JP2018030765A - シリコン単結晶ウェーハの製造方法、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法、シリコン単結晶ウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】高密度ＢＭＤを面内均一に形成することができ、ボイド状欠陥が少なく、ＰＩＤが発生せず、ＤＺ幅が広く、酸化膜耐圧特性が良好で、ウェーハの外周平坦度の良いシリコン単結晶ウェーハを提供する。【解決手段】シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、窒素濃度が５×１０１１〜５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、１０００℃と１１５０℃の２段階の酸化性雰囲気の熱処理を行ったときに酸化誘起積層欠陥が検出されず、１００ｎｍ以上のボイド状欠陥が検出されず、１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満のボイド状欠陥を０．０１個／ｃｍ２以上有するシリコン単結晶を準備する工程と、該シリコン単結晶をスライス後に研磨加工してシリコン単結晶ウェーハに加工する工程と、該シリコン単結晶ウェーハをＨ２及びＡｒの少なくともいずれかを含むガス雰囲気で、１０５０℃以上１３５０℃以下の温度で熱処理する工程を有し、熱処理後に、研磨加工を実施しない。【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン単結晶ウェーハの製造方法、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法、シリコン単結晶ウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハに関する。

シリコン単結晶中には、結晶成長中にシリコン単結晶に取り込まれるベイカンシイ（Ｖａｃａｎｃｙ）と呼ばれる空孔型の点欠陥と、インタースティシアル−シリコン（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ−Ｓｉ）と呼ばれる格子間シリコン型の点欠陥が存在する。

シリコン単結晶において、Ｖ領域とは、シリコン原子の不足から発生するボイドが多い領域であり、Ｉ領域とは、シリコン原子が余分に存在することにより発生するシリコン原子の凝集体や転位ループクラスタが多い領域のことである。また、Ｖ領域とＩ領域の間には、原子の過不足が少ないニュートラル（Ｎｅｕｔｒａｌ）領域（以下、Ｎ領域と略記する）が存在している。

Ｎ領域はベイカンシイが優勢なＮｖ領域とインタースティシアル−シリコンが優勢なＮｉ領域に区分され（特許文献１参照）、Ｎｖ領域には高密度のＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）が形成されるが、Ｎｉ領域にはＢＭＤが発生しにくい。

ウェーハ全面で酸化膜耐圧特性が高く、かつ、高密度のＢＭＤを面内均一に形成するためには、ウェーハ全面をＮｖ領域にすることが望ましいが、これは技術的に非常に難しい。

また、Ｎｖ領域とＮｉ領域が混在しても、ＮＨ_３ガスでＲＴＰ処理をしてＢＭＤ面内分布を均一にする技術があるが、ＤＺ（Ｄｅｎｕｄｅｄ Ｚｏｎｅ）幅が不十分なため、酸化膜耐圧が悪化する問題があった。さらに、ＮＨ_３ガスでＲＴＰ処理をした後に研磨加工を行うと、ＰＩＤ（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｆｅｃｔ）が発生し（特許文献２参照）、最先端デバイスへの悪影響が懸念される。

また、Ｖ−ｒｉｃｈ領域の結晶を用いたエピタキシャルウェーハは、高密度のＢＭＤが面内均一に形成されており、酸化膜耐圧特性も高いが、研磨ウェーハよりも平坦性が低く、特に外周領域で平坦性が低いために、最先端デバイスではフォトリソグラフィー不良を起こす可能性がある。エピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜を薄膜化すると、外周領域の平坦性を改善できる。しかしながら、高密度のＢＭＤが面内均一に形成できるＶ−ｒｉｃｈ領域の結晶をエピタキシャル膜成長用ウェーハとして用いた場合、エピタキシャル膜の膜厚を１μｍ以下にすると、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）の形状を完全に消去できず、ＬＬＳ（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｓｃａｔｔｅｒｓ）が多発する問題がある。

