JP2004172391A

JP2004172391A - シリコンウェーハおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2004172391A
Application number: JP2002336690A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Shiota; 孝明塩多; Yoshinobu Nakada; 嘉信中田
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17
Also published as: US20040207048A1; US7122082B2

Abstract

【課題】ウェーハ全面にわたってＢＭＤに比べて高いＩＧ効果を有する。
【解決手段】スタッキングフォールト（ＳＦ）核をシリコンウェーハ面内方向全体に分布させるとともに、前記スタッキングフォールト核の密度を、０．５×１０^８〜１０^１１ｃｍ^−３の範囲に設定する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハおよびその製造方法に係り、特に、イントリンシックゲッタリング（ＩＧ：ＩｎｔｔｒｉｎｓｉｃＧｅｔｔｅｒｉｎｇ）効果に優れたシリコンウエーハの製造に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＺ（チョクラルスキー）法で引上成長されたシリコン単結晶を加工して作製されたシリコンウェーハは、酸素不純物を多く含んでおり、この酸素不純物は転位や欠陥等を生じさせる酸素析出物（ＢＭＤ：ＢｕｌｋＭｉｃｒｏＤｅｆｅｃｔ）となる。この酸素析出物がデバイスが形成される表面にある場合、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等の原因になって半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼす。
【０００３】
このため、従来、シリコンウェーハ表面に対し、１２５０℃以上の高温で短時間の急速加熱・急冷の熱処理（ＲＴＡ：ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌｉｎｇ）を所定の雰囲気ガス中で施し、内部に高濃度の原子空孔（Ｖａｃａｎｃｙ：以下、単に空孔と称す）を形成し、急冷により凍結するとともに、この後、例えば８００℃４時間の熱処理に連続して１０００℃１６時間の熱処理熱処理で表面において空孔を外方拡散させることによりＤＺ層（無欠陥層）を均一に形成する方法が用いられている（例えば、特許文献２に記載の技術）。そして、上記ＤＺ層形成後に、上記温度より低温で熱処理を施すことで、内部の欠陥層として酸素析出核を形成・安定化してゲッタリング効果を有するＢＭＤ層を形成する工程が採用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５６０７４号公報
【特許文献２】
国際公開第９８／３８６７５号パンフレット
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記熱処理技術では、以下のような課題が残されている。
すなわち、より高いゲッタリング能力を有するシリコンウェーハを得たいという強い要求が存在していたが、一つのＢＭＤはその大きさが５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であるため、ゲッタリング能力を高めることが難しいという不都合があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、より高いゲッタリング効果を有するシリコンウェーハおよびその製造方法を提供するという目的を達成しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のシリコンウェーハは、スタッキングフォールト核が面内方向全体に分布されるとともに、前記スタッキングフォールト核の密度が、０．５×１０^８〜５×１０^１１ｃｍ^−３の範囲に設定されることにより上記課題を解決した。
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、ＣＺ法によりルツボ中のシリコン融液から引き上げられるインゴットをスライスして上記のシリコンウェーハを製造する方法であって、
引き上げ速度をＶとし、ルツボ中のシリコン融液とインゴットとの界面付近におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧとし、これらの比Ｖ／Ｇが、０．２０〜０．２５ｍｍ^２／℃・ｍｉｎとなるようにして前記インゴットを引き上げる手段か、または、
