JP2000044389A - エピタキシャルシリコン単結晶ウエ―ハの製造方法及びエピタキシャルシリコン単結晶ウエ―ハ - Google Patents
エピタキシャルシリコン単結晶ウエ―ハの製造方法及びエピタキシャルシリコン単結晶ウエ―ハInfo
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低ボロン濃度の基板においても高いゲッタリ
ング能力をもち重金属不純物濃度が低く結晶性に優れた
エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハを、高生産性で
かつ簡単に作製する。 【解決手段】 エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ
を製造する方法において、チョクラルスキー法によって
窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成し、該シリコ
ン単結晶棒をスライスしてシリコン単結晶ウエーハに加
工した後、該シリコン単結晶ウエーハの表層部にエピタ
キシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャル
シリコン単結晶ウエーハを製造する方法。
ング能力をもち重金属不純物濃度が低く結晶性に優れた
エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハを、高生産性で
かつ簡単に作製する。 【解決手段】 エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ
を製造する方法において、チョクラルスキー法によって
窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成し、該シリコ
ン単結晶棒をスライスしてシリコン単結晶ウエーハに加
工した後、該シリコン単結晶ウエーハの表層部にエピタ
キシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャル
シリコン単結晶ウエーハを製造する方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有害な重金属不純
物濃度が少なく、結晶性に優れたエピタキシャルシリコ
ン単結晶ウエーハの製造方法と、重金属不純物濃度が少
なく、結晶性に優れたエピタキシャルシリコン単結晶ウ
エーハに関する。
物濃度が少なく、結晶性に優れたエピタキシャルシリコ
ン単結晶ウエーハの製造方法と、重金属不純物濃度が少
なく、結晶性に優れたエピタキシャルシリコン単結晶ウ
エーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ
は、その優れた特性から広く個別半導体やバイポーラＩ
Ｃ等を製造するウエーハとして、古くから用いられてき
た。また、ＭＯＳ ＬＳＩについても、ソフトエラーや
ラッチアップ特性が優れている事から、マイクロプロセ
ッサユニットやフラッシュメモリデバイスに広く用いら
れている。さらに、シリコン単結晶製造時に導入され
る、いわゆるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥によるＤＲＡＭの信
頼性不良を低減させるため、エピタキシャルシリコン単
結晶ウエーハの需要はますます拡大している。
は、その優れた特性から広く個別半導体やバイポーラＩ
Ｃ等を製造するウエーハとして、古くから用いられてき
た。また、ＭＯＳ ＬＳＩについても、ソフトエラーや
ラッチアップ特性が優れている事から、マイクロプロセ
ッサユニットやフラッシュメモリデバイスに広く用いら
れている。さらに、シリコン単結晶製造時に導入され
る、いわゆるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥によるＤＲＡＭの信
頼性不良を低減させるため、エピタキシャルシリコン単
結晶ウエーハの需要はますます拡大している。
【０００３】このような半導体デバイスに使用されるエ
ピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ上に重金属不純物
が存在すると、半導体デバイスの特性不良を起こしてし
まう。特に最先端のデバイスに必要とされるクリーン度
は重金属不純物濃度が１×１０9atoms/cm2以下と考えら
れておりシリコンウエーハ上に存在する重金属不純物は
極力減少させなければならない。
ピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ上に重金属不純物
が存在すると、半導体デバイスの特性不良を起こしてし
まう。特に最先端のデバイスに必要とされるクリーン度
は重金属不純物濃度が１×１０9atoms/cm2以下と考えら
れておりシリコンウエーハ上に存在する重金属不純物は
極力減少させなければならない。
【０００４】このような重金属不純物を低減させる技術
の一つとしてゲッタリング技術の重要性がますます高く
なってきている。従来、エピタキシャルシリコン単結晶
ウエーハの製造には、ゲッタリング効果の高い、高ボロ
ン濃度の基板（例えば、３×１０18atoms/cm3以上、
０．０２Ω・cm以下）が用いられており、そのためエピ
タキシャルシリコン単結晶ウエーハはチョクラルスキー
法により製造された通常抵抗のシリコン単結晶ウエーハ
に比べて高いデバイス歩留まりが得られていた。
の一つとしてゲッタリング技術の重要性がますます高く
なってきている。従来、エピタキシャルシリコン単結晶
ウエーハの製造には、ゲッタリング効果の高い、高ボロ
ン濃度の基板（例えば、３×１０18atoms/cm3以上、
０．０２Ω・cm以下）が用いられており、そのためエピ
タキシャルシリコン単結晶ウエーハはチョクラルスキー
法により製造された通常抵抗のシリコン単結晶ウエーハ
に比べて高いデバイス歩留まりが得られていた。
【０００５】しかし、最近はＣＭＯＳデバイス用のエピ
タキシャルシリコン単結晶ウエーハの基板として従来よ
りも低ボロン濃度の基板が用いられる傾向が高くなって
きており、高ボロン濃度の基板に比べてゲッタリング能
力が低いという問題が生じてきた。また、高ボロン濃度
の基板であっても、濃度によってはゲッタリング能力不
足が問題となっている。
タキシャルシリコン単結晶ウエーハの基板として従来よ
りも低ボロン濃度の基板が用いられる傾向が高くなって
きており、高ボロン濃度の基板に比べてゲッタリング能
力が低いという問題が生じてきた。また、高ボロン濃度
の基板であっても、濃度によってはゲッタリング能力不
足が問題となっている。
【０００６】また、抵抗率が０．１Ω・cm未満の高ボロ
ン濃度の基板には、エピタキシャル成長中に基板から気
化した不純物が再びエピタキシャル層に取り込まれた
り、不純物が基板表面からエピタキシャル層内に固相外
方拡散によって取り込まれるオートドーピングが発生し
やすくなるという問題がある。このオートドーピングに
より、エピタキシャル層の抵抗率が変化してしまうた
め、基板をＳｉＯ2によってＣＶＤコーティングする等
の対策が必要であり、生産性及びコストを悪化させる原
因となっていた。
ン濃度の基板には、エピタキシャル成長中に基板から気
化した不純物が再びエピタキシャル層に取り込まれた
り、不純物が基板表面からエピタキシャル層内に固相外
方拡散によって取り込まれるオートドーピングが発生し
やすくなるという問題がある。このオートドーピングに
より、エピタキシャル層の抵抗率が変化してしまうた
め、基板をＳｉＯ2によってＣＶＤコーティングする等
の対策が必要であり、生産性及びコストを悪化させる原
因となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点に鑑みて為されたもので、エピタキシャルシリコン
単結晶ウエーハの基板として、高ボロン濃度の基板のゲ
ッタリング能力を向上させ、低ボロン濃度の基板におい
ても高いゲッタリング能力をもち重金属不純物濃度が低
く、結晶性に優れたエピタキシャルシリコン単結晶ウエ
ーハを、高生産性でかつ簡単に作製する製造方法を提供
することを主たる目的とする。
題点に鑑みて為されたもので、エピタキシャルシリコン
単結晶ウエーハの基板として、高ボロン濃度の基板のゲ
ッタリング能力を向上させ、低ボロン濃度の基板におい
ても高いゲッタリング能力をもち重金属不純物濃度が低
く、結晶性に優れたエピタキシャルシリコン単結晶ウエ
ーハを、高生産性でかつ簡単に作製する製造方法を提供
することを主たる目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載した発明は、エピタキシャ
ルシリコン単結晶ウエーハを製造する方法において、チ
ョクラルスキー法によって窒素をドープしたシリコン単
結晶棒を育成し、該シリコン単結晶棒をスライスしてシ
リコン単結晶ウエーハに加工した後、該シリコン単結晶
ウエーハの表層部にエピタキシャル層を形成することを
特徴とするエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハを製
造する方法である。
め、本発明の請求項１に記載した発明は、エピタキシャ
ルシリコン単結晶ウエーハを製造する方法において、チ
ョクラルスキー法によって窒素をドープしたシリコン単
結晶棒を育成し、該シリコン単結晶棒をスライスしてシ
リコン単結晶ウエーハに加工した後、該シリコン単結晶
ウエーハの表層部にエピタキシャル層を形成することを
特徴とするエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハを製
造する方法である。
【０００９】このように、エピタキシャルシリコン単結
晶ウエーハを製造する方法において、チョクラルスキー
法によって窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成
し、該シリコン単結晶棒をスライスしてシリコン単結晶
ウエーハに加工した後、該シリコン単結晶ウエーハの表
層部にエピタキシャル層を形成するようにすれば、シリ
コン単結晶ウエーハのバルク部では窒素の存在により酸
素析出が促進されるので、高濃度にボロンをドープせず
ともエピタキシャル層形成時に高いゲッタリング効果を
有すると共に、高ボロン濃度の基板においてもゲッタリ
ング能力を向上させ、重金属不純物濃度の極めて低いエ
ピタキシャル層を有するエピタキシャルシリコン単結晶
ウエーハを製造することができる。
晶ウエーハを製造する方法において、チョクラルスキー
法によって窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成