一方、窒素ドープ結晶では、Ｎ領域とＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ：酸化誘起積層欠陥）領域の間に、ＯＳＦが発生せず、１００ｎｍ以下、多くの場合は５０ｎｍ以下の微小なボイド状欠陥を有する結晶領域（以下、微小ボイド状欠陥領域と略記）が存在する（特許文献３の［００１２］段落参照）。この領域の結晶を用いると、高密度のＢＭＤをウェーハ面内に均一に形成できる。しかし、この領域の結晶の研磨ウェーハは、Ｎ領域の研磨ウェーハと比べて酸化膜耐圧特性が著しく悪いという問題がある。

特開２００８−２０７９９１号公報 国際公開第２０１０／１５０５４７号パンフレット 特開２０００−０５３４９７号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、高密度ＢＭＤを面内均一に形成することができ、ボイド状欠陥が少なく、ＰＩＤが発生せず、ＤＺ幅が十分あり、酸化膜耐圧特性が良好で、かつ、ウェーハの外周平坦度の良いシリコン単結晶ウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は前述したような特性を有するシリコン単結晶ウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
シリコン単結晶中の窒素濃度が５×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、該シリコン単結晶に１０００℃、１８０分間と１１５０℃、１００分間の２段階の酸化性雰囲気での熱処理を行ったときに酸化誘起積層欠陥が該シリコン単結晶内部に検出されず、さらに、１００ｎｍ以上の大きさのボイド状欠陥が該シリコン単結晶内部に検出されず、１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の大きさのボイド状欠陥を０．０１個／ｃｍ^２以上該シリコン単結晶内部に有するシリコン単結晶を準備する工程と、
前記準備したシリコン単結晶をスライスした後に研磨加工してシリコン単結晶ウェーハに加工する工程と、
該加工したシリコン単結晶ウェーハをＨ_２ガス及びＡｒガスの少なくともいずれかを含むガス雰囲気で、１０５０℃以上１３５０℃以下の温度で熱処理を行う工程とを有し、
該１０５０℃以上１３５０℃以下の温度での熱処理後に、前記加工したシリコン単結晶ウェーハに研磨加工を実施しないことを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法を提供する。

このように、窒素をドープしてＮｖ領域とＯＳＦ領域の間に微小ボイド状欠陥領域を発生させ、微小ボイド状欠陥領域のみ、又は、微小ボイド状欠陥領域とＮｖ領域を含みＮｉ領域を含まないシリコン単結晶を準備し、該シリコン単結晶から作製したシリコン単結晶ウェーハをＨ_２ガス及びＡｒガスの少なくともいずれかを含むガス雰囲気で、１０５０℃以上１３５０℃以下の温度で熱処理を行うことにより、高密度ＢＭＤを面内均一に形成でき、ボイド状欠陥が少なく、ＰＩＤが発生せず、ＤＺ幅が十分に広く、酸化膜耐圧特性が良好で、かつ、ウェーハの外周平坦度の良いシリコン単結晶ウェーハを製造することができる。

このとき、前記１０５０℃以上１３５０℃以下の温度の熱処理の時間が、５秒以上６００秒以下であることが好ましい。

このような熱処理の時間であれば、微小ボイド状欠陥をほぼ完全に消滅させることができ、ＤＺ層の幅を広くすることができ、また、生産性を低下させることがない。

このとき、前記１０５０℃以上１３５０℃以下の熱処理温度までの昇温速度が、１℃／秒以上であることが好ましい。

このような昇温速度であれば、生産性を低下させることがなく、安価にシリコン単結晶ウェーハを製造することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明は、上述したシリコン単結晶ウェーハの製造方法を用いてシリコン単結晶ウェーハを製造し、該製造されたシリコン単結晶ウェーハの主面上に、厚さ１．０μｍ以下の単結晶シリコン膜をエピタキシャル成長させることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。

