特許 7388434 シリコン単結晶ウェーハの製造方法及びシリコン単結晶ウェーハ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-20

(45)【発行日】2023-11-29

(54)【発明の名称】シリコン単結晶ウェーハの製造方法及びシリコン単結晶ウェーハ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/322 20060101AFI20231121BHJP

   H01L 21/324 20060101ALI20231121BHJP

   C30B 29/06 20060101ALI20231121BHJP

   C30B 33/02 20060101ALI20231121BHJP

【ＦＩ】

H01L21/322 Y

H01L21/324 X

C30B29/06 B

C30B33/02

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021514801

(86)(22)【出願日】2020-02-05

(86)【国際出願番号】 JP2020004397

(87)【国際公開番号】W WO2020213230

(87)【国際公開日】2020-10-22

【審査請求日】2021-09-24

(31)【優先権主張番号】P 2019077651

(32)【優先日】2019-04-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】曲 偉峰

(72)【発明者】

【氏名】井川 静男

【審査官】桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１６－５０４７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０３７７５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０８４２８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０３４５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１１２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／１０５１３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１５９５３９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３２２

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

Ｃ３０Ｂ ２９／０６

Ｃ３０Ｂ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、
酸素濃度が１２ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）以上、Ｎ_Ｖ領域のシリコン単結晶ウェーハを用い、
窒素含有雰囲気かつ温度１２２５℃以上でのＲＴＡ処理、鏡面研磨加工処理、及び、ＢＭＤ形成熱処理を行うことにより、シリコン単結晶ウェーハの表面から順に、厚さが５～１２．５μｍであるＤＺ層、及び、該ＤＺ層の直下に位置しＢＭＤ密度が１×１０^１１／ｃｍ^３以上、１×１０^１２／ｃｍ^３以下であるＢＭＤ層を少なくとも有するシリコン単結晶ウェーハを製造することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの製造方法。

【請求項2】

前記ＲＴＡ処理を、１０秒未満、降温速度３０℃／秒以上の熱処理条件で行う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。

【請求項3】

前記ＢＭＤ形成熱処理を、アルゴン雰囲気、温度８７０～９５０℃、２時間以上の熱処理条件で行う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。

【請求項4】

多層構造デバイス向けの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はＮ_Ｖ領域のものであり、
シリコン単結晶ウェーハの表面から順に、ＤＺ層と、該ＤＺ層の直下に位置するＢＭＤ層を少なくとも有し、
前記ＤＺ層の厚さが５～１２．５μｍであり、前記ＢＭＤ層のＢＭＤ密度が１×１０^１１／ｃｍ^３以上、１×１０^１２／ｃｍ^３以下であり、
前記シリコン単結晶ウェーハは、
Ｄｅｐｔｈ＝３×Ｆｚ ^０．６
（但し、Ｄｅｐｔｈは打痕深さ（単位：μｍ）、Ｆｚは押し込み圧力（単位：Ｎ）であり、Ｄｅｐｔｈ＝０．０１μｍ以上、５．００μｍ未満とする）
の関係式を満足するように、前記押し込み圧力Ｆｚを加えて、前記シリコン単結晶ウェーハの表面に打痕深さＤｅｐｔｈの打痕を形成したときに、前記表面から順に、歪層、ＤＺ層、ＢＭＤ層を含む、少なくとも３層の積層構造となるものであり、
前記打痕を形成した前記シリコン単結晶ウェーハに対し、温度９００℃、１時間の熱処理を行ったときに、前記熱処理後の前記ＤＺ層の転位のローゼット長さが、前記熱処理前の前記ＤＺ層の転位のローゼット長さより短くなるものであることを特徴とするシリコン単結晶ウェーハ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハの製造方法及びシリコン単結晶ウェーハに関する。

【背景技術】

【0002】

最新メモリー（３Ｄ Ｘｐｏｉｎｔ）では、デバイス領域（表面から深さ約０．５μｍの範囲）におけるシリコン基板の高強度化、３Ｄ ＮＡＮＤの積層化による基板表層部強度の向上が要求されている。