前記インゴットの引き上げ時に、窒素を添加して、内部窒素の濃度を５×１０^１４〜１０^１５ｃｍ^−３の範囲に設定する手段を採用することもできる。
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記のシリコンウェーハを製造する方法であって、
窒素を含む雰囲気ガス中でシリコンウェーハを熱処理して内部に新たに空孔を形成する空孔熱処理工程と、
該空孔熱処理で注入された空孔から酸素を析出させる際放出する格子間シリコンが凝集してスタッキングフォールト核を形成するＳＦ核熱処理工程と、を有し、
本発明における上記のシリコンウェーハを製造する方法であるか、または、上記のいずれか記載のシリコンウェーハの製造方法において、
前記シリコンウェーハに熱処理を施して、少なくとも表面に無欠陥層を形成することがある。
本発明のシリコンウェーハは、上記のシリコンウェーハの製造方法によって製造されたことにより、上記課題を解決した。
【０００８】
本発明においては、ＩＧ効果を発現するスタッキングフォールト（ＳＦ：ＳｔａｃｋｉｎｇＦａｕｌｔ）をデバイス製造工程の熱処理等により形成することができるＳＦ核を、シリコンウェーハ面内方向全体に分布したことにより、大きさが１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度であるＢＭＤに比べ、最大径寸法長さが５μｍ程度と大きなＳＦを、デバイス製造工程の熱処理で形成することが可能なシリコンウェーハを提供することができ、これにより、ウェーハ全面にわたってＢＭＤに比べて高いＩＧ効果を得ることが可能となる。
【０００９】
このとき、ＳＦ核の密度を０．５×１０^８〜１０^１１ｃｍ^−３に設定することが好ましく、ＳＦ核の密度が０．５×１０^８より小さく設定された場合には、望ましい程度に充分なＩＧ効果を得ることができないため好ましくなく、また、ＳＦ核の密度が１０^１１より大きく設定された場合には、ウェーハの機械的強度が充分でなくなるため好ましくない。
【００１０】
また、本発明において、引き上げ速度Ｖと温度勾配Ｇとの比Ｖ／Ｇが、０．２０〜０．２５ｍｍ^２／℃・ｍｉｎとなるようにしてシリコンインゴットを引き上げ、このインゴットからシリコンウェーハを切り出すことにより、上記のようにＳＦ核の密度を０．５×１０^８〜１０^１１ｃｍ^−３に設定するとともに、このＳＦ核をシリコンウェーハ面内方向全体に分布させることができる。これにより、ウェーハ全面にわたってＢＭＤに比べて高いＩＧ効果を有することができるシリコンウェーハを提供することが可能となる。
【００１１】
また、本発明において、引き上げ時に窒素を添加（ドープ）して内部窒素の濃度が５×１０^１４〜５×１０^１５ｃｍ^−３の範囲にされたインゴットからシリコンウェーハを切り出すことにより、上記のようにＳＦ核の密度を０．５×１０^８〜１０^１１ｃｍ^−３に設定するとともに、このＳＦ核をシリコンウェーハ面内方向全体に分布させることができる。従って、ウェーハ全面にわたってＢＭＤに比べて高いＩＧ効果を有することができるシリコンウェーハを提供することが可能となる。
【００１２】
さらに、本発明において、Ｎ_２あるいはＮＨ_３等の窒素を含む雰囲気ガス中でシリコンウェーハを熱処理して内部に新たに空孔を形成する空孔熱処理工程と、ＳＦ核を形成するＳＦ核熱処理工程と、を有することにより、上記のようにＳＦ核の密度を０．５×１０^８〜１０^１１ｃｍ^−３に設定するとともに、このＳＦ核をシリコンウェーハ面内方向全体に分布させることができる。従って、ウェーハ全面にわたってＢＭＤに比べて高いＩＧ効果を有することができるシリコンウェーハを提供することが可能となる。
【００１３】
上記の空孔熱処理工程においては、例えば、窒素を含む雰囲気ガスがＮＨ_３とされて、熱処理温度が１１３５℃から１１７０℃の範囲内とされるか、または、窒素を含む雰囲気ガスがＮ_２とされて、１２５０℃以上とされることができ、この状態で、短時間の急速加熱・急冷の熱処理（ＲＴＡ）を施し、内部に高濃度の空孔（Ｖａｃａｎｃｙ）を形成し、急冷により凍結するとともに、その後、前記ＳＦ核熱処理工程として、その温度が１１００℃以上で、その昇温速度が１０℃／ｍｉｎ以下に設定される熱処理をおこなうことができる。
【００１４】
ここで、前記ＳＦ核熱処理工程の温度が１１００℃以下をされた場合には、空孔から酸素を析出させる際放出する格子間シリコンが充分ではないため凝集してＳＦ核を形成することができず好ましくない。また、昇温速度が１０℃／ｍｉｎ以上に設定された場合には、空孔から酸素を充分に析出させることができず、結果として、この析出させる際放出する格子間シリコンが凝集してＳＦ核を形成することができないため好ましくない。
