(57)【要約】  本開示は、ＮＨ３またはＮ２などの窒素含有ガスを含む雰囲気中での急速熱アニール後に、シリコンウエハのゲート酸化物完全性歩留まりを回復させる方法に関する。一般に、ＮＨ３またはＮ２などの窒素含有ガスを含む雰囲気中での急速熱アニールによって酸素析出物プロファイルが刻印されると、成長したままの結晶欠陥（酸素析出物）および窒化シリコン膜により発生した空孔が露出してシリコンウエハのＧＯＩ歩留まりが低下する。本発明は、窒化シリコン層を剥離し、続いてウエハを酸化し、続いて酸化シリコン層を剥離することによって、ＧＯＩ歩留まりを回復させる。
2020504069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコンウエハを処理する方法であって、
前記方法は、
少なくとも約１１００℃の温度で窒素含有ガスを含む第１の雰囲気中で前記単結晶シリコンウエハを熱処理して、前記単結晶シリコンウエハのバルク領域内に、結晶格子空孔の密度を増加させ、かつ、前記単結晶シリコンウエハの前面上に窒化シリコン層を形成するステップと、
前記単結晶シリコンウエハの前記前面から前記窒化シリコン層を除去するステップと、
酸素を含む第２の雰囲気中で、約９００℃〜約１１００℃の間の温度で３０分を超える時間、前記単結晶シリコンウエハを熱処理して、前記単結晶シリコンウエハの前記前面に、少なくとも約５０オングストロームの最小厚さを有する酸化シリコン層を形成するステップと、
前記単結晶シリコンウエハの前記前面から前記酸化シリコン層を除去するステップと、
を含み、
前記単結晶シリコンウエハは、２つの主要な平行面、そのうちの１つは、前記前面であり、１つは背面であり、前記前面と前記背面との間の中心面、前記前面と前記背面を接合する周縁部、前記前面から前記中心面に向かって測定した深さＤを有する前面層を含み、前記バルク領域は、前記前面層と前記中心面との間にある方法。
【請求項２】
前記窒素含有ガスを含む前記第１の雰囲気が、窒素、アンモニア、または窒素とアンモニアの組み合わせを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記単結晶シリコンウエハを、前記窒素含有ガスを含む前記第１の雰囲気中で、少なくとも約１１００℃の温度で約１秒〜約１２０秒の間の時間、熱処理する請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記単結晶シリコンウエハを、前記窒素含有ガスを含む前記第１の雰囲気中で、少なくとも約１１００℃の温度で約１秒〜約６０秒の間の時間、熱処理する請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記単結晶シリコンウエハを、前記窒素含有ガスを含む前記第１の雰囲気中で、約１１００℃〜約１２００℃の間の温度で約１秒〜約６０秒の間の時間、熱処理し、その後、前記窒素含有ガスを含む前記第１の雰囲気中で、約１２００℃〜約１３００℃の間の温度で約１秒〜約６０秒の間の時間、熱処理する請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記窒化シリコン層を、研磨、化学エッチング、またはプラズマエッチングによって除去する請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記酸素含有ガスを含む前記第２の雰囲気が、酸素、水蒸気、または酸素と水蒸気の組み合わせを含む請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記単結晶シリコンウエハを、前記酸素含有ガスを含む前記第２の雰囲気中で、約９００℃〜約１１００℃の温度で１２０分を超える時間、熱処理する請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記単結晶シリコンウエハを、前記酸素含有ガスを含む前記第２の雰囲気中で、約９５０℃〜約１１００℃の間の温度で６０分を超える時間、熱処理する請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記単結晶シリコンウエハを、前記酸素含有ガスを含む前記第２の雰囲気中で、約１０００℃〜約１１００℃の間の温度で３０分を超える時間、熱処理する請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記方法は、
前記単結晶シリコンウエハを、前記ウエハの前記バルク領域内に酸素析出物を形成するのに十分な温度および時間でアニールするステップをさらに含む請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記バルク領域が、酸素を含む前記第２の雰囲気中での熱処理後に、少なくとも約１×１０８ｃｍ−３の密度で酸素析出物を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記バルク領域が、酸素を含む前記第２の雰囲気中での熱処理後に、少なくとも約１×１０９ｃｍ−３の密度で酸素析出物を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記バルク領域が、酸素を含む前記第２の雰囲気中での熱処理後に、少なくとも約５×１０９ｃｍ−３のピーク密度で酸素析出物を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記前面層が、酸素を含む前記第２の雰囲気中での熱処理後に、約１×１０７ｃｍ−３未満の密度で酸素析出物を含み、さらに前記前面層の深さＤは、約４０マイクロメートル未満である請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記前面層の深さＤが、少なくとも約５マイクロメートルである請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記前面層が、酸素を含む前記第２の雰囲気中での熱処理後に、約１×１０６ｃｍ−３未満の密度で酸素析出物を含み、さらに
前記前面層の深さＤは、約４０マイクロメートル未満である請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記前面層の深さＤが、少なくとも約５マイクロメートルである請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸化シリコン層を、研磨、化学エッチング、またはプラズマエッチングによって除去する請求項１ないし１８のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
単結晶シリコンウエハであって、
前記単結晶シリコンウエハは、２つの主要な平行面、そのうちの１つは、前面であり、１つは背面であり、前記前面と前記背面との間の中心面、前記前面と前記背面を接合する周縁部、前記前面から前記中心面に向かって測定した深さＤを有する前面層、前記前面層と前記中心面との間にあるバルク領域を含み、
前記バルク領域は、少なくとも約１×１０７ｃｍ−３の密度および少なくとも約１×１０９ｃｍ―３の酸素析出物のピーク密度で酸素析出物を含み、前記ピーク密度は前記前面層と前記中心面との間にあり、
前記前面層は、約１×１０７ｃｍ−３未満の密度で酸素析出物を含み、前記前面層の深さＤは、約１マイクロメートル〜約４０マイクロメートルであり、
前記前面は、結晶欠陥帯に関連したゲート酸化物完全性パターンを有しない
単結晶シリコンウエハ。
【請求項２１】
前記バルク領域が、少なくとも約１×１０８ｃｍ−３の密度で酸素析出物を含む請求項２０に記載の単結晶シリコンウエハ。
【請求項２２】
前記バルク領域が、少なくとも約１×１０９ｃｍ−３の密度で酸素析出物を含む請求項２０に記載の単結晶シリコンウエハ。
【請求項２３】
前記バルク領域が、少なくとも約５×１０９ｃｍ−３のピーク密度で酸素析出物を含み、さらに前記ピーク密度が、前記ウエハ表面の約３０マイクロメートル以内、または前記ウエハ表面から約１０マイクロメートル〜約２０マイクロメートルの間であるような前記ウエハ表面の約４０マイクロメートル以内である請求項２０に記載の単結晶シリコンウエハ。
【請求項２４】
前記前面層の深さＤが、約５マイクロメートル〜約３０マイクロメートルの間である請求項２０ないし２３のうちいずれか１項に記載の単結晶シリコンウエハ。
【請求項２５】
前記前面層の深さＤが、約５マイクロメートル〜約２０マイクロメートルの間である請求項２０ないし２３のうちいずれか１項に記載の単結晶シリコンウエハ。
【請求項２６】
前記前面層の深さＤが、約５マイクロメートル〜約１０マイクロメートルの間である請求項２０ないし２３のうちいずれか１項に記載の単結晶シリコンウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、一般に、電子部品の製造に使用されるシリコンウエハの製造に関する。より具体的には、本発明は、イントリンシックゲッタリングおよびゲート酸化物完全性歩留まりを有するシリコンウエハをもたらすアニールプロセスに関する。
【０００２】
関連出願のクロスレファレンス
本出願は、２０１６年１２月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／４３９，６２１号に対する優先権を主張する。その開示内容は、その全体が、参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００３】
半導体電子部品を製造するための大部分のプロセスの出発材料である単結晶シリコンは、一般に、いわゆるチョクラルスキー（Ｃｚ）プロセスを用いて調製され、ここで単結晶は溶融シリコンに浸漬され、次いでゆっくり抽出される。溶融シリコンは、石英ルツボに入れられている間、様々な不純物、特に酸素が混入している。シリコン溶融塊の温度では、溶融塊の温度におけるシリコンへの酸素の溶解度と凝固したシリコン中の酸素の実際の偏析係数とによって決まる濃度に達するまで、酸素が結晶格子に入る。そのような濃度は、電子デバイスを製造するために使用されるプロセスに典型的な温度での固体シリコン中の酸素の溶解度より大きい。従って、結晶が溶融塊から成長しそして冷却するにつれて、その中の酸素の溶解度は急速に減少し、それにより、結晶からスライスされたウエハ中に、酸素は過飽和濃度で存在する。