し、該シリコン単結晶棒をスライスしてシリコン単結晶
ウエーハに加工した後、該シリコン単結晶ウエーハの表
層部にエピタキシャル層を形成するようにすれば、シリ
コン単結晶ウエーハのバルク部では窒素の存在により酸
素析出が促進されるので、高濃度にボロンをドープせず
ともエピタキシャル層形成時に高いゲッタリング効果を
有すると共に、高ボロン濃度の基板においてもゲッタリ
ング能力を向上させ、重金属不純物濃度の極めて低いエ
ピタキシャル層を有するエピタキシャルシリコン単結晶
ウエーハを製造することができる。
【００１０】この場合、請求項２に記載したように、チ
ョクラルスキー法によって窒素をドープしたシリコン単
結晶棒を育成する際に、単結晶棒にドープする窒素濃度
を、１×１０10〜５×１０15atoms/cm3にすることが好
ましい。これは、窒素によりシリコンウエーハ中の結晶
欠陥の成長を充分に抑制するには、１×１０10atoms/cm
3以上にするのが望ましいことと、チョクラルスキー法
におけるシリコン単結晶の単結晶化の妨げにならないよ
うにするためには、５×１０15atoms/cm3以下とするの
が好ましいからである。
ョクラルスキー法によって窒素をドープしたシリコン単
結晶棒を育成する際に、単結晶棒にドープする窒素濃度
を、１×１０10〜５×１０15atoms/cm3にすることが好
ましい。これは、窒素によりシリコンウエーハ中の結晶
欠陥の成長を充分に抑制するには、１×１０10atoms/cm
3以上にするのが望ましいことと、チョクラルスキー法
におけるシリコン単結晶の単結晶化の妨げにならないよ
うにするためには、５×１０15atoms/cm3以下とするの
が好ましいからである。
【００１１】さらにこの場合、請求項３に記載したよう
に、チョクラルスキー法によって窒素をドープしたシリ
コン単結晶棒を育成する際に、単結晶棒にドープする窒
素濃度を、１×１０13〜１×１０14atoms/cm3にするこ
とが好ましい。
に、チョクラルスキー法によって窒素をドープしたシリ
コン単結晶棒を育成する際に、単結晶棒にドープする窒
素濃度を、１×１０13〜１×１０14atoms/cm3にするこ
とが好ましい。
【００１２】これは、窒素濃度が１×１０13atoms/cm3
以上であれば、高温で安定な酸素析出核が、シリコン単
結晶棒を育成させた直後のas-grown状態で確実に形成さ
れるため、例えば１０００℃以上の高温でエピタキシャ
ル成長を行っても、酸素析出核が消滅することなく、エ
ピタキシャル成長後の酸素析出熱処理後に酸素析出物密
度が１×１０8個/cm3以上となるエピタキシャルウエー
ハをより確実に作製することができるからである。ま
た、窒素濃度が１×１０14atoms/cm3以下であれば、エ
ピタキシャル層に形成される積層欠陥（ＳＦ）などの結
晶欠陥は著しく抑制されるからである。なお、本発明に
おける酸素析出熱処理とは、例えば、窒素雰囲気下で８
００℃、４時間の熱処理を行った後、酸素雰囲気下で１
０００℃、１６時間の熱処理を行うような処理のことを
言う。
以上であれば、高温で安定な酸素析出核が、シリコン単
結晶棒を育成させた直後のas-grown状態で確実に形成さ
れるため、例えば１０００℃以上の高温でエピタキシャ
ル成長を行っても、酸素析出核が消滅することなく、エ
ピタキシャル成長後の酸素析出熱処理後に酸素析出物密
度が１×１０8個/cm3以上となるエピタキシャルウエー
ハをより確実に作製することができるからである。ま
た、窒素濃度が１×１０14atoms/cm3以下であれば、エ
ピタキシャル層に形成される積層欠陥（ＳＦ）などの結
晶欠陥は著しく抑制されるからである。なお、本発明に
おける酸素析出熱処理とは、例えば、窒素雰囲気下で８
００℃、４時間の熱処理を行った後、酸素雰囲気下で１
０００℃、１６時間の熱処理を行うような処理のことを
言う。
【００１３】また、請求項４に記載したように、チョク
ラルスキー法によって窒素をドープしたシリコン単結晶
棒を育成する際に、該単結晶棒に含有される格子間酸素
濃度を、１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興
協会規格）以下にすることが好ましい。このように、低
酸素とすれば、シリコンウエーハ中の結晶欠陥の形成を
抑制することができるし、表面層での酸素析出物の形成
を防止することも出来るため、エピタキシャル層の結晶
性に悪影響が生じることも少ない。一方、バルク部で
は、窒素の存在により酸素析出が促進されるので、低酸
素としても十分にゲッタリング効果を発揮することが出
来る。
ラルスキー法によって窒素をドープしたシリコン単結晶
棒を育成する際に、該単結晶棒に含有される格子間酸素
濃度を、１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興
協会規格）以下にすることが好ましい。このように、低
酸素とすれば、シリコンウエーハ中の結晶欠陥の形成を
抑制することができるし、表面層での酸素析出物の形成
を防止することも出来るため、エピタキシャル層の結晶
性に悪影響が生じることも少ない。一方、バルク部で
は、窒素の存在により酸素析出が促進されるので、低酸
素としても十分にゲッタリング効果を発揮することが出
来る。
【００１４】さらに、請求項５に記載したように、シリ
コン単結晶ウエーハの表層部にエピタキシャル層を形成
する前に、シリコン単結晶ウエーハに９００℃〜シリコ
ンの融点以下の温度の熱処理を加えることが好ましい。
このように、エピタキシャル層を形成する前に、シリコ
ン単結晶ウエーハに９００℃〜シリコンの融点以下の温
度の熱処理を加えるようにすれば、シリコン単結晶ウエ
ーハ表面の窒素や酸素を外方拡散することができ、シリ
コン単結晶ウエーハ表面層の結晶欠陥を極めて少なくす
ることができるため、エピタキシャル層の結晶性に悪影
響が生じることを防ぐことができる。またエピタキシャ
ル層を形成する高温の熱処理を行った際に析出核が溶解
してしまい析出が起こらなくなるようなこともなく、充
分なゲッタリング効果が得られる。
コン単結晶ウエーハの表層部にエピタキシャル層を形成
する前に、シリコン単結晶ウエーハに９００℃〜シリコ
ンの融点以下の温度の熱処理を加えることが好ましい。
このように、エピタキシャル層を形成する前に、シリコ
ン単結晶ウエーハに９００℃〜シリコンの融点以下の温
度の熱処理を加えるようにすれば、シリコン単結晶ウエ
ーハ表面の窒素や酸素を外方拡散することができ、シリ
コン単結晶ウエーハ表面層の結晶欠陥を極めて少なくす
ることができるため、エピタキシャル層の結晶性に悪影
響が生じることを防ぐことができる。またエピタキシャ
ル層を形成する高温の熱処理を行った際に析出核が溶解
してしまい析出が起こらなくなるようなこともなく、充
分なゲッタリング効果が得られる。
【００１５】この場合、請求項６に記載したように前記
熱処理は、水素、不活性ガス、あるいはこれらの混合ガ
スを雰囲気として、少なくとも３０秒間行うことが好ま
しい。このように雰囲気が水素、不活性ガス、あるいは
これらの混合ガスであれば、熱処理によりウエーハ表面
に酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）核が成長したり、成膜が
生じるようなことがなく、確実にウエーハ表面の酸素や
窒素を外方拡散して、ウエーハ表面層の結晶欠陥を減少
させることができる。また熱処理時間としては、少なく
とも３０秒間行えば、熱処理の効果は十分上げることが
できる。
熱処理は、水素、不活性ガス、あるいはこれらの混合ガ
スを雰囲気として、少なくとも３０秒間行うことが好ま
しい。このように雰囲気が水素、不活性ガス、あるいは
これらの混合ガスであれば、熱処理によりウエーハ表面
に酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）核が成長したり、成膜が
生じるようなことがなく、確実にウエーハ表面の酸素や
窒素を外方拡散して、ウエーハ表面層の結晶欠陥を減少
させることができる。また熱処理時間としては、少なく
とも３０秒間行えば、熱処理の効果は十分上げることが
できる。
【００１６】そして、本発明の請求項７に記載した発明
では、シリコン単結晶ウエーハの抵抗率を、０．１Ω・
cm以上にすることとした。本発明の製造方法は、このよ
うな高抵抗率のボロン濃度の低いシリコン単結晶ウエー
ハを用いても、高いゲッタリング効果によって重金属不
純物濃度の低いエピタキシャルウエーハを製造すること
ができるため、ＣＭＯＳデバイス用等の基板に高抵抗率
を要求されるエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハを
製造する場合であっても充分適用することができる。ま
た、低いボロン濃度であれば、オートドーピングも生じ
にくいためオートドーピングに対しての処理も不要とな
り、生産性およびコストの改善が期待できる。
では、シリコン単結晶ウエーハの抵抗率を、０．１Ω・
cm以上にすることとした。本発明の製造方法は、このよ
うな高抵抗率のボロン濃度の低いシリコン単結晶ウエー
ハを用いても、高いゲッタリング効果によって重金属不
純物濃度の低いエピタキシャルウエーハを製造すること
ができるため、ＣＭＯＳデバイス用等の基板に高抵抗率
を要求されるエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハを
製造する場合であっても充分適用することができる。ま
た、低いボロン濃度であれば、オートドーピングも生じ
にくいためオートドーピングに対しての処理も不要とな
り、生産性およびコストの改善が期待できる。
【００１７】そして、本発明の製造方法で製造されたシ
リコン単結晶ウエーハ（請求項８）は、例えば、請求項
９のように、エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハで
あって、該エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハは、
チョクラルスキー法によって窒素をドープして育成され
たシリコン単結晶棒をスライスして得られたシリコン単
結晶ウエーハの表層部に、エピタキシャル層が形成され
ているものである。
リコン単結晶ウエーハ（請求項８）は、例えば、請求項
９のように、エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハで
あって、該エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハは、
チョクラルスキー法によって窒素をドープして育成され
たシリコン単結晶棒をスライスして得られたシリコン単