【００１５】
また、前記シリコンウェーハに熱処理を施して、少なくとも表面に無欠陥層を形成することにより、デバイス形成領域において、リーク等のない良好な半導体デバイスの特性を有するシリコンウェーハを得ることができる。
【００１６】
本発明のシリコンウェーハにおいては、上記の製造方法により製造したことにより、デバイス形成領域において、リーク等のない良好な半導体デバイスの特性を有するシリコンウェーハを提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリコンウェーハおよびその製造方法の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のシリコンウェーハの製造方法を実施するための枚葉式の熱処理炉を示すものであり、図２は、ボロンコフの理論を基づいた、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔豊富インゴットが形成され、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン豊富インゴットが形成されることを示す図であり、図３は、本実施形態におけるシリコンウェーハを示す断面図であり、空孔熱処理後（ａ）およびその後の熱処理後（ｂ）であり、図４は、シリコンウェーハの平面図であり、ＯＳＦリングが出現する状況を示すもの（ａ）、全面がＳＦ核領域となったもの（ｂ）であり、図５は、ゲッタリング効果を示すシリコンウェーハの断面図であり、ＢＭＤのみの場合（ａ）、ＳＦ形成後の場合（ｂ）である。
図において、符号Ｗはシリコンウェーハ、１はサセプタ、２は反応室を示している。
【００１８】
該熱処理炉は、図１に示すように、シリコンウェーハＷを載置可能な円環状のサセプタ１と、該サセプタ１を内部に収納した反応室２とを備えている。なお、反応室２の外部には、シリコンウェーハＷを加熱するランプ（図示略）が配置されている。
【００１９】
サセプタ１は、シリコンカーバイト等で形成されており、内側に段部１ａが設けられ、該段部１ａ上にシリコンウェーハＷの周縁部を載置するようになっている。
反応室２には、シリコンウェーハＷの表面に雰囲気ガスＧを供給する供給口２ａおよび供給された雰囲気ガスＧを排出する排出口２ｂが設けられている。
また、供給口２ａは、雰囲気ガスＧの供給源（図示略）に接続されている。
また、雰囲気ガスＧは、ＮＨ_３を主とした雰囲気ガスＧを用いている。
【００２０】
さらに、このシリコンウェーハＷは、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｉ〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｖ〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体および空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を〔Ｐ〕とするときに、パーフェクト領域〔Ｐ〕からなるインゴットから切り出された点欠陥の凝集体が存在しないシリコンウェーハである。なお、空孔型点欠陥は、一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常な一つから離脱した空孔による欠陥であり、また、格子間シリコン点欠陥は、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置（インタースチシャルサイト）にある場合の欠陥をいう。
【００２１】
すなわち、このパーフェクト領域〔Ｐ〕からなるシリコンウェーハは、例えば特開平１−１３９３号公報に提案されているように、ＣＺ法によりホットゾーン内のシリコン融液からインゴットをボロンコフ（Ｖｏｒｏｎｋｏｖ）理論に基づいた引上速度プロファイルで引き上げられ、このインゴットをスライスして作製される。このインゴットは、引上速度をＶ（ｍｍ／分）とし、ルツボ中のシリコン融液とインゴットとの界面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするとき、熱酸化処理をした際にリング状に発生するＯＳＦ（ＯｘｉｄａｔｉｏｎＩｎｄｕｃｅｄＳｔａｃｋｉｎｇＦａｕｌｔ；酸素誘起積層欠陥）がウェーハ中心部で消滅するように、Ｖ／Ｇ（ｍｍ^２／分・℃）の値を決めて作られる。
【００２２】