このような方法でシリコンエピタキシャルウェーハを製造すれば、エピタキシャルウェーハでありながら、ウェーハ外周領域の平坦性が悪化することがないため、高密度ＢＭＤが面内均一に分布し、ボイド状欠陥が少なく、ＰＩＤが発生せず、ＤＺ幅が十分広く、酸化膜耐圧特性が良好で、かつ、ウェーハの外周平坦度の良いシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明は、シリコン単結晶ウェーハであって、
該シリコン単結晶ウェーハ中の窒素濃度が５×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、１０００℃、１８０分間と１１５０℃、１００分間の２段階の酸化性雰囲気での熱処理を行ったときに前記シリコン単結晶ウェーハに酸化誘起積層欠陥が検出されず、ＴＤＤＢ特性のγモードの良品率が９０％以上、前記シリコン単結晶ウェーハ表面の１０ｎｍ以上のボイド状欠陥個数が１０個以下、ＰＩＤが０個、バルク部の平均ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上、ＤＺ層の幅が１．０μｍ以上のものであることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハを提供する。

このようなシリコン単結晶ウェーハであれば、最先端デバイス用のシリコン単結晶ウェーハとして極めて好適である。

また、上記目的を達成するために、本発明は、シリコン単結晶ウェーハの主面上に単結晶シリコン膜をエピタキシャル成長させたシリコンエピタキシャルウェーハであって、
前記シリコン単結晶ウェーハ中の窒素濃度が５×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、１０００℃、１８０分間と１１５０℃、１００分間の２段階の酸化性雰囲気での熱処理を行ったときに前記シリコン単結晶ウェーハに酸化誘起積層欠陥が検出されず、ＴＤＤＢ特性のγモードの良品率が９０％以上、前記シリコンエピタキシャルウェーハ表面の１０ｎｍ以上のエピ欠陥が１０個以下、バルク部の平均ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上、ＥＳＦＱＲｍａｘ（エッジエクスクルージョン２ｍｍ）が２０ｎｍ以下のものであることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハを提供する。

このようなシリコンエピタキシャルウェーハであれば、最先端デバイス用のシリコンエピタキシャルウェーハとして極めて好適である。

本発明によれば、窒素をドープしたシリコン単結晶から作製したウェーハに、還元性ガス雰囲気での熱処理を行うことにより、高密度ＢＭＤを面内均一に形成することができ、ボイド状欠陥が少なく、ＰＩＤが発生せず、ＤＺ幅が十分あり、酸化膜耐圧特性が良好で、かつ、ウェーハの外周平坦度の良いシリコン単結晶ウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハを提供することができる。

本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法の工程フローを示す図である。 実施例及び比較例２−４のシリコン単結晶ウェーハの半径方向のＢＭＤ密度分布（析出熱処理後）を示す図である。

以下、本発明について、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

まず、本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法について、図１を参照して説明する。図１は本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法の工程フローを示す図である。本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法は、最初に、シリコン単結晶中の窒素濃度が５×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、シリコン単結晶に１０００℃、１８０分間と１１５０℃、１００分間の２段階の酸化性雰囲気での熱処理を行ったときに酸化誘起積層欠陥がシリコン単結晶内部に検出されず、さらに、１００ｎｍ以上の大きさのボイド状欠陥がシリコン単結晶内部に検出されず、１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の大きさのボイド状欠陥を０．０１個／ｃｍ^２以上シリコン単結晶内部に有するシリコン単結晶を準備する工程を有している（図１のＡ工程）。

一般的に、ウェーハ全面がＮｖ領域のみの結晶の作製は非常に難しい。そこで、本発明では、窒素をドープしてＮｖ領域とＯＳＦ領域の間に微小ボイド状欠陥領域を発生させ、微小ボイド状欠陥領域のみ、又は、微小ボイド状欠陥領域とＮｖ領域を含みＮｉ領域を含まない結晶をシリコン単結晶として用いる。

ここで、窒素濃度が５×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満の場合は、微小ボイド状欠陥領域が発生する引き上げ速度の範囲が非常に狭く、微小ボイド状欠陥領域のみ、又は、微小ボイド状欠陥領域とＮｖ領域を含みＮｉ領域を含まないシリコン単結晶を作製するのが非常に難しい。また、窒素濃度が５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３を超える場合は、ウェーハに熱処理を施した時に異常酸素析出のような窒素の弊害が発生する場合がある。従って、窒素濃度は５×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