【０００４】
電子デバイスの製造に通常用いられる熱処理サイクルは、酸素中で過飽和であるシリコンウエハ中に酸素の析出を引き起こす可能性がある。ウエハ中のそれらの位置に応じて、析出物は有害または有益であり得る。ウエハの活性デバイス領域に酸素析出物があると、デバイスの動作が損なわれる可能性がある。しかしながら、ウエハの大部分に位置する酸素析出物は、ウエハと接触する可能性がある望ましくない金属不純物を捕捉することができる。金属を捕捉するためにウエハの大部分に配置された酸素析出物を使用することは、一般に、内部ゲッタリングまたはイントリンシックゲッタリング（“ＩＧ”）と呼ばれる。
【０００５】
単結晶シリコンウエハ内で内部ゲッタリングを達成するのに適した熱処理サイクルには、急速熱アニール（例えば、SunEdison Semiconductor, Ltd.製のMagic Denuded Zone（登録商標）プロセス）またはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中での長時間アニールが含まれる。急速熱アニールプロセスにおける短いアニール時間は、費用対効果の高い解決策である。しかしながら、無析出帯（ＰＦＺ、デヌーデッドゾーンとも呼ばれる）の深さは、典型的には深すぎてシリコンの上部１００マイクロメートルに金属不純物を効果的にゲッタリングすることができない（すなわち、バックグラインド後に残ったシリコンの典型量）。逆に、長時間アニールは、良好なＰＦＺ帯（上部２０マイクロメートル以内で調整可能）とゲッタリング能力の両方を達成することができる。しかしながら、長時間のアニールはアニール時間（数時間）を必要とし、それは製造コストと生産量に影響を与える。
【０００６】
窒素含有ガス雰囲気中での急速熱アニールは、Magic Denuded Zone（登録商標）プロセスおよび長時間アニールの代替として開発された。例えばＮＨ３またはＮ２ガスなどの窒化雰囲気中での急速熱アニールは、浅いＰＦＺ（Precipitate Free ZoneまたはDenuded Zone）を用いて強力な内部ゲッタリング能力を達成する。例えば、J Appl Phys, 114, 043520（2013）を参照のこと。窒素ガスを含有する雰囲気中での急速熱アニールがゲート酸化膜の完全性歩留まり（ＧＯＩ）を低下させることがあることは、当技術分野においてこれまで認識されていなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
簡単に言うと、本発明は、窒素ガス含有雰囲気中で急速熱アニールを予め受けた単結晶シリコンウエハにおいて適切なＧＯＩ歩留まりを達成するための方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様において、本発明は、単結晶シリコンウエハを処理する方法であって、前記方法は、窒素含有ガスを含む第１の雰囲気中で少なくとも約１１００℃の温度で単結晶シリコンウエハを熱処理し、単結晶シリコンウエハのバルク領域内の結晶格子空孔の密度を増加させ、単結晶シリコンウエハの前面に窒化シリコン層を形成するステップと、前記単結晶シリコンウエハは２つの主要な平行表面、１つは前面であり、１つは背面であり、前面と背面との間の中心面、前面と背面を接合する周縁部、前面から中心面に向かって測定された深さＤを有する前面層を含み、前記バルク領域は前面層と中心面との間にあり、前記方法は、単結晶シリコンウエハの前面から窒化シリコン層を除去するステップと、酸素を含む第２の雰囲気中で、約９００℃〜約１１００℃の間の温度で３０分を超える時間、単結晶シリコンウエハを熱処理して、単結晶シリコンウエハの前面に少なくとも約５０オングストロームの最小厚さを有する酸化シリコン層を形成するステップと、単結晶シリコンウエハの前面から酸化シリコン層を除去するステップとを含む方法。
【０００９】
別の態様では、本発明は、単結晶シリコンウエハであって、単結晶シリコンウエハは、２つの主要な平行面、１つは前面であり、１つは背面、前面と背面との間の中心面、前面と背面を接合する周縁部、前面から中心面に向かって測定された深さＤを有する前面層、前記前面層と前記中心面との間にあるバルク領域を含み、前記バルク領域は、少なくとも約１×１０７ｃｍ−３の密度および少なくとも約１×１０９ｃｍ−３の酸素析出物のピーク密度で酸素析出物を含み、前記ピーク密度は、前面層と中心面との間であり、前記前面層は、約１×１０７ｃｍ−３未満の密度で酸素析出物を含み、前記前面層の深さＤは、約１マイクロメートル〜約４０マイクロメートルの間であり、前記前面は、結晶欠陥帯に関連したゲート酸化物の完全性パターンを有しない単結晶シリコンウエハ。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】アンモニアを含む環境中で急速熱アニールを受け、続いてＮＥＣ１処理（８００℃で４時間、続いて１０００℃で１６時間）を受けたウエハ中のバルク微小欠陥密度の典型的な深さプロファイルを示す。
【図２Ａ】急速熱アニール前（図２Ａの左側のウエハ）におけるＧＯＩ歩留まりを示す。
【図２Ｂ】アンモニアを含む環境中での急速熱アニール後の単結晶シリコンウエハ（図２Ｂの右側のウエハ）におけるＧＯＩ歩留まりを示す。
【図３Ａ】本発明のいくつかの実施形態に係る、プロセスフローを示す。
【図３Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に係る、プロセスフローを示す。
【図３Ｃ】本発明のいくつかの実施形態に係る、プロセスフローを示す。
【図３Ｄ】本発明のいくつかの実施形態に係る、プロセスフローを示す。
【図４】温度の関数としての酸化による計算されたシリコン格子間原子の濃度を示すグラフである。
【図５】ＧＯＩ完全性試験後のウエハのいくつかの画像を提供する。
【図６Ａ】アンモニア、続いて酸化剤を含む環境（１０００℃で５秒間）中で急速熱アニールを受けたウエハについてのＢＭＤ深さプロファイル（酸化析出熱処理後；８００℃でＮＥＣ１処理４時間、続いて１０００℃で１６時間）を示す。ｘ軸目盛りは、マイクロメートル単位の深さであり、ｙ軸目盛りは、ＢＭＤ／ｃｍ３である。
【図６Ｂ】アンモニアを含む環境中で急速熱アニールを受け、続いて酸化的環境（１１００℃で５秒間）を受けたウエハについてのＢＭＤ深さプロファイル（酸化析出熱処理８００℃で４時間＋１０００℃で１６時間後）を示す。ｘ軸目盛りは、マイクロメートル単位の深さであり、ｙ軸目盛りは、ＢＭＤ／ｃｍ３である。
【図６Ｃ】９００〜１０００℃の間で４時間の長時間酸化アニールを受けたウエハについてのＢＭＤ深さプロファイル（８００℃で４時間＋１０００℃で１６時間の酸化析出熱処理後）を示す。ｘ軸目盛りは、マイクロメートル単位の深さであり、ｙ軸目盛りは、ＢＭＤ／ｃｍ３である。
【図７】いくつかの温度で長時間酸化アニールを受けた様々なウエハについてのＧＯＩ完全性結果を示す。示されているウエハは、成長したままのウエハ（左端のウエハ）、窒化環境中における急速熱アニール後のウエハ（左から２番目のウエハ）、および９００℃、９５０℃、および１０００℃で３６０分間の酸化アニールを受けた３枚のウエハ（右）を含む。
【図８】酸化温度および時間の関数としてのＧＯＩ改善の等高線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、窒化雰囲気中での急速熱アニール処理後に、単結晶シリコンウエハ、例えば、完全なシリコンウエハのゲート酸化膜完全性（ＧＯＩ）歩留まりを回復させる方法に関する。いくつかの実施形態では、本発明は、窒素ガス含有雰囲気、例えば、ＮＨ３、窒素、またはそれらの組み合わせ中での急速熱アニール処理後に、単結晶シリコンウエハ、例えば、完全シリコンウエハのゲート酸化膜完全性（ＧＯＩ）歩留まりを回復する方法に関する。一般に、窒素ガス含有雰囲気、例えばＮＨ３、窒素、またはそれらの組み合わせ中での急速熱アニール、続いてウエハのバルク内にバルク微小欠陥を成長させるのに十分なアニールが、表面領域に無析出帯（ＰＦＺ、またはデヌーデッドゾーン）を含む単結晶シリコンウエハを得るのに十分である。しかしながら、ウエハのバルク内のＢＭＤは、ウエハ表面上の成長したままの結晶欠陥（例えば、酸素析出物）を窒化シリコン膜によって生成された空孔に曝すことによって、シリコンウエハのＧＯＩ歩留まりを低下させる可能性がある。これらの空孔は、ウエハ表面上の酸素析出物を成長させ安定化させる可能性があり、これらの欠陥はゲート酸化膜の完全性歩留まりの低下に寄与する可能性がある。急速熱アニールによって形成された無析出帯からのＧＯＩのプロセスウィンドウは極めて狭いので、急速熱アニール後にＢＭＤピーク密度および浅いＰＦＺの深さをいかなる低下もさせることなくＧＯＩのフルプロセスウィンドウを回復させる方法を見つける必要がある。
【００１２】
窒素ガス含有雰囲気中での急速熱アニールは、有利には浅い無析出帯を生じる。図１を参照すると、図１は、アンモニア環境で急速熱アニールし、続いてＮＥＣ１処理した（８００℃で４時間、続いて１０００℃で１６時間）ウエハのバルク微小欠陥密度の典型的な深さプロファイルを示す。ウエハは、８．３４４ＰＰＭＡおよび９．５４４ＰＰＭＡの図１に示すように格子間酸素濃度を有する。約４０マイクロメートル未満、約３０マイクロメートル未満、約２０マイクロメートル未満、さらには約１０マイクロメートル未満のような非常に浅いＰＦＺが、ウエハの前面および背面の両方に形成され得る。さらに、ＢＭＤのピーク密度は、ウエハ表面近くに形成され、これは酸素析出物を成長させるように設計された熱処理中に発生する。ウエハ酸素含有量、ＭＤＺの浸漬温度、および冷却速度などの重要なパラメータに関係なく、ピークＢＭＤ密度は１立方センチメートル当たり６〜８×１０９析出物のオーダーであるので、このピークＢＭＤ密度は、本発明の実施形態の好ましい範囲内である。いくつかの好ましい実施形態では、窒化雰囲気中での急速熱アニールは、１０マイクロメートル未満の浅いＰＦＺ深さおよび２０〜３０マイクロメートルの深さ、またはさらには１０〜２０マイクロメートルの深さで高いＢＭＤピークを有するシリコンウエハをもたらす。このようなウエハは、ウエハ深さ中心付近にＢＭＤ密度ピークを有するより深いＰＦＺ深さを有する、酸素ガス含有雰囲気中での急速熱アニールよりもはるかに強いゲッタリング能力を提供する。
