酸素析出物（BMD）とは

酸素析出物（BMD）とは、CZシリコン中の過飽和な格子間酸素が熱処理で集まってできたSiOₓの微小な析出物です。ウェハ内部にあれば金属不純物を捕まえるゲッタリングサイトとして働き、表面付近にあればリークの原因になるため、表層に無欠陥層（DZ）を作り内部にだけBMDを形成する熱処理が行われます。析出は低温での核形成と高温での成長の2段階で進みます。

析出物の核が安定して成長を続けられる最小の大きさ（臨界半径 r_c）は、古典的な核形成理論で次のように表されます。

r_c = 2γΩ / (kT · ln S)

γ は析出物と母体の界面エネルギー、Ω は析出物中の分子1個あたりの体積、S は過飽和度（酸素濃度 ÷ その温度での固溶度）です。 低温では酸素の固溶度が低く S が大きいため r_c が小さく、多くの核が安定になります。 高温では固溶度が上がって S が小さくなり、r_c が大きくなるため、小さな核は溶け、大きな核だけが育ちます。 「低温で核を増やし、高温で育てる」という手順は、この式から素直に導かれます。

体積の膨張と空孔の役割

SiO₂ はもとのシリコンの約2倍の体積を占めるため、析出物が大きくなるには周囲の場所を空けなければなりません。 そのため析出は、場所を提供する空孔が多いところで進みやすく、格子間シリコンを放出しながら進みます。 急速熱処理でウェハ内部に空孔を多く、表面付近に少なく分布させておくと、析出の起こる場所を作り分けられます。 これが、長時間の高温処理によらずに DZ と BMD 層を作る方法の原理です。

鉄・ニッケル・銅などの金属は、高温ではシリコンによく溶けますが、温度が下がると溶けきれなくなります。 冷却中に過飽和になった金属原子は、析出しやすい場所へ移動して集まります。 ウェハ内部に BMD とその周囲の歪んだ領域があると、そこが金属の行き先となり、表面のデバイス領域に残る量が減ります。

銅やニッケルは拡散が非常に速く冷却中にも容易に BMD まで届きますが、鉄は比較的遅く、冷却速度によっては表面付近に残ります。 ゲッタリングの効果は、BMD の密度だけでなくデバイス工程の冷却条件にも左右されます。 方式全体の整理はゲッタリング、汚染源の管理は金属汚染の解説を参照してください。

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