また、本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法で用いるシリコン単結晶は、１０００℃、１８０分間と１１５０℃、１００分間の２段階の酸化性雰囲気での熱処理を行ったときに酸化誘起積層欠陥がシリコン単結晶内部に検出されない。さらに、１００ｎｍ以上の大きさのボイド状欠陥がシリコン単結晶内部に検出されず、１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の大きさのボイド状欠陥を０．０１個／ｃｍ^２以上シリコン単結晶内部に有している。

１００ｎｍ以上のボイド状欠陥は、Ｎｖ領域とＯＳＦ領域の間の微小ボイド状欠陥領域には検出されず、Ｖ−ｒｉｃｈ領域が入ったときに検出され、短時間の熱処理では完全に消失させることができない。本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法で用いるシリコン単結晶は、１００ｎｍ以上の大きさのボイド状欠陥を含まないので、還元性のガス雰囲気での熱処理により、ボイド状欠陥を消滅させることができる。一方、１０ｎｍ未満の微小ボイド状欠陥はほとんど問題となることがない。

本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法は、次に、準備したシリコン単結晶をスライスした後に研磨加工してシリコン単結晶ウェーハに加工する工程を有する（図１のＢ工程）。尚、シリコン単結晶をシリコン単結晶ウェーハに加工する工程には、一般的に、スライスや研磨に加えて種々のラッピング、エッチング、洗浄、検査等のステップが含まれてよい。

本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法は、さらに、加工したシリコン単結晶ウェーハをＨ_２ガス及びＡｒガスの少なくともいずれかを含むガス雰囲気で、１０５０℃以上１３５０℃以下の温度で熱処理を行う工程を有する（図１のＣ工程）。このとき、熱処理の温度が１０５０℃未満では、微小ボイド状欠陥の消滅効果が十分ではなく、１３５０℃を超えると、結晶内にスリップが発生するので好ましくない。熱処理雰囲気に使用されるガスは、Ｈ_２ガス、Ｈ_２を含む混合ガス、Ａｒガス、Ａｒを含む混合ガス、Ｈ_２とＡｒの混合ガス、Ｈ_２とＡｒを含む混合ガスが好ましく、これらの中に他の希ガスが含まれていてもよい。また、多少のシランガスやＨＣｌガスが含まれていてもよい。ただし、Ｏ_２、Ｎ_２、ＮＨ_３など、Ｓｉと反応してシリコン結晶とは別の薄膜を形成するガスが含まれることは好ましくない。

また、本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法では、１０５０℃以上１３５０℃以下の熱処理の後に、研磨加工を実施しない（図１のＣ工程）。熱処理後に研磨加工を行わないため、ＤＺ層の幅が減少することがなく、ＰＩＤが発生することもない。また、熱処理後に、シリコン単結晶ウェーハの洗浄を行ってもよい。

以上で説明した本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、高密度ＢＭＤを面内均一に形成できる。また、シリコン単結晶ウェーハの表層の微小ボイド状欠陥は還元性ガス雰囲気ガスでの熱処理で消失するため、ＬＬＳ品質は良好である。また、十分な厚さのＤＺ層が形成され、酸化膜耐圧特性がウェーハ全面で良好である。また、研磨ウェーハと同じ平坦性が得られ、一般的なエピタキシャルウェーハと比べ、特に外周領域の平坦性が高い。さらに、還元性ガス雰囲気での熱処理によりＰＩＤが消失し、熱処理後に研磨加工を行わないので、Ｎ領域結晶を用いた研磨ウェーハよりＬＬＳ数が大幅に少ない。

このように、本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法では、シリコン単結晶ウェーハに対して、安価なガスで短時間の熱処理を１回行うだけであり、簡単な熱処理炉で製造することができ、また、熱処理炉の調整やメンテナンスの頻度も少ないため、エピタキシャルウェーハよりも生産コストを低く抑えることができる。