【0003】

一般的にゲッタリング能力の付与とバルク部の強度向上を目的として、シリコン単結晶に窒素、炭素、ボロンをドープすることが行われている。しかし、窒素、炭素、ボロンを高濃度でドープすると、表層に酸素析出物が形成され、電気特性が悪化してしまうという問題がある。このような問題点に対して、熱処理により不純物を外方拡散させる対策が採られている。このとき、表層にＤＺ層が形成される。このＤＺ層では、酸素の外方拡散により低酸素となっており、デバイス形成時に受ける応力によりスリップが発生し易い。

【0004】

また、特許文献１、特許文献２、特許文献３には、過度に酸素析出物が形成されないようにＢＭＤ密度を制御する技術が、特許文献４には、無欠陥領域に隣接して近接ゲッタリング能力を有する単結晶ウェーハが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－１００５４２号公報

【文献】特許第４０５５３４３号公報

【文献】特許第４７９４１３７号公報

【文献】特開２０１５－２１６３７５号公報

【文献】特開２０１６－１１１０４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１－４に記載されるような単結晶ウェーハであっても、単結晶ウェーハ上に多層構造のデバイスを形成した場合は、デバイス形成領域にスリップが発生してしまうという問題があり、多層構造のデバイスを形成した場合であってもデバイス形成領域にスリップが発生しないシリコン単結晶ウェーハが求められていた。

【0007】

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、デバイス形成時にシリコンウェーハ表面が受けた応力による歪み起因の欠陥を表層部直下のＢＭＤ層に吸収することができ、デバイス形成領域の強度向上及び表層における転位の発生、伸長を抑制可能な多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハの製造方法及びシリコン単結晶ウェーハを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、酸素濃度が１２ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）以上、Ｎ_Ｖ領域のシリコン単結晶ウェーハを用い、窒素含有雰囲気かつ温度１２２５℃以上でのＲＴＡ処理、鏡面研磨加工処理、及び、ＢＭＤ形成熱処理を行うことにより、シリコン単結晶ウェーハの表面から順に、厚さが５～１２．５μｍであるＤＺ層、及び、該ＤＺ層の直下に位置しＢＭＤ密度が１×１０^１１／ｃｍ^３以上であるＢＭＤ層を少なくとも有するシリコン単結晶ウェーハの製造方法を提供する。

【0009】

このようなシリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、デバイス形成領域の強度向上及び表層における転位発生、伸長を抑制可能な多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハを得ることができる。

【0010】

このとき、前記ＲＴＡ処理を、１０秒未満、降温速度３０℃／秒以上の熱処理条件で行うことができる。

【0011】

これにより、空孔の外方拡散を抑制する効果がより高く、深さ方向の空孔分布をより急峻なものとすることができ、より急峻なＢＭＤ密度分布のものを得ることができる。

【0012】

このとき、前記ＢＭＤ形成熱処理を、アルゴン雰囲気、温度８７０～９５０℃、２時間以上の熱処理条件で行うことができる。

【0013】

これにより、析出核サイズがある程度大きいもののみ成長させることができるため、ＢＭＤ分布をより急峻にすることができる。

【0014】

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、多層構造デバイス向けの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はＮ_Ｖ領域のものであり、シリコン単結晶ウェーハの表面から順に、ＤＺ層と、該ＤＺ層の直下に位置するＢＭＤ層を少なくとも有し、前記ＤＺ層の厚さが５～１２．５μｍであり、前記ＢＭＤ層のＢＭＤ密度が１×１０^１１／ｃｍ^３以上であるシリコン単結晶ウェーハを提供する。

【0015】

このようなシリコン単結晶ウェーハによれば、デバイス形成領域の強度向上及び表層における転位の発生、伸長を抑制可能な多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハとなる。