結晶ウエーハの表層部に、エピタキシャル層が形成され
ているものである。
【００１８】そして、この場合、請求項１０のように、
シリコン単結晶ウエーハの窒素濃度を、１×１０10〜５
×１０15atoms/cm3とし、あるいは請求項１１のように
１×１０13〜１×１０14atoms/cm3とすることができ
る。このように、適切に窒素ドープ量を制御されたシリ
コン単結晶ウエーハにエピタキシャル層を形成されたエ
ピタキシャルウエーハは、エピタキシャル層の結晶性が
さらに向上したものとなる。
シリコン単結晶ウエーハの窒素濃度を、１×１０10〜５
×１０15atoms/cm3とし、あるいは請求項１１のように
１×１０13〜１×１０14atoms/cm3とすることができ
る。このように、適切に窒素ドープ量を制御されたシリ
コン単結晶ウエーハにエピタキシャル層を形成されたエ
ピタキシャルウエーハは、エピタキシャル層の結晶性が
さらに向上したものとなる。
【００１９】特に、請求項１１に記載したように、シリ
コン単結晶ウエーハの窒素濃度を、１×１０13〜１×１
０14atoms/cm3とした場合は、請求項１２に記載したよ
うに、エピタキシャル層表面の欠陥密度を０．３個/cm2
以下とすることができる。このように本発明のエピタキ
シャルシリコン単結晶ウエーハは、適量の窒素をドープ
されている場合、エピタキシャル層表面の欠陥密度を確
実に０．３個/cm2と極めて小さなものとすることができ
る。このように高いエピタキシャル層の結晶性のため、
このエピタキシャルウエーハをデバイス作製に用いた場
合は、酸化膜耐圧特性等の劣化が起こりにくく、デバイ
ス作製の歩留りを著しく向上させることができる。
コン単結晶ウエーハの窒素濃度を、１×１０13〜１×１
０14atoms/cm3とした場合は、請求項１２に記載したよ
うに、エピタキシャル層表面の欠陥密度を０．３個/cm2
以下とすることができる。このように本発明のエピタキ
シャルシリコン単結晶ウエーハは、適量の窒素をドープ
されている場合、エピタキシャル層表面の欠陥密度を確
実に０．３個/cm2と極めて小さなものとすることができ
る。このように高いエピタキシャル層の結晶性のため、
このエピタキシャルウエーハをデバイス作製に用いた場
合は、酸化膜耐圧特性等の劣化が起こりにくく、デバイ
ス作製の歩留りを著しく向上させることができる。
【００２０】また請求項１３のように、シリコン単結晶
ウエーハの酸素濃度を、１８ｐｐｍａ以下とすることも
できる。このように、低酸素濃度のシリコン単結晶ウエ
ーハの表面にエピタキシャル層を形成されたエピタキシ
ャルウエーハであれば、表面層での酸素析出物の形成に
より、エピタキシャル層の結晶性に悪影響が生じること
も少ない。一方、バルク部では、窒素の存在により酸素
析出が促進されるので、低酸素としても十分にゲッタリ
ング効果を有するものとなる。
ウエーハの酸素濃度を、１８ｐｐｍａ以下とすることも
できる。このように、低酸素濃度のシリコン単結晶ウエ
ーハの表面にエピタキシャル層を形成されたエピタキシ
ャルウエーハであれば、表面層での酸素析出物の形成に
より、エピタキシャル層の結晶性に悪影響が生じること
も少ない。一方、バルク部では、窒素の存在により酸素
析出が促進されるので、低酸素としても十分にゲッタリ
ング効果を有するものとなる。
【００２１】さらに請求項１４のように、前記シリコン
単結晶ウエーハは、エピタキシャル成長後の酸素析出熱
処理により形成される酸素析出物の密度が１×１０8個/
cm3以上となる数の酸素析出核をシリコン単結晶棒のas-
grown状態で有するものとすることができる。ここでas-
grown状態とは、シリコン単結晶棒を引き上げた後、全
く熱処理が行われていない状態もしくは、通常行われる
ドナー消去熱処理のみが行われた状態のことを言う。
単結晶ウエーハは、エピタキシャル成長後の酸素析出熱
処理により形成される酸素析出物の密度が１×１０8個/
cm3以上となる数の酸素析出核をシリコン単結晶棒のas-
grown状態で有するものとすることができる。ここでas-
grown状態とは、シリコン単結晶棒を引き上げた後、全
く熱処理が行われていない状態もしくは、通常行われる
ドナー消去熱処理のみが行われた状態のことを言う。
【００２２】本発明のエピタキシャルシリコン単結晶ウ
エーハは、窒素をドープしてシリコン単結晶棒を成長さ
せるため、シリコン単結晶棒を成長させた直後のas-gro
wn状態において、高温で安定な酸素析出核を多数有して
いる。そのため高温のエピタキシャル成長をおこなって
も、酸素析出核が消滅することなく、エピタキシャル成
長後の析出熱処理後に、酸素析出物密度が１×１０8個/
cm3以上となる、高いゲッタリング効果を持つものとす
ることができる。
エーハは、窒素をドープしてシリコン単結晶棒を成長さ
せるため、シリコン単結晶棒を成長させた直後のas-gro
wn状態において、高温で安定な酸素析出核を多数有して
いる。そのため高温のエピタキシャル成長をおこなって
も、酸素析出核が消滅することなく、エピタキシャル成
長後の析出熱処理後に、酸素析出物密度が１×１０8個/
cm3以上となる、高いゲッタリング効果を持つものとす
ることができる。
【００２３】この場合、請求項１５に記載したように、
前記シリコン単結晶ウエーハが、表層部にエピタキシャ
ル層を形成する前に９００℃〜シリコンの融点以下の温
度の熱処理を加えられたものとすることができる。エピ
タキシャル成長前に熱処理を行えば、エピタキシャル層
に形成される積層欠陥（ＳＦ）のような欠陥の発生が抑
制される。そのため、このようなシリコン単結晶ウエー
ハの表層部にエピタキシャル層が形成されているエピタ
キシャルシリコン単結晶ウエーハであれば、シリコン単
結晶ウエーハの表層部は結晶欠陥がきわめて少なく、バ
ルク部は高いゲッタリング効果を有するため、エピタキ
シャルシリコン単結晶ウエーハの表層部のエピタキシャ
ル層は結晶性がきわめて良好で重金属不純物濃度がきわ
めて低いものとなる。
前記シリコン単結晶ウエーハが、表層部にエピタキシャ
ル層を形成する前に９００℃〜シリコンの融点以下の温
度の熱処理を加えられたものとすることができる。エピ
タキシャル成長前に熱処理を行えば、エピタキシャル層
に形成される積層欠陥（ＳＦ）のような欠陥の発生が抑
制される。そのため、このようなシリコン単結晶ウエー
ハの表層部にエピタキシャル層が形成されているエピタ
キシャルシリコン単結晶ウエーハであれば、シリコン単
結晶ウエーハの表層部は結晶欠陥がきわめて少なく、バ
ルク部は高いゲッタリング効果を有するため、エピタキ
シャルシリコン単結晶ウエーハの表層部のエピタキシャ
ル層は結晶性がきわめて良好で重金属不純物濃度がきわ
めて低いものとなる。
【００２４】また、この場合請求項１６に記載したよう
に、前記シリコン単結晶ウエーハが、表層部にエピタキ
シャル層を形成する前に、水素、不活性ガス、あるいは
これらの混合ガス雰囲気下で、少なくとも３０秒間の熱
処理を加えられたものとすることができる。このような
雰囲気下で熱処理を施されたものであれば、熱処理後に
よりウエーハ表面にＯＳＦの発生や成膜等の悪影響が及
ぶことはない。さらに熱処理時間は少なくとも３０秒以
上施せば良く、短時間の熱処理で済むため、高い生産性
で処理することができる。
に、前記シリコン単結晶ウエーハが、表層部にエピタキ
シャル層を形成する前に、水素、不活性ガス、あるいは
これらの混合ガス雰囲気下で、少なくとも３０秒間の熱
処理を加えられたものとすることができる。このような
雰囲気下で熱処理を施されたものであれば、熱処理後に
よりウエーハ表面にＯＳＦの発生や成膜等の悪影響が及
ぶことはない。さらに熱処理時間は少なくとも３０秒以
上施せば良く、短時間の熱処理で済むため、高い生産性
で処理することができる。
【００２５】そして、請求項１７に記載したように、前
記シリコン単結晶ウエーハは、表層部にエピタキシャル
層を形成する前の熱処理後において、ウエーハ表層部の
欠陥サイズが０．１３５μｍ以上の欠陥密度が０．１２
個/cm2以下で、かつ酸素析出熱処理により形成される酸
素析出物密度が１×１０8個/cm3以上となるものとする
ことができる。
記シリコン単結晶ウエーハは、表層部にエピタキシャル
層を形成する前の熱処理後において、ウエーハ表層部の
欠陥サイズが０．１３５μｍ以上の欠陥密度が０．１２
個/cm2以下で、かつ酸素析出熱処理により形成される酸
素析出物密度が１×１０8個/cm3以上となるものとする
ことができる。
【００２６】このように本発明のエピタキシャルシリコ
ン単結晶ウエーハは、エピタキシャル層を形成する前の
ウエーハは、その表層部においては、０．１３５μｍ以
上の欠陥密度が０．１２個/cm2以下と、欠陥のサイズ及
び密度ともに極めて小さなものとなる。一方、バルク部
では酸素析出物密度が１×１０8個/cm3以上と大きなも
のとなるため、エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ
の表層部のエピタキシャル層は結晶性がきわめて良好で
重金属不純物濃度がきわめて低いものとなる。
ン単結晶ウエーハは、エピタキシャル層を形成する前の
ウエーハは、その表層部においては、０．１３５μｍ以
上の欠陥密度が０．１２個/cm2以下と、欠陥のサイズ及
び密度ともに極めて小さなものとなる。一方、バルク部
では酸素析出物密度が１×１０8個/cm3以上と大きなも
のとなるため、エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ
の表層部のエピタキシャル層は結晶性がきわめて良好で
重金属不純物濃度がきわめて低いものとなる。
【００２７】また、請求項１８に記載したように、エピ
タキシャルシリコン単結晶ウエーハのシリコン単結晶ウ
エーハの抵抗率が０．１Ω・cm以上とすることができる
ため、最近のＣＭＯＳデバイス用のエピタキシャルシリ
コン単結晶ウエーハに適用することができ、オートドー
ピングの問題が起こりにくく、生産性の高いエピタキシ
ャルシリコン単結晶ウエーハとなる。
タキシャルシリコン単結晶ウエーハのシリコン単結晶ウ
エーハの抵抗率が０．１Ω・cm以上とすることができる
ため、最近のＣＭＯＳデバイス用のエピタキシャルシリ
コン単結晶ウエーハに適用することができ、オートドー
ピングの問題が起こりにくく、生産性の高いエピタキシ
ャルシリコン単結晶ウエーハとなる。
【００２８】以下、本発明についてさらに詳述するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、
ＣＺ法によってシリコン単結晶育成中に窒素をドープす
る技術によって得られた、高いゲッタリング効果を有す
る高生産性のシリコン単結晶ウエーハを、エピタキシャ