また、１０５０℃以上１３５０℃以下の温度の熱処理の時間は、５秒以上６００秒以下であることが好ましい。このような熱処理時間であれば、微小ボイド状欠陥をほぼ完全に消滅させることができ、ＤＺ層の幅を広くすることができ、また、生産性を低下させることがない。

また、１０５０℃以上１３５０℃以下の熱処理温度までの昇温速度が、１℃／秒以上であることが好ましい。このような昇温速度であれば、生産性を低下させることがなく、安価にシリコン単結晶ウェーハを製造することができる。

また、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法では、上述したシリコン単結晶ウェーハの製造方法を用いて高密度ＢＭＤが面内均一に分布し、ボイド状欠陥が少なく、ＰＩＤが発生せず、ＤＺ幅が十分広いシリコン単結晶ウェーハを製造し、製造されたシリコン単結晶ウェーハの主面上に、厚さ１．０μｍ以下の単結晶シリコン膜をエピタキシャル成長させる。このような方法でシリコンエピタキシャルウェーハを製造すれば、極めて高品質な表層品質を有するエピタキシャルウェーハを製造することができる。また、エピタキシャルウェーハでありながら、ウェーハ外周領域の平坦性が悪化することがないため、酸化膜耐圧特性が良好で、かつ、ウェーハの外周平坦度の良いシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。

また、本発明のシリコン単結晶ウェーハは、シリコン単結晶ウェーハ中の窒素濃度が５×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、１０００℃、１８０分間と１１５０℃、１００分間の２段階の酸化性雰囲気での熱処理を行ったときにシリコン単結晶ウェーハに酸化誘起積層欠陥が検出されず、ＴＤＤＢ特性のγモード（真性破壊）の良品率が９０％以上、シリコン単結晶ウェーハ表面の１０ｎｍ以上のボイド状欠陥個数が１０個以下、ＰＩＤが０個、バルク部の平均ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上、ＤＺ層の幅が１．０μｍ以上のものである。このようなシリコン単結晶ウェーハであれば、最先端デバイス用のシリコン単結晶ウェーハとして極めて好適である。

また、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハは、シリコン単結晶ウェーハ中の窒素濃度が５×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、１０００℃、１８０分間と１１５０℃、１００分間の２段階の酸化性雰囲気での熱処理を行ったときにシリコン単結晶ウェーハに酸化誘起積層欠陥が検出されず、ＴＤＤＢ特性のγモードの良品率が９０％以上、シリコンエピタキシャルウェーハ表面の１０ｎｍ以上のエピ欠陥が１０個以下、バルク部の平均ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上、ＥＳＦＱＲｍａｘ（エッジエクスクルージョン２ｍｍ）が２０ｎｍ以下のものである。ここで、ＥＳＦＱＲ（Ｅｄｇｅ ｓｉｔｅ ｆｒｏｎｔ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｒａｎｇｅ）は、サイトフラットネスのうち、平坦度の悪化しやすいエッジに注目した指標であり、厚さの分布から最小２乗法により求められた基準面からの偏差の最大、最小の幅で定義される。ＥＳＦＱＲｍａｘは、ウェーハ周辺部のサイトの複数のＥＳＦＱＲのうちの最大値である。そして、このようなシリコンエピタキシャルウェーハであれば、最先端デバイス用のシリコンエピタキシャルウェーハとして極めて好適である。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
シリコン単結晶中の窒素濃度を１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とし、酸素濃度を１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とした。このシリコン単結晶の結晶領域の確認は以下のようにして行った。８００℃、４時間と１０００℃、１６時間の析出熱処理を行ってから、劈開した断面をレイテックス社製ＭＯ−４４１で測定することによりＢＭＤを計測し、ＢＭＤ密度が１×１０^７個／ｃｍ^３以下となるＮｉ領域及びＩ−ｒｉｃｈ領域が含まれないことを確認した。さらに、ＦＰＤ法によりＣＯＰを有するＶ−ｒｉｃｈ領域が含まれないことを確認した。ＦＰＤ（Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｆｅｃｔ）法は、サンプルに選択エッチを施して欠陥を顕在化させ、評価する方法である。次に、このシリコン単結晶に、酸化性雰囲気で１０００℃、１８０分間と１１５０℃、１００分間の２段階熱処理を行ってから、選択エッチングを行うことにより酸化誘起積層欠陥を計測し、ＯＳＦ領域が含まれないことを確認した。