上記ボロンコフ理論では、図２に示すように、Ｖ／Ｇを横軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型欠陥濃度を同一の縦軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説明している。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される反面、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成される。図２において、〔Ｉ〕は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン点欠陥が存在する領域（（Ｖ／Ｇ）_１以下）を示し、〔Ｖ〕はインゴット内での空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域（（Ｖ／Ｇ）_２以下）を示し、〔Ｐ〕は空孔型点欠陥の凝集体および格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域（（Ｖ／Ｇ）_１〜（Ｖ／Ｇ）_２）を示す。領域〔Ｐ〕に隣接する領域〔Ｖ〕にはＯＳＦ核を形成する領域〔ＯＳＦ〕（（Ｖ／Ｇ）_２〜（Ｖ／Ｇ）_３）が存在する。
【００２３】
したがって、シリコンウェーハに供されるインゴットの引上速度プロファイルは、インゴットがホットゾーン内のシリコン融液から引き上げられるとき、温度勾配に対する引上速度の比（Ｖ／Ｇ）が格子間シリコン型点欠陥の凝集体の発生を防止する第１臨界比（（Ｖ／Ｇ）_１）以上であって、空孔型点欠陥の凝集体をインゴットの中央にある空孔型点欠陥が支配的に存在する領域内に制限する第２臨界比（（Ｖ／Ｇ）_２）以下に維持されるように決められる。
【００２４】
この引上速度のプロファイルは、実験的に基準インゴットを軸方向にスライスすることやシミュレーションによって上記ボロンコフ理論に基づいて決定される。
【００２５】
なお、ＣＯＰ（結晶に起因したパーティクル：ＣｒｙｓｔａｌＯｒｉｇｉｎａｔｅｄＰａｒｔｉｃｌｅ）等の点欠陥の凝集体が検出方法によって検出感度、検出下限値が異なる値を示すことがある。そのため、本明細書において、「点欠陥の凝集体が存在しない」の意味は、鏡面加工されたシリコン単結晶を無攪拌セコエッチングを施した後に光学顕微鏡により、観察面積とエッチング取り代との積を検査体積として観察した際に、フローパターン（空孔型欠陥）および転位クラスタ（格子間シリコン型点欠陥）の各凝集体が１×１０^−３ｃｍ^３の検査体積に対して１個欠陥が検出された場合を検出下限値（１×１０^３個／ｃｍ^３）とするとき、点欠陥の凝集体の数が上記検出下限値以下であることをいう。
【００２６】
上記熱処理炉を用いて雰囲気ガスＧ中でシリコンウェーハＷをＲＴＡ処理（熱処理）し、内部に新たに空孔を形成する方法、さらにこのウェーハＷの表層にＤＺ層（ＤｅｎｕｄｅｄＺｏｎｅ：無欠陥層）を形成するとともに内部にＳＦ層を形成する熱処理を施す方法について、以下に説明する。
まず、空孔を注入するためのＲＴＡ処理を行う前に、シリコンウェーハＷの表面に形成されている自然酸化膜や他の処理などによる酸化膜を予め除去又は薄膜化しておくことが好ましい。すなわち、熱処理前のシリコンウェーハＷをフッ酸などで洗浄し、表面窒化の妨げとなる表面の酸化膜を予め除去しておく。
【００２７】
この熱処理炉によりシリコンウェーハＷに空孔熱処理として、ＲＴＡ処理（急加熱および急冷却の熱処理）を施すには、サセプタ１にシリコンウェーハＷを載置した後、供給口２ａから上記雰囲気ガスＧをシリコンウェーハＷの表面に供給した状態で、１１３５℃から１１７０℃までの範囲の熱処理温度かつ１ｓｅｃから６０ｓｅｃまでの範囲の熱処理時間（例えば、１０ｓｅｃ）で、短時間の急速加熱・急冷（例えば、５０℃／秒の昇温、７０℃／秒の降温）の熱処理を行う。
【００２８】
なお、上記熱処理では、まず、８００℃までの昇温を行う前に、Ａｒのみを雰囲気ガスとして高い流量で供給し、熱処理炉内の雰囲気ガスを置換して酸素を除去するパージ処理を行う。酸素が完全に炉内から除去された状態で、次に、Ａｒのみを雰囲気ガスとして所定流量で供給しながら８００℃まで昇温する。
次に、ＮＨ_３を所定流量で熱処理炉に導入しＡｒとＮＨ_３との混合ガスを雰囲気ガスとして供給しながら、８００℃から所定の熱処理温度（例えば、１１５０℃）まで急速加熱昇温を行い、該熱処理温度一定で所定時間の熱処理し、さらにその後８００℃まで急冷する。
【００２９】
その後、８００℃一定でＮＨ_３を完全に排出するまでＡｒのみを雰囲気ガスとして流量を上げて供給し、排出完了後に再びＡｒのみの雰囲気ガス中で降温する。このように、昇温時の途中から急冷降温時の途中までＮＨ_３を含む雰囲気ガスＧを雰囲気ガスとして供給している。