【００１３】
窒素ガス含有雰囲気中での急速熱アニールは、ゲート酸化膜の完全性を低下させる可能性がある。ＧＯＩ不良パターン（図２Ａ、図２Ｂ、図５、および図７参照）は、結晶欠陥帯に関連している。欠陥バンドには、結晶起因ピット（ＣＯＰ、ボイド欠陥）、Ｈバンド、Ｐバンド、Ｌバンド、完全シリコン格子間原子優勢バンド、Ｂ欠陥バンド、およびＡ欠陥バンドが含まれる。典型的には、ウエハがＣＯＰ、Ｈバンド、およびＰバンド欠陥のいずれかを有する場合、ＧＯＩ劣化が起こる。これらの結晶欠陥帯は、コアまたはリングパターンのいずれかであり、欠陥帯は、ウエハ内の様々な半径方向位置に観察される。ＧＯＩパターンがコアパターンでもリングパターンでもない場合、この非対称パターンは、結晶欠陥ではなくウエハ処理またはＧＯＩ試験準備によって引き起こされるであろう。ＧＯＩ破壊電圧（ＭＶ／ｃｍ）も結晶欠陥帯および欠陥タイプによって影響される。一般に、ゲート酸化膜の完全性の低下は、結晶起因ピットおよびＨバンド欠陥のために５〜９ＭＶ／ｃｍの範囲で起こり得、これはゲート酸化膜の厚さの均一性に影響を及ぼす。一般に、ゲート酸化膜の完全性の低下は、急速熱アニール中のＳｉ３Ｎ４／Ｓｉ界面からの注入空孔の組み合わせおよび結晶からの成長した酸素析出物または大サイズ成長酸素析出物によって形成されるＰバンド欠陥、マイクロボイド欠陥、または酸素析出物によって引き起こされる１０〜１２ｍＶ／ｃｍの範囲で発生する。酸化は高応力場のＧＯＩに影響を与えるので、成長した酸素析出物がＧＯＩの劣化の主な原因と考えられている。ＧＯＩ不良が結晶欠陥帯に起因するものであるかどうかを理解するために、ＧＯＩ不良パターン形状と破壊電圧の両方を検討する。ＧＯＩ不良パターンが結晶欠陥帯または破壊電圧と一致しない場合、ＧＯＩ不良パターンは結晶欠陥帯に関連していると考えられる。
【００１４】
窒素含有環境での急速熱アニールによって欠陥密度が大きく変わることはない。しかしながら、窒素環境における急速熱アニールは、注入された空孔で欠陥を装飾する可能性がある。したがって、小さなサイズの欠陥はＲＴＡ効果によって解消されることができるが、他の欠陥は空孔によって装飾され、それによって、それらはより大きくより安定になる。これはゲート酸化膜の均一性に影響を及ぼし、ＧＯＩ歩留まりを低下させる。検出され得るより大きな欠陥は、２０ナノメートル以上のオーダーであり得、そしてこのような欠陥の密度は、１×１０８ｅａ／ｃｍ３のオーダーであり得る。そのような密度は、上記の順序でＧＯＩを劣化させるのに十分である。小サイズだが検出不可能な欠陥（＜２０ｎｍ）が含まれる場合、実際の欠陥密度ははるかに高い。より大きなサイズ、高密度の欠陥は、ゲート酸化物の均一性に影響を及ぼし、そして不均一なゲート酸化物は、不均一な酸化物の厚さに関連する応力集中のために電気的応力場に対して局所的に弱まる。窒素雰囲気中のＲＴＡによって助長され得る空孔の供給が酸素析出物を増大させそして安定化させる場合、ゲート酸化物の破壊が起こり得る。
【００１５】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、図２Ａおよび図２Ｂは、急速熱アニール前（図２Ａの左側のウエハ）およびアンモニアを含む環境での急速熱アニール後（図２Ｂの右側のウエハ）の単結晶シリコンウエハにおけるＧＯＩ歩留まりを示す。アンモニア中での急速熱アニールが、ウエハの周縁部またはその近くに存在するゲート酸化物完全性パターン関連結晶欠陥帯を介してウエハ内のＧＯＩ歩留まりを低下させることは明らかである。
【００１６】
したがって、本発明は、窒素ガス含有雰囲気中でウエハを急速熱アニールして、それによって、薄い無析出帯およびウエハ表面近くの酸素析出物のピーク密度またはピーク濃度を有するウエハを得る単結晶シリコンウエハの製造方法に関する。酸素析出核テンプレートの形成後、窒化シリコン層が剥離され、そしてウエハは、ウエハ表面上に酸化シリコン層を形成するのに十分な酸化アニールを受ける。その後、ウエハから酸化シリコン層が剥離され、それによって、ＧＯＩ歩留まりを低下させる表面欠陥が除去される。本発明の方法に従って製造されたウエハは、理想的な酸素析出核テンプレートを有し、さらにＧＯＩ歩留まりを低下させる表面欠陥を欠いている。具体的には、ウエハは、図２Ｂに例示されたタイプのゲート酸化物完全性パターン関連結晶欠陥帯を欠いている。その後、ウエハは、ウエハのバルク領域内に酸素析出物を成長させるのに十分なＮＥＣ１のようなアニールを受けることができる。有利には、ウエハは窒化雰囲気中でＲＴＡを受けたので、ウエハ内の酸素析出物のピーク密度は、ウエハ表面から約４０マイクロメートル以内、例えば、ウエハ表面から約３０マイクロメートル以内、またはウエハ表面から約１０マイクロメートル〜約２０マイクロメートルの間である。
Ｉ．基板
【００１７】
図３Ａを参照すると、シリコンウエハ１０またはその一部が示されている。シリコンウエハ１０は、２つの一般的に平行な主面を含むことができ、その一方は基板の前面であり、他方は基板の背面である。周縁部が前面と背面とを接合し、中心面が前面と背面との間にある。図３Ｂを参照すると、シリコンウエハ１０は、深さＤを有する前面層４０と、前面層と中心面との間のバルク領域または層５０とを含む。本明細書に記載されるような任意の操作の前に、シリコンウエハ１０の前面と背面は実質的に同一であり得る。表面は、単に便宜上、そして一般的に本発明の方法の操作が行われる表面を区別するために“前面”または“背面”と呼ばれる。本発明のいくつかの実施形態では、本発明の動作はシリコンウエハ１０の前面上で行われる。本発明のいくつかの実施形態では、本発明の動作は、シリコンウエハ１０の前面と背面の両方で行われる。さらに、シリコンウエハは通常、いくらかの全体厚みムラ（ＴＴＶ）、ワープ、およびバウを有するので、前面のあらゆる点と背面のあらゆる点との間の中点は、平面内に正確に収まらないことがある。しかしながら、実際問題として、ＴＴＶ、ワープ、およびバウは典型的には非常に小さいので、概ね中間点は前面と背面との間でほぼ等距離にある仮想中心面内に入ると言える。
【００１８】
一般に、シリコンウエハ１０は、少なくとも約２０ｍｍ、より典型的には約２０ｍｍ〜約５００ｍｍの間の直径を有する。いくつかの実施形態では、直径は、少なくとも約２０ｍｍ、少なくとも約４５ｍｍ、少なくとも約９０ｍｍ、少なくとも約１００ｍｍ、少なくとも約１５０ｍｍ、少なくとも約２００ｍｍ、少なくとも約２５０ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、少なくとも約３５０ｍｍ、さらには少なくとも約４５０ｍｍである。シリコンウエハ１０は、約１００マイクロメートル〜約５０００マイクロメートル、例えば、約１００マイクロメートル〜約１５００マイクロメートル、適切には約５００マイクロメートル〜約１０００マイクロメートルの範囲内の厚さを有することができる。
【００１９】
特に好ましい実施形態では、シリコンウエハ１０は、従来のチョクラルスキー結晶成長方法に従って成長し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からスライスされたウエハを含む。このような方法、ならびに標準的なシリコンスライス、ラッピング、エッチング、および研磨技術は、例えば、F. Shimura, Semiconductor Silicon Crystal Technology, Academic Press, 1989,および Silicon Chemical Etching, (J. Grabmaier ed.) Springer - Verlag, N. Y., 1982 に開示される（参照により本明細書に組み込まれる）。好ましくは、ウエハは当業者に知られている標準的な方法によって研磨され洗浄される。例えば、W. C. O'Mara et al, Handbook of Semiconductor Silicon Technology, Noyes Publications 参照。必要に応じて、例えば標準的なＳＣＩ／ＳＣ２溶液中でウエハを洗浄することができる。いくつかの実施形態では、本発明の単結晶シリコンウエハは、通常少なくとも約１５０ｍｍ、少なくとも約２００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、または少なくとも約４５０ｍｍの公称直径を有する、従来のチョクラルスキー（“Ｃｚ”）結晶成長方法に従って成長し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。好ましくは、単結晶シリコンハンドルウエハおよび単結晶シリコンドナーウエハの両方とも、引っかき傷、大きな粒子などの表面欠陥がない鏡面研磨された前面仕上げを有する。ウエハの厚さは、約３００マイクロメートル〜約１０００マイクロメートルの間など、適切には約５００マイクロメートル〜約１０００マイクロメートルの範囲内など、約２５０マイクロメートル〜約１５００マイクロメートルの間で変動し得る。いくつかの特定の実施形態では、ウエハの厚さは、約７２５マイクロメートル〜約８００マイクロメートルの間など、約７５０マイクロメートル〜約８００マイクロメートルの間であり得る。いくつかの実施形態では、ウエハの厚さは、約７２５マイクロメートルであり得る。いくつかの実施形態では、ウエハの厚さは、約７７５マイクロメートルであり得る。
【００２０】
いくつかの好ましい実施形態では、シリコンウエハ１０は、ＣＺ法によって成長させた研磨シリコンウエハである。シリコンウエハ１０は任意の結晶方位、例えば（１００）、（１１０）、（１１１）を有することができ、結晶方位の選択は構造の最終用途によって決定されることができる。