このシリコン単結晶を加工して研磨ウェーハを作製し、パーティクルカウンターで１３ｎｍ以上として検出されたＬＬＳをＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察して、微小ボイド状欠陥数をカウントした。ここで、１０ｎｍ以上の大きさの微小ボイド状欠陥が検出されない領域をＮｖ領域と判定し、微小ボイド状欠陥領域とＮｖ領域からなるシリコン単結晶ウェーハを用いた。このウェーハ１０枚の微小ボイド状欠陥数は、平均１７８個（０．２５個／ｃｍ^２）であった。Ｎｖ領域の割合を増やせば微小ボイド状欠陥数を低減できるが、０．０１個／ｃｍ^２未満の場合はＮｉ領域が含まれてしまい、ＢＭＤを面内均一に形成できなくなる。

このシリコン単結晶から作製した直径３００ｍｍのウェーハをＨ_２雰囲気で６００℃のチャンバ（熱処理炉）に投入し、５℃／ｓｅｃで昇温して、１０５０、１１００、１２００、１３００、１３５０℃の各温度で１８０ｓｅｃの熱処理を行い、その後、ＲＣＡ洗浄を行った。

これらのウェーハについて、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）法で酸化膜耐圧評価を行ったところ、γモードの良品率は、１０５０、１１００、１２００、１３００、１３５０℃の各熱処理温度に対して、それぞれ９１、９５、９８、９８、９８％となり、１０５０〜１３５０℃の熱処理で全て９０％以上となった。また、いずれのウェーハも、ウェーハ表面に１０ｎｍ以上として検出されたボイド状欠陥は１０個以下であり、ＰＩＤはひとつも検出されなかった。

また、Ｈ_２で熱処理したウェーハに対して、８００℃、４時間と１０００℃、１６時間の析出熱処理を行ってからＭＯ−４４１で測定したＢＭＤの平均密度は１．０〜１．３×１０^９個／ｃｍ^３、ＢＭＤ密度の面内均一性は面内バラツキが１１〜１６％と２０％以下となり、高密度で均一性の高いＢＭＤ品質が得られた。一例として、１２００℃で熱処理したウェーハの半径方向のＢＭＤ密度分布を図２に示した。また、ＥＳＦＱＲｍａｘ（エッジエクスクルージョン２ｍｍ）は１２〜１６ｎｍと２０ｎｍ以下となった。ＤＺ幅は１０５０、１１００、１２００、１３００、１３５０℃の各熱処理温度に対して、それぞれ１．５、２．３、３．７、５．３、８．１μｍと、熱処理温度が上昇するとともに拡大した。以上の結果をまとめて表１に示した。

（実施例２）
実施例１で作製した、Ｈ_２雰囲気で１１００℃、１８０ｓｅｃの熱処理を行ったウェーハと同条件で作製した直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハに、厚さ１μｍのエピタキシャル層を形成して評価した。ＴＤＤＢ法のγモードの良品率は９８％、エピタキシャルウェーハ表面のボイド状欠陥（エピ欠陥）は０個であった。バルク部のＢＭＤの平均密度と面内均一性は実施例１に示したエピタキシャル層を形成していないウェーハとほぼ同じであった。ＤＺ幅は３．４μｍであり十分広く、ＥＳＦＱＲｍａｘは１７ｎｍと２０ｎｍ以下であった。実施例２において得られた結果を表１に示した。