なお、上記熱処理後、ウェーハＷを熱処理炉から取り出すことにより急冷する。この際、上記パージ時の熱処理（８００℃）および取り出し時の急冷効果により、内部の酸素ドナーを消去することができる。
【００３０】
上記空孔熱処理により、シリコンウェーハＷの表面は、Ｎ_２を主とする雰囲気ガスの場合に比べて低い熱処理温度でも表面を窒化、すなわち窒化膜あるいは酸窒化膜を形成して、図３の（ａ）に示すように、内部（特に表面近傍）に空孔（Ｖａｃａｎｃｙ）Ｖを十分に注入することができる。
【００３１】
さらに、上記空孔熱処理（ＲＴＡ処理）後に、熱処理炉等で、空孔Ｖへの酸素析出をおこない、これにより拡散しやすくなった格子間シリコンを凝集してＳＦ核を形成するためにＳＦ核熱処理を施す。
このときの熱処理温度は１１００℃以上で１時間程度に設定されるとともに、その際の昇温速度が１０℃／ｍｉｎ以下であるように設定される。このように設定されることにより、図４（ｂ）に示すように、元々ＳＦ核の発生しないパーフェクトな領域に対してもＳＦ核の分布するＳＦ各領域ＳＦをシリコンウェーハＷ面内方向全体に分布させることができるとともに、このＳＦ核の密度を０．５×１０^８〜１０^１１個／ｃｍ^３に設定することができる。
【００３２】
ここで、前記ＳＦ核熱処理工程の温度が１１００℃以下をされた場合には、空孔から酸素を析出させる際放出する格子間シリコンが充分でないため凝集してＳＦ核を形成することができないず好ましくない。また、前記ＳＦ核熱処理工程の温度が１時間より短くされた場合には、空孔から酸素を析出させる際放出する格子間シリコンが充分ではないため凝集してＳＦ核を形成することができず好ましくない。また、昇温速度が１０℃／ｍｉｎ以上に設定された場合には、空孔から酸素を充分に析出させることができず、結果として、この析出させる際放出する格子間シリコンが凝集してＳＦ核を形成することができないため好ましくない。
【００３３】
なお、上記の空孔熱処理工程の後、ＤＺ層熱処理（例えば、８００℃４時間の熱処理に連続して１０００℃１６時間の熱処理）を熱処理炉等で施すことにより、図３の（ｂ）に示すように、表層では、空孔の外方拡散と酸化膜形成に伴う格子間Ｓｉの注入による空孔と格子間Ｓｉによる対消滅によって表層にＤＺ層ＤＺを形成するとともに、内部（特に表面近傍）に高ＳＦ核密度のＳＦ核層Ｓを形成することもできる。
また、この上記ＤＺ層形成のための熱処理を特に行わず、その後のデバイス作製工程に伴って行われる熱処理で行っても構わない。
【００３４】
このように本実施形態では、シリコンウェーハＷに、空孔熱処理、ＳＦ核熱処理をおこなっているので、上記の状態・範囲のＳＦ核分布密度にすることができる。
すなわち、図５（ａ）においてシリコンウェーハＷ中に黒点で示すように、大きさが５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であるＢＭＤのかわりに、図５（ａ）においてＳＦで示すように、最大径寸法長さが５μｍ程度であるスタッキングフォールトＳＦを形成することの可能なＳＦ核を形成することができるので、ウェーハＷ全面にわたりＢＭＤのみをゲッタリング源とする場合に比べて高いＩＧ効果を有することができるシリコンウェーハを提供することが可能となる。同時にウェーハ中間部分において高強度が得られ、ウェーハ全体として要望される十分な強度を得ることができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、パーフェクト領域〔Ｐ〕からなるインゴットから切り出されたシリコンウェーハを使用したが、これ以外の領域のシリコンウェーハを適用することもできる。
【００３６】
以下、本発明に係るシリコンウェーハおよびその製造方法の第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
本実施形態のシリコンウェーハは、前述した第１実施形態と同様、ＳＦ核の密度が０．５×１０^８〜１０^１１ｃｍ^−３に設定されるとともに、このＳＦ核がシリコンウェーハ面内方向全体に分布されている。
【００３７】
本実施形態におけるシリコンウェーハＷは、前述したように、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｉ〕とし、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域を〔Ｖ〕とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体および空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を〔Ｐ〕とするときに、空孔型点欠陥が支配的に存在する領域〔Ｖ〕からなるインゴットをスライスして切り出されたものである。
【００３８】
