０℃以上でソーク温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウエ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、ウエハの温度が、ソーク温度から、少なくとも約４５０℃以上でソーク温度未満の範囲の温度に至るまで下降する際、ウエハの平均的な冷却速度は少なくとも約５０℃／秒である。
【００４９】
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の存在を意味するものである。「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。
【００５０】
上述の構成において、本発明の範囲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】本発明にかかる原材料として用いられる単結晶シリコンウエハの好適な構造を示す。
【図２】本発明の好適な実施形態により形成されたウエハの酸素析出物のプロファイルを示す。
【図３】原材料が空孔の多い単結晶シリコンウエハである場合の、本発明の好適な実施形態により形成されたウエハの酸素析出物のプロファイルを示す。
【図４】加熱位置にウエハを備えたチャンバ中で、処理中にウエハを支持するのに用いられる装置の概略図である。
【図５】ウエハが処理されるチャンバを示すための切り欠き部分を有するハウジングの平面概略図である。ベルヌーイ棒は、引っ込んだ位置で示される。
【図６】ベルヌーイ棒の側面の断面図である。
【符号の説明】
８９　ハウジング、９０　チャンバ、９１、９２、９３、９４、９５、９６　壁部、９７　ドア、９８Ａ、９８Ｂ　ロードロック、９９　ランプ、１００　ベルヌーイ棒メカニズム、１０１　サポート、１０２　制御手段、１０３　サセプタ、１１２　開口、１１４　床、１３０　ヘッド、１３１　アーム、１３５　ドライブ。
【国際公開パンフレット】
2004503085.tif 000003
2004503085.tif 000004
2004503085.tif 000005
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【国際調査報告】
2004503085.tif 000029
2004503085.tif 000030