JP2000077418A

JP2000077418A - リンドープシリコン単結晶ウエーハ及びエピタキシャルシリコンウエーハ及びこれらの製造方法

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Publication number: JP2000077418A
Application number: JP10260846A
Authority: JP
Inventors: Masaro Tamazuka; 正郎玉塚; Yoshinori Hayamizu; 善範速水; Katsuhiko Miki; 克彦三木
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2000-03-14
Anticipated expiration: 2018-08-31
Also published as: JP3412531B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リンドープシリコンウエーハであって、酸素
濃度が低くてもゲッタリング能力が高いリンドープシリ
コンウエーハ及び該ウエーハを基板ウエーハに用いて成
長されたエピタキシャルウエーハを提供する。【解決手段】リンドープシリコン単結晶ウエーハであ
って、該リンドープ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ものであることを
特徴とするリンドープシリコン単結晶ウエーハ。および
該ウエーハの表面にエピタキシャル層が形成されたエピ
タキシャルウエーハ。およびそれらを製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エピタキシャル層
中に存在するデバイスの信頼性に有害な重金属不純物が
少ない半導体デバイス製造用エピタキシャルシリコン単
結晶ウエーハおよびその基板となるリンドープシリコン
単結晶ウエーハ、ならびにこれらの製造方法に関する。

【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、ＭＯＳＬＳＩ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】しかし、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引
き起こしてしまう。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１×１０¹⁰ atoms/c
m²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。従来からＣＣＤ用エピタキシャルシリ
コン単結晶ウエーハの製造には、リンドープされたＮ型
基板（以下、リンドープシリコン単結晶ウエーハと呼
ぶ）がエピタキシャル成長を行う基板ウエーハとして用
いられていた。しかし、リンドープシリコン単結晶ウエ
ーハはボロンがドープされたＰ型基板（以下、ボロンド
ープシリコン単結晶ウエーハと呼ぶ）と比較すると酸素
析出しにくいという問題があった。このようなリンドー
プシリコン単結晶ウエーハの酸素析出量の不足によるゲ
ッタリング能力の不足は、ＣＣＤのような重金属不純物
に起因する結晶欠陥に敏感なデバイスにおいては致命的
な問題である。

【０００５】そこで、リンドープシリコン単結晶ウエー
ハにおいてボロンドープシリコン単結晶ウエーハと同程
度の酸素析出量を得ようとすると、ボロンドープシリコ
ン単結晶ウエーハに比べて長時間のゲッタリング熱処理
が必要となってしまい、生産性の悪化につながってしま
うという問題があった。具体的にはＩＧ熱処理と呼ばれ
る高温１１００℃以上の初段熱処理、２段目として６０
０〜７００℃程度の析出核形成熱処理、三段目として１
０００℃程度の酸素析出物形成熱処理が数時間ずつ行わ
れる。

【０００６】また、別の方法としてリンドープシリコン
単結晶ウエーハの酸素析出量を増やすためにウエーハの
酸素濃度を高くすると、酸素析出が促進されてこのよう
な熱処理に要する時間を短縮することは可能であるが、
ウエーハの酸素析出量が過多となりウエーハの変形及び
ウエーハの強度低下等の問題を引き起こしてしまう。ま
た、このリンドープ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した場合、エピタキシャル層に不
純物酸素の外方拡散による有害な欠陥が発生してエピタ
キシャル層に悪影響を及ぼすという問題点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点に鑑みてなされたもので、リンドープシリコン単結
晶ウエーハであって、基板中の酸素濃度がウエーハの変
形及びウエーハの強度低下等の問題を引き起こさない程
度に抑えられているにもかかわらず、酸素析出しやすく
ゲッタリング能力の高いエピタキシャル成長用シリコン
ウエーハ、及び当該ウエーハを基板ウエーハに用いて成
長されたエピタキシャル層中の重金属不純物濃度の極め
て低いエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハを高生産
性で製造し供給する事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、リンドープシ
リコン単結晶ウエーハであって、該リンドープシリコン
単結晶ウエーハ中の酸素濃度が１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤ
Ａ：日本電子工業振興協会規格）以下であり、且つ析出
熱処理後の酸素析出物または酸化誘起積層欠陥密度が１
×１０⁹ 個／cm³以上であることを特徴とするリンドー
プシリコン単結晶ウエーハである。