（比較例１）
実施例１と同じシリコン単結晶から研磨加工した直径３００ｍｍのウェーハをＨ_２雰囲気で６００℃のチャンバに投入し、５℃／ｓｅｃで昇温して、１０００℃で１８０ｓｅｃの熱処理を行い、その後、ＲＣＡ洗浄を行った。そのウェーハを評価したところ、ＴＤＤＢ法のγモードの良品率は８８％と９０％以下となり、ウェーハ表面で１０ｎｍ以上として検出されたボイド状欠陥は３１個、ＰＩＤは１６個であった。ＢＭＤの平均密度と面内均一性、及び、ＥＳＦＱＲｍａｘは、１０５０〜１３５０℃で熱処理をしたものとほぼ同じであったが、ＤＺ幅は０．５μｍと、１μｍ以下であった。比較例１において得られた結果を表１に示した。

（比較例２）
実施例１と同じシリコン単結晶から研磨加工した直径３００ｍｍのウェーハに熱処理を行わずに評価した。ＴＤＤＢ法のγモードの良品率は５７％とＨ_２雰囲気で熱処理をした場合より著しく悪化し、ウェーハ表面にはボイド状欠陥が１８２個、ＰＩＤが９２個検出された。ＢＭＤの平均密度と面内均一性（図２参照）、及び、ＥＳＦＱＲｍａｘは、１０５０〜１３５０℃で熱処理をしたものとほぼ同じであったが、ＤＺ幅は０μｍであった。比較例２において得られた結果を表１に示した。

（比較例３）
実施例１と同じシリコン単結晶から研磨加工した直径３００ｍｍのウェーハに厚さ３μｍのエピタキシャル層を形成して評価した。ＴＤＤＢ法のγモードの良品率は９８％、エピタキシャルウェーハ表面のボイド状欠陥（エピ欠陥）は０個であった。バルク部のＢＭＤの平均密度と面内均一性は１０５０〜１３５０℃で熱処理をしたものとほぼ同じであり（図２参照）、ＤＺ幅は５．２μｍであったが、ＥＳＦＱＲｍａｘが２１ｎｍと２０ｎｍ以上になった。比較例３において得られた結果を表１に示した。

（比較例４）
窒素をドープせず、酸素濃度が０．９×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で、Ｎｖ領域とＮｉ領域が混合したシリコン単結晶を用いて直径３００ｍｍの研磨ウェーハを作製し、熱処理なしで評価した。ＴＤＤＢ法のγモードの良品率は８７％と９０％以下であった。ウェーハ表面のボイド状欠陥は検出されなかったが、ＰＩＤが１０４個検出された。ＢＭＤの平均密度は２．８×１０^８個／ｃｍ^３と１×１０^９個／ｃｍ^３以下であり、ＢＭＤ密度の面内均一性は面内バラツキが１００％と著しく悪かった（図２参照）。比較例４において得られた結果を表１に示した。

（比較例５）
シリコン単結晶中の窒素濃度を１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度を１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とし、全面Ｖ−ｒｉｃｈ領域のシリコン単結晶を作製した。このシリコン単結晶から研磨加工した直径３００ｍｍのウェーハにＨ_２雰囲気で１１００℃の熱処理を行った後、厚さ１μｍのエピタキシャル層を形成して評価した。ＴＤＤＢ法のγモードの良品率は９８％であった。バルク部のＢＭＤの平均密度と面内均一性は実施例とほぼ同じであった。ＤＺ幅は１．８μｍであり、ＥＳＦＱＲｍａｘが１８ｎｍと２０ｎｍ以下であった。しかしながら、エピタキシャルウェーハ表面のボイド状欠陥（エピ欠陥）は２４７個と極めて多かった。比較例５において得られた結果を表１に示した。