【００２１】
一般に、出発シリコンウエハ１０は、ＣＺプロセスによって達成可能な範囲内の任意の場所にある酸素濃度を有することができ、それは典型的には、ＡＳＴＭ校正に従って決定された、約２×１０１７〜約９×１０１７原子／ｃｍ３、または約４〜約１８ＰＰＭＡである。；Ｏｉ＝４．９ａ、ここで、ａは１１０７ｃｍ−１の吸収帯の吸収係数である；新しいＡＳＴＭ規格Ｆ−１２１−８３。いくつかの好ましい実施形態では、シリコンウエハ１０は、約６×１０１７原子／ｃｍ３未満、または約１２ＰＰＭＡ、例えば、約２×１０１７〜約５×１０１７原子／ｃｍ３または約４〜約１０ＰＰＭＡの格子間酸素濃度を有する。さらに、出発シリコンウエハ１０は、好ましくは、ウエハの表面近傍領域に安定化酸素析出物（すなわち、約１２００℃以下の温度ではウエハから溶解またはアニールできない酸素析出物）がない。
【００２２】
置換炭素は、単結晶シリコン中に不純物として存在する場合、酸素析出核形成中心の形成を触媒する能力を有する。したがって、この理由および他の理由から、単結晶シリコンウエハ１０は低濃度の炭素を有することが好ましい。すなわち、単結晶シリコンウエハ１０は、約５×１０１６原子／ｃｍ３未満、好ましくは、１×１０１６原子／ｃｍ３未満、さらに、好ましくは、５×１０１５原子／ｃｍ３未満の炭素濃度を有することが好ましい。
【００２３】
シリコンウエハの抵抗率は本発明の方法にとって重要ではない。しかしながら、抵抗率は、最終用途の要求に応じて変わり得る。それを考慮すると、シリコンウエハ１０は、高濃度にドープされていてもよく、半絶縁性であってもよく、またはその間のどこかにドーピングプロファイルを有していてもよい。したがって、抵抗率は、ミリオーム以下からメガオーム以上まで変化し得る。いくつかの実施形態において、シリコンウエハ１０は、ｐ型またはｎ型ドーパントを含む。適切なドーパントは、ホウ素（ｐ型）、ガリウム（ｐ型）、リン（ｎ型）、アンチモン（ｎ型）、およびヒ素（ｎ型）を含む。ドーパント濃度は、ウエハの所望の抵抗率に基づいて選択される。いくつかの実施形態では、ウエハタイプは、それらがＮ＋＋タイプ、Ｎ＋タイプ、Ｎタイプ、Ｎタイプ、およびＮタイプのいずれとしても特徴付けることができるように、抵抗率を有することができる。典型的なＮ＋抵抗率範囲は、Ｓｂドーピングでは１０ミリオーム−ｃｍのように低く、Ａｓドーピングでは２ミリオーム−ｃｍのように低いＮ＋＋であり、Ｐドーピングでは１ミリオーム−ｃｍのように低いＮ＋＋＋である。仕様範囲は、結晶成長における偏析のため、通常、最大／最小で２〜３倍である。いくつかの実施形態では、ウエハタイプは、それらがＰ＋＋タイプ、Ｐ＋タイプ、Ｐタイプ、Ｐ−タイプ、およびＰ−−タイプのいずれとしても特徴付けることができるように抵抗率を有することができる。典型的なＰ＋抵抗率範囲は、１０ミリオーム−ｃｍのように低く、Ｐ＋＋は、５ミリオーム−ｃｍのように低い。仕様範囲は、通常、結晶成長における偏析のため、最大／最小で１．５〜２倍である。したがって、ウエハの抵抗率は、約０．０１オーム−ｃｍ〜約１０キロオーム−ｃｍの間など、約０．１ミリオーム−ｃｍ〜約１０キロオーム−ｃｍまで変動し得る。いくつかの実施形態では、抵抗率は、例えば、０．１ミリオーム−ｃｍ〜約１００オーム−ｃｍ、例えば、０．１ミリオーム−ｃｍ〜約１０オーム−ｃｍ、または約０．１ミリオーム−ｃｍ〜約１オーム−ｃｍなどの約０．１ミリオーム−ｃｍ〜約１キロオーム−ｃｍまでの範囲であり得る。いくつかの実施形態では、抵抗率は、例えば、約０．０１オーム−ｃｍ〜約１００オーム−ｃｍ、例えば、０．０１オーム−ｃｍ〜約１０オーム−ｃｍ、または約０．０１オーム−ｃｍ〜約１オーム−ｃｍなどの約０．０１オーム−ｃｍ〜約１キロオーム−ｃｍまでの範囲であり得る。基板は、Ｎ型（Ｐｈｏｓ）およびＰ型（Ｂｏｒｏｎ）の両方において、１オーム−ｃｍ、１０オーム−ｃｍ、または１００オーム−ｃｍの公称値などの低濃度ドープ形態でも入手可能である。基板抵抗率の選択は、用途に依存する（例えば、基板がバックゲートとして使用される場合、より低い抵抗率が好ましい）。
【００２４】
いくつかの実施形態では、シリコンウエハ１０は、例えば有機物または他の不純物を除去するために、急速熱アニールの前に洗浄される。適切な洗浄液はピラニア溶液であり、これはＨ２ＳＯ４（濃縮）とＨ２Ｏ２（３０％溶液）を典型的には３：１の比率で含むが、４：１または７：１などの他の比率も適している。洗浄時間は約１５分から約２時間の間が適当である。
ＩＩ．急速熱アニール
本発明の方法によれば、急速熱処理を実施してウエハ内の酸素析出のためのプロファイルまたはテンプレートを確立する酸素析出核の分布を形成する。１つまたは複数の実施形態では、テンプレートは、ウエハバルク内に酸素析出物を有するが、本明細書では無析出帯または“デヌーデッドゾーン（Denuded Zone）”と呼ぶことがある表面近傍領域に低密度の、好ましくは本質的に存在しない酸素析出物を有するウエハ用である。有利には、任意の所望の深さのデヌーデッドゾーンを得ることができる。いくつかの実施形態では、デヌーデッドゾーンの深さは、ウエハの前面から中心面に向かって測定したときに少なくとも約１マイクロメートル、少なくとも約３マイクロメートル、または少なくとも約５マイクロメートルであり得る。いくつかの実施形態では、デヌーデッドゾーンの深さは、ウエハの前面から中心面に向かって測定したとき、約３０マイクロメートル未満、または２０マイクロメートル未満、１５マイクロメートル未満などの約４０マイクロメートル未満、またはウエハの前面から中心面に向かって測定して、１０マイクロメートル未満でさえあり得る。さらに、テンプレートは、酸素析出物のピーク密度（酸素析出物を形成するのに十分な後のアニールから生じる）が、ウエハ表面の約４０マイクロメートル以内、例えばウエハ表面の約３０マイクロメートル以内、またはウエハ表面から約１０マイクロメートル〜約２０マイクロメートルの間で起こり得る。
【００２５】
これに関して、形成される酸素析出核は、一般に、核の一部として結晶格子空孔を含む。空孔は、酸素二量体（Ｏ２）などの酸素と関連している（すなわち、結合しているおよび／またはグループ化されている）ことがある。しかしながら、本開示はいかなる構造的および／または形態学的に特異的な酸素析出核にも限定されないことを理解すべきである。例えば、酸素析出核は、空孔単独でもよく、またはＶＯとして結合してもよい。本明細書中で使用される場合、“酸素析出核”とは、酸素析出熱処理時に酸素析出物を形成するかまたは活性化後にそのような析出物を形成する任意の構造単位を指す。本明細書で使用される“酸素析出核”は、限定的な意味で考慮されるべきではない。
【００２６】
急速に熱プロセスを使用して酸素析出核の分布を形成し、それが次に酸素析出のためのテンプレートを確立することは、一般に米国特許第５，９９４，７６４号；第６，１９１，０１０号および第６，１８０，２２０号に記載されている。これらのそれぞれは、関連性があり一貫したすべての目的のために参照により本明細書に組み入れられる。そこに記載されている“理想的な析出プロセス”は、典型的には、不均一な酸素析出核の分布を生じさせ、ウエハバルク中の濃度は表面層中よりも高い。引き続く酸素析出熱処理の際に、ウエハ塊中の高濃度の核は酸素析出核形成中心を形成し、それは酸素析出物の形成および成長を助け、表面近傍領域における核の濃度はそうするには不十分である。その結果、表面近傍領域にデヌーデッドゾーンが形成され、バルク微小欠陥と呼ばれることもある酸素析出物がウエハのバルク内に形成される。そこに記載されているように、デヌーデッドゾーンの深さは、ウエハの前面から中心平面に向かって測定して、約３０マイクロメートル未満、または約２０マイクロメートル未満、１５マイクロメートル未満などの約４０マイクロメートル未満、またはウエハの前面から中心面に向かって測定して、１０マイクロメートル未満でさえあり得る。デヌーデッドゾーンの深さは、ウエハの前面から中心面に向かって測定したとき、少なくとも約１マイクロメートル、少なくとも約３マイクロメートル、または少なくとも約５マイクロメートルであり得る。さらに、（酸素析出物を形成するのに十分な後のアニールから生じる）酸素析出物のピーク密度は、ウエハ表面の約３０マイクロメートル以内、またはウエハ表面から約１０マイクロメートル〜約２０マイクロメートルの間などのウエハ表面の約４０マイクロメートル以内に生じ得る。
【００２７】
空孔含有酸素析出物核の不均一分布を形成するためのプロセスでは、シリコンウエハ１０は、ウエハを高温に加熱されて形成され、これにより、シリコンウエハ１０中の空孔を含む酸素析出核の数密度が増加する熱処理ステップを受ける。好ましくは、この熱処理ステップは、ウエハが目標温度に急速に加熱されそして比較的短時間の間その温度でアニールされる急速熱アニール装置において行われる。少なくとも約１１００℃、少なくとも約１１７５℃、少なくとも約１２００℃または少なくとも約１３００℃（例えば、約１１００℃〜約１４００℃、約１１００℃〜約１３００℃、または約１１００℃〜約１２００℃）を使用することができる。シリコンウエハ１０は、一般に、少なくとも約１秒間、典型的には、少なくとも数秒間（例えば、少なくとも約３秒間または少なくとも約５秒間以上）、さらには数１０秒間（例えば、少なくとも約２０秒間、少なくとも約３０秒間、少なくとも約４０秒間、少なくとも約６０秒間、少なくとも約１２０秒間以上）これらの温度範囲内に維持される。いくつかの実施形態では、シリコンウエハ１０は、２つの異なる温度で急速熱アニールを受ける。例えば、いくつかの実施形態では、シリコンウエハ１０は、約１１００℃〜約１２００℃の間の温度で、約１秒〜約６０秒の間の期間にわたってアニールされ、その後、約１２００℃〜約１３００℃の間の温度で、約１秒〜約６０秒の間の期間にわたってアニールされる。いくつかの実施形態では、ウエハを約１１００℃の温度で１〜１０秒間、例えば、約１秒間アニールし、続いて、約１２１５℃の温度で、約１０秒間などの約５秒間〜約２０秒間の期間アニールすることができる。ウエハの所望の特性およびウエハがアニールされている雰囲気に応じて、約６０秒までの範囲であり得、これは市販の急速熱アニール装置の限界に近い。これまでに得られた実験的証拠に基づいて、アニール中にシリコンウエハ１０を設定温度に追加時間維持することは、空孔濃度の増加につながるようには思われない。