【０００９】このように、リンドープシリコン単結晶ウ
エーハであって、該リンドープシリコン単結晶ウエーハ
中の酸素濃度が１８ｐｐｍａ以下の中・低酸素濃度であ
るにもかかわらず析出熱処理後の酸素析出物または酸化
誘起積層欠陥密度が１×１０ ⁹ 個／cm³ 以上である酸素
析出しやすいリンドープシリコン単結晶ウエーハは、銅
やニッケル等の重金属不純物に対して短時間の熱処理で
あっても高いゲッタリング能力を持ち、ウエーハ中の酸
素濃度が低いため、ウエーハが変形したりウエーハの強
度が不足することを防ぐことができる。

【００１０】さらに、このようなリンドープシリコン単
結晶ウエーハを、エピタキシャルウエーハを製造するた
めの基板ウエーハに供すれば、エピタキシャル層に不純
物酸素の外方拡散による有害な欠陥を発生することがな
く、かつ短時間の熱処理で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低い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できる。

【００１１】また本発明の請求項２に記載した発明は、
リンドープシリコン単結晶ウエーハであって、該リンド
ープ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ものであることを特徴とするリン
ドープシリコン単結晶ウエーハである。

【００１２】このように、リンドープシリコン単結晶ウ
エーハであって、該リンドープ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もので
あれば、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、基板中の酸素濃度がウエーハの
変形やウエーハの強度の低下等の問題を引き起こさない
ような比較的低濃度であっても、短時間の熱処理で高い
ゲッタリング効果を有するものとなる。

【００１３】さらに、このようなリンドープシリコン単
結晶ウエーハをエピタキシャルウエーハを製造するため
の基板ウエーハに供すれば、短時間の熱処理で高いゲッ
タリング効果を有し、重金属不純物濃度が極めて低いエ
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
ことができる。

【００１４】この場合、請求項３に記載したように、前
記リンドープシリコン単結晶ウエーハの窒素濃度が、１
×１０¹⁰〜５×１０¹⁵atoms/cm³ であることが好まし
い。これは、窒素によりリンドープシリコンウエーハ中
のいわゆるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の形成を抑制するとと
もに酸素析出を充分に促進するには、１×１０¹⁰atoms/
cm³ 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。

【００１５】また、請求項４に記載したように、前記リ
ンドープシリコン単結晶ウエーハの酸素濃度を、１８ｐ
ｐｍａ以下のものとすることができる。このように１８
ｐｐｍａ以下の中・低酸素とすれば、ウエーハの変形及
びウエーハ強度の低下の恐れはさらに減少することに加
えて、リンドープシリコン単結晶ウエーハ中の結晶欠陥
の形成を抑制することができ、ウエーハの表面層での酸
素析出物の形成を防止することができる。そのためウエ
ーハ表面にエピタキシャル層を形成した場合に、エピタ
キシャル層の結晶性に悪影響が生じることもない。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、このような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できる。

【００１６】さらに、請求項５に記載したように、前記
リンドープシリコン単結晶ウエーハは、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
ことが好ましい。このように、リンドープシリコン単結
晶ウエーハが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れば、リンドープシリコン単
結晶ウエーハ表面の窒素や酸素は外方拡散されており、
ウエーハ表面層の結晶欠陥は極めて少ないものとなる。
またその後にエピタキシャル層の形成等の高温の熱処理
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を有す
るウエーハとなる。

【００１７】そして、請求項６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であって、請求項１
ないし請求項５のいずれか１項に記載のリンドープシリ
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である。

【００１８】このように、本発明の請求項１ないし請求
項５のいずれか１項に記載のリンドープシリコン単結晶
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は、基板中の酸
素濃度がウエーハの変形およびウエーハの強度低下等の
問題を引き起こさない程度に抑えられているにもかかわ
らず、銅やニッケル等の重金属に対して短時間の熱処理
で高いゲッタリング効果を有し、重金属不純物濃度が極
めて低く高生産性のエピタキシャルシリコン単結晶ウエ
ーハとなる。