ルシリコン単結晶ウエーハを製造するための基板ウエー
ハに供することにより、高いゲッタリング効果を有し重
金属不純物濃度が極めて小さい結晶性に優れたエピタキ
シャルシリコン単結晶ウエーハを高生産性で得ることが
出来ることを見出し、諸条件を精査して本発明を完成さ
せたものである。
本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、
ＣＺ法によってシリコン単結晶育成中に窒素をドープす
る技術によって得られた、高いゲッタリング効果を有す
る高生産性のシリコン単結晶ウエーハを、エピタキシャ
ルシリコン単結晶ウエーハを製造するための基板ウエー
ハに供することにより、高いゲッタリング効果を有し重
金属不純物濃度が極めて小さい結晶性に優れたエピタキ
シャルシリコン単結晶ウエーハを高生産性で得ることが
出来ることを見出し、諸条件を精査して本発明を完成さ
せたものである。
【００２９】すなわち、窒素をシリコン単結晶中にドー
プすると、シリコン中の酸素原子の凝集が助長され、酸
素析出物密度が高くなることが指摘されている（T.Abe
andH.Takeno,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.262,3,1992
）。この効果は酸素原子の凝集過程が、均一核形成か
ら不純物窒素を核とした不均一核形成に移行するためで
あると考えられる。
プすると、シリコン中の酸素原子の凝集が助長され、酸
素析出物密度が高くなることが指摘されている（T.Abe
andH.Takeno,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.262,3,1992
）。この効果は酸素原子の凝集過程が、均一核形成か
ら不純物窒素を核とした不均一核形成に移行するためで
あると考えられる。
【００３０】したがって、ＣＺ法によりシリコン単結晶
を育成する際に窒素をドープすれば、酸素析出物密度の
高いシリコン単結晶およびこれを加工してシリコン単結
晶ウエーハを得ることができる。そしてこのシリコン単
結晶ウエーハを基板としてエピタキシャル層を成長させ
ることにより、同じ酸素濃度でも窒素をドープしていな
い基板に比べて高い酸素析出物密度を得ることができ、
その結果として、きわめて重金属不純物欠陥の少ないエ
ピタキシャル層を成長することができる。
を育成する際に窒素をドープすれば、酸素析出物密度の
高いシリコン単結晶およびこれを加工してシリコン単結
晶ウエーハを得ることができる。そしてこのシリコン単
結晶ウエーハを基板としてエピタキシャル層を成長させ
ることにより、同じ酸素濃度でも窒素をドープしていな
い基板に比べて高い酸素析出物密度を得ることができ、
その結果として、きわめて重金属不純物欠陥の少ないエ
ピタキシャル層を成長することができる。
【００３１】そして、このようにシリコン単結晶育成時
に窒素をドープして製造されたシリコン単結晶ウエーハ
は、たとえ低ボロン濃度であっても高いゲッタリング効
果を有するため、高抵抗基板表面にエピタキシャル層を
成長させた場合でも、重金属不純物をゲッタリングして
除去したエピタキシャルシリコンウエーハを製造するこ
とができる。また、このように低ボロン濃度の基板表面
にエピタキシャル成長を行えば、オートドーピングの問
題が生じないため、オートドーピングに対する対策も不
必要となり、生産性およびコストの改善が期待できる。
に窒素をドープして製造されたシリコン単結晶ウエーハ
は、たとえ低ボロン濃度であっても高いゲッタリング効
果を有するため、高抵抗基板表面にエピタキシャル層を
成長させた場合でも、重金属不純物をゲッタリングして
除去したエピタキシャルシリコンウエーハを製造するこ
とができる。また、このように低ボロン濃度の基板表面
にエピタキシャル成長を行えば、オートドーピングの問
題が生じないため、オートドーピングに対する対策も不
必要となり、生産性およびコストの改善が期待できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】本発明において、ＣＺ法によって
窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成するには、例
えば特開昭６０−２５１１９０号に記載されているよう
な公知の方法によれば良い。
窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成するには、例
えば特開昭６０−２５１１９０号に記載されているよう
な公知の方法によれば良い。
【００３３】すなわち、ＣＺ法は、石英ルツボ中に収容
された多結晶シリコン原料の融液に種結晶を接触させ、
これを回転させながらゆっくりと引き上げて所望直径の
シリコン単結晶棒を育成する方法であるが、あらかじめ
石英ルツボ内に窒化物を入れておくか、シリコン融液中
に窒化物を投入するか、雰囲気ガスを窒素を含む雰囲気
等とすることによって、引き上げ結晶中に窒素をドープ
することができる。この際、窒化物の量あるいは窒素ガ
スの濃度あるいは導入時間等を調整することによって、
結晶中のドープ量を制御することが出来る。
された多結晶シリコン原料の融液に種結晶を接触させ、
これを回転させながらゆっくりと引き上げて所望直径の
シリコン単結晶棒を育成する方法であるが、あらかじめ
石英ルツボ内に窒化物を入れておくか、シリコン融液中
に窒化物を投入するか、雰囲気ガスを窒素を含む雰囲気
等とすることによって、引き上げ結晶中に窒素をドープ
することができる。この際、窒化物の量あるいは窒素ガ
スの濃度あるいは導入時間等を調整することによって、
結晶中のドープ量を制御することが出来る。
【００３４】このように、ＣＺ法によって単結晶棒を育
成する際に、窒素をドープすることによって、導入され
るＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の成長を抑制させることができ
るとともに、シリコン中の酸素原子の凝縮を助長し、酸
素析出物密度を高くすることが出来る。この方法は、引
き上げ速度を遅くしたりする必要はなく、従来の製造装
置を用いて容易に実施可能な方法であるため、新たに製
造装置の増設等を必要とせず、高い生産性でシリコン単
結晶を製造できる。
成する際に、窒素をドープすることによって、導入され
るＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の成長を抑制させることができ
るとともに、シリコン中の酸素原子の凝縮を助長し、酸
素析出物密度を高くすることが出来る。この方法は、引
き上げ速度を遅くしたりする必要はなく、従来の製造装
置を用いて容易に実施可能な方法であるため、新たに製
造装置の増設等を必要とせず、高い生産性でシリコン単
結晶を製造できる。
【００３５】窒素をシリコン単結晶中にドープすると、
シリコン中の酸素原子の凝集が助長され、酸素析出物密
度が高くなる理由は、前述の通り酸素原子の凝集過程
が、均一核形成から不純物窒素を核とした不均一核形成
に移行するためであると考えられる。従って、ドープす
る窒素の濃度は、十分に不均一核形成を引き起こす、１
×１０10atoms/cm3以上にするのが好ましい。これによ
って酸素析出物密度を充分に高くすることができる。一
方、窒素濃度が、シリコン単結晶中の固溶限界である５
×１０15atoms/cm3を越えると、シリコン単結晶の単結
晶化そのものが阻害されるので、この濃度を越えないよ
うにすることが好ましい。
シリコン中の酸素原子の凝集が助長され、酸素析出物密
度が高くなる理由は、前述の通り酸素原子の凝集過程
が、均一核形成から不純物窒素を核とした不均一核形成
に移行するためであると考えられる。従って、ドープす
る窒素の濃度は、十分に不均一核形成を引き起こす、１
×１０10atoms/cm3以上にするのが好ましい。これによ
って酸素析出物密度を充分に高くすることができる。一
方、窒素濃度が、シリコン単結晶中の固溶限界である５
×１０15atoms/cm3を越えると、シリコン単結晶の単結
晶化そのものが阻害されるので、この濃度を越えないよ
うにすることが好ましい。
【００３６】さらに、窒素濃度は１×１０13〜１×１０
14atoms/cm3にすることが好ましい。これは、窒素濃度
が１×１０13atoms/cm3以上であれば、高温で安定な酸
素析出核がas-grown状態で確実に形成されるため、例え
ば１０００℃以上の高温でエピタキシャル成長を行って
も、酸素析出核が消滅することなく、析出熱処理後に酸
素析出物密度が１×１０8個/cm3以上となるエピタキシ
ャルウエーハをより確実に作製することができ、また窒
素濃度が１×１０14atoms/cm3以下であれば、エピタキ
シャル層に形成される積層欠陥（ＳＦ）などの結晶欠陥
は著しく抑制されるからである。なお、as-grown状態で
の酸素析出核を直接測定することはできないが、析出熱
処理を行った後の酸素析出密度を測定することにより、
間接的に評価できる。
14atoms/cm3にすることが好ましい。これは、窒素濃度
が１×１０13atoms/cm3以上であれば、高温で安定な酸
素析出核がas-grown状態で確実に形成されるため、例え
ば１０００℃以上の高温でエピタキシャル成長を行って
も、酸素析出核が消滅することなく、析出熱処理後に酸
素析出物密度が１×１０8個/cm3以上となるエピタキシ
ャルウエーハをより確実に作製することができ、また窒
素濃度が１×１０14atoms/cm3以下であれば、エピタキ
シャル層に形成される積層欠陥（ＳＦ）などの結晶欠陥
は著しく抑制されるからである。なお、as-grown状態で
の酸素析出核を直接測定することはできないが、析出熱
処理を行った後の酸素析出密度を測定することにより、
間接的に評価できる。
【００３７】また、本発明では、ＣＺ法によって窒素を
ドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、単結晶棒
に含有される酸素濃度を、１８ｐｐｍａ以下にするのが
好ましい。シリコン単結晶中の酸素濃度が１８ｐｐｍａ
を越えると、エピタキシャル層の結晶性を低下させる酸
素析出物等の欠陥がシリコン単結晶表面に形成されやす
くなるので、このように低酸素とすれば、表面層での酸
素析出物の形成を防止することができ、エピタキシャル
層の結晶性に悪影響が生じることを防ぐことができる。
一方、バルク部では、窒素の存在により酸素析出が促進
されるので、低酸素としても十分にゲッタリング効果を
発揮することが出来る。
ドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、単結晶棒
に含有される酸素濃度を、１８ｐｐｍａ以下にするのが