【００２８】
図３Ｂおよび図３Ｃを参照すると、急速熱アニーリングステップの後、シリコンウエハ１０は、前面と、前面から中心面に向かって測定した距離Ｄとの間のウエハの領域を含む前面層４０、および中心面と表面層との間にウエハの第２の領域を含むバルク領域５０を有する。ここで、表面層およびバルク領域は、結晶格子空孔を含むある濃度の酸素析出核を有する。デヌーデッドゾーンは、前面層４０に形成され、一方、急速熱アニールによって形成されたテンプレート３０による酸素析出は、酸素析出物を析出させるのに十分な熱処理中にバルク領域５０内で起こる。前面層４０の深さＤは、ウエハの前面から中心面に向かって測定したとき、例えば、約３０マイクロメートル未満、または２０マイクロメートル未満、１５マイクロメートル未満、またはさらには１０マイクロメートル未満などの約４０マイクロメートル未満、例えば、約５マイクロメートル〜約４０マイクロメートル、または約５マイクロメートル〜約３０マイクロメートル、または約５マイクロメートル〜約２０マイクロメートル、または約５マイクロメートル〜約１０マイクロメートルなどであり得る。バルク領域５０は、前面層４０とシリコンウエハ１０の中心面との間の材料と見なすことができる。背面が窒化雰囲気に曝らされる実施形態では、同様の背面層およびバルク領域がウエハの背面に形成される。
【００２９】
本発明の方法によれば、急速熱アニーリングステップは、窒素含有ガス、すなわち窒化雰囲気の存在下で行われる。いくつかの実施形態では、急速熱アニーリングステップは、窒素ガス（Ｎ２）もしくはアンモニアのような窒素含有化合物ガス、またはそのようなガスの組み合わせを含有する雰囲気中で行われる。いくつかの実施形態では、周囲雰囲気は、アルゴンなどの不活性ガスをさらに含んでもよい。一般に、窒化雰囲気の存在下で急速熱アニール装置中でウエハをアニールすると、ウエハ中に不均一な酸素析出核濃度（数密度）プロファイルが生じ、ピーク濃度は、表面から約１００マイクロメートル以内、または表面の約４０マイクロメートル以内に生じ、例えば、約１０〜約１００マイクロメートル、例えば、約１０〜約５０マイクロメートルの間、または約１０〜約４０マイクロメートルの間、または約１０〜約３０マイクロメートルの間、または約１０〜２０マイクロメートルの間、これは窒化ガスに曝され、ウエハバルク内でより少なく比較的均一な濃度に曝される。したがって、急速熱アニーリングステップ中にウエハの前面および背面が窒化雰囲気に曝されると、得られるウエハは、一般に、ウエハの断面に対して“Ｍ字形”または“Ｕ字形”の酸素析出核濃度（数密度）プロファイルを有することになる。すなわち、最大濃度が前面および背面のそれぞれの数マイクロメートル以内に発生し、比較的一定でより低い濃度がウエハバルク全体にわたって発生するであろう。図３Ｂを参照すると、ピーク酸素析出核濃度がシリコンウエハ１０の前面近くにある酸素析出核濃度プロファイルまたはテンプレート３０を示す。図示されていないが、テンプレート３０と同様の酸素析出核濃度テンプレートが、シリコンウエハ１０の背面近くにも生じるであろう。したがって、シリコンウエハ１０は、２つの酸素析出核濃度のピークを含み、１つのピークはウエハ１０の前面近くにあり、１つのピークはウエハ１０の背面近くにある。
【００３０】
急速熱アニーリングステップが完了すると、シリコンウエハ１０は、空孔含有酸素が核を析出する温度範囲、特に空孔自体が単結晶シリコン中で比較的移動可能である温度範囲にわたって急速に冷却される。空孔含有酸素析出核は、典型的には、約７００℃を超える、約８００℃を超える、約９００℃を超える、さらには約１０００℃を超える温度まで、商業的に実用的な期間内でシリコン中を移動する。ウエハの温度がこの温度範囲にわたって低下するにつれて、空孔含有核はウエハの表面および／またはウエハ表面の酸化物層に拡散して消滅し、したがって、ウエハがこの範囲内の温度に維持される時間の長さに応じて変化の程度と共に核濃度プロファイルの変化をもたらす。ウエハがこの範囲内の温度に無限の期間保持されると、核濃度プロファイルは再び均一になるが、平衡濃度は熱処理ステップの完了直後の濃度よりも低くなる。しかしながら、本明細書にさらに記載されるように、単独で、またはウエハが熱処理され冷却される雰囲気の制御と共にウエハを急速に冷却することによって、ウエハバルクは表面近くの領域における濃度よりも大きい、酸素析出核の不均一分布を達成することができる。例えば、プロセス条件（例えば、冷却速度）は、例えば、最大核濃度が表面から約１００マイクロメートル以内、または表面から約４０マイクロメートル以内、例えば、表面の約１０〜約１００マイクロメートル、例えば、約１０〜約５０マイクロメートルの間、または約１０〜約４０マイクロメートルの間、または約１０〜約３０マイクロメートルの間、または約１０〜約２０マイクロメートルの間になるように制御されてもよい。
【００３１】
この点に関して、一般に、本明細書で使用される“デヌーデッドゾーン”は、（ｉ）酸素析出物がないことを有する、ウエハの表面近くの領域を占めるゾーンであり、１０７酸素析出物／ｃｍ３、約１０６酸素析出物／ｃｍ３未満、またはさらに約１０５酸素析出物／ｃｍ３未満、と定義される。（ｉｉ）低濃度の、好ましくは、酸素析出核が実質的に存在しないことであり、これは、酸素析出熱処理に付されると、酸素析出物に変換される。
【００３２】
好都合には、冷却ステップは、加熱ステップが行われるのと同じ雰囲気中で行われてもよい。しかしながら、それは、核濃度プロファイルの形状を変更することがある異なる雰囲気中で実行されることがある。選択された雰囲気にかかわらず、ウエハを急速に冷却することの効果は、雰囲気要因を支配し、その結果、表面近傍領域における空孔の濃度を大幅に減少させる。急速熱アニーリングステップおよび冷却ステップは、例えば、ウエハが高出力ランプの列によって個々に加熱される任意の数の市販の急速熱アニーリング（“ＲＴＡ”）炉内で実施することができる。ＲＴＡ炉は、シリコンウエハを、例えば、室温から約１２００℃まで数秒で急速に加熱することができる。
【００３３】
一般に、酸素析出核が移動する温度範囲内の平均冷却速度は、少なくとも毎秒約５℃、または他の実施形態のように少なくとも毎秒約２０℃、少なくとも毎秒約５０℃、少なくとも毎秒約１００℃、またはさらに少なくとも毎秒約１５０℃以上（例えば、毎秒約２０℃〜毎秒約２００℃、毎秒約２０℃〜毎秒約１００℃、または毎秒１００℃〜毎秒約２００℃）。典型的には、現在の処理装置は、毎秒約３０℃〜約８０℃、より典型的には毎秒約４０℃〜約５０℃の冷却速度をもたらす。この点に関して、空孔含有酸素析出核が単結晶シリコン中で比較的移動可能である温度範囲外の温度までウエハが冷却されると、冷却速度はそれに大きな影響を及ぼさないように見えることに留意されたい。したがって、ウエハの特性を向上させることは厳密には重要ではないと思われる。
【００３４】
窒化雰囲気中での急速熱アニールは、シリコンウエハ１０の表面層には、図３Ｂに示すような、窒化シリコン層２０を形成する。ＲＴＡプロセスは、数秒で起こるので、窒化シリコン層は、一般に比較的薄く、例えば、少なくとも約５オングストローム、例えば、約５オングストローム〜約１０００オングストローム、または約５オングストローム〜約５００オングストロームの間、または約５オングストローム〜約２００オングストロームの間、または約５オングストローム〜約１００オングストロームの間である。窒化シリコン層２０は、後続の酸化サイクル中の酸化物層の形成ならびにその空孔注入およびその外方拡散の阻止を妨げるので、窒化物層は除去される。図３Ｃを参照すると、いくつかの実施形態において、窒化シリコン層は、研磨、湿式化学エッチング（例えば、ＫＯＨエッチングまたはリン酸エッチング）、またはプラズマエッチングによって除去される。窒化シリコン層を除去するのに適した技術は、当該技術分野において既知である。
【００３５】
いくつかの実施形態では、窒化シリコン層２０は、タッチ研磨によって除去される。タッチ研磨は、窒化シリコン層全体を除去するのに十分である。窒化シリコン層を除去するのに適した研磨溶液は、当技術分野において公知である。
【００３６】
いくつかの実施形態において、シリコンウエハ１０は、窒化シリコン層の除去後に洗浄される。適切な洗浄液はピラニア溶液であり、これはＨ２ＳＯ４（濃縮）とＨ２Ｏ２（３０％溶液）を典型的には３：１の比率で含むが、４：１または７：１などの他の比率も適している。洗浄時間は約１５分から約２時間の間が適当である。
ＩＩＩ．酸化アニール
【００３７】