【００１９】また、本発明の請求項７に記載した発明
は、リンドープシリコン単結晶ウエーハの製造方法にお
いて、チョクラルスキー法によってリンをドープすると
ともに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
ハに加工することを特徴とするリンドープシリコン単結
晶ウエーハの製造方法である。

【００２０】このように、リンドープシリコン単結晶ウ
エーハの製造方法において、チョクラルスキー法によっ
てリンをドープするとともに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てリンドープシリコン
単結晶ウエーハを製造すれば、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、酸素析出
が比較的起こりにくいリンドープシリコン単結晶ウエー
ハであって、基板中の酸素濃度がウエーハの変形やウエ
ーハの強度の低下等の問題を引き起こさないような濃度
であっても、短時間の熱処理で高いゲッタリング効果を
有するリンドープシリコン単結晶ウエーハを製造するこ
とができる。

【００２１】さらに、このような方法で製造されたリン
ドープシリコン単結晶ウエーハをエピタキシャルウエー
ハを製造するための基板ウエーハに供すれば、短時間の
熱処理で高いゲッタリング効果を有し、重金属不純物濃
度が極めて低い高品質の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高生産性で得るこ
とができる。

【００２２】この場合、請求項８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、該単結晶棒にドープする窒素濃
度を、１×１０¹⁰〜５×１０¹⁵atoms/cm³ にすることが
好ましく、また請求項９に記載したように、該単結晶棒
に含有される酸素濃度を１８ｐｐｍａ以下にすることが
でき、さらに請求項１０に記載したように、前記リンド
ープ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。

【００２３】このようにして、リンドープシリコン単結
晶ウエーハを製造すれば、さらにゲッタリング能力が高
く、表面欠陥の少ない、諸特性に優れたエピタキシャル
成長を行う基板ウエーハとして適したリンドープシリコ
ン単結晶ウエーハを製造することができる。

【００２４】そして、本発明の請求項１１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の製造方
法において、請求項７ないし請求項１０のいずれか１項
に記載のリンドープシリコン単結晶ウエーハの製造方法
によりリンドープシリコン単結晶ウエーハを製造し、該
リンドープ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の製造方法である。

【００２５】このように、エピタキシャルシリコン単結
晶ウエーハの製造方法において、上記のリンドープシリ
コン単結晶ウエーハの製造方法によりリンドープシリコ
ン単結晶ウエーハを製造し、該リンドープシリコン単結
晶ウエーハの表層部にエピタキシャル層を形成すれば、
基板中の酸素濃度をウエーハの変形およびウエーハの強
度低下等の問題を引き起こさない程度に抑えたとして
も、銅やニッケル等の重金属に対して短時間の熱処理で
高いゲッタリング効果を有するため、重金属不純物濃度
の極めて低いエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハを
高生産性で製造することができる。

【００２６】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、
リンドープシリコン単結晶ウエーハであって、中・低酸
素濃度でかつ酸素析出物あるいは酸化誘起積層欠陥密度
が大きいリンドープシリコン単結晶ウエーハを、特に結
晶育成中に窒素をドープする技術で得て、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
ハに供する事により、エピタキシャル層に不純物酸素の
外方拡散による有害な欠陥を発生することなくかつ短時
間の熱処理で高いゲッタリング効果を有し、重金属不純
物濃度が極めて低いエピタキシャル単結晶ウエーハを高
生産性で製造することができることを見出し、諸条件を
精査して本発明を完成させたものである。

【００２７】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
素析出物濃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。

【００２８】したがって、チョクラルスキー法によりシ
リコン単結晶を育成する際に窒素をドープすれば、酸素
析出物濃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、本来酸素析出しにくいリン
ドープシリコン単結晶ウエーハでも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
純物密度の少ないエピタキシャル層を成長することがで
きる。さらにウエーハ中の酸素濃度を低くすることがで
きるため、ウエーハの変形やウエーハ強度の低下等の問
題が起こらず、エピタキシャル層に不純物酸素による悪
影響がおよぶこともない上に、いわゆるＧｒｏｗｎ−ｉ
ｎ欠陥の形成も抑制することができるので、きわめて結
晶性に優れたエピタキシャル層を得ることができる。