以上で説明したように、実施例１及び２では、１）ＴＤＤＢ法のγモードの良品率：９０％以上、２）ウェーハ面内のボイド状欠陥数：１０個以下、３）ＰＩＤ数：０個、４）ＢＭＤの平均密度：１．０〜１．３×１０^１９個／ｃｍ^３の範囲内、５）ＢＭＤ密度の面内均一性：２０％以下、６）ＤＺ幅：１．５μｍ以上、７）ＥＳＦＱＲｍａｘ：２０ｎｍ以下の全基準を満足した。これに対し、比較例１〜５では、全基準を満足したものはなかった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以上で説明したように、実施例１及び２では、１）ＴＤＤＢ法のγモードの良品率：９０％以上、２）ウェーハ面内のボイド状欠陥数：１０個以下、３）ＰＩＤ数：０個、４）ＢＭＤの平均密度：１．０〜１．３×１０ ^９ 個／ｃｍ^３の範囲内、５）ＢＭＤ密度の面内均一性：２０％以下、６）ＤＺ幅：１．５μｍ以上、７）ＥＳＦＱＲｍａｘ：２０ｎｍ以下の全基準を満足した。これに対し、比較例１〜５では、全基準を満足したものはなかった。

Claims (6)

1. シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
   シリコン単結晶中の窒素濃度が５×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、該シリコン単結晶に１０００℃、１８０分間と１１５０℃、１００分間の２段階の酸化性雰囲気での熱処理を行ったときに酸化誘起積層欠陥が該シリコン単結晶内部に検出されず、さらに、１００ｎｍ以上の大きさのボイド状欠陥が該シリコン単結晶内部に検出されず、１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の大きさのボイド状欠陥を０．０１個／ｃｍ^２以上該シリコン単結晶内部に有するシリコン単結晶を準備する工程と、
   前記準備したシリコン単結晶をスライスした後に研磨加工してシリコン単結晶ウェーハに加工する工程と、
   該加工したシリコン単結晶ウェーハをＨ_２ガス及びＡｒガスの少なくともいずれかを含むガス雰囲気で、１０５０℃以上１３５０℃以下の温度で熱処理を行う工程とを有し、
   該１０５０℃以上１３５０℃以下の温度での熱処理後に、前記加工したシリコン単結晶ウェーハに研磨加工を実施しないことを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
2. 前記１０５０℃以上１３５０℃以下の温度の熱処理の時間が、５秒以上６００秒以下であることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
3. 前記１０５０℃以上１３５０℃以下の熱処理温度までの昇温速度が、１℃／秒以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶ウェーハの製造方法を用いてシリコン単結晶ウェーハを製造し、該製造されたシリコン単結晶ウェーハの主面上に、厚さ１．０μｍ以下の単結晶シリコン膜をエピタキシャル成長させることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
5. シリコン単結晶ウェーハであって、
   該シリコン単結晶ウェーハ中の窒素濃度が５×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、１０００℃、１８０分間と１１５０℃、１００分間の２段階の酸化性雰囲気での熱処理を行ったときに前記シリコン単結晶ウェーハに酸化誘起積層欠陥が検出されず、ＴＤＤＢ特性のγモードの良品率が９０％以上、前記シリコン単結晶ウェーハ表面の１０ｎｍ以上のボイド状欠陥個数が１０個以下、ＰＩＤが０個、バルク部の平均ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上、ＤＺ層の幅が１．０μｍ以上のものであることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハ。
6. シリコン単結晶ウェーハの主面上に単結晶シリコン膜をエピタキシャル成長させたシリコンエピタキシャルウェーハであって、
   前記シリコン単結晶ウェーハ中の窒素濃度が５×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、１０００℃、１８０分間と１１５０℃、１００分間の２段階の酸化性雰囲気での熱処理を行ったときに前記シリコン単結晶ウェーハに酸化誘起積層欠陥が検出されず、ＴＤＤＢ特性のγモードの良品率が９０％以上、前記シリコンエピタキシャルウェーハ表面の１０ｎｍ以上のエピ欠陥が１０個以下、バルク部の平均ＢＭＤ密度が１×１０^９個／ｃｍ^３以上、ＥＳＦＱＲｍａｘ（エッジエクスクルージョン２ｍｍ）が２０ｎｍ以下のものであることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハ。
   

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