好ましい。シリコン単結晶中の酸素濃度が１８ｐｐｍａ
を越えると、エピタキシャル層の結晶性を低下させる酸
素析出物等の欠陥がシリコン単結晶表面に形成されやす
くなるので、このように低酸素とすれば、表面層での酸
素析出物の形成を防止することができ、エピタキシャル
層の結晶性に悪影響が生じることを防ぐことができる。
一方、バルク部では、窒素の存在により酸素析出が促進
されるので、低酸素としても十分にゲッタリング効果を
発揮することが出来る。
【００３８】シリコン単結晶棒を育成する際に、含有さ
れる酸素濃度を上記範囲に低下させる方法は、従来から
慣用されている方法によれば良い。例えば、ルツボ回転
数の減少、導入ガス流量の増加、雰囲気圧力の低下、シ
リコン融液の温度分布および対流の調整等の手段によっ
て、簡単に上記酸素濃度範囲とすることが出来る。
れる酸素濃度を上記範囲に低下させる方法は、従来から
慣用されている方法によれば良い。例えば、ルツボ回転
数の減少、導入ガス流量の増加、雰囲気圧力の低下、シ
リコン融液の温度分布および対流の調整等の手段によっ
て、簡単に上記酸素濃度範囲とすることが出来る。
【００３９】こうして、ＣＺ法において所望濃度の窒素
がドープされ、結晶欠陥が少ないとともに所望濃度の酸
素を含有する、シリコン単結晶棒が得られる。これを通
常の方法にしたがい、内周刃スライサあるいはワイヤソ
ー等の切断装置でスライスした後、面取り、ラッピン
グ、エッチング、研磨等の工程を経てシリコン単結晶ウ
エーハに加工する。もちろん、これらの工程は例示列挙
したにとどまり、この他にも洗浄、熱処理等種々の工程
があり得るし、工程順の変更、一部省略等目的に応じ適
宜工程は変更使用されている。
がドープされ、結晶欠陥が少ないとともに所望濃度の酸
素を含有する、シリコン単結晶棒が得られる。これを通
常の方法にしたがい、内周刃スライサあるいはワイヤソ
ー等の切断装置でスライスした後、面取り、ラッピン
グ、エッチング、研磨等の工程を経てシリコン単結晶ウ
エーハに加工する。もちろん、これらの工程は例示列挙
したにとどまり、この他にも洗浄、熱処理等種々の工程
があり得るし、工程順の変更、一部省略等目的に応じ適
宜工程は変更使用されている。
【００４０】次に、エピタキシャル成長を行う前に、得
られたシリコン単結晶ウエーハに９００℃〜シリコンの
融点以下の温度の熱処理を加えることが好ましい。この
熱処理をエピタキシャル層を形成する前に行うことによ
りシリコン単結晶ウエーハ表面の窒素や酸素を外方拡散
させることができる。
られたシリコン単結晶ウエーハに９００℃〜シリコンの
融点以下の温度の熱処理を加えることが好ましい。この
熱処理をエピタキシャル層を形成する前に行うことによ
りシリコン単結晶ウエーハ表面の窒素や酸素を外方拡散
させることができる。
【００４１】シリコン単結晶ウエーハ表面の窒素を外方
拡散するのは、窒素の酸素析出促進効果により、シリコ
ン単結晶ウエーハ表面層のエピタキシャル層を形成する
領域で酸素が析出し、これに基づく欠陥の形成により、
エピタキシャル層に悪影響を及ぼすこと（ＳＦの発生な
ど）を防止するためである。
拡散するのは、窒素の酸素析出促進効果により、シリコ
ン単結晶ウエーハ表面層のエピタキシャル層を形成する
領域で酸素が析出し、これに基づく欠陥の形成により、
エピタキシャル層に悪影響を及ぼすこと（ＳＦの発生な
ど）を防止するためである。
【００４２】この場合、窒素のシリコン中での拡散速度
は、酸素より著しく速いので、熱処理を加えることによ
って、確実に表面の窒素を外方拡散することができる。
具体的な熱処理の条件としては、９００℃〜シリコンの
融点以下、より好ましくは１１００℃〜１２５０℃の温
度範囲で行なうのが好ましい。このような温度範囲で熱
処理をすることによって、十分にシリコン単結晶ウエー
ハ表面層の窒素を外方拡散できるとともに、同時に酸素
をも外方拡散させることができるので、表面層における
酸素析出物に起因する欠陥の発生をほぼ完全に防ぎ、エ
ピタキシャル層の結晶性に悪影響が及ぶことを防ぐこと
が出来る。
は、酸素より著しく速いので、熱処理を加えることによ
って、確実に表面の窒素を外方拡散することができる。
具体的な熱処理の条件としては、９００℃〜シリコンの
融点以下、より好ましくは１１００℃〜１２５０℃の温
度範囲で行なうのが好ましい。このような温度範囲で熱
処理をすることによって、十分にシリコン単結晶ウエー
ハ表面層の窒素を外方拡散できるとともに、同時に酸素
をも外方拡散させることができるので、表面層における
酸素析出物に起因する欠陥の発生をほぼ完全に防ぎ、エ
ピタキシャル層の結晶性に悪影響が及ぶことを防ぐこと
が出来る。
【００４３】また、窒素濃度が低い場合には、エピタキ
シャル成長を行う前に上記の熱処理を行わず、直接エピ
タキシャル成長のための高温熱処理が加わると、酸素析
出核が溶解してしまい、その後の熱処理によっても充分
に析出が起こらず、ゲッタリング効果が得られない場合
があるが、エピタキシャル成長の高温熱処理を行う前に
上記のような熱処理を行えば、エピタキシャル層形成時
に充分なゲッタリング効果を得ることができ、重金属不
純物濃度のきわめて低いエピタキシャルシリコン単結晶
ウエーハを得ることができる。
シャル成長を行う前に上記の熱処理を行わず、直接エピ
タキシャル成長のための高温熱処理が加わると、酸素析
出核が溶解してしまい、その後の熱処理によっても充分
に析出が起こらず、ゲッタリング効果が得られない場合
があるが、エピタキシャル成長の高温熱処理を行う前に
上記のような熱処理を行えば、エピタキシャル層形成時
に充分なゲッタリング効果を得ることができ、重金属不
純物濃度のきわめて低いエピタキシャルシリコン単結晶
ウエーハを得ることができる。
【００４４】この熱処理をする際の雰囲気としては、特
に限定されるものではなく、水素、またはアルゴン等の
不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス、場合によって
は酸素等であっても良い。しかし、雰囲気が酸素の場合
は、熱処理条件次第ではウエーハ表面のＯＳＦ核を成長
させることがあり、表面に酸化膜が成膜されることもあ
る。表面に酸化膜が形成されてしまうと、この酸化膜を
除去する工程が必要となるため、水素、アルゴン等の膜
形成のない雰囲気の方が好ましい。
に限定されるものではなく、水素、またはアルゴン等の
不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス、場合によって
は酸素等であっても良い。しかし、雰囲気が酸素の場合
は、熱処理条件次第ではウエーハ表面のＯＳＦ核を成長
させることがあり、表面に酸化膜が成膜されることもあ
る。表面に酸化膜が形成されてしまうと、この酸化膜を
除去する工程が必要となるため、水素、アルゴン等の膜
形成のない雰囲気の方が好ましい。
【００４５】また、熱処理に使用する装置としては、熱
処理時間が例えば５分以下の比較的短時間の場合には、
ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置として知られ
ているランプ加熱器などの加熱方式を用いた急速加熱・
急速冷却装置を用いたり、エピタキシャル成長装置を用
いて、熱処理とエピタキシャル堆積を連続的に行うよう
にすれば、高い生産性で処理できる。また、熱処理を比
較的長時間行う場合には、同時に数十枚以上のウエーハ
の熱処理が可能なヒーター加熱方式の熱処理炉を用いて
バッチ処理すると効率的である。
処理時間が例えば５分以下の比較的短時間の場合には、
ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置として知られ
ているランプ加熱器などの加熱方式を用いた急速加熱・
急速冷却装置を用いたり、エピタキシャル成長装置を用
いて、熱処理とエピタキシャル堆積を連続的に行うよう
にすれば、高い生産性で処理できる。また、熱処理を比
較的長時間行う場合には、同時に数十枚以上のウエーハ
の熱処理が可能なヒーター加熱方式の熱処理炉を用いて
バッチ処理すると効率的である。
【００４６】また、本発明においては、エピタキシャル
シリコン単結晶ウエーハの基板ウエーハに高ボロン濃度
の基板を用いずに、例えば、抵抗率が１０Ω・cmの低ボ
ロン濃度の基板を用いることができる。このような低ボ
ロン濃度の基板であればオートドーピングの問題が生じ
ないため、基板の裏面をＳｉＯ2によってＣＶＤコーテ
ィングを行う等の処理を行う必要がない。そのため、生
産性およびコストの改善が期待できる。
シリコン単結晶ウエーハの基板ウエーハに高ボロン濃度
の基板を用いずに、例えば、抵抗率が１０Ω・cmの低ボ
ロン濃度の基板を用いることができる。このような低ボ
ロン濃度の基板であればオートドーピングの問題が生じ
ないため、基板の裏面をＳｉＯ2によってＣＶＤコーテ
ィングを行う等の処理を行う必要がない。そのため、生
産性およびコストの改善が期待できる。
【００４７】一方、シリコン単結晶ウエーハのバルク部
においては、窒素の存在により酸素析出が促進されるの
で、ゲッタリング効果の高いものとなり、たとえ低ボロ
ン濃度のシリコン単結晶ウエーハであっても十分にゲッ
タリング効果を発揮することが出来るものとなる。この
ため、高抵抗の基板上にもきわめて重金属不純物欠陥の
少ないエピタキシャル層を形成することができる。
においては、窒素の存在により酸素析出が促進されるの
で、ゲッタリング効果の高いものとなり、たとえ低ボロ
ン濃度のシリコン単結晶ウエーハであっても十分にゲッ
タリング効果を発揮することが出来るものとなる。この
ため、高抵抗の基板上にもきわめて重金属不純物欠陥の
少ないエピタキシャル層を形成することができる。
【００４８】
【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を挙げて
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、比較例１）ＣＺ法により、直径１８インチ
の石英ルツボに、所定の濃度のボロンを添加した原料多
結晶シリコンをチャージし、直径６インチ、Ｐ型、方位
＜１００＞の結晶棒を、通常の引き上げ速度である、
１．０ｍｍ／ｍｉｎの速度で６本引き上げた。そのうち
４本の引き上げでは、原料中にあらかじめ窒化珪素膜を
有するシリコンウエーハを投入しておいたが、残り２本
の結晶の引き上げでは窒素をドープしなかった。また、
いずれの結晶とも、引き上げ中ルツボ回転を制御して、
単結晶中の酸素濃度が１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）とな
るようにした。
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、比較例１）ＣＺ法により、直径１８インチ