【0016】

このとき、前記シリコン単結晶ウェーハは、
Ｄｅｐｔｈ＝３×Ｆｚ^０．６
（但し、Ｄｅｐｔｈは打痕深さ（単位：μｍ）、Ｆｚは押し込み圧力（単位：Ｎ）であり、Ｄｅｐｔｈ＝０．０１μｍ以上、５．００μｍ未満とする）
の関係式を満足するように、前記押し込み圧力Ｆｚを加えて、前記シリコン単結晶ウェーハの表面に打痕深さＤｅｐｔｈの打痕を形成したときに、前記表面から順に、歪層、ＤＺ層、ＢＭＤ層を含む、少なくとも３層の積層構造となるものであり、前記打痕を形成した前記シリコン単結晶ウェーハに対し、温度９００℃、１時間の熱処理を行ったときに、前記熱処理後の前記ＤＺ層の転位のローゼット長さが、前記熱処理前の前記ＤＺ層の転位のローゼット長さより短くなるものとすることができる。

【0017】

これにより、転位の伸長を抑制する能力がより高いものとなる。

【発明の効果】

【0018】

以上のように、本発明のシリコン単結晶ウェーハの製造方法によれば、デバイス形成領域の強度向上及び表層における転位の発生、伸長を抑制可能な多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハを製造することが可能となる。また、本発明のシリコン単結晶ウェーハによれば、デバイス形成領域の強度向上及び表層における転位の発生、伸長を抑制可能な多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハとなる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係るシリコン単結晶ウェーハを示す。

【図2】ローゼット試験の説明図を示す。

【図3】ＤＺ層厚、ＢＭＤ密度、ローゼット長差分値の関係を示す。

【図4】本発明に係るシリコン単結晶ウェーハの断面観察写真を示す。

【図5】実施例２及び比較例２の、ＤＺ層厚、ＢＭＤ密度、ローゼット差分値の関係を示す。

【図6】比較例３の、ＤＺ層厚、ＢＭＤ密度、ローゼット長差分値の関係を示す。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0021】

上述のように、デバイス形成時にシリコンウェーハ表面が受けた応力による歪み起因の欠陥を表層部直下のＢＭＤ層に吸収することができ、デバイス形成領域の強度向上及び表層における転位の発生、伸長を抑制可能な多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハの製造方法及びシリコン単結晶ウェーハが求められていた。

【0022】

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、酸素濃度が１２ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）以上、Ｎ_Ｖ領域のシリコン単結晶ウェーハを用い、窒素含有雰囲気かつ温度１２２５℃以上でのＲＴＡ処理、鏡面研磨加工処理、及び、ＢＭＤ形成熱処理を行うことにより、シリコン単結晶ウェーハの表面から順に、厚さが５～１２．５μｍであるＤＺ層、及び、該ＤＺ層の直下に位置しＢＭＤ密度が１×１０^１１／ｃｍ^３以上であるＢＭＤ層を少なくとも有するシリコン単結晶ウェーハを製造するシリコン単結晶ウェーハの製造方法により、デバイス形成領域の強度向上及び表層における転位の発生、伸長を抑制可能な多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハを製造できることを見出し、本発明を完成した。

【0023】

また、多層構造デバイス向けの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はＮ_Ｖ領域のものであり、シリコン単結晶ウェーハの表面から順に、ＤＺ層と、該ＤＺ層の直下に位置するＢＭＤ層を少なくとも有し、前記ＤＺ層の厚さが５～１２．５μｍであり、前記ＢＭＤ層のＢＭＤ密度が１×１０^１１／ｃｍ^３以上であるシリコン単結晶ウェーハにより、デバイス形成領域の強度向上及びウェーハ表層における転位の発生、伸長を抑制可能な、多層構造デバイス向けのシリコン単結晶ウェーハとなることを見出し、本発明を完成した。

【0024】

以下、図面を参照して説明する。

【0025】

本発明者は、図１に示すような、ＤＺ層１と、該ＤＺ層１の直下に位置するＢＭＤ層２を少なくとも有するシリコン単結晶ウェーハ１００の、ＤＺ層１の厚さ、ＢＭＤ層２のＢＭＤ密度に注目し、調査を行ったところ、ＤＺ層１の厚さとＢＭＤ層２のＢＭＤ密度とが一定の関係を満たすときに、デバイス形成領域の強度向上及び表層における転位の発生、伸長を抑制可能なものとなることを見出した。