【００２９】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リンドープシリコン単結
晶ウエーハは、本来酸素析出しにくくゲッタリング効果
が低いとされているリンドープシリコン単結晶ウエーハ
であっても高いゲッタリング効果を有するため、高品質
のエピタキシャル層を形成することができ、かつ長時間
のゲッタリング熱処理も不必要であるので、エピタキシ
ャルシリコン単結晶ウエーハの品質の向上のみならず生
産性およびコストの改善をも期待することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明において、チョクラルスキ
ー法によってリンをドープするとともに窒素をドープし
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。

【００３１】すなわち、チョクラルスキー法は、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リンがドープされた多結
晶シリコン原料を入れておくとともに、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、結晶中の窒素ド
ープ量を制御することが出来る。

【００３２】このように、チョクラルスキー法によって
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欠陥を減少させること
ができるとともに、シリコン中の酸素原子の凝集を助長
し、酸素析出物濃度を高くすることが出来る。この方法
は、従来Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を減少させるために行わ
れる引き上げ速度を遅くしたりするような必要はなく、
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。

【００３３】また、従来はリンドープシリコン単結晶ウ
エーハの場合、ボロンドープシリコン単結晶ウエーハに
比べて酸素析出が起こりにくく、デバイス製造に必要な
ゲッタリング能力を得ることができなかった。一方、こ
の問題を解決するために、酸素析出熱処理時間を長くす
るとウエーハの生産性が低下し、ウエーハ内の酸素濃度
を高くすると、ウエーハの変形あるいはウエーハ強度の
低下を引き起こし、またウエーハ表面にエピタキシャル
層を形成した場合には、エピタキシャル層への不純物酸
素の外方拡散による欠陥が発生して、かえって特性の劣
化をもたらしてしまっていた。しかし、本発明のように
窒素をシリコン単結晶中にドープすることにより、熱処
理時間を長くしたり酸素濃度を高くせずとも、デバイス
製造に必要なゲッタリング能力を得ることができる。

【００３４】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、酸素析出物濃
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 以上とするのが好ましい。これによ
って酸素析出物濃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ことがあるので、この濃度を
越えないようにすることが好ましい。

【００３５】また、本発明では、低酸素濃度でも酸素析
出物濃度は高いため、チョクラルスキー法により窒素を
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以下の中・低酸
素濃度にすることができる。シリコン単結晶中の酸素濃
度が１８ｐｐｍａ以下にすると、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
ウエーハ表面に形成されることをほぼ完全に防ぐことが
できるため、シリコン単結晶ウエーハの表面に成長され
る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、中・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。

【００３６】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。

【００３７】こうして、チョクラルスキー法においてリ
ンをドープするとともに所望濃度の窒素がドープされ、
表面の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。

【００３８】次に、エピタキシャル成長を行う前に、得
られたリンドープ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を外方
拡散させることができる。

【００３９】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
ことを防止するためである。

【００４０】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℃〜１２００℃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、十分にリンドープシリコン単
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。

【００４１】また、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というような心配があるが、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。さらに、副次的な作用としてウエーハ
のバルク中の酸素析出物がさらに成長し積層欠陥（ＢＳ
Ｆ：ＢｕｌｋＳｔａｃｋｉｎｇＦａｕｌｔｓ）を誘
起することにより、より強力なゲッタリング効果を発揮
する場合もある。

【００４２】

【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）ＣＺ法により、直径１８インチの石英ルツボ
に、所定の濃度のリンを添加した原料多結晶シリコンを
チャージし、なおかつ原料多結晶シリコンと一緒に窒化
珪素膜を有するシリコンウエーハをチャージして溶融
し、直径６インチ、Ｎ型、方位＜１００＞の単結晶棒を
通常の引き上げ速度である１．０ｍｍ／ｍｉｎの速度で
引き上げた。また結晶を引き上げる際に、ルツボ回転を
制御して、単結晶中の酸素濃度が１８ｐｐｍａ（ＪＥＩ
ＤＡ）となるようにした。

【００４３】この単結晶棒の尾部の窒素濃度をＦＴ−Ｉ
Ｒにより測定したところ、５．０×１０¹⁴atoms/cm³ で
あった。また、単結晶棒の酸素濃度をＦＴ−ＩＲにより
測定したところ、１８ｐｐｍａの酸素濃度となっている
ことを確認した。