窒化シリコン層が剥離された後（図３Ｃ参照）、シリコンウエハ１０の前面に酸化シリコン層６０を形成するのに十分な時間と温度でシリコンウエハ１０を酸化アニールする。図３Ｄを参照すると、シリコンウエハ１０の酸化は、熱酸化（堆積半導体材料膜の一部が消費される）によって達成されてもよく、または膜はＣＶＤ酸化物堆積によって成長されてもよい。いくつかの実施形態では、シリコンウエハ１０は、ＡＳＭＡ４００などの炉内で熱酸化することができる。温度は、約９５０℃〜約１１００℃の間、または約１０００℃〜約１１００℃の間など、酸化雰囲気中で９００℃〜１１００℃の範囲であり得る。アニール時間は、少なくとも約３０分、例えば、約６０分を超える、約１２０分を超える、例えば、約１８０分を超える、または約２４０分を超える、約３００分を超える、または約３６０分を超えることができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、単結晶シリコンウエハは、酸素含有ガスを含む酸化雰囲気中で、約９００℃〜約１１００℃の間、例えば、約９００℃〜約１０００℃の間の温度で、少なくとも約３０分、例えば、約６０分を超える、約１２０分を超える、例えば、約１８０分を超える、または約２４０分を超える、約３００分を超える、または約３６０分を超える、例えば、約３０分〜約３６０分、または約６０分〜約３６０分、または約１２００分〜約３６０分などである時間の間熱処理される。いくつかの実施形態では、単結晶シリコンウエハは、酸素含有ガスを含む酸化雰囲気中で、約９５０℃〜約１１００℃の間、例えば、約９５０℃〜約１０５０℃の間の温度で、少なくとも約３０分、例えば、約６０分を超える、例えば、１２０分を超える、例えば、１８０分を超える、または２４０分を超える、３００分を超える、または約３６０分を超える、例えば、約３０分〜約３６０分、または約６０分〜約３６０分、または約１２００分〜約３６０分などである時間の間加熱処理される。いくつかの実施形態では、単結晶シリコンウエハは、酸素含有ガスを含む酸化雰囲気中で、約１０５０℃〜約１１００℃などの約１０００℃〜約１１００℃の温度で、少なくとも約３０分、例えば、約６０分を超える、約１２０分を超える、例えば、約１８０分を超える、または約２４０分を超える、約３００分を超える、または約３６０分を超える、例えば、約３０分〜約３６０分、または約６０分〜約３６０分、または約１２００分〜約３６０分などである時間の間加熱処理される。酸化雰囲気は、ＡｒまたはＮ２などの不活性ガスとＯ２との混合物とすることができる。酸素含有量は、１〜１０％、またはそれ以上まで変動し得る。いくつかの実施形態では、酸化雰囲気は最大１００％であり得る（“ドライ酸化”）。いくつかの実施形態では、周囲雰囲気は、ＡｒまたはＮ２などの不活性ガスと、Ｏ２および水蒸気などの酸化性ガスとの混合物（“湿式酸化”）を含むことができる。例示的な実施形態では、シリコンウエハ１０をＡ４００などの縦型炉に装填することができる。温度を酸化温度まで上昇させ、適切な酸化ガス、例えばＯ２を炉に流し込む。酸化物層を生成するために、Ｎ２（４ｓｌｍ）とＯ２（２０ｓｌｍ）との組み合わせなど、酸化のための様々なガス条件を使用することができる。所望の酸化物厚さが得られた後、Ｏ２を止め、炉の温度を下げそしてウエハを炉から取り出す。一般に、酸化層は、約５０オングストローム〜約１０００オングストロームの間、または約５０オングストローム〜約５００オングストロームの間など、約５０オングストロームを超える厚さを有する。いくつかの実施形態において、約９００℃の温度で約０．５時間の酸化アニールは、約５０オングストローム以上の厚さを有する二酸化シリコン層をもたらす。いくつかの実施形態において、約９００℃の温度で約４時間の酸化アニールは、約３５０オングストローム以上の厚さを有する二酸化シリコン層をもたらす。
【００３９】
酸化アニールは、ウエハのバルクに酸素析出物を成長させる目的ではない。本発明のいくつかの実施形態によれば、酸素析出熱処理、例えば、ＮＥＣ１アニールは、ＧＯＩ歩留り試験の後に行われる。むしろ、酸化アニールは、ウエハ表面近くの酸素析出物を溶解するために、またはそれらが検出不可能でありかつＧＯＩ劣化に寄与しなくなるまでそのサイズを縮小するために十分である。酸化アニールは、ＳｉＯ２／Ｓｉ界面からウエハバルクへの格子間シリコン原子を供給する。ゲート酸化膜完全性試験を実行するために、酸化シリコン層６０が除去され、それはさらにＧＯＩ歩留まりの低下を引き起こす欠陥の種類を除去することができる。いくつかの実施形態において、酸化シリコン層６０は、研磨、化学エッチング、またはプラズマエッチングによって除去される。酸化シリコン層を除去するのに適した技術は当技術分野において公知である。例えば、ＨＦを用いた化学エッチングは、約０．５マイクロメートルなどの、０．１マイクロメートル〜１マイクロメートルの範囲の厚さを有し得る酸化シリコン層を除去するのに十分である。
【００４０】
ウエハの洗浄と研磨はオプションである。必要に応じて、例えば、標準的なＳＣ１／ＳＣ２溶液中でウエハを洗浄することができる。さらに、ウエハは、表面粗さを、好ましくは約２オングストローム〜約２オングストロームの間など、約５オングストローム未満のＲＭＳ２×２μｍ２のレベルまで減少させるために化学機械研磨（ＣＭＰ）を受けることができる。ここで、二乗平均平方根は、次のとおりである。
【００４１】
【数１】
2020504069.tif 000003
粗さプロファイルには、トレースに沿って等間隔に並んだ点が含まれる。ｙｉは、平均線からデータ点までの垂直距離である。好ましくは、２オングストローム未満の表面粗さで、表面は結合する準備ができている。
ＩＶ．ゲート酸化膜の完全性歩留まり
【００４２】
本発明の方法によれば、周囲雰囲気を含む窒素ガス中での急速熱アニールによって引き起こされるゲート酸化膜の完全性の劣化は、酸化アニールによって回復され、それはＧＯＩ欠陥源を排除する。酸化アニールは、窒素の外方拡散を促進し、さらに成長したままの酸素析出物のサイズを変える。
【００４３】
ウエハ表面に酸化シリコン層が形成されると、格子間シリコンが生成され、空孔が消費される。酸化シリコン層の形成中に、以下の反応が起こる。
２Ｏｉ＝＋Ｓｉ−−＞ＳｉＯ２＋４ｅ−
【００４４】
格子間シリコンを含むこの反応および自由な自己格子間原子を生成する可能性は、ＳｉＯ２が形成される前に解離するのであれば、ＳｉＩ−−Ｏ対にとって最大であろう。そのような不完全な酸化ステップは、１０００個中１個のケイ素原子に対して起こると推定されている。シリコン自己格子間原子の形成速度は、酸化速度および表面再成長速度によって計算することができる。
【００４５】
図４は、酸化速度と表面再成長速度の両方が温度によって増加するので、シリコン格子間原子の濃度が温度の上昇によって増加することを実証するグラフである。したがって、酸化温度が上昇すると、シリコン格子間原子の拡散律速注入がウエハ表面で増加する。シリコン格子間原子の内部拡散は、高温酸化アニール中に格子間原子の過飽和および空孔の不飽和を引き起こす。高温酸化アニールは、平衡点欠陥濃度を変化させることによって、または酸化中の成長したままの酸素析出物の成長を抑制することによって、成長したままの析出物の解離に寄与し得る。十分な格子間原子が連続的に注入され、アニーリング時間が析出物を解離させるのに十分に長い場合、酸素析出物はサイズが減少するかまたは完全に溶解する可能性がある。それにより、酸化アニールは、窒化雰囲気中での急速熱アニールによって引き起こされるＧＯＩ欠陥の原因を除去するか、または成長したままの析出物が窒素と組み合わされることの影響を軽減する。
【００４６】
ゲート酸化膜の完全性歩留まりは、ＭＯＳデバイスにおけるゲート酸化膜の信頼性についてのタイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）試験方法によって測定することができる。試験方法は、ゲート酸化物中の酸化物厚さ当たりの印加電圧を測定する。ゲート酸化物（トランジスタ構造：Ｎ−Ｐ−ＮまたはＰ−Ｎ−Ｐによるソース−ゲート−ドレイン）は、ソースとドレインの間のゲート酸化物の下の少数キャリアチャネルを制御するための電気絶縁層である。チャネル形成の有無はゲートに印加するバイアスによって決まる。チャネルの有無は、１または０を意味し、ゲートバイアスは、１または０を制御する。ゲート酸化物が電気的に絶縁されていない場合、ソースとドレインとの間のチャネルはゲートバイアスによって制御されない。そのため、ゲートの酸化層は、通常のトランジスタ動作にとって重要である。ゲート酸化膜の完全性試験は、印加バイアスを変化させることによって行われ、それによって電気絶縁の信頼性を評価することができる。ＴＺＤＢは、０Ｖから電気的絶縁を破壊するのに十分な電圧までバイアスを増加させることによって、酸化物層の破壊をチェックするテスト方法である。ゲート酸化膜破壊が９ＭＶ／ｃｍ（メガボルト／ｃｍ）以上の電圧で起こる場合、または試験中に破壊が起こらない場合、ウエハ表面は、ゲート酸化膜の劣化を生成するソースを持たないという点で、ゲートに対して良好な品質条件を有する。
【００４７】
ＧＯＩ歩留まりに対する影響は、図５を参照して観察することができる。図５は、成長したままのウエハ（左端のウエハ）、長時間酸化アニールを受けたウエハ（左から２番目のウエハ）、および酸化雰囲気中で急速熱アニールを受けた２つのウエハ（右）のＧＯＩ歩留まりを示す。図５から分かるように、酸化雰囲気中での長時間歩留まりは、ＧＯＩ歩留まりを十分に改善するが、ゲート酸化膜の完全性劣化欠陥のパターンによって証明されるように、急速熱アニールは、十分ではなかった。
【００４８】
また、図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃは、長時間酸化アニールによって、ウエハのバルク領域全体にわたって高濃度のＢＭＤを保持すること、およびウエハバルク内にＢＭＤを成長させるのに適したアニール後に浅い無析出帯深さを保持することを可能にする。急速熱アニールは、ＢＭＤ濃度の減少および無析出帯の深さの増加を引き起こした。図６Ａは、アンモニアを含む環境内とそれに続く酸化的環境（１０００℃で５秒間）で急速熱アニールを受けたウエハについてのＢＭＤ深さプロファイル（酸化析出熱処理後；ＮＥＣ１処理８００℃で４時間、続いて１０００℃で１６時間）を示す。図６Ｂは、アンモニアを含む環境内とそれに続く酸化的環境（１１００℃で５秒間）で急速熱アニールを受けたウエハについてのＢＭＤ深さプロファイル（酸化析出熱処理８００℃で４時間＋１０００℃で１６時間後）を示す。図６Ｃは、９００〜１０００℃の間で４時間の長時間酸化アニールを受けたウエハについてのＢＭＤ深さプロファイル（酸化析出熱処理８００℃で４時間＋１０００℃で１６時間後）を示す。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態によれば、欠陥（例えば、酸素析出物）は、ウエハ表面で検出不可能になる。図６Ｃに示されるように、核形成および酸素析出物の成長のための熱処理が適用されたとしても、表面から約１０μｍの深さまで検出可能な欠陥は観察されない。図７は、いくつかの温度で長時間酸化アニールを受けた様々なウエハについてのＧＯＩ完全性結果を示す。図示されているウエハは、成長したままのウエハ（最も左のウエハ）、窒化環境における急速熱アニール後のウエハ（左から２番目のウエハ）、および９００℃、９５０℃、および１０００℃で３６０分の酸化アニールを受けた３つのウエハを含む。図７に示すように、ゲート酸化膜の完全性劣化欠陥のパターンの欠如によって証明されるように、長時間酸化アニールはいくつかの温度でＧＯＩ歩留まりを高めるのに有効である。