【0026】

まず、欠陥領域が全面Ｎ_Ｖ領域であり酸素濃度が異なるシリコン単結晶ＣＷ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｔｃｈｅｄ ｗａｆｅｒ）ウェーハを準備し、ＲＴＡ処理及びＢＭＤ形成熱処理の条件を変えて、様々なＤＺ層厚さ、ＢＭＤ層のＢＭＤ密度を有するシリコン単結晶ＰＷ（Ｐｏｌｉｓｈｅｄ ｗａｆｅｒ）ウェーハを作製し、転位の発生、伸長の抑制効果（転位の吸収効果）を調査した。以下、調査の内容と結果について述べる。

【0027】

直径３００ｍｍ、＜１００＞、Ｐ型、１０Ωｃｍ、酸素濃度１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）、欠陥領域が全面Ｎ_Ｖ領域（無欠陥ではあるが、飽和濃度以下の空孔が優勢な領域）の、シリコン単結晶ＣＷウェーハを準備した。このＣＷウェーハに対し、ＲＴＡ処理として、温度１１５０～１３００℃、時間９秒、ＮＨ_３＋Ａｒ雰囲気での熱処理を行った。その後、狙い取り代を６μｍとしてＰＷ加工を行った。これによりＲＴＡ処理で形成された窒化膜が除去された。最後に、ＢＭＤ形成熱処理として、温度１２００℃、時間２時間、Ａｒ雰囲気での熱処理を行った。得られたシリコン単結晶ＰＷウェーハについて、ＤＺ層厚、ＢＭＤ密度の測定を行ったところ、ＤＺ層の厚さが０．５～１９．４μｍ、ＢＭＤ密度が３．５×１０^９／ｃｍ^３～４．９×１０^１１／ｃｍ^３のサンプルを得た。

【0028】

転位の発生、伸長の抑制効果は、ローゼット試験（ローゼット長さの測定、比較）により評価した。具体的には、上記のようにして作製したＤＺ層、ＢＭＤ層を有するシリコン単結晶ＰＷウェーハに対し、０．２４～２．９Ｎの打痕圧力で、深さが０．０１μｍ以上、５．００μｍ未満の打痕を形成し、ローゼット長さを測定した。また、打痕を形成した後、さらに、９００℃、１時間の熱処理を行った後についても、ローゼット長さを測定した。そして、これら熱処理前後のローゼット長さを比較した。

【0029】

ここで、ローゼット試験について説明する。本発明に係るシリコン単結晶ウェーハの転位抑制効果は、転位の長さ（ローゼット長）により評価できる。ローゼット試験は、特許文献５に記載された評価方法である。この評価方法は、評価対象であるウェーハの表面に打痕を形成することで、ウェーハの表層に歪を加える。その後熱処理を行い、転位を伸長させ、転位の長さ（ローゼット長）を測定する。転位の長さが短いほど、転位の発生、伸長を抑制する能力が高いものと判断できる。

【0030】

以下に、具体的な評価方法を、図２のローゼット試験の説明図を参照しながら説明する。まず、用意したシリコン単結晶ウェーハ１００の表層に対して、例えばビッカース硬度試験機などを用い、押し込み圧力を加えて打痕３を形成する。なお、ウェーハの表層に押し込み圧力を加えて打痕を形成できるものであればよく、使用する機械等は特に限定されない。

【0031】

打痕の形成においては、Ｄｅｐｔｈ＝３×Ｆｚ^０．６（但し、Ｄｅｐｔｈは打痕深さ（単位：μｍ）、Ｆｚは押し込み圧力（単位：Ｎ）であり、Ｄｅｐｔｈ＝０．０１μｍ以上、５．００μｍ未満）の関係式を満足するように、押し込み圧力Ｆｚを加えて、ウェーハの表面に打痕深さＤｅｐｔｈの打痕３を形成することが好ましい。このようにして打痕を形成すると、前記表面から順に、歪層４、ＤＺ層１、ＢＭＤ層２を含む、少なくとも３層の積層構造となる。このような条件で打痕３を形成すれば、転位の発生、伸長抑制効果を精度高く評価できる。