の石英ルツボに、所定の濃度のボロンを添加した原料多
結晶シリコンをチャージし、直径６インチ、Ｐ型、方位
＜１００＞の結晶棒を、通常の引き上げ速度である、
１．０ｍｍ／ｍｉｎの速度で６本引き上げた。そのうち
４本の引き上げでは、原料中にあらかじめ窒化珪素膜を
有するシリコンウエーハを投入しておいたが、残り２本
の結晶の引き上げでは窒素をドープしなかった。また、
いずれの結晶とも、引き上げ中ルツボ回転を制御して、
単結晶中の酸素濃度が１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）とな
るようにした。
【００４９】窒素をドープした方の４本の結晶棒の尾部
の窒素濃度をＦＴ−ＩＲにより測定したところ、内２本
は１．０×１０14atoms/cm3であり、残りの２本は５．
０×１０14atoms/cm3であった（窒素の偏析係数は非常
に小さいので、結晶棒の直胴部の濃度はこの値以下とな
る。）。また、６本すべての単結晶棒の酸素濃度をＦＴ
−ＩＲにより測定したところ、どの結晶も１６ｐｐｍａ
の酸素濃度となっていることを確認した。
の窒素濃度をＦＴ−ＩＲにより測定したところ、内２本
は１．０×１０14atoms/cm3であり、残りの２本は５．
０×１０14atoms/cm3であった（窒素の偏析係数は非常
に小さいので、結晶棒の直胴部の濃度はこの値以下とな
る。）。また、６本すべての単結晶棒の酸素濃度をＦＴ
−ＩＲにより測定したところ、どの結晶も１６ｐｐｍａ
の酸素濃度となっていることを確認した。
【００５０】ここで得られた６本の単結晶棒から、ワイ
ヤソーを用いてウエーハを切り出し、面取り、ラッピン
グ、エッチング、鏡面研磨加工を施して、窒素のドープ
の有無、ドープ量以外の条件はほぼ同一とした、３種類
の直径６インチのシリコン単結晶鏡面ウエーハを６枚作
製した。この６枚のシリコン単結晶ウエーハの抵抗率を
測定したところ６本とも１０Ω・cmであった。
ヤソーを用いてウエーハを切り出し、面取り、ラッピン
グ、エッチング、鏡面研磨加工を施して、窒素のドープ
の有無、ドープ量以外の条件はほぼ同一とした、３種類
の直径６インチのシリコン単結晶鏡面ウエーハを６枚作
製した。この６枚のシリコン単結晶ウエーハの抵抗率を
測定したところ６本とも１０Ω・cmであった。
【００５１】これらの３種類の窒素ドープ量をもつ６枚
のas-grown状態のシリコン単結晶ウエーハの表面に、各
々窒素ドープ量が同じ２枚のシリコンウエーハのうち１
枚は１２００℃で、もう１枚は１１２５℃で５μｍ厚さ
のシリコンエピタキシャル成長を行った。エピタキシャ
ル成長炉はシリンダタイプのベルジャ内にシリコン基板
を載置するサセプタを配置したもので、加熱方式は輻射
加熱方式のものとした。これにＳｉＨＣｌ3＋Ｈ2を導入
することによってシリコンウエーハ上にシリコンをエピ
タキシャル成長させた。そして、いずれのウエーハも、
Ｎ2ガス雰囲気により８００℃で４時間の熱処理の後、
Ｏ2ガス雰囲気により１０００℃で１６時間の熱処理に
より、酸素析出物を析出させた。この後、これらのエピ
タキシャルシリコン単結晶ウエーハのゲッタリング効果
を、シリコンウエーハのバルク中の酸素析出物濃度で評
価した。
のas-grown状態のシリコン単結晶ウエーハの表面に、各
々窒素ドープ量が同じ２枚のシリコンウエーハのうち１
枚は１２００℃で、もう１枚は１１２５℃で５μｍ厚さ
のシリコンエピタキシャル成長を行った。エピタキシャ
ル成長炉はシリンダタイプのベルジャ内にシリコン基板
を載置するサセプタを配置したもので、加熱方式は輻射
加熱方式のものとした。これにＳｉＨＣｌ3＋Ｈ2を導入
することによってシリコンウエーハ上にシリコンをエピ
タキシャル成長させた。そして、いずれのウエーハも、
Ｎ2ガス雰囲気により８００℃で４時間の熱処理の後、
Ｏ2ガス雰囲気により１０００℃で１６時間の熱処理に
より、酸素析出物を析出させた。この後、これらのエピ
タキシャルシリコン単結晶ウエーハのゲッタリング効果
を、シリコンウエーハのバルク中の酸素析出物濃度で評
価した。
【００５２】この酸素析出物濃度の測定はＯＰＰ（Opti
cal Precipitate Profiler）法で行った。このＯＰＰ法
は、ノルマルスキータイプ微分干渉顕微鏡を応用したも
ので、まず光源からでたレーザ光を偏光プリズムで２本
の直交する９０°位相が異なる直線偏光のビームに分離
して、ウエーハ鏡面側から入射させる。この時１つのビ
ームが欠陥を横切ると位相シフトが生じ、もう１つのビ
ームとの位相差が生じる。この位相差をウエーハ裏面透
過後に、偏光アナライザーにより検出することにより欠
陥を検出する。
cal Precipitate Profiler）法で行った。このＯＰＰ法
は、ノルマルスキータイプ微分干渉顕微鏡を応用したも
ので、まず光源からでたレーザ光を偏光プリズムで２本
の直交する９０°位相が異なる直線偏光のビームに分離
して、ウエーハ鏡面側から入射させる。この時１つのビ
ームが欠陥を横切ると位相シフトが生じ、もう１つのビ
ームとの位相差が生じる。この位相差をウエーハ裏面透
過後に、偏光アナライザーにより検出することにより欠
陥を検出する。
【００５３】この測定結果を図１に示した。ここで図１
の左から、窒素ドープ無し、窒素ドープ量１．０×１０
14atoms/cm3、窒素ドープ量５．０×１０14atoms/cm3の
酸素析出物欠陥密度を示し、円形プロットは１２００℃
でエピタキシャル成長を行った場合で、三角形プロット
は１１２５℃でエピタキシャル成長を行った場合の酸素
析出物欠陥密度を示す。
の左から、窒素ドープ無し、窒素ドープ量１．０×１０
14atoms/cm3、窒素ドープ量５．０×１０14atoms/cm3の
酸素析出物欠陥密度を示し、円形プロットは１２００℃
でエピタキシャル成長を行った場合で、三角形プロット
は１１２５℃でエピタキシャル成長を行った場合の酸素
析出物欠陥密度を示す。
【００５４】図１より、窒素ドープ量が１．０×１０14
atoms/cm3の場合も、５．０×１０1 4atoms/cm3の場合
も、エピタキシャル成長時の温度にかかわらず同様に高
い酸素析出物密度を示しており、高いゲッタリング効果
を有していることがわかる。一方、窒素ドープを行わな
かった場合は、いずれの場合も酸素析出物密度は低く、
ゲッタリング効果が低いことがわかる。すなわち、窒素
ドープしたウエーハは、１１００℃以上の高温エピ成長
を行ってもas-grown状態での酸素析出核が消滅すること
なく、析出熱処理を加えると確実に高密度の酸素析出物
が得られるエピタキシャルウエーハを作製することがで
きる。
atoms/cm3の場合も、５．０×１０1 4atoms/cm3の場合
も、エピタキシャル成長時の温度にかかわらず同様に高
い酸素析出物密度を示しており、高いゲッタリング効果
を有していることがわかる。一方、窒素ドープを行わな
かった場合は、いずれの場合も酸素析出物密度は低く、
ゲッタリング効果が低いことがわかる。すなわち、窒素
ドープしたウエーハは、１１００℃以上の高温エピ成長
を行ってもas-grown状態での酸素析出核が消滅すること
なく、析出熱処理を加えると確実に高密度の酸素析出物
が得られるエピタキシャルウエーハを作製することがで
きる。
【００５５】（実施例２、比較例２）実施例１と同様の
ＣＺ法により、直径８インチ、P型（ボロンドープ）、
方位＜１００＞の単結晶棒を引き上げた。引き上げ速度
は１．０ｍｍ／ｍｉｎ、１．８ｍｍ／ｍｉｎの２種類と
し、原料中に投入する窒化珪素膜付きウエーハの量を調
整して、窒素濃度が５×１０12、５×１０13、１×１０
14、５×１０14atoms/cm3の４種類の単結晶棒と、比較
例として引上げ速度１．０ｍｍ／ｍｉｎで窒素ノンドー
プの単結晶棒を引き上げ、これらから窒素濃度の異なる
シリコン単結晶鏡面ウエーハを作製した。作製されたシ
リコン単結晶鏡面ウエーハの抵抗率はいずれも約１０Ω
・cm、酸素濃度は１０．５〜１７．５ｐｐｍａ（ＪＥＩ
ＤＡ）の範囲であった。
ＣＺ法により、直径８インチ、P型（ボロンドープ）、
方位＜１００＞の単結晶棒を引き上げた。引き上げ速度
は１．０ｍｍ／ｍｉｎ、１．８ｍｍ／ｍｉｎの２種類と
し、原料中に投入する窒化珪素膜付きウエーハの量を調
整して、窒素濃度が５×１０12、５×１０13、１×１０
14、５×１０14atoms/cm3の４種類の単結晶棒と、比較
例として引上げ速度１．０ｍｍ／ｍｉｎで窒素ノンドー
プの単結晶棒を引き上げ、これらから窒素濃度の異なる
シリコン単結晶鏡面ウエーハを作製した。作製されたシ
リコン単結晶鏡面ウエーハの抵抗率はいずれも約１０Ω
・cm、酸素濃度は１０．５〜１７．５ｐｐｍａ（ＪＥＩ
ＤＡ）の範囲であった。
【００５６】次に、エピタキシャル成長装置を用いて、
これらのシリコン単結晶ウエーハの表面に、１１５０℃
で１分間の水素ベークに続き、１１７０℃で３μｍの厚
さのシリコンエピタキシャル成長を行なった。そして、
これらのエピタキシャルウエーハに実施例１と同じ方法
により析出熱処理および酸素析出物測定を行なった。そ
の結果を図２に示した。図２の結果より、実施例１と同
様に、窒素ドープしたウエーハは、１０００℃以上のエ
ピタキシャル成長を行なっても、as-grown状態での酸素
析出核が消滅することなく、析出熱処理を加えると確実
に酸素析出物が形成されていることがわかる。尚、図中
の表記１．０Ｅ＋１０は１．０×１０10を示している。
これらのシリコン単結晶ウエーハの表面に、１１５０℃
で１分間の水素ベークに続き、１１７０℃で３μｍの厚
さのシリコンエピタキシャル成長を行なった。そして、
これらのエピタキシャルウエーハに実施例１と同じ方法
により析出熱処理および酸素析出物測定を行なった。そ
の結果を図２に示した。図２の結果より、実施例１と同
様に、窒素ドープしたウエーハは、１０００℃以上のエ
ピタキシャル成長を行なっても、as-grown状態での酸素
析出核が消滅することなく、析出熱処理を加えると確実
に酸素析出物が形成されていることがわかる。尚、図中
の表記１．０Ｅ＋１０は１．０×１０10を示している。
【００５７】（実施例３）実施例１と同様のＣＺ法によ
り、直径８インチ、P型（ボロンドープ）、方位＜１０
０＞の単結晶棒を引き上げた。引き上げ速度は１．０ｍ
ｍ／ｍｉｎ、１．８ｍｍ／ｍｉｎの２種類とし、原料中
に投入する窒化珪素膜付きウエーハの量を調整して、窒
素濃度が１×１０13〜１×１０15atoms/cm3となる複数
の単結晶棒を作製し、これから窒素濃度の異なる複数枚
のシリコン単結晶鏡面ウエーハを作製した。作製された
シリコン単結晶鏡面ウエーハの抵抗率は約１０Ω・cm、