【００４４】ここで得られた単結晶棒から、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、直径６インチのシリ
コン単結晶鏡面ウエーハを４枚作製した。この４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４枚と
も約５〜１０Ω・cmであり、添加したリンのドープ量か
ら期待される範囲内にあった。

【００４５】これらのシリコン単結晶ウエーハの４枚中
２枚を表面にエピタキシャル層を形成する前に、１１０
０℃で３０分の熱処理を加えてウエーハ表面の窒素を外
方拡散させた。

【００４６】そして、これら２枚ずつのシリコン単結晶
ウエーハの内、１枚は１１７０℃で、もう１枚は１１３
０℃の温度で厚さ２０μｍのシリコンエピタキシャル層
の成長を行った。エピタキシャル成長炉はシリンダタイ
プのベルジャ内に基板ウエーハ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、リ
ンドープシリコン単結晶ウエーハ上にシリコンをエピタ
キシャル成長させた。こうして得られたエピタキシャル
ウエーハのゲッタリング能力を測定するため、Ｎ₂ ガス
雰囲気により８００℃で４時間の熱処理後、Ｏ₂ ガス雰
囲気により１６時間１０００℃の熱処理を施し、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。

【００４７】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
の互いに直交する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。

【００４８】この測定結果を図１に示した。ここで図１
の右側に示したプロットが、窒素ドープ量５．０×１０
¹⁴atoms/cm³ のウエーハの酸素析出物欠陥密度を示し、
円形プロットは１１７０℃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１１３０℃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。

【００４９】図１より、窒素をドープしたリンドープシ
リコン単結晶ウエーハの表面にエピタキシャル成長を行
ったウエーハは、酸素濃度が１８ｐｐｍａと中程度なの
にもかかわらず、どちらの温度でエピタキシャル成長を
行った場合にも同様に１×１０⁹ 個／cm³ 以上の高い酸
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。エピタキシャル成長前熱処理の
有無を比較した場合、ゲッタリング効果は熱処理有りの
方がさらに大きいことがわかる。そして、酸素濃度が低
いためエピタキシャル層の結晶性は大変良好であった。
さらに、この実施例のエピタキシャル成長前の析出熱処
理時間は、まったく熱処理がないか、従来のＩＧ熱処理
と比較して非常に短時間ですみ、生産性の向上が期待で
きる。

【００５０】（比較例）窒素をドープしない以外は、実
施例と同様にして、直径６インチ、Ｎ型、方位＜１００
＞、酸素濃度１８ｐｐｍａのリンドープシリコン単結晶
棒を引き上げた。そして、この単結晶棒から実施例と同
様に直径６インチのシリコン単結晶鏡面ウエーハを４枚
作製した。この４枚のシリコン単結晶ウエーハの抵抗率
は、実施例と同様に２枚とも約５〜１０Ω・cmであっ
た。

【００５１】これら４枚のウエーハのうち２枚について
は、さらに酸素析出を促進させるＩＧ熱処理を施した。
すなわち最初に１１００℃で３０分の初段熱処理を加
え、次に６５０℃の析出核形成熱処理を４時間行い、さ
らに１０００℃の酸素析出物形成熱処理を１６時間加え
た。これら２枚ずつのシリコン単結晶ウエーハの内、１
枚は１１７０℃で、もう１枚は１１３０℃の温度で厚さ
２０μｍのシリコンエピタキシャル層の成長を行った。
そして、得られたエピタキシャルウエーハにさらに実施
例と同様に、熱処理により酸素析出物を析出させ、ＯＰ
Ｐ法により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】この測定結果を図１に合せて示した。ここ
で図１の左側に示したプロットが、窒素ドープをしてい
ないウエーハの酸素析出物欠陥密度を示し、円形プロッ
トは１１７０℃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１１３０℃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。