【0032】

打痕を形成した後、ローゼット長さを十分に伸長させるために、シリコンウェーハに熱処理を行うことが好ましい。熱処理を行うことで、転位伸展領域５が形成される（図２）。ここでの熱処理としては、例えば、熱処理温度を８５０℃以上１２００℃以下とすることができる。このように８５０℃以上とすればシリコンの脆性－延性遷移温度以上であり、評価するにあたって十分な転位を伸長させることができる。また、１２００℃以下とすれば、縦型熱処理炉で処理が可能である。

【0033】

熱処理時間は、例えば３０分以上１時間以下とすることができる。このような範囲の時間であれば転位を伸長させるのに十分である。さらに、Ａｒ雰囲気とすることができる。Ａｒは転位の運動を阻害する効果がないため、ウェーハ自体の強度をより正確に評価することができるからである。特に、熱処理条件を９００℃、１時間とすると、ＤＺ層中の転位を効率よく伸長させることができ、熱処理後のＢＭＤ層への転位の吸収効果を、より正確に確認できる。その結果、転位の発生、伸長を抑制する能力がより高いものを得ることができる。

【0034】

次に、転位の長さを計測するために、選択エッチングを行い、転位を顕在化させる。選択エッチングは転位を顕在化させることができれば良く、その方法は特に限定されない。例えば、フッ化水素酸と硝酸と酢酸と水を混合したエッチング液（ＪＩＳＨ０６０９－１９９中のＣ液）を用いたウェットエッチングを行うことができる。また、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のようなドライエッチングを行っても良い。

【0035】

このようにして打痕から伸びる転位を顕在化させた後、その転位の長さ（ローゼット長さ）を測定する。

【0036】

上記目的を達成するために本発明者が行った調査結果を図３に示す。図３は、ローゼット長さと、ＤＺ層厚、ＢＭＤ密度の関係を示したものである。図３に示すグラフの横軸は、前記温度９００℃、１時間の熱処理を行う前のシリコン単結晶ＰＷウェーハのローゼット長をレファレンスの基準値としたときの、基準値（レファレンス）と、各サンプルの前記温度９００℃、１時間の熱処理を行った後のローゼット長の差である（以下、「ローゼット長差分値」という）。つまり、図３の横軸のローゼット長差分値が正の値の範囲は、前記温度９００℃、１時間の熱処理を行う前のシリコン単結晶ＰＷウェーハよりも、前記温度９００℃、１時間の熱処理を行った後のローゼット長が短くなったことを意味し、転位の発生、伸長の抑制効果が高いことを意味する。逆に、図３の横軸のローゼット長差分値が負の値の範囲は、前記温度９００℃、１時間の熱処理を行う前のシリコン単結晶ＰＷウェーハよりも、前記温度９００℃、１時間の熱処理を行った後のローゼット長が長くなったことを意味し、転位の発生、伸長の抑制効果がないことを意味する。

【0037】

また、図３の縦軸の第１軸（左の縦軸）は、ＲＴＡ処理及びＢＭＤ形成熱処理を行ったシリコン単結晶ウェーハのＤＺ層厚さを、縦軸の第２軸（右の縦軸）は、ＲＴＡ処理及びＢＭＤ形成熱処理を行ったシリコン単結晶ウェーハのＢＭＤ層のＢＭＤ密度を示している。

【0038】

図３に示されるように、ＤＺ層の厚さが１２．５μｍ以下かつ、ＢＭＤ層のＢＭＤ密度が１×１０^１１／ｃｍ^３以上の範囲では、ローゼット長差分値が正の値の領域の範囲となること、すなわち、転位の発生、伸長の抑制効果が高くなり、多層構造デバイス用に好適なウェーハとなることを見出した。ＤＺ層の厚さが１０μｍ以下であれば、より安定して上記効果を得ることができる。なお、後述の実施例１、比較例１の対比で詳しく説明するが、ローゼット長差分値が正の値の範囲となる条件は、ＲＴＡ処理温度が１２２５℃以上の範囲である。また、ＤＺ層の厚さを５μｍ以上としたのは、デバイス作製領域を確保するためである。