酸素濃度は１０〜１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）の範囲で
あった。
り、直径８インチ、P型（ボロンドープ）、方位＜１０
０＞の単結晶棒を引き上げた。引き上げ速度は１．０ｍ
ｍ／ｍｉｎ、１．８ｍｍ／ｍｉｎの２種類とし、原料中
に投入する窒化珪素膜付きウエーハの量を調整して、窒
素濃度が１×１０13〜１×１０15atoms/cm3となる複数
の単結晶棒を作製し、これから窒素濃度の異なる複数枚
のシリコン単結晶鏡面ウエーハを作製した。作製された
シリコン単結晶鏡面ウエーハの抵抗率は約１０Ω・cm、
酸素濃度は１０〜１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）の範囲で
あった。
【００５８】次に、エピタキシャル成長装置を用いてこ
れらのシリコン単結晶ウエーハの表面に、１１３０℃で
１分間の水素ベークに続き、１０９０℃で１５μｍ厚さ
のシリコンエピタキシャル成長を行なった。そして、エ
ピタキシャル成長後の表面の積層欠陥（ＳＦ）などの結
晶欠陥密度をＳＰ１（ＫＬＡテンコール社製商品名）に
より行い、その結果を図３に示した。また、これらのエ
ピタキシャルウエーハに実施例１と同じ方法により析出
熱処理および酸素析出物測定を行なった。その結果、い
ずれのウエーハも１×１０8個/cm3以上の酸素析出物密
度を有していることが判った。
れらのシリコン単結晶ウエーハの表面に、１１３０℃で
１分間の水素ベークに続き、１０９０℃で１５μｍ厚さ
のシリコンエピタキシャル成長を行なった。そして、エ
ピタキシャル成長後の表面の積層欠陥（ＳＦ）などの結
晶欠陥密度をＳＰ１（ＫＬＡテンコール社製商品名）に
より行い、その結果を図３に示した。また、これらのエ
ピタキシャルウエーハに実施例１と同じ方法により析出
熱処理および酸素析出物測定を行なった。その結果、い
ずれのウエーハも１×１０8個/cm3以上の酸素析出物密
度を有していることが判った。
【００５９】これらの結果から、窒素濃度が１×１０13
〜１×１０14atoms/cm3であれば、エピタキシャル層表
面の結晶欠陥の数は、８インチウエーハで１００個以
下、すなわち、約０．３個/cm2以下の欠陥密度であり、
かつ１×１０8個/cm3以上の酸素析出物密度を有するシ
リコンエピタキシャルウエーハが確実に得られることが
わかった。
〜１×１０14atoms/cm3であれば、エピタキシャル層表
面の結晶欠陥の数は、８インチウエーハで１００個以
下、すなわち、約０．３個/cm2以下の欠陥密度であり、
かつ１×１０8個/cm3以上の酸素析出物密度を有するシ
リコンエピタキシャルウエーハが確実に得られることが
わかった。
【００６０】（実施例４）実施例１と同様のＣＺ法によ
り、直径６インチ、Ｐ型（ボロンドープ）、方位＜１０
０＞の単結晶棒を引き上げ速度１．０ｍｍ／ｍｉｎで引
き上げた。また、原料中に投入する窒化珪素膜付きウエ
ーハの量を調整し、窒素濃度が１×１０14〜約５×１０
14atoms/cm3となるようにして、この単結晶棒からシリ
コン単結晶鏡面ウエーハを作製した。作製されたシリコ
ン単結晶鏡面ウエーハの抵抗率は約１０Ω・cm、酸素濃
度は約１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）であった。
り、直径６インチ、Ｐ型（ボロンドープ）、方位＜１０
０＞の単結晶棒を引き上げ速度１．０ｍｍ／ｍｉｎで引
き上げた。また、原料中に投入する窒化珪素膜付きウエ
ーハの量を調整し、窒素濃度が１×１０14〜約５×１０
14atoms/cm3となるようにして、この単結晶棒からシリ
コン単結晶鏡面ウエーハを作製した。作製されたシリコ
ン単結晶鏡面ウエーハの抵抗率は約１０Ω・cm、酸素濃
度は約１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）であった。
【００６１】次に、これらのウエーハにエピタキシャル
成長する前の熱処理としてランプ加熱式のＲＴＡ（Rapi
d Thermal Annealing）装置であるシュティアック マ
イクロテック インターナショナル社製のＳＨＳ−２８
００を用いて熱処理を行なった。この時の熱処理条件
は、１２００℃、０〜３６００秒、雰囲気はＨ２２５
％、Ａｒ７５％である。尚、６０秒以上の熱処理は、６
０秒の熱処理を繰り返して行い、その合計時間を熱処理
時間とした。
成長する前の熱処理としてランプ加熱式のＲＴＡ（Rapi
d Thermal Annealing）装置であるシュティアック マ
イクロテック インターナショナル社製のＳＨＳ−２８
００を用いて熱処理を行なった。この時の熱処理条件
は、１２００℃、０〜３６００秒、雰囲気はＨ２２５
％、Ａｒ７５％である。尚、６０秒以上の熱処理は、６
０秒の熱処理を繰り返して行い、その合計時間を熱処理
時間とした。
【００６２】その熱処理前後のウエーハ表面の欠陥数
（欠陥サイズ０．１３５μｍ以上）を日立製作所ＯＳＤ
Ａ（Optical Shallow Defect Analyzer）を用いて調査
し図４に示した。また、これらのエピタキシャル成長前
のウエーハに実施例１と同じ方法により析出熱処理を施
し、ウエーハのバルク中の欠陥密度（ＢＭＤ密度：Bulk
Micro Defect密度）を、Bio-Rad社製、非破壊検査装置
ＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler）を用いて深さ
３０μｍの領域を調査した結果を図５に示す。図４、５
の結果から、アニール時間３０秒以上で確実に表層欠陥
は減少するが、ゲッタリング源となるＢＭＤ密度には顕
著な差が生じていないことが判る。すなわち、エピタキ
シャル成長前の熱処理により、表層部のサイズが０．１
３５μｍ以上の欠陥数が６インチウエーハで２０個以
下、すなわち約０．１２個/cm2以下の欠陥密度であり、
しかも酸素析出熱処理により形成される酸素析出物の密
度が１×１０8個/cm3以上となるウエーハが作製された
ことがわかる。
（欠陥サイズ０．１３５μｍ以上）を日立製作所ＯＳＤ
Ａ（Optical Shallow Defect Analyzer）を用いて調査
し図４に示した。また、これらのエピタキシャル成長前
のウエーハに実施例１と同じ方法により析出熱処理を施
し、ウエーハのバルク中の欠陥密度（ＢＭＤ密度：Bulk
Micro Defect密度）を、Bio-Rad社製、非破壊検査装置
ＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler）を用いて深さ
３０μｍの領域を調査した結果を図５に示す。図４、５
の結果から、アニール時間３０秒以上で確実に表層欠陥
は減少するが、ゲッタリング源となるＢＭＤ密度には顕
著な差が生じていないことが判る。すなわち、エピタキ
シャル成長前の熱処理により、表層部のサイズが０．１
３５μｍ以上の欠陥数が６インチウエーハで２０個以
下、すなわち約０．１２個/cm2以下の欠陥密度であり、
しかも酸素析出熱処理により形成される酸素析出物の密
度が１×１０8個/cm3以上となるウエーハが作製された
ことがわかる。
【００６３】次に、この熱処理を施したウエーハの表面
に、エピタキシャル成長装置を用いて１１３０℃１分間
の水素ベークに続き、１０９０℃で１５μｍの厚さのシ
リコンエピタキシャル成長を行ない、このエピタキシャ
ルウエーハの酸化膜耐圧特性（ＴＺＤＢ特性およびＴＤ
ＤＢ特性）を測定した。その結果を図６、７に示した。
に、エピタキシャル成長装置を用いて１１３０℃１分間
の水素ベークに続き、１０９０℃で１５μｍの厚さのシ
リコンエピタキシャル成長を行ない、このエピタキシャ
ルウエーハの酸化膜耐圧特性（ＴＺＤＢ特性およびＴＤ
ＤＢ特性）を測定した。その結果を図６、７に示した。
【００６４】ここで、図６のＴＺＤＢの良品率とはゲー
ト酸化膜厚２５ｎｍ、ゲート面積８ｍｍ2、判定電流値
１ｍＡ/cm2、室温の条件下で、酸化膜耐圧が８ＭＶ/cm
以上を有するものの率であり、図７のＴＤＤＢの良品率
とは、ゲート酸化膜厚２５ｎｍ、ゲート面積４ｍｍ2、
ストレス電流値０．０１Ａ/cm2、室温の条件下で、酸化
膜耐圧２５Ｃ/cm2以上を有するもの、もしくはゲート酸
化膜厚２５ｎｍ、ゲート面積４ｍｍ2、ストレス電流値
０．０１Ａ/cm2、１００℃の条件下で、酸化膜耐圧が５
Ｃ/cm2以上を有するものの率である。図６、７の結果か
らエピタキシャル成長前の熱処理時間が３０秒以上でそ
れらの良品率が確実に向上し、１２０秒以上では９５％
以上の良品率が得られることが判る。
ト酸化膜厚２５ｎｍ、ゲート面積８ｍｍ2、判定電流値
１ｍＡ/cm2、室温の条件下で、酸化膜耐圧が８ＭＶ/cm
以上を有するものの率であり、図７のＴＤＤＢの良品率
とは、ゲート酸化膜厚２５ｎｍ、ゲート面積４ｍｍ2、
ストレス電流値０．０１Ａ/cm2、室温の条件下で、酸化
膜耐圧２５Ｃ/cm2以上を有するもの、もしくはゲート酸
化膜厚２５ｎｍ、ゲート面積４ｍｍ2、ストレス電流値
０．０１Ａ/cm2、１００℃の条件下で、酸化膜耐圧が５
Ｃ/cm2以上を有するものの率である。図６、７の結果か
らエピタキシャル成長前の熱処理時間が３０秒以上でそ
れらの良品率が確実に向上し、１２０秒以上では９５％
以上の良品率が得られることが判る。
【００６５】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。
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。
【００６６】例えば、本発明においてチョクラルスキー
法によって窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成す
るに際しては、融液に磁場が印加されているか否かは問
われないものであり、本発明のチョクラルスキー法には
いわゆる磁場を印加するＭＣＺ法も含まれる。
法によって窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成す
るに際しては、融液に磁場が印加されているか否かは問
われないものであり、本発明のチョクラルスキー法には
いわゆる磁場を印加するＭＣＺ法も含まれる。
【００６７】また、エピタキシャル成長を行うにあたっ
ても、ＣＶＤによるエピタキシャル成長に限られず、Ｍ
ＢＥによりエピタキシャル成長を行いエピタキシャルシ
リコン単結晶基板を製造する場合にも本発明を適用する
ことができる。
ても、ＣＶＤによるエピタキシャル成長に限られず、Ｍ
ＢＥによりエピタキシャル成長を行いエピタキシャルシ
リコン単結晶基板を製造する場合にも本発明を適用する
ことができる。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、エピ