【００５３】図１より、窒素をドープしていないリンド
ープシリコン単結晶ウエーハの表面にエピタキシャル成
長を行ったウエーハは、エピタキシャル成長の前にＩＧ
熱処理がない場合、酸素濃度が１８ｐｐｍａと中程度な
ため、どちらの温度でエピタキシャル成長を行った場合
も同様に酸素析出物密度は低く、ゲッタリング効果は低
いことがわかる。また、上記のような長時間にわたるＩ
Ｇ熱処理を施した場合においても、窒素をドープしエピ
タキシャル成長前熱処理がない場合と同程度の析出物密
度が得られるのみである。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】また、エピタキシャル成長を行うにあたっ
ても、ＣＶＤ法によるエピタキシャル成長に限られず、
ＭＢＥ法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。

【００５７】さらに、上記実施形態では、中・低酸素濃
度のリンドープシリコン単結晶ウエーハであっても、高
いゲッタリング効果を有するウエーハを、特に窒素をド
ープすることにより得る場合を中心に説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、リンドープシリコ
ン単結晶ウエーハであって、該シリコン単結晶ウエーハ
中の酸素濃度が１８ｐｐｍａ以下の中・低濃度のもので
あり、且つ析出熱処理後の酸素析出物または酸化誘起積
層欠陥密度が１×１０⁹ 個／cm³ 以上と多いものであれ
ば、本発明の範囲に包含される。

【００５８】また、本発明でいう酸素析出物または酸化
誘起積層欠陥密度が１×１０⁹ 個／cm³ 以上とあるの
は、シリコンウエーハに析出熱処理を加えた後でも、エ
ピタキシャル成長のための熱処理が加わった後に析出熱
処理を加えた場合にも、同様に上記の酸素析出物または
酸化誘起積層欠陥密度が得られるものであれば本発明の
範囲に含まれる。

【００５９】

【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、本来
酸素析出しにくいリンドープシリコン単結晶ウエーハに
おいても、酸素析出しやすく高いゲッタリング能力を持
ち、ウエーハ表面にエピタキシャル成長を行った場合に
は、エピタキシャル層中の欠陥密度および重金属不純物
濃度の低い高品質の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。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例、比較例において、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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磯部工場内Ｆターム(参考） 4G050 FB01 FB02 FB05 FB07 FB09 4G077 AA02 AB01 BA04 EB01 FE11 HA12 5F052 DA01 DB01 EA11 EA15 HA03 KA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リンドープシリコン単結晶ウエーハであ
って、該リンドープシリコン単結晶ウエーハ中の酸素濃
度が１８ｐｐｍａ以下であり、且つ析出熱処理後の酸素
析出物または酸化誘起積層欠陥密度が１×１０⁹ 個／cm
³ 以上であることを特徴とするリンドープシリコン単結
晶ウエーハ。
【請求項２】リンドープシリコン単結晶ウエーハであ
って、該リンドープ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ものであることを
特徴とするリンドープシリコン単結晶ウエーハ。
【請求項３】前記リンドープ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２に記載のリンドープシリコ
ン単結晶ウエーハ。
【請求項４】前記リンドープシリコン単結晶ウエーハ
の酸素濃度が、１８ｐｐｍａ以下であることを特徴とす
る請求項２または請求項３に記載したリンドープシリコ
ン単結晶ウエーハ。
【請求項５】前記リンドープシリコン単結晶ウエーハ
は、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２ないし請
求項４のいずれか１項に記載したリンドープシリコン単
結晶ウエーハ。
【請求項６】エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハ
であって、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記
載のリンドープ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７】リンドープシリコン単結晶ウエーハの製
造方法において、チョクラルスキー法によってリンをド
ープするとともに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することを特徴とするリンドープシ
リコン単結晶ウエーハの製造方法。
【請求項８】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７に記載のリン
ドープシリコン単結晶ウエーハの製造方法。
【請求項９】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
棒に含有される酸素濃度を１８ｐｐｍａ以下にすること
を特徴とする請求項７または請求項８に記載のリンドー
プシリコン単結晶ウエーハの製造方法。
【請求項１０】前記リンドープ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７ないし請求項９のいずれ
か１項に記載のリンドープシリコン単結晶ウエーハの製
造方法。
【請求項１１】エピタキシャルシリコン単結晶ウエー
ハの製造方法において、請求項７ないし請求項１０のい
ずれか１項に記載のリンドープシリコン単結晶ウエーハ
の製造方法によりリンドープシリコン単結晶ウエーハを
製造し、該リンドープ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の製造方法。