【００５０】
これまでの経験的結果は、図８に示す等高線図を作成するのに十分なデータを提供した。図８は、窒化雰囲気中でシリコンウエハを急速熱アニールした後にシリコンウエハのゲート酸化膜の完全性歩留まりの向上を達成するのに十分な持続時間および温度を示す。本発明は、窒化雰囲気中での急速熱アニールに関連したＭ字形のＢＭＤ深さプロファイルの生成方法に関する。そのようなプロファイルでは、ピークＢＭＤ密度は、前面層の近くに生じ、前面層は、一般に、約４０マイクロメートル未満、約３０マイクロメートル未満、またはさらに、例えば、約１０マイクロメートル〜約２０マイクロメートルの間などの約２０マイクロメートル未満の深さを有する無析出デヌーデッドゾーンを含む。酸化アニールは、ウエハ表面のＧＯＩ歩留まりを回復させる。
【００５１】
これまでの現在の理論によれば、ウエハ表面でのＳｉＯ２層の形成は空孔を消費することによって格子間シリコンを生成し、注入された格子間シリコン原子は結晶成長によって成長したままの酸素析出物のサイズを溶解または減少させると予想され、ウエハ表面から一定の深さで窒化雰囲気中の急速熱アニールによって生成された過飽和空孔を消費する。ＧＯＩ無欠陥完全シリコンを入力材料として使用し、そして酸化についての種々の温度および時間条件を試験して最小酸化の詳細を見い出した。たとえ入力材料がＧＯＩにとって良好であったとしても、窒化雰囲気中での急速熱アニールの後にＧＯＩ歩留まりは低下した。本発明の方法によれば、急速熱アニールから生じる窒化シリコン層の除去後の酸化アニールは、様々な酸化アニール期間および温度にわたって劣化したＧＯＩ歩留まりを改善する。図８を参照すると、注入された格子間原子の密度および拡散長が酸化物とウエハとの間の界面で増加するので、より高い酸化温度およびより長いアニール時間がＧＯＩ欠陥を除去するのに適していた。したがって、本発明の開示における我々の試験結果は仮説とよく一致し、酸化はピークＢＭＤ密度および浅いＰＦＺの変化なしに急速熱アニール後のＧＯＩ劣化問題を解決する実用的（経済的）な方法であることが確認された。
Ｖ．酸素析出熱処理
【００５２】
酸素析出物を核形成し成長させるのに十分な任意の熱処理は、本発明のウエハを製造するのに適している。いくつかの実施形態では、ウエハは、酸素析出物を核形成し成長させるのに十分な期間、約７００℃を超える温度で酸素析出熱処理を受ける。いくつかの実施形態では、ウエハは、例えば、ウエハを８００℃で４〜８時間、次いで１０００℃で１６時間アニーリングするなどのＮＥＣ１試験手順を含む酸素析出熱処理を受ける。いくつかの実施形態では、酸素析出熱処理は、中心軸から少なくとも約１×１０７析出物／ｃｍ３、または少なくとも約１×１０８析出物／ｃｍ３の周縁部までの平均濃度で酸素析出物を含むウエハを調製する。いくつかの実施形態では、酸素析出熱処理は、中心軸から少なくとも約５×１０８析出物／ｃｍ３の周縁部までの平均濃度で酸素析出物を含むウエハを調製する。いくつかの実施形態では、酸素析出熱処理は、中心軸から少なくとも約１×１０９析出物／ｃｍ３の周縁部までの平均濃度で酸素析出物を含むウエハを調製する。いくつかの実施形態では、酸素析出熱処理は、中心軸から少なくとも約５×１０９析出物／ｃｍ３の周縁部までの平均濃度で酸素析出物を含むウエハを調製する。いくつかの実施形態では、酸素析出熱処理は、中心軸から少なくとも約１×１０１０析出物／ｃｍ３の周縁部までの平均濃度で酸素析出物を含むウエハを調製する。バルク領域内では、酸素析出物のピーク濃度の深さは、表面の約１０〜約１００マイクロメートル以内、例えば、表面の約２０〜約１００マイクロメートル、例えば、約２０〜約５０マイクロメートルの間、例えば、約２０〜約５０マイクロメートル、例えば、２０〜約３０マイクロメートル、または表面の約１０マイクロメートル〜約２０マイクロメートルの間で生じる。
【００５３】
それにより、本発明の方法は、前面層に無析出帯と酸素析出物を含むバルク領域とを有するシリコンウエハを製造する。無析出領域を含む前面層の深さＤは、約４０マイクロメートル未満、約３０マイクロメートル未満、約２０マイクロメートル未満、約１５マイクロメートル未満、さらには約１０マイクロメートル未満であり得る。いくつかの実施形態では、無析出帯を含む前面層の深さＤは、ウエハの前面から中心面に向かって測定したときに、少なくとも約１マイクロメートル、少なくとも約３マイクロメートル、または少なくとも約５マイクロメートルであり得る。酸素析出核形成中心が本質的に存在しないウエハとは、８００℃の温度で４時間、次いで１０００℃の温度で１６時間アニールしたときに、１０７個未満の酸素析出物／ｃｍ３、または１０６未満の酸素析出物／ｃｍ３を有するウエハを意味する。本発明の方法は、ウエハ表面近くの小さな成長中酸素析出物を溶解するのに十分であり、そして未溶解の成長中酸素析出物のサイズをさらに減少させる。したがって、酸素析出物の密度は、検出可能サイズと検出不可能サイズの両方について減少する。したがって、いくつかの実施形態では、前面層は、本質的に酸素析出物を欠いている。本発明の方法は、ゲート酸化物完全性パターン関連結晶欠陥帯を有さない前面を含むウエハの準備を可能にする。すなわち、前面は、標準試験によって測定されるように、ＧＯＩを劣化させる種類の欠陥を欠いている。
ＶＩ．ウエハの後プロセス
【００５４】
本発明のシリコンウエハは様々な用途に使用することができる。例えば、鏡面仕上げに研磨された裸のシリコン表面を有するそのようなウエハ（すなわち、研磨されたウエハ）は、集積回路製造プロセスにおいて直接使用されてもよい。あるいは、ウエハは、エピタキシャル堆積またはＳＯＩ（層転写または酸素注入による）のための基板として使用されてもよい。
１．エッチング
【００５５】
必要に応じて、ウエハの表面近傍領域、例えば一般に約２マイクロメートルまでを、エッチング液を使用した化学エッチングおよび当技術分野で従来の技法によって、実質的にまたは全体的にさえも除去することができる。
２．研磨
【００５６】
必要に応じて、酸素析出の前または後にウエハを化学的または化学機械的に鏡面仕上げに研磨してもよい。
３．エピタキシャル層
【００５７】
ウエハは、エピタキシャル層堆積用に準備されてもよい。エピタキシャル層をウエハ上に堆積させる場合、本発明の方法はエピタキシャル堆積の前または後のいずれかに実施することができる。以前に実施された場合、本発明のプロセスの後でかつエピタキシャル堆積の前に、ウエハ内の酸素析出核形成中心を安定化させることが望ましいかもしれない。本発明の方法によって必要とされる冷却速度が達成され得るならば、後に行われる場合、エピタキシャル堆積の直後にエピタキシャル反応器中で本発明の方法を行うことが望ましいかもしれない。
【００５８】
エピタキシャル層は、ウエハ全体に堆積されてもよく、あるいは、ウエハの一部のみに堆積されてもよい。エピタキシャル層は、好ましくはウエハの前面に堆積される。より好ましくは、それはウエハの前面全体に堆積される。ウエハの他の部分上にエピタキシャル層を堆積させることが好ましいかどうかは、ウエハの意図された用途によって決まる。ほとんどの用途では、ウエハの他の部分上にエピタキシャル層が存在するかどうかは重要ではない。
【００５９】
ウエハ表面は、酸化物層または窒化物層を含み得る。例えば、酸化シリコン層は、室温で空気に曝されるとケイ素表面上に形成され、一般に約１０〜約１５オングストロームの厚さを有する。好ましくは、窒化物、酸化物、または窒化物／酸化物層は、エピタキシャル層が表面上に堆積される前にウエハの表面から除去される。
【００６０】
酸化ケイ素または窒化物／酸化物層の除去は、酸化物または窒化物／酸化物層が表面から除去されるまで、酸化剤を含まない雰囲気中でウエハの表面を加熱することによって達成される。例えば、ウエハの表面は、好ましくは少なくとも約１１００℃の温度、より好ましくは少なくとも約１１５０℃の温度に加熱される。この加熱は、ウエハの表面を、Ｈ２または希ガス（例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、またはＡｒ）を含む雰囲気に曝しながら行われることが好ましい。より好ましくは、雰囲気はＨ２を含む。他の雰囲気を使用するとウエハ表面にエッチピットが形成される傾向があるので、雰囲気は本質的にＨ２からなるのが最も好ましい。
【００６１】
一般に、ウエハ表面を加熱して酸化ケイ素または窒化物／酸化物層を除去し、次に酸化物または窒化物／酸化物を除去した後３０秒未満（より好ましくは、約１０秒以内）にシリコン堆積を開始することが好ましい。一般に、これは、ウエハ表面を少なくとも約１１００℃（より好ましくは、少なくとも約１１５０℃）の温度に加熱し、次いで、ウエハ表面はその温度に達した後、シリコン堆積を３０秒以内（より好ましくは約１０秒以内）に開始することによって達成され得る。酸化ケイ素または窒化物／酸化物層を除去した後、最大約１０秒間シリコン堆積を開始するのを待つことにより、ウエハの温度を安定させ、均一にすることができる。
【００６２】
あるいは、酸化物または窒化物／酸化物層を化学的に剥離してもよい。シリコン表面が窒化物／酸化物層を有する実施形態では、化学的剥離が窒化物／酸化物層を除去するための好ましい手段である。化学的剥離は、リン酸、フッ化水素酸、または知られているような他の酸を使用して当技術分野において知られている手段によって行うことができる。他の代替形態では、酸化物または窒化物／酸化物層は、例えば、アプライドマテリアルズのｅＭＡＸを使用するプラズマエッチング、または当技術分野で知られている他の方法によってエッチングすることができる。
【００６３】
表面層が主に窒化シリコン層である実施形態では、窒化物層は、研磨、化学エッチング、またはプラズマエッチング（例えば、アプライドマテリアルズのｅＭＡＸ、または当技術分野で知られている他のエッチング方法）によって除去することができる。
【００６４】