タキシャルシリコン単結晶ウエーハの基板として窒素を
ドープしたシリコンウエーハを用いることにより、高ボ
ロン濃度の基板のゲッタリング能力を向上させ、低ボロ
ン濃度の基板においても高いゲッタリング能力をもち重
金属不純物濃度が低く結晶性に優れたエピタキシャルシ
リコン単結晶ウエーハを、高生産性でかつ簡単に作製す
ることができる。
タキシャルシリコン単結晶ウエーハの基板として窒素を
ドープしたシリコンウエーハを用いることにより、高ボ
ロン濃度の基板のゲッタリング能力を向上させ、低ボロ
ン濃度の基板においても高いゲッタリング能力をもち重
金属不純物濃度が低く結晶性に優れたエピタキシャルシ
リコン単結晶ウエーハを、高生産性でかつ簡単に作製す
ることができる。
【図１】 実施例１、比較例１において、酸素析出物
を析出させる熱処理の後、ＯＰＰ法によるウエーハの酸
素析出物欠陥密度の測定結果を示す結果図である。
を析出させる熱処理の後、ＯＰＰ法によるウエーハの酸
素析出物欠陥密度の測定結果を示す結果図である。
【図２】 実施例2、比較例２において、エピタキシ
ャル成長後に酸素析出物を析出させる熱処理を行った
後、ＯＰＰ法によるウエーハの酸素析出物欠陥密度の測
定結果を示す結果図である。
ャル成長後に酸素析出物を析出させる熱処理を行った
後、ＯＰＰ法によるウエーハの酸素析出物欠陥密度の測
定結果を示す結果図である。
【図３】 実施例３において、エピタキシャル成長後
における表面の結晶欠陥の測定結果を示す結果図であ
る。
における表面の結晶欠陥の測定結果を示す結果図であ
る。
【図４】 実施例４において、エピタキシャル成長前
にウエーハに熱処理を施し、その熱処理前後におけるウ
エーハ表面の欠陥数の測定結果を示す結果図である。
にウエーハに熱処理を施し、その熱処理前後におけるウ
エーハ表面の欠陥数の測定結果を示す結果図である。
【図５】 実施例４において、エピタキシャル成長前
にウエーハに熱処理を施し、その熱処理前後におけるウ
エーハバルク中の欠陥密度の測定結果を示す結果図であ
る。
にウエーハに熱処理を施し、その熱処理前後におけるウ
エーハバルク中の欠陥密度の測定結果を示す結果図であ
る。
【図６】 実施例４において、エピタキシャル成長後
のウエーハにおけるＴＺＤＢの良品率の測定結果を示す
結果図である。
のウエーハにおけるＴＺＤＢの良品率の測定結果を示す
結果図である。
【図７】 実施例４において、エピタキシャル成長後
のウエーハにおけるＴＤＤＢの良品率の測定結果を示す
結果図である。
のウエーハにおけるＴＤＤＢの良品率の測定結果を示す
結果図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 知佐 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者 三木 克彦 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者 秋山 昌次 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者 八木 真一郎 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社磯部工場内
Claims (18)
- 【請求項１】 エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ
を製造する方法において、チョクラルスキー法によって
窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成し、該シリコ
ン単結晶棒をスライスしてシリコン単結晶ウエーハに加
工した後、該シリコン単結晶ウエーハの表層部にエピタ
キシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャル
シリコン単結晶ウエーハを製造する方法。 - 【請求項２】 前記チョクラルスキー法によって窒素を
ドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、該単結晶
棒にドープする窒素濃度を、１×１０10〜５×１０15at
oms/cm3にすることを特徴とする請求項１に記載したエ
ピタキシャルシリコン単結晶ウエーハを製造する方法。 - 【請求項３】 前記チョクラルスキー法によって窒素を
ドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、該単結晶
棒にドープする窒素濃度を、１×１０13〜１×１０14at
oms/cm3にすることを特徴とする請求項１または請求項
２に記載したエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハを
製造する方法。 - 【請求項４】 前記チョクラルスキー法によって窒素を
ドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、該単結晶
棒に含有される格子間酸素濃度を、１８ｐｐｍａ以下に
することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ
か１項に記載したエピタキシャルシリコン単結晶ウエー
ハを製造する方法。 - 【請求項５】 前記シリコン単結晶ウエーハの表層部に
エピタキシャル層を形成する前に、前記シリコン単結晶
ウエーハに９００℃〜シリコンの融点以下の温度の熱処
理を加えることを特徴とする請求項１ないし請求項４の
いずれか１項に記載したエピタキシャルシリコン単結晶
ウエーハを製造する方法。 - 【請求項６】 前記熱処理は、水素、不活性ガス、ある
いはこれらの混合ガスを雰囲気として、少なくとも３０
秒間行うことを特徴とする請求項５に記載したエピタキ
シャル単結晶ウエーハを製造する方法。 - 【請求項７】 前記シリコン単結晶ウエーハの抵抗率
を、０．１Ω・cm以上にすることを特徴とする請求項１
ないし請求項６のいずれか１項に記載したエピタキシャ
ルシリコン単結晶ウエーハを製造する方法。 - 【請求項８】 請求項１ないし請求項７に記載した方法
によって製造されたエピタキシャルシリコン単結晶ウエ
ーハ。 - 【請求項９】 エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ
であって、該エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ
は、チョクラルスキー法によって窒素をドープして育成
されたシリコン単結晶棒をスライスして得られたシリコ
ン単結晶ウエーハの表層部に、エピタキシャル層が形成
されているものであることを特徴とするエピタキシャル
シリコン単結晶ウエーハ。 - 【請求項１０】 前記シリコン単結晶ウエーハの窒素濃
度が、１×１０10〜５×１０15atoms/cm3であることを
特徴とする請求項９に記載したエピタキシャルシリコン
単結晶ウエーハ。 - 【請求項１１】 前記シリコン単結晶ウエーハの窒素濃
度が、１×１０13〜１×１０14atoms/cm3であることを
特徴とする請求項９または請求項１０に記載したエピタ
キシャルシリコン単結晶ウエーハ。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載したエピタキシャル
シリコン単結晶ウエーハであって、エピタキシャル層表
面の欠陥密度が０．３個/cm2以下であることを特徴とす
るエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ。 - 【請求項１３】 前記シリコン単結晶ウエーハの格子間
酸素濃度が、１８ｐｐｍａ以下であることを特徴とする
請求項９ないし請求項１２のいずれか１項に記載したエ
ピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ。 - 【請求項１４】 前記シリコン単結晶ウエーハは、エピ
タキシャル成長後の酸素析出熱処理により形成される酸
素析出物の密度が１×１０8個/cm3以上となる数の酸素
析出核をシリコン単結晶棒のas-grown状態で有すること
を特徴とする請求項９ないし請求項１３のいずれか１項
に記載したエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ。 - 【請求項１５】 前記シリコン単結晶ウエーハが、表層
部にエピタキシャル層を形成する前に、９００℃〜シリ
コンの融点以下の温度の熱処理を加えられたものである
ことを特徴とする請求項９ないし請求項１４のいずれか
１項に記載したエピタキシャルシリコン単結晶ウエー
ハ。 - 【請求項１６】 前記シリコン単結晶ウエーハが、表層
部にエピタキシャル層を形成する前に、水素、不活性ガ
ス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で、少なくとも
３０秒間の熱処理を加えられたものであることを特徴と
する請求項９ないし請求項１５のいずれか１項に記載し
たエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ。 - 【請求項１７】 前記シリコン単結晶ウエーハは、表層
部にエピタキシャル層を形成する前の熱処理後におい
て、ウエーハ表層部の欠陥サイズが０．１３５μｍ以上
の欠陥密度が０．１２個/cm2以下で、かつ酸素析出熱処
理により形成される酸素析出物密度が１×１０8個/cm3
以上となるものであることを特徴とする請求項１５また
は請求項１６に記載したエピタキシャルシリコン単結晶
ウエーハ。 - 【請求項１８】 前記シリコン単結晶ウエーハの抵抗率
が、０．１Ω・cm以上であることを特徴とする請求項９
ないし請求項１７のいずれか１項に記載したエピタキシ
ャルシリコン単結晶ウエーハ。
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|---|---|---|---|
| JP10-158322 | 1998-05-22 | ||
| JP15832298 | 1998-05-22 | ||
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|---|---|
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- 1999-02-26 JP JP05178499A patent/JP3626364B2/ja not_active Expired - Fee Related
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