このようなインゴットは、ＣＺ法によりホットゾーン内のシリコン融液からインゴットをボロンコフ（Ｖｏｒｏｎｋｏｖ）理論に基づいた引上速度プロファイルで引き上げられる。
具体的には、このインゴットにおいては、引上速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）と、ルツボ中のシリコン融液とインゴットとの界面近傍におけるインゴット鉛直方向の温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）と、の比Ｖ／Ｇの値が、０．２０〜０．２５ｍｍ^２／℃・ｍｉｎとなるように設定される。これは、図２における（Ｖ／Ｇ）_ａ〜（Ｖ／Ｇ）_ｂの範囲に当たるものである。
【００３９】
上記の引上速度プロファイルにてインゴットを引き上げるために、次のような引上装置を用いる。この引上装置は、中空の気密容器であるチャンバ内に、該チャンバの中央下部に垂直に立設され上下動可能なシャフトと、該シャフト上に載置されたサセプタと、該サセプタ上に載置されて支持されシリコンの融液を貯留する石英（ＳｉＯ_２）製のルツボと、該ルツボの外周に所定距離離間して配されたヒータと、該ヒータの周囲に配された保温筒とがそれぞれ配置されている。
【００４０】
また、この引上装置は、ルツボの上方に該ルツボと同軸に配置された略円筒状のフロー管と、保温筒の上部に取り付けられフロー管を支持する円環状のアッパーリングとを備えている。
【００４１】
次に、このような引上装置による引上方法について説明する。
【００４２】
まず、フロー管からアルゴンガスを供給するとともに、ヒータに通電してルツボ内のシリコン原料を溶融して融液として、この融液の中央液面付近を単結晶成長温度に保つ。
次に、引上ワイヤにより吊り下げられた種結晶を下降させて融液に浸してなじませ、いわゆるネッキングにより無転位化を行い、その後、ルツボと引上ワイヤとを互いに反対に回転させながらインゴットの引上成長を始める。すなわち、ネッキング後にインゴットの肩部を成長し、その後定型部を引上成長していく。このとき、上述したＶ／Ｇ比となるように設定する。
【００４３】
ここで、図２に示す（Ｖ／Ｇ）_２〜（Ｖ／Ｇ）_３の領域は、ウェーハ面内でＣＯＰもＬＤも発生していない領域であるが、この領域の引上速度プロファイルでは、シリコンウェーハＷ_１の半径１／２付近にＳＦ核がリング状に形成されるのみである。これはウェーハＷ_１に対して、従来のＯＳＦ顕在化熱処理に従った、酸素雰囲気下、１０００℃±３０℃の温度で２〜５時間熱処理し、引続き１１３０℃±３０℃の温度で１〜１６時間熱処理すると、ＯＳＦを生じ、図４（ａ）に示すように、ウェーハＷ_１の半径の１／２付近にしかＯＳＦリングが発生しないことから確認できる。
【００４４】
これに対し、本実施形態においては、シリコンウェーハＷに供されるインゴットの引上速度プロファイルを上記の範囲に設定してシリコンインゴットを引き上げ、このインゴットからシリコンウェーハを切り出すことにより、ＳＦ核の密度を０．５×１０^８〜１０^１１ｃｍ^−３に設定するとともに、図４（ｂ）に示すように、このＳＦ核をシリコンウェーハ面内方向全体に分布させることができる。従って、前述の第１実施形態と同様に、ウェーハ全面にわたってＢＭＤに比べて高いＩＧ効果を有することができるシリコンウェーハを提供することが可能となる。
【００４５】
以下、本発明に係るシリコンウェーハおよびその製造方法の第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
本実施形態のシリコンウェーハは、前述した第１実施形態と同様、ＳＦ核の密度が０．５×１０^８〜１０^１１ｃｍ^−３に設定されるとともに、図４（ｂ）に示すように、このＳＦ核がシリコンウェーハ面内方向全体に分布されている。
【００４６】
本発明において、窒素濃度が５×１０^１４〜５×１０^１５ｃｍ^−３の範囲にされたインゴットからシリコンウェーハを切り出すことにより、上記のようにＳＦ核分布・密度を設定することができる。
具体的には、前述の第２実施形態におけるインゴット引き上げにおける引上装置において、ルツボ内のシリコン原料に不純物（ドーパント）としてシリコンナイトライドＳｉ_２Ｎ_３を投入することや、窒素ガスＮ_２を融液に吹き付ける等により窒素雰囲気の中で引き上げをおこない、不純物として窒素を添加（ドープ）し、インゴット中の窒素濃度を上記のように設定する。
金属汚染を避けるため、高純度Ｓｉウェーハ上に形成された半導体グレード材料ガスを用いてφ２００ｍｍウェーハに１ｍｍ程度成膜したＳｉ_３Ｎ_４薄膜を用いることが好ましい。
【００４７】