エピタキシャル堆積は、好ましくは化学気相堆積によって行われる。一般的に言えば、化学気相堆積は、エピタキシャル堆積反応器、例えば、アプライドマテリアルズから入手可能なセントラ（登録商標）反応器内で、ウエハの表面をシリコンを含む雰囲気に曝すことを含む。好ましくは、ウエハの表面は、シリコンを含む揮発性ガスを含む雰囲気（例えば、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、またはＳｉＨ４）に曝される。雰囲気はまた、好ましくはキャリアガス（好ましくはＨ２）を含有する。例えば、エピタキシャル堆積中のケイ素源は、ＳｉＨ２Ｃｌ２またはＳｉＨ４であり得る。ＳｉＨ２Ｃｌ２を使用する場合、堆積中の反応器真空圧力は、好ましくは約５００〜約７６０トルである。他方、ＳｉＨ４が使用される場合、反応器圧力は好ましくは約１００トルである。最も好ましくは、堆積中のケイ素源はＳｉＨＣｌ３である。これは他の源よりはるかに安い傾向がある。さらに、ＳｉＨＣｌ３を用いたエピタキシャル堆積を大気圧で行うことができる。これは、真空ポンプが必要とされず、そして反応室が崩壊を防ぐために頑丈である必要がないので有利である。さらに、安全上の問題が少なくなり、空気または他のガスが反応室に漏れる可能性が少なくなる。
【００６５】
エピタキシャル堆積中、ウエハ表面の温度は、シリコンを含む雰囲気が表面上に多結晶シリコンを堆積するのを防止するのに十分な温度に上昇させて維持するのが好ましい。一般に、この期間中の表面の温度は、好ましくは、少なくとも約９００℃である。より好ましくは、表面の温度は、約１０５０〜約１１５０℃の間の範囲に維持される。最も好ましくは、表面の温度は、酸化ケイ素除去温度に維持される。
【００６６】
エピタキシャル堆積の成長速度は、好ましくは、約０．５〜約７．０μｍ／ｍｉｎである。例えば、約２．５モル％のＳｉＨＣｌ３と約９７．５モル％のＨ２とから本質的になる雰囲気を約１１５０℃の温度および最大約１気圧の絶対圧力で使用することによって、約３．５〜約４．０μｍ／ｍｉｎの速度を達成することができる。
【００６７】
いくつかの用途では、ウエハは電気的性質を付与するエピタキシャル層を含む。いくつかの実施形態では、エピタキシャル層はリンでわずかにドープされている。したがって、エピタキシャル堆積のための雰囲気は、例えば、ホスフィン、ＰＨ３のような揮発性化合物として存在するリンを含む。いくつかの実施形態では、エピタキシャル層はホウ素を含み得る。そのような層は、例えば、堆積中に大気中にＢ２Ｈ６を含めることによって調製することができる。
【００６８】
エピタキシャル堆積は、典型的には、エピタキシャル堆積中に形成された副生成物を除去するために、エピタキシャル堆積の後にエピ後洗浄ステップを必要とする。このステップは、そのような副生成物が空気と反応する場合に生じる時間依存性のヘイズを防ぐために使用される。さらに、多くのエピ後洗浄技術は、エピタキシャル表面上に酸化シリコン層を形成する傾向があり、それは表面を不動態化する（すなわち、保護する）傾向がある。本発明のエピタキシャルウエハは、当該技術分野において既知の方法によって洗浄することができる。
４．シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）
【００６９】
本開示の実施形態に従って調製されたウエハも、シリコンオンインシュレータ構造に組み込むことができる。シリコンオンインシュレータ構造は、一般に、デバイス層、ハンドルウエハ、または支持層、および支持層とデバイス層との間の絶縁膜または層（通常は、酸化物層）を含む。一般に、デバイス層は、約０．５〜約２０μｍの間の厚さである。シリコンオンインシュレータ構造は、本明細書で以下にさらに説明されるように、当技術分野において知られている様々な技術を使用して調製することができる。
【００７０】
ＳＯＩ構造の支持層が本開示のウエハを含む、またはそれに由来する場合、好ましくは、ＳＯＩ構造のデバイス層がハンドルウエハに取り付けられている前に（またはイオン注入プロセスの場合には注入が行われる前に）、プロセス（例えば、酸素析出および不活性酸素析出核の活性化のためのテンプレートの作成）は、行われる。本プロセスがＳＯＩ構造の形成前に実施される場合、プロセスが完了した後でかつＳＯＩ構造の調製が始まる前に、ハンドルウエハ内の酸素析出核形成中心を安定化させることが望ましい場合がある。さらに、このアプローチが採用される場合、ステップＳ２の酸素析出熱処理は、いくつかの実施形態では、ＳＯＩプロセスによって使用される処理時間および温度が酸素析出物形成に十分であるという条件で、ＳＯＩ構造の形成中に（ウエハボンディングの場合のように）に達成することができる。
【００７１】
しかしながら、ＳＯＩ構造が調製された後に、本発明のシリコンウエハプロセスを実行することもできることにさらに留意されたい。特定の理論に縛られることなく、ＳＯＩ構造は典型的な単結晶シリコンウエハとして振る舞い、酸化物層は自由表面として作用し、そこから空孔および自己格子間原子が注入され、それらが拡散する可能性があると考えられる。
【００７２】
ＳＯＩ構造は、例えば、本開示のウエハを上述したように、米国特許第５，０５７，９５８号および Plasma Immersion Ion Implantation for Semiconductor Processing, Materials Chemistry and Physics 46 (1996) 132-139 に開示されているように、当技術分野において標準的なイオン注入プロセスにかけることによるＳＩＭＯＸプロセスによって調製することができる。これら両方は、全ての関連したそして一貫した目的のために参照により本明細書に組み入れられる。そのようなプロセスでは、イオンはシリコンウエハ基板に注入され、それは次に高温アニールを受けて埋め込み酸化物、絶縁層を形成する。例えば、酸素イオンが注入されると、二酸化シリコンの埋め込み絶縁層（ＳｉＯ２）が形成される。窒素原子を注入すると、窒化シリコンの埋め込み層（Ｓｉ３Ｎ４）が形成される。そのような場合、結果として得られるＳＯＩ構造は、両方とも本開示の方法によって製造されたウエハから得られるデバイス層および絶縁層を含む。高温酸化物形成アニール、典型的には約１１５０℃〜約１４００℃のために、酸素溶解度は、ウエハ中の典型的な酸素濃度を超え、その結果、既存の析出物は侵入して格子間酸素に戻ることがある。そのような場合、いくつかの用途では、ＳＩＭＯＸプロセスに続いて酸素還元二次アニールを実施することができる。この実施形態は、通常、ウエハ内に酸化物絶縁層を形成し、そして、約７００℃〜約１１００℃の範囲の温度で二次アニールを実行するＣｚ結晶引き上げ技術を使用して達成可能な本質的に任意の酸素濃度を有する単結晶シリコンウエハ上で急速熱アニールおよび冷却プロセスを実行することを含む。
【００７３】
ＳＯＩ構造はまた、２つのウエハを接合し、接合されたウエハのうちの１つの一部を除去することによって調製することもできる。例えば、ＳＯＩ構造は、本開示のウエハを他のウエハに接合し、次いで、米国特許第５，０２４，７２３号および第５，１８９，５００号に開示されているような既知のウエハ薄層化技術を使用して一方のウエハのかなりの部分をエッチング除去するＢＥＳＯＩプロセスによって調製することができる。これらの各々は、全ての関連したそして一貫した目的のために参照により本明細書に組み入れられる。この場合、得られるＳＯＩ構造は、（ｉ）デバイス層、（ｉｉ）ハンドルウエハまたは支持層、および（ｉｉｉ）デバイス層と支持層との間の絶縁層を含む。
【００７４】
別のウエハ接合方法では、水素または他のイオンが一方のウエハに注入され、２つのウエハが接合された後に、接合された複合体が注入部位で劈開する力を受ける。例えば、ＳＯＩ構造は、（１）ガス状マイクロバブルが拡散によってそこから逃げることができる温度以下の温度を維持しながら、ガス状マイクロバブルの層を生成するための衝撃によって、本開示のウエハにイオン（例えば、水素、窒素など）を注入すること、（２）ウェハの平坦面を補強材と接触させて結合複合体を形成すること、（３）本開示のウエハをイオン注入の領域で剥離させる熱的または機械的応力に結合複合材料を曝すこと、によって調製することができる。熱応力が使用される場合には、複合体は、イオンの注入が起こる温度より高い温度に加熱されて、微細気泡内に結晶再配列および圧力効果を生じさせ、その結果、薄い半導体膜と基板の大部分との間に分離が生じる。これは、米国特許第５，３７４，５６４号に開示されており、これは、関連性があり一貫したすべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。ＳＯＩ構造が補強材として本開示のウエハを含む場合、１つまたは複数の実施形態では、ウエハは、他のウエハの平面に接合する前に上述の理想的な析出プロセスを受ける。他の実施形態では、低欠陥密度シリコンウエハを最初にチョクラルスキー型単結晶シリコンウエハに結合し、次にＳＯＩ構造全体を上述の理想的な析出プロセスおよび核活性化プロセスにかけることができる。
【００７５】
上記に鑑みて、本発明のいくつかの目的が達成されることが理解されよう。
【００７６】
本明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するために、また任意の装置またはシステムを製造および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、当業者が本発明を実施することを可能にするために例を使用する。本発明の特許性のある範囲は請求項によって定義され、当業者が思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが請求項の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが請求項の文字通りの言語とは実質的に異なる同等の構造要素を含む場合、請求項の範囲内にあることが意図される。
【図１】
2020504069.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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