【0039】

本発明に係るシリコン単結晶ウェーハ１００は、Ｎ_Ｖ領域のものである。そして、図１に示すように、ウェーハの表面から順に、ＤＺ層１と、該ＤＺ層１の直下に位置するＢＭＤ層２を少なくとも有している。ここで、「直下に位置する」とは、「隣接する」と同じ意味である。また、ＢＭＤ層２は、シリコン単結晶ウェーハ１００のうちＤＺ層１を除く部分すべてがＢＭＤ層２であってもよいし、シリコン単結晶ウェーハ１００のうちＤＺ層１以外の部分のさらに一部のみがＢＭＤ層２であってもよい。

【0040】

また、本発明に係るシリコン単結晶ウェーハは、特に、ＤＺ層の厚さが５～１２．５μｍ、好ましくは５～１０μｍであり、ＢＭＤ層のＢＭＤ密度が１×１０^１１／ｃｍ^３以上である点に特徴を有している。ＤＺ層の厚さとＢＭＤ層のＢＭＤ密度が、上記の範囲内にあることで、転位を吸収する効果が極めて高いシリコン単結晶ウェーハとなる。このようなシリコン単結晶ウェーハを用いて、多層構造デバイスを形成すると、デバイス形成領域に発生した転位の発生、伸長を抑制でき、スリップなどの欠陥の発生を抑制できる。

【0041】

また、本発明に係るシリコン単結晶ウェーハは、上記のようにして打痕を形成し、温度９００℃、１時間の熱処理を行ったときに、熱処理後のＤＺ層の転位のローゼット長さが、ＢＭＤ層を形成していないシリコン単結晶ウェーハ（ＰＷ）のＤＺ層の転位のローゼット長さより短くなるものである。このようなシリコン単結晶ウェーハは、転位の発生、伸長を抑制する能力がより高いものである。

【0042】

次に、本発明に係るシリコン単結晶ウェーハの製造方法について詳述する。

【0043】

厚さが５～１２．５μｍであるＤＺ層、及び、該ＤＺ層の直下に位置しＢＭＤ密度が１×１０^１１／ｃｍ^３以上であるＢＭＤ層を少なくとも有するシリコン単結晶ウェーハを製造するためには、酸素濃度が１２ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）以上、Ｎ_Ｖ領域のシリコン単結晶ウェーハを用いる。酸素濃度の上限は特に限定されないが、例えば、１７ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）以下とすることができる。このような仕様を満たすＣＷウェーハを準備し、まず、窒素含有雰囲気かつ温度１２２５℃以上でのＲＴＡ処理を行う。このＲＴＡ処理の熱処理条件は、１０秒未満、降温速度３０℃／秒以上とすることが好ましい。ＲＴＡ処理の熱処理時間の下限は特に限定されず、例えば、１秒以上とすることができる。降温速度の上限も特に限定されないが、例えば、１００℃／秒以下とすることができる。このように高温の熱処理温度から急速に降温させると、空孔の外方拡散を抑制する効果がより高く、深さ方向の空孔分布をより急峻なものとすることができ、その結果、ＢＭＤ密度分布をより急峻なものとすることができる。なお、ＢＭＤ密度の上限は特に限定されないが、例えば、１×１０^１２／ｃｍ^３以下とすることができる。

【0044】

ＲＴＡ処理を行った後、鏡面研磨加工を行う。鏡面研磨加工条件は特に限定されず、通常の仕様を満たす鏡面研磨を行えばよい。

【0045】

鏡面研磨加工処理を行ったシリコン単結晶ウェーハに対して、ＢＭＤ形成熱処理を行うことで、ＢＭＤ密度が１×１０^１１／ｃｍ^３以上であるＢＭＤ層を形成する。このときのＢＭＤ形成のための熱処理条件は、アルゴン雰囲気、８７０～９５０℃、２時間以上とすることが好ましい。このような熱処理条件であれば、析出核サイズがある程度大きいもののみ成長するため、ＢＭＤ分布をより急峻にすることができる。なお、熱処理の時間については、過度に長時間としてもＢＭＤ密度分布の変化は見られなくなるので、例えば８時間以下とすると効率的であり好ましい。