このように、本実施形態においては、インゴットの引上時に窒素ドープをおこなって、このインゴットからシリコンウェーハを切り出すことにより、ＳＦ核の密度を０．５×１０^８〜１０^１１ｃｍ^−３に設定するとともに、図４（ｂ）に示すように、このＳＦ核をシリコンウェーハ面内方向全体に分布させることができる。従って、前述の第１，第２実施形態と同様に、ウェーハ全面にわたってＢＭＤに比べて高いＩＧ効果を有することができるシリコンウェーハを提供することが可能となる。
【００４８】
なお、上記の各実施形態において、空孔熱処理＋ＳＦ核熱処理、引上速度プロフィル、窒素ドープをそれぞれ２種類または３種類組み合わせてシリコンウェーハＷを製造することも可能である。
また、各実施形態において、前述の第１実施形態のように、ＤＺ層形成のための熱処理を施すことが可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明のシリコンウェーハおよびその製造方法によれば、ＳＦ核の密度を０．５×１０^８〜５×１０^１１ｃｍ^−３に設定するとともに、このＳＦ核をシリコンウェーハ面内方向全体に分布させることにより、ウェーハ全面にわたってＢＭＤに比べて高いＩＧ効果を有することができるシリコンウェーハを提供することが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリコンウェーハおよびその製造方法の第１実施形態における熱処理炉を示す概略的な全体断面図である。
【図２】ボロンコフの理論を基づいた、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔豊富インゴットが形成され、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン豊富インゴットが形成されることを示す図である。
【図３】本発明に係るシリコンウェーハおよびその製造方法の第１実施形態におけるシリコンウェーハを示す断面図であり、空孔形成のための空孔熱処理後（ａ）、および、その後の熱処理後（ｂ）である。
【図４】シリコンウェーハを示す平面図であり、ＯＳＦリングが出現する状況を示すもの（ａ）、全面がＳＦ核領域となった本発明のもの（ｂ）である。
【図５】ゲッタリング効果を示すシリコンウェーハの断面図であり、ＢＭＤのみの場合（ａ）、本発明におけるＳＦ形成後の場合（ｂ）である。
【符号の説明】
１サセプタ
２反応室
ＤＺＤＺ層（無欠陥層）
Ｇ雰囲気ガス
Ｓスタッキングフォールト核層
ＳＦスタッキングフォールト
Ｖ空孔（Ｖａｃａｎｃｙ）
Ｗシリコンウェーハ

Claims

スタッキングフォールト核が面内方向全体に分布されるとともに、前記スタッキングフォールト核の密度が、０．５×１０^８〜１０^１１ｃｍ^−３の範囲に設定されることを特徴とするシリコンウェーハ。
ＣＺ法によりルツボ中のシリコン融液から引き上げられるインゴットをスライスして請求項１記載のシリコンウェーハを製造する方法であって、
引き上げ速度をＶとし、ルツボ中のシリコン融液とインゴットとの界面付近におけるインゴット鉛直方向の温度勾配をＧとし、これらの比Ｖ／Ｇが、０．２０〜０．２５ｍｍ^２／℃・ｍｉｎとなるようにして前記インゴットを引き上げることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
ＣＺ法によりルツボ中のシリコン融液から引き上げられるインゴットをスライスして請求項１記載のシリコンウェーハを製造する方法であって、
前記インゴットの引き上げ時に、窒素を添加して、内部窒素の濃度を５×１０^１４〜５×１０^１５ｃｍ^−３の範囲に設定することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
請求項１記載のシリコンウェーハを製造する方法であって、窒素を含む雰囲気ガス中で前記シリコンウェーハを熱処理して内部に新たに空孔を形成する空孔熱処理工程と、
該空孔熱処理で注入された空孔から酸素を析出させる際放出する格子間シリコンが凝集してスタッキングフォールト核を形成するＳＦ核熱処理工程と、を有し、
前記ＳＦ核熱処理工程は、その温度が１１００℃以上で、その昇温速度が１０℃／ｍｉｎ以下であることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
請求項１記載のシリコンウェーハか、または、請求項２から４のいずれか記載のシリコンウェーハの製造方法において製造されたシリコンウェーハに熱処理を施して、少なくとも表面に無欠陥層を形成することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
請求項５に記載されたシリコンウェーハの製造方法によって製造されたことを特徴とするシリコンウェーハ。