【実施例】

【0046】

以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。

【0047】

（実施例１）
まず、直径３００ｍｍ、＜１００＞、Ｐ型、１０Ωｃｍ、酸素濃度１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）、欠陥領域が全面Ｎｖ領域の、シリコン単結晶ＣＷウェーハを準備した。このＣＷウェーハに対し、ＲＴＡ処理として、温度１２２５～１３００℃、時間９秒、ＮＨ_３＋Ａｒ雰囲気での熱処理を行った。その後、狙い取り代を６μｍとしてＰＷ加工を行った。これによりＲＴＡ処理で形成された窒化膜が除去された。最後に、ＢＭＤ形成熱処理として、温度１２００℃、時間２時間、Ａｒ雰囲気での熱処理を行った。得られたシリコン単結晶ウェーハについて、ＤＺ層厚、ＢＭＤ密度の測定を行った。ＤＺ層厚は６．７～１０．５μｍ、ＢＭＤ密度は１．８×１０^１１～４．９×１０^１１／ｃｍ^３であった。また、図４に、ＲＴＡ処理温度１３００℃、ＤＺ層厚さ６．７μｍ、ＢＭＤ密度４．９×１０^１１／ｃｍ^３のときの、断面ＴＥＭ画像を示す。

【0048】

また、同様のＣＷを使用し、ＲＴＡ処理及びＢＭＤ形成熱処理を行った後のウェーハ表面に、０．２４～２．９Ｎの押し込み圧力で、１～５μｍの深さの打痕を形成した後、９００℃、１時間の熱処理を行う前後でローゼット試験によりローゼット長の測定を行った。これにより得られたローゼット長の差をローゼット長差分値として算出した。

【0049】

（比較例１）
ＲＴＡ処理温度を１１５０℃～１２００℃とした点以外は実施例１と同様にして処理、評価を行った。ＤＺ層厚は１４．７～１９．４μｍ、ＢＭＤ密度は３．５×１０^９～６．６×１０^１０／ｃｍ^３であった。

【0050】

実施例１のローゼット長差分値は、２～１３μｍであった。一方、比較例１のローゼット長差分値は、－３～－１２μｍであった。このように、実施例のシリコン単結晶ウェーハでは、転位の発生、伸長を効果的に抑制できることがわかる。転位を伸長（成長）させる熱処理後の転位のローゼット長さが短い場合は、ＤＺ層の直下に高密度のＢＭＤ層を形成したことによって、転位を吸収する効果が得られたことを示している。

【0051】

（実施例２）
酸素濃度１２ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）のシリコン単結晶ＣＷウェーハを用い、ＲＴＡ処理温度を１２２５～１２５０℃としたこと以外は実施例１と同じ条件でサンプルの作製を行った。得られたシリコン単結晶ウェーハのＤＺ層厚は１０．３～１２．３μｍ、ＢＭＤ密度は１．３×１０^１１～１．７×１０^１１／ｃｍ^３であった。ローゼット長差分値は、０．５～６．０μｍだった。

【0052】

（比較例２）
酸素濃度１２ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）のシリコン単結晶ＣＷウェーハを用い、ＲＴＡ処理温度を１１７５～１２００℃としたこと以外は実施例１と同じ条件でサンプルの作製を行った。得られたシリコン単結晶ウェーハのＤＺ層厚は１５．７～１８．７μｍ、ＢＭＤ密度は５．４×１０^９～７．１×１０^１０／ｃｍ^３であった。ローゼット長差分値は、－２．０～－５．５μｍだった。

【0053】

実施例２及び比較例２の結果を、図５に示す。実施例２では、ローゼット長差分値が正の範囲となるシリコン単結晶ウェーハを得ることができた。

【0054】

（比較例３）
酸素濃度１１ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）のシリコン単結晶ＣＷウェーハを用い、ＲＴＡ処理温度を１２２５～１３００℃としたこと以外は実施例１と同じ条件でサンプルの作製を行った。得られたシリコン単結晶ウェーハのＤＺ層厚は２１．５～３３．０μｍ、ＢＭＤ密度は１．０×１０^９～４．６×１０^９／ｃｍ^３であった。ローゼット長差分値は、－５．０～－１２．０μｍだった。

【0055】

比較例３の結果を、図６に示す。酸素濃度が１２ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）未満の場合、ＲＴＡ処理温度を高くしても、ローゼット長差分値が正となるシリコン単結晶ウェーハを得ることができなかった。

【0056】

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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】